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Instrumentación y adquisición de señales biológicas

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Instrumentación y adquisición de señales biológicas

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Las señales se detectan primero en el medio biológico, mediante el uso de un sensor. Un sensor convierte un mensurando físico en una salida eléctrica y proporciona una interfaz entre los sistemas biológicos y los instrumentos de registro eléctrico. El tipo de bioseñal determina qué tipo de sensor se utilizará.
Los ECG, por ejemplo, se miden con electrodos que tienen una interfaz de Ag-AgCl adherida al cuerpo que detecta el movimiento de iones. La presión arterial se mide con un sensor que detecta cambios en la presión.
Es muy importante que el sensor utilizado para detectar la señal biológica de interés no afecte negativamente las propiedades y características de la señal que está midiendo.
Una vez que la bioseñal ha sido detectada, generalmente se amplifica y filtra. Los amplificadores operacionales son circuitos electrónicos que se utilizan principalmente para aumentar la amplitud o el tamaño de una bioseñal. Las señales bioeléctricas, por ejemplo, a menudo son débiles y requieren un aumento de hasta mil veces de su amplitud con tales amplificadores. Luego se puede usar un filtro analógico para eliminar el ruido o para compensar las distorsiones causadas por el sensor. También puede ser necesario amplificar y filtrar la bioseñal para cumplir con las especificaciones de hardware del sistema de adquisición de datos. Es posible que las señales continuas deban limitarse a una cierta banda de frecuencias antes de que la señal pueda digitalizarse con un convertidor de analógico a digital, antes de almacenarse en una computadora digital.

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Otras bioseñales: Electrooculograma (EOG), Conductividad electrodérmica (EDA),Conductancia de la piel (SC)

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Otras bioseñales: Electrooculograma (EOG), Conductividad electrodérmica (EDA),Conductancia de la piel (SC)

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Electrooculograma (EOG):

Examen que mide el movimiento de los ojos, colocando cuatro electrodos cerca de los músculos de los ojos.

Toma como valor de referencia la diferencia de potencia entre la retina y la córnea.

Permite estudiar la variación del potencial de reposo presente en la retina y la córnea con diferentes condiciones de luminosidad.

Existen cuatro tipos de movimientos oculares:

Sacádicos: Movimientos súbitos, enérgicos y espasmódicos que se producen cuando cambiamos la mirada de un lugar a otro.

Suaves de persecución: Son movimientos de seguimiento que se producen cuando la mirada busca un objeto.

Vestibulares: Son la respuesta a estímulos iniciados en los conductos semicirculares para mantener la fijación visual mientras la cabeza está en movimiento.

De convergencia: Aproximan los ejes visuales cuando la mirada se enfoca en objetos muy cercanos.

Conductividad electrodérmica (EDA)

Puede detectar los fenómenos bioeléctricos en las extremidades, muestra el cambio de conductancia eléctrica entre dos puntos determinados a lo largo del tiempo.

La EDA se puede medir a través de los datos de la conductividad de la piel ya que la conductividad de la piel es directamente proporcional a la secreción de sudor.

Ha sido utilizada para medir el estrés, la modulación durante el ejercicio y la experiencia de usuario.

Conductancia de la piel (SC)

Cambio en el calor y la electricidad que transmiten los nervios y el sudor a través de la piel.

Cambios drásticos o picos que están asociados a una reacción frente a un estímulo.

Es una media de la conductancia obtenida de la componente tónica de la señal EDA y es una medida de los cambios lentos y suaves de la señal EDA a lo largo del tiempo de medida.

La conductividad de la piel aumenta en ciertos estados emocionales y durante los sofocos que se presentan con la menopausia.

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Las señales biológicas son registros de espacio-tiempo de un evento biológico. La actividad eléctrica, química y mecánica que ocurre durante este evento biológico a menudo produce señales que pueden medirse y analizarse. Las bioseñales, por lo tanto, contienen información útil que se puede utilizar para comprender los mecanismos fisiológicos subyacentes de un evento o sistema biológico específico y que puede ser útil para el diagnóstico médico.
Con el fin de extraer información significativa de las señales biológicas, se utilizan comúnmente técnicas y equipos sofisticados de adquisición de datos. A menudo se necesitan equipos de alta precisión y bajo nivel de ruido para minimizar los efectos del ruido no deseado.
A lo largo del procedimiento de adquisición de datos, es fundamental que la información y la estructura de la señal biológica original de interés se conserven fielmente. Dado que estas señales se utilizan a menudo para ayudar en el diagnóstico de trastornos patológicos, los procedimientos de amplificación, filtrado analógico y conversión A/D no deberían generar distorsiones engañosas o imposibles de rastrear.

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Señales del corazón: Electrocardiograma 

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Señales del corazón: Electrocardiograma 

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Un electrocardiograma registra la señal eléctrica del corazón para detectar diferentes afecciones cardíacas. Se colocan electrodos en el pecho para registrar las señales eléctricas del corazón que provocan los latidos.
Se puede utilizar un electrocardiograma para determinar o detectar:

Ritmo cardíaco irregular (arritmias).

Si las arterias obstruidas o estrechas del corazón (enfermedad de las arterias coronarias) están ocasionando dolor de pecho o un ataque cardíaco.

Si has tenido un ataque cardíaco previo.

Cómo están funcionando determinados tratamientos para una enfermedad cardíaca, como un marcapasos.

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Enderle, J., Bronzino, J. (2012). Introduction to Biomedical Engineering. Academic Press. 3er Edition. (p. 667-746).

Electrooculografía o electrooculograma | Institut Català de Retina. (2018). ICR. https://icrcat.com/tratamientos-pruebas/electrooculograma/#:~:text=El%20electrooculograma%20es%20un%20examen,o%20cerca%20de%20una%20oreja.

Área Oftalmológica Avanzada. (2020, May 11). Electrooculograma. Área Oftalmológica Avanzada. https://areaoftalmologica.com/terminos-de-oftalmologia/electrooculograma/

Actividad Electro-Dérmica (EDA) | Red Iberoamericana de Tecnolologías Aplicadas a la Diabetes. (2022). Ritadiab.umh.es. https://ritadiab.umh.es/eda/

Álamo, A. (2021, December 28). Actividad electrodérmica (EDA) para aplicaciones sociosanitarias. Intelligent Data. https://www.intelligentdata.es/estado-arte-actividad-electrodermica-eda-aplicaciones-sociosanitarias/

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3.2 Señales musculares: Electromiograma (EMG)

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3.2 Señales musculares: Electromiograma (EMG)

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La captación de las señales eléctricas producidas por los músculos durante una contracción muscular es conocido como electromiografía. Estas señales son generadas por el intercambio de iones a través de las membranas de las fibras musculares debido a una contracción muscular.
La EMG consiste en la adquisición , registro y análisis de la actividad eléctrica generada en nervios y músculos a través del uso de electrodos. Las mediciones obtenidas proporcionan información valiosa sobre la fisiología y los patrones de activación muscular.
Esta información refleja las fuerzas que son generadas por los músculos y la temporización de los comandos motores. Además puede usarse en el diagnóstico de patologías que afectan al Sistema Nervioso Periférico, alteraciones funcionales de las raíces nerviosas, de los plexos y troncos nerviosos periféricos, patologías del músculo y unión neuromuscular.
La amplitud de las señales EMG varía desde los μV hasta un bajo rango de mV.