La nueva generación de electrocardiogramas (ECG) dotados de numerosas funciones se basa en altos niveles de precisión para ofrecer funciones avanzadas y la selección del amplificador desempeña un papel fundamental para ofrecer tales funciones.

Fundamentos del ECG
La principal función de un electrocardiograma (ECG) es medir los potenciales de tensión que se generan a lo largo del cuerpo con cada contracción de la pared del corazón. El ECG acondiciona las señales cardíacas y las suministra como formas de onda, bien sea a una pantalla o a una impresora.  Para los ECG más básicos éste es el límite de su funcionalidad, pero los nuevos ECG intentan ir más lejos de ofrecer simplemente una forma de onda. Se está incorporando cada vez más al ECG funciones como el almacenamiento de formas de onda, la utilización de comunicaciones inalámbricas para transmitir datos y el proceso posterior de la señal.  Los amplificadores utilizados en el circuito de acondicionamiento de señal son fundamentales para la implementación de estas funciones avanzadas. En el diagrama de bloques del ECG mostrado en la Figura 1 los amplificadores se destacan en color verde en la parte inferior izquierda del diagrama.

Captura de la señal
Los ECG suelen utilizar tres, cinco o diez electrodos para capturar la señal en diferentes puntos del cuerpo.  No obstante, con las tensiones que se producen en la piel con una magnitud de 100 µV a 3 mV, puede haber un potencial de CC cercano a 300 mV en cada electrodo.  Es primordial, por tanto, que el circuito de detección de señal de la etapa de entrada sea capaz de detectar la tensión buscada de muy pequeña señal, pese a la presencia de una tensión en modo común relativamente grande.  Otros factores a tener en cuenta son la presencia de ruido, como la interferencia de 50 o 60 Hz procedente de los puntos de iluminación o los monitores, el movimiento del paciente y la interferencia electromagnética de otros equipos.

Dada la magnitud extremadamente pequeña de la señal buscada, hace falta un amplificador para extraer la señal cardíaca de la tensión el modo común y el ruido, así como para proporcionar ganancia a la señal.  Existen diversos factores que influyen sobre la capacidad de un amplificador para extraer y amplificar una señal, y en concreto debe prestarse especial atención al rechazo en modo común, la tensión de offset de entrada y la deriva de la tensión de offset, así como la variación de la salida y el ruido del amplificador.

Aumento de la precisión
Pese a que la señal buscada suele tener menos de un milivoltio, los electrodos pueden tener un potencial de CC del orden de varios centenares de milivoltios.  La configuración basada en un amplificador de instrumentación permite que el amplificador cancele toda señal común a las entradas diferenciales, bien sean procedentes de los electrodos o ruido en modo común como la interferencia de 60 Hz, amplificando al mismo tiempo la señal cardíaca.  Para asegurar que el amplificador pueda manejar las entradas diferenciales y el ruido en modo común, es importante tener en cuenta el rechazo en modo común de la circuitería del amplificador a CC así como para diferentes frecuencias, especialmente las frecuencias de línea de 50 o 60 Hz.  La elección de un amplificador con un elevado rechazo en modo común eliminará más ruido no deseado y permite realizar las medidas con una mayor precisión.

Minimización del error de salida
Una de las principales funciones del amplificador es proporcionar ganancia a la a la tensión buscada, que es relativamente pequeña, incrementando la resolución de la circuitería del detector.  Debido a la elevada ganancia necesaria en las aplicaciones de ECG, la tensión de offset del amplificador es fundamental.  Todo offset de tensión provocado por el amplificador también se verá multiplicado por la ganancia del circuito.  Para una contracción del corazón que genere un potencial de 1 mV en un electrodo determinado, y que la circuitería del amplificador se configure para una ganancia de 1000, la salida de la circuitería del amplificador tendrá idealmente un valor de 1V.  No obstante, si el offset a la entrada del amplificador es de 100 µV, esto generará un error a la salida de 100 mV o del 10 por ciento.  Por tanto es importante recordar que el error de offset a la entrada del amplificador tiene como referencia la entrada y su valor dependerá de la ganancia del amplificador.

Al igual que todos los componentes eléctricos, la respuesta del amplificador en función del tiempo y de la temperatura.  Esto desde luego se cumple para el offset tensión del amplificador que puede generar una mayor tasa de errores con las derivas del offset. El error del offset de tensión se puede minimizar mediante la selección de un amplificador de baja deriva, como un amplificador con una topología basada en la puesta a cero automática o mediante la implementación de calibraciones periódicas del sistema para calibrar el offset y la deriva.

En el ejemplo anterior, un potencial de 1 mV del electrodo generaba una variación de la tensión de 1V a la salida de la circuitería del amplificador.  Para un sistema con una sola fuente de alimentación de 5V, esto indicaría que la circuitería del amplificador podría detectar de forma precisa tensiones de cero a 5 mV, suponiendo que la salida del amplificador pudiera variar entre los valores de ambos carriles de alimentación.  Si el amplificador no ofrece esta variación de la salida entre carril y carril (rail-to-rail), el rango total de tensiones que podría detectarse con precisión sería inferior y ello limitaría el rango dinámico de la circuitería de detección.

Error de ruido
El ruido del amplificador es otro factor importante que puede afectar a la precisión de las medidas en el ECG.  Es posible que el ruido del amplificador no sea constante respecto a la frecuencia, especialmente a bajas frecuencias para las cuales el ruido 1/f puede ser la fuente dominante de ruido.  En una aplicación de ECG, el ancho de banda de señal a considerar suele ser de CC hasta 100 Hz, por lo que el ruido 1/f será otra fuente de error.

Conclusión
Los ECG están evolucionando para ofrecer algo más que la simple medida de la actividad eléctrica del corazón.  En la actualidad los ECG pueden realizar el análisis de señal de forma autónoma, ofrecer análisis en tiempo real e incluso permitir que los dispositivos portátiles registren la actividad eléctrica cardíaca durante un largo período de tiempo.  La implementación de estas funciones avanzadas se basa en la precisión con la cual se capturen y acondicionen las señales cardíacas  así como en la selección del amplificador y el diseño, que son factores críticos para la precisión de las medidas en el ECG.

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