El documento trata sobre las mediciones en electrofisiología y bioinstrumentación, describiendo los biopotenciales generados por el cuerpo humano y su importancia en el diagnóstico médico. Expone distintas técnicas de registro como el electrocardiograma, electroencefalograma, electromiograma y electrooculograma, y discute la utilización y clasificación de electrodos para medir estos potenciales. Además, menciona los desafíos en la adquisición de señales bioeléctricas, incluyendo la interferencia y el ruido que afectan las mediciones.

1. Dr. Ing. Eric Laciar Leber
Gabinete de Tecnología Médica
Universidad Nacional de San Juan
laciar@gateme.unsj.edu.ar
Mediciones en Electrofisiología
BIOINSTRUMENTACIÓN II

2. Indice
Introducción
Eventos Bioeléctricos
Señales Biomédicas
Electrodos
Índice
2

3. Indice
3
Introducción
Muchos equipos actuales de diagnóstico y tratamiento se basan en
la adquisición y análisis de los potenciales eléctricos generados por
el cuerpo humano.

4. Indice
4
Introducción
Electrocardiógrafo Electroencefalógrafo
Equipos de consultorio

5. Indice
5
Introducción
Electromiógrafo
Equipos de consultorio

6. Indice
6
Introducción
Holter
Equipos portátiles
Marcapasos

7. Indice
7
• Los potenciales eléctricos de origen biológico se denominan
“potenciales bioeléctricos” o simplemente “biopotenciales”.
• El registro de estos biopotenciales permite estudiar el comportamiento
eléctrico de los diferentes órganos o sistemas del cuerpo humano.
Biopotenciales
Eventos Bioeléctricos

8. Indice
Electrocardiografía
(ECG)
Electroencefalografía
(EEG)
8
Electromiografía
(EMG)
• El ánalisis visual o automático de los registros obtenidos da origen a
varias técnicas de diagnóstico.
Eventos Bioeléctricos

9. Indice
9
• Además de las técnicas anteriores de diagnóstico existen otras
técnicas basadas en biopotenciales menos conocidas pero de gran
potencialidad clínica.
Electrooculografía
(EOG)
Interfaz cerebro-computadora
basada en EOG
Eventos Bioeléctricos

10. Indice
10
•Otras técnicas combinan el uso de la adquisición de varias señales
de origen bioeléctrico.
Polisomnografía
(PSG)
Registro de varias señales
biomédicas durante el SUEÑO
Imagen Comercial Laboratorio de sueño
• Este estudio está indicado para personas con trastornos de sueño.
Eventos Bioeléctricos

11. Indice
11
• En un estudio polisomnográfico deben registrarse varias señales
en la cabeza del paciente.
EOG 1
EOG 2
EMG
EEG
• Asimismo debe evaluarse la actividad cardíaca y respiratoria del
paciente.
Eventos Bioeléctricos

12. Indice
12
Polisomnografía(PSG) ¡¡¡Hasta 15 señales y signos
vitales diferentes!!!
Eventos Bioeléctricos

13. Indice
13
¡¡¡Señales muy diferentes en amplitud y frecuencia!!!
Registro
PSG
EOG 1
EOG 2
EMG
EEG 1
EEG 2
EEG 3
EEG 4
EMG
RESP 1
RESP 2
EGC
SaO2
Eventos Bioeléctricos

14. Indice
14
Señales Bioeléctricas
Electrocardiograma (ECG)
• Las células cardíacas posen en reposo una diferencia de potencial
entre el interior y exterior de la membrana celular
• Si una célula es excitada con un estímulo eléctrico de intensidad adecuada
se produce un intercambio de iones a través de la membrana dando como
resultado un “Potencial de Acción”.
PTR = Potencial Transmembrana de
Reposo (-90 mV)
PU = Potencial Umbral ( • -70 mV)
Fase 0 = Despolarización
Fase 1 = Polarización inversa
Fase 2 = Meseta (o Plateau)
Fase 3 = Repolarización final

15. Indice
15
• El ECG es el
resultado de la
superposición
de los poten-
ciales de acción
de las células
cardíacas.
Electrocardiograma (ECG)
Señales Bioeléctricas

16. Indice
16
Electrocardiograma (ECG)
Señales Bioeléctricas

17. Indice
17
Electroencefalograma (EEG)
• El EEG es el registro gráfico de la actividad eléctrica del cerebro.
• El EEG está
formado por varios
ritmos cerebrales
conocidos como:
• • (f < 4 Hz)
• θ (4 Hz < f < 8 Hz)
• α (8 Hz < f < 14 Hz)
• β (14 Hz < f < 30 Hz)
Señales Bioeléctricas

18. Indice
18
Electroencefalograma (EEG)
• El EEG presenta diferentes fases o estadíos durante el sueño.
Señales Bioeléctricas
Awake: Despierto
Estadío 1: Somnolencia
Estadío 2: Sueño ligero
Estadío 3: Sueño normal
Estadío 4: Sueño
profundo
REM: Movimiento ocular
rápido

19. Indice
19
Electromiograma (EMG)
• El EMG es el registro gráfico de la
actividad eléctrica muscular.
• El EMG es el
resultado de la
suma de
potenciales de
acción de las
fibras musculares
Señales Bioeléctricas

20. Indice
20
Electrooculograma (EOG)
• El ojo humano se comporta como un “dipolo” teniendo la córnea un
potencial positivo y la retina un potencial negativo.
• Los movimientos oculares
producen cambios en la
orientación espacial del
dipolo que pueden ser
registrados con electrodos
colocados en la cercanía de
los ojos.
Señales Bioeléctricas

21. Indice
21
Lugar Nombre del registro Amplitud Ancho de
Banda [Hz]
Células Electrograma (EG) Registro Intracelular
Registro Extracelular
50 - 100 mV
2 - 3 mV
DC – 10000
1000 - 10000
Corazón Electrocardiograma (ECG) Convencional
Alta resolución
2 - 3 mV
2 - 3 mV
0.05 – 100
0.05 – 250
Cerebro Electroencefalograma (EEG) 5 – 300 µV 0.1 - 100
Músculo Electromiograma (EMG) 0.1 – 5 mV 50 – 5000
Ojo Electrooculograma (EOG) 50 µV - 350 mV 0.1 - 10Hz
Estómago EGG (electrogastrograma) 10 - 1000 mV DC - 1
Valores típicos de las señales bioeléctricas
Señales Bioeléctricas

22. Indice
22
Valores típicos de las señales bioeléctricas
Señales Bioeléctricas

23. Indice
23
• Un electrodo es un dispositivo que puede ser usado para:
• Los electrodos pueden ser de contacto óhmico o capacitivo
• La mayoría de las señales bioeléctricas son captadas con
electrodos de contacto óhmico que son puestos en contacto
con el tejido a estudiar por medio de un electrolito.
- Medir un evento bioeléctrico  Bajas densidades de corriente
- Estimular un tejido excitable  Altas densidades de corriente
Electrodos

24. Indice
24
• El electrodo consiste de
átomos de un metal C. El
electrolito es una solución
acuosa que contiene cationes
(iones positivos) del electrodo
metálico C+ y aniones (iones
negativos) de la solución
acuosa A-.
Interfase electrodo-electrolito
Electrodos
• La interfase electrodo-electrolito puede ser modelada como una
fuente de tensión continua (DC), un capacitor y una resistencia.

25. Indice
25
• El potencial desarollado en la interfase electrodo-electrolito se
denomina “potencial de media celda”
Potencial de electrodo
Electrodos
• Este potencial depende del metal usado en el electrodo y de la
solución usada en el electrolito.
• Este potencial varía también con la temperatura.
• En los electrodos usados comúnmente en Bioinstrumentación,
este potencial de DC es mucho mayor que la amplitud de la
señal a medir, por lo que debe ser eliminado o filtrado.

26. Indice
26
Potencial de electrodo
Electrodos

27. Indice
27
• Además del potencial de media celda, cada electrodo tiene una
impedancia asociada a los materiales de la interfase y área del
electrodo.
Impedancia de electrodo
Electrodos
• Warburg propuso un modelo simplificado de la interfase electro-
electrolito basado en un circuito RC en serie con un potencial E
• Este modelo presenta el inconveniente de que la impedancia es
infinita para f=0. Ello no ocurre en la práctica, por lo que se
agrega una resistencia Rf en paralelo

28. Indice
28
Electrodos

29. Indice
29
• La medida de los potenciales bioeléctricos en un sujeto requiere
de dos electrodos.
Electrodos sobre un sujeto
Electrodos

30. Indice
30
• El amplificador de un equipo registrador de eventos bioeléctricos
debe medir el potencial bioeléctrico sin drenar corriente.
Impedancia de entrada del amplificador
Electrodos
• Para ello, la impedancia de entrada (Zin) del amplificador debe
ser mucho más alta que la impedancia del electrodo en todo el
rango de frecuencia del evento bioeléctrico.
• Si la Zin no es alta, se produce distorsión en la señal medida:
- Reducción en amplitud del evento eléctrico.
- Se modifica la morfología de la señal, debido a que la amplitud y fase
son diferentes para cada componente espectral.
- La impedancia no será lineal y dependerá de la amplitud del evento
bioeléctrico
• Dado que la impedancia del electrodo varía en forma inversa
con el área del mismo, para microelectrodos se requiere usar
amplificadores con altísima impedancia de entrada.

31. Indice
31
• MICROELECTRODOS  Para medir potenciales bioeléctricos
cerca o dentro de una célula.
Tipo de electrodos
Electrodos
• SUPERFICIALES  Para medir potenciales ECG, EEG y EMG
en la superficie de la piel.
• PERCUTÁNEOS  Atraviesan la piel para registrar potenciales
EEG en una región específica del cerebro o
potenciales EMG en un músculo

32. Indice
32
Electrodos Superficiales
Electrodos
• Electrodos de placa y disco.
• Electrodos de succión.
• Electrodos huecos o flotantes.
• Electrodos flexibles.
• Electrodos secos.
- Los electrodos superficiales se clasifican en
- Registran los potenciales directamente en la superficie corporal,
por lo que no son invasivos.
- Para obtener un buen registro con bajo nivel de ruido debe
reducirse la impedancia electrodo-piel.
1) Afeitar la zona y limpiar con alcohol hasta enrojecer la piel
2) Fijar correctamente el electrodo para reducir los artefactos de
movimiento

33. (a) Electrodo de
placa de metal
utilizado para su
aplicación a las
extremidades.
(b) Electrodo de
disco de metal
aplicado con cinta
quirúrgica.
(c) Electrodos desechables en forma de disco, utilizados con equipos de
monitorización electrocardiográfica.
Electrodos de placa y de disco
Electrodos
33

34. Electrodo metálico de succión (utilizado en las derivaciones
precordiales de los electrocardiógrafos).
Electrodos de succión
Electrodos
34

35. Estos electrodos ofrecen mayor estabilidad al movimiento.
Anillo de cinta
adhesiva
Empaquetado
para
aislamiento
Disco de metal
Gel electrolito en reposo
(a)
(b)
Ag-AgCl Agarre externo
Copa plástica
Placa
Disco plástico
Soporte
aislante Lazos capilares
Material celular muerto
Capa en germinación
Esponja protegida por Gel
Electrodos huecos o flotantes
Electrodos
(a) Electrodo con
estructura de
sombrero de
copa.
(b) Electrodo
desechable
35

36. Electrodos huecos o flotantes
Electrodos
36

37. a) Electrodo de carbono
rellenado con goma de
silicona.
b) Electrodo neonatal de
película fina.
c) Vista en sección del
electrodo de película
fina en b).
Electrodos flexibles
Electrodos
37
- Estos electrodos combinan adhesivo, electrolito y electrodo en una única
estructura.
- Se ajustan a la estructura corporal
- Uso en ECG y EMG

38. Electrodos Secos
Electrodos
38
- No usan gel ni electrolitos
- Están basados en semiconductores
http://www.orbitalresearch.com/Medical/dry-electrodes-intro.htm

39. Electrodos Secos
Electrodos
39
http://www.orbitalresearch.com/Medical/dry-electrodes-solution.html

40. - Atraviesan la piel del paciente (son invasivos).
Electrodos Percutáneos
Electrodos
40
- Al estar directamente en contacto con la zona a estudiar, se registran
potenciales de mayor amplitud.
- Son menos susceptibles a los artefactos de movimiento por lo que los registros
tienen menos ruido.
- Se usan en aplicaciones de EEG y EMG.

41. a) Electrodo de aguja aislada.
b) Electrodo Coaxial de aguja.
c) Electrodo Bipolar coaxial.
d) Electrodo de alambre fino
conectado a una aguja hipodérmica
antes de ser insertado.
e) Vista en corte seccional de la piel y
el músculo que muestra la
colocación del electrodo de
alambre fino.
f) Vista en corte seccional de la piel y
el músculo que muestra la
colocación del electrodo aislado de
alambre fino.
Electrodos de aguja y profundos
Electrodos
41

42. (a) Electrodo de
Succión.
(b) Vista en sección
de un electrodo de
succión en su
ubicación, que
muestra la
penetración del
dispositivo a través de
la epidermis.
(c) Electrodo en
forma de hélice que
es acoplado a la piel
del feto mediante una
acción de atornillado.
Electrodos para electrocardiografía fetal
Electrodos
42

43. (a) Electrodo de
lazo de alambre.
(b) Electrodo de
esfera de plata
para potenciales
corticales.
(c) Electrodo
multielemento
profundo.
(d) Electrodo para
marcapasos
Electrodos
43
Electrodos Implantables

44. Ejemplos de arreglos de electrodos:
(a) Arreglo de electrodos unidimensional
(b) Arreglo bidimensional, y
(c) Arreglo tridimensional
Tines
Base
Exposed tip
Contacts
Insulated leads
(b)
Base
Ag/AgCl electrodes
Ag/AgCl electrodes
Base
Insulated leads
(a)
Contacts
Electrodos
Arreglo de electrodos
-Se usan para sensar varios potenciales
simultáneamente
- Se usan en ECG y EEG
44

45. - Son electrodos usados para estudiar la actividad eléctrica de una celula.
Microelectrodos
Electrodos
45
- Deben tener dimensiones más pequeñas que la celúla a estudiar (ej: una
célula cardíaca tiene un diámetro de 20 µm, por lo que el electrodo
intracelular tiene una diámetro de 2 µm).
- Se requiere equipos complejos para su inserción en la célula así también
amplificadores especiales (con altísima impedancia de entrada).
- Se usan en aplicaciones de investigación.

46. Estructura de un microelectrodo de metal para toma de muestras intracelular.
Electrodos
Microelectrodo Metálico
46

47. (a) Microelectrodo metálico
aislada con vidrio.
(b) Microelectrodo de lámina
metálica y alma de vidrio
Microelectrodo metálico
Electrodos
47

48. Circuito equivalente de microelectrodo
metálico
(a) Electrodo situado en una célula que
muestra el origen de microcapacitancia.
(b) Circuito equivalente.
(c) Simplificación del circuito
equivalente.
Metal rod
Tissue fluid
Membrane
potential
N
C
B
B
Emp
Membrane
and
action
potential
Cma
Rma
Cd + Cw
Ema - Emb
E
0
A
(a)
N = Nucleus
C = Cytoplasm
(b)
(c)
B
A
A
Reference
electrode
Rmb
Rma
Emb
Ema
Emp
Ri Re
Cmb
Cma
Cdi
Cd2
Rs Cw
Insulation
Cd
Cell
membrane
+
+ +
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+ −
− − −
−−
−
−
−
−
−
− −
−
−
−
−
−
−
−
−
−
48
Electrodos

49. El metal del electrodo no está en contacto con la célula sino a través de una
solución electrolítica
(a) Sección que muestra
capilar de vidrio.
(b) Capilar estrechado
mediante calentamiento y
compresión.
(c) Estructura final del
microelectrodo pipeta de
vidrio.
Micropipeta de vidrio
Electrodos
49

50. Circuito equivalente de un electrodo micropipeta
de vidrio
(a) Electrodo situado en una célula que muestra el
origen de la microcapacitancia distribuida.
(b) Circuito equivalente.
(c) Simplificación del circuito equivalente.
Ema
Rma
Rt
Ri Re
(b) Emp
Emb
Rmb
Cmb
Ej
Et
Cma
Cd
A B
Rt
Em
A
B
Membrane
and
action
potential
(c)
Emp
Em = Ej + Et + Ema- Emb
Cd = Ct
0
Cell
membrane
Tip
+
−
+
−
+
+
+
−
−
+ −
−
+ −
+
−
+ + + + +
− − − − −
+
+
+
−
−
−
+
−
−
+
+
+
+
−
−
−
Taper
Internal electrode
Glass
A B
To amplifier
Electrolyte
in
micropipet
Stem
(a)
Reference
electrode
Cell membrane
Cytoplasm
N = Nucleus
N
Environmental
fluid
Cd
50
Electrodos

51. (a) Electrodo múltiple en forma de abanico.
(b) Multielectrodo de silicona
(c) Electrodo Multiple-cámara
(d) Electrodo para nervio periférico
Bonding pads
Si substrate
Exposed tips
Lead via
Channels
Electrode
Silicon probe
Silicon chip
Miniature
insulating
chamber
Contact
metal film
Hole
SiO2 insulated
Au probes
Silicon probe
Exposed
electrodes
Insulated
lead vias
(b)
(d)
(a)
(c)
51
51
Electrodos
Microelectrodos basados en tecnología microelectrónica

52. Indice
52
PROBLEMÁTICA DE LA ADQUISICIÓN
DE LAS SEÑALES BIOELÉCTRICAS
• El principal problema de la adquisición de las señales
bioeléctricas proviene de los valores de amplitud y frecuencia
de las mismas.
- Ruido blanco
- Interferencia de línea
- Ruido electrofisiológico
Origen externo
Origen interno
• Dichas amplitudes son pequeñas y a menudo se encuentran
contaminadas de ruido que incluso puede ser superior al valor
de la propia señal.
• Diferentes fuentes de ruido contaminan usualmente las señales:
Ruido