INSTRUMENTACION BIOMEDICA

CONTENIDO

DESCRIPCION2CARACTERISTICAS ELECTRICAS2TIPOS DE ELECTRODOS4COMPORTAMIENTO Y MODELO EQUIVALENTE5RECOMENDACIONES EN EL USO DE ELECTRODOS6TIPOS DE ELECTRODOS PARA BIOPOTENCIALES6ELECTRODOS SUPERFICIALES7ELECTRODOS INTERNOS9MICROELECTRODOS10BIBLIOGRAFIA11

ELECTRODOS DE BIOPOTENCIALESDESCRIPCIONPara poder medir y registrar potenciales, y por tanto, corrientes en el cuerpo, es necesario proveer algn tipo de interface entre el cuerpo y los aparatos de medicin electrnica. Los electrodos de biopotencial cumplen esta funcin de interface.En cualquier medicin practica de potenciales, fluye corriente en los circuitos de medicin por al menos una fraccin del perodo de tiempo en el que la medicin se realiza. Idealmente esta corriente debera ser muy pequea, sin embargo, en situaciones prcticas, nunca es cero. As los electrodos de biopotencial deben tener la capacidad de conducir una corriente a travs de la interface entre el cuerpo y el circuito electrnico de medicin.

El mecanismo de conductividad elctrica en el cuerpo incluye iones y portadores de carga. Por lo que, obtener seales bioelctricas involucra interaccin con estos portadores de cargas inicas y transductores de corrientes inicas en corrientes elctricas, requeridos por los cables y la instrumentacin electrnica. Esta funcin de transduccin es llevada a cabo por los electrodos que consisten en conductores elctricos que se encuentran en contacto con soluciones inicas acuosas del cuerpo. La interaccin entre los electrones en los electrodos y los iones en el cuerpo pueden afectar en gran forma el rendimiento de los sensores y requerir consideraciones especficas en la aplicacin respectiva.CARACTERISTICAS ELECTRICASPOTENCIAL DE MEDIA CLULAEs necesario comenzar con la descripcin electrodo-electrolito, ya que el paso de la corriente elctrica desde el cuerpo hacia el electrodo puede ser entendido al examinar dicha interface, la cual se ilustra esquemticamente con la siguiente figura:

El electrolito representa el fluido del cuerpo conteniendo iones. Una corriente neta que atraviesa el interface, pasando desde el electrodo hacia el electrolito, y que consiste de: Electrones movindose en direccin opuesta a la corriente en electrodo. Cationes movindose en la misma direccin de la corriente. Aniones movindose en direccin opuesta a la de la corriente del electrolito. Para que las cargas crucen la interface (no hay electrones libres en el electrolito ni cationes o aniones en el electrodo) algo debe ocurrir en la interface que transfiera la carga entre los dos portadores. Lo que ocurre en la interface son reacciones qumicas, las cuales pueden representarse en forma general as:

Donde n es la valencia de C y m es la de A. Aqu se asume que el electrodo est hecho de algunos tomos del mismo material como los cationes y que este material en la interface puede llegar a oxidarse para formar un catin y uno o ms electrones libres. El catin es descargado en el electrolito y el electrn permanece como portador de carga en el electrodo.CIRCUITO EQUIVALENTELa interaccin del material in contacto con la solucin inica produce un cambio local en la concentracin de los iones en la solucin cerca de la superficie del material. Esto causa que la neutralidad de la carga no se mantenga en esta regin, causando que en los alrededores del electrolito y del material se tenga un diferente potencial elctrico del que se tiene en el resto de la solucin. Por tanto, la diferencia de potencial conocida como Potencial de Media Clula es establecida entre el material y el volumen del electrolito. Estos potenciales de media clula pueden ser importantes cuando se usan los electrodos para baja frecuencia o para mediciones en DC.

TIPOS DE ELECTRODOSExisten 2 tipos de electrodos y sus principales caractersticas se mencionan a continuacin.PERFECTAMENTE POLARIZABLESEn este tipo de electrodos no existe un intercambio de carga en la interface electrodo-electrolito cuando se aplica una corriente, en otras palabras el electrodo se comporta como un capacitor y por esta razn existirn pequeas corrientes de dispersin.

PERFECTAMENTE NO POLARIZABLESEn este caso existe un intercambio de cargas en la interfaz electrodo-electrolito cuando aplicamos una corriente, en estos no se requerir energa para la transicin de cargas por tanto no existirn sobre potenciales.

Lo anteriormente expuesto es tericamente ya que en la realidad no vamos a encontrar los materiales para que un electrodo se comporte de manera terica, entonces en la prctica se usan materiales que asemejen un comportamiento como el requerido en la teora. Para los electrodos polarizables se usan materiales nobles tales como el platino, en cambio para los no polarizables se usa electrodos de plata-cloruro de plata.COMPORTAMIENTO Y MODELO EQUIVALENTEEl comportamiento de un electrodo depende de: El modelo. Las caractersticas al paso de corrientes a travs del electrodo. Comportamiento para altas y bajas corrientes. Forma de onda. La frecuencia.

Todo esto es debido a que el modelo elctrico de un electrodo es el siguiente:

Entonces nuestro modelo es un circuito paralelo de un capacitor (Cd) con una resistencia (Rd), estos valores son propios del electrodo en contacto con la piel, en serie con una resistencia Re, esta resistencia es la oposicin al paso de corriente que representa el electrolito, por lo general para usar un electrodo no se lo coloca directamente sobre la piel, si no que se coloca un electrolito (gel o pasta) para mejorar la recepcin de las seales entregadas por el cuerpo, esto se conoce como interface electrodo-piel.Para la interface electrodo-piel es importante tener en cuenta el estrato corneo, el estrato corneo es un efecto que se da en la parte ms superficial de la epidermis, es donde se alojan las clulas muertas que estn en continua descamacin, una manera de evitar esto es empezar a masajear la parte donde se colocara el electrodo hasta que esa seccin de piel se enrojezca, esto es para mejorar la estabilidad de nuestro electrodo.Pero al momento que realizamos una interface electrodo-piel debemos tomar en cuenta como nuestro modelo va a variar o que se va aumentar entonces esta interface ser:

RECOMENDACIONES EN EL USO DE ELECTRODOS Cuando se emplean electrodos polarizables en contacto con un electrolito se forma una doble capa de cargas en la interface. Si se mueve el electrodo, se genera un desplazamiento de cargas que produce una variacin del potencial de semicelda hasta que se restablece el equilibrio. Si se est midiendo una diferencia de potencial entre dos electrodos y uno se mueve aparece un ruido en la seal medida. El ruido se conoce como artefacto por movimiento y puede ser una interferencia seria en la medicin de biopotenciales. El artefacto por movimiento es mnimo en los electrodos no polarizables. El artefacto por movimiento tiene una mayor influencia en bajas frecuencias.TIPOS DE ELECTRODOS PARA BIOPOTENCIALESPara medir fenmenos bioelctricos se pueden utilizar una amplia gama de electrodos, y casi todos se pueden clasificar en tres tipos bsicos:

Electrodos superficiales: Electrodos utilizados para medir potenciales ECG, EEG, y EMG en la superficie de la piel. Electrodos Internos: Electrodos utilizados para atravesar la piel para registrar potenciales EEG en una regin local del cerebro o potenciales EMG en un grupo de msculos especifico Microelectrodos: Electrodos utilizados para medir potenciales bioelctricos cerca o dentro de una clula.

Los tres tipos de electrodos para biopotenciales presentan una interface metal-electrolito. En el cual aparece un potencial proporcional al intercambio de iones entre el metal y los electrolitos del organismo.

Dado que la medida de potenciales bioelctricos requiere dos electrodos, la tensin medida es en realidad la diferencia entre los potenciales instantneos de los dos electrodos. Si los dos electrodos son del mismo tipo la diferencia es por lo general pequea y corresponde mayormente a la diferencia del potencial inico entre los puntos medidos, sin embargo si los electrodos son de distinto tipo pueden producir una tensin continua debida a la diferencia en los potenciales del electrodo (tensin de offset) que podra dar lugar a una corriente a travs de ambos electrodos as como a travs del amplificador que puede confundirse con un verdadero fenmeno fisiolgico.ELECTRODOS SUPERFICIALESLos electrodos de superficie son usados normalmente en ECG, los potenciales de EEG son registrados de manera rutinaria a partir de Discos de Superficie, o electrodos subdermicos GRASS. Ambos tipos de electrodos pueden ser usados incluso, 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.ELECTRODOS DE CORREAPara la adquisicin de seales biomdicas de superficie se han diseado una amplia variedad de electrodos. Quizs el electrodo ms antiguo, utilizado clnicamente para la medicin de ECG es la variedad de correa (strap on). Se trata de un conductor metlico en contacto con la piel y utiliza una pasta electroltica para establecer y mantener el contacto, adems de reducir la impedancia entre el electrodo y la piel. Este tipo de electrodos son muy usados para el registro de ECG, EMG y EEG.

FIGURA. ELECTRODOS DE CORREA (STRAP-ON)Estos electrodos presentan reas entre 1 y 2 pulgadas cuadradas. Mediante correas de hule mantienen en su lugar las placas de latn. Se utiliza una pasta conductiva para facilitar la transmisin de la energa desde la piel hacia el electrodo.ELECTRODOS DE COLUMNAPara registros ms prolongados de ECG o para monitoreo, tal como el monitoreo continuo de un paciente hospitalizado en una unidad de cuidados intensivos, algunas veces se utiliza el electrodo de columna relleno de pasta conductiva.

Este electrodo consiste de un botn metlico de contacto hecho de plata-cloruro de plata en la parte alta de la columna, el cual se rellena con gel o pasta conductiva. Este electrodo se mantiene en su posicin mediante un disco de hule espuma cuya superficie tiene una sustancia adhesiva. El uso del relleno de gel o pasta conductiva en la columna, lo cual mantiene al electrodo sin contacto directo con la superficie de la piel, reduce los artefactos de movimiento. Por esta razn (y algunas otras, como que son desechables y de bajo costo) estos electrodos son preferidos en el monitoreo de pacientes hospitalizados.ELECTRODOS DE SUCCINSe trata de electrodos metlicos cubierto por una goma flexible con la forma de una copa invertida. La parte metlica del electrodo queda separada de la piel mediante una esponja humedecida. La fijacin a la piel de estos electrodos, se realiza a travs de un sistema de aspiracin que provoca vaco.

Las ventajas de la tcnica por vaco es evidente: rapidez y simplicidad de sujecin, efectos complementarios por medio de la depresin variable que, por su accin parecida a un masaje, provoca un desplazamiento intenso de lquidos (sangre, linftico, intersticial) en las capas de la piel y del tejido conjuntivo.Una piel debidamente humedecida disminuye su resistencia y aumenta la conductividad elctrica. Los impulsos rtmicos de la depresin, sirven para disimular la sensibilidad ante la corriente elctrica, siendo esto una ventaja adicional en pacientes hipersensiblesal paso de la corriente elctrica.Los electrodos de ventosa tienen la ventaja de poder fijarse con bastante facilidad sobre cualquier zona corporal, esto permite al paciente ciertos cambios de postura sin que los electrodos pierdan su emplazamiento inicial y su contacto con la piel. A pesar de sus grandes ventajas, presenta el inconveniente en pieles muy sensibles, de poder producir pequeas rotura de capilares y por consiguiente pequeos hematomas.ELECTRODOS DE AGUJAPermiten registrar selectivamente la actividad de unas pocas unidades motoras o incluso de una sola de ellas, pudiendo realizarse un estudio preciso y exhaustivo del estatus neurolgico. Aunque con estos dispositivos de aguja se obtienen registros de excelente calidad, tienen algunos inconvenientes, como la necesidad de gran experiencia tcnica y que es una exploracin dolorosa.Existen varios tipos de electrodos de aguja, siendo los concntricos los ms utilizados. Estos electrodos estn montados dentro de una cnula que sirve como electrodo de referencia. Su mayor ventaja es que son lo suficientemente duros para atravesar fcilmente la piel perineal, y que no es precisa la insercin de un electrodo de referencia por separado.

Este tipo de electrodo de ECG se inserta en el tejido que se encuentra inmediatamente debajo de la piel, perforando la piel en un ngulo oblicuo (casi horizontal con respecto a la superficie de la piel). El electrodo de aguja se utiliza exclusivamente en casos de problemas graves en la piel (quemaduras, infecciones, etc), especialmente en pacientes anestesiados. Los electrodos de aguja son generalmente desechables y en los casos de reutilizacin se deben esterilizar con gas oxido etileno.ELECTRODOS INTERNOSLos electrodos internos son insertados dentro del cuerpo humano. No se debern confundir con los electrodos de aguja, los cuales estn diseados para insertarse dentro de las capas superficiales internas de la piel. El electrodo interno es tpicamente un catter aislado delgado y largo, con un contacto metlico expuesto al final Para su aplicacin, el electrodo es conducido a travs de una vena del paciente (usualmente del brazo derecho) hacia el lado derecho del corazn para registrar las formas de onda ECG intracardiovasculares. Solo con los electrodos internos es posible registrar seales de muy baja amplitud y alta frecuencia, como las presentes en el Haz de His.MICROELECTRODOSEl microelectrodo es un dispositivo ultra fino que se usa para la medicin de biopotenciales a nivel celular

Un microelectrodo es capaz de ser insertado en la paredde una sola clula sin causar daos. Los microelectrodos tienen un nmero de usos y aplicaciones. Hay diferentes variaciones que han sido diseados en entornos de laboratorio en todo el mundo. En la prctica, el microelectrodo penetra a la clula que est inmersa en un fluido (solucin fisiolgica salina), la cual est conectada al electrodo de referencia.Existen muchos tipos de microelectrodos, la mayora de ellos presentan una de 2 formas bsicas: vidrio-metal o lleno de fluido. En ambos casos, una superficie de contacto expuesta de alrededor de 1 a 2 m (1 m = 1 x 10 um) est en contacto con la clula. Como pudiera esperarse, esto hace que el microelectrodo sea un dispositivo de muy alta impedancia.Los electrodos son dispositivos diseados para llevarcorriente elctrica. En el caso de un microelectrodo, el dispositivo est hecho de vidrio lleno de una solucin conductora. Es tambin posible insertar un pequeo hilo de plata para aplicaciones donde se necesita un contacto hecho de metal.

BIBLIOGRAFIA

WEB: http://www.fis.uc.pt/data/20062007/apontamentos/apnt_134_5.pdf

WEB: http://www.unc.edu/~finley/BME422/Webster/c05.pdf

WEB: http://www.udb.edu.sv/udb/archivo/guia/biomedica-ngenieria/bioinstrumentacion/2014/i/guia-7.pdf

WEB: http://ocwus.us.es/fisioterapia/electroterapia/temario/TEMA_3/page_11.htm

WEB: http://www.electronica-basica.com/microelectrodos.html

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