Perturbaciones de tipo artificial

Como principales perturbaciones artificiales se pueden citar las siguientes:

– Interferencia de l´ınea de potencia

– Ruido impulsivo

– Ruido de dispositivos electr´onicos

Interferencia de la l´ınea de potencia

La amplificaci´on y registro de biopotenciales, presentan frecuentemente problemas de interferencias origina- dos por la red de distribuci´on el´ectrica. La presencia de la red de distribuci´on el´ectrica conlleva a la aparici´on de campos el´ectricos y magn´eticos que interaccionan con el sistema de medida y el paciente. Al tratarse de campos de baja frecuencia el campo el´ectrico y magn´etico son independientes, donde se incluyen luces, cables de AC y tomas de corriente u otros equipos que operen cerca. Adem´as puede presentarse por in- ducci´on magn´etica, conexiones de equipos o debido a las corrientes par´asitas que fluyen a trav´es del cuerpo de la persona y de los cables de conexi´on. Tambi´en debido a las diferencias existentes de impedancias de los electrodos, convirtiendo los voltajes de interferencia en modo com´un, en se˜nales diferenciales no de- seadas [23], [47]. Este es uno de los mayores problemas encontrados en el registro de ECG, la aparici´on frecuente de la interferencia, donde los par´ametros t´ıpicos dan una frecuencia fundamental ubicada en los 60

Hz, y sus arm´onicos, modelado como sinusoides y combinaci´on de sinusoides, de una amplitud hasta del

50% de la amplitud pico a pico de la se˜nal de ECG [38], [18] y con relaci´on se˜nal ruido (SNR) de orden de 3

dB [87]. Se han propuesto diversos modelos que caracterizan las interferencias, clasificadas en dos grupos:

1. Interferencias de origen interno

Provienen del propio equipo de medida. La causa m´as com´un es la fuente de alimentaci´on, cuando el equipo est´a conectado a la red el´ectrica. La fuente de estas interferencias se puede resumir en lo siguiente:

– Desequilibrios en el transformador de la fuente de alimentaci´on

– Interferencias por el acoplamiento capacitivo entre primario y secundario, en dicho transformador – Acoplamientos capacitivos en el interior del equipo

– Interferencias superpuestas a las tensiones continuas de alimentaci´on de los distintos circuitos – Los componentes el´ectricos juegan un papel importante debido a la calidad de ´estos para las

primeras etapas que son las m´as delicadas, por ejemplo, las resistencias pueden provocar un ruido

en=

√

4kT R, donde k = 1, 38 × 10−23_{(J/K), T = K, y R la impedancia del elemento.}

2. Interferencias de origen externo

Se pueden hacer de dos distinciones: las interferencias causadas por campo el´ectrico y las causadas por campos magn´eticos. Las primeras corresponden a los siguientes tipos:

– Acoplamiento capacitivo a los cables de medida – Acoplamiento capacitivo a los electrodos – Acoplamiento sobre el paciente.

En las interferencias producidas por campos magn´eticos se pueden distinguir:

– Interferencias en modo diferencial producidas por la ca´ıda de tensi´on sobre el t´orax debido a corrientes inducidas en el interior del paciente por un campo magn´etico exterior

– Interferencias inducidas en el bucle de medida por la presencia de un campo magn´etico.

El cuerpo del paciente da el mayor efecto negativo en la generaci´on del ruido. El cuerpo se puede considerar como un conductor bastante amplio. Por lo tanto, se forman dos condensadores por encima y debajo del paciente de modo que el aire tiene un comportamiento diel´ectrico. La impedancia del cuerpo humano se desprecia debido a la resistencia baja de la piel. El equipo de medida, por el suministro de la red el´ectrica, toma un desplazamiento en la se˜nal captada del paciente produci´endose tensiones en modo com´un y diferencial. Esto conlleva a la aparici´on de campos magn´eticos variables en el tiempo, proporcionales al bucle formado, seg´un la ley de Faraday-Lenz.

Ruido impulsivo

El ruido impulsivo se origina cuando se manipula el interruptor de prender y apagar de alg´un dispositivo electr´onico cercano al paciente. Este tipo de ruido puede alterar en gran manera a la se˜nal con picos de gran amplitud y de corta duraci´on. La amplitud del ruido es pr´acticamente la misma que el rango de valores del convertidor A/D. El espectro del ruido puede traslaparse con cualquier parte del espectro de la se˜nal de ECG. Un ejemplo de ruido impulsivo se muestra en la Figura 2.1.

Figura 2.1:Se˜nal de ECG contaminada con ruido impulsivo [32].

Ruido de dispositivos electr´onicos

Puede existir diferentes tipos de ruido causado por dispositivos electr´onicos. Entre los principales tipos se encuentran:

• Ruido Electroquir ´urgico: El ruido electroquir´urgico destruye completamente el ECG y puede ser

1 MHz. Como la frecuencia de muestreo de una se˜nal de ECG es de 250 a 1000 Hz, una versi´on par´asita de la se˜nal puede ser adicionada a la se˜nal de ECG. La amplitud, duraci´on, y posiblemente la frecuencia de aliasing debe ser variable. Se caracteriza por tener una amplitud del 200% de la amplitud pico a pico del ECG, un contenido frecuencial con aliasing de 100 kHz a 1 MHz, duraci´on entre 1 - 10

s.

• Ruido de Radio-Frecuencia: En los sistemas de bio-telemetr´ıa se inducen interferencias de RF du-

rante la etapa de adquisici´on que adem´as de alterar el ECG tomado, en caso de que la se˜nal de RF en- cuentre camino directo por el paciente, puede causar en ´el, desde molestias hasta el macroshock [10]. Una primera fuente de esta interferencia es producto de la intermodulaci´on creada cuando se˜nales provenientes de dos o m´as transmisores se mezclan en un dispositivo no lineal, tal como el amplifi- cador, el demodulador o, incluso, la juntura de dos metales diferentes que act´uen como un diodo. Otra fuente la constituye el ruido generado por transmisores extra˜nos con emisi´on fuera de su banda nominal y que aparece en zonas espectrales cercanas o en la misma frecuencia central (peor caso) de trabajo del sistema de biotelemetr´ıa. A frecuencias distantes, este ruido es atenuado hasta un nivel no detectable. Sin embargo, si la antena del receptor est´a situado muy cerca del transmisor extra˜no, es probable que se induzca el ruido e interfiera con el sistema [18].

• Ruido generado por dispositivos electr´onicos usados en procesamiento de se ˜nales: El ruido gener-

ado por dispositivos electr´onicos en los sistemas de instrumentaci´on como se muestra en la Figura 2.2, no permite ser reducido o corregido, debido a que la entrada del amplificador se satura y la informaci´on del ECG se pierde. En estos casos debe activarse una alarma para alertar al equipo sobre alguna medida de correcci´on.

Figura 2.2:ECG contaminados con saturaci´on de instrumentaci´on, [96].

Artefacto por contacto de electrodos

Los artefactos por contacto de electrodos son causados por la p´erdida de contacto entre el electrodo y la piel, la cual efectivamente desconecta el sistema de medici´on del sujeto. La p´erdida de contacto puede ser

permanente o puede ser intermitente. Tambi´en puede ocurrir el caso donde un electrodo suelto hace contacto una y otra vez con la piel como resultado de movimiento y vibraci´on. Esta acci´on de conmutaci´on en el sistema de medici´on puede resultar en grandes artefactos debido a que las se˜nales de ECG son usualmente capacitancias acopladas al sistema. Esta perturbaci´on puede ser modelada como una r´apida transici´on de l´ınea base de ocurrencia aleatoria (escal´on), la cual decae exponencialmente al valor de la l´ınea base y tiene una componente superpuesta de 60 Hz. Esta transici´on puede ocurrir como la sucesi´on r´apida de uno o varios pulsos. Las caracter´ısticas de este tipo de ruido incluyen la amplitud de la transici´on inicial, y la constante de tiempo de caida.

Se caracteriza por tener una duraci´on de aproximadamente 1 s, amplitud proporcional a la salida del grabador, frecuencia de 60 Hz y un τ de 1 s.