Por Bryce Beamer
La electrocardiografía, que normalmente se abrevia ECG o EKG, debutó a principios del siglo XX y sigue siendo una tecnología fundamental para diagnosticar y controlar enfermedades cardíacas. La innovación en hardware ha reducido el tamaño y el costo de la tecnología de ECG, lo que abre nuevas oportunidades para descubrir información de salud y bienestar basada en las formas de onda del ECG y la variabilidad de la frecuencia cardíaca. Cuando se combina con infraestructura de IoT portátil e inteligencia artificial, la monitorización cardíaca por ECG puede ser la clave para descubrir nueva información que respalden la salud cardíaca de por vida.
¿Cuántos electrodos se utilizan para un ECG?
El ECG crea un circuito de detección de corriente que mide la carga diferencial entre dos o más electrodos que se colocan en el cuerpo. Esta ilustración muestra cómo la colocación de los electrodos para un ECG genera tres ondas de ECG diferentes según la direccionalidad de la derivación.
Un ECG simple de una sola derivación (dos electrodos) es adecuado para medir la frecuencia cardíaca y la variabilidad de la frecuencia cardíaca en aplicaciones deportivas y de bienestar. La colocación de electrodos adicionales en los lugares adecuados brinda una visión más completa de la función cardíaca. En diagnósticos médicos avanzados, los sistemas de ECG tienen hasta 10 electrodos que pueden proporcionar de 12 a 18 derivaciones que ayudan a los médicos a evaluar la función y la estructura del corazón para diagnosticar arritmias complejas.
¿Cómo funcionan los electrodos para ECG?
La calidad de la señal en un circuito de detección de corriente es esencial en todo dispositivo de monitorización cardíaca para capturar datos limpios que puedan conducir a información práctica. En el caso del ECG, todo comienza con el diseño de los electrodos. El acoplamiento de electrodos es fundamental para reducir el ruido y preservar la onda del ECG.
Cuando los iones de la corriente iónica del cuerpo llegan al electrolito de un electrodo, participan en reacciones redox en la superficie del electrodo. En estas reacciones, los electrones se transfieren de los iones al electrodo, lo que convierte la corriente iónica en corriente eléctrica. Esto es posible gracias a un fenómeno conocido como doble capa de Helmholtz.
Una señal de ECG normalmente tiene una amplitud de solo 0,5 mV a 1 mV, lo que la hace muy susceptible a diferentes tipos de ruido o distorsión. Los artefactos del movimiento son la causa más común de ruido, provenientes de un sensor que se mueve o se desliza sobre la superficie de la piel, la piel se estira o cambia el área de interfaz, o un cambio en la distancia o la desconexión total entre el electrodo y la piel. Un paciente que simplemente cambia de posición puede causar potencialmente artefactos del movimiento.
Para mitigar estos desafíos, se debe considerar cuidadosamente el diseño de los electrodos. Los materiales, la forma, el tamaño y los métodos de adhesión desempeñan un rol a la hora de minimizar los artefactos del movimiento y otras fuentes de ruido. En aplicaciones médicas, se utilizan electrodos adhesivos para evitar el movimiento de los electrodos; sin embargo, los monitores de ECG portátiles y los electrodos en prendas de vestir que se usan tradicionalmente en aplicaciones deportivas y de acondicionamiento físico pueden mejorar la exactitud de la colocación y aumentar la comodidad, lo que resulta en un mayor cumplimiento normativo.
Tipos de electrodos para ECG
Las dos principales clases de electrodos son los electrodos "húmedos" y los "secos". Ambos tipos realizan funcionalmente lo mismo; sin embargo, un electrodo húmedo incluye un electrolito que interactúa con la piel. En contraste, un electrodo seco utiliza la humedad y el sudor de la piel para crear el conductor iónico que se requiere.
El conductor iónico es esencial para formar la capa de Helmholtz que se describe anteriormente en cualquier tipo. Sin una capa de electrolitos adecuada, el ruido de la señal y los problemas de impedancia disminuirán drásticamente la relación señal-ruido. Las variaciones en la piel humana, como el vello corporal, las lociones, los tratamientos para la piel y la piel muerta, también pueden introducir contaminantes, aumentar la impedancia o afectar la función de los electrolitos.
El uso de un electrodo húmedo es una manera de garantizar una buena capa de electrolitos y crear rápidamente una interfaz piel-electrodo de baja impedancia. Sin embargo, con el tiempo, el electrodo se puede secar, lo que provoca una caída impredecible de la amplitud de la señal. Un electrodo adhesivo, donde un adhesivo de espuma encapsula un gel de electrolito entre un chasquido metálico (Ag AgCl) y la piel, es la forma más común de electrodo húmedo.
Los electrodos secos ofrecen conveniencia y comodidad al usuario. Vienen en muchos factores de forma, como películas de polímeros impregnadas con carbono, telas metalizadas o enlaces conductores serigrafiados. Sin embargo, en muchos casos, requieren algo de tiempo para crear una interfaz de electrolitos adecuada entre la piel y el electrodo. Este proceso conduce a un fenómeno llamado ruido de inicio, donde el ruido de la señal enmascara la onda del ECG.
En aplicaciones de electrodos húmedos o secos, las capas de electrolitos se pueden secar y crear cambios dinámicos en la impedancia que impactan de manera drástica la amplitud de la señal, pero no el período. Por este motivo, si la relación señal-ruido es lo suficientemente baja como para detectar las características necesarias, la amplitud se puede compensar dinámicamente en muchas aplicaciones.
Conclusiones sobre el diseño del sistema de ECG
La elección del electrodo adecuado y su arquetipo es crucial en el diseño de sistemas de ECG. Sin embargo, es mejor describir los requisitos del sistema para cualquier aplicación nueva al identificar primero la información de los datos que se requieren en la propuesta de valor del producto. Al combinar estos requisitos tecnológicos básicos con las necesidades de los usuarios y proveedores de atención médica se crea una visión holística de los requerimientos del producto.
El desarrollo de la nueva generación de productos de ECG ayudará a descubrir nueva información sobre la salud cardíaca, pero requerirá encontrar el equilibrio entre facilidad de uso y rendimiento técnico.
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