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Amplificatori di biopotenziali. Amplificatori per segnali bioelettrici Sono essenzialmente gli stessi ma devono soddisfare a delle specifiche leggermente.

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Presentazione sul tema: "Amplificatori di biopotenziali. Amplificatori per segnali bioelettrici Sono essenzialmente gli stessi ma devono soddisfare a delle specifiche leggermente."— Transcript della presentazione:

1 Amplificatori di biopotenziali

2 Amplificatori per segnali bioelettrici Sono essenzialmente gli stessi ma devono soddisfare a delle specifiche leggermente differenti

3 Parametri fisiologici Tecnica o parametro di misura IntervalloFrequenza, HzMetodo di misura Elettrocardiografia mV Elettrodi di superficie Elettroencefalografia V Elettrodi di superficie Elettromiografia mV 50 – 3000 V Elettrodi ad ago Elettrodi di superficie Elettroretinografia V Elettrodi di contatto Frequenza di respiro respiri/min0.1 – 10 Strain gage sul petto, impedenza o termistore nasale Temperatura °C Termistori, termometri, termocoppie

4 Elettrocardiogramma Lattività elettrica del cuore è rappresentata da un vettore dipolo elettrico. a1 a2a2 a1a1 M +

5 Traccia ECG Onda P: depolarizzazione atriale Complesso QRS: depolarizzazione ventricolare, che maschera la ripolarizzazione atriale Onda T: ripolarizzazione ventricolare Fenomeno Elettrico 1.depolarizzazione 2.ripolarizzazione Fenomeno Meccanico 1.sistole (contrazione) 2.diastole (rilassamento)

6 Specifiche dellamplificatore Risposta differenziale: –tra coppie di elettrodi (bipolari), tra un elettrodo e un punto di riferimento (unipolari) Alta impedenza dingresso: –minimo carico sul segnale da misurare almeno 10 M Risposta in bassa frequenza: –massimizzazione di SNR Alti guadagni: –elevare opportunamente il segnale di uscita almeno 10 3 Alti CMRR: –minimizzare artefatti dovuti ai segnali di modo comune Circuiti di isolamento e di protezione: –paziente –circuito

7 Elettrocardiografo

8 Blocchi funzionali Cavo paziente: connette il paziente allelettrocardiografo Segnale di calibrazione: 1 mV Preamplificatore: alta impedenza dingresso, alto CMRR, alto guadagno (variabile) Circuito di isolamento: isola il paziente dalla tensione di rete Circuito di pilotaggio della gamba destra: elimina il segnale di modo comune Amplificatore di pilotaggio: pilota lo strumento che visualizza il segnale, accoppiato in ac per eliminare la tensione di offset amplificata dal preamplificatore, in uscita presenta un filtro passa-basso Elettrocardiografo

9 Problemi incontrati frequentemente Distorsione in frequenza: le distorsioni in alta frequenza smussano gli spigoli e diminuiscono lampiezza dei complessi QRS, le distorsioni in bassa frequenza riguardano invece i segnali in continua Distorsioni di dinamica: tensioni di offset, ampiezza del complesso QRS (sia in positivo che in negativo) Percorsi di massa: paziente connesso a due apparecchiature medicali, se le due masse si trovano a potenziale differente una corrente scorre attraverso il paziente: problemi di sicurezza e di segnale di modo comune Artefatti causati da transienti: impulso di alta tensione per defibrillazione cardiaca, movimento degli elettrodi Interferenze dallalimentazione Interferenze da altre sorgenti Interruzione cavo-paziente

10 Ingresso elettrocardiografo

11 Pre-amplificatore Caratteristiche del pre-amplificatore: basso rumore accoppiato direttamente agli elettrodi bassa corrente di polarizzazione alta impedenza di ingresso Caratteristiche dellintero stadio utilizzante op-amp A776: 40 V picco-picco di rumore CMRR 80 dB a 100Hz banda: Hz guadagno 25X32

12 Recupero dellisoelettrica commutazione delle derivazioni circuiti per il recupero dellisoelettrica saturazione degli op-amp

13 Circuito per il recupero dellisoelettrica Cortocircuita per un breve tempo il segnale utile verso massa per evitare il danneggiamento dellequipaggiamento mobile del galvanometro e ripristinare istantaneamente lisoelettrica C +V

14 Protezione dei circuiti impulso di carica elettrostatica che si scarica attraverso il paziente circuiti di protezione

15 Circuiti di protezione Problemi

16 Interruzione cavo-paziente: circuiti di allarme prima del monitoring

17 Interruzione cavo-paziente: circuiti di allarme durante il monitoring

18 Interferenze Problemi alimentazione (a) interferenza a 50 Hz (b) interferenza elettromiografica sullECG. accoppiamento capacitivo induzione magnetica

19 Accoppiamento capacitivo E presente anche in assenza di corrente Elettrocardiografo A Alimentazione B G C3C3 C1C1 Z1Z1 Z2Z2 ZGZG C2C2 I d1 I d2 I d1+ I d2 alimentazione e cavi, alimentazione ed elettrocardiografo C 3 non causa interferenza Se i d1 ~ 9 nA e Z 1 -Z 2 ~ 20 k ! Schermo con cavo coassiale o triassiale Problemi

20 Accoppiamento capacitivo alimentazione e paziente Elettrocardiografo Alimentazione A Z in Z1Z1 CbCb i db ZGZG Z2Z2 cm B G Z in cm i db se Z 1, Z 2 << Z in Z in include una parte capacitiva

21 Circuito di pilotaggio della gamba destra + + R RL idid RoRo RfRf idid o /R f 2 cm /R a R a /2 o cm Problemi Riduce i problemi di modo comune

22 Induzione magnetica Problemi Tensione indotta proporzionale allintensità del campo magnetico e allarea della spira In presenza di corrente Possibili soluzioni: riduzione del campo magnetico tramite luso di opportuni schermi allontanare i cavi e lelettrocardiografo dalla sorgente di campo magnetico ridurre larea effettiva della spira

23 Interferenze da sorgenti differenti Interferenze elettromagnetiche: (prodotte da radio, televisione, macchine a raggi X, relays, sfarfallio delle lampade fluorescenti) possono essere raccolte e rettificate dalle giunzioni p-n del transistor o dallinterfaccia elettrodo-elettrolita sul paziente Problemi capacità di 200 pF allingresso dellamplificatore dellECG Segnale elettromiografico: (prodotto dalle contrazioni dei muscoli tra gli elettrodi) può essere raccolta dal filo dellECG e essere registrato sul tracciato ECG può essere isolato perché corrisponde ad un movimento visibile !

24 Amplificatori di segnali intracellulari potenziali dellordine di 50÷100 mV impedenze degli elettrodi elevate (1÷100 M ) capacità degli elettrodi elevate segnali dalla dc a ~10 kHz Caratteristiche dei segnali: RsRs o v i v i A v i AvAv CfCfi CfCf CsCs EsEs Amplificatore con capacità dingresso negativa: controreazione positiva

25 Cardiotachimetri Determinano la velocità del battito cardiaco Cardiotachimetri mediati: contano il numero di impulsi in un intervallo di tempo noto Cardiotachimetri istantanei: determinano linverso dellintervallo di tempo tra battiti per ciascun battito e lo mostrano come velocità del battito cardiaco per quellintervallo di tempo

26 Cardiotachimetri istantanei i=v/R=k/T R

27 Integratori dellattività muscolare Quantificano lattività muscolare (EMG) misurata da un particolare sistema di elettrodi Switch Circuito per il valore assoluto Multivibratore monostabile Comparatore C EMG Integratore + R P1P1 v t 1 Contatore 2 3


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