Biopotenciales

UNIVERSIDAD DE ALCALÁ
DEPARTAMENTO DE ELECTRÓNICA
Ingeniería en Electrónica

Instrumentación Biomédica

Tema 3

Sistemas de Acondicionamiento y Adquisición de Señales Bioeléctricas

Tema 3: Sistemas de Acondicionamiento y Adquisición de Señales Bioeléctricas.

3.1. INTRODUCCIÓN
El objetivo de este tema es acometer el estudio de la adquisición, amplificación y acondicionamiento depotenciales bioeléctricos a nivel extracelular mediante electrodos. Como ya se ha estudiado, la actividad fisiológica de las células en las diferentes estructuras biológicas provoca potenciales bioelécticos tanto intracelulares como extracelulares. Para desarrollar sistemas de captación de señales biopotenciales conviene estudiar las características de las mismas y a partir de éstas desarrollar lossistemas de amplificación y de acondicionamiento. También deben considerarse en el diseño las medidas de seguridad necesarias con el fin de que el paciente no sufra riesgo alguno. En este tema nos vamos a centrar en el estudio de los amplificadores de potenciales bioeléctricos o bioamplificadores, adaptando sus cualidades en función a la señal que se desea medir.

3.2. PROBLEMÁTICA DE LACAPTACIÓN DE LAS SEÑALES BIOELÉCTRICAS.
El principal problema de la captación de las señales bioeléctricas proviene de los valores de amplitud y frecuencia de las mismas. Dichas amplitudes son pequeñas y a menudo se encuentran contaminadas de ruido que incluso puede ser superior al valor de la propia señal. En este apartado se estudian los problemas que surgen en la captación de las señalesextracelulares. A partir de estas señales se establecen las especificaciones del amplificador necesario para recuperar las mismas, así como las características del equipo de medida y las relacionadas con el ancho de banda de la señal de entrada.

3.2.1. Características generales de las señales bioeléctricas.
Los potenciales bioeléctricos del cuerpo humano o de cualquier animal raramente son determinísticos.Sus magnitudes varían con el tiempo, incluso cuando todos los factores que las originan están controlados. Los valores de la misma medida pueden variar enormemente entre diferentes individuos aunque estos estén sanos y las condiciones de medición sean las mismas. Esto quiere decir que los valores pueden ser muy diferentes para diferentes personas aunque sean valores normales en ellos. Acontinuación se comentan algunos de los valores típicos para diferentes señales bioeléctricas: SEÑAL ECG (electrocardiograma) EEG (electroencefalograma) EGG (electrogastrograma) EMG (electromiograma) EOG (electrooculograma) ERG (electroretinograma) MAGNITUD 0'5 - 4 mV 5 - 300 µV 10 - 1000 µV 0.1 - 5 mV 50 - 3500 µV 0 - 900 µV
Tabla 3.1. Señales bioeléctricas. Instrumentación Biomédica. Rafael BareaNavarro.

ANCHO DE BANDA (Hz) 0'01 - 250 DC - 150 DC - 1 DC - 10.000 DC - 50 DC - 50 2

Tema 3: Sistemas de Acondicionamiento y Adquisición de Señales Bioeléctricas.

Los valores indicados en la tabla anterior fijan la ganancia y el ancho de banda que debe tener el equipo de medida. Tomando como ejemplo la señal del ECG, y para evitar deformaciones mayores del 10%, la American Heart Associationrecomienda que el ancho de banda de los equipos destinados a captar el ECG sea al menos de 0'1 a 100 Hz. No obstante, en función de la patología a detectar puede ser necesario trabajar con mayores anchos de banda.

3.2.2. Fuentes de ruido e interferencia en un bioamplificador.
A la vista de los valores de la tabla 3.1, podría pensarse que el problema de la adquisición de los biopotenciales sereduce a diseñar y construir un amplificador con ganancia elevada y ancho de banda suficiente. Sin embargo, el principal problema en el registro de estas señales se encuentra en reducir al mínimo las interferencias o ruido que se encuentran mezcladas con ella y que en muchos casos tienen mayor amplitud que la propia señal, y con un espectro de frecuencia superpuesto.

Figura 3.1. Fuentes de...