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.