Simulador de señal electrocardiográfica

Abstract

RESUMEN

Introducción. El Hospital Ángeles Lindavista pertenece al Grupo Ángeles Servicios de Salud, dicho grupo cuenta con 23 unidades hospitalarias a lo largo y ancho de la República Mexicana. El Hospital Ángeles Lindavista abrió sus puertas el 16 de enero del año 2009, con el fin de ofrecer servicios de atención hospitalaria de tercer nivel, a los habitantes de la zona norte del valle de México, y poner a disposición del grupo médico del área las instalaciones, infraestructura y tecnología de punta que facilitan el diagnóstico y un tratamiento adecuado a los enfermos[2]. El Hospital Ángeles Lindavista cuenta con 97 camas censables, 6 salas de quirófano, 4 de tococirugía, área de imagenología, área de Hemodiálisis, Endoscopía, Clínica de Diagnóstico, Unidad de Terapia Intensiva, Terapia Intermedia, Laboratorio clínico, Urgencias, Cuneros, Cirugía Ambulatoria y Central de Esterilización y Equipos. El Hospital Ángeles Lindavista tiene como misión ofrecer servicios de salud de gran capacidad, alta tecnología y calidez y su visión es ser el sistema de salud privado mejor integrado y con cobertura nacional. Reconocido por la alta preparación y capacidad profesional de su equipo humano, la tecnología de su plataforma de servicios clínicos y el mejor servicio y la atención más cálida[3].

Metodología. Se utilizó el trabajo de Clifford, Nemati y Rameni “An artificial Multi-Channel Model for generating Abnormal Electrocardiographic Rythms”[4], como referencia para formar vectores numéricos de las derivaciones I, II y III, por ser señales estándar formadas a través de métodos matemáticos. Para la construcción del vector numérico se tomó como base la matriz de pixeles de un intervalo de señal de ECG, tomando 35 valores. Utilizando el software Matlab, Los vectores se escalaron de 0 a 255, se invirtieron, se interpolaron y se graficaron para verificar el comportamiento. Además se realizaron ajustes manuales para corregir errores del proceso de interpolación. Se obtuvieron las ecuaciones matemáticas que definen las señales de cada extremidad con respecto a las derivaciones I, II y III Con las definiciones matemáticas y los vectores ya interpolados de I, II y III, se obtuvieron las señales de BI, PI y BD. Se realizó un diagrama a bloques del sistema necesario para la obtención de cuatro canales de ECG. Se utilizó un Microcontrolador PIC18F4550, latches de alta velocidad 74HC573, circuitos de conversión digital-analógica DAC0808, amplificadores operacionales LF351, un teclado matricial de membrana y una LCD de 16x2, así como resistencias, capacitores y cables. Se desarrolló el programa para el simulador en lenguaje C. El programa consta de cuatro partes principales: inicialización de puertos entrada/salida, variables, vectores, oscilador y LCD; rutina para el teclado matricial y despliegue en pantalla LCD; cálculo del retardo para lograr la frecuencia cardiaca definida por el usuario; y rutina para la generación de los pulsos digitales de salida. Tras la simulación y comprobación del circuito y el programa, se construyó el circuito en tablilla de prueba.

Resultados y Discusión. Se obtuvo una interfaz de usuario clara y eficaz, en la que el usuario puede seleccionar las frecuencias cardiacas que desea. El usuario puede visualizar la frecuencia seleccionada durante todo el tiempo en el que se generan las señales de ECG. Se obtuvieron tres señales generadas por el microcontrolador y los DAC: Brazo Izquierdo, Brazo Derecho y Pierna Izquierda, las cuales resultaron estar bien sincronizadas y tener la forma de onda que se esperaba (Fig. 1). Las señales obtenidas hasta la etapa de filtrado tienen amplitudes en el orden de Volts, ya que falta la implementación de la etapa de atenuación. Fig.1. Señales de PI y BI observadas en el osciloscopio, la frecuencia seleccionada fue 60s.

Conclusiones y Perspectivas. Existen pocos trabajos de investigación que sirvan como referencia para este proyecto, ya que aunque los simuladores de señal electrocardiográfica comerciales son comunes y existen de diversas marcas, la investigación y desarrollo sobre simuladores que sirvan para prueba y calibración de equipo médico son escasos. La caracterización de las señales de BI, PI y BD en base a ecuaciones matemáticas y señales de ECG estandarizadas matemáticamente, hacen que las señales obtenidas sean válidas para la medición y calibración de tecnología médica. Utilizar latches fue la solución más acertada para lograr generar continuidad en las señales, ya que fueron la opción de menor costo y de mejor respuesta para obtener las tres señales demultiplexadas sin escalones. Se decidió utilizar el PIC 18F4550 debido a que acepta vectores de mayor longitud y a que cuenta con puertos suficientes para la interfaz de usuario, la salida de datos y el control de los latches. Además, si se deseara aumentar el número de señales, es posible aumentar la frecuencia del oscilador utilizando un cristal externo de hasta 48MHz, para poder mantener la gama de frecuencias cardiacas que el usuario puede seleccionar. Se utilizaron los recursos que ofrece el software MikroC como las librerías para teclado matricial y para pantallas LCD, lo que simplificó la estructura del programa. Este trabajo puede ser la base de un dispositivo muy completo e incluso comercializable si se realizan algunas implementaciones y mejoras que van desde lo más sencillo hasta lo más complejo, tales como: Implementar baterías; agregar señales cuadradas, senoidales, patológicas y con ruido; añadir protección contra descargas y ruido; incorporar al diseño las señales de derivaciones unipolares; integrar al circuito la visualización de derivaciones en LCD; modificar el circuito y la señal V1 para simular frecuencia respiratoria; lograr un simulador de paciente; o ajustar el dispositivo a normas nacionales e internacionales.

Referencias: [1]Página Principal del Grupo Ángeles Servicios de Salud. (2011). http://www.gass.com.mx/vision.html [2].Página Principal del Hospital Ángeles Lindavista. (2011). http://www.hospitalangeleslindavista.com/ [3]Página Principal del Grupo Empresarial Ángeles. (2011). http://www.grupoempresarialangeles.com/ [4]Clifford, G., Nemati, S., Sameni, R. (Septiembre de 2008). “An artificial Multi-Channel Model for Generating abnormal Electrocardiographic Rhythms”, Revista Computers in Cardiology 2008, Volumen 35, pp. 773-776, IEEE Computer Society Press. [Versión Electrónica]. http://www.cinc.org/archives/2008/pdf/0773.pdf. Computers in Electrocardiology. Estados Unidos-Iran-Francia