Bioimpedancia

MEDIDAS DE BIOIMPEDANCIA PARA LA DETECCIÓN DEL ESTADO DE LOS ÓRGANOS

Paco Bogónez Franco 16 Noviembre 2006

CONTENIDO
1.- Introducción. 2.- Métodos de medida de impedancia. 3.- Representación gráfica de la bioimpedancia. 4.- Aplicaciones básicas de la bioimpedancia. 5.- Detección del estado de los órganos. 6.- Aplicación al rechazo en el transplante de riñón.

1.- Introducción.INTRODUCCIÓN (1/5)

· La impedancia mide la oposición a la corriente aplicada a un material. · Si es tejido biológico se denomina bioimpedancia. · Tejido biológico puede ser, · Un huevo · Una planta · Pelo · Uñas · Pulmón · Está relacionada con las características eléctricas del material, conductividad (σ) y permitividad (ε).

INTRODUCCIÓN (2/5) La impedancia eléctrica
+ v -

i

MATERIALX

v Z = = R + jX i
Z


R

Z = R2 + X 2 X  = arctan R

INTRODUCCIÓN (3/5)
i
i

ELECTRODO DE INYECCIÓN ELECTRODOS DE DETECCIÓN

CÉLULA +

MATERIAL BIOLÓGICO FLUIDO INTRACELULAR FLUIDO EXTRACELULAR i i

ELECTRODO DE INYECCIÓN

v -

INTRODUCCIÓN (4/5)
· La conductividad y la permitividad varían con la frecuencia y con el tipo de tejido (tamaño de las células, tipo delíquido intra-extracelular). · Debido a este comportamiento se puede asociar una “frecuencia característica” a cada tipo de tejido. · Existen tres regiones, α (mHz a 10 kHz), β (10 kHz a 100 MHz), γ (100 MHz a 100 GHz), donde se puede medir, siendo la región β la más utilizada. · La dispersión alfa va desde unos pocos mHz a 10 kHz y se relaciona con las pérdidas dieléctricas del medio, estructurasintracelulares y la difusión iónica. En esta región no se suelen hacer medidas por que aporta poca información y la elevada impedancia de los electrodos no lo hace fácil. · La dispersión beta va desde los 10 kHz a los 100 MHz y esta relacionada con la capacidad de la membrana celular, y la respuesta de las moléculas de las proteínas. Aquí es donde se hacen la mayoría de las medidas. · La dispersióngama va desde los 100 MHz a 100 GHz y esta relacionada con los mecanismos de relajación dipolar como las moléculas de agua, sales, etc.

INTRODUCCIÓN (5/5)
Dispersiones de un material biológico

On electrical impedance scanning-principles and simulations, Scholz (2000)

2.- Métodos de medida de impedancia.

MÉTODOS DE MEDIDA (1/6)

· Existen 4 métodos básicos en la medida debioimpedancia. · Medida en puente. · Medida de I-V. · Medida en puente autobalanceado. · Reflectometría.

MÉTODOS DE MEDIDA (2/6)

· MEDIDA EN PUENTE
· Se varía una de las impedancias del puente hasta conseguir que no circule corriente por el detector. · Método más antiguo utilizado. Casi en desuso.

· Margen de medida de DC a 30 MHz.

MÉTODOS DE MEDIDA (3/6)

· MEDIDA DE I-V
· Se aplica unatensión o una corriente a la resistencia desconocida y se mide la corriente o la tensión. · Método más habitual. · Margen de medida de DC a 110 MHz.

MÉTODOS DE MEDIDA (4/6)

· MEDIDA EN PUENTE AUTOBALANCEADO
· Se aplica una tensión a la impedancia desconocida. Variar la salida del conversor I-V para que en L haya 0 voltios. · Método habitual en equipos de investigación de materiales. ·Margen de medida de 20 Hz a 110 MHz.

MÉTODOS DE MEDIDA (5/6)

· REFLECTOMETRÍA
· Se aplica un escalón y se mide el coeficiente de reflexión. · Método habitual en equipos de microondas. · Margen de medida de 300 kHz a 40 GHz.

MÉTODOS DE MEDIDA (6/6)

· RESUMEN
M ÉTODO PRO S C O NTRAS MARGEN FREC UENC IAL

PUENTE

· Alta resolución. · Bajo coste.

· Pequeño margen frecuencial. ·Pequeño margen de Z.

DC a 30 MHz

MEDIDA DE I-V

· Gran margen de Z. · Gran exactitud. · Costo medio · Gran margen de Z · Gran precisión en todo el margen de f. · Gran margen frecuencial · Buena precisión cuando Zx esta cercana a la Z característica.

· Pérdida de exactitud a alta frecuencia. · Medida ref erida a tierra. · Grandes márgenes de frecuencia no disponibles. · Coste alto. ·...