Riassunto di bioingegneria elettronica

V O V O

In questo caso, tra il riferimento a terra dell’amplificatore ed i nodi A e B rispettivamente, si generano due

1 e

tensioni uguali tra loro (essendo il circuito simmetrico) dovute alla partizione della tensione di rete tra

& || '.

" Œr La tensione al morsetto superiore è data da:

|| ||

" Œr " Œr

= 220 = 220

s U ~

+ −

" "

~• •

o o

il cui modulo si esprime tramite la relazione: ||

|

| " Œr

= 220

s %

A& U

' +· ¸

%

" • o

=

s *

Data la simmetria del circuito si ha e, conseguentemente, l’amplificatore vede in ingresso una

s . Ciò fa sì che in uscita sia presente un segnale

eccitazione di modo comune avente tensione pari a

/ ∙ s .

amplificato pari a Questa tensione rappresenta un ulteriore contributo dovuto all’interferenza di

rete.

Se i due rami non fossero perfettamente simmetrici, si verrebbe a formare una eccitazione di modo

= − 5.

" s * che verrebbe amplificata di un fattore Anche in questo caso, la tensione in

differenziale

uscita dall’amplificatore è dovuta al contributo dell’interferenza di rete.

1 1

L’effetto di e di è quello di determinare, in ingresso all’amplificatore, una tensione di modo comune

V O

che si va a sommare con l’effetto in ingresso dell’eccitazione di modo comune presente sul paziente. Ma

≠ 1 ≠ 1

" " C C

dato che in condizione reali e che si può avere in ingresso anche una eccitazione di

V O V O

modo differenziale, dovuta alle asimmetrie presenti tra le componenti del circuito. Si può supporre di avere

una variazione tra le componenti nel circuito pari al 5%.

" "

Si può migliorare la situazione diminuendo il valore di e di .

V O

Per diminuire l’eccitazione di modo differenziale dovuta all’accoppiamento capacitivo tra il cavo degli

elettrodi e il cavo di rete si deve fare in modo di rendere uguali tra loro le due capacità di elettrodo e le due

resistenze di elettrodo. Per fare questo si possono avvolgere a treccia i cavi, anche se non è possibile

avvolgere i due cavi di elettrodo per tutta la loro lunghezza.

Un’altra precauzione che si può prendere è quella di usare un il vantaggio

cavo coassiale schermato:

1

consiste nel fatto che in cavi come questo la capacità parassita si forma tra il cavo di elettrodo e lo

schermo. Tale capacità ha valori sufficientemente piccoli da garantire che l’impedenza che si forma, e che è

in parallelo alla resistenza di elettrodo, possa considerarsi trascurabile. In questo modo non vi è più un

accoppiamento con la rete. 64

Per risolver il problema dell’accoppiamento capacitivo formatosi tra i cavi di elettrodo ed il cavo di rete, si

possono collegare alle due resistenze di elettrodo due amplificatori configurati come in

voltage – follower:

questo modo, la capacità parassitacollegata tra il cavo di elettrodo e quello di rete vede una impedenza

dell’ordine dei mega-Ohm. In tale condizione,l’effetto generato dall’accoppiamento capacitivo è minimo

(condizione di si elimina un altro problema legato al cavo di elettrodo: l’effetto

sonda attiva).Inoltre

triboelettrico.L'effetto è un fenomeno elettrico che consiste nel trasferimento di cariche

triboelettrico

elettriche, e quindi nella generazione di una tensione, tra materiali diversi (di cui almeno uno isolante)

quando vengono strofinati tra di loro.

Lo svantaggio nell’introduzione dei due amplificatori consiste nel fatto che si introducono due nuove fonti

di rumore. IL SEGNALE ELETTROCARDIOGRAFICO

Il segnale elettrocardiografico è un segnale di tipo elettrico che descrive variazioni elettriche.

La rappresentazione di un segnale elettrocardiografico si costituisce di e

formed’onda, segmenti intervalli.

$, ¹, ,

Le forme d’onda presenti sono denominate e‘. Nel bambino è inoltre presente l’ondaº, che

tende via via a scomparire nell’età adulta. 65

Nel tracciato elettrocardiografico, ad ogni

o millimetro di ampiezza delle varie forme

rme d’o

d’onda corrisponde una

0,1

tensione pari a , mentre

e sull’asse

sull’ass orizzontale ad ogni millimetro corrisponde

onde un intervallo di tempo

pari 40ms.La sensibilità di un elettroca

elettrocardiografo è di norma pari a 1mV/cm.

La descrizioni degli elementi presenti

resenti i

in un tracciato ECG è riportata di seguito.

zm5 $: è la prima onda che si ge

genera nel ciclo cardiaco, e corrisponde alla

- depolarizzazione

depolar degli atri.

È di piccole dimensioni, poiché

oiché la contrazione degli atri non è molto potente.

nte. La su

sua durata varia tra i

60 e i 120 ms; l'ampiezza (o altezz

altezza) è uguale o inferiore ai 2,5mm (circa 100-200

200μV).

1™ 8wB??™ ¹ : si tratta

a di un insieme

in di tre onde che si

- susseguono l'una all'altra,

, e corris

corrisponde alla depolarizzazione

¹

L'™m5 è negativa e di piccole dimensioni (con

dei ventricoli.

ampiezza generalmente inferiore ai 100μV), e corrisponde alla

l’™m5 presenta

depolarizzazione del setto

o interven

interventricolare;

un picco positivo molto alto,

lto, e cor

corrisponde alla depolarizzazione

l’™m5 è un'onda negativa di

dell'apice del ventricolo sinistro

inistro;

piccole dimensioni (ampiezza

ezza com

compresa tra i 300 ed i 400μV), e

corrisponde alla depolarizzazione

zzazione d

delle regioni basale e

posteriore del ventricolo sinistro

sinistro.

La durata dell'intero complesso è compresa

com tra i 60 e 90 ms. In

questo intervallo avviene anche

he la rip

ripolarizzazione atriale che però

non risulta visibile perché mascherata

scherata dalla depolarizzazione ventricolare.

zm5 ‘: rappresenta la Non sempre è identificabile

icabile, perché può anche

- ripolarizza

ipolarizzazione dei ventricoli.

essere di valore molto piccolo.

zm5 º: è un'onda che non

on semp

sempre è possibile apprezzare in un tracciato,

, dovuta alla

- ripolarizzazione

(che regolano l’apertura e la chiusura della valvola mitrale).

itrale).

dei muscoli papillari

La linea tra due onde consecutive, corrispondente

corr alle zone in cui il potenziale è mantenuto

mante costante, viene

denominata linea isoelettrica.

Per quanto riguarda i segmenti,

ti, la desc

descrizione è la seguente.

è il segmento

nto che congiunge

c tra loro la fine dell’onda P e l’inizio

’inizio de

del complesso Q-R-S.

- Segmento P-R:

Tale segmento corrisponde

de all’int

all’intervallo di tempo di necessario affinché la

a depola

depolarizzazione si

trasmetta dagli atri ai ventricoli.

tricoli. L

La durata in condizioni fisiologiche è di circa 60-80ms

60 (lunghezze

maggiori possono essere causa di blocco atrio-ventricolare).

è il segmento

nto che va

v dalla fine del complesso Q-R-S all’inizio

io dell’on

dell’onda T. La durata di

- Segmento S-T:

tale segmento in condizione

ne fisiol

fisiologiche è intorno a 150ms. In condizioni patologic

patologiche, come in caso di

ischemia, si osserva che questo

uesto se

segmento è sotto-livellato.

Consideriamo ora gli intervalli

i present

presenti.

va dall’inizio

io dell’on

dell’onda P all’inizio del complesso Q-R-S ed esprime

sprime, indicativamente, la

- Intervallo P-R:

durata del processo di polarizzazion

larizzazione.

la sua durata

rata è m

molto importante in quanto fornisce indicazioni

cazioni riguardo

r la

- Intervallo Q-R-S:

conduzione della depolarizzazione

izzazione dagli atri ai ventricoli.

66

va dalla fine del complesso Q-R-S alla fine dell’onda T e la sua durata fornisce indicazioni

- Intervallo S-T:

circa la rapidità del processo di ripolarizzazione.

in condizioni normali presenta una durata di 400-500ms. Si pensa che la durata di tale

- Intervallo Q-T:

intervallo sia significativa nel caso di morte improvvisa dovuta ad una aritmia cardiaca.

E’ importante conoscere le caratteristiche che deve avere il segnale ECG per poter progettare una buona

catena di amplificazione edottenere, in uscita, un segnale non distorto.

5 = 1000,

L’amplificazione di modo differenziale per segnali ECG ha valore corrispondente ad un

±3V.La

guadagno di 60dB, e gli amplificatori vengono alimentati tra±5V o catena di amplificazione deve

essere tale da non introdurre ritardi significativi tra le varie forme d’onda, in modo da non alterare la

lunghezza di intervalli e segmenti, cose che potrebbe portare ad una diagnosi potenzialmente erronea.

Infatti, ai fini diagnostici, in un segnale ECG è più importante valutare la durata delle varie forme d’onda,

degli intervalli e dei segmenti, piuttosto che l’ampiezza delle varie onde.

Come prelevare il segnale ECG

Il cuore può essere considerato come un generatore elettrico in cui sono presenti cioè zone

zone negative,

eccitate, e cioè zone in riposo. Tali zone si propagano lungo il muscolo cardiaco in modalità

zone positive,

differenti. E’ molto importante ricostruire la sequenza delle posizioni occupate dalle zone positive e dalle

zone negative.

Il segnale ECG presenta una morfologia che dipende da come è stata effettuata la sua rilevazione (ciò vale

in particolare per le ampiezze relative tra le varie forme d’onda, mala durata delle onde stesse, dei

segmenti e degli intervalli si mantiene costante).

E’ stato necessario individuare delle regole comuni per il prelievo del segnale ECG, individuando punti

specifici del corpo umano su cui applicare gli elettrodi. A seconda di come vengono applicati gli elettrodi, si

individuano diverse ovvero dei vettori, ciascuno dei quali congiunge un elettrodo rilevante un

derivazioni,

potenziale negativo con uno rilevante un potenziale positivo.

Nel metodo del gli elettrodi vengono collocati sul braccio

Triangolo di Enthoven

destro, sul braccio sinistro e sulla gamba sinistra. Un elettrodo di riferimento viene

posto sulla gamba destra.

Posizionando gli elettrodi nel modo descritto si individuano trederivazionibipolari:

de