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Amplificadores de biopotencial
Temas a tratar
Características de las señales
Requisitos del sistema
Amplificador de instrumentación
Interferencias y filtrado
Seguridad
Electrodo activo
Nuevas tecnologías
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Características de las señalesSon de amplitudes muy pequeñas y presentan una gran impedancia, junto con una gran cantidad de ruido.
Tipo de señal Amplitud Banda
Potencial de acción
celular50 mV – 150 mV 0.1 Hz – 1 KHz
Electrocardiograma
(ECG)0.5 mV – 4 mV 0.05 Hz – 250 Hz
Electroencefalograma
(EEG)5 µV – 300 µV 0.01 Hz – 150 Hz
Electromiograma
(EMG)100 µV – 5 mV 0.01 Hz – 1 kHz
TABLA 1: CARACTERÍSTICAS DE LAS SEÑALES. BIOELECTRÓNICA – JM FERRERO.
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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
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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:
𝑉𝑜𝑢𝑡𝑉2 − 𝑉1
= 1 +2𝑅1𝑅𝑔𝑎𝑖𝑛
𝑅3𝑅2FIGURA 1: AMPLIFICADOR DE INSTRUMENTACIÓN
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Amplificador de instrumentación (II)
Algunos modelos comerciales
• Analog Devices• AD620
• AD623
• Texas Instruments• INA128
• INA129
FIGURA 2: CARACTERÍSTICAS DEL INA128TEXAS INSTRUMENTS
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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
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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
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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
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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 bateríaso convertidores aislados
FIGURA 5: FORMAS DE AISLAMIENTO
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Electrodo activo
Es una estructura con la que se logra:
• Alta impedancia en elelectrodo de referencia(Tierra virtual)
• Reducción de ruido porrealimentación de señalesen modo común invertidas
FIGURA 6: CIRCUITO CON ELECTRODO ACTIVO PARA ECG
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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: ADAS1000-4. ANALOG DEVICES. 11 de 15
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
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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 ESP8266
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Nuevas tecnologías (IV)
VIDEO: TARJETA-ECG DE MOBILECG.HU14 de 15
Fuentes y bibliografía
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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
Amplificadores de biopotencial