ES2322697T3

ES2322697T3 - Registro de señales de origen biologico.

Info

Publication number: ES2322697T3
Application number: ES02727299T
Authority: ES
Inventors: Sebastian Berkes; Galina Ivanova; Falk Schlegelmilch; Klaus Schellhorn; Peter Husar; Gunter Henning
Original assignee: NEUROCONN GmbH
Current assignee: NEUROCONN GmbH
Priority date: 2001-04-05
Filing date: 2002-04-04
Publication date: 2009-06-25
Anticipated expiration: 2022-04-04
Also published as: IL157825A0; WO2002080768A8; EP1377208B8; JP4524441B2; CA2441856A1; JP2004526512A; DE10214459A1; DE50213290D1; PL363075A1; EP1377208A1; IL157825A; MXPA03008602A; EP1377208B1; PL199878B1; US20040127803A1; WO2002080768A1; ATE422842T1

Abstract

Procedimiento para el registro de señales de origen biológico, en el que - las señales procedentes de una fuente biológica están presentes de forma convertida en una cantidad eléctrica, se amplifican y cuantifican, - se utiliza un potencial de tierra común derivado del objeto a medir, caracterizado porque - cada canal presenta su propio potencial de referencia controlado digitalmente.

Description

Registro de señales de origen biológico.

La invención se refiere a una disposición y un procedimiento para el registro de señales de origen biológico. La aplicación de este procedimiento y de la disposición se refiere predominantemente, pero no exclusivamente, a todos los ámbitos de la medicina en los que se utilizan bioseñales.

Las señales biológicas proporcionan información sobre el funcionamiento de los órganos dentro de un organismo. La valoración de las bioseñales se emplea en la medicina como medio diagnóstico (ECG, EEG, EMG, EOG, ERG, PPT, respiración, MCG, MEG). La condición para la calidad del diagnóstico es, además del tratamiento adecuado de las señales y la extracción de características, el registro de señales sin interferencias y sin influencia del artefacto.

En este caso es válido tener en cuenta los siguientes aspectos:

: El nivel de señal se encuentra después de la conversión en el intervalo de nanovoltios a milivotios dentro de una banda de frecuencia de cero a algunos kilohercios,

: En la banda de frecuencia utilizada aparecen fuertes señales parásitas,

: Las fuentes de señales a examinar -por ejemplo, de origen electrofisiológico- son de alta impedancia

: Las propiedades físicas, por ejemplo, de los electrodos varían con el tiempo (por ejemplo, por cambio de la impedancia de transición del electrodo, tensión del electrodo, potenciales de Offset, condición de presión, movimiento de aparatos).

En el estado de la técnica (por ejemplo, el documento EP 492635) se conocen sistemas de registro de señales que dominan parcialmente estos problemas con la elección cuidadosa de la metodología de derivación y de la técnica correspondiente de amplificación. Los sistemas poligráficos comerciales de gran valor para la grabación de bioseñales de origen fisiológico diferente son muy costosos y en la mayor parte de los casos sólo están previstos para el empleo fijo.

A continuación se discute el modo de proceder actual mediante empleo de electrodos como ejemplo para el registro de señales de origen biológico:

: La señal biológica se toma a través de electrodos del tejido investigado, y se conduce a través de cables de electrodos a un amplificador diferencial, cuyo potencial de referencia artificial puede generarse de forma análoga a la suma de todos los electrodos conectados (media común, Common Average). Esta disposición de medida es sencilla, pero muy sensible frente a interferencias. Por este motivo pueden realizarse mediciones -por ejemplo, las del electroencefalograma (EEG)- sólo en un entorno sin interferencias o después de costosas medidas de supresión de las interferencias (jaula de Faraday, apantallamiento espacial). La construcción de estos sistemas de registro es compleja ya que cada canal tiene su propio nivel de tratamiento previo analógico. Esto aumenta la propensión a interferencias, el tamaño constructivo y la demanda energética, y dificulta el ajuste de parámetros de los canales. La parte continua de las bioseñales se atenúa por un filtro de paso alto analógico.

Los métodos exigentes para el registro y valoración de bioseñales necesitan potentes amplificadores de bioseñales, que pueden registrar de forma no distorsionada también componentes de señales en el rango de baja frecuencia hasta tensón continua. Esto puede realizarse si se prescinde completamente de un filtrado de paso alto analógico y se desplaza toda la funcionalidad del filtrado hasta el filtro anti-solapamiento en el plano digital. Todas las señales diferenciales medidas y producidas en el sistema presentado (figura 1) se refieren a un potencial de tierra C común que puede derivarse del objeto a medir. Cada canal contiene un amplificador diferencial 1, un filtro anti-solapamiento 2, un convertidor analógico - digital 3, un convertidor digital - analógico 4 y está desacoplado de los otros canales. En todos los canales n se amplifica, filtra y digitaliza la diferencia entre la señal de entrada A_{n} y un potencial de referencia B_{n} que en ambos casos se refieren al potencial de tierra C. El filtro de anti-solapamiento 2 conectado en el recorrido de canal sirve para la limitación del intervalo de frecuencia y, por consiguiente, para el cumplimiento del teorema de exploración en la cualificación siguiente en el convertidor analógico - digital 3. Los datos se preparan en un bus de datos y de control 5, se procesan ulteriormente en el sistema mismo de registro o después de una transmisión de datos a otro sistema. El potencial de referencia B_{n} de cada amplificador diferencial 1 se determina a partir de los datos del convertidor analógico - digital 3 correspondiente y se revierte a la entrada complementaria a través de un convertidor digital - analógico 4. De esta manera se contrarresta una sobremodulación posible del amplificador diferencial 1 sin que se pierda la información a través de la parte continua.

Para el registro de la señal de origen biológico, la señal diferencial entre dos canales, por ejemplo, A_{1} y A_{2} se forma por sustracción digital en el sistema mismo de registro o después de una transmisión de los datos a otro sistema. De esta manera se hace posible declarar cada canal cualesquiera como canal de referencia para realizar derivaciones unipolares. Igualmente puede concebirse la definición de varios canales de referencia independientes, por ejemplo, para bioseñales de diferentes orígenes. Las amplificaciones ajustadas para cada canal n deberían ser iguales para la obtención de un rechazo suficiente de la influencia de la señal de entrada de modo común sobre el resultado. La amplificación puede ajustarse de forma que casi todas las bioseñales pueden registrarse en su amplitud sin que se produzca una pérdida de información por sobremodulación, cuantificación o ruidos del sistema.

Las ventajas esenciales de esta disposición respecto a las soluciones convencionales se mencionan a continuación:

: No es necesario un filtrado analógico de paso alto, por consiguiente desaparecen elementos constructivos de precisión y su costoso ajuste de parámetros.

: Es posible un registro de señales en el rango de intervalo frecuencia hasta la tensión continua.

: El tratamiento de los datos se realiza de forma completamente digital.

: Puesto que se realiza la derivación contra el potencial de tierra, después de la formación diferencial digital existen datos de medida unipolares.

: Partiendo de los, arriba mencionados, datos de medida unipolares pueden generarse de forma independiente del hardware los canales de referencia cualesquiera.

: Un registro simultáneo de bioseñales de orígenes diferentes es posible con diferentes factores de amplificación y ratios de exploración.

La concepción modular del hardware de los canales y el interface digital común hacen posible una estructura cualquiera en cascada. Los datos no se registran -como en los sistemas convencionales- por múltiplos de tiempo, sino que a causa de la estructura modular pueden leerse tanto de forma simultánea, como también de forma completamente independiente unos de otros. El interface digital hace posible una separación galvánica muy eficiente de la disposición de medida respecto a la técnica de valoración, de forma que suprimen los costosos amplificadores aislados analógicos para la garantía de la seguridad técnica en el empleo médico, sin que por ello se reduzca la seguridad respecto al objeto a medir (paciente). En comparación con la técnica convencional, la solución propuesta se destaca por un tamaño constructivo pequeño y una demanda energética reducida. Debido al tamaño constructivo pequeño es posible una conversión analógica - digital muy cerca de la fuente de señal. Se consigue por consiguiente una reducción de las interferencias, puesto que se evitan los recorridos analógicos de señal muy cortos y acoplamientos de interferencias inductivos sobre bucles de conductores en la parte análoga del hardware. Los amplificadores convencionales no pueden separar las interferencias acopladas inductivamente de la señal utilizada puesto que éstas están presentes como tensión o corriente de entrada diferenciales y se amplifican con la señal de utilización.

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Lista de referencias

1: Amplificador diferencial

2: Filtro de anti-solapamiento

3: Convertidor analógico - digital

4: Convertidor digital - analógico

5: Bus de datos y de control

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Abreviaturas

ECG: Electrocardiograma

EEG: Electroencefalograma

EMG: Electromiograma

EOG: Electrooculograma

ERC: Electroretinograma

PPT: Fotopletismografía

MCG: Magnetocardiograma

MEG: Magnetoencefalograma

Claims

1. Procedimiento para el registro de señales de origen biológico, en el que

-: las señales procedentes de una fuente biológica están presentes de forma convertida en una cantidad eléctrica, se amplifican y cuantifican,

-: se utiliza un potencial de tierra común derivado del objeto a medir,

caracterizado porque

-: cada canal presenta su propio potencial de referencia controlado digitalmente.

2. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque las señales pueden referirse digitalmente a uno o varios canales de referencia.

3. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 ó 2, caracterizado porque es posible el registro simultáneo de señales biológicas multicanales del mismo origen y/o de orígenes diferentes.

4. Disposición para el registro de señales de origen biológico, en la que

-: las bioseñales convertidas en una cantidad eléctrica se amplifican con un amplificador diferencial 1 y se digitalizan con un convertidor analógico - digital 3 con un filtro anti-solapamiento 2 precedente,

caracterizada porque

-: la facilitación del potencial de referencia B_{n} obtenido de los datos del convertidor analógico - digital 3 se realiza en la entrada complementaria del amplificador diferencial 1 por un convertidor digital - analógico 4.