Captura de señales de electrocardiogramas pequeñas en aplicaciones médicas

Señal de ECG del cable 1
Señal de ECG del cable 1
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Su misión

El electrocardiograma (ECG) se usa comúnmente en medicina para monitorizar pequeños cambios eléctricos en la piel del cuerpo de un paciente emitidos por la actividad del corazón humano. Es una medición sencilla y no invasiva que indica fácilmente una gran variedad de enfermedades cardíacas. El sector médico crea equipos dedicados que ayudan en el diagnóstico. Este equipo requiere osciloscopios precisos para su diseño y verificación.

Solución de prueba y medición

El equipo de ECG normalmente cuenta con 12 cables que están conectados al pecho, brazos y piernas del humano. El voltaje se mide entre los distintos puntos de conexión. Este artículo describe el ejemplo de la señal del cable 1, que es el voltaje entre los brazos derecho e izquierdo.

La figura de la izquierda muestra esta señal (cable 1) que se repite al ritmo del latido del corazón. Empieza con una onda P, que inicia el ciclo, y continúa con el intervalo QRS y finaliza con la onda T. Para un ingeniero de pruebas, un entorno ruidoso, la conexión de terminación única de los cables y la baja magnitud de la señal suponen un reto. Los niveles normales son inferiores a 1 mV, y la frecuencia de repetición de la señal del latido es entre 40 latidos/minuto y 220 latidos/minuto (bpm).

En una configuración típica, se requiere un amplificador para ampliar la señal, con el inconveniente de que se crea ruido adicional, retrasos específicos del canal y un desajuste. Sin embargo, el promedio de la traza no es una opción válida para la reducción de ruido ya que la señal no es repetitiva y se podría perder información importante. El diagrama muestra un ejemplo de una secuencia de pulsos con perturbaciones no periódicas, lo cual proporciona al personal médico indicaciones valiosas sobre enfermedades específicas.

Interferencias no periódicas en una señal ECG periódica
Interferencias no periódicas en una señal ECG periódica

La magnitud de señal ECG típica es de 1 mV o menos en función del punto de medición, con un ancho de banda de < 10 kHz. Capturar y analizar estas señales directamente con un osciloscopio es complicado debido a su pequeña amplitud.

Sin embargo, el osciloscopio digital R&S®RTE ofrece funciones clave para el análisis de señales directo y en profundidad.

La señal de ECG capturada tras ejecutar el autoajuste.
La señal de ECG capturada tras ejecutar el autoajuste.
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Aplicación

La captura de pantalla muestra una señal ECG capturada con el R&S®RTE en una configuración estándar. La señal cuenta con un nivel de ruido elevado, las ondas P y T apenas son visibles.

Para mejorar la señal adquirida, la escala vertical se ha fijado en 500 μV/div sin ampliación ni límites de ancho de banda. Esta es una función única en su clase entre los osciloscopios. El modo HD se utiliza con un ancho de banda límite de 10 kHz.

Esto aumenta la resolución de forma significativa, pero también mejora la sensibilidad del disparador, lo cual es necesario para obtener una adquisición de señales limpia y estable en posteriores análisis.

Utilice la prueba de máscara para una detección sencilla de indicaciones médicas

Se pueden realizar pruebas adicionales con esta señal de cable. Por ejemplo, una prueba de máscara detecta fácilmente diversas indicaciones médicas que aparecen en una señal distorsionada. Se pueden aplicar máscaras distintas para probar indicaciones específicas. La captura de pantalla muestra la señal ECG con una prueba de máscara asociada, proveniente de un humano sano. El área blanca alrededor de la traza de la señal es el área permitida; las áreas de color (superior e inferior) son las máscaras superior e inferior.

Señal ECG capturada con una escala de 500 μV/div, modo HD y prueba de máscara.
Señal ECG capturada con una escala de 500 μV/div, modo HD y prueba de máscara.
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Observe el rendimiento indicado como 1 trama/s y 1 adquisición/s en el icono de rendimiento, lo cual equivale a la frecuencia cardíaca de 60 bpm. En esta configuración de medición, el R&S®RTE se dispara, adquiere y procesa cada pulso, a pesar de que el tiempo de adquisición ocupa el 80 % del periodo de 1 s, lo cual deja tan solo 200 ms para el procesamiento. Este ejemplo muestra el excepcional rendimiento del R&S®RTE.

Señal ECG
Señal ECG

Comparación con un osciloscopio moderno de alta resolución de la competencia

En una configuración idéntica, se ha sustituido el R&S®RTE por un osciloscopio de alta resolución de 10 bits de la competencia. La captura de pantalla a continuación muestra el resultado de la medición con el modo de alta resolución activado y con una resolución mínima vertical de 1 mV/div.

Resulta que la magnitud de la señal es inferior a la sensibilidad del disparador, por lo que el osciloscopio no puede dispararse con la señal. Para que esto sea visible en una captura de pantalla, la persistencia de visualización se ha aumentado en diversos segundos y el nivel de disparo se muestra como una línea discontinua azul cielo. Las trazas previas son visibles como sombras (1).

El filtro aplicado, implementado en el procesamiento de señales digitales, muestra un ancho de banda insuficiente, por lo que los picos de voltaje transitorio de la configuración no se filtran (2). El número 3 indica el ruido y la escala vertical limitada de 1 mV/div. Como consecuencia, la señal de la onda P apenas es visible y está inmersa en el ruido.

Resumen

El R&S®RTE es la mejor opción para el análisis de señales pequeñas como señales de ECG con una alta fidelidad de señal. Es muy adecuado para aplicaciones médicas. El terminal proporciona valores de ruido bajos excelentes y a 500 μV, la escala vertical más baja de su clase. No se requieren circuitos adicionales para el análisis y el modo de alta definición aumenta la resolución vertical, mejora la sensibilidad del disparador y reduce la potencia de ruido dentro de la banda. Esto permite al usuario capturar detalles de la señal que son importantes para el análisis. En este aspecto, el R&S®RTE es superior a los osciloscopios de alta resolución de la competencia.

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