Electrooculógrafo (EOG) Introducción

Electrooculógrafo (EOG)

Alberto Abaroa Villanueva

UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DE BAJA CALIFORNIA

FACULTAD DE INGENIERÍA ARQUITECTURA Y DISEÑO

Proyecto final de Bioinstrumentación

E-mail: a334753@uabc.edu.mx

Resumen. El proceso para la obtención de señales bioeléctricas generadas por el ojo, electro oculográficas, En el proyecto se describe el comportamiento simulado y real del amplificador con señales obtenidas a través del generador de funciones en el laboratorio, en la simulación y a los ojos.

Palabras claves: Electrooculógrafo, electrooculograma, diferencial de voltaje en los ojos, amplificadores de instrumentación, amplificadores operacionales.

1. Introducción

La comunicación es esencial para los seres humanos para poder ser parte de una comunidad. Sin embargo hay enfermedades en el cerebro que disminuyen la capacidad de comunicación. Se ha desarrollado tecnología para ayudar a la comunicación de estas personas. Los músculos que han demostrado ser los que menos daños presentan son los oculares, por lo cual presentan un gran potencial para desarrollar tecnología basada en los movimientos oculares para mejorar la comunicación en personas con capacidades diferentes.

Se sabe que el sistema nervioso autónomo (SNA) se distribuye en todo el neuroeje y llega a todos los órganos y sistemas, incluyendo los ojos. Regula la presión arterial, la frecuencia cardíaca, el sueño y las funciones de vejiga e intestino. Opera silenciosamente, de modo que sólo advierte su importancia absoluta cuando aparece alguna alteración de su función, que culmina en las denominadas disautonomías. Para detectar las diferentes anomalías que pueden generar una patología, se usan las señales eléctricas producidas por el SNA, entre ellas las señales electrooculográficas (EOG), que en su caso, son las que serán tratadas en este proyecto.

Justificación

La tecnología tiene su mayor motivación en ayudar a mejorar la calidad de vida del ser humano y su ambiente. Siendo la salud un aspecto importante en la vida del ser humano, la búsqueda por desarrollar y mejorar tecnología en este campo es siempre importante.

Existen trabajos sobre el diagnostico de pacientes con problemas cardíacos, así como existen trabajos sobre obtención de señales electrooculográficas. Estos trabajos consideran a la señal obtenida por el electrooculograma como una señal sana e infalible¸ como base para poder determinar otras sintomatologías. Siendo las del sueño las más recurridas en el uso de electrooculogramas.

De igual manera se pretende implementarse para tecnologías de diseño ergonómico para el uso de instrumentación que pueda ser controlada con la señalización obtenida del EOG.

Actualmente existen distintos dispositivos similares a este, ya sean para distintos propósitos o mejor implementados, estos son dispositivos más complejos o completos con respecto al elaborado en la investigación. Sin embargo nuestro objetivo es que a lo largo de nuestra carrea sea un producto final con posibilidades de comercialización y bajo costo de producción.

Objetivos

• Proponer un dispositivo que nos permita obtener las señales Oculares del organismo humano.

• Analizar los filtros pasa altas, pasa bajas y el amplificador de instrumentación.

• Proponer un circuito que combine los componentes anteriormente mencionados para obtener las señales del ojo.

Diagrama de Bloques

[pic 1]

2. Materiales y Métodos

Filtros

En el proyecto se pretende hacer uso de un filtro pasa bandas, conformado por un filtro pasa altas y uno pasa bajas, en donde el filtro pasa altas, tendrá una frecuencia de corte de 0.5 Hz y el filtro pasa bajas de 40 Hz. Se utilizó la configuración Sallen-Key con tablas de coeficientes de Bessel, se nos recomendó hacer uso de las de Butterworth porque son más fiables para este tipo de filtros, pero a mi gusto se me hicieron con mejor respuesta y mejores resultados los coeficientes de Bessel. A continuación se muestra una configuración de un Filtro Sallen-Key de segundo orden.

[pic 2]

Figura 1. Circuito general de filtro pasa bajas en configuración Sallen-Key.

La anterior figura hace referencia a un filtro pasa bajas de segundo orden, sin embargo si se quiere conseguir la configuración de un filtro pasa altas, solo se necesita intercambiar las resistencias R1 & R2 por C1 & C2 de esta manera su configuración se adapta a la de un filtro pasa altas de segundo orden.

Para la etapa de pre amplificación y protección de los electrodos se utilizó un circuito integrado AD620, con voltaje dual en donde a la entrada y referencia de los electrodos se les colocó una resistencia de 280 kΩ para evitar las descargas de corriente.

[pic 3]

Figura 2. Configuración interna de un integrado AD620

El circuito integrado que se utilizó para los filtros y el amplificador fue el LM324, ya que encontré su uso bastante efectivo para minimizar costos y además reducción del circuito ya que este cuenta con 4 Amplificadores Operacionales internamente.

[pic 4]

Figura 3. Configuración interna de un integrado LM324

Debido a que las señales del ojo oscilan entre los 0.04 mV y 1 mV en frecuencias de 0.3 Hz – 50 Hz el amplificador de instrumentación se le pretendía colocar una Rg de 125Ω, pero al momento de implementar este circuito, nos dimos cuenta que nuestro integrado AD620 no estaba dando el ancho, debido a que no respondía de manera correcta a esta pre amplificación, lo que se hizo fue implementar una G baja y hacer uso de un OPAM al final del filtrado de señal, por increíble que parezca nuestro AD620 no dio buena respuesta a ganancias superiores a 5, por lo que se optó por una Rg de 100kΩ para minimizar los errores; de las siguientes ecuaciones se concluyó lo anteriormente mencionado.

[pic 5]

Ec. 1. Ecuación de G para OPAM de instrumentación.

Para el filtro pasa altas de 2º orden se realizaron los siguientes cálculos:

Coeficientes de Bessel:

[pic 6]

[pic 7]

[pic 8]

[pic 9]

[pic 10]

[pic 11]

[pic 12]

[pic 13]

Para el filtro pasa bajas de 2º orden se realizaron los siguientes cálculos:

Coeficientes de Bessel:

[pic 14]

[pic 15]

[pic 16]

[pic 17]

[pic 18]

[pic 19]

[pic 20]

Metodología (Programa de filtración)

Código utilizado en el software MATLAB para el procesamiento de señal.

clear all;clc;close all;

...