Sensor de ritmo cardíaco - Funcionamiento y aplicación

¿Qué quieres decir con "latido"?

El latido del corazón de una persona es el sonido de las válvulas de su corazón que se contraen o expanden al impulsar la sangre de una región a otra. El número de veces que el corazón late por minuto (BPM), es la frecuencia de los latidos del corazón y el latido del corazón que se puede sentir en cualquier arteria que esté cerca de la piel es el pulso.

Dos formas de medir los latidos del corazón

• Forma manual: El latido del corazón se puede comprobar manualmente comprobando las pulsaciones en dos lugares: la muñeca (el pulso radial) y el cuello (pulso carotídeo). El procedimiento consiste en colocar los dos dedos (índice y medio) en la muñeca (o en el cuello, por debajo de la tráquea) y contar el número de pulsaciones durante 30 segundos, y luego multiplicar ese número por 2 para obtener la frecuencia de los latidos del corazón. Sin embargo, la presión debe ser mínima y también hay que mover los dedos hacia arriba y hacia abajo hasta sentir el pulso.

• Uso de un sensor: El latido del corazón puede medirse basándose en la variación de la potencia óptica, ya que la luz se dispersa o absorbe durante su recorrido por la sangre a medida que cambian los latidos del corazón.

Principio del sensor de latidos del corazón

El sensor de latidos del corazón se basa en el principio de la fotopletismografía. Mide el cambio en el volumen de sangre a través de cualquier órgano del cuerpo que provoca un cambio en la intensidad de la luz a través de ese órgano (región avascular). En el caso de las aplicaciones en las que hay que controlar la frecuencia del pulso cardíaco, el tiempo de los pulsos es más importante. El flujo del volumen sanguíneo se decide por la frecuencia de los pulsos cardíacos y, como la luz es absorbida por la sangre, los pulsos de la señal son equivalentes a los pulsos de los latidos del corazón.

Existen dos tipos de fotopletismografía:

Transmisión: La luz emitida por el dispositivo emisor de luz se transmite a través de cualquier región vascular del cuerpo, como el lóbulo de la oreja, y es recibida por el detector.

Reflexión: La luz emitida por el dispositivo emisor de luz se refleja en las regiones.

Funcionamiento de un sensor de latidos del corazón

El sensor de latidos básico está formado por un diodo emisor de luz y un detector como una resistencia de detección de luz o un fotodiodo. Los pulsos de los latidos del corazón provocan una variación en el flujo de sangre hacia diferentes regiones del cuerpo. Cuando se ilumina un tejido con la fuente de luz, es decir, la luz emitida por el led, éste refleja (un tejido del dedo) o transmite la luz (lóbulo de la oreja). Parte de la luz es absorbida por la sangre y la luz transmitida o reflejada es recibida por el detector de luz. La cantidad de luz absorbida depende del volumen de sangre en ese tejido. La salida del detector es en forma de señal eléctrica y es proporcional a la frecuencia de los latidos del corazón.

Esta señal es una señal de corriente continua relativa a los tejidos y al volumen sanguíneo, y a la señal de corriente continua se superpone la componente de corriente alterna sincronizada con los latidos del corazón y causada por los cambios pulsátiles del volumen sanguíneo arterial. Por lo tanto, el principal requisito es aislar ese componente de CA, ya que es de suma importancia.

Para conseguir la tarea de obtener la señal de corriente alterna, la salida del detector se filtra primero mediante un circuito HP-LP de 2 etapas y, a continuación, se convierte en pulsos digitales mediante un circuito comparador o utilizando un simple ADC. Los pulsos digitales se entregan a un microcontrolador para que calcule la frecuencia de los latidos, dada por la fórmula

BPM(Latidos por minuto) = 60*f

Donde f es la frecuencia de las pulsaciones

Práctico sensor de latidos del corazón

Los ejemplos de sensores de latidos prácticos son Sensor de Ritmo Cardíaco (Nº de producto PC-3147). Consta de un led infrarrojo y un LDR incrustados en una estructura en forma de clip. El clip se sujeta al órgano (lóbulo de la oreja o el dedo) con la parte del detector en la carne.

Otro ejemplo es TCRT1000con 4 pines-

Pin1: Para dar la tensión de alimentación al LED

Las clavijas 2 y 3 están conectadas a tierra. El pin 4 es la salida. La clavija 1 es también la clavija de habilitación, y al ponerla en alto se enciende el LED y el sensor empieza a funcionar. Está integrado en un dispositivo portátil que se puede llevar en la muñeca y la salida se puede enviar de forma inalámbrica (a través de Bluetooth) al ordenador para su procesamiento.

Aplicación Desarrollar tu sistema de sensor de latidos

También se puede construir un sistema básico de sensor de latidos del corazón utilizando componentes básicos como una LDR, un CI comparador LM358 y un microcontrolador, como se indica a continuación

Como se ha descrito anteriormente en relación con el principio de un sensor de latidos del corazón, cuando el tejido del dedo o del lóbulo de la oreja se ilumina con una fuente de luz, la luz se transmite tras ser modulada, es decir, una parte es absorbida por la sangre y el resto se transmite. Esta luz modulada es recibida por el detector de luz.

Aquí se utiliza una resistencia dependiente de la luz (LDR) como detector de luz. Funciona según el principio de que cuando la luz incide sobre la resistencia, su resistencia cambia. A medida que aumenta la intensidad de la luz, la resistencia disminuye. Así, la caída de tensión a través de la resistencia disminuye.

Aquí se utiliza un comparador que compara la tensión de salida de la LDR con la de la tensión umbral. La tensión umbral es la caída de tensión a través de la LDR cuando la luz de intensidad fija, procedente de la fuente de luz, incide directamente sobre ella. El terminal inversor del comparador LM358 se conecta al divisor de potencial, que se ajusta a la tensión umbral, y el terminal no inversor se conecta a la LDR. Cuando se ilumina el tejido humano con la fuente de luz, la intensidad de la luz se reduce. Cuando esta intensidad de luz reducida incide sobre la LDR, la resistencia aumenta y, como consecuencia, aumenta la caída de tensión. Cuando la caída de tensión a través de la LDR o de la entrada no inversora supera a la de la entrada inversora, se desarrolla una señal lógica alta a la salida del comparador y en caso de que la caída de tensión sea menor se desarrolla una salida lógica baja. Así, la salida es una serie de pulsos. Estos pulsos se pueden enviar al microcontrolador, que procesa la información para obtener la frecuencia de los latidos del corazón y la muestra en la pantalla conectada al microcontrolador.

Vídeo explicativo sobre el diagrama del circuito del sensor de latidos del corazón