Procesamiento de señales biomédicas

Abstract

The processing of biomedical signals is very important because it helps to understand the various diseases in order to obtain useful results for technological advancement in the of medicine, these processes try to give a diagnosis of the patient"s vital signs in order to improve their quality of life.

El procesamiento de las señales biomédicas tiene una gran importancia ya que ayuda a comprender las diferentes enfermedades para así obtener resultados útiles para el avance tecnológico en la rama de la medicina, estos procesos tratan de dar un diagnóstico de los signos vitales del paciente para así mejorar su calidad de vida.

Introduction

El desarrollo de los procesamientos de las señales a ido avanzando con el pasar de los años, tanto para el diagnostico como para investigación medica, dichas señales se originan en el cuerpo.

un aspecto muy importante es saber identi?car los diferentes tipos de señales, se analizara las señales biomédicas, señales ECG y señales EEG.

Para el manejo de las señales Bioeléctricas se requiere de una ampli?cación de la señal y una conversión análogo digital para poder realizar un mejor manejo de las señales con los diferentes equipos que servirán para el diagnostico del estado del cuerpo humano.[1][2][7]

Señales biomédicas

Una señal se trata de la descripción de un parámetro que esta relacionado con otro, estos dos parámetros corresponden al mismo evento. Y a partir de los resultados obtenidos mediante equipos y herramientas se obtendrán ciertas hipótesis para así obtener su clasificación. [8]

A. Señales Bioacusticas

Estos fenómenos acústicos son producidos por el cuerpo ya sea el latir del corazón, el fluir de la sangre he incluso el movimiento de los músculos generan sonidos que ayudan al diagnóstico estas señales pueden ser adquiridas desde la superficie del cuerpo usando transductores acústicos.[10][11]

B. Señales de Bioimpedancia

El tejido de la piel tiene impedancia eléctrica, los tejidos contienen información sobre la composición, volumen y distribución sanguínea, e información sobre el sistema nervioso, estas señales se las puede obtener mediante dos tipos de electrodos, uno que inyecta corriente eléctrica en el tejido y otro que electrodo que se ubica sobre el tejido a estudiar, y se mide la caída de tensión generada por la corriente y la impedancia de la piel.[3][4]

2.3 Señales Biomagneticas

El cerebro, el corazón y otros organos producen cam- pos magnéticos muy pequeños pero aun asi la medición de estos puede ofrecer información que ninguna otra bioseñal brinda.[3][5]

2.4 Señales Bioelectricas

Provienen del sistema biológico y la fuente es el potencial transmembrana que genera una diferencia de potencial bajo ciertas condiciones, que se miden a nivel de células con micro electrodos.

Estas señales probablemente son las mas importantes por echo de que todo sistema biológico posee células excitables, otro aspecto importante es que las señales eléctricas se propagan con facilidad por el cuerpo y no es necesario un método invasivo para obtener la señal.[3][4]

Obtención y digitalización de las bioseñales

3.1Instrumentos de obtención

Según el tipo de señal se debe elegir el sensor biomédico entre estos están:

Sensores de presión Acelerómetros Micrófonos

Sensores electromagnéticos de flujo Termómetros

El objetivo de todos estos sensores es convertir la señal recibida en una señal eléctrica.

Ya que las señales que se obtuvo son muy pequeñas y algunas contienen ruido es necesario usar equipos sofisticados y técnicas para adquirir datos, y un aspecto muy importante es que la señal se preserve a lo largo del proceso.[11][10]

3.2 Procesamiento de las Bioseñales

3.2.1 Conversión de la señal: Una vez que se obtuvo la señal el sensor convierte la señal física en una señal eléctrica, generando un puente entre el sistema biológico y el instrumento de registro electrónico.

3.2.2 Tratamiento de la señal: Una vez detectada la señal es amplificada y filtrada ya que las señales son de bajo potencial están en los micro voltios. La amplificación nos permite poder tener un mejor manejo de la señal, y el filtrado nos ayuda a eliminar el ruido generado durante el proceso de la obtención y el ruido propio de la señal.

3.3.3 Conversión analógica digital: La señal amplificada y filtrada ingresa a un convertidor análogo digital, que cambia esta señal analógica continua en una señal digital discreta.

Figure 1. Esquema del proceso de una señal biológica [3]

Electrocardiograma (ECG)

Cuando se aplica el procesamiento de las bioseñales en el cardiovascular obtenemos los electrocardiogramas.

Un electrocardiograma es un registro de la actividad eléctrica del corazón medida entre dos puntos de la super?cie corporal.

Los equipos usados para recoger las señales bioeléctricas y ampli?car a través de unos transductores que están conectados en el pecho, se procesa la información que se recoge y se la grá?ca en un electrocardiograma.[12][13]

4.1 Transductores

Los transductores son los elementos encargados en captar la señal para que los electrocardiogramas se usan ampli?cadores operacionales es asi que para recibir las señales se usa un transductor con ampli?cación operacional.

Figure 2. Transductor para EGC [9]

Interferencias en las señales

A. Ruido Electrocardiográ?co

Ya que se obtienen señales demasiado pequeñas en la escala de 1 mV o menos, el ruido puede afectar en gran manera para la obtención de resultados, puede originarse de diferentes maneras ya sea generados o por los equipos que se usan y se deben usar procedimientos y equipos para eliminar lo mas que se puede este ruido sin afectar la bioseñal.[5][6]

Figure 3. Señal de Electrocardiograma con ruido [5]

Se pueden usar diferentes metodos para la eliminación del ruido uno de ellos es la aplicación de un rechaza banda de 50hz y 100hz así una vez aplicado el tenemos la siguiente señal.

Figure 4. Filtrado de ruido mediante rechaza banda [5]

B. Algoritmo para obtener un ECG

El electrocardiógrafo sigue una secuencia para la obtención un electrocardiograma

Figure 5. Algoritmo de obtención de un ECG [1]

Electroencefalograma (EEG)

Un electroencefalograma consiste en registrar los potenciales bioeléctricos, los transductores usados para la obtención de electroencefalogramas son similares que los que utilizan para la obtención de electrocardiogramas.

Según el tipo de señal que se quiere captar se ubican en diferentes ubicaciones para los electrodos de los transductores.[7][10]

Figure 6. Electrodos ubicados en diferentes ubicaciones de la piel [13]

A. Algoritmo para obtener un EEG

De igual forma que para obtener el algoritmos de un electroencefalograma se sigue un procedimiento implementado en el siguiente algoritmo [8][7]

Figure 7. Algoritmo de obtención de un EEG [1]

Conclusiones

Un aspecto muy importante a tomar en cuenta es la eliminación de ruido causado por agentes internos o externos como la red de alimentación, sin afectar a la bioseñal original.

Los electrocardiogramas son la forma no invasiva y mas sencilla de obtener información del corazón.

Los equipos usados para la obtención y análisis de las bioseñales tienen que tener una gran exactitud ya que se trabaja con valores de voltaje muy pequeños.

Sin la conversión analógico digital no se podrían obtener los resultados como ya conocemos, ya que esta conversión nos da una señal discreta.

Si una señal tiene demasiado ruido se le considera como una señal no válida ya que no nos dara los resultados necesarios para dar un diagnostico efectivo.

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Autor:

Pedro Daniel Elaje Alvarez

Universidad Politécnica Salesiana.

Electrónica Analógica II.