Sistema para la Visualizacion de Señales Cardiacas...

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Revista de Investigaciones No. 17 - Universidad del Quindío 175 Revista de Investigaciones No. 17 - Universidad del Quindío p p 175- 187 Armenia, Año 2007 ISSN 1794-631 X Sistema para la Visualizacion de Señales Cardiacas 1 Est. Rojas Velásquez, Wilmer Humberto2 [email protected] Est. Acuña Ortiz, Jadir Gabriel3 [email protected] Est. Herrera Diaz, Jhon Fredy4 [email protected] Ing. Muñoz Gutiérrez, Pablo Andrés5 Msc. [email protected] Ing. Ibargüen Ocampo, Francisco Javier6 Msc. [email protected] Grupo GAMA7— [email protected] CEIFI, Universidad del Quindío, Septiembre de 2.006 RESUMEN El estudio o análisis del comportamiento del corazón humano es una de las áreas importantes del campo de la electromedicina y donde quizás muchos ingenieros electrónicos dedican sus trabajos en la instrumentación, procesamiento y estudio de la señal, por tales razones en este artículo damos a conocer algunas generalidades necesarias para diseñar un sistema capaz de adquirir, procesar, analizar y visualizar una señal electrocardiográfica. En este artículo se hace una breve definición de lo que es un electrocardiógrafo, su función, propósito y aplicación, describiendo algunos conceptos fisiológicos y técnicos involucrados en el proceso de adquisición y análisis de la señal, basados en documentos preliminares enfocados en el campo de la electrocardiografía y aportes hechos por el semillero de investigación durante el desarrollo del proyecto. Palabras clave: Adquisición de bioseñales, Derivaciones electrocardiográficas, ECG, Electrocardiógrafo, Electrocardiograma, Fisiología del corazón, Procesamiento de bioseñales, Visualización de bioseñales. ABSTRACT The study or analysis of the behavior of the human heart are one of the important areas of the field of the electromedicine and where maybe many electronic engineers dedicate their works in the instrumentation, prosecution and study of the sign, for such reasons in this article give to know some necessary generalities to design a system able to acquire, to process, to analyze and to visualize a sign electrocardiograph. In this article a brief definition is made of what is an electrocardiógraph, its function, purpose and application, describing some physiologic concepts and technicians involved in the process of acquisition and analysis of the sign, based on preliminary documents focused in the field of the electrocardiography and contributions made by the investigation nursery during the development of the project. Key Words: Biosignals acquisition, ECG, Physiology of the heart, Biosignals processing, Biosignals visualization. 1 Proyecto Semillero de Consolidación Sistema Para el Análisis de Señales Cardiacas 2 Estudiante Ingeniería Electrónica Universidad del Quindio. Joven Investigador. 3 Estudiante Ingeniería Electrónica Universidad del Quindio. Joven Investigador. 4 Estudiante Ingeniería Electrónica Universidad del Quindio. Joven Investigador. 5 Ingeniero Electrónico y Magíster en Ingeniería Eléctrica Universidad Tecnológica de Pereira. Tutor Semillero Grupo GAMA 6 Ingeniero Electricista y Magíster en Automática Universidad del Valle. Director Grupo GAMA. 7 Grupo de Automatización y Máquinas de Aprendizaje.

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Revista de Investigaciones No. 17 - Universidad del Quindío p p 175- 187 Armenia, Año 2007 ISSN 1794-631 X

Sistema para la Visualizacion

de Señales Cardiacas1 Est. Rojas Velásquez, Wilmer Humberto2 [email protected]

Est. Acuña Ortiz, Jadir Gabriel3 [email protected]. Herrera Diaz, Jhon Fredy4 [email protected]

Ing. Muñoz Gutiérrez, Pablo Andrés5 Msc. [email protected]. Ibargüen Ocampo, Francisco Javier6 Msc. [email protected]

Grupo GAMA7— [email protected], Universidad del Quindío, Septiembre de 2.006

RESUMEN

El estudio o análisis del comportamiento del corazón humano es una de las áreas importantes del campo de la electromedicina y donde quizás muchos ingenieros electrónicos dedican sus trabajos en la instrumentación, procesamiento y estudio de la señal, por tales razones en este artículo damos a conocer algunas generalidades necesarias para diseñar un sistema capaz de adquirir, procesar, analizar y visualizar una señal electrocardiográfica.

En este artículo se hace una breve definición de lo que es un electrocardiógrafo, su función, propósito y aplicación, describiendo algunos conceptos fisiológicos y técnicos involucrados en el proceso de adquisición y análisis de la señal, basados en documentos preliminares enfocados en el campo de la electrocardiografía y aportes hechos por el semillero de investigación durante el desarrollo del proyecto.

Palabras clave: Adquisición de bioseñales, Derivaciones electrocardiográficas, ECG, Electrocardiógrafo,

Electrocardiograma, Fisiología del corazón, Procesamiento de bioseñales, Visualización de bioseñales.

ABSTRACT

The study or analysis of the behavior of the human heart are one of the important areas of the field of the electromedicine and where maybe many electronic engineers dedicate their works in the instrumentation, prosecution and study of the sign, for such reasons in this article give to know some necessary generalities to design a system able to acquire, to process, to analyze and to visualize a sign electrocardiograph. In this article a brief definition is made of what is an electrocardiógraph, its function, purpose and application, describing some physiologic concepts and technicians involved in the process of acquisition and analysis of the sign, based on preliminary documents focused in the field of the electrocardiography and contributions made by the investigation nursery during the development of the project.

Key Words: Biosignals acquisition, ECG, Physiology of the heart, Biosignals processing, Biosignals

visualization.

1 Proyecto Semillero de Consolidación Sistema Para el Análisis de Señales Cardiacas2 Estudiante Ingeniería Electrónica Universidad del Quindio. Joven Investigador.3 Estudiante Ingeniería Electrónica Universidad del Quindio. Joven Investigador.4 Estudiante Ingeniería Electrónica Universidad del Quindio. Joven Investigador.5 Ingeniero Electrónico y Magíster en Ingeniería Eléctrica Universidad Tecnológica de Pereira. Tutor Semillero Grupo GAMA6 Ingeniero Electricista y Magíster en Automática Universidad del Valle. Director Grupo GAMA.7 Grupo de Automatización y Máquinas de Aprendizaje.

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Durante un examen físico para obtener un •

trazado basal de la función del corazón (este trazado basal se puede utilizar luego para compararlo con futuros ECG y ver si se ha producido algún cambio).

Como parte de la preparación previa a un •

procedimiento, como una operación, a fin de

asegurarse de que no existe ninguna afección cardíaca que pudiera causar complicaciones durante o después del procedimiento.

Para controlar el funcionamiento de un •

marcapasos implantado.

Para controlar la eficacia de ciertos •

medicamentos para el corazón.

Para controlar el estado del corazón después •

de un procedimiento en el mismo, como un cateterismo cardíaco, una cirugía cardíaca o estudios electrofisiológicos.

Como un registro de 24 horas continuas sin •

interferir en el desarrollo de su vida diaria (HOLTER) con el objetivo de estudiar el comportamiento detallado de la actividad cardiaca en aquellas personas que podrían padecer algún tipo de patología.

Las arritmias cardíacas presentan patrones característicos que pueden ser reconocidos mediante el procesamiento y análisis de la señal emitida por el corazón, por tal razón la detección de estas anomalías permitiría que el especialista tuviera las herramientas suficientes para

elaborar un diagnóstico del paciente. Para ello es necesario desarrollar un electrocardiógrafo con el mejor rendimiento posible, lo cual conllevaría a realizar un estudio detallado de la instrumentación, procesamiento y visualización necesaria para realizar el análisis respectivo de esta señal (University Of Virginia 2006).

INTRODUCCIÓN

n electrocardiógrafo es un dispositivo electrónico cuya función es registrar el comportamiento del corazón en un electrocardiograma (ECG) obtenido

a través de electrodos conectados en partes específicas de la superficie del cuerpo humano

(pecho, los brazos y las piernas), las diferencias de potenciales eléctricos producidos en varios puntos de la superficie corporal pueden ser

trazadas en una cinta de papel las cuales indica una o más condiciones relacionadas con el corazón.

Las condiciones médicas que pueden causar cambios en el patrón del ECG pueden incluir, entre otras, las siguientes:

Condiciones en las que el corazón se • agranda - estas condiciones pueden originarse debido a varios factores, como defectos cardiacos congénitos (de nacimiento), trastornos de las válvulas, presión sanguínea alta, insuficiencia cardíaca

congestiva o trastornos de conducción.

Trastornos de conducción• - disfunción del sistema de conducción eléctrica del corazón, que puede hacer que los latidos sean demasiado rápidos o demasiado lentos o bien que tengan una frecuencia irregular como taquicardia y bradicardia.

Enfermedad valvular • - disfunción de una o más válvulas del corazón que puede causar una obstrucción del flujo de sangre dentro

del corazón.

Un ECG también podría realizarse por otros motivos, incluyendo, entre otros, los siguientes:

U

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El sistema para la visualización de señales cardiacas desarrollado por el semillero en consolidación del grupo de investigación GAMA perteneciente a la línea de sistemas no lineales y percepción del programa de Ingeniería Electrónica de la Universidad Del Quindío, tiene como meta brindar un sistema de visualización de este tipo de señales con las mejores condiciones posibles, pensando en la optimización y la reducción de costos en comparación con los sistemas actuales.

Conceptos FisiologicosEl electrocardiograma es una representación gráfica de la actividad eléctrica del corazón

que ofrece información acerca del estado del músculo cardiaco. Esta representación consiste en una línea de base y varias deflexiones y

ondas. El origen se encuentra en las células del músculo cardiaco, las cuales pueden ser excitadas eléctricamente, produciéndose un rasiego de iones a través de su membrana, lo cual induce un potencial eléctrico variable en el interior y en el exterior. El corazón se contrae únicamente si el músculo cardiaco cambia la conductividad de su pared celular, permitiendo un flujo de iones de calcio como elemento

más característico dentro de un proceso muy complejo. Los transductores que se encargan de medir estas diferencias de potencial en la superficie del cuerpo son los electrodos.

Ondas Caracteristicas De Un Electrocardiograma:Durante la despolarización y repolarización miocárdica, aparecen las ondas del ECG. Las distancias entre deflexiones u ondas se

denominan segmentos o intervalos. Un periodo del ECG perteneciente a un individuo sano, consiste en una onda P, el complejo QRS, la onda

T y la onda U, tal como se muestra en la figura

1. Las porciones del electrocardiograma entre las deflexiones se denominan segmentos, y las

distancias entre ondas se denominan intervalos. La importancia de estas características (segmentos, intervalos, periodos, ondas y otros) radica en el análisis de este tipo de señales por parte de los especialistas, pues una señal que no presente unos parámetros normales (segmentos, intervalos, periodos, ondas y otros) posiblemente implicará que el paciente sufre de alguna afección cardiaca. Figura 1. Ondas componentes y principales intervalos de

la señal electrocardiográfica.

El ECG puede ser dividido en los siguientes intervalos y segmentos.

Onda P.• Representa la despolarización de la aurícula. Su duración normal es de 0.1s. La forma depende de la localización de los electrodos (derivación).Complejo QRS. • Representa la despolarización de los ventrículos. Está formado por las

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ondas Q, R y S, aunque se pueden presentar otras denominadas R’ y S’. Su duración es de aproximadamente 100ms.

Onda T• . Representa la repolarización de los ventrículos. La onda T normal es asimétrica en sus ramas y está redondeada en su vértice. La pendiente de la rama inicial es más suave que la de la rama terminal. Las anomalías de esta onda pueden indicar enfermedades cardiacas primarias, aunque hay casos de personas sanas con las mismas anomalías. También puede traducir trastornos del equilibrio hidroelectrolítico.

Onda U.• Tiene un origen fisiológico poco

claro. Es anormal en trastornos del Potasio.

Segmento PR.• Corresponde a la línea isoeléctrica entre el comienzo de la onda P y la deflexión inicial del complejo QRS. La

duración normal de este segmento está entre 0.12 y 0.21s, dependiendo de la frecuencia cardíaca.

Segmento ST• . Es el intervalo entre el final

del complejo QRS y el inicio de la onda T. Representa el tiempo durante el que los ventrículos permanecen en estado activado y puede iniciarse la repolarización ventricular.

Normalmente el segmento ST es isoeléctrico, aunque puede estar también ligeramente desviado. Una desviación elevada a menudo representa un infarto de miocardio, una pericarditis aguda o una miocarditis.

Intervalo PP• . Corresponde al intervalo de tiempo entre el comienzo de la onda P y el comienzo de la siguiente onda P.

Intervalo RR• . Corresponde al intervalo de tiempo entre la onda R de un complejo QRS

y la onda R del siguiente complejo QRS.

Intervalo QRS.• Corresponde al intervalo de tiempo entre el comienzo de la onda Q y el final de la onda S, dentro del mismo

complejo QRS.

El Intervalo QT• . Corresponde al intervalo de tiempo entre el comienzo del complejo QRS y el final de la onda T, representando

la duración de la sístole eléctrica (Cuesta 2001).

DERIVACIONESDependiendo de la posición sobre la superficie

del cuerpo del paciente donde se coloquen los electrodos, se tendrán distintas derivaciones o pares de puntos. En resumen, estas derivaciones son:Bipolares. Las que se obtienen con el llamado triángulo de Einthoven (Figura 2) Los electrodos se colocan en las extremidades. Aumentadas. Variantes de las anteriores.Unipolares. Obtenidas con los electrodos situados sobre el tórax del paciente. Figura 2. Triángulo de Einthoven.

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La tabla 1 muestra las principales derivaciones, con la posición de los electrodos y la nomenclatura utilizada (Cuesta 2001).

Tabla 1. Descripción de las principales derivaciones.

Donde:

LA: brazo izquierdoRA: brazo derechoLL: pierna izquierdaRL: pierna derecha

ADQUISICION DE LA SEÑALLa señal eléctrica proveniente del corazón presente en la superficie corporal es muy

pequeña (del orden de los milivoltios) y fácilmente afectada por ruido proveniente de ondas electromagnéticas, la red eléctrica, los ruidos acoplados de otros dispositivos, las contracciones musculares, la respiración y el contacto entre el electrodo y la piel.Por tales razones es necesario someter esta señal

(obtenida a partir de electrodos conectados en las 4 extremidades del cuerpo para así obtener las derivaciones I, II Y III) a diferentes etapas de amplificación y filtrado analógico (Rojas et

all, 2006).Se utilizaron cables de audífono con el propósito de aprovechar su blindaje y en consecuencia evitar posibles interferencias electromagnéticas, los electrodos empleados fueron de tipo Ag/AgCl, funcionando de esta manera como sensores para adquirir la señal, luego se diseñaron diferentes etapas con el propósito de tener una señal con poco ruido y debidamente amplificada,

a continuación se realiza la descripción de cada una de estas etapas.

Etapa de amplificación: consiste en amplificar

las señales emitidas por el corazón con el objetivo de que puedan ser observadas y adecuadas para su posterior análisis, para ello se utilizaron amplificadores de instrumentación especiales

para el manejo de señales bioeléctricas.La señal obtenida inicialmente con los electrodos es aplicada a un amplificador

de instrumentación AD620AN, con una realimentación en la derivación del pie derecho (que además ayuda a mejorar el CMRR del amplificador de instrumentación) utilizando

un amplificador operacional OP97FPZ (Figura

3), ambos amplificadores son integrados de

AnalogDevices, la ganancia de esta etapa es de 8 y las características del amplificador de

instrumentación son las siguientes:Alta precisión, bajo costo, excelente desempeño de DC: CMRR >> 100dB, para f cercanas a 1Khz, voltaje offset máximo de 50µV, baja entrada de corrientes parásitas (1 nA máximo), bajo voltaje de ruido a la entrada (0.28µV en las frecuencias de 0.1Hz~10Hz) (Enrique, 2003).

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Figura 3. Etapa de preamplificación.

Etapa de filtrado análogo: su objetivo es filtrar

todas aquellas frecuencias que no pertenecen a las señales electrocardiográficas, es decir

eliminar el ruido presente en la señal del que se habló anteriormente y que hacen que la señal no pueda ser observada de una manera adecuada. Usualmente el ancho de banda de un ECG

depende de la aplicación, para uso de monitoreo en la unidad de cuidados intensivos puede tener un rango de 0.5 Hz a 50 Hz, para aplicaciones de ECG se tiene un estándar con un ancho de banda de 0.05Hz a 100Hz (Enrique, 2003). En la siguiente gráfica se observa el contenido de

frecuencias de una señal ECG real.

Figura 4. Espectro de una señal electrocardiográfica real.

(1)

Se diseñaron dos filtros de tipo butterworth

orden 4, uno pasa altos (Figura 5) con frecuencia de corte de 0.02Hz (Ecu.1) con una ganancia de 6.3 (Ecu. 2) y uno pasa bajos (Figura 6) con frecuencia de corte de 100Hz (Ecu. 3) con una ganancia de 10 (Ecu. 4), para así tener un filtro

pasabanda con un ancho de banda estándar en un ECG (Nacional Power ICs Dtabook, 1995).

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(2)

Figura5. Filtro pasa altos.

(3)

(4)

Figura 6. Filtro pasa bajos.

En la figura 7 se puede observar la señal que

se obtiene a la salida del amplificador de

instrumentación y la cual entra a una etapa de filtrado de tipo pasaaltas, el resultado a la salida

a esta etapa se puede ver en la figura 8.

Figura 7. Salida del Amplificador de Instrumentación.

Figura 8. Filtro pasa altos.

La señal está mezclada con diferentes señales ruidosas las cuales no permiten visualizar la señal del cardiaca, como lo muestran las dos figuras pasadas, por esto es necesaria otra etapa

de filtrado de tipo pasabalas, después de la cual

ya se puede observar con mas detalle la señal del corazón, la figura 9 muestra esto.

Figura 9. Filtro pasa bajos.

Comunicación con el PC: luego de que la señal ha sido amplificada y filtrada se debe digitalizar

para así procesarla y visualizarla en un PC, para lograr esto es necesario utilizar un ADC con el propósito de convertir la información analógica adquirida en digital y luego ser enviada a través de una interfaz serial RS232 al computador. En algunos casos es necesario acondicionar la

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Figura 11. Desplazador de nivel.

C. Conversor Análogo a Digital: Se empleó un ADC de 12 bits, el cual fue configurado

para convertir rangos de voltaje entre 0 y 5 V obteniendo una resolución de 1.22 mV, los datos obtenidos de la conversión son transmitidos al computador utilizando la interfaz serial RS232.Este ADC es manejado por el microcontrolador GP32 de Motorola cumpliendo con el protocolo de comunicación SPI (Serial Peripheral Interface).

D. Interfaz Serial RS232: Para visualizar la señal en el PC se diseñó una transmisión serial utilizando un microcontrolador GP32 de Motorola (previamente programado para transmitir y recibir datos a una velocidad de 38400 baudios) y un MAX232 que además de cumplir con el protocolo de comunicación serial RS232 brinda un aislamiento de 2000V entre el PC y el microcontrolador en caso de que se presenten corrientes no deseadas que puedan poner en riesgo al paciente.

El siguiente diagrama de bloques (Figura 12) muestra el sistema empleado para la adquisición de la señal:

señal a unos niveles de voltaje adecuados para que puedan ser procesados por el ADC y el microcontrolador encargado de la comunicación serial, como se describe a continuación.

A. Amplificación: Debido a que la señal luego de la etapa de amplificación y filtrado es todavía

muy pequeña como para visualizarla se realizó una última etapa de amplificación (Figura 10)

con una ganancia de 6.45, de esta manera la amplificación total del sistema es de 3250, los

integrados utilizados en estas dos últimas etapas corresponden al amplificador operacional

AD706JNZ también de la Analog Device.

Figura 10. Amplificador No Inversor

B. Acondicionamiento De La Señal: Debido a que el conversor análogo digital (ADC) soporta únicamente valores positivos de voltaje se diseño un desplazador de nivel (Figura 11) el cual recibe valores entre 5 y – 5 voltios y en la salida ofrece valores de voltaje entre 0 y 5V.

Figura 12. Diagrama de bloques del sistema implementado.

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Procesamiento de la SeñalLas señales que se utilizan para el apoyo al diagnóstico no deben presentar características ajenas (ruido) a la señal del corazón, estas señales deben ser claras para el análisis médico y propias de la actividad eléctrica; un ejemplo de las señales con ruido son las obtenidas con el método descrito anteriormente las cuales presentan particularidades impropias como:

• Ruido.

• Interferencia de la red.

• Variaciones de la línea base.

Para eliminar el ruido aún presente en la señal, existen diferentes técnicas de procesamiento entre las cuales se encuentra el proceso denominado denoising que basado en la transformada wavelet, éste logra reducir el ruido de la señal y el movimiento de su línea base.

Reduccion de Ruido con Transformada Wavelet:El efecto de la transformada Wavelet es el de filtrar la señal mediante un banco de filtros de

dos tipos, paso alto o detalles y paso bajo o aproximación. El número de veces que es filtrada

la señal viene determinada por el nivel de la descomposición. Para reducir el ruido de la señal se busca eliminar los componentes obtenidos en la transformada Wavelet que están por debajo de un cierto umbral, o multiplicarlos por un cierto factor de ponderación, antes de llevar a cabo la transformada inversa. Es en estos elementos, el umbral o la ponderación, donde se encuentran las diferencias más significativas entre la mayoría

de métodos propuestos en trabajos relacionados con esta aplicación (Cuesta et all, 2000).

Variaciones de la Linea Base:Las variaciones de la línea base se producen debido a múltiples factores, como por ejemplo al

movimiento del paciente durante la adquisición del electrocardiograma, la respiración, y cambios en la impedancia de los electrodos. Estas variaciones suponen una interferencia de baja frecuencia y de cierta amplitud que debe ser reducida para no alterar el resultado de procesos posteriores.Estas componentes de baja frecuencia pueden inducir a un error cuando se realiza una interpretación visual o análisis automático de la señal electrocardiográfica. El contenido

frecuencial de estas variaciones normalmente está en el rango 0 a 0.5Hz, aunque en el test de esfuerzo el rango frecuencial es mayor. Por tanto, el primer paso en el procesado de la señal electrocardiográfica es la reducción de las

variaciones en la línea base (Cuesta 2001).En nuestro trabajo para eliminar el ruido presente en la señal, se implementó un filtrado digital

(de manera off-line) utilizando la técnica de Denoising con transformada Wavelet discreta. Para ello se utilizó como Wavelet madre la Daubechies de orden 4 (Figura 13) (Rojas et all, 2006) debido a su gran parecido con la señal típica ECG.

Figura 13. Wavelet madre Daubechies de orden 4

Para la reducción del ruido se utiliza un procedimiento no lineal, denominado soft-thresholding, en el cual sólo aquellos

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coeficientes de los detalles que estén por debajo

de cierto umbral serán eliminados, el resto son ponderados. El umbral se obtendrá mediante cálculos estadísticos (D.Novák et all, 2000). En primer lugar, para la reducción del ruido blanco se considera la señal adquirida y[n] como:

(1)

Donde x[n] es la señal sin ruido, e[n] representa ruido blanco gaussiano con media nula y varianza 1, y μ representa su nivel. El método

para reducir el ruido es el propuesto en (Donoho D, 1995), donde se utiliza la transformada Wavelet para obtener los detalles de la señal a distintos niveles, que son sometidos a un umbral determinado por la ecuación 2.

(2)

Finalmente para llevar a cabo la reducción del ruido de forma no lineal, empleando soft-thresholding (denoising suave), se calcula la transformada inversa para obtener la señal resultante. La función de soft-thresholding utilizada se representa en la Figura 14. Figura 14. Función de soft-thresholding utilizada. Los

coeficientes

por debajo del umbral son ajustados a 0 y el resto son

ponderados.

Que corresponde a la expresión:

(3)

Donde C(i,j) representa los coeficientes de los

detalles obtenidos mediante la transformada Wavelet. El valor de σˆ utilizado para este

umbral viene dado por la expresión: (4)

Para aplicar este método hay que tener en cuenta que las señales utilizadas son de larga duración, como por ejemplo las señales Holter.

Cálculo del Ritmo Cardiaco:Para calcular el ritmo cardiaco se implemento una técnica on-line propuesta por Tompkins (H. Caicedo et all, 2005), basada en la detección de los complejos QRS y en el cálculo del tiempo transcurrido entre ellos para así deducir la frecuencia cardiaca.

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Filtro Pasabanda:Es un filtro pasabanda con frecuencia central

de fc=17Hz y un Q=fc/AB=3, con un filtro de

estas características se obtiene el máximo valor de la relación señal a ruido (SNR) del complejo QRS, esto se basa en estudios del espectro de potencia de una señal ECG, el complejo QRS y otros ruidos. Con este filtro se obtiene el complejo

QRS, se atenúan las ondas P y T de la señal electrocardiográfica y reduce el ruido

producido por la actividad electromiográfica y

el movimiento de la línea base.

Derivador:Deriva la señal obtenida del filtro y se implemento

de forma digital orientado a muestras.Se utiliza para encontrar las pendientes altas que distinguen al complejo QRS de las demás ondas del ECG.

Transformación no lineal:Consiste en elevar al cuadrado las muestras obtenidas del paso anterior, este efecto vuelve positiva las muestras y amplifica la salida del

derivador.

Integrador de ventana móvil:Suma las muestras contenidas en un intervalo de 150ms (Area bajo la forma de onda), en una dato nuevo se desplaza una muestra e integra una nueva ventana de 150ms (Bloque de datos de 150ms).El ancho de la ventana se escogió lo suficientemente grande para incluir el tiempo

de duración del QRS extendidos de forma anormal, pero lo suficientemente corto para no

El método Tompkins tiene el siguiente diagrama de bloques:

traslapar un QRS y una onda T.

Euristicamente se escogió un umbral que correspondió a un QRS detectado con nuestro dispositivo, y se calculo el tiempo en base a la frecuencia de muestreo entre dos valores consecutivos que sobrepasen el umbral, de allí se deduce el ritmo cardiaco correspondiente a cada pareja QRS consecutiva.

VISUALIZACION DE LA SEÑAL

La visualización de la señal fue realizada de manera ON-LINE en el entorno grafico

C++ Builder 6 con una ventana que brinda la posibilidad de: graficar la señal, guardar los datos

en un archivo de texto, cambiar la frecuencia de muestreo, configurar el puerto serial del PC,

borrar los datos y realizar el denoising a la señal visualizada o alguna que se haya guardado previamente.

A continuación se muestra el resultado de las diferentes etapas de procesamiento de la señal:

En la siguiente figura se observa la •

señal obtenida de la etapas de filtrado

análogo, donde aún se presenta ruido electromiográfico y variaciones de la línea

base que se observan con respecto al eje 0, resaltado en negro.

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En la figura 16 se muestra la ventana de visualización con el resultado del filtro digital utilizando •

la transformada wavelets: Figura 16. Ventana de visualización señal ECG con procesamiento digital (derivaciones I, II y III)

Figura 15. Ventana de visualización señal ECG sin procesamiento digital (derivación III)

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CONCLUSIONES

Un sistema capaz de analizar señales

cardiacas genera un gran aporte a aquellos

especialistas (cardiólogos) en el momento

de emitir un diagnóstico ya que gracias a la

clara visualización y a las herramientas que

pueda ofrecer el sistema (como clasificación de

señales, frecuencias y tiempos) se puede emitir

algún tipo de recomendación al paciente.

Para llegar a tener un buen rendimiento del

sistema es muy importante tener un diseño

óptimo de las etapas de instrumentación

y procesamiento de la señal, debido a que

es necesario tener una señal debidamente

amplificada y procesada para así facilitar

el análisis de posibles anomalías en el

comportamiento del corazón humano.

Es posible reconocer ciertos patrones

característicos en este tipo de señales usando

redes neuronales o máquinas de vectores de

soporte, por tales razones se propone como

trabajos futuros el estudio de estas señales usando

estos tipos de métodos computacionales.

REFERENCIASDAVID CUESTA FRAU. Estudio de métodos para procesamiento y agrupación de señales 1. electrocardiográficas. Departamento de Informática de Sistemas y Computadoras (DISCA).

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D. CUESTA FRAU, D. NOVAK, M. LLORCA ALCÓN .Reducción del ruido en señales 2. electrocardiográficas mediante la transformada Wavelet. UPV. Czech Technical University in

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