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Proyecto de Tesis de ECG – Parte 1

Posted by brunoprog64 en mayo 4, 2010

Ante todo, de nuevo me disculpo a mis lectores por la inactividad. Cada vez me es más difícil poder escribir en el blog, por tiempo y responsabilidades.

Habíamos dicho que andaba buscando un tema de tesis. Después de recibir una noticia con respecto a un conocido que viene de intercambio con un tema innovador, no me quiero quedar atrás y me ratifico escogiendo el Proyecto de ECG como mi tema de tesis. Esta serie de post van a tratar de como voy desarrollando este proyecto. De ahí a que he creado una nueva categoría: Tesis.

Antes de seguir y dado que esto es como el diario de mi tesis, expliquemos porqué escogí un tema así. Después de todo hay temas más facilones… o más interesantes. Expliquémosnos.

Dos indicadores a mi parecer, muy importantes, en los procesos de ánimo son tanto el corazón y el cerebro. El pulso y la presión arterial se vuelven indicadores de múltiples estados anímicos. Así pues, el pulso nos subirá si nos asustamos o nos emocionamos, pero creo que cuando tenemos miedo nos baja la presión y cuando nos emocionamos nos sube. En el cerebro debe haber un aumento de ciertas ondas del estado cerebral, pero desconozco detalles exactos.  Es decir… con un monitoreo constante de las señales del corazón podemos tener una idea de nuestro estado de ánimo… esto es útil para videojuegos o sistemas de enseñanza.

De cualquier modo, un dispositivo de monitoreo ambulatorio sería muy deseable en estos casos. De todos modos, estos dispositivos son caros, así que es difícil acceder a ellos. ¿Porqué entonces no diseñamos uno? ¿Acaso un ECG puede ser tan complicado? Pues este post del blog SWHarden nos muestra que un ECG no es tan caro ni difícil como imaginamos.

Actualmente mi proyecto está en etapa de recopilar datos, así que salvo un documento inútil que voy a enlazar más adelante, hoy hablaremos de teoría. Agradesco al blog SW Harden por algunas cosas, pero en especial al libro “Understanding Electrocardiography” y a su edición de bolsillo (Mi universidad sólo tiene la de bolsillo) de Mary Boudreau Conover, porque explican el tema eléctrico de manera accesible a un profano como yo.

Monitor de ECG

Monitor de ECG

En lo que yo he visto, hay dos tipos de Monitores de ECG: El monitor de papel y el monitor digital. El problema, es que el monitor digital monitorisa otras cosas además que el ECG propiamente dicho: Pulso, tensión, saturación, temperatura, etc.

He podido encontrar información detallada sólo sobre como medir la saturación. No he conseguido detalles sobre como medir la presión y demás, así que de momento lo dejamos en un monitor de ECG que muestre pulso y de ser posible saturación.

Ahora vamos a mencionar que en el tema de electrodos para ECG tenemos 3 tipos:

  • Electrodos bipolares
  • Electrodos unipolares
  • Electrodos adicionales

Típicamente, el sistema de ECG es uno de 12 canales, donde se distingen las siguientes derivaciones:

  • Derivaciones I, II y III.
  • Derivaciones aVR, aVL, aVF.
  • Derivaciones V1, V2, V3, V4, V5 y V6.

Explico a detalle de que estoy hablando. El corazón es un músculo eléctrico, por lo tanto registraremos una señal diferente con respecto a donde coloquemos los electrodos. Cada una de esas “señales” es una derivación, un “ángulo” eléctrico mediante el cual veremos el corazón.

Sobre lo de bipolares, unipolares y adicionales, me refiero a que hay derivaciones en las que recogemos señal tanto positiva y negativa (+, -), por lo que precisamos de dos electrodos para recoger la señal, estas son las bipolares. Otras en las que sólo basta un electrodo para recoger la señal, son las unipolares. Finalmente las adicionales no son 3 electrodos más, sino que son una permutación entre el positivo y negativo de las bipolares para sacar mas datos.

Triángulo de Einthoven

Triángulo de Einthoven

Una forma más simple de explicar todo este asunto es mediante el Triángulo de Einthoven, que está al lado de este texto. Para visualizar el triángulo, que una persona se ponga firme y extienda los brazos. Entonces, si colocamos un electrodo en el brazo izquierdo, otro en el derecho y un tercero en su pierna izquierda, tendremos un triángulo ficticio que indica el recorrido de la actividad eléctrica del corazón. con esto podemos saber cual derivación es cual.

– Derivación I: El electrodo en el brazo derecho es el negativo y el electrodo en el brazo izquierdo es positivo.

– Derivación II: El electrodo en el brazo derecho es negativo y el electrodo en la pierna izquierda es positivo.

– Derivación III: El electrodo en el brazo izquierdo es negativo y el electrodo en la pierna izquierda es positivo.

– Derivación aVR: Electrodo positivo en el brazo derecho y el electrodo negativo es la unión de la pierna y brazo izquierdos.

– Derivación aVL: Electrodo positivo en el brazo izquierdo y el electrodo negativo es la unión de la pierna izquierda y brazo derecho.

– Derivación aVF: Electrodo positivo en la pierna izquierda y electrodo negativo es la unión de los brazos izquierdo y derecho.

Las derivaciones de V1 a V6 son unipolares porque están muy cerca del corazón.

Esto ya nos hace ver que la construcción de un ECG no es tan simple, ya que debemos encontrar un método de como cambiar la polarización a cada momento. Esta señal debe amplificarse, por lo que dispondremos de un Amplificador Operacional. Estos suelen aceptar señal positiva y negativa. Conectaremos cada uno de una forma en especial para dar con la derivación que deseamos. En mi caso es muy probable que mi trabajo sólo se centre en el Triángulo de Einthoven, ya que sólo sería necesario…. 3 0 4 derivaciones. Hay formas “algorítmicas” de calcular aVR, aVL y aVF dado que el Triángulo de Einthoven sigue las Leyes de Kirchhoff, pero de momento no nos compliquemos más. En aras a la sencillez, pensaré de momento en las tres derivaciones básicas: I, II y III. En cuando tenga acceso a más bibliografía hablaremos de las demás derivaciones.

Entonces lo ideal sería… encontrar un método para capturar estas señales. SW Harden y su blog nos dicen que podemos usar el micrófono de una PC para llevar la señal… sólo que hay un problema: Los micrófonos registran sólo dos canales de audio: L y R, y el corazón en el modo mas básico tiene 3 canales. Así que deberíamos diseñar un equipo que permita multiplexar señal hacia la tarjeta de sonido para poder ver las 3 posibles derivaciones. El problema es que introducimos delay en el registro de ECG.

El estándar de ECG en papel dice que los papeles usados para graficar el ECG tiene cuadritos de 4 mm. La velocidad promedio es del papel es de 25 mm/s, por lo que cada cuadrito reperesnta 0.04 segundos de ECG.

Explico mejor lo del “delay”, que decia antes. Es deseable introducir la señal del ECG por la tarjeta de sonido, porque podemos tratarla como si fuera señal de audio. Y así podemos amplificarla, filtrarla, tratarla y recogerla con más facilidad, sólo hay que pretender que es un audio. La otra opción seria entrar la señal por puerto serial o USB, pero ahí tendríamos que manejar todo el procesado y filtrado a mano. Después de todo la tarjeta de sonido es un gran convertidor ADC (Analógico-Digital) y hay que aprovecharlo. Ya dijimos que el problema está en que los micrófonos normales sólo dejan entrar dos canales de audio: L y R y que el corazón tiene 3 canales de señales según el Triángulo de Einthoven.

Entonces si sabemos que el estándar de ECG es de papel a cuadros es de 25 mm/s y que cada cuadro normado representa o.o4 segundos de ECG, entonces veremos que no hay necesidad de muestrear a… 0.08 segundos de ECG… porque sólo nos interesa que la velocidad sea de 0.04 segundos. Si la PC es más veloz, podríamos usar ese tiempo extra en cambiar la polaridad de las señales (Considerando a L como positivo y R como negativo) entre los electrodos I, II y III para con sólo un cable estéreo tener las tres derivaciones.

Multiplexado por División de Frecuencia

Multiplexado por División de Frecuencia

(Nota del Autor: Sin embargo la idea no la tengo del todo clara, agradezo que me den ideas al respecto)

Según este paper, la base de datos de arritmias del MIT-BIH está digitalizda a 11 bits con 360 Hz de velocidad de muestreo. Dado que nosotros queremos leer 3 señales diferentes, hay que aumentar un poco más la velocidad de muestreo. 360 * 3 = 1080 Hz de velocidad de muestreo. Sólo debemos instruir a nuestro software que de 1 segundo de señal, 1/3 sea para cada derivación. Naturalmente que al hacer esto multiplexando, perderemos valores, pero como hacemos muestreo tan alto, se puede compensar. Agradesco si me aclaran un poco este detalle.

Otra solución sería usar multiplexacion por división de frecuencias. Los ECG tienen una frecuencia determinada, por lo que las “subimos” un poco y enviamos por el cable todo ese mix, luego por software demultiplexamos y analizamos la señal. De igual modo, yo no soy experto en telecomunicaciones, así que corríganme si digo tonterías.

Finalmente, en el curso de Tesis I nos piden un pequeño documento describiendo nuestra idea. Aquí cuelgo el que presenté para los interesados. Volveré a postear cuando tenga más avances para ustedes. De momento decir que ya que estudio Ingeniería de Sistemas, mi docente no aceptará el tema electrponico o pedirá que lo delegue. De todos modos de algo me informo no vaya a ser que me timen… porque suele pasar.

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