ECG con Theremino

Con Theremino, con il componente AD8232 e con il software SignalScope è possibile realizzare facilmente un piccolo elettrocardiografo amatoriale. In questo post andremo a descrivere questa apparecchiatura e mostreremo alcuni esempi dei tracciati che si possono ottenere.

L’elettrocardiogramma

In termini generali l’elettrocardiogramma è una rappresentazione grafica della attività elettrica del muscolo cardiaco. L’ECG è separato in due intervalli di base, l’intervallo PR e QT, come mostrato sotto :

Intervallo PR

L’intervallo PR è l’onda iniziale generata da un impulso elettrico che viaggia dall’atrio destro verso la parte sinistra. L’atrio destro è la prima sezione del cuore che vede un impulso elettrico. Questo impulso elettrico fa sì che l’atrio si “depolarizzi”. Questo costringe l’atrio a contrarsi e spingere nel ventricolo destro il sangue deossigenato proveniente dalla vena cava superiore e inferiore. Quando l’impulso elettrico si sposta attraverso la parte superiore del cuore induce l’atrio sinistro a contrarsi. L’atrio sinistro riceve dalle vene polmonari destra e sinistra il sangue appena ossigenato dai polmoni e lo spinge nel ventricolo sinistro. Le vene polmonari, anche se trasportano sangue arterioso, sono chiamate vene perché portano il sangue verso il cuore.

Intervallo QT

L’intervallo QT è quello dove le cose si fanno più interessanti. L’impulso QRS è un processo complesso che genera il classico “beep” nei monitor cardiaci. Durante l’impulso QRS entrambi i ventricoli cominciano a pompare. Il ventricolo destro inizia a pompare il sangue de-ossigenato nei polmoni attraverso le arterie polmonari. Il ventricolo sinistro invece pompa il sangue appena ossigenato attraverso l’aorta nel resto del corpo. Dopo la contrazione iniziale, arriva il segmento ST. Il segmento ST è elettricamente in quiete in quanto è il momento in cui i ventricoli sono in attesa di essere “ri-polarizzati”. Infine arriva l’onda T che “ri-polarizza”, (rilassa) i ventricoli. Questa fase di rilassamento reimposta i ventricoli al fine di essere riempiti nuovamente con il sangue proveniente dagli atrii.

Il Componente AD8232

Questo componente è un piccolo chip progettato espressamente per misurare l’attività elettrica del cuore. L’attività elettrica cardiaca viene tracciato in un ECG (elettrocardiogramma). L’elettrocardiografia è utilizzata al fine di monitorare il corretto funzionamento del cuore e per diagnosticare varie affezioni cardiache. Naturalmente l’apparecchio che proponiamo ha  uno scopo esclusivamente amatoriale / educativo senza nessuna intenzione di sostituire apparecchi professionali.

Il chip AD8232 della Analog Devices è un circuito integrato progettato espressamente per l’aquisizione ed il monitoraggio del segnale cardiaco. L’AD8232 effettua il condizionamento del segnale ECG e di altri eventuali bio-potenziali. È stato progettato per estrarre, amplificare e filtrare segnali biologici di bassa intensità in presenza di contesti “rumorosi”, come quelli creati dal movimento o dal posizionamento degli elettrodi. La progettazione adottata consente di utilizzare un convertitore analogico-digitale a basso consumo (ADC) oppure un microcontrollore per acquisire facilmente il segnale di uscita.

L’immagine sotto mostra lo schema del dispositivo. È previsto l’uso di tre elettrodi, uno sul braccio destro, uno sul braccio sinistro, e un terzo sulla gamba destra che ha lo scopo di fornire il potenziale di riferimento.

Setup

E’ stata utilizzata una breakout board commercializzata da Sparkfun. Questo circuito viene alimentato a 3,3V e fornisce una uscita analogica con il segnale cardiaco. Vi è un apposito connettore per collegare i tre elettrodi previsti.

L’uscita analogica prodotta dal chip AD8232 viene acquisita mediante un ingresso analogico di un Theremino Master. Il segnale, digitalizzato su 16 bit, viene poi inviato al software SignalScope che provvede a visualizzare l’andamento dell’impulso.

Esempi di ECG

Nel particolare mostrato sotto si vedono chiaramente le caratteristiche di un tracciato elettrocardiografico : in particolare gli impulsi P, QRS e T.

I grafici riportati sotto mostrano invece alcuni tracciati elettrocardiografici così come vengono rappresentati dal software SignalScope.

Conclusioni

Il sistema HW / SW Theremino, anche grazie al chip AD8232, si è dimostrato molto utile nella acquisizione e rappresentazione di segnali biologici come i bio-potenziali cardiaci. Con una breakout board, un Theremino Master, gli appositi elettrodi ed il software per la visualizzazione dei segnali SignalScope, in breve tempo si è in grado di approntare un elettrocardiografo amatoriale ma completamente funzionale.

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