Published in · 6 min read · Feb 7, 2024
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Hola! Bienvenidos a la segunda parte de nuestra serie sobre electrocardiografía (ECG) para ingenieros biomédicos.
El funcionamiento general de un electrocardiógrafo comienza con los electrodos colocados sobre el paciente. Estos electrodos están conectados mediante cables que pasan por un sistema de protección contra altas tensiones y llegan a unos buffers. Luego, a través de una red de selección controlada por un microprocesador, se realiza la conmutación de las derivaciones seleccionadas mediante un multiplexor y se amplifican por un preamplificador de instrumentación. Importante destacar que esta parte del circuito está eléctricamente aislada del paciente para garantizar su seguridad; es decir, las secciones que interactúan directamente con el paciente están aisladas eléctricamente del resto del equipo.
Una vez que la señal es procesada por estos componentes, pasa a través de filtros y sistemas de detección que verifican la correcta conexión de los electrodos y la presencia de la señal ECG. Posteriormente, se realiza una etapa de amplificación final antes de digitalizar la señal para su procesamiento. Finalmente, la señal procesada puede ser visualizada y registrada.
En cuanto a la colocación de los electrodos, existen diferentes configuraciones y codificaciones de colores según la normativa de la Comisión Electrotécnica Internacional (IEC) o la Asociación Americana del Corazón (AHA). Independientemente de la norma seguida, la colocación de los electrodos es crucial para una correcta captura del ECG. Generalmente, los electrodos se colocan en las extremidades para un electrocardiograma estándar, pero para monitoreo continuo, pruebas de esfuerzo u otras técnicas, los electrodos pueden colocarse en el tórax. Las derivaciones precordiales, que se sitúan en el tórax, ofrecen una vista transversal del corazón, proporcionando una perspectiva detallada de la actividad ventricular.
Los electrodos utilizados en electrocardiografía son generalmente de cloruro de plata y utilizan un gel para facilitar la conducción. Estos electrodos convierten los impulsos eléctricos dentro del cuerpo humano, que son corrientes iónicas, en corrientes eléctricas mediante una reacción de óxido-reducción que ocurre en la superficie del electrodo. El electrodo funciona de manera similar a un circuito RC (resistor-capacitor), lo que implica que su comportamiento cambia con la frecuencia de la señal. Es importante tener esto en cuenta para el diseño y operación del equipo de electrocardiografía.
Existen diferentes maneras de conectar los electrodos al paciente mediante cables o latiguillos. Algunos cables tienen conexiones tipo botón, otros tipo pinza, y otros tipo “banana”. Los primeros son más comunes para electrocardiogramas en monitores de signos vitales y los segundos se utilizan tanto en monitoreo continuo como en pruebas de esfuerzo. Los de tipo banana se usan en el electrocardiograma de diagnóstico. Generalmente, para electrocardiografía estática se utilizan electrodos reutilizables, como los de succión o pinza, mientras que para monitoreo continuo o pruebas de esfuerzo se prefieren electrodos autoadhesivos.
El cable del paciente puede tener diferentes cantidades de canales (3, 5, 10 canales, etc.), lo que determina el número de cables y electrodos a utilizar. Esto permite visualizar más derivaciones del ECG. Con un cable de 3 canales, solo es posible mostrar las derivaciones estándar; con 5 canales, las derivaciones bipolares y unipolares aumentadas, más una precordial; y con 10 canales, se pueden observar las 12 derivaciones estándar. En los electrocardiógrafos, generalmente el cable y los electrodos van unidos en una sola pieza, pero en los monitores, debido a la mayor probabilidad de daño por movimiento del paciente o porque están conectados constantemente, el cable principal se puede separar de los electrodos individuales, permitiendo su reemplazo sin necesidad de cambiar el cable principal.
El equipo de electrocardiografía debe incluir un circuito de protección contra altas tensiones, especialmente porque durante procedimientos como la desfibrilación, pueden ocurrir descargas de alto voltaje. Para proteger el equipo y al paciente, se utilizan supresores de voltaje, lámparas de neón o tubos de descarga de gas que actúan como cortocircuitos enviando la corriente excesiva a tierra. Además, se incorporan resistencias y diodos Zener para limitar la corriente y el voltaje que llegan a los amplificadores, junto con circuitos RC que ayudan a filtrar las frecuencias altas y los picos de sobrevoltaje.
Los buffers, también conocidos como seguidores de voltaje, juegan un papel crucial en la instrumentación de electrocardiografía por su capacidad para prevenir la pérdida de la señal. Esto se debe a que tienen una muy alta impedancia de entrada y una baja impedancia de salida, lo que permite que la corriente proveniente de las derivaciones no se disipe. En lugar de ello, el voltaje se mantiene estable gracias a la alimentación proporcionada al amplificador. Esta es una forma eficaz de conservar la señal, que es bastante débil, hablamos de microvoltios, antes de que pase por la etapa de amplificación para ser incrementada lo más fielmente posible.
Luego de los buffers la señal pasa a la red de Wilson y el selector de derivaciones. La red de Wilson es un circuito que utiliza una configuración de resistencias en forma de triángulo y estrella. Esta red permite realizar mediciones precisas estableciendo un punto común desde el cual se miden las derivaciones unipolares y precordiales. Para las derivaciones precordiales, el punto común se basa en el centro de la estrella de resistencias, mientras que para las derivaciones unipolares aumentadas, el punto común se sitúa en el promedio de las resistencias conectadas a las extremidades.
Los cables y electrodos utilizados en ECG están blindados para eliminar interferencias producidas por corrientes parásitas y otros artefactos eléctricos presentes en el entorno, que pueden provenir tanto de fuentes externas como del propio cuerpo del paciente. El bioamplificador tiene varios componentes cruciales. El primero es el amplificador de instrumentación, cuya característica principal es el alro rechazo al Voltaje de Modo Común (VMC). Además cuenta con un divisor de tensión que permite calcular el VMC para pasarlo, a través de un circuito seguidor, hacia el blindaje, y así reducir el nivel de ruido en la señal. Adicionalmente, esta señal pasa por un amplificador inversor y es realimentada hacia la pierna derecha, lo cual contribuye a reducir aún más el ruido de la señal.
Y con esto llegamos al final de esta segunda parte en la serie sobre electrocardiografía. No olvides que puedes ver el video correspondiente en Youtube, y suscríbete a nuestra publicación para estar al día con futuros posts.