Laboratorio Impedancia Corporal Juan Camilo Sandoval S (✉), Julián Felipe Montaña A, Luis Alberto Echeverry H 2420151026, 2420162030, 2420161006 [email protected] Facultad de Ingeniería, Programa de Ingeniería Electrónica, Asignatura Electromedicina 1. 1.1. OBJETIVOS Objetivo general Medir la impedancia corporal y su variabilidad respecto al cambio en la frecuencia, puntos de entrada y salida de corriente y tipos de electrodos empleados. 1.2. • • • • Objetivos específicos Diseñar un circuito que permita medir la impedancia de la piel a partir de aplicar potencial eléctrico entre electrodos desechables. Comprobar la tendencia de la impedancia a variaciones de frecuencia en un rango establecido (1 Hz - 1000 Hz). Experimentar las variaciones de impedancia al cambio de distancia entre electrodos. Comprobar la variación de la impedancia al cambio en la forma de onda de la señal. 2. • • • • • • • 8 electrodos desechables de dos marcas diferentes. Generador de funciones. Amperímetro. 3 caimanes. Algodón Alcohol. Excel. 3. 3.1. MATERIALES DESARROLLO Procedimiento 3.1.1. Diseñar un circuito para medir la impedancia, teniendo en cuenta el amperímetro como parte del circuito. En la práctica, se construyó un circuito cerrado, donde el generador de funciones proporciona las señales seno y cuadrada. El amperímetro se situó en serie al circuito para medir la corriente que pasaba por los electrodos puestos en la piel. Figura 1. Circuito realizado en la práctica. 3.1.2. Determinar cuáles son los puntos ideales donde se deben poner los electrodos. Se consideró situar los electrodos en el antebrazo, para comodidad del paciente y para la toma de los datos. Figura 2. Electrodos puestos en el antebrazo 3.1.3. Poner los electrodos a una distancia conocida (medirla) y registrar el dato. Se decidió situar los electrodos a una distancia de 5 cm y 10 cm. Las marcas empleadas son 3M y Golden Care. 3.1.4. Poner el Generador a una frecuencia de 50Hz (señal cuadrada bipolar) y 5V, chequear si la persona presenta alguna sensación, aumentar el voltaje hasta que la sensación sea fuerte pero soportable. Tomar el dato del valor del voltaje al que sucede este fenómeno y dejar este parámetro estático para el resto del laboratorio. Para los dos pacientes se usó 20 Vp, ya que en ese punto presentaban una sensación fuerte pero capaz de soportar. 3.1.5. Medir la corriente que se obtiene a partir de la variación de frecuencia entre 1 y 1000Hz (pasos de 5 Hz hasta 100 Hz y de ahí en adelante, con pasos de 50Hz). Además, anotar la corriente AC observada en el amperímetro y la frecuencia de trabajo. 3.2. Datos experimentales A continuación, se observa los datos registrados durante la práctica de laboratorio y la impedancia calculada. Paciente: Julián Montaña Marca electrodos: 3M Voltaje: 20 Vp Señal seno Frecuencia (Hz) 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90 95 100 150 5 cm Señal cuadrada 10 cm 5 cm 10 cm Corriente AC (µA) Impedancia (Ω) Corriente AC (µA) Impedancia (Ω) Corriente AC (µA) Impedancia (Ω) Corriente AC (µA) Impedancia (Ω) 41 46 48 50 51 52 54 55 58 60 62 66 67 72 74 77 80 83 91 92 120 487805 434783 416667 400000 392157 384615 370370 363636 344828 333333 322581 303030 298507 277778 270270 259740 250000 240964 219780 217391 166667 72 75 76 77 81 81 82 83 83 86 89 90 91 93 101 101 104 105 106 108 120 277778 266667 263158 259740 246914 246914 243902 240964 240964 232558 224719 222222 219780 215054 198020 198020 192308 190476 188679 185185 166667 37 62 65 72 77 78 81 86 110 122 123 125 126 128 132 136 139 142 148 165 178 540541 322581 307692 277778 259740 256410 246914 232558 181818 163934 162602 160000 158730 156250 151515 147059 143885 140845 135135 121212 112360 41 45 47 57 68 69 72 74 77 78 79 83 84 85 90 104 107 114 117 126 144 487805 444444 425532 350877 294118 289855 277778 270270 259740 256410 253165 240964 238095 235294 222222 192308 186916 175439 170940 158730 138889 200 250 300 350 400 450 500 550 600 650 700 750 800 850 900 950 1000 146 185 204 230 261 293 325 348 384 403 431 475 495 535 562 582 610 136986 108108 98039 86957 76628 68259 61538 57471 52083 49628 46404 42105 40404 37383 35587 34364 32787 148 163 191 210 253 275 294 302 334 381 387 437 450 489 493 504 566 135135 122699 104712 95238 79051 72727 68027 66225 59880 52493 51680 45767 44444 40900 40568 39683 35336 198 220 234 263 286 293 312 326 335 340 355 371 374 524 806 815 1002 101010 90909 85470 76046 69930 68259 64103 61350 59701 58824 56338 53908 53476 38168 24814 24540 19960 164 172 181 187 201 217 257 280 300 326 623 778 812 842 876 907 945 121951 116279 110497 106952 99502 92166 77821 71429 66667 61350 32103 25707 24631 23753 22831 22051 21164 Tabla 1. Datos paciente 1 – Electrodos 3M. Paciente: Julián Montaña Marca electrodos: Golden Care Voltaje: 20 Vp Señal seno Frecuencia (Hz) 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 5 cm Señal cuadrada 10 cm 5 cm 10 cm Corriente AC (µA) Impedancia (Ω) Corriente AC (µA) Impedancia (Ω) Corriente AC (µA) Impedancia (Ω) Corriente AC (µA) Impedancia (Ω) 36 38 47 49 52 53 71 73 73 74 76 77 555556 526316 425532 408163 384615 377358 281690 273973 273973 270270 263158 259740 41 43 52 55 60 65 64 65 71 70 78 108 487805 465116 384615 363636 333333 307692 312500 307692 281690 285714 256410 185185 147 150 157 185 190 196 201 205 211 213 220 223 136054 133333 127389 108108 105263 102041 99502 97561 94787 93897 90909 89686 45 53 54 55 61 60 68 73 81 85 89 92 444444 377358 370370 363636 327869 333333 294118 273973 246914 235294 224719 217391 65 70 75 80 85 90 95 100 150 200 250 300 350 400 450 500 550 600 650 700 750 800 850 900 950 1000 84 92 93 95 100 109 110 112 150 185 217 245 248 293 362 402 431 464 498 534 563 607 656 680 715 859 238095 217391 215054 210526 200000 183486 181818 178571 133333 108108 92166 81633 80645 68259 55249 49751 46404 43103 40161 37453 35524 32949 30488 29412 27972 23283 109 110 118 114 118 131 124 123 155 196 235 273 309 341 375 385 501 538 577 540 568 592 595 626 665 680 183486 181818 169492 175439 169492 152672 161290 162602 129032 102041 85106 73260 64725 58651 53333 51948 39920 37175 34662 37037 35211 33784 33613 31949 30075 29412 231 234 238 243 246 249 252 256 285 318 344 369 395 613 661 695 748 795 839 883 925 970 1011 1055 1083 1140 86580 85470 84034 82305 81301 80321 79365 78125 70175 62893 58140 54201 50633 32626 30257 28777 26738 25157 23838 22650 21622 20619 19782 18957 18467 17544 89 170 185 189 194 197 201 205 242 273 302 327 353 377 401 658 708 750 794 835 882 921 968 1013 1054 1096 224719 117647 108108 105820 103093 101523 99502 97561 82645 73260 66225 61162 56657 53050 49875 30395 28249 26667 25189 23952 22676 21716 20661 19743 18975 18248 Tabla 2. Datos paciente 1 – Electrodos Golden Care. Paciente: Camilo Sandoval Marca electrodos: 3M Voltaje: 20 Vp Señal seno Frecuencia (Hz) 5 10 15 5 cm Señal cuadrada 10 cm 5 cm 10 cm Corriente AC (µA) Impedancia (Ω) Corriente AC (µA) Impedancia (Ω) Corriente AC (µA) Impedancia (Ω) Corriente AC (µA) Impedancia (Ω) 261 290 303 76628 68966 66007 200 203 207 100000 98522 96618 520 541 543 38462 36969 36832 414 439 444 48309 45558 45045 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90 95 100 150 200 250 300 350 400 450 500 550 600 650 700 750 800 850 900 950 1000 308 310 320 322 327 327 328 328 330 331 335 338 339 341 343 347 350 366 388 402 425 460 487 510 534 560 590 616 654 674 709 733 754 770 803 64935 64516 62500 62112 61162 61162 60976 60976 60606 60423 59701 59172 58997 58651 58309 57637 57143 54645 51546 49751 47059 43478 41068 39216 37453 35714 33898 32468 30581 29674 28209 27285 26525 25974 24907 210 211 213 213 214 216 217 218 220 226 228 229 230 234 236 238 242 260 290 302 332 380 420 440 490 524 550 563 582 626 628 680 737 760 865 95238 94787 93897 93897 93458 92593 92166 91743 90909 88496 87719 87336 86957 85470 84746 84034 82645 76923 68966 66225 60241 52632 47619 45455 40816 38168 36364 35524 34364 31949 31847 29412 27137 26316 23121 550 570 577 594 601 615 621 629 632 642 662 702 715 700 750 747 757 805 825 840 890 907 964 1010 1015 954 995 1050 1080 1190 1194 1380 1474 1490 1552 36364 35088 34662 33670 33278 32520 32206 31797 31646 31153 30211 28490 27972 28571 26667 26774 26420 24845 24242 23810 22472 22051 20747 19802 19704 20964 20101 19048 18519 16807 16750 14493 13569 13423 12887 Tabla 3. Datos paciente 2 – Electrodos 3M. 447 452 460 480 485 486 507 508 508 509 535 547 552 564 588 666 645 664 740 818 835 888 929 1014 1035 1040 1105 1164 1150 1220 1232 1259 1280 1303 1352 44743 44248 43478 41667 41237 41152 39448 39370 39370 39293 37383 36563 36232 35461 34014 30030 31008 30120 27027 24450 23952 22523 21529 19724 19324 19231 18100 17182 17391 16393 16234 15886 15625 15349 14793 Paciente: Camilo Sandoval Marca electrodos: Golden Care Voltaje: 20 Vp Señal seno Frecuencia (Hz) 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90 95 100 150 200 250 300 350 400 450 500 550 600 650 700 750 800 5 cm Señal cuadrada 10 cm 5 cm 10 cm Corriente AC (µA) Impedancia (Ω) Corriente AC (µA) Impedancia (Ω) Corriente AC (µA) Impedancia (Ω) Corriente AC (µA) Impedancia (Ω) 260 262 263 268 270 273 274 274 276 279 281 286 289 290 292 293 296 299 302 303 311 320 368 400 420 480 520 570 624 661 680 740 780 835 76923 76336 76046 74627 74074 73260 72993 72993 72464 71685 71174 69930 69204 68966 68493 68259 67568 66890 66225 66007 64309 62500 54348 50000 47619 41667 38462 35088 32051 30257 29412 27027 25641 23952 229 233 232 236 237 237 240 240 241 243 245 245 248 249 250 252 253 254 256 257 260 310 340 390 423 446 502 540 580 609 635 685 702 767 87336 85837 86207 84746 84388 84388 83333 83333 82988 82305 81633 81633 80645 80321 80000 79365 79051 78740 78125 77821 76923 64516 58824 51282 47281 44843 39841 37037 34483 32841 31496 29197 28490 26076 328 330 332 336 338 340 345 353 360 355 357 358 361 364 367 369 371 372 378 381 399 432 564 600 650 690 739 765 814 930 1029 1060 1025 1080 60976 60606 60241 59524 59172 58824 57971 56657 55556 56338 56022 55866 55402 54945 54496 54201 53908 53763 52910 52493 50125 46296 35461 33333 30769 28986 27064 26144 24570 21505 19436 18868 19512 18519 290 331 338 330 345 360 370 371 403 434 445 449 450 451 464 467 473 515 549 537 617 670 715 754 826 878 933 1025 1100 1140 1194 1235 1278 1305 68966 60423 59172 60606 57971 55556 54054 53908 49628 46083 44944 44543 44444 44346 43103 42827 42283 38835 36430 37244 32415 29851 27972 26525 24213 22779 21436 19512 18182 17544 16750 16194 15649 15326 850 900 950 1000 860 901 940 1031 23256 22198 21277 19399 790 826 868 940 25316 24213 23041 21277 1202 1214 1235 1343 16639 16474 16194 14892 1354 1406 1510 1580 Tabla 4. Datos paciente 2 – Electrodos Golden Care. 3.3.Gráficas comparativas Julián - 3M - Señal Seno Impendancia (Ω) 600000 500000 400000 300000 5 cm 200000 10 cm 100000 0 0 200 400 600 800 1000 Frecuencia (Hz) Gráfica 1. Julián - Golden Care - Señal Seno Impendancia (Ω) 600000 500000 400000 300000 5 cm 200000 10 cm 100000 0 0 200 400 600 Frecuencia (Hz) Gráfica 2. 800 1000 14771 14225 13245 12658 Camilo - 3M - Señal Seno Impendancia (Ω) 120000 100000 80000 60000 5 cm 40000 10 cm 20000 0 0 200 400 600 800 1000 Frecuencia (Hz) Gráfica 3. Camilo - Golden Care - Señal Seno Impendancia (Ω) 100000 80000 60000 40000 5 cm 20000 10 cm 0 0 200 400 600 800 1000 Frecuencia (Hz) Gráfica 4. Julián - 3M - Señal Cuadrada Impendancia (Ω) 600000 500000 400000 300000 5 cm 200000 10 cm 100000 0 0 200 400 600 Frecuencia (Hz) Gráfica 5. 800 1000 Julián - Golden Care - Señal Cuadrada Impendancia (Ω) 500000 400000 300000 200000 5 cm 100000 10 cm 0 0 200 400 600 800 1000 Frecuencia (Hz) Gráfica 6. Impendancia (Ω) Camilo - 3M - Señal Cuadrada 60000 50000 40000 30000 20000 10000 0 5 cm 10 cm 0 200 400 600 800 1000 Frecuencia (Hz) Gráfica 7. Impendancia (Ω) Camilo - Golden Care - Señal Cuadrada 80000 70000 60000 50000 40000 30000 20000 10000 0 5 cm 10 cm 0 200 400 600 Frecuencia (Hz) Gráfica 8. 800 1000 Observando las señales seno y cuadrada graficadas, con las distancias de 5 cm y 10 cm y las dos marcas de electrodos empleados en los pacientes, la impedancia umbral varía, debido a que cada marca de electrodo tiene un área y electrolito diferente. Además, el umbral de impedancia varía ya que cada paciente posee diferentes características en la piel. Julián - 3M - 5 cm Impendancia (Ω) 600000 500000 400000 300000 Seno 200000 Cuadrada 100000 0 0 200 400 600 800 1000 Frecuencia (Hz) Gráfica 9. Julián - 3M - 10 cm Impendancia (Ω) 600000 500000 400000 300000 Seno 200000 Cuadrada 100000 0 0 200 400 600 Frecuencia (Hz) Gráfica 10. 800 1000 Camilo - 3M - 5 cm Impendancia (Ω) 100000 80000 60000 40000 Seno 20000 Cuadrada 0 0 200 400 600 800 1000 Frecuencia (Hz) Gráfica 11. Camilo - 3M - 10 cm Impendancia (Ω) 120000 100000 80000 60000 Seno 40000 Cuadrada 20000 0 0 200 400 600 800 1000 Frecuencia (Hz) Gráfica 12. Se puede observar el comportamiento de la impedancia corporal ante las señales seno y cuadrada en las gráficas 9, 10, 11 y 12. La señal cuadrada presenta un umbral o curva menor frente a la señal seno. Sin embargo, a mayor frecuencia en la señal cuadrada, la impedancia tiende a ser mayor que la impedancia de la señal seno. Siendo así, la corriente que circula es mayor frente a una señal seno. Julián - 3M Impendancia (Ω) 600000 500000 400000 Seno 5 cm 300000 Cuadrada 5 cm 200000 Seno 10 cm 100000 Cuadrada 10 cm 0 0 200 400 600 800 1000 Frecuencia (Hz) Gráfica 13. Julián - Golden Care Impendancia (Ω) 600000 500000 400000 Seno 5 cm 300000 Cuadrada 5 cm 200000 Seno 10 cm 100000 Cuadrada 10 cm 0 0 200 400 600 800 1000 Frecuencia (Hz) Gráfica 14. Camilo- 3M Impendancia (Ω) 120000 100000 80000 Seno 5 cm 60000 Cuadrada 5 cm 40000 Seno 10 cm 20000 Cuadrada 10 cm 0 0 200 400 600 800 Frecuencia (Hz) Gráfica 15. 1000 Camilo- Golden Care Impendancia (Ω) 100000 80000 60000 Seno 5 cm 40000 Cuadrada 5 cm 20000 Seno 10 cm Cuadrada 10 cm 0 0 200 400 600 800 1000 Frecuencia (Hz) Gráfica 16. Las gráficas 13, 14, 15 y 16 representan el resumen del paciente 1 (Julián) y del paciente 2 (Camilo), la distancia empleada, tipo de señal y marca de los electrodos usados; evidenciando así, de cómo la impedancia corporal se comporta respecto a los cambios de frecuencia y tipo de señal empleada, frente a una mayor frecuencia la impedancia disminuye. 4. CONCLUSIONES La impedancia corporal en cada paciente es diferente debido a las condiciones físicas, ya que en el paciente 1 al momento de aplicarle la señal cuadrada se le encogían los dedos anular y corazón. Tanto el paciente 1 como el paciente 2 presentaron un mayor dolor al momento de aplicar la señal cuadrada, ya que esta posee un número mayor de armónicos y pendientes pronunciadas. Ambos pacientes presentaron dolor en con 20 voltios pico, parámetro que se dejó constante durante la práctica y no hubo necesidad de disminuirlo ya que los pacientes lo soportaron. La limpieza de la región dérmica con alcohol y algodón permite una mayor exactitud al momento de la toma de datos. Sin embargo, no es 100% confiable ya que no se eliminan completamente las sustancias parásitas. En el cambio de la distancia de 5 cm a 10 cm no se sintió la diferencia en dolor ante las señales seno y cuadrada. Gráficamente se puede determinar que la impedancia es inversamente proporcional a la frecuencia, ya que, al aumentar, la impedancia disminuye. Esto se debe a que el incremento de la frecuencia los tejidos del antebrazo seden más el paso de los electrones a través de él. 5. APLICACIONES Detección de enfermedades: La composición corporal evaluada por el índice de masa corporal y análisis vectorial de impedancia bioeléctrica: - Los pacientes con artritis reumatoide con índice de masa corporal normal o alto poseen un componente muscular significativamente más bajo. - El ángulo de fase inferior puede ser un indicador de un peor pronóstico durante el curso de la enfermedad de la artritis reumatoide. - El método BIVA en pacientes con artritis reumatoide puede ser una opción adecuada para la detección de caquexia. T.O.B.E.C.: Método para determinar la composición corporal de los parámetros de masa grasa y masa libre de grasa. Esta técnica se basa en el principio de que conductividad eléctrica del tejido magro es mayor a la del tejido graso, debido al contenido de electrolitos dispersos es mayor en la masa libre de masa. Validez del Análisis de Impedancia Bioeléctrica (BIA) para la caracterización de la distribución regional de grasa. Monitorización de la frecuencia cardiaca y la velocidad del pulso de onda del corazón. Detección de cambios en los tejidos biológicos, para la detección temprana de edema, isquemia y entre otras desviaciones no saludables. Monitorización y caracterización de las cirugías de corazón, a partir de imágenes de diagnóstico y/o estimación de parámetros hemodinámicos. 6. REFERENCIAS [1] Mijan de la torre, A., (2002), Técnicas y métodos de investigación en nutrición humana (pp.144). Barcelona, España: Editorial Glosa. [2] Análisis De Impedancia Bioeléctrica (BIA) Y Análisis De La Composición Corporal. (2020). Recuperado de: http://www.vitalscan.es/dtr_bioscan_bia_sp.htm [3] Introducción a la impedancia bioeléctrica. (2020). Antropometría: impedancia bioeléctrica. Recuperado de https://www.ugr.es/~jhuertas/EvaluacionFisiologica/Impedancia/impintro.htm [4] J.R. Alvero-Cruz a, L. Correas Gómez b, M. Ronconi a, R. Fernández Vázquez a y J. Porta i Manzañido c. (2011), La bioimpedancia eléctrica como método de estimación de la composición corporal: normas prácticas de utilización. Sevilla, España: Revista Andaluza de Medicina del Deporte. Recuperado de: https://www.redalyc.org/pdf/3233/323327668006.pdf. [5] Espinosa M., Rivas L., Gonzáles E., Atilano X., Miranda P., Correa R. Vectores de impedancia bioeléctrica para la composición corporal en población mexicana, (2006). Recuperado de: http://www.scielo.org.mx/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S0034-83762007000100003. [6] Matín V., Gómez J., Antoraz M. Medición de la grasa corporal mediante impedancia bioeléctrica, pliegues cutáneos y ecuaciones a partir de medidas antropométricas. Análisis comparativo, (2001). Recuperado de: http://scielo.isciii.es/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S113557272001000300006.
