Introduccion a los Amplificadores Biopotenciales

Capítulo 1: Introducción.
1. Potenciales Bioeléctricos.
Durante más de un siglo, los potenciales de origen biológico denominados
biopotenciales han demostrado ser una muy útil herramienta de diagnóstico médico.
Los métodos de diagnóstico basados en la interpretación de estos biopotenciales, por
ejemplo, el electrocardiograma y el electroencefalograma, son utilizados en forma
habitual en lapráctica médica. Se trata de técnicas no invasivas, de bajo costo y de
rápida interpretación por un profesional entrenado.
Los biopotenciales, se originan en la membrana externa de las células excitables, tales
como las que componen el tejido nervioso o muscular. Estas señales eléctricas de
origen iónico, se propagan a través de los tejidos circundantes que ofician de
conductor de volumen, ypueden ser detectadas en la superficie del cuerpo mediante
electrodos. Estas señales son de reducida amplitud y deben ser amplificadas para
poder procesarlas o registrarlas.
En la interfase electrodo-piel-tejido ocurren complejos fenómenos electroquímicos
(WEBSTER, 1992) que dan lugar a una transducción de corrientes iónicas a corrientes
electrónicas, factibles de ser procesadaselectrónicamente. Es decir, que en un sistema
de adquisición de biopotenciales, los electrodos ofician de transductores. Las
características de estos transductores son fuertemente variables, dependiendo de
factores poco controlables como la preparación de la piel, del electrolito utilizado, la
temperatura, la humedad, etc. Esto conduce a que el generador de señal accesible en
los electrodos presenteimpedancias poco predecibles, imponiendo serias exigencias
de diseño y en particular sobre la etapa de entrada o “front-end” (F-E).
Capítulo 1 - Introducción
Enrique M. Spinelli – Amplificadores de Instrumentación en Aplicaciones 2 Biomédicas
En la interfase electrodo-piel aparecen también semipilas de origen electroquímico
que pueden llegar a tomar valores de hasta cientos de milivolts. Estospotenciales de
continua (DC) pueden ser varios órdenes de magnitud mayores que la amplitud de las
señales a detectar e imponen exigentes especificaciones en cuanto al rango de entrada
del amplificador.
Una dificultad adicional en la adquisición de biopotenciales es la Interferencia
Electromagnética (EMI) producida por fuentes externas, en particular por la tensión de
la red de distribucióneléctrica. Esta fuente de EMI ingresa al sistema de medida por
diversos mecanismos, requiriendo del uso de técnicas específicas para su reducción y
rechazo. La determinación precisa de la situación de EMI y su análisis constituyen un
tema de investigación que se mantiene vigente (FERNÁNDEZ GIMENO, 2000).
Las características tan particulares del transductor y de la situación de EMI, hacen que
losamplificadores de instrumentación para biopotenciales (A.B.) adopten
características propias que los llevan a constituir una especialidad dentro de la
instrumentación.
Día a día se incorporan especificaciones de diseño cada vez más estrictas, como
reducción del consumo, menor número de componentes, alimentación a partir de
baterías, rechazo de fuentes de EMI, etc. Estas exigencias crean unnuevo contexto en
el cual los requerimientos resultan difíciles de cumplir utilizando soluciones
“clásicas”, invitando al aporte de ideas originales. En este último punto intenta
contribuir esta tesis.
En el siglo pasado, para conseguir señales de buena calidad, era usual recurrir a
técnicas invasivas como abrasión de la piel, electrodos subcutáneos o intracorticales.
Estas soluciones apuntabana mejorar la interfase electrodo-piel, mientras que la
tendencia actual es trasladar la dificultad al diseño del sistema de medida.
Gracias al avance tecnológico incesante y la integración de ingenio a lo largo de los
años, es posible obtener señales bioeléctricas reduciendo la invasividad, cumpliendo
de este modo con uno de los principales objetivos de la tecnología: proporcionar...