Con el objeto de brindar una protecci´on al paciente se desarrolla esta etapa, utilizando circuitos que son sensibles a pequeños flujos de corriente se logra aislar al paciente del sistema y de igual manera obtener de forma segura la sen˜al electrocardiogr´afica. Para la eliminaci´on de ruido electromagn´etico ambiental se utiliza cable coaxial de 1x20 AWG de malla met´alica aterrizada a tierra para la conexi´on de los electrodos.
Como se puede observar en la Figura 5.1 los niveles de voltaje presentes en la entrada del sistema DSAC son de alrededor de 50 mV y a la salida se obtiene un voltaje similar a los 50 mV, esto dentro de una frecuencia de 0.01 Hz a 10 KHz que son suficientes para corroborar que esta etapa está operando de manera correcta y dentro de los rangos preestablecidos para el sistema, tambi´en observando que no presenta atenuación.
Figura 5.1: Gr´afica de operaci´on de la etapa de aislamiento
5.2
Etapa amplificadora
Para garantizar el buen funcionamiento de esta etapa, se requiere hacer 3 pruebas fundamentales: ganancia, respuesta en frecuencia y relaci´on de rechazo en modo comu´n.
Ganancia
En esta prueba se comprueba la ganancia propuesta de 1000, para esto se introduce al amplificador de instrumentaci´on en la entrada no inversa (+) un nivel de CD de 10 mV y en la entrada inversora (-) un nivel de cero (tierra), de esta forma se tiene una diferencia respecto a cero de 10 mV y al ser multiplicado por la ganancia tenemos 10 V por lo cual se tiene que:
1000 10 10 0 = = = mV V V V Av i (5.1)
Con lo que se comprueba que la ganancia en modo diferencial es de 1000. Respuesta en frecuencia
La respuesta en frecuencia es necesaria para establecer que la respuesta es plana por lo menos en el rango de frecuencias que se trabaja para la sen˜al de ECG y con esto garantizar la respuesta lineal ante la frecuencia de esta etapa. Para este fin se emplea el amplificador de instrumentaci´on en modo diferencial en la entrada no inversora (+), se propone una sen˜al senoidal de amplitud de 10 mVp a frecuencia variable y en la etapa inversora (-) un nivel de cero (tierra), la diferencia con respecto a cero es de 10 mV que al ser multiplicados por el factor de ganancia establecido nos proporciona una sen˜al senoidal de 10 Vp.
A continuación se muestra en la Figura 5.2 la respuesta en frecuencia.
Figura 5.2: Grafica del ancho de banda del AD620
De acuerdo a las curvas de respuesta en frecuencia, la respuesta es plana y se encuentra dentro del rango de trabajo de 0.05 Hz a 250 Hz.
Relaci´on de rechazo en modo comu´n (RRMC)
La Relaci´on de Rechazo en Modo Comu´n es utilizada para saber que tan inmune es el circuito al ruido, para esto se utiliza la ecuaci´on 3.2. Para la obtenci´on de la ganancia en modo diferencial, se emplea una sen˜al senoidal de 10 mVp a 400 Hz en la entrada no inversora (+) del amplificador de instrumentación y a la entrada inversora (-) se conecta a tierra, el voltaje obtenido a la salida es de 10.86 V. Por lo tanto la ganancia en modo diferencial es:
( )
5.2 9 . 1086 10 86 . 10 0 = = = mV V V V A i mdEsto es con la finalidad de que la diferencia sea con respecto a cero, se requiere de una amplitud pequen˜a debido a que se tiene una ganancia propuesta de 1000 para evitar una saturaci´on de esta etapa.
Para la obtenci´on de la ganancia en modo comu´n se emplea una sen˜al senoidal de 10 Vp a 100 Hz para ambas entradas (inversora y no inversora) y de esta forma obtener una cancelaci´on de ambas sen˜ales a la salida, te´oricamente hablando ocurre, sin embargo en la parte experimental se tiene que:
( )
5.3 01 . 0 10 10 0 = = = V mV V V A i mcFinalmente se tiene que la RRMC es de
( )
5.4 72 . 100 01 . 0 9 . 1086 log 20 dB A A RRMC mc md = = =De acuerdo al resultado, se tiene que la RRMC se considera aceptable ya que est´a dentro del rango de 80 a 120 dB.
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5.3
Etapa de filtrado
Figura 5.3: Gr´afica de o p e r a c i ó n f i l t r o p a s a - b a n d a
En esta etapa se comprueban las frecuencias de corte de cada uno de los filtros (pasa-altas y pasa-bajas) que conforman el filtro pasa-banda. Se emplean filtros de segundo orden tipo Butterworth; para el filtro pasa-altas se considera una frecuencia de corte de 0.05 Hz, mientras que para el filtro pasa-bajas se considera una frecuencia de de corte de 150 Hz. La respuesta en frecuencia de este filtro pasa-banda se obtiene al introducir a la entrada no inversora del primer filtro una sen˜al seniodal de amplitud de 1 Vp con un frecuencia variable para obtener el voltaje de salida del último filtro, de acuerdo a los resultados obtenidos se muestra en la Figura 5.3 los resultados de la operaci´on.
De acuerdo a la respuesta en frecuencia obtenida de manera experimental se muestra que la frecuencia de corte para el filtro pasa-bajas es de 150 Hz y para el filtro pasa-bajas es de 160 Hz por lo cual se aproximan a las frecuencias de cortes propuestas.
5.4
Nivel de CD
Esta etapa es necesaria para el funcionamiento del ADC, que es la siguiente etapa. Para corroborar el correcto funcionamiento del mismo se coloca una sen˜al de corriente alterna de aproximadamente 5 Vp y se observa el Vo del circuito se obtiene la sen˜al sobre un nivel de CD
con la m´ınima pérdida o atenuación de la sen˜al original. En la Figura 5.4 se observa la gr´afica comparativa de la sen˜al de entrada contra la sen˜al de salida, en la cual se observa que esta ya se encuentra sobre un nivel de CD adecuado para la siguiente etapa.
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Figura 5.4: Grafica del filtro p asa-banda
5.5
Convertidor anal´ogico - digital
Para esta etapa se utiliza el circuito integrado ADC0804 en la configuraci´on b´asica como se mostr´o en la Figura 4.5, para comprobar el funcionamiento de esta etapa se conectan el pin 20 a Vcc, a su vez los pines 1, 10 y 19 a tierra (0 V). La forma m´as sencilla y eficaz de verificar la correcta operaci´on es introduciendo un nivel de voltaje en una de las terminales del bus “A” del circuito, este nivel de voltaje debe verse reflejado en el bus “B”, pero al colocar un nivel de voltaje en el bus “B” este no debe de verse reflejado en el bus “A”. Con esta etapa se concluye la parte del hardware del sistema DSAC, en la Figura 5.5 se puede observar, lo siguiente es la verificación de la parte del software con el uso de una computadora.
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5.6
Etapa de visualizaci´on
Para verificar el correcto funcionamiento del puerto paralelo se ha desarrollado un dispositivo capaz de recibir un dato al puerto paralelo y mandar otro al puerto paralelo, esto sirve para verificar que el puerto paralelo de la computadora, el valor se visualiza en unos led´s que se encuentran en la tarjeta RW-LTP, para evitar dan˜o al puerto se utiliza los voltajes de alimentaci´on provenientes del mismo. Para enviar datos al puerto paralelo desde la computadora se utiliza el siguiente programa:
Lo que este programa envi´a es el valor de 000000002 (0016) hasta 111111112 (FF16), los mismos que se pueden observar en los led´s ya que los env´ıa uno por uno de manera ascendente y a una velocidad que el ojo humano puede seguir. Al verificar el buen funcionamiento del puerto paralelo se prosigue a verificar que el sistema DSAC es capaz de registrar las sen˜ales electrocardiovasculares, provenientes de un paciente, y visualizar esta sen˜al en la pantalla de la computadora; esto se logra conectando los electrodos a un paciente de pruebas y a su vez conectando el sistema a una computadora y activando el programa “DSAC” de lectura del puerto.
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Una vez creado el archivo datos.dat se procede a mostrarlo en pantalla con la ayuda del programa “ gr” colocando el nombre del archivo y dando click en el bot´on Graficar, el resultado se muestra en la Figura 5.6, donde se aprecia las ondas P, el comlejo QRS.
Figura 5.7: Programa “gr” graficando la señal del sistema DSAC
Nota: Los resultados aquí mostrados son el resultado del estudio de un sujeto de pruebas, por lo que los resultados de persona a persona puede variar por factores como: la edad, sexo, estatura y otros.
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Componentes Cantidad Precio
Unitario Cantidad Total
AD620 1 $74.00 1 $74.00 OP07 1 $ 8.00 3 $24.00 ADC0804 1 $58.00 1 $58.00 AD705 1 $78.00 2 $156.00 74HC245 1 $8.00 1 $8.00 R 500 Ω 1 0.20 3 0.60 R 56 Ω 1 0.20 1 0.20 R 1 KΩ 1 0.20 1 0.20 R 10 KΩ 1 0.20 1 0.20 R 330 KΩ 1 0.20 1 0.20 R 220 Ω 1 0.20 3 0.60 C 10 µ f 1 $3.00 1 $3.00 C 100 nf 1 $3.00 1 $3.00 Otros insumos Micro porosa de 2.5cm 1 $10.00 4 $40.00 Conector Universal 1 $12.00 6 $16.00 Cable coaxial 1m $13.00 6 m $78.00 Electrodos desechables 1 $4.00 100 $400.00 Soldadura 1 $10.00 1 $10.00 RW-LTP 1 $50.00 1 $50.00 CPU 1 $2000.00 1 $2000.00 Cloruro f´errico 1 $39.00 1 $39.00 Tablilla de cobre 15x30cm $50.00 1 $50.00 Mano de obra $5000.00 TOTAL $8011.00
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Conclusiones
La presente tesis muestra el desarrollo del prototipo DSAC construido por alumnos egresados de la Escuela Superior de Ingeniería Mecánica y Eléctrica unidad Zacatenco, un proyecto realizado en las instalaciones del Instituto Politécnico Nacional.
Utilizando componentes del mercado nacional para la creación de este prototipo se logra disminuir el costo de fabricación del mismo, ya que este proyecto no fue solventado por organización alguna, son los recursos propios de los investigadores los que hacen realidad este proyecto.
Tomando en cuenta que el tamaño de los equipos de electrocardiografía, siguen siendo considerablemente grandes, a consecuencia del número de dispositivos activos y pasivos con que están constituidos, en el proyecto aquí presentado se tomó en cuenta esto y en el diseño se redujo el número de elementos en algunas de las etapas que conforman el circuito de ECG sin comprometer su buen desempeño.
DSAC puede ser renovado, ya sea actualizando la interfaz del puerto LTP a puerto USB y con la utilización de pic´s reducir aún más el tamaño del mismo, esto se logra por medio de este tipo de circuitos ya que cuenta con convertidores analógico – digital que pueden ser programados por los microcontroladores.
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Figura 5.8 Estudio ECG
Con la utilización de las nuevas tecnologías es posible el desarrollo de proyectos innovadores, capaces de impulsar el mercado nacional y así dejar de depender de otros países para la satisfacción de las propias necesidades de la población. DSAC es un pequeño ejemplo del desarrollo tecnológico en el país ya que esta desarrollado por ingenieros mexicanos para el beneficio de la población más necesitada.
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