DISEÑO E IMPLEMENTACIÓN DE UN ELECTROCARDIOGRAMA UTILIZANDO UN DSPIC FERNANDO PÁEZ PEREZ [email protected]PRESENTADO A: Ing. CARLOS ALBERTO VERA ROMERO GRUPO A UNIVERSIDAD DE PAMPLONA FACULTAD DE INGENIERÍAS Y ARQUITECTURA PROGRAMA DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA PAMPLONA N. S. COLOMBIA JUNIO 2010
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DISEÑO E IMPLEMENTACIÓN DE UN ELECTROCARDIOGRAMA UTILIZANDO UN DSPIC
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5/10/2018 DISEÑO E IMPLEMENTACIÓN DE UN ELECTROCARDIOGRAMA UTILIZANDO UN DSPIC - slidepdf.com
El corazón es el músculo más importante del cuerpo. Su función es la de bombearla sangre al resto del cuerpo. Está dividido en dos mitades: izquierda y derecha. Ycada mitad tiene dos cavidades, aurícula y ventrículo, separados a su vez porunas válvulas que permiten que la sangre sólo circule en un sentido.
Fig.1 Cavidades cardiacas
El potencial eléctrico es generado por un pequeño grupo de células de la siguienteforma:
1) El impulso eléctrico se genera en el Nodo Sinosal o sinoauricular (S.A.), que
se encuentra en la parte posterior-superior de la aurícula derecha. Tiene
forma ovalada y es de dimensiones considerables. Desde este nodo, el
impulso eléctrico se desplaza a través de las aurículas por dos vías
internodales produciéndose así la contracción auricular.
2) A continuación la onda llega al Nodo Auriculoventricular (AV) donde se
detiene aproximadamente 0,1s.
3) Para continuar a través de unas fibras que hacen de puente entre el nodo
auriculoventricular y las ramas ventriculares. Dichas fibras se denominan
Haz de His.
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4) ) El haz de His se divide en dos Ramas de His (derecha e izquierda) para
llevar el estímulo eléctrico a los dos ventrículos.
5) Las dos ramas se subdividen en las denominadas Fibras de Purkinje
situadas en las paredes ventriculares.
Fig.2 Elementos de distribución eléctrica del corazón
El Electrocardiograma
El electrocardiograma es la representación grafica que se obtiene al medir laactividad eléctrica del corazón de una manera continua. Es un método rápido,
simple e indoloro en el cual se amplifican los impulsos eléctricos, relacionados con
la contracción del corazón.
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La figura 6 muestra un ejemplo de una señal sinusoidal amplificada 2010 veces,
es decir la señal de entrada a 1mVpp de la figura 5 es ahora igual a 2Vpp.
3. Circuito de offset
La señal amplificada tiene dos componentes: la señal ECG y un offset que nos ha
introducido el amplificador de instrumentación . Para el procesado de la señal deECG el offset no nos interesa con lo cual tenemos que eliminarlo. Para quitardicha componente hemos implementado un amplificador operacional configuradocomo sumador el cual se observa en la figura 7.
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1- Muestreo de la señal: Simplemente parte de una señal o magnitud
analógica continúa y genera en la salida una secuencia de valores
discretos, comúnmente llamado ADC.
2- Reconstrucción de la señal: En su entrada recibe la señal filtrada del DSP yla convierte en una señal analógica mediante un proceso de reconstrucción
realizado por un convertidor digital-analógico (DAC).
El algoritmo implementado tiene como función principal: muestrear la señal
analógica en una serie de pulsos, aplicar un filtro digital para la eliminación del
ruido de la señal ECG, enviar la señal resultante hacia la entrada de un DAC.
Para llevar a cabo estos procesos se utilizó un DSP de la familia MICROCHIP:
dsPIC30F4012 cuya configuración de pines se muestra en la figura 9.
Fig.9 Diagrama de pines del dsPIC30F4012
Dentro de las características más importantes de este dispositivo encontramos:
- Posibilidad de trabajar a 16Bits
- 6 canales PWM
- Conversor A/D de 10Bits
- Cristal de 4-10MHZ con PLL activo (4x, 8x, 16x)
- 1Kbyte de memoria EEPROM
- Controlador de bus SPI y I2C
- Capaz de implementar FFT y filtros digitales
- 2 módulos UART
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De la figura 11 podemos observar que salida del DAC está conectada a un
amplificador inversor con una ganancia igual a 2.5. La salida anterior es conectada
a un último amplificador inversor con ganancia variable.
8. Tarjeta de adquisición de datos (DAQ)
La función principal de la tarjeta de adquisición de datos es obtener información
de variables físicas para luego ser procesadas, supervisadas y manipuladas
dentro de un proceso.
El uso de esta tarjeta se debe a que el diseño se realizó y probo sobre un portátil
el cual solo contiene puertos USB. Recordemos que el DSP utilizado solo posee
salidas UART.
La tarjeta fue diseñada e implementada con un anteriormente en otro curso y es
aprovechada para muestrear la señal ECG filtrada proveniente del DSP.
SENSORES
Para la captación de la señal ECG atreves de la superficie corporal se utilizaron
electrodos de broche (tipo adulto) como se observa en la figura 12.
Fig.12 Electrodos
La figura 13 representa la ubicación cada una de los electrodos y etiquetados de lasiguiente manera: un electrodo irá al brazo derecho (RA), otro electrodo irá en el
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Fig.14 Respuesta en frecuencia del filtro pasa-banda.
La figura 14 representa la respuesta en frecuencia del filtro implementado.
También se observa que la respuesta es un poco inestable para frecuencias decorte: 0.05 HZ y en la gráfica es casi que despreciable. La razón de utilizar un filtro
IIR en la aplicación es el poco gasto computacional que exige ya que para filtros
IIR el orden es igual de bajo que un filtro analógico.
DISEÑO DEL FILTRO EN EL DSP
Los filtros IIR están basados en una estructura bi-cuadrática con elementos de
retraso denotados: hz-1 como el cual se encuentra en la función de transferencia
de forma general denotada como:
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Algoritmo para el botón ABRIR: propiedad ‘callback’:
function boton1_Callback(hObject, eventdata, handles) % hObject handle to boton1 (see GCBO)
% eventdata reserved - to be defined in a future version of MATLAB % handles structure with handles and user data (see GUIDATA) global SerPICnamecom=get(handles.caja1,'String'); %%obtiene el COM solicitado %%configuración SerPIC = serial(namecom) %%vector para la comunicación serie set(SerPIC,'BaudRate',9600) %%velocidad en baudios set(SerPIC,'DataBits',8) %% Bits de datos igual a 8 set(SerPIC,'Parity','none') %%sin paridad set(SerPIC,'StopBits',1) %% un bit de parada set(SerPIC,'FlowControl','none')fopen(SerPIC); %%Abre el puerto %for i=1:50 %% Toma de 1 hasta 50 muestras %%READ
v=fread(SerPIC); %% Leeo el puerto v1=fread(SerPIC); %% Leeo el puerto v2=fread(SerPIC); v3=fread(SerPIC); v4=fread(SerPIC); ..
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.v222=fread(SerPIC); v223=fread(SerPIC); v224=fread(SerPIC); v225=fread(SerPIC); %% Leeo el puerto
c=cat(1,v,v1,v2,v3,v4... ,v222,v223,v224,v225); %%concateno las matricesdd=(c*5)/256; %%conversión para ajustar la escala axes(handles.axes1) %%selecciono el AXES plot(dd) %%imprimo la grafica en el AXES end
Algoritmo para el botón CERRAR: propiedad ‘callback’:
function boton2_Callback(hObject, eventdata, handles) % hObject handle to boton2 (see GCBO) % eventdata reserved - to be defined in a future version of MATLAB % handles structure with handles and user data (see GUIDATA) global SerPIC fclose(SerPIC); %%cierra el puerto delete(SerPIC) %%Borra el vector creado anteriormente clear SerPIC
Del código anterior se puede observar la facilidad del algoritmo pero hay que tener
en cuenta que se tuvo que leer el puerto COM has 226 veces ya que la frecuencia
de la señal ECG es relativamente baja alrededor de los 1.5 HZ, es decir si leemos
el puerto pocas veces solo se obtiene un trozo de la señal ECG filtrada.
RESULTADOS OBTENIDOS
La señal ECG original está contaminada de mucho ruido (Figura 16), que como
sabemos es una señal ajena a la señal de estudio, provocando errores en el
sistema de medida. Estos factores adquieren especial importancia en la primera
etapa de medida del sistema (electrodos). Los cables son otro factor a tener en
cuenta, ya que actúan como antenas y pueden introducir interferencias en nuestro
circuito, para solucionar este problema se utiliza cables apantallados.
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Después de las pruebas realizadas y los resultados obtenidos se considera que el
diseño e implementación de un ECG no es una tarea tan fácil ya que la señal está
acompañada de varios factores que impiden su visualización como lo son: lossensores, los cables, la fuente de alimentación etc. Muchos de estos problemas
fueron eliminándose ya que se hizo el uso de cables blindados o apantallados que
permiten eliminar gran parte del ruido e interferencias que intervenían en la tarjeta
implementada.
Se ha comprobado el funcionamiento de los filtros digitales IIR en tiempo real y la
importancia que estos tienen en el campo medicinal. El estudio de la TZ y las
ecuaciones en diferencias aclaro un poco más el tema de filtros y como aplicarlos
tanto en Matlab como en el DSP.
Cada uno de los resultados obtenidos se hicieron atreves de la herramienta
matemática Matlab, que permitió el diseño de los filtros digitales y las herramientas
graficas (GUIDE) para la correcta visualización de la señal ECG.
Se ha resaltado la importancia que tiene el circuito para la protección al paciente
ya que este brinda la seguridad al paciente que actualmente aplica como ley a
nivel del diseño en aparatos del campo de la medicina.
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