electroencefalógrafo portátil para pc de 4 canales

Universidad de Guadalajara
Centro Universitario de Ciencias Exactas e Ingenierías
División de Electrónica y Computación
III Exposición de Diseños de Sistemas Electrónicos de Información y Computación
ELECTROENCEFALÓGRAFO PORTÁTIL PARA PC DE 4 CANALES
Departamento de Electrónica
Arias Bonilla Fabiola, Amador Alvarez Miguel Ángel, Chávez Ramos Vicente, Vértiz Torres Alfredo
RESUMEN
Conociendo de la necesidad de diseñar e implementar equipo médico de alto nivel,
adecuado a la economía de nuestro país. Se plantea el desarrollo de un
elecetroencefalógrafo digital portátil controlado por una PC. Este sistema se
encarga de tomar y digitalizar las señales cerebrales para presentarlas en la
pantalla de la computadora, y almacena el resultado en archivos binarios. Se trata
de un equipo elaborado con tecnología de fácil adquisición en el mercado y de alta
calidad. Se brinda así un servicio a la sociedad dentro de los hospitales,
consultorios y centros de investigación, se fomenta el estudio del cerebro humano.
Se desarrolla un equipo de fácil manejo, tanto en su funcionamiento como en la
transportación, dado que el equipo es de dimensiones pequeñas y que se alimenta
con una batería. El equipo se diseñó para trabajar con 16 canales, permite una
mayor cobertura en el mapeo cerebral. Cada canal se encuentra montado en
tarjetas insertables para su fácil mantenimiento.
DIAGRAMA A BLOQUES DEL ELECTRO ENCEFALÓGRAFO
El electroencefalógrafo se divide en dos bloques, el primero de ellos es el bloque de
hardware, el cual está constituido por las siguientes etapas :
 Adquisición de la señal. La señal cerebral eléctrica se capta utilizando un
electrodo de plata, protegido con blindaje en el cable, ya que es muy
susceptible al ruido y la señal a detectar, que está entre los 10 microvolts y
los 10 milivolts. Este electrodo entra a un seguidor y después a un
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diferenciador, en donde se obtiene una diferencia de potencial con
respecto a otro electrodo que es el común para los demás canales.
 Amplificación. Esta etapa está constituida por un preamplificador inversor
con una ganancia baja para que la señal registrada no se pierda con el
voltaje de offset del operacional, se utiliza un operacional con bajo VOS y
un alto RRMC. La siguiente amplificación es fija con una ganancia
considerable. Por último se tiene una amplificar de ganancia variable para
ajustar la señal a un voltaje entre los 0.5 Volts y los 5.0 Volts.
 Filtrado. Con esta etapa se elimina el ruido de 60 Hz que se encuentra en
el medio ambiente, y además se utiliza un arreglo para filtrar la señal y
determinar su área de trabajo, que es de 0.1 a 70 Hz.
 Multiplexor. Se utiliza un multiplexor de 16 canales con el fin de
muestrear cada canal en un tiempo real y que aparente ser simultáneo.
Este multiplexor se controla por software.
 Conversión analógico/digital. Primeramente la información se monta
sobre un nivel de corriente directa para eliminar cualquier voltaje negativo
de la señal, ya que el dispositivo es alimentado con voltaje positivo.
Después de la señal se digitaliza en (12) doce bits y mediante un arreglo
previo se envía al puerto paralelo de la PC.
Cabe señalar que cada canal está compuesto por las tres primeras etapas, la última
etapa es común para todos ellos. El segundo bloque, el de software, está
conformado por un programa generado en un lenguaje de programación con
ambiente gráfico, con el fin de que sea lo más amigable posible. Dentro de este
programa se procesan los datos, teniendo las siguientes etapas :
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 Adquisición de datos. Se toman los datos que recibe el puerto paralelo
de los distintos canales, los cuales son multiplexados .
 Filtros digitales. Se utilizan para seleccionar los diferentes tipos de
ondas cerebrales, las cuales se dividen en cinco tipos :





Ondas alfa, señal fundamental, la frecuencia esta entre 8 y 12 Hz.
Ondas beta, la frecuencia es de unos 25 Hz.
Ondas gamma, la frecuencia es de 35 y 55 Hz.
Ondas delta, la frecuencia es de 3 Hz (es un ritmo patológico).
Ondas theta, la frecuencia es de 4 a 7 Hz con muy pequeña
amplitud.
Se utilizan filtros de tipo PASA BANDAS de tercer orden.
El método utilizado, para diseñar filtros recursivos, es el de diseño simple con base en
ceros y polos en el plano Z. Consiste en escoger polos y ceros en el plano Z intuitivamente.
Se determina el filtro según una ecuación en diferencias. Con este método es posible dar
características especificas al filtro, como son:
- Anchos de banda.
- Frecuencias de corte.
- Caída de dB por octava.
- Ganancia.
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No obstante que el método es ´intuitivo´, se diseñan filtros útiles rápidamente. Un polo
cerca del círculo unidad da origen a una buena respuesta pico definida ; un cero cerca de (o
sobre) el círculo unidad produce un empobrecimiento. Por lo tanto, se ubican polos y ceros
en el plano Z y producen una variedad simple, pero útil, de filtros recursivos.
 Visualización de gráficas de cada uno de los canales. En pantalla se
despliegan las gráficas de las señales electroencefalográficas captadas de los
distintos canales. Cada uno de estos canales selecciona el tipo de filtro digital
que se desee aplicar.
 Almacenar la información obtenida. La información queda almacenada en
archivos de tipo binario para después ser consultados. Estos archivos contienen
además, de la información eléctrica cerebral, otros datos como el nombre del
paciente, la edad y la fecha del análisis. El archivo guarda la información original,
es decir, la señal que es muestreada sin la aplicación de algún tipo de filtro.
CONCLUSIONES
Al obtener la señal eléctrica, por tener un valor muy pequeño (del orden de los
microvolts), se usaron amplificadores operacionales con voltaje de offset del orden
ya mencionado. Otro problema fué el de eliminar las señales de ruido generadas
por el medio ambiente. En la elaboración del software, no se encontró una amplia
bibliografía por ser un lenguaje de programación nuevo en el mercado.
BIBLIOGRAFÍA
APRENDIENDO DELPHI 2 EN 21 DÍAS
PRENTICE HALL
CIRCUITOS Y SEÑALES: INTRODUCCIÓN A LOS CIRCUITOS LINEALES Y DE
ACOPLAMIENTO
R. E. Thomas y A. J. Rosa
REVERTE, S. A.
Capítulo 13
CURRENT PRACTICE OF CLINICAL ELECTROENCEPHALOGRAPHY
Donald W. Klass y David D. Daly
RAVEN PRESS
ELECTRÓNICA, TEORÍA DE CIRCUITOS
Robert Boylestad y Louis Nashelsky
PRENTICE HALL
Capítulos 14 y 15
ELECTRÓNICA Y MEDICINA
J. Trémoliéres
EL ATENEO, S. A.
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Capítulo 1
INTRODUCCIÓN A LOS AMPLIFICADORES OPERACIONALES CON APLICACIONES A
CI LINEALES
L. M. Faulkenberry
NORIEGA LIMUSA
Capítulos 3, 6 y 8
SISTEMAS DE CONTROL EN TIEMPO DISCRETO
Katsuhico Ogata
PRENTICE HALL
Capítulos 2, 3 y 6
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