Progetto e Realizzazione di un Circuito per la Rilevazione del Complesso QRS

Il riconoscimento del ritmo cardiaco ed una sua precisa tempificazione è alla base di molti sottosistemi di apparecchiature elettromedicali. Per poter analizzare il ritmo cardiaco vi è bisogno di prelevare un segnale biologico correlato all’evoluzione dei cicli cardiaci. Tra i vari segnali a disposizione sicuramente vi è il segnale elettrocardiografico (ECG) legato alle differenze di potenziale che si generano sulla cute a causa dei fenomeni di depolarizzazione e ripolarizzazione del muscolo cardiaco. In particolare si è molto interessati a rilevare il ritmo associato alla contrazione ventricolare, che nell’elettrocardiogramma corrisponde alle onde QRS e T. Il complesso QRS costituisce un buon marcatore dell’inizio della sistole ventricolare. Per il riconoscimento del QRS in un segnale elettrocardiografico vi sono varie tecniche, tra cui quelle basate sul superamento di alcuni valori soglia, essendo il QRS il complesso di onde più ampio ed anche quello più rapidamente variabile nel tempo. Tuttavia non si può trascurare la presenza di vari rumori e disturbi generalmente presenti sul segnale elettrocardiografico quali ad esempio la presenza di slivellamenti della linea di base, interferenze di rete, rumori elettromiografici, presenza di altre onde (particolarmente importante l’onda T che in alcune proiezioni assume una ampiezza paragonabile a quella del QRS), etc. Per realizzare un rilevatore affidabile di QRS si necessita di opportuni filtraggi ed elaborazioni del segnale ECG. Nel lavoro di tesi si è progettato e realizzato un circuito che permetta di rilevare il ritmo cardiaco, riconoscendo il complesso QRS a partire dal segnale elettrocardiografico, e che produca un corrispondente segnale digitale di opportuna durata ad ogni battito.
In particolare, nel lavoro di tesi siamo partiti dal prelievo di una derivazione ECG standard. La banda del segnale ECG è stata ritenuta compresa nella banda di frequenza 0,4Hz – 40Hz, tipica per il monitoraggio, ed il segnale ECG è stato amplificato di un fattore 1000 V/V. Per esaltare le componenti frequenziali del solo complesso QRS in relazione agli altri segnali e/o disturbi ho progettato e realizzato un filtro passa banda attivo a reazione multipla con frequenza centrale a 17Hz e banda di 6Hz, che massimizza il rapporto segnale rumore nel nostro caso. La banda stretta del filtro determina una uscita sinusoidale smorzata che ho provveduto opportunamente a raddrizzare (singola semionda), prima di fornire il segnale allo stadio comparatore successivo, in cui è provvista anche una soglia variabile adattata al segnale. Una volta riconosciuto il QRS, viene attivato un monostabile che genera un impulso di circa 200 ms adatto ad interfacciare ulteriori circuiti digitali. All’uscita di tale ultimo stadio sono stati inseriti sia una spia luminosa che un avvisatore acustico.
Il circuito realizzato è stato verificato con opportuna strumentazione per valutarne le prestazioni anche in presenza di particolari disturbi e aritmie. Inoltre il circuito è stato provato acquisendo segnali elettrocardiografici reali.
Le prestazioni del circuito realizzato corrispondono alle specifiche progettuali e sono caratterizzate da un comportamento abbastanza robusto rispetto ai disturbi considerati.