Appunti Strumentazione biomedica 1

LECGE OELACIRcUITA2(0MELe braccia e le gambe si comportano come circuitiaperti nei quali non scorre alcuna correhte, pertanto nonsono sede di ddpe costituiscono una regione equipotenziale.eGa codr penSo P'oen, Disposizione degli elettrodi: derivazioni fondamentali.LA" bioncofuSA). rosso(E) " giallo(E)S e scOe GAN4cRe3 uesoc Qr, nero(t) melaCircuitRAA ' derivazionenoiuoono q0nto SCeo 2* derivozioneRA-ULAL 3' derivgzione-\I parcolbe:(c)oziono anemlo dioqnTieoJ oeue eSAGONA (o TRiAssiALE).Pi4o 5AGi TALE cfe cmiemeTASUERSO Tese ei.Queste derivazioni sono bipolari in quanto, elettrodiperdisponibili. Altra tipologia di derivazioni sono quelle unipolari, significa che viene rilevato dallo strumento ilpoterle tredeidueOCCorronoregistrare, ,potenziale in un sito anatomico rispetto ad un riferimento lederivazioni unipolariCIconoscere ie pemecomponenti di H sul piano trasyerso dandoci una informazioneaccurata. diagnostica plu dlpWilson propose di valutare Hsu un piano Welettricoorizzontale,

centrochiamato utilizzando unrierimentocometerminale centrale di Wilson, derivazioniformato treconnettendo lecostituenteogni elettrodoprincipali tramite una resistenza uguale per tutti. Il potenziale di Wè la media deiderivazioni. potenzia:

Questo metodo ci consente di ottenere ulteriori informazioni sulla posizionecome Spasese guardassimo il vettore cardiaco da sopraTE RMIWALE Le derivazioniCENIRALE D WiLsOAA aumentate sonoLA espr imibili infunzione diquelle principaliE ELET RO Do Es RoMwTE4 SP IWTERC DESTRO4 SP IMTERc SIWISTRO onotonma5SP INTER SIWI^TROLIMEA ASKELLARE ANTERORE AL IWEArO coy V4LLIWEATO ESTERWAMETE cor Ve DERI VAEOi PECORDI 4L4> DERVAIOwI PRECOR DNALI=PROIE20I DEL VE TIQRE CAROACO SuePIANO TRAS VERS O monoolorDERIVA 2IONI "AUME MTATEA Le derivazioni aumentate Sono 3, al pari delederivazionistandard, e delle quali utilizzano imedesimi punti di prelievo del segnale. LaaVe derivazione viene attuata tra ilpotenziale diriferimento Vw, ottenuto tramite due

Dei tre elettrodi disponibili, ed il terzo elettrodo. Vengono chiamate aumentate in quanto, sempre facendo riferimento al circuito di Queste Wilson, la ddp rilevabile tra il polo di derivazioni +2 2 riferimento W' ed il corrispondente arto è riflettono incrementata di circa il 50% per effetto dell'attività del A WALOG AME NE: dell'eliminazione del resistore. Cuore nel suo Con queste derivazioni ci viene insieme e fornita un'ulteriore informazione Consentono di diagnostica poiché consentono di effettuare una proiezione di Hottenere un sui lati di un triangolo quadro più equilatero ruotato rispetto a quello di Einthoven completo della 30° in senso antiorario, consentendo posizione del una nuova vista. vettore H 3 Fo>PETAN,3 A02eEPAoIE 2OWI FRON 1ALI 0EL DTA TE; VET1DRE CARDIACo 6 PAEORD0AARA aV LAaVh FoMDAMEMALI" AUMENTATE elAWDA MENTO TIPCO DI UN cIcLOCARDAco RILEVABILE N TC DE RvA2 E eommemaR Linea isoelettricak-P-R->V ORSQ-7|n sem TE RVA LLo PRALTO

QRS Q0s0.4QT Q.22 Nmoeo lasse.

Le onde sono rappresentative delle deflessioni di una differenza di potenziale rispetto ad una retta orizzontale (linea isoelettrica) che interpola l'onda stessa e corrisponde ai momenti in cui la ddp è nulla.

Tratti di isoelettrica relativamente lunghi, sono tratti in cui il segnale ha una frequenza molto molto bassa.

Onda P' è l'evento elettrico che testimonia la depolarizzazione degli atri (gli atri si contraggono ed il sangue va nei ventricoli).

Complesso QRS' deriva dalla depolarizzazione dei ventricoli.

Onda T' prova elettrica della ripolarizzazione dei ventricoli.

Onda U' non è sempre presente perciò non ha nessun significato diagnostico (significato poco chiaro).

L'onda P e l'onda T sono eventi elettrici che rappresentano eventi meccanici, rispettivamente contrazione degli atri e dei ventricoli.

Il Sitymemo nmgticapacitivico msoarot nlattrirn nararr terra)aeTiosTalegatoooummeioePfe messuo ioni:oamassa medianteeenbnento verso terraite C;~2pF (casoallavicinomolto? Cz~100pterraZso epazIentetraparass1taCapacita efficaci,220Vrete,dialimentazioneditensioneVa50Hz. a10002circaèpazientedelinterna='impedenza50Hz. dall'attivitaprodottaAeBfratensionelatrascuraSicardiaca (~1mV)Co (P4z-TERNA) oeQieoene eottorDT) ooeAdattato da: alEEE TRANSACTIONS ON BIOMED0CAL ENGINEERING, VOL. 52, NO.8, AUGUST 2005, pp 1436-1442»RASawbGCalcolo di l, nel caso tipico con C,= 3pF e C = 200pFBs m 1 1 220VVa 0.2uA|Zeil = 1Gll la =F3.10-12314s-1 1099wC |Zeil + |Ze2l +R Zç11 1|Ze2l= = 16MN <|Zc1l>wsTo e314s-1 200· 10-12 FwCzZez ètrascurabile rispetto a Z1 essendo posta in serie ad essa nella maglia che comprende il generatoreVa, il condensatore Ceilcondensatore Cz. L'impedenza interna del paziente è assolutamente trascurabile(10002).

Il paziente è un nodo equipotenziale, al suo interno non si producono differenze di potenziale significative per effetto del passaggio di corrente.

Calcolo di l'ì nel caso peggiore con C= 20pF e Cz = 200pF:

Zz è ancora sostanzialmente trascurabile rispetto a Z1: 160MΩ + 314s^-1 * 20 * 10^-12 F = 1.4uA

l'ì = |Z1 + 1/Zez| = 16MΩ + 10⁸ * 200 * 10^-12 F * 314s^-1 * 220V = 3.2V

Dato che Zez è trascurabile rispetto a tutte le altre impedenze del circuito, il paziente è unico nodo e la tensione di modo comune Vì è tale in quanto è presente fra (tutto) il paziente e terra.

Calcolo di Vç nel caso tipico con C=3pF e Cz = 200pF:

Vl|Zez| = 0.2 * 10^-6 A * 16 * 10⁶Ω = 3.2V

Calcolo di Vç nel caso peggiore con Cz = 20pF e Cz = 200pF:

Vsol Vç = lqlZl = 14 * 10^-6 A * 16 * 10^-9 = 22V

Disturbi indotti dalla rete.

elettrica per accoppiamenti capacitivi paziente-rete elettrica e paziente-terra (paziente collegato a terra)

Essendo Zg3 Z2 Zg1 < Zc2 Si assuma poi un ottimo contatto elettrodo-cute: Zrz= 10 n

Segue che: Ig3 la Calcolo di Ve nel caso tipico con C= 3pF e C = 200pF

Rete elettrica V, lq|Z3 = 0.2- 10-6 A-10n = 0.2-1o-2 V= 2mVV ZE2 Va

Calcolo di Vç nel caso peggiore con C= 20pF e Gq = 200pF

lg3ZE] Zso V, lZl= 1.4-10-6 A· 10+2 14-10-2Vlcz C2 = 14mVomafica

Disturbo di modo differenziale indotto dalla rete elettrica per accoppiamenti capacitivi con icavi-paziente (non schermati)

me niodemT.b)maue 4ossiomiy oSsomo conscooce c o m e ' r eSi dannoe coUeetfuate

Rete elettrica aquisite le approssimazionil¡i ld2 negliesempi precedenti relativamente agli ordini di 220V, 50Hz grandezza delle impedenze del circuito equivalente

C CzLE1 Attraverso le capacità parassite C, eC, si introducononel circuito le correnti l¡Ë e laz ambedue dell'ordine di grandezza di 10nAVa

Sidistinguono due casi esemplificativi. 1. la1 = la2 e RE1 ≠ Rgz con AR = Rg1 - Rgz = 10→n 2. lai ≠ la2 e Rg1= Rgp = 1050 con AI =la1 - la2 = 10-9 ZE3 + laz oo 1) Va = V -V½ = la(Rg1 - Rg2) = 10-84- 10o = 10-V = 100V in 2) Va = V, -V½=R (la1 -la) =10°n -10-9A = 10-4y= 100pV moG omumemTooe. Rar Schermatura deicavi-paziente Lo schermo (o «calza») è una struttura di forma cilindrica fattaJ schermo da filiconduttori sottili intrecciati fra loro a formare appuntoCavo unasorta di calza entro la quale viene posto ilcavo che trasportail segnale elettrico dalelettrodo allelettrocardiografo. Essendo un buon conduttore, le superfici dello schermo sonoequipotenzialie quindiesso costituisce unagabbia di Faraday.dielettrico Se loschermo viene collegato a massa (schermatura passiva), ilcavo posto al suo interno è quindi circondato dal potenzialecostante e pari a zero della superficie interna dello schermo. La struttura che si viene a formare è

un condensatore cilindrico con l'armatura esterna verso massa e la rete elettrica calza, della superficie esterna esposta è elettricamente collegata alla rete a 220V, 50Hz formando così un'altra capacità parassita.

La vaschetta di metallo è collegata a terra e serve come schermatura per il condensatore. La sua funzione è quella di eliminare le interferenze elettromagnetiche esterne.

Il circuito di pilotaggio del condensatore è collegato al comune, in modo da eliminare la tensione di offset.

L'amplificatore per la strumentazione è dotato di buffer per resistere alle tensioni elettrostatiche.

RV, OV- e AVa/2RE sono i valori di tensione utilizzati nel circuito.

Per motivi di sicurezza, il paziente non può essere collegato galvanicamente a circuiti guasti che potrebbero metterlo in contatto con tensioni pericolose.

Si consideri che il cuore non può essere attraversato da correnti superiori a 10 microampere (a 50Hz), soglia al di sopra della quale si può indurre la fibrillazione ventricolare, potenzialmente letale (microshock).

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icircuiti pazienti applicativi vengono alimentati a batteria o mediante trasformatore. I segnali acquisiti vengono poi trasferiti al resto dell'apparecchio attraverso una barriera di isolamento (dielettrico), mediante accoppiamento elettromagnetico (trasformatori).