Sistema de adquisición y procesamiento de la señal Electrocardiográfica para la detección temprana de pacientes chagásicos

Transcripción

1 Fundación Centro Nacional para el Desarrollo e Investigación en Tecnologías Libres Y UNIVERSIDAD DE LOS ANDES Sistema de adquisición y procesamiento de la señal Electrocardiográfica para la detección temprana de pacientes chagásicos Mérida, Junio de 2008 Nelson Dugarte Rubén Medina Rubén Rojas

2 Resumen Este proyecto consiste en el desarrollo de un equipo en el área de Ingeniería biomédica, con la finalidad de realizar la detección temprana de enfermedades cardiovasculares de metabolismo retardado como el mal de Chagas. Este informe presenta un resumen de las actividades realizadas durante la primera etapa del desarrollo del proyecto. Dichas actividades están compuestas por: Documentación e Investigación sobre los sistemas requeridos para el desarrollo del proyecto. Trabajos de diseño del proyecto. Divulgación de resultados.

3 Justificación del proyecto. Las enfermedades cardiovasculares, llegan a constituir una de las primeras causas de muerte en la población mundial. Índice de mortalidad en Venezuela para Enfermedadestransmisibles Enfermedadesdelsistemacirculatorio Neoplasiasdetodotipo Causasexternas Datos de la Organización Panamericana de la Salud PAHO

4 La enfermedad de Chagas La Enfermedad de Chagas (Tripanosomiasis Americana), fue descubierta en el año 1909 por el Dr. CARLOS JUSTINIANO RIBEIRO DAS CHAGAS, en Brasil Parásito Tiripanosoma Cruzi.

5 Se calcula que solo en Latinoamérica hay mas de 16 millones de personas con mal de Chagas. Muchos de ellos morirán antes de saber que están infectados. El agente transmisor del parásito es el insecto denominado popularmente en Venezuela Chipo o Pito. Variedades de Chipos o Vinchucas conocidos.

6 Cuadro Clínico Al comienzo de la infección es el chagas agudo y luego sobreviene un largo período latente y silencioso para concluir en el denominado chagas crónico, cuando un órgano está afectado. Afecciones de Chagoma de inoculación

7 El Corazón El corazón es uno de los órganos mas importantes del cuerpo. Constituye la bomba que impulsa la sangre a moverse. El músculo del corazón se contrae en forma programada. El Corazón

8 Proceso de contracción La contracción sistemática permite la máxima eficiencia en el bombeo de la sangre. Los ventrículos son las cámaras que generan la presión sanguínea. El completo llenado de los ventrículos depende de las aurículas.

9 Estimulación del miocardio El sistema nervioso del corazón es el encargado de generar la contracción secuencial del miocardio. La señal ECG se origina en el nodo SA y se extiende por las terminaciones nerviosas.

10 La señal cardiaca La señal de biopotencial que se desplaza por todo el músculo miocardio, es conducida hasta la superficie del cuerpo humano, en donde se puede obtener una señal eléctrica que refleja el funcionamiento mecánico del corazón o ECG. Señal de biopotencial en el corazón. Ganong W., 2001, Cap. 28.

11 El Registro ECG El electrocardiograma o ECG es obtenido por el electrocardiógrafo. La gráfica se realiza sobre un formato cuadriculado estandarizado. El desplazamiento en el tiempo es de 25 mm/s. El desplazamiento de amplitud es de 10 mm/mv.

12 Potenciales Tardíos en el ECGAR Los potenciales tardíos son manifestaciones de atenuaciones y retrasos de algunos de los componentes de la onda de despolarización cardiaca. ECGAR con indicación de diversas ondas y segmento Fuente: Vargas M., 1996, Cap. 1, fig. 1.1.

13 Medición del RAZ Se puede definir una zona RAZ como un marcador de las componentes HF (entre 150 y 250 Hz) del QRS Para la medición del RAZ, después que el ECG es promediado y filtrado, se detectan los mínimos y máximos locales de la señal resultante. Señal HF QRS de un paciente sano HF QRS con una zona RAZ de un paciente con cardiopatía

14 El ECG de alta resolución (ECGAR) El ECG convencional está dispuesto para obtener una forma de onda con la suficiente definición para la visualización humana, mientras que la ECGAR trata de realizar el análisis sobre señales que escapan al ojo humano como los potenciales tardíos. El ECG típico es amplificado para visualizar detalles en el orden de los milivoltios (mv) y es digitalizado a 500 muestras por segundo con 8 bits de resolución. El ECGAR debe permitir detallar señales en el orden de los microvoltios (µv), para esto la señal es digitalizada a 2000 muestras por segundo con 12 bits de resolución.

15 Hardware del Sistema El desarrollo actual consta de un modulo de adquisición simultánea de 8 de las 12 derivaciones del ECGAR, que se interconecta a una computadora personal (PC) mediante el puerto USB.

16 Amplificador de Biopotencial Esquema eléctrico del amplificador de biopotenciales, usado para la adquisición del canal III de la señal ECG. LA R1 10k D1 U1A D2 OPA2335 LL R2 10k D3 D4 U2A OPA Vo Rg Vd Ref Rg C2 Vs R3 40k 750pF R10 100k R6 20k C4 U3 INA326 39pF R5 390k RL R4B 10k U1B C1 +5V R4A 10k U2B R7 5k C3 1uF 2,5V R8 1M R9 1M U4B III U4A OPA pF 2,5V 2,5V

17 Circuito impreso Debido a que el amplificador INA326 es del tipo MSOP-8 (montaje superficial miniatura de 8 pines) y el OPA2335 es del tipo SO-8 (montaje superficial simple de 8 pines), se requiere diseñar un circuito impreso para poder probar los circuitos. Cara superior Cara inferior Circuito impreso doble cara para probar el amplificador INA326.

18 Montaje de prueba Componentes ensamblados en el circuito impreso

19 Etapa de digitalización Los circuitos de digitalización dependen del microcontrolador. Resolución = Amplitud [Nº de bits ] ( 5 V ) [ 4096 ] = 1,22 mv Como la señal original es amplificada 1000 veces la resolución real es de 1,22 µv

20 Entrada al Microcontrolador (dspic30f3013)

21 Velocidad requerida La frecuencia de transmisión está dada por: FT = Nb * NP * NM * NC = 10 * 2 * 2000 * 8 FT = bps. Donde: FT = Número de bits por segundo (bps) a transmitir. Nb = Número de bits a transmitir por paquete. NP = Número de paquetes por dato. NM = Número total de muestras por canal.

22 Comunicación de datos La comunicación de datos con el computador se realiza en protocolo USB. El dispositivo escogido para trabajar como interfase USB es el CP2102. El CP2102 funciona con pocos componentes. Este dispositivo maneja los datos en protocolo RS232 hasta 921,6 Kbps, y carga un software en el computador que instala un puerto COM virtual para facilitar la comunicación.

23 El CP2102 Este dispositivo se encarga de establecer el protocolo de comunicación USB con el computador.

24 Montaje de prueba del CP2102 (Montaje tipo QFN de 28 pines) Diseño del circuito impreso Primer montaje de prueba

25 Resultados Preliminares El desarrollo del software de este proyecto esta en su etapa inicial. Hasta el momento se ha realizado la manipulación de la señal ECG utilizando programación con software especializado como Visual Basic y LabView, pero el trabajo definitivo se realizará en software

26 Reporte

27 Publicación de Resultados La publicación de resultados ha hecho del conocimiento público los avances sobre el desarrollo de este proyecto en tres eventos científicos. Publicación 1: Título: Adquisición y procesamiento de la señal Electrocardiográfica, basado en la extracción de potenciales intra-qrs e índices de variabilidad del intervalo QT Lugar de la ponencia: IV Congreso Latinoamericano de Ingeniería Biomédica CLAIB2007. Isla de Margarita, Venezuela.

28 Publicación 2: Publicación 3: Título: Adquisición y procesamiento de la señal electrocardiográfica de alta resolución Lugar de la ponencia: VI Jornadas de Ingeniería Mérida, Venezuela. Título: Esquema de Conexión USB para un Electrocardiógrafo Digital Lugar de la ponencia: 3er Congreso Iberoamericano de Estudiantes de Ingeniería Eléctrica III CIBELEC Mérida, Venezuela.

29 Conclusiones Se ha logrado adquirir una base técnica bien fundamentada, que permitirá el desarrollo de un equipo médico requerido especialmente en las áreas sociales mas necesitadas. Es importante resaltar que el diseño de este proyecto se ejecuta con el desarrollo de tecnología propia, en busca de nuestra independencia tecnológica.

30 Preguntas?