Bioinstrumentacin, Gua 7

Facultad : Ingeniera. Escuela : BiomdicaLugar de Ejecucin : Laboratorio de Biomdica

Medicin de biopotenciales (Polgrafo Grass)

Objetivos

Concebir el concepto de medicin diferencial en la medicin de biopotenciales Conocer el funcionamiento del Polgrafo Grass Emplear el Polgrafo Grass para la adquisicin y registro de biopotencialesMedir diferentes parmetros caractersticos de las seales electrocardiogrficas haciendo uso de un registro hecho con el Polgrafo Grass.

Marco Terico

POTENCIALES BIOELCTRICOS

El modulo 7P5 del Polgrafo GRASSS, cuenta con un amplio rango de frecuencias de operacin que va desde los 0.15 a los 75 Hz en el estilete, y en el Terminal J6 del Amplificador del Manejador, hasta los 20 KHz. Este mdulo permite una seleccin amplia de constantes de tiempo acordes a diferentes aplicaciones en el registro de diferentes aplicaciones fisiolgicas. La sensibilidad tambin cubre un rango bastante amplio que va desde los 15 mV/cm a los 20 V/cm en los estiletes.

El mdulo 7P5 puede ser utilizado, entre muchas cosas, para registrar potenciales bioelctricos, tales como los de Electrocardiografa, Electroencefalografa, y Electromiografa. Sin embargo, la versatilidad de los controles y el alto rendimiento del7P5 en conjunto con el Amplificador del Manejador permiten el uso, igualmente verstil, como amplificador fisiolgico general para el monitoreo por medio de un Osciloscopio, de seales con frecuencias ms altas que las de respuesta de los estiletes.

Niveles de seal y ruido

El ruido en un sistema de amplificacin bioelctrico depende de:- Impedancia del electrodo- Naturaleza del electrodo- Sensibilidad seleccionada- Ancho de banda- Dispositivo de amplificacin- Ganancia de la primera etapa- Mtodos de control de la sensibilidad- Interferencia de 60 Hz- Fuente de poder

El equipo ha sido diseado para reducir el ruido producido por el mismo equipo al mnimo, es por ello que en muchos casos, el ruido producido por el electrodo y la actividad del sujeto ser mucho mas grande que el ruido del amplificador. El ruido en el estilete, referido a la entrada es en promedio menor de 2 Vp-p.

CONTROLES DEL PANEL FRONTAL DEL 7P5

Receptculo de entrada y cable.

El receptculo que se identifica como IN en la esquina inferior izquierda del panel frontal, es del conector hembra del cable de entrada. Los pines numerados del 1 al 5 se corresponden con las posiciones marcadas del 1 a 5 en el selector de entrada (INPUT SELECTOR). El pin 6 es un circuito de tierra.

Interruptores de seleccin de entrada

Los selectores de electrodo de entrada de cinco posiciones, etiquetados como G1 y G2, seleccionan el par de electrodos que sern usados para el registro. Los nmeros en estos interruptores se corresponden con el nmero de que se encuentra en el cable de entrada. As, para registrar la seal entre los electrodos 1 y 3, hace falta nicamente posicionar el interruptor G1 en 1 y el interruptor G2 en 3.

Interruptor CAL-USE-CAL

El interruptor CAL-USE-CAL selecciona la funcin que desarrollar el 7P5. Las posiciones CAL a la izquierda, proveen voltajes de calibracin que van desde los 5 hasta los 50 V (dentro de los rangos estndar de calibracin para un EEG).Las posiciones CAL a la derecha proveen voltajes de calibracin mayores de 0.5 y 5 mV para otras aplicaciones. Una vez que el 7P5 ha sido calibrado y la entrada ha sido conectada, gire el interruptor CAL-USE-CAL a la posicin USE para iniciar

el registro.

Interruptor CAL G1 Neg

El interruptor etiquetado como CAL G1 NEG produce la seal de calibracin real, una vez el valor de esta seal ha sido seleccionada con el interruptor CAL-USE-CAL. Para activar este botn, hace falta en primer lugar oprimirlo, y luego, cuandoeste se libera, se aplica una seal de calibracin negativa a G1 con respecto a G2, haciendo que el estilete una deflexione hacia abajo. Debe permitirse que el estilete regrese a su lnea base entre sucesivas deflexiones, de lo contrario puede resultar que la calibracin sea incorrecta. Los voltajes de calibracin se derivan de un circuito regulado y presentan una exactitud 2%.

Clavija EXT. CAL. 1.7 V RMS

Para la calibracin a partir de un generador de funciones u oscilador, se ha de conectar la salida del generador externo a la clavija EXT. CAL. 1.7 V RMS. Se pueden conectar ondas seno o cuadradas a esta clavija, con valores de 1.7 voltios RMS o 4.89 Voltios pico a pico. Cuando lo anterior ha sido desarrollado, pueden seleccionarse los voltajes de 5 y 50 V ,0.5 y 5 mV , mediante el interruptor CAL-USE-CAL.

Clavija CAL TEST

Las clavijas etiquetadas CAL TEST, permiten chequeos regulares del voltaje de calibracin.

Interruptor AMP LOW FREQ-TIME CONSTANT

La respuesta en baja frecuencia del Amplificador de Manejador y del estilete puede ser ajustada por medio de un interruptor de cinco posiciones etiquetado AMP LOW FREQ. La respuesta en frecuencia de amplitud media se define como la frecuencia a la cual la seal de salida se reduce a una mitad de la amplitud (-6dB) que se obtiene cuando la respuesta es mxima.

Se pueden seleccionar las siguientes frecuencias de amplitud media: 0.15, 0.30, 0.3, 1 , 3 y10 Hz.. Estas frecuencias se corresponden a constantes de tiempo de decaimiento de 0.45,0.254, 0.1, 0.04 y 0.015 segundos respectivamente y se encuentran a la vez etiquetadas en la parte baja del interruptor AMP LOW FREQ.Es prctica comn registrar el EEG con este interruptor en la posicin de 1 Hz, sin embargo, la reproduccin ms exacta de la actividad lenta (menor a 2 Hz) se logra por medio del uso de la posicin de 0.3 Hz. Ocasionalmente, los artefactos de baja frecuencia pueden interferir con este. La posicin de 0.15 Hz se recomienda para ECG y las posiciones de 3 Hz y 10 Hz para EMG y otros fenmenos ms rpidos.

Este interruptor trabaja conjuntamente con el control AMP HIGH FREQ ubicado en elAmplificador de Manejador 7DA.Este control atena altas frecuencias en el mismo forma que lo hace el control AMP LOW FREQ en el 7P5 en la atenuacin de bajas frecuencias.

Interruptores de sensibilidad

El interruptor V/CM, junto con su adyacente interruptor MULTIPLY BY, determinan la sensibilidad de la deflexin del estilete. La sensibilidad estndar del ECG es 75 V/cm. Sin embargo, hay disponibles 18 sensibilidades calibradas, lascuales varan desde los 15 mV/cm hasta los 20 V/cm.

Con el interruptor de MULTIPLY BY en la posicin X1, la sensibilidad es exactamente como se encuentra descrita en el interruptor V/cm. Si se gira el interruptor MULTIPLY BY a la posicin X10, se multiplica cada escala pre-fijada del interruptor V/cm por un factor de diez. As, con el interruptor de MULTIPLY BY en X10 y el interruptor de V/cm en 20, la sensibilidad real del 7P5 es de 300 V/cm. De manera similar, con el interruptor de MULTIPLY BY en la posicin X100 y el interruptor V/cm en 100, la sensibilidad es10 mV/cm (10,000 V/cm).

Cuando la sensibilidad requerida se desconoce, lo mejor es comenzar con una baja sensibilidad y de manera gradual incrementarla, hasta obtener la amplitud deseada.

Control ADJ CAL

El ajuste adecuado del control ADJ CAL permite seleccionar la sensibilidad de los interruptores V/cm y MULTIPLY BY para una lectura correcta. Este control no debera ajustarse hasta que el Amplificador del Manejador haya sido calibrado adecuadamente a sensibilidad estndar (100 mV/2 cm).

CONTROLES DEL AMPLIFICADOR DEL MANEJADOR 7DA

Interruptor Off-Standby-On

La funcin de este interruptor se detalla a continuacin:

Este

interruptor tambin sirve como el interruptor de Encendido-Apagado para el oscilgrafo que maneja el amplificador, por ejemplo, basta con colocarlo en la posicin de STANDBY para que el oscilgrafo se apague temporalmente.

En la posicin STANDBY el Preamplificador y el Amplificador del Manejador funciona normalmente as que la informacin en J6, J6A, y J7 se mantiene, con lo que pueden ser utilizadas para el registro en una pantalla de un Osciloscopio, no importando que el oscilgrafo se encuentre apagado. Cuando el interruptor se mueve a la posicin ON, el registro en el oscilgrafo comienza instantneamente.

Interruptor POLARITY y botn DRIVER CAL

Para amplificador seales desde un pre-amplificador, el interruptor POLARITY debe encontrarse en una de las posiciones USE.Las posiciones CAL (Calibrar) son utilizadas durante el procedimiento de calibracin del Amplificador del Manejador y cuando se ajusta el control de BASELINE POSITION. Tanto en la posicin UP CAL, como en DOWN CAL, la salida del preamplificador esta desconectada de la entrada del Amplificador del Manejador.

La convencin en el registro de la mayora de los fenmenos electrofisiolgicos es tal que un voltaje de entrada negativo al Preamplificador en G1 resulta en una deflexin del estilete orientada haca arriba. El modelo 7 se encuentra conectado de tal forma que la convencin se observa cuando el interruptor POLARITY-CAL-USE esta en la posicin UP. La posicin DOWN produce por lo tanto el efecto contrario.

El botn interruptor rojo etiquetado DRIVER CAL, introduce una seal de 100 mV de DC a la entrada del Amplificador del Manejador cuando el interruptor POLARITY se encuentra en cualquier posicin CAL: La polaridad de esta seal produce una seal negativa en J1 con respecto a J2 cuando el interruptor POLARITY se encuentra en la posicin UP CAL.

Si se introduce una seal en el Manejador por medio de los conectores J1 y J2, la polaridadUP corresponde a J1 siendo negativa con respecto a J2 y/o tierra.

Control de sensibilidad

El control DRIVER SENSITIVITY altera la sensibilidad del Amplificador del Manejador. La sensibilidad recomendada es 50 mV/cm (100 mV / 2cm). Cuando se desea, sin embargo, la sensibilidad puede ser variada sobre un amplio rango, desde aproximadamente 30 hasta250 mV/cm. El control DRIVER SENSITIVITY se fija en conjunto con la circuitera de calibracin auto-contenida.

Girando este control en el sentido de las agujas del reloj, la sensibilidad se incrementa. Girndola en sentido antihorario la sensibilidad decrece. Se provee un tornillo hexagonal para permitir que el control SENSITIVITY se fije en una posicin si as se desea.

Interruptor AMP HIGH FREQ-TIME CONSTANT

El interruptor filtro AMP LOW FREQ-TIME CONSTANT determina la respuesta en alta frecuencia del Amplificador del Manejador, tanto para su salida en los estiletes como en J6. Los nmeros negros se refieren a la respuesta en frecuenciadel amplificador del manejador y el estilete. Los nmeros rojos se refieren a la respuesta en frecuencia del Amplificador del Manejador tal y como se monitoriza en J6. Las escalas de amplitud son 6 dB. La respuesta en frecuencia de la clavija J6A es independiente del interruptor AMP HIGH FREQ siendo la respuesta en Amplitud de aproximadamente40 kHz.

Los valores indicados son las frecuencias a las cuales el lmite superior de la curva de respuesta en frecuencia se ha atenuado a Amplitud. Las posiciones de 0.1 y 0.5 Hz suavizan la seal para indicar valores medios de variables tales como la presin sangunea y el flujo.

Cuando se requiera de monitoreo de altas frecuencias, se fija el interruptor de AMP HIGH FREQ en 0.5 kHz, 3 kHz o 40 kHz para asegurarse con ello la respuesta en frecuencia requerida. Use J6 con este objetivo.

Interruptor filtro de 60 Hz

El filtro de 60 Hz (FILTER) rechaza interferencias que provengan de fuentes de AC mediante el uso de un filtro Notch que tiene una atenuacin aguda en los 60 Hz. Fijado este interruptor en IN se filtra una gran cantidad de artefactos de 60 Hz con muy poca perdida de informacin de otras frecuencia.

Entradas Salidas J5, J6, J6A y J7

La entrada J5 y las salidas J6 y J6A, permiten la interconexin de instrumentos de diferentes fabricantes, basndose en estndares internacionales. Estos estndares aseguran la compatibilidad de la interfase en reas tales como el nivel de la seal, la impedancia, referencia (nica o diferencial), etc.. Los estndares son:

- 1 VRMS (2.8 VP-P) nivel de seal de escala completa.- Referencia nica,- Impedancia de entrada de 10 k o mayor,- Impedancia de salida de 1 k o menor.

Las especificaciones para las clavijas J5, J6 y J6A son las siguientes:

- Entrada J5 : 1.2 M

- Salida J6, J6A : 100 , carga mnima de 3 k

- 2.8 VP-P (1 VRMS) en J5, J6 y J6A correspondientes a la deflexin a mxima escala del estilete.

J5, J6 y J6A tienen un nivel de 0 Voltios de DC cuando el estilete se encuentra en la lnea central, o lnea base, siendo la seal negativa cuando el estilete deflexiona haca arriba (convencin de electrofisiologa).

La salida J7 se encuentra conectada al estilete del oscilgrafo a travs de un resistor de 50; por lo que la impedancia de salida es de 55 . El nivel de seal es de 16 VP-P, para excursin de escala completa del estilgrafo (5cm). El nivel de DC es de 0 Voltios cuando el estilete se encuentra en la lnea central. Una seal negativa se corresponde con un movimiento hacia arriba. J7 puede ser cortocircuitado con tierra sin ningn peligro.

A lo largo del rango dinmico del oscilgrafo (35 a 75 Hz), debido al movimiento de dArsonval se genera una emf, que trae como resultado que la respuesta en frecuencia en J7 sea de 10% DC a 100 Hz, y por debajo del 50% a los 300 Hz.

REGISTRO DIFERENCIAL DE POTENCIALES BIOELCTRICOS

Dado que el registro de un potencial bioelctrico es casi siempre a bajas y medias frecuencias, con una entrada diferencial, se reduce el efecto en este registro, de artefactos, interferencias e incluso diafonas entre canales.

Un amplificador diferencial es aquel que tiene sus dos conexiones de entrada (G1 y G2) aisladas de tierra y el potencial registrado entre ella es independiente de cualquier tierra. El sujeto deberan estar aterrizados mediante un tercer electrodoconectado a la clavija ISOGND para minimizar los artefactos causados por cualquier carga esttica sobre el sujeto. La clavija ISOGND es una tierra segura y no permite flujos de corriente de fuga a tierra mayor de 10 A.

La habilidad de un amplificador diferencial para rechazar seales comunes se denomina Rechazo en Modo Comn. La Relacin de Rechazo en Modo Comn (CMRR) es la relacin de las diferentes seales entre G1 y G2 (deseada), y la seal comn no deseada entre ya sea G1 y G2 y tierra.

Registro de potenciales bioelctricos con referencia nica

Cuando es deseado medir una diferencia de potencial entre tierra y cualquier otro punto, es necesario entonces un registro con referencia nica, o referenciado a tierra. Normalmente

no es deseable el desarrollo de registro para biopotenciales de esta manera, pero esta puede ser til de manera ocasional en algunos otros dispositivos aplicados al paciente.

Cuando se registran potenciales con componentes de muy alta frecuencia, puede ser necesario aterrizar una entrada o inclusive usar un amplificador referenciado a tierra, dado que el efecto diferencial de los amplificadores es mas pobre a altas frecuencias y debido a que los efectos capacitivos de los cables empeoran.

El 7P5 puede estar conectado con referencia nica, simplemente conectando el Terminal que corresponde a G1 o G2 al Terminal ISOGND.

Electrodos

Los electrodos de superficie son usados normalmente en ECG, los potenciales de EEG son registrados de manera rutinaria a partir de Discos de Superficie GRASS, o electrodos subdermicos GRASS. Ambos tipos de electrodos pueden ser usadosincluso, para registrar potenciales de EMG.

Los electrodos de superficie normalmente emplean un medio conductivo (gel electroltica)y medio adhesivo (cintas de material adhesivo) para mantenerlas en su lugar.

Un buen registro demanda baja impedancia del electrodo. Los electrodos de disco, cuando son aplicados expertamente, pueden tener impedancias tan bajas como 1000 por par. Un electrodo con una impedancia mayor a los 10000 no debe ser utilizado.

Materiales y equipos

NCantidadDescripcin

123456

131111

Poligrafo GRASS ElectrodosPreamplificador de Banda Ancha AC y EEG Regleta para Cables de Entrada.OsciloscopioSimulador de Paciente Gel Electro conductiva

Recomendaciones

Tenga orden y aseo para trabajar.

Siempre que tenga duda del procedimiento a realizar, consltelo con el docente

Al finalizar la prctica, el laboratorio se debe dejar en la misma condicin mejor en que se encontr, an los accesorios y herramientas utilizadas.

Procedimiento

PARTE I. Manejo de los controles del Polgrafo GRASS

1. Conecte la regleta de electrodos a la entrada IN del WIDE BAND A.C. EEG PRE- AMPLIFIER.

2. Conecte la salida del generador de funciones a las entradas 1 y 2 de la regleta.

3. Seleccione las respectivas entradas en G1 en 1 y G2 en 2 para seleccionar la entrada diferencial que se desea medir.

4. Coloque el interruptor de MULTIPLY BY en la posicin X100 y el interruptor V/cm en100, con ello, la sensibilidad es 10 mV/cm (10,000 V/cm).

5. Conecte el Canal 1 del osciloscopio y mida la salida del generador de funciones, regstrela, ya que ser la seal base con la que se trabajar.

Frecuencia Hz

6. Conecte el canal 2 del osciloscopio y mida la salida de J6A.

7. Encienda tanto el Preamplificador 7P como el Amplificador del Manejador 7DA.

8. Siguiendo las instrucciones del marco terico, seleccione los diferentes valores pre- fijados para el AMP LOW FREQUENCY. Verifique el efecto que este presenta sobre la seal de entrada.

9. Vuelva a obtener la seal base con la mxima amplitud posible.

10. Seleccione los diferentes valores pre-fijados para el AMP HIGH FREQUENCY. Verifique el efecto que este presenta sobre la seal de entrada.

11. Apague y desconecte el experimento montado.

PARTE II. Registro de biopotenciales haciendo uso del polgrafo GRASS.

1. Conecte la regleta de electrodos a la entrada IN del WIDE BAND A.C. EEG PRE- AMPLIFIER.

2. Coloque los electrodos en la regleta para cables de entrada. Los electrodos a conectar son RA, LA y LL. Conecte RA a la entrada 1 de la regleta, LA a la entrada 2 de la regleta y LL a la entrada 3 de la regleta.

3. Coloque los electrodos en las posiciones indicadas de su cuerpo. Para ello, utilice una delgada capa de crema conductora en cada una de ellos y sujtelos con esparadrapo Simulador.

4. Vare los controles G1 y G2, para determinar el diferencial que se desea medir, esto es, si por ejemplo deseamos la derivacin I, es necesario que se registre el diferencial entre RA y LA.

5. Fije la sensibilidad a 20V/cm para comenzar. Luego la ajustar hasta lograr la deflexinde la pluma deseada. La respuesta depender del esfuerzo del paciente.

6. Fije el High Filter a 100 Hertz, y el Low Filter a 0.01 Hertz. Constantes de tiempo ms pequeas (frecuencias ms altas) atenuaran significativamente las formas de onda.

7. Coloque el interruptor de salida del Amplificador Manejador de la Pluma Oscilogrfica en ON.

8. Encienda el interruptor de PEN AND CHARTS, para permitir que se pueda hacer un registro variable en el tiempo en papel. Si es Factible.

9. Seleccione y registre la velocidad del papel.

10. Controle los valores antes mencionados para la obtencin de una correcta medicin grfica.

11. Cuando logre la forma de onda requerida, tome La Caractersticas de la Seal que muestra el osciloscopio.

12. Apague y desconecte el experimento montado.

Anlisis de resultados

- Describa en detalle los siguientes diagramas de respuesta en frecuencia del equipo que ha utilizado en la prctica.

-Cual es la relacin existente entre la frecuencia y la constante de tiempo que se encuentra pre- fijada en los diferentes controles relacionados con el filtrado de frecuencias.

Actividad complementaria

- Disee y compruebe el funcionamiento de un filtro Notch. (La comprobacin debe ser mediante una simulacin y la implementacin del circuito).