Amplificadores de biopotencial

Transcripción

1 Amplificadores de biopotencial

2 Temas a tratar Características de las señales Requisitos del sistema Amplificador de instrumentación Interferencias y filtrado Seguridad Electrodo activo Nuevas tecnologías 1 de 15

3 Características de las señales Son de amplitudes muy pequeñas y presentan una gran impedancia, junto con una gran cantidad de ruido. Tipo de señal Amplitud Banda Potencial de acción celular Electrocardiograma (ECG) Electroencefalograma (EEG) Electromiograma (EMG) 50 mv 150 mv 0.1 Hz 1 KHz 0.5 mv 4 mv 0.05 Hz 250 Hz 5 µv 300 µv 0.01 Hz 150 Hz 100 µv 5 mv 0.01 Hz 1 khz TABLA 1: CARACTERÍSTICAS DE LAS SEÑALES. BIOELECTRÓNICA JM FERRERO. 2 de 15

4 Requisitos del sistema No debe interferir en el proceso que se intenta observar La señal no debe ser distorsionada Debe separar la señal de las interferencias Debe ofrecer protección eléctrica para el paciente Debe proteger al amplificador de sobretensiones y sobreintensidades Las señales se captan de forma diferencial 3 de 15

5 Amplificador de instrumentación Cumple todos los requisitos mencionados Captación diferencial de las señales Gran impedancia de entrada Alto Common Mode Rejection Ratio (CMRR) Bajo offset y ruido Ganancia: FIGURA 1: AMPLIFICADOR DE INSTRUMENTACIÓN V out V 2 V 1 = 1 + 2R 1 R gain R 3 R 2 4 de 15

6 Amplificador de instrumentación (II) Algunos modelos comerciales Analog Devices AD620 AD623 Texas Instruments INA128 INA129 FIGURA 2: CARACTERÍSTICAS DEL INA128 TEXAS INSTRUMENTS 5 de 15

7 Interferencias y filtrado Las interferencias a las que hay que hacer frente son principalmente: Ruido de red (50 o 60 Hz) Biopotenciales no deseados Señales generadas por el movimiento del electrodo Otros ruidos Alimentación Offset Ruido aleatorio de los componentes 6 de 15

8 Interferencias y filtrado (II) Para evitar estas interferencias se usa: Amplificador de instrumentación El CMRR atenúa las señales acopladas en modo común La alta impedancia de entrada evita atenuar la señal de interés Filtros activos de orden alto De segundo orden o mayor Selección de frecuencias de corte Respuesta Butterworth o Bessel Tipo paso alto, paso bajo o Notch FIGURA 3: BODE DE FILTROS EN SERIE 7 de 15

9 Interferencias y filtrado (III) Otras recomendaciones: Usar gel para los electrodos reduce ruidos por movimiento Poner al cable una pantalla activa Trenzar los cables Alejarse de las fuentes de interferencia Ajustar la ganancia del amplificador a la requerida FIGURA 4: CABLE APANTALLADO Y CABLE TRENZADO 8 de 15

10 Seguridad Se está realizando una conexión entre una persona y un circuito Existe riesgo eléctrico al estar conectado a masa Formas de evitar el riesgo: separar la masa del paciente Amplificador de aislamiento Electrodo activo Aislamiento óptico Fibra óptica Alimentación mediante baterías o convertidores aislados FIGURA 5: FORMAS DE AISLAMIENTO 9 de 15

11 Electrodo activo Es una estructura con la que se logra: Alta impedancia en el electrodo de referencia (Tierra virtual) Reducción de ruido por realimentación de señales en modo común invertidas FIGURA 6: CIRCUITO CON ELECTRODO ACTIVO PARA ECG 10 de 15

12 Nuevas tecnologías Bioamplificadores integrados La reducción de tamaño de los circuitos permite reunir todo lo necesario en un solo integrado, para varios canales de entrada Ejemplo: ADAS1000 FIGURA 7: ADAS ANALOG DEVICES. 11 de 15

13 Nuevas tecnologías (II) Sistemas digitales Hoy en día cualquier microcontrolador permite el muestreo de estas señales incluso con ruido. Ventajas: Aplicación de filtros digitales en primeras etapas Uso de optoacopladores para aislamiento Muy versátil en diseño y prestaciones 12 de 15

14 Nuevas tecnologías (III) Transmisión inalámbrica Se ha desarrollado mucho el campo de la transmisión inalámbrica, por ejemplo vía Bluetooth o WIFI. Las ventajas que ofrece son: Aislamiento total, sin cables Distancia al sistema de procesado de señales Internet of Things FIGURA 8: MÓDULO WIFI ESP de 15

15 Nuevas tecnologías (IV) VIDEO: TARJETA-ECG DE MOBILECG.HU 14 de 15

16 Fuentes y bibliografía Bioelectrónica J.M. Ferrero Medical Instrumentation John G. Webster Biopotential Amplifiers J.H. Nagel Datasheets Texas Instruments y Analog Devices Mobile Medical Applications Made Feasible Through Use of Embedded Internet System Platforms - Åke Östmark, Linus Svensson, Per Lindgren, Jerker Delsing A Wearable ECG-recording System for Continuous Arrhythmia Monitoring in a Wireless Tele-Home-Care Situation - Rune Fensli, Einar Gunnarson, Torstein Gundersen 15 de 15

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