Máquina de electrocardiograma

Antecedentes

Un electrocardiograma (EKG o ECG) es un dispositivo que registra gráficamente la actividad eléctrica de los músculos del corazón. Se utiliza para identificar latidos cardíacos normales y anormales. Inventado por primera vez a principios del siglo XX, el EKG (derivado del electrokardiogramma alemán) se ha convertido en un importante dispositivo de diagnóstico médico.

La función del electrocardiógrafo depende de la capacidad del corazón para producir señales eléctricas. El corazón está compuesto por cuatro cámaras que forman dos bombas. La bomba derecha recibe la sangre que regresa del cuerpo y la bombea a los pulmones. La bomba izquierda extrae sangre de los pulmones y la bombea al resto del cuerpo. Cada bomba está formada por dos cámaras, una aurícula y un ventrículo. La aurícula recoge la sangre entrante y, cuando se contrae, la transfiere al ventrículo. Cuando el ventrículo se contrae, la sangre se bombea desde el corazón.

La acción de bombeo del corazón está regulada por la región del marcapasos, o nódulo sinoauricular, ubicado en la aurícula derecha. Se crea un impulso eléctrico en esta región por la difusión de iones de calcio, iones de sodio e iones de potasio a través de las membranas de las células. El impulso creado por el movimiento de estos iones se transfiere primero a las aurículas, lo que hace que se contraigan y empujen la sangre hacia los ventrículos. Después de unos 150 milisegundos, el impulso se mueve hacia los ventrículos, lo que hace que se contraigan y bombeen sangre fuera del corazón. A medida que el impulso se aleja de las cavidades del corazón, estas secciones se relajan.

El uso de un electrocardiograma permite a los médicos medir el voltaje relativo de estos impulsos en varias posiciones del corazón. Los electrocardiogramas son posibles porque el cuerpo es un buen conductor de electricidad. Cuando se genera un potencial eléctrico en una sección del corazón, se conduce una corriente eléctrica a la superficie del cuerpo en un área específica. Los electrodos adheridos al cuerpo en estas áreas permiten la medición de estas corrientes.

Las señales eléctricas medidas por el EKG se han caracterizado y representan varias fases de un latido del corazón. Cada vez que el corazón late, produce tres ondas EKG distintas. El primer pulso que se ve se llama onda P. Mide la señal eléctrica generada por el marcapasos. El siguiente pulso es la señal más grande y se llama complejo QRS. Este segmento del gráfico representa la señal eléctrica creada por la relajación de las aurículas y la contracción de los ventrículos. Completando el ciclo está la onda T, que significa la relajación o repolarización de los ventrículos. El sonido característico de un latido del corazón corresponde al complejo QRS y la onda T.

Los electrocardiogramas proporcionan datos útiles y pueden ayudar a detectar varios problemas relacionados con la función cardíaca. Una determinación básica que se puede hacer con un EKG es la frecuencia cardíaca, que se puede determinar midiendo la distancia entre picos. También es posible el diagnóstico de ciertos problemas médicos. Por ejemplo, en pacientes con presión arterial alta, la amplitud del complejo QRS aumenta significativamente. El equilibrio de ciertas sustancias químicas en el cuerpo también puede detectarse mediante un electrocardiograma, ya que la amplitud de las señales está relacionada con los niveles de sustancias químicas en el cuerpo. El daño en el corazón también se puede observar por una deformación en la onda Q. La característica más útil del EKG es su capacidad para detectar y describir arritmias o latidos cardíacos anormales. Los electrocardiógrafos conocidos como monitores Holter son para estas detecciones. Finalmente, los electrocardiogramas se pueden utilizar para observar obstrucciones en las arterias. Por lo general, esto se hace buscando un segmento deprimido entre las ondas S y T.

Historial

El desarrollo del EKG comenzó con el descubrimiento del potencial electrónico de los tejidos vivos. Este efecto electromotor fue investigado por primera vez por Aloysio Luigi en 1787. A través de sus experimentos, demostró que los tejidos vivos, en particular los músculos, son capaces de generar electricidad. Posteriormente, otros científicos estudiaron este efecto en el potencial electrónico. La variación del potencial electrónico del corazón que late se observó ya en 1856, pero no fue hasta que Willem Einthoven inventó el galvanómetro de cuerda que se pudo fabricar un electrocardiógrafo funcional y práctico.

El galvanómetro de cuerda era un dispositivo compuesto por una cuerda gruesa que estaba suspendida en un campo magnético. Cuando se aplicó la fuerza de la corriente del corazón a este dispositivo, la cuerda se movió y estas desviaciones se registraron luego en papel fotográfico. La primera máquina de electrocardiograma fue presentada por Einthoven en 1903. Resultó ser un dispositivo popular y pronto comenzó la fabricación a gran escala en varios países europeos. Los primeros fabricantes incluyen a Edelmann and Sons of Munich y Cambridge Scientific Instrument Company. El EKG fue traído a los Estados Unidos en 1909 y fabricado por Hindle Instrument Company.

Las mejoras en el diseño original de la máquina EKG comenzaron poco después de su introducción. Una innovación importante fue la reducción del tamaño del electroimán. Esto permitió que la máquina fuera portátil. Otra mejora fue el desarrollo de electrodos que se podían adherir directamente a la piel. Los electrodos originales requerían que el paciente sumergiera los brazos y las piernas en frascos de vidrio para electrodos que contenían grandes volúmenes de una solución de cloruro de sodio. Las mejoras adicionales incluyeron la incorporación de amplificadores, que mejoraron la señal electrónica, e instrumentos de escritura directa, que hicieron que los datos del EKG estuvieran disponibles de inmediato. La máquina EKG moderna es similar a estos primeros modelos, pero se han incorporado microelectrónica e interfaces de computadora, haciéndolas más útiles y poderosas. Si bien estas máquinas más nuevas son más cómodas de usar, no son más precisas que el electrocardiógrafo original construido por Einthoven.

Materias primas

La máquina de EKG consta de electrodos, cables de conexión, un amplificador y un dispositivo de almacenamiento y transmisión. Los electrodos, o derivaciones, que se utilizan en un electrocardiógrafo se pueden dividir en dos tipos, bipolares y unipolares. Los cables bipolares de las extremidades se utilizan para registrar el diferencial de voltaje entre las muñecas y las piernas. Estos electrodos se colocan en la pierna izquierda, la muñeca derecha y la muñeca izquierda, formando un movimiento triangular del impulso eléctrico en el corazón que luego se puede registrar. A diferencia de los cables bipolares, los cables unipolares registran la diferencia de voltaje entre un electrodo de referencia y la superficie del cuerpo a la que están conectados. Estos electrodos se colocan en los brazos derecho e izquierdo y en las piernas derecha e izquierda. Además, se colocan en áreas específicas del pecho y se utilizan para ver el patrón cambiante de la actividad eléctrica del corazón.

Se fabrican varios modelos de electrodos, incluyendo placa, succión, columna de fluido y flexible, entre otros. Los electrodos de placa son discos de metal fabricados con acero inoxidable, plata alemana o níquel. Se sujetan a la piel con cinta adhesiva. Los electrodos de succión utilizan un sistema de vacío para permanecer en su lugar. Están diseñados con níquel o plata y cloruro de plata y están conectados a un compresor que crea el vacío. Otro tipo de electrodo, el electrodo de columna de fluido, es menos sensible al movimiento del paciente porque está diseñado para evitar el contacto directo con la piel. El electrodo flexible es más útil para tomar lecturas de ECG en bebés. Es una malla tejida de acero inoxidable fino o alambre plateado con un alambre conductor flexible adjunto. El electrodo se adhiere a la piel como un pequeño vendaje.

Se necesitan amplificadores de EKG para convertir la señal eléctrica débil del cuerpo en una señal más legible para el dispositivo de salida. Un amplificador diferencial es útil cuando se miden señales de nivel relativamente bajo. Durante un EKG, la señal eléctrica del cuerpo se transfiere desde los electrodos a la primera sección del amplificador, el amplificador de búfer. Aquí la señal se estabiliza y amplifica en un factor de cinco a 10. Sigue una red electrónica y se traduce la señal de los cables unipolares. Luego, un preamplificador diferencial filtra y amplifica la señal en un factor de 10 a 100.

Las secciones del amplificador que reciben señales directas del paciente están separadas del circuito de alimentación principal del resto del electrocardiógrafo mediante aisladores ópticos, lo que evita la posibilidad de una descarga eléctrica accidental. El amplificador primario se encuentra en el circuito de potencia principal. En este amplificador autoamplificado, la señal se convierte en una corriente adecuada para la salida al dispositivo apropiado.

La forma más común de salida de las máquinas de EKG es un registrador de tira de papel. Este dispositivo proporciona una copia impresa de la señal de EKG a lo largo del tiempo. También se utilizan muchos otros tipos de dispositivos, incluidas computadoras, osciloscopios y unidades de cinta magnética. Dado que los datos recopilados están en formato analógico, deben convertirse a formato digital para que los utilicen la mayoría de los dispositivos de salida electrónicos. Por esta razón, el circuito primario del EKG generalmente tiene una sección de conversión analógica a digital incorporada.

Se necesitan varias otras partes para completar la unidad de EKG. Dado que la señal se transmite débilmente a través de la piel a los electrodos, generalmente se usa una pasta de electrolitos. Esta pasta se aplica directamente sobre la piel. Está compuesto principalmente por iones de cloruro que ayudan a formar un puente conductor entre la piel y el electrodo, lo que permite una mejor transmisión de la señal. Otros componentes incluyen clips de montaje, varios sensores y papeles térmicos.

El
proceso de fabricación

Los componentes de una máquina de electrocardiograma se fabrican normalmente por separado y luego se ensamblan antes del empaque. Estos componentes, incluidos los electrodos, el amplificador y el dispositivo de salida, pueden ser suministrados por fabricantes externos o fabricados internamente.

Electrodos

• 1 El electrodo más común utilizado para una máquina de EKG es el electrodo de plata y cloruro de plata porque el potencial del electrodo de estos electrodos es estable cuando se expone a tejido biológico. Los electrodos se reciben de proveedores externos y se verifican para ver si cumplen con las especificaciones establecidas. El tipo de electrodo utilizado depende del modelo de EKG. A menudo, se suministrarán varios tipos de electrodos con una máquina de EKG. Cada electrodo contiene un cable blindado que se puede conectar a la unidad principal.

Electrónica interna

• 2 Los componentes electrónicos de un dispositivo EKG son bastante sofisticados y utilizan lo último en tecnología de procesamiento electrónico. El amplificador y el dispositivo de salida se ensamblan de manera muy similar a los de otros equipos electrónicos. Comienza con una placa que tiene la configuración electrónica mapeada. Luego, esta placa se pasa a través de una serie de máquinas que colocan los chips, diodos, condensadores y otras piezas electrónicas apropiadas en los lugares apropiados. Cuando se completa, se envía al siguiente paso para soldar.
• 3 Los componentes electrónicos se fijan a la placa mediante una máquina de soldadura por ola. Las tablas que ingresan a esta máquina se lavan primero para eliminar cualquier contaminante. Luego, la placa se calienta mediante calor infrarrojo. La parte inferior de la placa se pasa sobre una ola de soldadura fundida que llena los puntos apropiados a través de la acción capilar. A medida que se deja enfriar la placa, la soldadura se endurece y mantiene las piezas en su lugar.

Dispositivo de visualización

• 4 Según el tipo de dispositivo de visualización, el método de fabricación es diferente. Ciertos dispositivos, como grabadoras de cinta magnética e impresoras de papel, pueden ser suministrados por fabricantes externos. Otros componentes como microprocesadores de computadora se pueden diseñar y fabricar junto con la electrónica interna primaria.

Montaje final

• 5 Los componentes de la máquina de electrocardiograma se ensamblan y se colocan en un marco de metal apropiado. Los dispositivos terminados se colocan en el embalaje final junto con accesorios como electrodos de repuesto, papel de impresión y manuales. Luego se envían a los distribuidores y finalmente a los clientes.

Control de calidad

Para garantizar la calidad de cada dispositivo EKG que se fabrica, se realizan inspecciones visuales y eléctricas durante todo el proceso de producción y se detectan la mayoría de los defectos. El rendimiento funcional de cada dispositivo de EKG completado se prueba para asegurarse de que funcione. Estas pruebas se realizan en diferentes condiciones ambientales, como calor y humedad excesivos.

La mayoría de los fabricantes establecen sus propias especificaciones de calidad para las máquinas de electrocardiograma que producen. Sin embargo, varias organizaciones médicas y agencias gubernamentales han propuesto estándares y recomendaciones de desempeño. Algunos factores que se consideran importantes son los rangos de señal de entrada estandarizados, la respuesta de frecuencia, la precisión de la señal de calibración y la duración de la grabación.

El futuro

En el futuro, se desarrollarán máquinas EKG más potentes y mejoradas. Estas máquinas utilizarán la última tecnología informática, lo que hará que el diagnóstico sea más rápido y preciso. Serán más poderosos y capaces de medir pequeños potenciales electrónicos como la frecuencia cardíaca fetal. También permitirán construir modelos tridimensionales del corazón latiendo, proporcionando a los médicos más datos de diagnóstico. También se pueden encontrar nuevas aplicaciones para las máquinas de EKG, como la aplicación reciente de una máquina de EKG para determinar la eficacia de los fármacos.

Una innovación reciente podría marcar una nueva dirección en el desarrollo de EKG. Una empresa ha desarrollado un monitor de electrocardiograma portátil que recopila datos que se pueden transmitir directamente por teléfono. Los pacientes colocan los electrodos debajo de cada brazo y conectan un transmisor a la boquilla del teléfono. La señal se envía a un centro de monitoreo, donde las computadoras la convierten en lecturas de EKG. Luego, esta información se puede transferir a un médico, lo que permite detectar problemas cardíacos en algunos pacientes mucho antes.