Obtención de trazos de ECG

Transcripción

1 Núcleo de Ingeniería Biomédica FING - FMED Obtención de trazos de ECG Curso: Ingeniería Biomédica Dr. Ing. Diego Suárez Bagnasco 15 de agosto de 2017 diego.suarez07@gmail.com

2 Electrocardiograma El corazón posee una actividad eléctrica que implica corrientes en el miocardio. Estas corrientes producen una distribución de potenciales eléctricos en el individuo. Se pueden registrar los valores de los potenciales a nivel de la superficie corporal mediante electrodos. El electrocardiograma consiste en el registro gráfico en función del tiempo de los potenciales medidos y que se deben a la actividad eléctrica del corazón. Se emplean puntos preestablecidos para efectuar las medidas. El análisis de la morfología de los registros permite hacer inferencias acerca del estado normal o patológico. Núcleo de Ingeniería Biomédica FING FMED 2017

3 Núcleo de Ingeniería Biomédica FING FMED 2017

4 Origen de las señales de ECG La despolarización y repolarización de las células del miocardio (musculares de contracción y de conducción) está asociada a un movimiento de iones transmembrana y en sus adyacencias El cuerpo es un conductor de volumen, en el cual las corrientes se manifiestan como movimientos de iones. Para que los iones se muevan debe existir un campo eléctrico o un proceso de difusión o de transporte o combinaciones de estos. Ubicando electrodos en la superficie del conductor de volumen es posible registrar diferencias de potencial asociadas a la variación del patrón del campo eléctrico que hay dentro del conductor de volumen, como resultado de las corrientes de iones. Núcleo de Ingeniería Biomédica FING FMED 2017

6 Corriente en un conductor de volumen 0 Núcleo de Ingeniería Biomédica FING FMED 2017

7 ECG normal Núcleo de Ingeniería Biomédica FING FMED 2017

8 Relación del ECG con la actividad ciclo cardíaco Despolarización nódulo SA Despolarización auricular Despolarización nódulo AV Despolarización del septum Despolarización inicial de pared ventricular Despolarización final Sístole Repolarización de de pared ventricular ventricular pared ventricular Núcleo de Ingeniería Biomédica FING FMED 2017 Repolarización de haz de His

9 Vector de actividad eléctrica -A cada célula del miocardio se le puede asignar un vector de actividad (un dipolo eléctrico) individual -Representa al momento dipolar el cual evoluciona durante el ciclo cardíaco Vector de actividad total -Es la suma en un determinado instante de todos los vectores de actividad individuales. -El hecho de simplificar mediante un único vector total implica que se debe estar al menos a cierta distancia alejado de la región activa. Núcleo de Ingeniería Biomédica FING FMED 2017

10 Momento dipolar eléctrico de 2 cargas opuestas Potencial generado en un punto P por un dipolo eléctrico (considerar factor inversamente proporcional 4pe0 ) Si r es lo suficientemente grande Núcleo de Ingeniería Biomédica FING FMED 2017

12 Si r es grande es el ángulo sólido Núcleo de Ingeniería Biomédica FING FMED 2017

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18 Evolución de los vectores individuales y total de actividad durante la despolarización Vectores individuales Vector total Núcleo de Ingeniería Biomédica FING FMED 2017

19 Trayectoria del vector de actividad total en el espacio Trayectoria en el espacio de la punta del vector en un sistema ortogonal de referencia Proyecciones del vector según versores (ejes) 3 lazos visibles : P, QRS, T Núcleo de Ingeniería Biomédica FING FMED 2017

20 Registro externo bipolar del vector de actividad total p : vector de actividad total El dipolo produce una distribución espacial de potencial eléctrico A y B puntos de ubicación de par de electrodos de medida a una distancia r 0 de p Núcleo de Ingeniería Biomédica FING FMED 2017

21 Registro externo del vector de actividad total p : vector de actividad total p no esta siempre contenido en el plano definido por los puntos A, B y C durante el ciclo cardíaco Núcleo de Ingeniería Biomédica FING FMED 2017

22 Triángulo de Einthoven y registros bipolares -Modelo simplificado que permite estudiar la actividad eléctrica del corazón -Se parte de la base que la actividad eléctrica se puede reducir a un único vector (momento dipolar) de actividad total -No se tiene en cuenta que el torso es un conductor de volumen no homogéneo y acotado -El modelo supone que el corazón está en el centro de un triángulo equilátero -Introduce tres derivaciones bipolares (DI, DII y DIII) que corresponden con los lados del triángulo -Mediante electrodos externos se obtienen registros bipolares en función del tiempo que corresponden con las proyecciones del vector de actividad total sobre los diferentes lados del triángulo -Se toma la proyección del vector de actividad total en el plano del triángulo y se descompone luego sobre sus lados. -Cada derivación tiene un sentido el cual se considera positivo (como un vector). Núcleo de Ingeniería Biomédica FING FMED 2017

23 DI DII DIII Núcleo de Ingeniería Biomédica FING FMED 2017

24 Registros unipolares,terminal Central de Wilson y derivaciones de Goldberger - El T.C. de Wilson define un punto de referencia de tensión a partir del cual se toman los registros unipolares (derivaciones de miembros y las precordiales). -El punto se obtiene mediante un circuito eléctrico conectado a los vértices del triángulo VR DI VL R : right L : left F : foot VR DI avl avr DI avl DII VF DIII T.C. de Wilson DII VF DIII DII Derivaciones de Miembros Aumentadas avf DIII -Derivaciones de miembros (VR, VL y VF): proyección del vector de actividad total contra los vectores que parten del T.C. de Wilson y terminan en los vértices del triángulo de Einthoven. Se encuentran en el mismo plano que DI, DII y DIII. -Derivaciones de Miembros Aumentadas (de Goldberger) (avr, avl, avf): Se elimina la conexión que va del TCW al miembro a medir. Se encuentran en el mismo plano que DI, DII y DIII.

25 -Las precordiales se obtienen mediante 6 electrodos (V1 a V6) para registro unipolares. -Se pueden considerar que están en un plano transversal que contiene al T.C. de Wilson. Núcleo de Ingeniería Biomédica FING FMED 2017

26 Derivaciones Unipolares (V1 a V6) Derivaciones Unipolares Aumentadas (avl, avr, avf) (sistema de Goldberger) El equipo desconecta internamente la conexión del resistor a la derivación a medir

28 Sistema de referencia Hexa axial de Bailey

29 Núcleo de Ingeniería Biomédica FING FMED 2017 Eje eléctrico medio de los ventrículos

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36 Aplicaciones comunes de registro de ECG -Estudios clínicos (electrocardiógrafo, holter) -Monitoreo fijo no diagnóstico (menos detalles morfológicos) Núcleo de Ingeniería Biomédica FING FMED 2017

37 Esquema simplificado de un electrocardiógrafo moderno Electrodo unipolar Gel conductor Cable paciente Einthoven (1903) Equipo moderno de uso clínico con display LCD

38 Cable paciente 3 leadwires (RA, LA y LL): permite obtener 3 derivaciones de ECG: I, II y III. 5 leadwires (RA, LA, LL, RL y V): permite obtener hasta 7 derivaciones: I, II, III, avr, avl, avf y V. 10 leadwires (RA, LA, LL, RL, V1, V2, V3, V4, V5 y V6): permite obtener hasta 12 derivaciones: I, II, III, avr, avl, avf, V1, V2, V3, V4, V5 y V6. Europa Red Yellow Green Black White White / Red White / Yellow White / Green White / Brown White / Black White / Violet Connecta a: Right Arm Left Arm Left Leg Right Leg Chest Unipolares C1 / V1 C2 / V2 C3 / V3 C4 / V4 C5 / V5 C6 / V6 USA (A.H.A.) White Black Red Green Brown Brown / Red Brown / Yellow Brown / Green Brown / Blue Brown / Orange Brown / Purple

39 Electrodos Pinzas De Succión Descartable Puntas (cable terminal) Núcleo de Ingeniería Biomédica FING FMED 2017

41 Diagrama de bloques electrocardiógrafo

42 Selector de derivaciones Selecciona la combinación de electrodos para medir la derivación electrocardiográfica deseada. Esta conmutación puede realizarse mediante: Llave selectora mecánica accionada por usuario. Relés electromecánicos. Circuito integrado de llaves analógicas. Amplificador Puede estar realizado con amplificadores operacionales discretos o ser de tipo integrado. Elevado rechazo a modo común a la entrada. Ancho de banda adecuado. No debe poseer excesiva ganancia para evitar saturaciones por desbalances entre electrodos. La alimentación debe ser flotante.

43 Protección contra altas tensiones Debe proteger al electrocardiógrafo en casos de: -Descargas de desfibrilador. -Empleo del electrobisturí (situación aplicable en módulos de ECG en quirófano). Detección de electrodo desconectado Puede realizarse midiendo la impedancia entre electrodos Se inyecta una corriente constante alta frecuencia (10 a 50 KHz) y pequeña amplitud (ej.:100 ua) por uno de los electrodos y se mide la tensión entre los distintos electrodos. En la unidad de control se realiza una lógica para determinar cuál electrodo se desconectó.

44 Fuentes Todo circuito conectado a paciente se alimenta mediante una fuente aislada de tierra. La aislación esta fuente debe ser del orden de los 5 kv. Impide que circule corriente a través de los electrodos en caso de existir un potencial eléctrico en el paciente (salvo acoples capacitivos). Otras partes del equipo pueden estar alimentadas por fuentes no aisladas Vinculación entre circuitos bajo fuente aislada y bajo fuente no aislada La señal de ECG y otras señales de control se pueden acoplar mediante: Optoacopladores. Transformador de aislación. Núcleo de Ingeniería Biomédica FING FMED 2017

45 Acople óptico: Acople óptico analógico (señal de ECG): Se trabaja en zona lineal del optoacoplador. Acople óptico digital: Se digitaliza a la señal de ECG (conversor A/D). Al optoacoplador ingresa la señal digitalizada. Se reconstruye la señal analógica empleando conversor D/A. Acople electromagnético: Se modula una portadora con la señal del ECG. La onda modulada ingresa al primario de un transformador de aislación. Se toma la señal en el secundario y se demodula.

46 Filtros La función de esta etapa es acotar el espectro de la señal intentando alterar lo mínimo la morfología original del ECG. Anchos de banda (frecuencias de corte del pasabanda): Aplicación clínica: 0.05 a 100 Hz (diagnóstico). Monitoreo: ( ) a 40 Hz Subiendo la frecuencia de corte inferior se disminuye el corrimiento de línea de base del registro. Al filtro pasabanda puede adicionarse un filtro notch para eliminar interferencia de 50 Hz. En caso de que exista ruido de origen muscular puede recortarse la banda de paso en 35 o 40 Hz. Núcleo de Ingeniería Biomédica FING FMED 2017

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54 Cálculo de frecuencia cardíaca El cálculo se hace como la inversa del período R-R. La medición puede hacerse latido a latido o promediando cada cierto intervalo de tiempo. Núcleo de Ingeniería Biomédica FING FMED 2017

55 Ajustes básicos -Selector de derivaciones -Ganancia (típicas 0.5mV/cm, 1mV/cm, 2mV/cm) -Ancho de banda (ejemplo 0.05 a 100Hz y ( ) a 40 Hz) -Velocidad (registrador de papel) : 12.5 mm/seg, 25 mm/seg, 50 mm/seg -Ganancia, offset y damping (esta última se hacía en equipos con registradores en papel con stylus) Núcleo de Ingeniería Biomédica FING FMED 2017

56 Algunas perturbaciones no deseadas De actividad muscular Ruido de línea (50Hz o 60Hz) Polarización y movimiento de electrodos Otros efectos de interferencia electromagnética Ejemplos de procesamientos automáticos posibles de las señales de ECG Cálculo de frecuencia cardíaca (por detección de complejos QRS) Análisis de morfología del registro (técnicas digitales de análisis de señales, wavelets) Núcleo de Ingeniería Biomédica FING FMED 2017

58 Fin de la presentación

59 Bibliografía Sugerida Guyton y Hall, Tratado de Fisiología Médica (12ª Ed), J.E. Hall, Orestes Fiandra, Electrocardiografía, Oficina del Libro, AEM, Dale Dubin, Electrocardiografía práctica, 3era Ed. Mc Graw Hill Interamericana