Electrocardiógrafo registrador de datos con comunicación inalámbrica a computador.

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1 Electrocardiógrafo registrador de datos con comunicación inalámbrica a computador. Yesser A. Morales Calero 1. Keller J. Jirón Ruiz 1. Alejandro Mendez 2 yessermorales@hotmail.es, jironruiz@hotmail.com, alejandro.mendez@uni.edu.ni 1. Estudiante Ingeniería Electrónica 2. Profesor departamento electrónica, UNI Universidad Nacional de Ingeniería UNI, Managua, Nicaragua Mesa No. 3: Científico-Tecnológica RESUMEN- Un electrocardiógrafo es un instrumento utilizado para la detección y diagnóstico de anormalidades en el funcionamiento del corazón, generalmente son costosos y en el país muy pocos son portátiles lo cual dificulta tener información del ritmo cardiaco ya sea cuando se traslada un paciente a una clínica u hospital o cuando el paciente necesita tener información frecuente del mismo. Este articulo describe el procedimiento seguido, y los resultados obtenidos, al implementar un electrocardiógrafo registrador de datos con capacidad de enviarlos a una computadora utilizando el protocolo de comunicación bluetooth. En la implementación del electrocardiógrafo se utilizó la tecnología de microcontroladores y el software LABVIEW para mostrar en la pantalla el electrocardiograma. Los datos son almacenados en una memoria EEPROM lo cual permite su reproducción para posteriores análisis. Palabras claves: Electrocardiógrafo, Amplificador de instrumentación, Comunicación inalámbrica, electrocardiograma, Firmware. Abstract An electrocardiograph is an instrument used to detect and diagnose heart s function abnormalities. Besides its high cost, in our country it is hard to find a portable instrument which make difficult to collect data about the heart s cardiac rhythm while a patient is being translated to a hospital or when a frequent monitoring of the heart is needed. This paper describes the methodology followed and the obtained results in the development of an electrocardiograph capable of recording and transmitting data, using the Bluetooth communication protocol, to a computer. Microcontroller technology was used to implement the electrocardiograph and LABVIEW to develop the program to receive and process data in order to show the electrocardiogram in the computer screen. Data are stored in an EEPROM memory for further analysis. Keywords: Electrocardiograph, Instrumentation amplifier, Wireless communication, electrocardiogram, firmware

2 1. INTRODUCCIÓN En Nicaragua, en un periódico nacional [1] se dio a conocer que la tasa de muertes por afectaciones cardíacas es de alrededor del 30%, un número relativamente grande. Se podrían evitar muchas muertes si las personas que tienen afectaciones del corazón tuvieran a su disposición el instrumento apropiado para monitorear el ritmo cardiaco. La electrocardiografía es la medición de la actividad eléctrica en el corazón y el registro de tal actividad como un trazo visual (en papel, en un osciloscopio, o en la pantalla de una computadora), usando electrodos ubicados en la piel de las extremidades y el pecho de una persona. El instrumento utilizado para realizar la medición es el electrocardiógrafo y el trazo visual obtenido es el electrocardiograma (ECG o EKG) el cual muestra una gráfica que relaciona los impulsos eléctricos que ocurren durante cada latido del corazón. Las ondas en un electrocardiograma normal son denominadas P, Q, R, S, y T, y el estado del corazón, normal o anormal, es determinado por el orden en que presentan las mismas. Los pacientes que sufren de afectaciones cardíacas en Nicaragua, deben visitar una clínica o un hospital a fin de conocer el estado de su corazón ya que un electrocardiógrafo está fuera de su alcance debido al alto costo del mismo. El contar con electrocardiógrafo portátil que permita a los pacientes monitorear el estado de su corazón continuamente y almacenar los datos para su posterior análisis por parte del médico, sería de mucha ayuda para los mismos. En este documento se presenta la metodología utilizada para el diseño y construcción de un electrocardiógrafo portátil con capacidad para almacenar los datos y transmisión inalámbrica en tiempo real de los mismos hacia una computadora para mostrar el electrocardiograma. La comunicación utiliza el protocolo de comunicación bluetooth. Uno de los aspectos principales del instrumento es el bajo costo del mismo lo cual es logrado al implementarlo utilizando un microcontrolador y amplificador de instrumentación en presentación SMD. Si bien es cierto se utiliza LABVIEW para visualizar el electrocardiograma, no es necesario tenerlo instalado ya que es suficiente con el toolkit de ejecución de programas de dicho software. Por último, se presenta la discusión en la cual se abordan los resultados obtenidos en la ejecución de los experimentos para verificar la efectividad del instrumento. 2. METODOLOGÍA 2.1.Generalidades El corazón genera una actividad eléctrica con cada uno de sus latidos la cual puede ser graficada en papel o mostrada en el monitor de una computadora a partir de las señales

3 obtenidas mediante electrodos especiales, que las amplifican, colocados en el pecho, piernas y brazos del paciente. Sin embargo, en algunos sistemas, los electrodos pueden ser aplicados en el pecho, hombros, y los lados por debajo del pecho, o en la cintura. Las señales eléctricas del corazón tienen las siguientes características. Rango de voltaje: 0.5 a 4 mv Frecuencias típicas: 0.05 a 150 Hz El primer paso realizado en el proceso de diseño e implementación del electrocardiograma fue construir el diagrama funcional para, a partir de las señales generadas por los electrodos, generar el electrocardiograma y/o almacenar los datos para su análisis futuro. Ver figura 1. señales. Se utilizó el amplificador de instrumentación AD620 dada su buena relación señal a ruido, su alto slew rate y su disponibilidad en el mercado. Para filtrar las señales con frecuencias no deseadas se diseñaron filtros paso bajo y paso alto de segundo orden del tipo Sallen Key. Ver figura 2. La programación del microcontrolador se realizó utilizando el compilador CCS. Cabe señalar que la efectividad del sistema fue verificada mediante la simulación utilizando la suite de PROTEUS. Fig. 2. Sistema de adquisición y acondicionamiento. Fig. 1 Diagrama funcional electrocardiógrafo El envío de las señales, usando el protocolo de comunicación bluetooth, hacia la computadora requería el acondicionamiento de las mismas, ya que su valor es en el orden de los milivoltios, para que las pudiera entender el microcontrolador, encargado del procesamiento y transmisión. Por lo tanto, en el segundo paso se abordó el diseño e implementación del sistema de adquisición, acondicionamiento y transmisión de las Es importante destacar que, para realizar la efectividad del sistema de medición, fue necesario indagar sobre la ubicación apropiada de los electrodos. Existen diferentes derivaciones para establecer la capacidad de detección de una señal de ECG y en nuestro trabajo utilizamos la Precordial V5 amplificada ya que es una derivación específica para monitores cardiacos y consiste en la unión de una derivación bipolar denominada (DII) con una unipolar V5. Ver figura 3. Esta combinación nos permite vigilar ambas coronarias, esto es, la coronaria izquierda con el V5 y la arteria coronaria derecha con el DII

4 Fig. 3: Derivación V5 Amplificada Para proteger al paciente de posibles daños se deben considerar bandas de seguridad, tal como aislamiento. En el electrocardiógrafo propuesto se implementó el circuito de protección indicado por el fabricante. Ver figura 4. RESULTADOS Fig. 5. Circuito impreso La figura 6 muestra la imagen del prototipo del electrocardiógrafo. Fig. 4 Banda de seguridad A continuación, se procedió a la elaboración y prueba del programa, usando LABVIEW, para garantizar la recepción de los datos y su procesamiento para mostrarlos en la pantalla de la computadora en tiempo real o almacenarlos en la base de datos del sistema. El programa permite la descarga hacia la computadora de datos almacenados en la memoria del sistema de medición. La última etapa en el desarrollo del electrocardiógrafo consistió en el diseño y construcción del circuito impreso. Se utilizó Eagle para el diseño de las pistas y el método tradicional de planchado para crearlas en el circuito impreso. Ver figura 5. Fig. 6 Prototipo del electrocardiógrafo En la verificación de la efectividad del prototipo de electrocardiógrafo fueron utilizados electrodos del tipo Electrodos plata cloruro plata (ag/agcl), ver figura 7, con el posicionamiento utilizando la derivacion V5 amplificada. Durante los primeros experimentos se tuvo dificultad con obtener un voltaje de offset apropiado para la entrada del Microcontrolador, con el ajuste de resistencias en la ganancia del amplificador operacional el problema fue solucionado.

5 REFERENCIAS Fig. 7 Electrodos plata-cloruro plata 1. Agurcia, V. (2015, Septiembre 28) Males del corazón matan a tres de cada diez nicas, El Nuevo Diario. Recuperado de El electrocardiógrafo fue probado con la colaboración de 4 voluntarios y la figura 8 es una imagen del electrocardiograma mostrado en la pantalla de la computadora en uno de los experimentos. 2. Culcay, A. & Molina, M. (2012) Diseño e implementación de un electrocardiógrafo ambulatorio dinámico de una derivación con conexión inalámbrica a teléfono móvil inteligente y envió de información via sms o GPRS. Recuperado de Universidad Politecnica Salesiana Website: Fig. 8 Electrocardiograma Los resultados obtenidos son satisfactorios y el instrumento será sometido estudio para valorar la posibilidad de producir un equipo comercializable. 3. Alva, C. & Reaño, W. & Castillo, J. (2011). Diseño y Construcción de un Electrocardiógrafo de bajo costo Recuperado de CONCLUSIONES Se implementó un prototipo de electrocardiógrafo con capacidad para almacenar datos y enviarlos de forma inalámbrica hacia una computadora en la cual, mediante el uso de LABVIEW, se genera y muestra en la pantalla el electrocardiograma. En las diferentes pruebas realizadas los resultados obtenidos demuestran le efectividad del instrumento en cuanto al almacenamiento de los datos y construcción y presentación del electrocardiograma.