Electrocardiograma desde una visión digital

Javier, González Barajas

• Publisher: Ediciones USTA
• Year: 2016
• eBook ISBN: 9789586319607
• Topic: Computer Science
• Subtopic: Software Development
• Index: Computer Science

Esta obra está orientada a ilustrar las bases para automatizar procesos de cuantificación de parámetros extraídos durante el monitoreo de un paciente a través del electrocardiograma. El principal parámetro tomado en cuenta corresponde a la frecuencia cardiaca instantánea, por lo cual se deben tener en cuenta los conceptos básicos de la adquisición de la señal electrocardiográfica y su cronología. El tratamiento digital de señales ha pasado de ser una asignatura más de los programas de ingeniería a convertirse en un interesante sector industrial en países del primer mundo. Por esto, el presente libro está dirigido a entusiasmar a un público lector que desee explorar aplicaciones de esta área al estudio de señales electrofisiológicas, como es el caso del electrocardiograma.

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TÉCNICAS PARA MEDICIÓN DE LA FRECUENCIA CARDÍACA

Uno de los parámetros más importantes del registro electrocardiográfico consiste en la medición de la frecuencia cardíaca instantánea. Este parámetro es estimado a través de mediciones de tiempo entre cada una de las ondas R del complejo cardíaco. Por lo cual es necesario el diseño y la implementación de algoritmos para la detección de la onda R. La frecuencia cardíaca es un parámetro determinado por el tiempo entre cada latido del corazón. Este parámetro se calcula a partir del tiempo entre cada onda R del complejo cardíaco.

La medición de la frecuencia cardíaca se puede hacer a través de técnicas basadas en circuitos analógicos y digitales que captan la ocurrencia en el tiempo de una onda R del complejo cardíaco. En la actualidad predominan las estrategias fundamentadas en el tratamiento digital de señales, que utilizan técnicas basadas en filtros digitales para el realce de la onda R. Además de la señal electrocardiográfica, también es utilizada la señal de pulso oximetría. Esta señal genera una curva que está en fase con el ECG y es producto de los cambios de saturación de oxígeno en la sangre.

La detección de la onda R es posible después de cumplir con la correcta implementación del sistema de acondicionamiento de señal y un conjunto de algoritmos basados en filtros digitales. Esto último, con el fin de contar con una señal ECG libre de distorsiones, ya que estas pueden impedir la correcta detección de la onda R. Además, las distorsiones pueden causar la presencia de formas de ondas similares al complejo QRS y pueden generar falsas detecciones que conlleven datos erróneos de la frecuencia cardíaca. En el caso del desplazamiento de línea de base, puede acontecer la no detección de ondas R existentes.

El objetivo de este capítulo es proporcionar un resumen de las diferentes técnicas para la detección de la onda R y la medición de la frecuencia cardíaca. En primera instancia se citarán los métodos basados en circuitos electrónicos, los cuales realizaban la detección de la onda R a partir de la señal ECG en versión analógica. Consecutivamente, son presentados los métodos basados en el tratamiento digital de señales, que son orientados a la manipulación de muestras obtenidas después de la conversión analógica a digital de la señal ECG.

Técnicas basadas en circuitos electrónicos

El cálculo de la frecuencia cardíaca puede ser obtenido a través de la implementación de sistemas básicos basados en circuitos electrónicos. Como se puede ver en la figura 34, de manera sucesiva a una etapa de acondicionamiento de la señal se puede conectar un sistema de umbralización y una etapa de cuantificación.

El sistema de umbralización consiste en la detección de valores de amplitud igual o por encima de un nivel de voltaje preestablecido. La etapa de cuantificación permite calcular el tiempo entre cada detección aportada por el sistema de umbralización.

El sistema de umbralización puede estar compuesto por un amplificador en configuración de seguidor de tensión que cumple la labor de generar una etapa de alta impedancia a la salida del sistema de acondicionamiento de señal [21], [22]. De manera continua se puede colocar una etapa de rectificación de media onda (figura 35).

El sistema de rectificado está conectado a un amplificador umbralizador, el cual tiene el papel de generar una señal binaria en fase a la onda R del complejo cardíaco. El amplificador umbralizador posee una entrada, denominada referencia. Esta entrada tiene la función de proporcionar un valor de tensión que equivale al valor umbral.

La salida del amplificador umbralizador se compone de una señal binaria, cuyo valor unitario está en fase con la onda R del complejo cardíaco. La figura 36 ejemplifica una imagen de una señal adquirida con un osciloscopio digital, contiene una señal ECG y la salida de dos etapas: rectificación y umbralización.

Luego de la umbralización se pasa a una etapa de cuantificación. Esta etapa permite contabilizar el tiempo entre cada valor unitario, tomando como referencia cada detección aportada por la señal umbralizada.

La etapa de cuantificación puede ser implementada mediante el uso de circuitos digitales como por ejemplo un micro controlador. La figura 37 contiene un diagrama de bloques que indica los componentes principales para la implementación de un circuito de cuantificación. Este sistema toma la señal umbralizada y la utiliza como una señal de control que proporciona el inicio y final de un contador. La salida del sistema de cuantificación es un registro que contiene el tiempo entre cada onda R del complejo cardíaco.

Los sistemas basados en hardware poseen algunas desventajas a la hora de realizar el proceso de umbralización de la señal ECG y la detección de la onda R. En primer lugar, no pueden adaptarse a las irregularidades de la señal ECG, ya que cada sujeto puede presentar proporciones distintas en las diferentes formas de ondas.

Técnicas basadas en tratamiento digital de señales

La onda R corresponde al valor positivo de mayor magnitud que se encuentra en el registro electrocardiográfico. Esta onda está precedida por la onda Q y luego aparece la onda S. La detección de la onda R es un proceso que permite la cuantificación de la frecuencia cardíaca instantánea y es la base de diferentes tipos de análisis del sistema cardiovascular y nervioso autónomo [36]. Al transformar la señal ECG analógica en una versión discreta, se deben conservar las propiedades de la onda R que la permiten diferenciarse de las demás ondas del complejo cardíaco.

En esta sección se exponen otras aplicaciones de los filtros digitales, en las cuales no se requiere eliminar o atenuar una distorsión. En este caso, los filtros digitales orientan su función a permitir la detección de una forma de onda particular.

Los bancos de filtros

En muchas ocasiones, la forma de onda particular posee componentes contenidas dentro del espectro de la señal bajo estudio. Sin embargo, no se puede tener un modelo determinístico para establecer los valores de frecuencias que limitan la ubicación en el espectro de las componentes asociadas a la forma de onda.

Los bancos de filtros son una forma eficiente de encontrar el rango de frecuencias del espectro de una señal ECG que contiene las componentes espectrales de la onda R. La estructura principal de un banco de filtros consiste en tener una señal de entrada x[n] que es tratada por una serie de filtros con respuesta al impulso H[n], donde n indica la numeración del filtro. Esta estructura genera como salida, diferentes versiones de la señal de entrada x[n]. La figura 38 ilustra un diagrama de bloques de un sistema de banco de...

Table of contents

• Portada
• Título
• Derechos de autor
• El autor
• Presentación
• Introducción
• Antecedentes de investigación en el tratamiento digital de señales ECG
• El electrocardiograma
• Distorsiones que alteran la morfología del electrocardiograma, causadas por desplazamiento de línea de base y la red eléctrica
• Sistemas de filtrado adaptativo aplicado al tratamiento digital del electrocardiograma
• Técnicas para medición de la frecuencia cardíaca
• La variabilidad de la frecuencia cardíaca
• Conclusiones
• Glosario
• Referencias