Amplificadores de instrumentación en aplicaciones biomédicas

Abstract

Durante décadas, el procesamiento analógico de señales fue el único tipo de procesamiento electrónico posible. Con el advenimiento de las técnicas digitales, se incorpora la posibilidad de procesar las señales digitalmente. A partir de la reducción del costo de los procesadores digitales de señales (DSP) y de los convertidores analógico-digital (ADC), el procesamiento analógico fue cediendo terreno al digital y se podría decir que perdió protagonismo en el escenario electrónico actual. En aplicaciones biomédicas existen al menos dos tareas donde las técnicas analógicas son insustituibles: la amplificación de las débiles señales bioeléctricas a niveles apropiados para ser procesadas o digitalizadas y el rechazo a fuentes de interferencia electromagnética (EMI). Una señal comprometida en su rango de entrada por un gran nivel de EMI, no podrá ser mejorada aún con las más sofisticadas técnicas de procesamiento digital de señales. Además, una señal adquirida con EMI de 50 Hz, resulta muy difícil de "limpiar" por técnicas digitales sin degradar su calidad; resultando más complejo aún realizarlo en tiempo real. En esta tesis se analizan los mecanismos por los cuales la red de distribución de energía eléctrica (50Hz) interfiere en el registro de biopotenciales. Se proponen aquí un modelo simple para describir estos mecanismos y métodos específicos para determinar sus parámetros en forma experimental. Se analizan también las soluciones clásicas para la implementación de Amplificadores para Biopotenciales (A.B.) y se proponen circuitos originales apuntando a aplicaciones actuales como equipos alimentados a baterías con bajas tensiones de alimentación. Todo esto sin resignar características importantes en un A.B. como un elevado CMRR y una alta impedancia de entrada para señales de modo común. Como un caso particular, se presenta el problema de adquisición de biopotenciales sin electrodo de masa ("sistemas de dos electrodos"); se analizan en detalle sus características en cuanto a su vulnerabilidad a EMI y se propone una estrategia para la implementación de A.B. específicos para este tipo de aplicación. Los temas tratados en esta Tesis, tanto los de análisis como aquellos referidos a técnicas de diseño, fueron en primer lugar abordados en forma teórica, obteniendo expresiones analíticas útiles para la comprensión conceptual de los mecanismos involucrados y para el diseño de los circuitos. Luego, las expresiones obtenidas fueron validadas experimentalmente para lo cual, en algunos casos, se requirió el desarrollo de nuevas técnicas de medida.