UNIVERSIDAD NACIONAL DE SAN AGUSTIN DE AREQUIPAFACULTAD DE INGENIERIA DE PRODUCCION Y SERVICIOSESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERIA ELECTRONICA

CURSO:INGENIERA BIOMDICA

TURNO:Mircoles 7:00 9:00 am

DOCENTE:ING. NANCY ORIHUELATEMA: ELECTROOCULOGRAMA EOG (INFORME FINAL)

DESARROLLADO POR:

Cervantes Castro, Alonso Alfredo 20090983

Arequipa, Noviembre 2014

CONTENIDO:

INTRODUCCIN EOG Y APLICACIN. ()GENERACIN DE LA SEAL ELECTROOCULOGRFICA. ()EL EOG. ()MOVIMIENTOS OCULARES. ()QU MIDE EL EOG?.............................................................................. ()APLICACIONES DEL EOG.()DIAGRAMA DE BLOQUES DEL SISTEMA..()ESPECIFICACIONES TCNICAS GENERALES.()ELECTRODOS, DISPOSICIN Y CARACTERSTICAS.. ()DISPOSICIN DE LOS ELECTRODOS. ()IMPEDANCIA DE LA INTERFAZ PIEL ELECTRODO. ()CARACTERSTICAS DE LA SEAL DEL EOG.. ()CARACTERSTICAS PRINCIPALES DE LA SEAL DEL EOG.. ()ESQUEMTICO COMPLETO ELECTRODOS HASTA OSCILOSCOPIO LEDs.. ()PLACAS IMPRESAS DATOS.. ()FORMA SEAL OSCILOSCOPIO ()RESULTADOS COMPARADOR CANAL HOR. VERT. ()FOTOS PLACA Y SISTEMA. ()DATA SHEETS CI EN GENERAL. ()BIBLIOGRAFA.. ()

1. INTRODUCCIN EOG Y APLICACIN

Los potenciales bio-elctricos del cuerpo humano no son determinsticos, es decir sus magnitudes pueden variar en el tiempo y operan dentro de un rango variable aunque todos los factores estn controlados. Los valores pueden variar de un individuo a otro de forma significativa aunque estos estn completamente sanos y las condiciones de adquisicin sean las mismas. El principal problema en la captacin de las seales bio-elctricas viene dado por que stas tienen un valor muy pequeo en comparacin con otro tipo de seales elctricas con las que se acostumbra a trabajar en electrnica y el hecho que estn limitadas a un rango muy preciso de frecuencia. Estos dos factores hacen que a menudo se encuentren contaminadas de ruido que enmascara la seal al ser de amplitud muy superior al de la propia seal que se quiere registrar. En las prximas pginas de este informe final del EOG se dar una concisa explicacin de los mecanismos de generacin de bio-potenciales en el ojo humano, para tener toda la informacin posible con la que realizar el diseo del aparato, y veremos con ms detalle cuales son los problemas de captacin, centrados sobre la obtencin de la seal de EOG, y las estrategias de diseo que podemos seguir para eliminarlos o atenuarlos lo suficiente para que no entorpezcan la adquisicin de la seal sin daar informacin til.1.1 GENERACIN DE LA SEAL ELECTROOCULOGRFICA

El ojo es un rgano extremadamente complejo donde la principal fuente de seal bioelctrica se centra en la retina. sta est compuesta por millones de neuronas que tambin son llamadas fotorreceptores. Hay dos tipos de fotorreceptores especializados, los conos y los bastones; los conos para visin diurna y cromtica y los bastones para la nocturna. Los fotorreceptores son clulas de forma alargada polarizadas, en cuanto su forma y funcin, y segmentadas en subregiones sobre la retina con diferente papel funcional. Para el objeto del presente proyecto no interesa su fisiologa ni su funcionalidad pero existen diferencias de polarizacin entre ellas que pueden afectar al resultado del EOG. Los dos tipos de receptores tienen distinta sensibilidad elctrica a la luz y su polarizacin puede variar segn la intensidad de la luz con la que son excitados. A grandes rasgos, y sin entrar en la fotoqumica de estas clulas, en el fotorreceptor fluye una corriente elctrica continua desde el segmento interno al segmento externo por el exterior de la membrana celular y del segmento externo al interno por el interior. Dado que esta corriente es mxima cuando la retina no est iluminada directamente, est en reposo, se le ha denominado como corriente oscura.

Corriente oscura en los fotorreceptores.Detalle de los fotorreceptores presentes en la retina y la polarizacin de su membrana generando la corriente oscura (en rojo).

A esta corriente oscura se asocia un gradiente constante de potencial. La capa de fotorreceptores externa, formada por el segmento externo de la clula que sobresale de la retina, es negativa en relacin con la superficie posterior de la retina denominada banda sinptica, donde se realiza la sinapsis entre el fotorreceptor y el nervio ptico, que tiene un valor positivo. La diferente concentracin de clulas en uno u otro lado de sus membranas celulares constituyen un diferencial de potencial que genera un campo elctrico que puede ser registrado. Como resultado se puede considerar el globo ocular como un dipolo donde la parte posterior del ojo es electronegativa respecto la zona de la crnea que sera electropositiva. Este potencial ha sido registrado mediante la colocacin de un electrodo en la crnea y otro en la parte posterior del ojo. En reposo existe una diferencia de potencial de 6mV entre la parte delantera del ojo y la posterior.

Dipolo elctrico Ocular. Disposicin de las cargas a lo largo de la retina.

1.2 EL EOG

El potencial del dipolo formado por el globo ocular puede ser medido a una cierta distancia mediante electrodos mdicos colocados sobre la piel en las cercanas del globo ocular. Con dos electrodos colocados sobre las sienes de un paciente, se puede registrar los movimientos horizontales del ojo. Cuando los ojos giran hacia uno de estos electrodos, el electrodo adquiere una polarizacin ms positiva respecto al electrodo del cual los ojos se alejan, que adquiere un potencial ms negativo. Esta diferencia de potencial se puede medir como una seal diferencial del movimiento de los ojos y su posicin. Este es el principio elctrico generador de la tcnica del EOG. Se define el EOG como: Un examen que consiste en colocar pequeos electrodos cerca de los msculos de los ojos para medir el movimiento de stos. Este examen es utilizado en la polisomnografa.En condiciones habituales existe una diferencia de potencial de aproximadamente de 0,4 a 5 mV entre la crnea y la membrana de Bruch situada en la parte posterior del ojo.El origen de esta diferencia se encuentra en el epitelio pigmentario de la retina y permite considerar la presencia de un dipolo, el cual puede ser representado por un vector cuyo brazo coincide con el eje anteroposterior del globo ocular, donde la crnea corresponde al extremo positivo y la retina al extremo negativo de dicho dipolo.Ahora bien, el potencial producido por este dipolo es susceptible de ser registrado a travs de sistemas de registros tanto unipolares como bipolares, mediante la colocacin de electrodos en la piel cercana al ojo. Al medir el potencial producido por un dipolo, la magnitud (voltaje) y polaridad del potencial registrado dependern, en gran medida, de la angulacin del dipolo con respecto a los electrodos pertenecientes a dichos sistemas de registro.Debido al carcter esfrico del dipolo ocular y la simetra de los ojos, el mismo principio es aplicable para captar los movimientos Verticales.

Captacin del EOG. a) Potencial del dipolo ocular respecto al movimiento de los ojos. b) Polarizacin de los electrodos.1.3 MOVIMIENTOS OCULARES

Existen cuatro tipos de movimientos oculares, cada uno controlado por un sistema neural distinto pero que comparten la misma va final comn, las neuronas motoras que llegan a los msculos extra oculares:

1. Los movimientos sacdicos: movimientos sbitos y enrgicos de tipo espasmdico, ocurren cuando la mirada cambia de un objeto a otro. Colocan nuevos objetos de inters en la fvea y disminuyen la adaptacin en la va visual, que podra ocurrir si la mirada se fijara en un solo objeto por perodos prolongados.2. Los movimientos suaves de persecucin (de bsqueda): movimientos oculares de seguimiento que se producen cuando se observa un objeto en movimiento.3. Los movimientos vestibulares (movimientos de ajuste): ocurren como respuesta a estmulos iniciados en los conductos semicirculares, para mantener la fijacin visual mientras se mueve la cabeza.4. Los movimientos de convergencia: aproximan los ejes visuales entre s cuando se enfoca la atencin en objetos cercanos al observador.Aun cuando una persona se fije en un objeto estacionario, sus ojos no estn inmviles, sino que exhiben muy pequeos movimientos involuntarios. Hay tres tipos de movimientos involuntarios: vibracin, saltos lentos y golpeteos.1. Vibracin: una serie de pequeas vibraciones de los ojos entre 30-80 Hz (ciclos/s).2. Saltos lentos: movimientos involuntarios que resultan en movimiento de saltos de los ojos; estos saltos significan que aunque los objetos estn estacionarios, la imagen salta a travs de la fvea.3. Movimientos de golpeteo (microsacdicos): como la imagen salta en el extremo de la fvea, el tercer mecanismo involuntario causa un reflejo de salto del globo ocular de tal manera que la imagen es proyectada nuevamente hacia la fvea.1.4 QU MIDE EL EOG?

La retina tiene un potencial bio-elctrico de reposo, de carcter electronegativo respecto a la crnea. De este modo, los giros del globo ocular provocan cambios en la direccin del vector correspondiente a este dipolo elctrico.

El EOG es la tcnica que nos permite medir las variaciones elctricas que se producen en el ojo al realizar un movimiento ocular sacdico.

1.5 APLICACIONES DEL EOG

Los resultados del EOG no deben interpretarse aisladamente ya que en la mayora de los casos van asociadas a alteraciones del ERG (Electrorretinograma de Campo Difuso). Podemos encontrar grados variables de alteracin del EOG en distrofias de foto receptores, cegueras nocturnas estacionarias congnitas y en diversas patologas inflamatorias o vasculares con afectacin extensa de la retina. Sin embargo, encontramos una especial utilidad del EOG en el diagnstico de distrofias del EPR, como la enfermedad de Best o la enfermedad de Stargardt con fundus flavimaculatus, y en el diagnstico precoz de toxicidad retiniana por medicamentos.

a) Distrofias del EPR: A pesar de que los hallazgos oftalmoscpicos en la enfermedad de Best se centran en la regin macular, se trata de una afectacin difusa del EPR que presenta un cociente de Arden muy reducido en presencia de ERG normal. Esta disociacin ERG/EOG constituye el diagnstico de la enfermedad incluso en familiares portadores sin hallazgos oftalmoscpicos.

b) Toxicidad medicamentosa: antipaldicos de sntesis, vigabatrina, didanosina, deferoxamina y neurolpticos como la clorpromazina o la tioridazina son frmacos que han demostrado efectos txicos sobre la retina en algunos pacientes con tratamientos prolongados. El EOG puede presentar anomalas en estados preclnicos de intoxicacin, siendo un arma valiosa para indicar la interrupcin o reduccin del tratamiento.

Sin embargo, encontramos una especialidad utilidad del EOG en: Diagnstico de distrofias del Epitelio Pigmentario Retinal: Enfermedad de Best Enfermedad de Stargardt

Diagnstico precoz de toxicidad retiniana por medicamentos.

Diagnstico de enfermedades relacionadas con la alteracin el sueo: Narcolepsia Sndrome de apneas obstructivas durante el sueo Trastorno de conducta durante el sueo REM

2. DIAGRAMA DE BLOQUES DEL SISTEMA

ELECTRODOSFILTRO PASA-ALTOAMPLIFICADOR DE INSTRUMENTACIONFILTRO NOTCH

FILTRO PASA-BAJOAMPLIFICADOR

ADQUISICION

PROCESAMIENTO

SISTEMAS DE OP-AMPS (COMPARADORES)

VISUALIZACION

LEDSSISTEMAS DE OP-AMPS (COMPARADORES)

3. ESPECIFICACIONES TCNICAS GENERALES

3.1 ELECTRODOS, DISPOSICIN Y CARACTERSTICAS

Para el registro del movimiento vertical y horizontal se utilizan un total de 5 electrodos, 4 para el registro directo de la seal del EOG y uno de referencia.

Para el registro horizontal, tambin llamado derivacin horizontal (DH), se sitan electrodos en las sienes. Para la derivacin vertical (DV) slo hay que cambiar la posicin de los electrodos, colocando uno en la parte superior del ojo (sobre la ceja) y el otro en la parte inferior del mismo ojo (bajo el prpado inferior) como se puede apreciar en la figura.

La diferencia de potencial en la DH, electrodos A-B, ser proporcional al movimiento horizontal de los ojos mientras que la DV, electrodos C-D, lo es respecto a la desviacin vertical de la mirada. El electrodo E es el de referencia. La seal del EOG vara aproximadamente en 20 V por cada grado de desviacin del ojo, siendo esta relacin lineal en movimientos angulares absolutos de hasta 30 de arco, con un error inferior a 2.

En las pruebas de EOG se suelen utilizar electrodos flotantes de Ag-AgCl y un gel electroltico como puente entre la piel y el electrodo a fin de minimizar las interferencias causadas por movimientos o rozamientos de los electrodos contra la piel de fuerte componente DC. As, las condiciones de adquisicin se mantienen estables mientras el puente de electrolito mantenga el contacto entre la piel y el electrodo. El intercambio In-electrn se realiza entre el electrodo y el gel resultando en un potencial conocido como potencial de media celda.

3.2 DISPOSICIN DE LOS ELECTRODOS

Los electrodos A-B forman la derivacin horizontal (DH), para el registro horizontal, mientras que los electrodos D-C forman la derivacin vertical (DV), para el registro vertical. El electrodo E es de referencia.Aunque se disponga de un gel electroltico entre la piel y el electrodo existen potenciales DC presentes en la seal que debe ser considerado en la eleccin de la ganancia del amplificador, sobre todo en la etapa preamplificadora o front end. Este offset en continua es generado por el electrodo y debe ser inferior a 300 mV para no saturar el amplificador. Existen electrodos mdicos comerciales que garantizan la generacin de un offset inferior a los admitidos por los estndares mdicos sobre equipos biomdicos, aunque es un dato a tener en cuenta en caso de que las condiciones de captacin sean adversas, pacientes poco cooperativos, etc. Por otro lado, se recomienda que los electrodos se apliquen directamente con el gel sobre la piel, sin ayuda de parches drmicos adhesivos, para no aumentar la distancia al globo ocular y limitar los offsets que estos parches pueden generar. Unos electrodos de cucharilla, como los utilizados en los electroencefalogramas (EEG), son los ms adecuados.

3.3 IMPEDANCIA DE LA INTERFAZ PIEL ELECTRODO

La impedancia de entrada al EOG debe ser lo suficientemente alta para transmitir correctamente la seal pero no tan alta como para atenuar significativamente sta. Cada interfaz piel-electrodo tiene una impedancia finita que puede variar segn muchos factores, temperatura de la piel, superficie de contacto del electrodo, piel grasa, etc.La impedancia de la piel puede ser reducida por abrasin mecnica. La parte ms externa de la piel, el Stratum Corneum, donde se concentran las clulas muertas y resecas de la piel, tiene una alta resistencia y efectos capacitivos. Para un 1 cm de piel, la impedancia del Stratum Corneum puede variar entre 200K a 1Hz a 200 a 1MHz. La preparacin por abrasin de la piel puede reducir esta impedancia de 1 a 10K a 1Hz.

Interficie Piel-Electrodo generada por dos electrodos. Las capas de la piel generan una impedancia entre los dos electrodos (R); Cada electrodo tiene asociada una impedancia reactiva, Ze.El estndar para la electrooculografa clnica (Draft V50) del ISCEV (International Society for Clinical Electrophysiology of Vision), indica que la impedancia entre cada par de electrodos no debe superar los 5k, medido con un tester mdico de impedancia de electrodos.

3.4 CARACTERSTICAS DE LA SEAL DEL EOG

Debido al alejamiento de los electrodos de la crnea, la impedancia de la piel y otros factores, el potencial registrado se ve atenuado y la seal del EOG oscila entre los 250 y 1000 V. El rango de frecuencias de la seal del EOG va de los 0 (cc.) a los 100Hz. Aunque los movimientos sacdicos se concentran en torno a los 30Hz. [ISCEV, 06] La seal tiene, idealmente, una forma cuadrada para los movimientos sacdicos y estticos (posicionamiento de la mirada), y forma de sierra cuando se efectan movimientos de seguimiento (MOL).

3.5 CARACTERSTICAS PRINCIPALES DE LA SEAL DEL EOG

Aunque la mayor cantidad de informacin se obtiene en acoplamiento DC del amplificador para el registro de las scadas, se recomienda que el amplificador tenga un acoplamiento AC alternativo que elimine la componente DC cortando a 0.01Hz el ancho de banda de la seal para el registro sacdico, ya que se pueden dar altos offsets de entrada por la polarizacin de los electrodos o el movimiento de estos. En pacientes con Ataxia se pueden dar movimientos involuntarios espasmdicos que dificulten el registro, por ejemplo. Para el acoplamiento DC deber emplearse tcnicas de compensacin de offset que atenen o eliminen el producido por los electrodos.

Acoplamiento DC y AC. Si se corta a una frecuencia superior a 0.5Hz pueden aparecer sobre-picos que enmascaren scadas involuntarias, dificultando la identificacin de las mismas.

En el registro AC aparece una pendiente entre scadas con un sobre-pico en su origen que puede ser confundida con un pico sacdico involuntario, si se aumenta la frecuencia de corte por encima de los 0.5Hz, el sobre-pico puede ser muy importante y dificultar la identificacin de las scadas involuntarias [ISCEV, 06]. As es conveniente que el acoplamiento AC del amplificador se realice con un filtro pasa altos con frecuencia de corte entre 0.01 0.5Hz.

La parte ms importantes es la captacin del EOG, compuesto por un amplificador de biopotenciales, que amplifica la seal y delimita al ancho de banda necesario para la correcta adquisicin de la seal electrooculogrfica.

Amplificador Biopotenciales. Esquema de un amplificador de EOG bsico.

4. ESQUEMTICO COMPLETO ELECTRODOS HASTA OSCILOSCOPIO LEDs

Canal 1 - Vertical (Amplificador de Instrumentacin, Filtro Pasabajo, Filtro Pasaalto, Filtro Notch, Amplificador final)

Circuito Esquemtico Canal Vertical (Diseo en EAGLE)

Canal 2 - Horizontal (Amplificador de Instrumentacin, Filtro Pasabajo, Filtro Pasaalto, Filtro Notch, Amplificador final)

Circuito Esquemtico Canal Horizontal (Diseo en EAGLE)

Comparador (Usando Op Amp TL074 y diodos LED)

5. PLACAS IMPRESAS DATOS

Despus de haber realizado el respectivo diseo de los circuitos esquemticos en el EAGLE, podemos realizar el trazado de pistas o Layout en el mismo software. Como las etapas de comparacin y visualizacin no se harn de forma fsica, porque se usar el software LabView, entonces solo se implementarn dos placas correspondientes al canal 1 (Vertical) y al canal 2 (Horizontal).La placa impresa de ambos canales tendr la forma siguiente:

La ubicacin de los componentes se realizar de la siguiente forma:

Nominacin del componenteValor

IC1TL074P

IC2TL074P

C13.3u

C2100n

C350n

C42.2u

C52.2u

R125k

R25k

R325k

R425k

R525k

R625k

R725k

R81M

R91M

R10500k

R1122k

R1222k

R1347k

R141.2k

R151.2k

R16600

R17450

R1810k

R1910k

R20680

R211M

6. FORMA SEAL OSCILOSCOPIO

Se conect los electrodos en sus respectivos lugares en el rostro para verificar ambos canales. A continuacin se va a comprobar la amplificacin de los dos canales mediante la pantalla del osciloscopio.

Cuando los ojos se mueven a la derecha se forma un pequeo pulso hacia arriba.

Canal Horizontal (Resp. A la Derecha)

Cuando los ojos se mueven a la izquierda se forma un pequeo pulso hacia abajo.

Canal Horizontal (Resp. A la Izquierda)

Cuando los ojos se mueven hacia arriba se forma un pequeo pulso hacia arriba. En cambio cuando los ojos se mueven hacia abajo el pulso se genera para abajo.

7. RESULTADOS COMPARADOR CANAL HOR. VERT.

El circuito comparador, las dos seales de entrada son comparadas con valores constantes mediante compuertas lgicas, a la salida de algunas compuertas lgicas tenemos un indicador (LED). Tambin se coloc unos bloques de filtrado de seales para repotenciar lo hecho mediante el circuito externo (circuito de amplificacin y filtrado).

8. FOTOS PLACA Y SISTEMA

PLACAS

ELECTRODOS, SEAL AMPLIFICADA OSC.

Posicin de los electrodos, dos para el canal vertical, dos para el canal horizontal y un electrodo de referencia puesto en el centro de la frente.

Despus de haber realizado varias pruebas hemos verificado el correcto funcionamiento de ambos canales, que amplifican la seal de entrada correctamente.

SISTEMA ACABADO

9. DATA SHEETS CI EN GENERAL

10. BIBLIOGRAFA

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