Estrategias de reducción de ruido en electrofisiología

Escudo impulsado

Es posible utilizar cables blindados entre los electrodos y el preamplificador sin mucha influencia de la capacidad parásita agregada del escudo (su segundo punto). La señal en sí no se dañará mucho porque es muy pequeña en comparación con el componente de modo común. Para entender esto, imagine una pequeña señal diferencial en la parte superior de una señal de modo común mucho más grande (principalmente causada por una tensión de red de 50 Hz o 60 Hz) y un componente de CC a baja frecuencia causado por la interacción del tejido. Con los electrodos y el propio cuerpo. Hasta donde entiendo el problema, la interferencia acoplada a la señal a través de la capacitancia del cable es mucho peor que tener la propia señal alimentada a través de la capacidad del cable.

El truco consiste en conducir activamente el blindaje del cable con la parte de la señal en modo común en lugar de conectar el blindaje a la toma de tierra del preamplificador. Hace algunos años, construí un preamplificador de este tipo con una protección activa y pude usar cables blindados hasta 2 m entre los electrodos y la primera etapa del amplificador. Los esquemas se pueden encontrar en esta tesis (no mía, pero incluye convenientemente los esquemas más interesantes de mi amplificador EMG) . Por favor vea la fig. 8.7, 8.8 y 8.9 y todo lo que los rodea en el capítulo 8. La figura 8.12 explica cómo la interferencia está acoplada capacitivamente en la señal de interés. Lo sentimos, la tesis está en alemán, pero espero que las imágenes y los esquemas sean internacionales.

Un buen lugar para captar la señal de modo común es el "centro" de la resistencia de ajuste de ganancia del InAmp inicial (nuevamente, consulte la tesis vinculada anteriormente).

Pierna derecha conducida

La pierna derecha se usa como referencia para medir la señal en la pierna izquierda, el brazo izquierdo y el brazo derecho.

El concepto de un escudo activado puede extenderse para conducir activamente al paciente, y la conexión se realiza en la ubicación que se utiliza como referencia para medir las señales, que es la pierna derecha. Esto se conoce como una pierna derecha conducida (DRL); hay una buena discusión sobre los amplificadores DRL en este artículo por EDN .

Si sus mediciones no se toman de un cuerpo humano sino de algunas células en un plato, probablemente pueda colocar el electrodo DRL en la parte inferior o en el medio de gelatina / crecimiento, cerca de donde se encuentra su electrodo de referencia. De esta manera, utiliza la misma estrategia que usaría en el sentido de una configuración DRL.

Filtro de muesca

Además, si el zumbido es realmente malo, puede colocar un filtro de muesca a 50 Hz o 60 Hz en la ruta de la señal, pero esto también afectará la señal de interés.

Nota de seguridad muy importante: los electrodos no deben tener ninguna conexión galvánica directa a tierra de protección (PE). Esto es necesario porque una vez que el paciente se conecta a un voltaje potencialmente letal por una falla en otro dispositivo en el laboratorio, la corriente de falla tendrá una muy buena ruta a través del paciente y a través de los electrodos a tierra. Cuando se habla de una referencia de tierra alrededor de los electrodos o el preamplificador, asegúrese de hacer de esta una tierra referenciada solo al preamplificador y no a la tierra real generalmente conocida como PE. Por lo general, esto requiere un amplificador de aislamiento en algún lugar alrededor o justo después del preamplificador, o un aislador digital si desea que el ADC esté cerca del preamplificador. Más sobre esto en DIN EN 60601-1 y otras normas relevantes.

1. Use un amplificador de instrumentación como el preamplificador (con el volante derecho)

Un amplificador de instrumentación, entre otras cosas, tiene una impedancia de entrada muy alta. Esto es ideal para medir pequeñas corrientes. Consulte la hoja de datos de INA128 . La página 11 tiene un esquema de referencia (adjunto a continuación) que es similar a lo que está buscando.

2.¡SIEMPREuseelaislamientodelafuentedealimentaciónparainstrumentaciónbiomédica!

UtiliceunICdeaislamientodelafuentedealimentación.Veaalgunosejemplosen Maxim .

3. Utiliza un filtro activo

Use el software gratuito FilterPro de TI para diseñar fácilmente un amplificador activo para su rango de frecuencia deseado. Un filtro de paso de banda Sallen-key es fácil de implementar.

4. Digitalice la señal y utilice DSP para un filtrado adicional.

Use y ADC o un osciloscopio o un digitalizador para llevar la señal al dominio digital donde puede probar una variedad de técnicas DSP. Un filtro de rechazo de la banda de ruido de la red se puede hacer fácilmente en el software, por ejemplo. Un libro sobre el tema podría ser útil. Además, no olvide utilizar aisladores digitales en las salidas ADC. ADUM1100 es un ejemplo.

Es posible que puedas usar un amplificador de bloqueo .

No es un método general que pueda aplicar en cualquier caso, pero si puede, le ofrece resultados insuperables. Requiere que modules la señal original (por ejemplo, si se trata de una señal óptica, mediante una rueda cortadora). Debido a la modulación de la señal, solo es útil para señales que cambian mucho más lentamente que la modulación.

Los beneficios, sin embargo, son impresionantes. Usando la amplificación de bloqueo, puede recuperar señales cuya amplitud es de órdenes de magnitud ABAJO el ruido.

El principio:

• La señal original se modula con frecuencia y fase conocidas.
• La señal detectada (más mucho ruido) se amplifica y se multiplica con una señal rectangular de la misma frecuencia y fase y luego se integra.  (Detección de fase sensible). Casi todo el ruido está cancelado.

Creo que buscar en la web "amplificador de bloqueo" te brinda descripciones más detalladas.

Cambiaría la segunda viñeta a: "Si utilizo cables blindados, asegúrese de que los blindajes estén conectados a tierra correctamente. El blindaje sin conexión a tierra puede introducir un ruido adicional acoplado capacitivamente".

Considere realizar experimentos fuera del horario laboral normal cuando HVAC y otros equipos que producen EMI pueden estar apagados.

EDITAR: En respuesta a los comentarios sobre la alimentación de CC. Hacer funcionar los equipos de electrofisiología con baterías de plomo de 12 V es una práctica antigua y no infrecuente. Como resultado, algunos equipos especializados utilizados para y alrededor de la electrofisiología están diseñados para funcionar a 12 Vcc. Los laboratorios incluso construyen cobertizos "silenciosos" lejos de edificios y líneas eléctricas. Las plataformas dentro de estos cobertizos funcionan con bancos de baterías de 12 V, los cables de CA que se utilizan para cargar se retraen durante los experimentos.

Si el ruido de la red sigue siendo un problema, ejecute los circuitos desde una fuente de CC como una batería.

También es muy importante intentar que la conexión de un electrodo de superficie sea lo mejor posible, y que todos los electrodos estén lo más idénticamente fijos a la superficie que sea posible. Dos razones.

1. Si los electrodos no están unidos de manera casi idéntica, es probable que existan diferencias potenciales entre los electrodos, lo que puede saturar las etapas de entrada de alta ganancia si las entradas no son de paso alto. No me gusta particularmente pasar por alto mis entradas si puedo evitarlo, ya que puede desordenar su impedancia de entrada si no tiene cuidado. Me gusta transmitir pequeñas señales diferenciales a un amplificador de impedancia de pared de ladrillo con un CMRR alto tan pronto como pueda.

2. Los trodos bien unidos reducen el artefacto de movimiento

3. Si la resistencia en los accesorios del electrodo difiere demasiado, todo ese ruido EM en el cuerpo a través del acoplamiento capacitivo al mundo no llegará al amplificador como una señal de modo común, pero habrá un ruido sustancial componente a la señal diferencial también.