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SIMULADOR DE UN ECG

DIEGO NICOLAS BALLEN BARRERA

UNIVERSIDAD MANUELA BELTRAN FACULTAD DE INGENIERIA BIOMEDICA LABORATORIO DE TELEMEDICINA ARCABUCO 2020

SIMULADOR DE UN ECG

DIEGO NICOLAS BALLEN BARRERA

Informe guía número 1 del laboratorio de Telemedicina

Profesor, Javier Villamizar

UNIVERSIDAD MANUELA BELTRAN FACULTAD DE INGENIERIA BIOMEDICA LABORATORIO DE TELEMEDICINA ARCABUCO 2020

Contenido RESUMEN..........................................................................................................................................................4 Palabras clave:...............................................................................................................................................4 ABSTRACT.........................................................................................................................................................4 Keywords:.......................................................................................................................................................4 INTRODUCCION...............................................................................................................................................5 OBJETIVOS........................................................................................................................................................5 MARCO TEORICO..................................................................................................................................................6 SEÑAL EKG............................................................................................................................................................6 ONDAS................................................................................................................................................................7 PROTEUS...............................................................................................................................................................7 PLANOS ELECTRICOS.............................................................................................................................................9 ANALISIS EXPERIMENTAL....................................................................................................................................10 ANALISIS DE RESULTADOS..................................................................................................................................12 CONCLUSIONES...................................................................................................................................................12 Bibliografía..........................................................................................................................................................13

RESUMEN En este primer laboratorio el aprendizaje se apoya en el diseñar un simulador de paciente de electrocardiografía en el software de automatización ‘Proteus’, teniendo en cuenta los conceptos ya vistos en semestres anteriores como lo son: amplificadores operacionales, filtros digitales, etc., esto con el fin de hacer una retrospectiva bibliográfica para así encontrar diferentes aplicaciones biomédicas. En el diseño llevado a cabo se debe tener conocimiento previo de la señal ECG, refiriéndose conocimiento previo a los componentes de la señal para así entender como funciona este montaje simulado. Palabras clave: Proteus, simulación ECG, diseño. ABSTRACT In this first laboratory, learning is supported by designing an electrocardiography patient simulator in the 'Proteus' automation software, taking into account the concepts already seen in previous semesters such as: operational amplifiers, digital filters, etc., this in order to make a bibliographic retrospective in order to find different biomedical applications. In the design carried out, prior knowledge of the ECG signal must be had, referring prior knowledge to the components of the signal in order to understand how this simulated assembly works. Keywords: Proteus, ECG simulation, design.

INTRODUCCION Proteus es una herramienta útil para las simulaciones, en estos tiempos de cuarentena es una perfecta ayuda para entender circuitos electrónicos ligados a biomédica que son muy difíciles de hacer funcionar en la realidad, pues hay la ventaja que no se necesitan conectarse al humano. En este informe se hablará desarrollo de una simulación ECG en Proteus. Las variables como: derivadas unipolares e intercostales, bipolares, amplitud de las señales y tiempo en el que se desarrolla su registro son importantes en un simulador electrocardiográfico.

OBJETIVOS  Diseñar un simulador de electrocardiografía con el cual facilite a Ingenieros Biomédicos calibrar equipos ligados a ECG y signos vitales sin necesidad de un paciente para ser probado. 

Esquematizar un simulador de paciente de ECG por medio de Proteus sin dejar de lado los conceptos de los componentes de la señal normal electrocardiográfica.



Aplicar los métodos y medidas necesarios para llevar a cabo un dispositivo electrónico con la capacidad de simular señales cercanas a lo idéntico a las de un ser humano en reposo y sano.

MARCO TEORICO Un electrocardiograma (ECG) es un procedimiento simple e indoloro que mide la actividad eléctrica del corazón. Cada vez que el corazón late, una señal eléctrica circula a través de él. Un electrocardiograma muestra si su corazón está latiendo a un ritmo y con una fuerza normal. También muestra el tamaño y la posición de las cámaras del corazón. Un electrocardiograma anormal puede ser un signo de daño o enfermedad del corazón. [ CITATION htt1 \l 9226 ]

SEÑAL EKG El electrocardiograma de superficie registra la diferencia de potencial de voltaje que se genera en el corazón a través de electrodos colocados en puntos preestablecidos en la superficie corporal. El electrocardiograma es un reflejo de las diferencias en el voltaje transmembrana que ocurren en las células miocárdicas durante los fenómenos de despolarización y repolarización. La actividad eléctrica generada por el corazón se manifiesta por vectores que tienen magnitud, dirección y sentido. El potencial eléctrico registrado en las derivaciones electrocardiográficas representa la sumatoria de las fuerzas eléctricas instantáneas (vectores) que ocurren en forma secuencial durante los procesos de despolarización y repolarización. [ CITATION Gar \l 9226 ]

Fig. 1 Señal de electrocardiografía. [ CITATION htt3 \l 9226 ]

ONDAS Complejo QRS Está formado por un conjunto de ondas que representan la despolarización de los ventrículos. Su duración oscila entre 0.06 s y 0.10 s. Toma varias morfologías dependiendo de la derivación (ver morfología del complejo QRS).

Onda Q: si la primera onda del complejo QRS es negativa, se denomina onda Q. Onda R: es la primera onda positiva del complejo QRS, puede estar precedida de una onda negativa (onda Q) o no. Si en el complejo QRS hubiese otra onda positiva se le denomina R'. Onda S: es la onda negativa que aparece después de la onda R. Onda QS: cuando un complejo es completamente negativo, sin presencia de onda positiva, se le denomina complejo QS. Suele ser un signo de necrosis. Ondas R' y S': cuando hay más de una onda R o más de una onda S, se les denomina R' y S'. [ CITATION htt4 \l 9226 ]

PROTEUS PROTEUS es una herramienta software que permite la simulación de circuitos electrónicos con microcontroladores. Sus reconocidas prestaciones lo han convertido en el más popular simulador software para microcontroladores PIC y demás. La suite se compone de cuatro elementos, perfectamente integrados entre sí: ISIS es la herramienta para la elaboración avanzada de esquemas electrónicos, que incorpora una librería de más de 6.000 módelos de dispositivos digitales y analógicos. ARES es la herramienta para la elaboración de placas de circuito impreso con posicionador automático de elementos y generación automática de pistas, que permite el uso de hasta 16 capas. Con ARES el trabajo duro de la realización de placas electrónicas recáe sobre el PC en lugar de sobre el diseñador.

PROSPICE la herramienta de simulación de circuitos electrónicos según el estandar industrial SPICE3F5.

VSM (Virtual System Modelling) es la revolucionaria herramienta que permite incluir en la simulación de circuitos el comportamiento completo de los micro-controladores más conocidos del mercado. PROTEUS es capaz de leer los ficheros con el código ensamblado para los microprocesadores de las familias PIC, AVR, 8051, HC11, ARM/LPC200 y BASIC STAMP y simular perfectamente su comportamiento. Incluso puede ver su propio código interactuar en tiempo real con su propio hardware pudiendo usar modelos de periféricos

animados tales como displays LED o LCD, teclados, terminales RS232, simuladores de protocolos I2C, etc. Proteus es capaz de trabajar con los principales compiladores y ensambladores del mercado.[ CITATION htt5 \l 9226 ]

Fig. 2 Logo de proteus. [ CITATION htt6 \l 9226 ]

PLANOS ELECTRICOS

Fig. 3. Simulación del ECG con amplificador de instrumentación. Propio.

Fig. 4. Simulación del ECG sin amplificador de instrumentación. Propio.

ANALISIS EXPERIMENTAL

En la figura 4 podemos observar el circuito utilizado para el simulador de ECG, no está de más decir que el diseño está basado en el circuito adjunto en la guía 1 del laboratorio, ese circuito es una base para llegar a la simulación ECG de forma apropiada, valiéndose de filtros. Los filtros se diseñaron con LF323N, y 2 AD620 (aunque también se podría utilizar INA), se utilizaron 2 amplificadores de instrumentación para que el offset actuara y la señal no se viera invertida.

Fig. 5. Simulación del ECG con amplificador de instrumentación. Propio.

En la figura 5 se puede observar el osciloscopio con algo que intenta ser una señal simulada de ECG con amplificadores de instrumentación, el simulador genera un error de CPU sobrecargada (ver figura 6), el simulador nunca cargó completamente.

Fig. 6. Error en proteus en Simulación del ECG con amplificador de instrumentación. Propio.

Fig. 7. Simulación del ECG sin amplificador de instrumentación. Propio.

En la figura 7 se puede observar el osciloscopio de la figura 4 la que no contiene amplificadores instrumentales, y se nota claramente la señal ECG en amarillo. Al no utilizarse amplificadores de instrumentación las señales se suman. En esta misma figura la 7 también se nota la señal del transistor UJT (color rosa).

ANALISIS DE RESULTADOS Aquí se puede decir que proteus nos brinda muchas herramientas para las simulaciones experimentales pero también falla con algunos dispositivos como los AD620 pues en el circuito con amplificadores de instrumentación, el programa llenaba la CPU y no dejaba llegar a la señal deseada de ECG. Tal vez este error se deba a lo que pasa en la vida real, el AD620 es un amplificador muy útil, pero es mucho mejor el INA por su respuesta. Se recalca que para lograr estas gráficas en Proteus requiere de conocimientos anteriores y llegar a estas gráficas no es tan sencillo, tal vez también yo haya fallado en no encontrar la señal en el circuito con amplificadores instrumentales.

CONCLUSIONES -Se llevó a cabo el diseño del simulador de ECG causando problemas en el circuito que tiene amplificadores de instrumentación, la señal no cargaba como se deseaba, algo tiene que ver la CPU del computador, el otro simulador sin amplificadores funciona a la perfección. -En la figura del simulador sin amplificadores se puede ver que a la señal le falta la onda P pero sirve como simulador, rozando la autenticidad de las señales ECG de un paciente normal, esto nos da a entender que los simuladores funcionan para cuándo se necesite calibrar un equipo de ECG.

Bibliografía

[1 [En línea]. Available: https://medlineplus.gov/spanish/pruebas-de-laboratorio/electrocardiograma/#:~:text=Un ] %20electrocardiograma%20%28ECG%29%20es%20un%20procedimiento%20simple%20e,a%20un%20ritmo%20y %20con%20una%20fuerza%20normal.. [2 G. P. Garza, «El electrocardiograma y su tecnología,» EDUCACIÓN, vol. 8, nº 24, pp. 27-31. ] [3 [En línea]. Available: https://www.rohde-schwarz.com/es/aplicaciones/captura-de-se-ales-de-electrocardiogramas] peque-as-en-aplicaciones-m-dicas-ficha-de-aplicacion_56279-152385.html. [4 [En línea]. Available: https://www.my-ekg.com/generalidades-ekg/ondas-electrocardiograma.html. ] [5 [En línea]. Available: http://labelectronica.weebly.com/proteus.html. ] [6 [En línea]. Available: https://pcstrong2014.wixsite.com/pcstrong/product-page/proteus-8-professional. ]...