Simulación de una señal ECG y filtro de Notch en Matlab

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Filtro de Notch de 60 Hz

Debido a la restricción de los valores comerciales para los resistores y capacitores, este circuito tiene una frecuencia central de 58.94 Hz. Sin embargo, como se puede ver en una simulación, se tiene una atenuación de -34 dB (un factor de de 0.0004) para la componente de 60 Hz.

Para más detalles sobre este tipo de filtros pueden consultar éste artículo.

Circuito para electrocardiografía (ECG/EKG)

Este circuito está basado en el que se puede encontrar en la hoja de datos del INA114. En el circuito original se asume que el rango de voltaje de la señal de entrada es de 1 mV ~ 5 mV más un offset de DC de 300 mV. Sin embargo, en la práctica estos valores resultan ser aún más pequeños (posiblemente por las condiciones poco controladas en un laboratorio de ingeniería universitario o el uso de caimanes y protoboard) así que es necesario incrementar la ganancia del amplificador de instrumentación. Para esta modificación se tiene una ganancia de 2501 y estos fueron los resultados:

En este video utilizan un circuito con ganancia de 100 con buenos resultados (el cual no funcionó en mi caso), lo que me hace sospechar que existen varios factores que afectan el voltaje de entrada. Posiblemente este circuito no funcionará en condiciones diferentes por lo que recomiendo experimentar con diferentes valores de ganancia.

Un segundo circuito que también funciona muy bien es una modificación del que pueden encontrar en The Biosignal How-To:

 

Adquisición de Señales Mioeléctricas (EMG)

La electrónica médica es un área a la que personalmente siempre he rehuido. Sin embargo esta práctica para la materia Procesamiento Digital de Señales me ha reconciliado bastante con esta ciencia. No pretendo hacer un reporte completo en esta entrada, pero si describir todo lo relevante al circuito y a la adquisición por la PC para que este interesante experimento pueda realizarse por otros estudiantes. Este es el circuito utilizado:

El amplificador de instrumentación es algo difícil de encontrar en México pero puede comprarse en linea en Newark, el envío es gratis y demora unos 4-6 días. Si viven en CDMX, pueden comprarlo en AG Electrónica. Para el filtrado posterior se considera únicamente el rango de frecuencias de 50 - 500 Hz, eliminando la componente de ruido de 60 Hz del suministro eléctrico. Para implementar los filtros se puede usar un TL084, LM348 o un LM224 aunque lo ideal es pedir dos opamp's de baja distorsión OPA2604 para reducir el ruido en la señal. V+ y V- van conectadas a 5V y -5V respectivamente. Si quieres hacer pruebas en tu casa y no cuentas con fuentes de laboratorio puedes hacer un arreglo de dos baterías de 9V reguladas con un 7805 y un 7905 (-5V).

Hay dos maneras de adquirir los datos a la PC: vía serial (Con Arduino o un PIC) o usando SoundcardScope a través de la tarjeta de audio. Si vas a utilizar esta última opción, es necesario mapear la señal de +/-5V a +/- 1V. Para esto debes usar el siguiente circuito divisor de voltaje en la salida del filtro de Notch (antes del rectificador de precisión):

Nota: la resistencia de 13K en el filtro de Notch es obligatoria, quiero decir que no puede ser sustituida por un valor comercial cercano. Será necesario utilizar un trim-pot.

Nota 2: El electródo de referencia va en en la muñeca o el codo.

Update: Este filtro de Notch funciona mucho mejor