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Elettrocardiogramma: Acquisto e Processamento del Segnale, Appunti di Cardiologia

Come acquisire e processare il segnale ecg utilizzando tre elettrodi collegati ai polsi e alla caviglia di una persona. Il segnale viene alimentato e filtrato attraverso diversi circuiti e operazionali per ottenere un segnale pulito e sufficientemente ampio da visualizzare con un oscilloscopio. Il documento include dettagli sulla alimentazione, isolamento, filtraggio e amplificazione del segnale.

Tipologia: Appunti

2016/2017

Caricato il 21/09/2021

Mryiam
Mryiam 🇮🇹

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ALIMENTAZIONE ACQUISIZIONE SEGNALE
Il segnale viene acquisito tramite 3 elettrodi collegati ai polsi destro, sinistro e sulla
caviglia della persona a cui si vuole visualizzare il segnale ECG. Vengono collegati
così per rispettare il triangolo di Einthoven su cui si basa la misurazione del
segnale elettrocardiografo L’alimentazione viene fornita al circuito tramite una
power bank che dà +5V all’uscita e viene collegata tramite una porta USB di tipo B.
Agli operazionali OP97CPZ, AD620ANZ, TL081 e TL082 serve però
un’alimentazione duale di +/-5V per il corretto funzionamento e così viene utilizzato
l’integrato TC7660CPA della Microchip che, collegato come da disegno, fornisce da
una tensione in ingresso di +5V una tensione di -5V in uscita.
ACQUISIZIONE SEGNALE
Il segnale viene acquisito tramite 3 elettrodi collegati ai polsi destro, sinistro e sulla
caviglia della persona a cui si vuole visualizzare il segnale ECG. Vengono collegati
così per rispettare il triangolo di Einthoven su cui si basa la misurazione del
segnale elettrocardiografo.
ISOLAMENTO DEL SEGNALE
Il segnale cardiaco viene isolato e amplificato attraverso questo circuito dove ci
sono un’operazionale di precisione (OP97CPZ) ed un amplificatore per
strumentazione (AD620ANZ) che risulta ottimale per questa applicazione dato che
ha un ingresso differenziale, un guadagno elevato e noto con precisione dovuto
dalla resistenza di guadagno (Rgain), un’elevata impedenza di ingresso
(teoricamente infinita) e una bassissima tensione e corrente di offset.
FILTRAGGIO E AMPLIFICAZIONE FINALE
Le norme di sicurezza riguardanti l’elettrocardiografo specificano la presenza di 3
filtri: un passa-alto a 0,05Hz, un passa-basso a 100Hz ed un elimina-banda a
50Hz. Ho realizzato i primi due filtri con la struttura VCVS a retroazione positiva
semplice per avere un filtro passa alto-basso del secondo ordine tramite
operazionali
FILTRO PASSA ALTO
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ALIMENTAZIONE ACQUISIZIONE SEGNALE

Il segnale viene acquisito tramite 3 elettrodi collegati ai polsi destro, sinistro e sulla caviglia della persona a cui si vuole visualizzare il segnale ECG. Vengono collegati così per rispettare il triangolo di Einthoven su cui si basa la misurazione del segnale elettrocardiografo L’alimentazione viene fornita al circuito tramite una power bank che dà +5V all’uscita e viene collegata tramite una porta USB di tipo B. Agli operazionali OP97CPZ, AD620ANZ, TL081 e TL082 serve però un’alimentazione duale di +/-5V per il corretto funzionamento e così viene utilizzato l’integrato TC7660CPA della Microchip che, collegato come da disegno, fornisce da una tensione in ingresso di +5V una tensione di -5V in uscita. ACQUISIZIONE SEGNALE Il segnale viene acquisito tramite 3 elettrodi collegati ai polsi destro, sinistro e sulla caviglia della persona a cui si vuole visualizzare il segnale ECG. Vengono collegati così per rispettare il triangolo di Einthoven su cui si basa la misurazione del segnale elettrocardiografo. ISOLAMENTO DEL SEGNALE Il segnale cardiaco viene isolato e amplificato attraverso questo circuito dove ci sono un’operazionale di precisione (OP97CPZ) ed un amplificatore per strumentazione (AD620ANZ) che risulta ottimale per questa applicazione dato che ha un ingresso differenziale, un guadagno elevato e noto con precisione dovuto dalla resistenza di guadagno (Rgain), un’elevata impedenza di ingresso (teoricamente infinita) e una bassissima tensione e corrente di offset. FILTRAGGIO E AMPLIFICAZIONE FINALE Le norme di sicurezza riguardanti l’elettrocardiografo specificano la presenza di 3 filtri: un passa-alto a 0,05Hz, un passa-basso a 100Hz ed un elimina-banda a 50Hz. Ho realizzato i primi due filtri con la struttura VCVS a retroazione positiva semplice per avere un filtro passa alto-basso del secondo ordine tramite operazionali FILTRO PASSA ALTO

Questa configurazione consente di far passare solo le frequenze superiori a 0,05Hz come da normativa sanitaria. FILTRO PASSA BASSO Questo filtro, al contrario del precedente, fa passare solo le frequenze al di sotto dei 100Hz prestabiliti. FILTRO ELIMINA BANDA (NOTCH) L’utilizzo del filtro notch in questo circuito è fondamentale per evitare che i disturbi della rete di 50Hz vengano introdotti nel circuito e visualizzati rendendo impossibile una corretta lettura del segnale elettrocardiografico. A differenza dei due filtri precedenti, questo è del primo ordine con un’attenuazione di 20 dB/dec. AMPLIFICAZIONE FINALE Il segnale filtrato in uscita risultava “pulito” dai disturbi ma ancora troppo debole per poterlo visualizzare ottimamente con l’oscilloscopio utilizzato da me, così ho inserito un circuito amplificatore tramite un operazionale TL081 in configurazione non invertente con un amplificazione pari a 50 volte il segnale in ingresso al fine di rendere il segnale più ampio e facile da visualizzare. Il guadagno di questo circuito è dato dalla seguente formula: dove R2=100kΩ e R1=2.2kΩ