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  • LICENCIATURA:

    INGENIERA BIOMDICA

    UEAS:

    SEMINARIO DE PROYECTOS II

    DISEO Y CONSTRUCCIN DE UN SIMULADOR

    DE FUNCIONES CARDACAS

    PROFESOR: M. en I. Donaciano Jimnez Vzquez

    ALUMNOS:

    Beltrn Domnguez Oscar

    Septiembre de 2005

  • INTRODUCCIN La electrnica moderna es un campo que en la actualidad recibe el nombre de microelectrnica. sta se refiere a la tecnologa de circuitos integrados (IC) que, en el tiempo que se describe esto, puede producir circuitos que contienen millones de componentes en un pequeo trozo de silicio. Uno de estos circuitos microelectrnicos, por ejemplo, es una computadora digital completa que apropiadamente se denomina microcomputadora o, en forma ms general, microprocesador. Los dispositivos electrnicos se pueden usar individualmente en el diseo de circuitos discretos o como componentes de un chip de circuito integrado (IC), en ambos usos tales dispositivos tienen la capacidad de realizar una amplia variedad de funciones de complejidad variable. Las aplicaciones de las tcnicas de la electrnica y computacin a la medicina y otros campos afines ha introducido una nueva era de progreso en la medicina. Los desarrollos ms recientes en instrumentacin biomdica ha puesto en manos de la medicina estas herramientas muy eficaces mediante las cuales puede expandir ampliamente sus capacidades; estas aplicaciones son tan numerosas y aqu presentamos una de ellas: El Simulador de ECG.

    Los electrocardiogramas se usan muy a menudo para los exmenes mdicos, investigacin y desarrollo de equipo biomdico. Por consiguiente un simulador de ECG tiene una variedad grande de aplicaciones. El origen de un simulador de ECG se debe a sugerencias, a travs de varios aos, en talleres de interpretacin de disritmias cardacas. Numerosos participantes notaron que usando un simulador con un monitor cardaco era una manera muy efectiva de aprender las diferentes arritmias del corazn una experiencia muy similar a la realidad.

    Los simuladores ofrecen en la actualidad una solucin adecuada para cada tipo de necesidad, permitiendo la comprobacin de equipos que incorporan el parmetro de ECG, desde la simple comprobacin del funcionamiento hasta la verificacin y ajuste preciso de cada una de las especificaciones del equipo bajo test. Existen por ejemplo simuladores de ECG de 12 derivaciones, que disponen de terminales con conexin para banana, clip y pinza que permiten una rpida evaluacin de Electrocardigrafos, Monitores de paciente y Centrales de monitorizacin. Son equipos que disponen de gran autonoma, con indicacin de descarga de pila/acumulador y desconexin automtica al no ser usados.

  • ANTECEDENTES Se necesita una seal de ECG obtenida electrnicamente para el desarrollo y reparacin de un equipo de electrocardiografa. Esto hace innecesario el realizar las mediciones en personas y en particular en la investigacin y todas aquellas actividades de reparacin eliminan un riesgo de potencial bajo el sujeto de prueba. El simulador de ECG que desarrollamos produce una seal conveniente de ECG (controlada por un cristal de cuarzo) y puede ser utilizada para la calibracin de despliegues de pulso. Para realizar un ECG, se colocan los electrodos en partes especficas del cuerpo: brazos, piernas y trax. Los potenciales elctricos producidos por la actividad elctrica del corazn, son medidos entre estos electrodos y se graban.

    El origen del voltaje del msculo cardaco es en el nodo sinusal (Figura 1), que emite un pulso que se propaga en dos partes principales temporal y espacial. El pulso y la progresin de la excitacin, puede ser medida en la superficie del cuerpo. Las formas de onda resultantes y su progresin proporcionan informacin importante a los mdicos con respecto a las enfermedades del corazn y el sistema circulatorio.

    Figura 1. En el nodo sinusal se origina el voltaje en el msculo cardaco.

  • El ECG puede ser desplegado continuamente en un monitor para

    supervisin intensiva o puede ser registrado con pluma para documentacin. En la figura 2 mostramos en detalle el latido del corazn, en la misma se puede apreciar lo que sucede con cada onda e intervalo de un ECG normal.

    Figura 2. Secuencia de despolarizacin del miocardio, en la seal de ECG normal.

    Los modernos registradores para ECG y monitores verifican y evalan la

    seal de entrada y filtran la seal de salida de artefactos y seales de ruido como por ejemplo seales provenientes de marcapasos. Esto implica que un simple generador de onda cuadrada no es satisfactorio para usarlo como simulador de ECG, ya que los equipos para ECG ignoraran simplemente tal seal.

    La seal producida por el simulador que hemos desarrollado se puede

    probar con diferentes monitores y registradores para ECG. Para esto presentamos a continuacin la informacin pertinente que nos servir para desarrollar nuestro trabajo.

  • ANATOMA Y FISIOLOGA DEL CORAZN El corazn es un rgano ubicado en la cavidad torcica y est cubierto por un saco fibroso, el pericardio. Sus paredes se componen primordialmente de msculo (miocardio), cuya estructura difiere de la del msculo esqueltico y la del msculo liso. La superficie interna del miocardio, esto es, la que se encuentra en contacto con la sangre que hay dentro de las cmaras cardiacas, est tapizada por un estrato delgado de clulas (endotelio). Longitudinalmente el corazn est dividido en dos mitades, derecha e izquierda, cada una de las cuales consta de dos cmaras, llamadas aurculas y ventrculos. La arquitectura del corazn consiste en un esqueleto fibroso, el cual comprende cuatro anillos de tejido conjuntivo denso, donde la masa muscular de todos est unida. Las masas musculares de las aurculas estn adheridas a la parte superior de dichos anillos y a la parte inferior las de los ventrculos. Entre las cavidades de la aurcula y el ventrculo de cada mitad del corazn se hallan las vlvulas auriculoventriculares (AV), que le permiten a la sangre pasar de la aurcula al ventrculo pero no viceversa. Las vlvulas AV derecha e izquierda se denominan tricspides y mitrales respectivamente. Las aberturas de los ventrculos hacia el interior de la arteria pulmonar y hacia la aorta estn controladas tambin por vlvulas que permiten el flujo sanguneo hacia el interior de estas arterias (pulmonar y artica respectivamente), pero que se cierran inmediatamente para impedir el reflujo de sangre en direccin opuesta. En las entradas a las aurculas tanto derecha como izquierda de las venas cavas y pulmonares, respectivamente no hay verdaderas vlvulas. El flujo de sangre del corazn derecho al izquierdo no es directo. Entre las estructuras a travs de las cuales fluye sangre al pasar de las venas sistmicas a las arterias sistmicas se encuentran: las venas cavas, superior e inferior, la aurcula derecha, el ventrculo derecho, las arterias pulmonares, las arteriolas, los capilares, las vnulas, las venas, la aurcula izquierda, el ventrculo izquierdo y la aorta. La fuerza impulsora de este flujo sanguneo, proviene nicamente de la contraccin activa del msculo cardaco. Las vlvulas no desempean papel alguno en la iniciacin del flujo, y simplemente impiden que la sangre corra en sentido contrario.

    Las clulas que componen la pared interna de aurculas y ventrculos (miocardio) son una combinacin de clulas de msculo liso y clulas de msculo esqueltico. La clula individual es estriada y contiene tanto los

  • filamentos gruesos de miosina como los delgados de actina, con la diferencia de de que la longitud de la clula cardiaca es mucho ms corta que las largas fibras esquelticas cilndricas. Los procesos de las clulas adyacentes se unen por los extremos, en estructuras conocidas como discos intercalados, dentro de los cuales estn los puntos de fusin que permiten la transmisin del potencial de accin a travs de las clulas cardiacas, en forma similar al msculo liso. El 99% de las clulas cardiacas constituye la fuerza de contraccin de las aurculas y los ventrculos; el porcentaje restante corresponde a clulas especializadas del miocardio que no se contraen, pero son esenciales para la excitacin normal del corazn. Las clulas especializadas constituyen una red conocida como sistema de conduccin del corazn; que hace contacto elctrico con las clulas contrctiles por medio de los puntos de fusin (Figura 3). El Haz de His y los nodos SA y NA estn formados por este tipo de clulas.

    Figura 3. Representacin esquemtica del sistema de conduccin cardaco.

    Las clulas musculares tanto de las aurculas como de los ventrculos

    deben excitarse en forma coordinada para que la bomba cardiaca funcione adecuadamente. La coordinacin se lleva a cabo debido a dos factores principales:

  • Las uniones hermticas permiten la expansin de un potencial de accin, de una fibra a la siguiente, de tal forma que la excitacin de una sola fibra muscular se expande por todo el corazn

    El sistema conductor especializado que hay dentro del corazn facilita la

    expansin rpida y coordinada de la excitacin. En el caso del corazn las clulas del nodo SA presentan mxima velocidad de despolarizacin (100 despolarizaciones por minuto), asumiendo el papel de marcapasos natural. Si se realiza una comparacin entre una clula muscular cardiaca perteneciente al nodo SA (especializada) y otra clula perteneciente a un ventrculo (contrctil), se notar una diferencia importante en cuanto a la prontitud para alcanzar el umbral de despolarizacin, siendo la clula especializada la ms rpida. Ahora es lgico pensar que la despolarizacin inicial que da origen al ciclo cardiaco y que adems establece la frecuencia ca

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