Comportamiento y modelos circuitales Existe una fuente de tensión semi-celda. Salvo en bajas frecuencias, el modelo se aproxima a serie de C+R. La C debido a la distribución de cargas en la interfase. La R debido a la resistencia del electrolito luego de la distribución de cargas.
A bajas frecuencias, se observa una impedancia FINITA (en DC). Se agrega una resistencia en paralelo al C.
Modelo equivalente eléctrico simple Ecell es el potencial de semi-celda
Rd y Cd impedancia asociada con la interfase electrodo-electrolito
Rs resistencia debido al electrolito y al alambre conector del electrodo.
Respuesta en frecuencia En electrodos Ag/AgCl descartables, la impedancia típica está en el orden de 1 kW a 10 Hz
Al diseñar un amplificador se suele tomar en cuenta valores de hasta 500 kW a 10 Hz
Interfase Electrodo-Piel Existe una interfase con la piel. Piel = 3 capas: Epidermis Dermis Capa subcutánea Epidermis – Mayor Impedancia Estrato córneo (células muertas) Estrato granuloso Estrato basal (donde nacen nuevas células) Se elimina el Estrato córneo con limpieza adecuada
Interfase Electrodo-Piel La impedancia de la piel varía entre: 200 kW a 1 Hz y 200 W a 1 MHz
Tabla de impedancias de todo el conexionado Fuente: Treo, E et al – "Efecto del gel y limpieza en la impedancia electrodo-piel en registros de superficie", Congreso Argentino de Bio-Ingeniería, Octubre 2009
Ruido por movimiento Se mueve el electrodo => Cambia distribución de cargas en interfase E-E Cambia distrib. Cargas E-E => Ruido alto (algunos mV) Ruido alto => Se pierde la señal de interés Se pierde la señal => Chau paciente Electrodos no polarizados + Gel suficiente => reduce significativamente el Ruido por Movimiento
Ruido por movimiento Aumento de superficie de contacto Electrodo-Electrolito(gel)-Piel=> Disminución de Ruido por Movim.
Electrodos de placa grandes Electrodos de succión Electrodos flexibles Electrodos percutáneos
Tipos de electrodos
Tipos de electrodos
Tipos de electrodos
Ejercicios Dar un modelo equivalente eléctrico del sistema PACIENTE-ELECTRODOS-Amp.ECGcomo el usado en la práctica 1.
¿Habrá un efecto importante en la señal de ECG? ¿Qué pasa si se desea utilizar para señales de EMG (50 Hz ~ 3 kHz)? Suponiendo una impedancia de entrada resistiva en el amplificador de instrumentación. ¿Cómo podría lograrse una transferencia independiente de la frecuencia?
Ejercicios ¿Cómo variaría la impedancia de un electrodo metálico a medida que se va secando el gel electrolítico de contacto? ¿Cómo se representa en el modelo equivalente eléctrico? ¿Cómo afecta al CMRR del sistema? ¿Qué característica de los amplificadores de entrada minimizaría la disminución del CMRR?
Conceptos importantes Necesidad de transducción de corrientes iónicas a electrónicas Principio electro-químico de interfase Electrodo-Electrolito Potencial de semi-celda. Definición de Potencial 0 en electrodo de Hidrógeno Electrodos polarizables y no polarizables Electrodo Metal/Sal-insoluble (ej. Ag/AgCl) Características no lineales de la impedancia Modelo equivalente eléctrico simple (valores típicos) Interfase Electrodo-Electrolito-Piel Ruido y distorsión por movimiento Tipos de electrodos Aplicación al diseño de amplificadores de señales biológicas
Referencias Webster, J – "Medical Instrumentation. Application and design", 3ra ed, JW&S, 1998, Capítulo 5 Treo, E et al – "Efecto del gel y limpieza en la impedancia electrodo-piel en registros de superficie", Congreso Argentino de Bio-Ingeniería, Octubre 2009
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