¿Cómo funciona un electrocardiógrafo?
Alguna vez se han preguntado, ¿cómo funciona un electrocardiógrafo? ¿y un encefalógrafo? Este tipo de equipo médico, junto a otros, son parte de un área específica de la ingeniería biomédica: la bioinstrumentación. Este campo se dedica a recuperar bioseñales específicas del cuerpo humano para, después, procesarlas de tal forma que el personal médico pueda interpretarlas y, así, obtener un diagnóstico del paciente de la forma menos invasiva posible. Desde detectar una anomalía cardiaca, hasta determinar el nivel de saturación de oxígeno en la sangre, este tipo de equipos médicos son más de los que se podría pensar.
¿Cómo se obtienen bioseñales?
El detalle se encuentra en cómo obtener las bioseñales del cuerpo. Según Khandpur, en su libro Handbook of Biomedical instrumentation, son 6 etapas primordiales de este proceso:
Identificar la variable física a medir
Sensor o transductor
Preamplificación
Filtración
Digitalización
Transformación.
Para ejemplificar todo el proceso, se hará referencia a un electrocardiograma. La primera hace referencia a lo que el equipo va a medir del cuerpo humano. Ésta puede obtenerse de forma interna como la presión sanguínea, en la superficie detectando biopotenciales, captando emanaciones del cuerpo humano como la temperatura o a partir de una muestra, como lo puede ser una biopsia. Aunado a ello, se determina la zona del cuerpo humano donde se lleva a cabo el evento de estudio. En un electrocardiograma, se desea medir cómo fluyen los iones en las células cardiacas para producir la contracción y relajación del músculo, por lo que la captación de las señales debe ubicarse en el pecho principalmente, como muestra la figura humana. (Khandpur, 2014)
¿Qué es el sensor o transductor?
El sensor o transductor permiten (específicamente el último), medir la variable física y convertirla en alguna otra forma de energía (típicamente, eléctrica). En el caso de estudio, un electrocardiograma emplea electrodos, capaces de convertir, a través de una reacción química, ese flujo de iones en el músculo cardiaco en una corriente eléctrica. Ahora, la señal de salida del transductor presenta varios problemas: es casi imperceptible y no se tiene la certeza que esté libre de información irrelevante. Para ello son las etapas restantes. La preamplificación, como su nombre lo indica, incrementa la magnitud de la señal (recomendable a 100mV), permitiendo trabajar mejor con la señal. (Khandpur, 2014)
Preamplificación
Ahora, para poder separar la información que no se necesita de la que sí, se emplean filtros, aprovechando que dichos eventos tienen una frecuencia en específico. En el caso de ejemplo, las señales eléctricas del corazón pueden tener una frecuencia entre 0.01 y 250 Hz, por lo que el filtro debe aceptar todas las frecuencias dentro de ese rango. Además, estas señales naturalmente tienen una magnitud de aproximadamente 4mV, por lo que una preamplificación de 25 es suficiente. (Khandpur, 2014)
Filtración, digitalización y transformación
Ya con la señal limpia y debidamente preamplificada, se procede a la amplificación final. En esta se recomienda que la señal quede finalmente en un rango de 0 a 5 V, para su respectiva digitalización. Con fines prácticos, las señales físicas del cuerpo se conocen como análogas y las señales que manejan los sistemas de computación modernos son señales digitales, por lo que la señal obtenida hasta ahora debe ser transformada. Finalmente, la transformación, es que a partir de la nueva señal digital, se pueda visualizar en un display, almacenarla, enviarla, entre otras cosas. La siguiente figura muestra como un display digital en donde se podría visualizar la señal recuperada. (Khandpur, 2014)
Es importante mencionar que no se detalló en su totalidad cada una de las etapas debido a su complejidad y extensión, sin embargo, si se presentó una idea general de cómo es que funciona un equipo de bioinstrumentación. Si se desea consultar más al respecto, se pueden consultar los libros Introduction to Biomedical Engineering de Enderle o Medical Instrumentation Application and Design de Webster. Lo anterior puede dar una percepción de lo complejo que es el ser humano y de todo lo necesario para poder interpretar qué es lo que sucede en él.
Referencias
[1] Dr R. S. Khandpur., 2014. "Handbook of Biomedical Instrumentation, Third Edition". 3rd ed.