Análisis de señales biomédicas

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Vicenta Ferreyra del Río
hace 7 años
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1 Análisis de señales biomédicas

2 Objetivo La adquisición y procesado de las variables fisiológicas del paciente para realizar una recomendación diagnóstica y/o un plan terapéutico utico. La bioengeniería busca el desarrollo de sistemas que permitan tanto la gestión de esta información como facilitar su análisis lisis.

3 Etapas en la adquisición de una señal biológica

4 Características de la instrumentación n biomédica La acción n de medir no debe alterar la magnitud medida. Hay que garantizar la seguridad. Los instrumentos biomédicos deben ser robustos, fiables y de fácil f calibración.

5 Transductores Transductor es todo dispositivo que convierte una señal de una forma física f en otra señal similar de forma física f distinta. Los transductores bioeléctricos son aquellos que ofrecen, a su salida, una señal eléctrica en respuesta a una señal de entrada originada en un ser vivo.

6 Características generales de los transductores Características estáticas: ticas: cuando la magnitud medida varía a de forma lenta pudiéndose considerar estática. tica. Características dinámicas: cuando la magnitud medida varía a de formar apreciable con el tiempo.

7 Características estáticas ticas Exactitud: se mide utilizando el error relativo, cociente entre error absoluto y valor medido. Fidelidad: es la cualidad de ofrecer la misma salida cuando se aplica la misma entrada. Derivas cero: es la evolución n de la salida del transductor cuando la magnitud de entrada es cero. Derivas factor de escala: es la pendiente de la curva definida por los valores que va ofreciendo el transductor a sucesivas a su salida en respuesta a sucesivos valores de la variable de entrada. Cuando la pendiente es constante se dice que el transductor es lineal.

8 Características dinámicas En un transductor se van a dar elementos que almacenan energía, lo que provoca que cuando cambia la entrada no cambie inmediatamente la salida. Para conocer el error dinámico y el tiempo de respuesta, se utiliza la teoría a de sistemas lineales.

9 Tipos de transductores Transductores resistivos. Transductores inductivos. Transductores capacitivos. Transductores piezoeléctricos.

10 Transductores resistivos Se basan en que cuando se aplica una tensión n eléctrica a un material se produce una corriente. Cualquier magnitud que produzca un cambio en uno de los parámetros, provocará un cambio en el valor de la resistencia.

11 Transductores inductivos Toda corriente eléctrica genera un campo magnético que varia si la corriente lo hace. La relación n entre el flujo magnético generado por un circuito eléctrico y la corriente que lo originó se llama inductancia. Los transductores inductivos se basan en la variación n de la inductancia entre circuitos.

12 Transductores capacitativos Dos conductores eléctricos constituyen un condensador, adquiriendo una carga dependiente del material y la geometría. Cualquier cambio en el material o la geometría a produce un cambio en la carga. Pudiéndose emplear para medir la magnitud que produjo el cambio.

13 Transductores pizoeléctricos La pizoelectricidad es la propiedad de algunos materiales de generar una carga eléctrica cuando son sometido a un esfuerzo mecánico y de experimentar una deformación n cuando se les aplica una diferencia de potencia eléctrico. Este hecho puede ser utilizado para medir la magnitud deseada.

14 Amplificadores Una vez adquirida la señal es preciso amplificarla para poder usarla o representarla. Permiten realizar, además, ciertas operaciones de filtrado y mejora.

15 Amplificadores lineales no diferenciales Un amplificador lineal es un circuito que ofrece a su salida una réplica r de la entrada con mayor amplitud. En bioengeniería los más m s usados son los amplificadores operacionales. Un amplificador operacional es un amplificador diferencial con alta ganancia en corriente continua.

16 Tipos de señales Aleatoria. Determinista. Periódica. No periódica. Analógicas. Digitales.

17 Conversión n A/D El objetivo es obtener una señal digital que sea equivalente a la analógica. Se aplican dos procesos: Cuantificación. n. Codificación. Teorema del muestro: F >=2.BW

18 ECG Es el registro de la actividad eléctrica del corazón n medida entre dos puntos de la superficie corporal. Al ser la actividad del corazón n rítmica r y coordinada, la forma de la onda es regular.

19 ECG Cada par de electrodos o combinaciones entre ellos se llaman derivaciones. Una derivación n proporciona la proyección del vector cardíaco aco en la dirección n que define. Para medir la actividad del corazón n se utilizan 12 derivaciones.

ECG Tipo de derivación Bipolares de Electrodos Definición I = LA RA extremidades (Einthoven) LA, RA, LL, RL II = LL RA III = LL LA avr = RA 0,5 (LA + LL) Aumentadas (Goldberger) Unipolares

20 ECG Tipo de derivación Bipolares de Electrodos Definición I = LA RA extremidades (Einthoven) LA, RA, LL, RL II = LL RA III = LL LA avr = RA 0,5 (LA + LL) Aumentadas (Goldberger) Unipolares precordiales (Wilson) LA, RA, LL, RL avl = LA 0,5 (LL + RA) avf = LL 0,5 (LA + RA) V1 = v1 (LA + RA + LL) / 3 V2 = v2 (LA + RA + LL) / 3 V1,V2,V3,V4,V5,V6 V3 = v3 (LA + RA + LL) / 3 V4 = v4 (LA + RA + LL) / 3 V5 = v5 (LA + RA + LL) / 3 V6 = v6 (LA + RA + LL) / 3

21 ECG Cada par de electrodos o combinaciones entre ellos se denomina derivación. El objetivo es conocer el vector cardíaco, aco, el potencial medido en cada derivación n es una proyección. Aunque llegan con tres proyecciones en direcciones distintas, normalmente se utiliza 12 derivaciones en los planos frontal y transversal.

22 ECG

23 ECG

24 ECG

25 EEG Consiste en registrar los potenciales bioeléctricos generados por la actividad neuronal del cerebro. Esta actividad es de baja amplitud, no superando los 150µV V en un adulto normal en vigilia. La actividad se suele clasificar base y episodios transitorios. en actividad

26 EEG

27 EEG Delta (δ) Theta (θ) Alpha (α) Beta (β) Frecuencia < 4 Hz > 4 Hz y < 8 Hz > 8 Hz y < 13 Hz > 13 Hz

28 Estacionoreidad y ergócidad Se dice que una señal es estacionaria cuando la media y la correlación n no varían an en el tiempo. Si además s los valores obtenidos no dependen del momento en que se obtienen se dice que es ergódica dica. µ N 1 () t = lim x ( t ) x k i x N k = 1 N 1 R ( τ) = lim x ( t ) x t + xx k i k i N N k= 1 ( τ)

29 EEG Adquisición EEG Cálculo de la potencia espectral usando FFT Cálculo de la correlación cruzada Suavizado de los datos Cálculo de la coherencia Cálculo de las relaciones de fase

30 Transformada de Fourier X( f) = xt ()exp( j2 π ft) dt xt () = X( f)exp( j2 π ft) df X n N 1 1 x j2 k k= 0 = N exp( π kn ) N x n N 1 = X k= 0 k exp( j2π n ) N

31 Densidad espectral N 1 G ( f) R ( ke ) x = k = 0 xx j2nkf Cross-correlación R xy N r 1 ( τ) = xk ( ) yk ( + τ) N τ k = 1 Cross-espectro N 1 G ( f) R ( ke ) xy = k = 0 xy j2nfk Coherencia G ( ) 2 xy f γ = xy G ( f) G ( f) x y 2

32 EEG 2πn cos,0< n< N 1 W( n) = N 0,en otro caso 1 ynt ( ) = xnt ( ) + xnt ( 1) + xnt ( 2) 3 [ ]

33 EEG

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