Ingeniería biomédica · Guía

Señales biomédicas: ECG, EMG, EEG y oximetría paso a paso

El simulador de señales biomédicas genera electrocardiogramas, electromiogramas, electroencefalogramas y señales de oximetría con modelos publicados, y te deja procesarlos como en un laboratorio de instrumentación: filtrar, detectar latidos, medir y exportar. Es un simulador educativo; no es un dispositivo médico y sus lecturas no sirven para diagnosticar.

1. La pantalla

• Barra: Ejemplos, Abrir (CSV o EDF), ▶ Iniciar (el registro corre como en un monitor), Detener, velocidad del papel (25 o 50 mm/s), Exportar y Ayuda.
• Pestañas: ECG, EMG, EEG, PPG · SpO₂ y, si abres un archivo, Archivo.
• Izquierda: el ritmo o la patología, la variabilidad, el ruido y los filtros.
• Centro: la señal en papel milimétrico (1 mm = 40 ms y 0.1 mV) y debajo una gráfica de análisis que eliges: etapas de Pan-Tompkins, tacograma, espectro, respuesta del filtro o vectocardiograma.
• Derecha: medidas, intervalos y una lectura automática educativa.

2. El ECG de 12 derivaciones

El corazón se modela como un dipolo: un vector (X, Y, Z) que en cada latido recorre las ondas P, Q, R, S y T, cada una como una gaussiana. Es el modelo dinámico de McSharry y colaboradores (2003) en su forma de tres ejes. Las derivaciones I, II y V1–V6 se obtienen con la matriz de Dower y las otras cuatro con las leyes de Einthoven y Goldberger, así que siempre se cumple II = I + III y aVR + aVL + aVF = 0.

Abre los ejemplos para ver cada condición: taquicardia y bradicardia, fibrilación auricular (sin P, RR irregular), bloqueos AV de 1.er, 2.º (Mobitz I y II) y 3.er grado, bloqueos de rama derecha e izquierda e infartos anterior e inferior con elevación del ST y sus cambios recíprocos.

3. Ruido y filtros

1. Abre el ejemplo Interferencia de 60 Hz y filtro notch. La señal gris es la original; la negra, la filtrada.
2. Desactiva el notch: aparece el zumbido de la red. Cambia la gráfica de abajo a Respuesta del filtro para ver el hueco en 60 Hz.
3. Con Deriva de la línea base, un pasa-altas de 0.5 Hz quita la respiración. La AHA recomienda 0.05–150 Hz para diagnóstico y 0.5–40 Hz para monitoreo, porque un pasa-altas alto deforma el segmento ST.

Los filtros se aplican hacia adelante y hacia atrás (fase cero), así que no retrasan las ondas.

4. Detección de QRS y variabilidad

El algoritmo de Pan y Tompkins (1985) filtra de 5 a 15 Hz, deriva, eleva al cuadrado e integra en una ventana de 150 ms; luego decide con dos umbrales que se adaptan a la señal y al ruido. En la gráfica Etapas de Pan-Tompkins ves cada paso y el umbral. Como la señal es sintética se conoce cada latido verdadero, así que la herramienta te dice la sensibilidad y el valor predictivo de la detección.

Con los latidos detectados se calcula la variabilidad de la frecuencia cardiaca según el Task Force de 1996: SDNN, RMSSD y pNN50 en el tiempo, y LF, HF y LF/HF en frecuencia. Usa el ejemplo HRV de 5 minutos: el espectro necesita registros largos.

5. EMG, EEG y oximetría

• EMG: el RMS crece con la fuerza y la frecuencia mediana baja con la fatiga (ejemplo EMG con fatiga). El inicio de cada contracción se detecta con un umbral de media + 3 desviaciones estándar de la línea base.
• EEG: eliges la potencia de cada banda (δ, θ, α, β, γ). En EEG: bloqueo del alfa, a los 10 s se abren los ojos y el ritmo alfa casi desaparece: míralo en el espectrograma.
• Oximetría: el oxímetro divide la parte pulsátil entre la continua en luz roja e infrarroja; el cociente R se convierte en SpO₂ con la curva empírica SpO₂ = 110 − 25·R. Con movimiento, R tiende a 1 y la lectura cae falsamente hacia 85 %.

6. Archivos CSV y EDF

Exportar guarda las 12 derivaciones (o la señal de la pestaña) en CSV con columna de tiempo, para Excel, MATLAB o Python, o en EDF, el formato europeo de 16 bits que leen EDFbrowser, MNE-Python y la mayoría de los programas de señales fisiológicas. Abrir lee CSV (coma o punto y coma, con o sin tiempo) y EDF/EDF+; el archivo se procesa en tu navegador y no se sube a ningún servidor.

7. Lo que el modelo simplifica

Un solo dipolo con la misma geometría para todas las personas, ruidos estacionarios, un EEG de un solo canal y un oxímetro sin dispersión de la luz. Las pruebas automáticas comparan cada modelo con los valores de libro citados (Guyton y Hall, Webster, Enderle, Pan y Tompkins, Task Force), pero un ECG real tiene mucha más variedad que cualquier modelo.