CAPÍTULO 4MATERIALES Y MÉTODOS4.1 PlanteamientoPara la realizacion del proyecto SASCER (Sistema de Adquisicion de SenalesCerebrales) se dividio en tres segmentos, la primera es la adquisicion de la senalcerebral, conversion analogico-digital e interfaz de usuario. El sistema digital para laadquisicion de la senal cerebral se muestra en el siguiente diagrama de bloques (figura4.1).

4.2 Adquisición de la señal por medio de electrodosPara la captacion de actividades bioelectricas cerebrales se realizo sobre el cuerocabelludo, para una mejor captura se recomienda que la persona se haya lavado conjabon neutro y no se aplique ningun quimico.

4.2.1 ElectrodosEs importante el uso de los electrodos adecuados para lograr obtener una senalmas pura. Se implementara electrodos adheridos para la adquisicion de la senal, este tipode electrodo tiene forma de un disco con un diametro de 5 mm y esta elaborado con oro.Son adheridos con pasta conductora (Ten 20). Aplicados correctamente dan unaresistencia baja entre 1 y 2 KOhms. [3]: Figura 4.2.

24Figura 4.2. Electrodos adheridos[16].

4.2.2 Pasta conductora Ten 20La pasta conductora que se implemento fue Ten 20, esta pasta permite adquirirmejor la senal cerebral reduciendo el ruido y aumentando la capacidad de captacion delos electrodos.

4.2.3 Colocación de los electrodos y sistema 10-20La tecnica a utilizar sera “registro de referencia” ya que el sistema esta disenadopara implementar solo una referencia para todos los canales.El sistema internacional 10-20 es importante porque fue disenado para elmuestreo optimo de los lobulos del cerebro y sobre este sistema se basara la colocacionde los electrodos. Para el montaje de este sistema se procede de la siguiente manera:El primer punto sera la mitad (50%) de la distancia entre la nasion y el inion, que

representa uno de los marcadores del vertex. Las otras dos mediciones son dos puntosque quedan por encima del nasion (Fp) y del inion (O), que constituyen cada uno deellos el 10% de la medicion sagital total [4].Tomando a lo largo de la distancia medida entre la parte anterior del oido externo ypasando por el vertex se coloca los puntos centrales C3 y C4 y los puntos temporales T3y T4 a 20% y 40 % respectivamente, sobre la linea coronal a partir de Cz.La medicion horizontal se obtiene por separado en ambos lados de la cabeza. Se extiendedesde Fp, atravesando el punto que queda por encima de la parte anterior del oído externo (T3 o T4) hasta el punto O.4.3 Amplificación y FiltradoEn la area de amplificacion se implementa bioamplificadores INA118, enencapsulado SO-8, dip plastico de 8 pines. Para el filtrado se utiliza filtros MAX295 tipobutterworth y cuenta con un desplazamiento de fase tipico y la ganancia estan en menosdel 0.5%. El tipo de encapsulado es SO-8, dip plastico de 8 pines. Asi como tambien sedescriben las posibles interferencias que se pueden estar adquiriendo.4.3.1 Amplificador de instrumentación INA118Un amplificador de instrumentacion es un dispositivo compuesto poramplificadores operacionales. Su diseno permite tener una alta impedancia de entrada yun alto rechazo al modo comun (CMRR), esta propiedad permite que el los Voltajes deModo Comun sean eliminadas por el amplificador de instrumentacion, ya que ladiferencia de los voltajes sera idealmente cero. Estas senales no contienen informacionutil en las mediciones deseadas, por lo tanto, nuestra salida actuara como un filtro pararuidos comunes que sean iguales en ambas senales, como el ruido de AC de la redpublica de energia electrica. Para la realizacion del sistema de adquisicion, se utilizara elamplificador INA118.Las caracteristicas principales del amplificador de instrumentacion INA118 son:➢ Baja tension OFFSET: maxima 50 micro Voltios.➢ Amplio suministro: }1.3 a } 18 V� �➢ Corriente en reposo: 350 micro amperes.

➢ Ganancia ajustable hasta 10 000➢ Relacion de rechazo en modo comun CMRR de 110 dB como minimo, ideal parareducir el ruido de AC.El proyecto constara de tres amplificadores instrumentales INA118 con unaganancia ajustable de 10 hasta 40 para cada uno. Para poder calcular la ganancia delamplificador el fabricante da una formula:

Para poder utilizar el INA118 con una ganancia de 10 se tiene que ajustar laresistencia Rg a 5.56 K . La importancia de tener una ganancia de 10 es para que elruido que pueda llegar a pasar a traves de la senal no sea amplificada y se pueda perderla senal cerebral, debido a que estas senales se encuentran en rangos de micro-voltios.

De esta manera aplicando un filtrado despues de cada etapa de amplificacion, se lograrareducir el ruido lo mas posible y se tendra una senal cerebral mas pura.A continuacion se muestra un ejemplo utilizando el amplificador deinstrumentacion, en la figura 4.5 se muestra el esquematico del INA118 y suconfiguracion tipica; en la figura 4.6 se muestra el resultado de la simulacion, dando unvoltaje de entrada tipo sinusoidal de 100 mV con una ganancia de 10 unidades.

4.3.2 Filtro pasa bajas de 8ᵒ orden MAX295El proceso de filtrado nos separara las senales en base a su frecuencia, esteproceso consiste en seleccionar senales que contengan las frecuencia de interes para elsistema de instrumentacion [17].Un filtro pasa bajas permite el paso de una banda especifica de frecuencias. La

banda de frecuencias es llamada banda de paso, permitiendo el paso a frecuencias desdecero hertz (DC) hasta una frecuencia FH. En frecuencias superiores a FH, se obtiene unaatenuacion de voltaje de salida pero a una frecuencia especifica como FS.El sistema cuenta con tres filtros PB MAX295 para eliminar el ruido yfrecuencias mayores a 33 Hz, las caracteristicas principales de este filtro son:

Filtro pasa bajas de 8vo orden Butterworth.Rango de frecuencias ajustable de 0.1 Hz hasta 50 KHz.Bajo ruido, -70 dB

Opera con fuentes de 5 Voltios.La configuracion tipica del filtro MAX295 se muestra en la figura 4.7.

Para ajustar la frecuencia de corte tenemos que colocar capacitores en la entradade CLK. Para poder calcular el valor de capacitancia tenemos la siguiente ecuacion. Enla figura 4.8 se muestra el esquematico del filtro.

4.3.3 InterferenciasCuando se realizan mediciones de senales biomedicas es comun que se tenganinterferencias producidas por capacitancias, inductancias y por posibles componenteselectronicos del sistema de adquisicion de la senal. No existe alguna solucion paraeliminar las interferencias producidas a causa de los componentes electronicos, pero serecomienda utilizar filtros para limitar estas frecuencias. [18]:Las interferencias capacitivas que pueden alterar las mediciones son lasgeneradas por el sujeto de muestra con relacion a la red publica de energia electrica (Cr)y la producida entre el sujeto de muestra y el equipo de medicion (Cm), figura 4.9. Estascapacitancias pueden llegar a tener una magnitud de Cr=200 pF y Cm=3.3nF sutension puede variar hasta los 2.5 voltios con respecto a tierra, estas capacitanciaspueden ser reducidas hasta los valores de Cr=2 pF yCm=520 pF utilizando bateriaspara alimentar al sistema de adquisicion, enotras palabras, cuando se aisla a la persona

(sujeto de muestra) de la red de energia

electrica.

Las interferencias producidas por

inductancias es normalmente a causa de los

cables de los electrodos; estos cables

funcionan como antenas capaces de captar

ondas electromagneticas, estas se pueden

minimizar realizando un trenzado con los mismos cables para reducir en lo mas posible estas interferencias.Otro tipo de interferencia son las causadas por una mala limpieza en el cuerocabelludo, el sujeto a prueba tiene que lavar su cabeza con jabon neutro ycompletamente seco al momento de realizar el muestreo. Tambien tiene que portar el

sujeto de prueba ropa cien por ciento de algodon ya que la ropa sintetica puede colocarmucho ruido en nuestra senal.El lugar donde se realiza la adquisicion de la senal cerebral, tiene que estar en sumayoria aislado, ya que los componentes electronicos encendidos provoca que laadquisicion tenga mas ruidos que la misma senal del cerebro.

4.4 Sumador-DivisorLos voltajes que el sistema de adquisicion de la senal que arrojara se encuentranen un rango de -5 voltios a +5 voltios, por lo cual el PIC12F675 no podra leer este rangode voltajes. El circuito Sumador-Divisor sumara cinco voltios a la senal cerebraladquirida, asi se lograra obtener una senal positiva con rango de 0 (cero) a 10 voltios,por ultimo, se realiza una division de voltaje para obtener la senal original de 0 a 5

voltios.Se recomienda que R1=R2=R3=10 K ohms y calculamos R4=¿ ? , paradeterminar el valor de R4 realizamos los siguientes calculos.

En la ecuacion 4.4 podemos calcular el voltaje que existe en la entrada positivadel amplificador, de esta manera podemos sustituir V E en la ecuacion 4.5 para poderdeterminar la resistencia R4 . Debemos de considerar que el voltaje de salida tiene queser mayor que V E y menor a V EC . La constante esta limitada a pocos valores,esto es porque si damos un valor mas alto el voltaje de salida no sera un valor deseado, si

damos un valor de 0 la division sera un error, puesto VO−V E de la ecuacion 4.5, daracero.

4.5 Convertidor Analógico-Digital PIC12F675Para lograr convertir la senal analogica a una senal digital se utilizo elPIC12F675 de Microchip (ocho pines), el cual contiene cuatro canales configurables deentrada de ADC, una entrada de voltaje de referencia y posee una resolucion de 10 bits.A continuacion se muestra el diagrama de bloques del ADC del microcontroladorutilizado en el proyecto, figura 4.12.