BIONIGENIERIA PROGRAMA INGENIERÍA ELECTRÓNICA UNIVERSIDAD DE LA COSTA, C.U.C.
MEDICIÓN CON ELECTROOCULOGRAMA Jaramillo Andrea, Maury Andrés, Pérez Jesús, Romero Ivin Profesor Melissa Acosta Coll. Grupo AN. 22-04-2014 Bioingeniería, Universidad de la Costa, Barranquilla
[email protected] [email protected] [email protected] [email protected] RESUMEN Esta práctica permite simular un electrooculograma. Con la interacción educativa entre su módulo asociado a una unidad central en el laboratorio. Es así como se podrán modificar parámetros, además de calibrar y comprender de manera minuciosa el funcionamiento y los diferentes dispositivos electrónicos que acompañan dicho equipo. Entrando en contexto, este examen consistió en colocar pequeños electrodos cerca de los músculos de los ojos para medir su movimiento. Obteniendo una representación gráfica en el osciloscopio de la actividad eléctrica, por medio de las variables voltaje Vs. tiempo. Entonces a continuación se presenta el procedimiento y los resultados correspondientes a dicha simulación. PALABRAS CLAVE Electrooculograma, electrodo, osciloscopio, actividad eléctrica, músculos de los ojos, voltaje, tiempo. ABSTRACT This practice simulates electrooculogram. With associated educational interaction between a central unit in the laboratory module. Thus, parameters can be modified, also minutely understand operation and various electronic devices which accompany that equipment. Entering context, this test consisted of placing small electrodes near the eye muscles to measure their movements. Getting a graphic representation on the oscilloscope of electrical activity by the variables of voltage vs. time. Finally in this report is showed the method followed, corresponding simulation results recorded
and their analysis simulation.
for
electrooculogram
KEY WORDS Electrooculogram, electrode, oscilloscope, electrical activity, eye muscles, voltage, time. 1. OBJETIVOS GENERAL Comprender los movimientos del ojo a nivel eléctrico utilizando el módulo del electrooculograma (EOG). ESPECÍFICOS • Analizar las actividades eléctricas en los seis haces musculares que regulan el movimiento del globo ocular. • Entender el comportamiento ocurrido en los diferentes músculos de los ojos, ya sea cuando el ojo se mueve en forma horizontal o vertical. • Interpretar la respuesta eléctrica de la corteza cerebral. • Indagar en cada una de las etapas presentes en un electrooculograma.
2. INTRODUCCIÓN [1][2] Los músculos oculares se encargan de la movilidad en los ojos. Su estudio y entendimiento es de suma importancia para desarrollar mecanismos de prevención y control contra afecciones que en estos ocurran. El electrooculograma (EOM) es una técnica que permite su evaluación y en ella se pueden medir las variaciones eléctricas en función del tiempo que se producen, generando así un registro gráfico de su comportamiento. Con este registro se puede verificar diagnósticos de muchas afecciones
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musculares en los ojos. En esta experiencia se comprenderán los movimientos del ojo a nivel eléctrico, se analizarán las actividades eléctricas en los seis haces musculares que regulan el movimiento del globo ocular, se entenderá el comportamiento ocurrido en los diferentes músculos de los ojos, ya sea cuando el ojo se mueve en forma horizontal o vertical, se interpretará la respuesta eléctrica de la corteza cerebral, y se indagará en cada una de las etapas presentes en un electrooculograma.
A. Calibración del circuito del electrodo de superficie horizontal 1) Colocar el módulo KL-75003 sobre la unidad principal KL-72001. Y realice las conexiones siguientes:
3. MATERIALES Unidad KL-72001. Módulo de electrooculograma (EOG) KL75003. Osciloscopio Digital. Multímetro. Conductor de electrodo KL-79101 cable de electrodo con 5 conectores. Alcohol. Electrodos. Cables BNC. Conectores para puentes de 10mm. Cables conectores 4. PROCEDIMIENTO, RESULTADOS Y ANÁLISIS
Ilustración 2. 2) Encienda el equipo. 3) Conecte la terminal positiva del multímetro a la salida Electro Horizontal y la terminal negativa a la tierra marcada como Head. 4) Ajuste el offset1 del potenciómetro para hacer que la salida de voltaje DC indicada por el multímetro sea igual a 0 V. 5) Apague y desconecte el circuito. B. Medición de las características del filtro rechaza banda 1 (BRF1) 1) Colocar el módulo KL-75003 sobre la unidad principal KL-72001. Y realice las conexiones siguientes:
Ilustración 1. Módulo KL-75003 del EOG. Ilustración 3.
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2) Inserte un puente en la posición 1 o 2 para ajustar la frecuencia central del BRF1 a 50 o 60 Hz (De acuerdo a la frecuencia de la red local). 3) Encienda el equipo. 4) Aplique 1Hz, 1Vpp de la señal sinusoidal a la entrada del Electro Horizontal, ajustando frecuencia y amplitud con los botones del generador de funciones, y entonces observe en la pantalla del osciloscopio el comportamiento por el CH1. 5) Observe la señal de salida del BRF1 que se muestra en CH2, y luego registre la amplitud en la Tabla 1. 6) Sin cambiar la amplitud de la señal de entrada sinusoidal, repita los pasos 4 y 5 para otros valores de frecuencia que figuran en la Tabla 1. Fin(Hz) 5 10 20 30 60 100 200 500 1K
Salida BRF1 (Vpp) 6.15 5.28 5.52 4.48 1.28 3.4 5.92 5.84 6.16
Tabla 1.
Salida (V)
7) De acuerdo con los datos registrados en la Tabla 1, grafique la curva característica de la BRF1. 7 6 5 4 3 2 1
C. Medición de las características de filtro pasa alto 1 (HPF1) 1) Colocar el módulo KL-75003 sobre la unidad principal KL-72001. Y realice las conexiones siguientes:
Ilustración 4. 2) Encienda el equipo. 3) Aplicar a 1KHz, 1Vpp de una señal sinusoidal a la entrada HPF1, ajustando frecuencia y amplitud con los botones del generador de funciones, y entonces observe en la pantalla del osciloscopio el comportamiento por el CH1. 4) Observe la señal de salida del HPF1 que se muestra en CH2, y luego registre la amplitud en la Tabla 2. 5) Sin cambiar la amplitud de la señal de entrada sinusoidal, repita los pasos 3 y 4 para otros valores de frecuencia que figuran en la Tabla 2. Fin(Hz)
5
505 Fin(Hz) Gráfica 1.
1005
8) Apague y desconecte el circuito.
1K 500 100 10 5 1 0.3 0.2 0.1 Tabla 2.
Salida HPF1 (Vpp) 1.68 1.68 1.68 1.28 0.98 0.97 0.975 0.81 0.78
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6) De acuerdo con los datos registrados en la Tabla 2, grafique la curva característica de la HPF1.
Salida (V)
2 1.5 1 0.5 0 0
5 Fin(Hz) Gráfica 2.
10
7) Apague y desconecte el circuito. D. Medición de las características del amplificador 1 1) Colocar el módulo KL-75003 sobre la unidad principal KL-72001. Y realice las conexiones siguientes:
Ilustración 5.
Ilustración 6. 7) Aplique a 100Hz, 100mVpp de una señal sinusoidal al amplificador 1, ajustando frecuencia y amplitud con los botones del generador de funciones, y entonces observe en la pantalla del osciloscopio el comportamiento por el CH1. 8) Ajuste la ganancia 1 del potenciómetro al mínimo en la posición en contra de las manecillas del reloj. Registre la salida del voltaje pico a pico en la Tabla 3. 9) Ajuste la ganancia 1 del potenciómetro hacia las manecillas del reloj para obtener la salida máxima sin distorsiones. Registre la salida del voltaje pico a pico en la Tabla 3.
2) Encienda el equipo. 3) Conecte la terminal positiva del multímetro a la salida del amplificador 1, y conecte la terminal negativa al espacio localizado en el botón derecho del KL-75003. 4) Ajuste el offset2 del potenciómetro para hacer que la salida de voltaje DC indicada por el multímetro sea igual a 0V. 5) Retire las conexiones del módulo KL75003. 6) Complete las siguientes conexiones:
Posición Ganancia 1 Mínimo en contra de las manecillas del reloj Máxima salida sin distorsiones Tabla 3.
Voltaje de salida del amplificador (Vpp) 600mV 13V
10) Ajuste ganancia 1 para hacer que el voltaje pico a pico de salida sea igual a 5Vpp. En esta situación, la ganancia de voltaje del amplificador 1 se establece en 50 (5 Vpp/100 mVpp). 11) Apague y desconecte el circuito.
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E. Medición de las características del filtro pasa bajas 1 (LPF1)
1.5 Salida (V)
1) Colocar el módulo KL-75003 sobre la unidad principal KL-72001. Y realice las conexiones siguientes:
6) De acuerdo con los datos registrados en la Tabla 4, grafique la curva característica de la LPF1.
1 0.5 0 0
50 Fin(Hz) Gráfica 3.
100
7) Apague y desconecte el circuito. F. Calibración del circuito del electrodo en superficie vertical Ilustración 7. 2) Encienda el equipo. 3) Aplique a 1Hz, 1Vpp de una señal sinusoidal al LPF1, ajustando frecuencia y amplitud con los botones del generador de funciones, y entonces observe en la pantalla del osciloscopio el comportamiento por el CH1. 4) Observe la señal de salida del LPF1 que se muestra en CH2, y luego registre la amplitud en la Tabla 4. 5) Sin cambiar la amplitud de la señal de entrada sinusoidal, repita los pasos 3 y 4 para otros valores de frecuencia que figuran en la Tabla 4: Fin(Hz) 1 10 20 25 30 35 40 50 100 Tabla 4.
Salida LPF1 (Vpp) 1.49 1.46 1.46 1.4 1.3 1.12 0.68 0.556 0.212
1) Colocar el módulo KL-75003 sobre la unidad principal KL-72001. Y realice las conexiones siguientes:
Ilustración 8. 2) Encienda el equipo. 3) Conecte la terminal positiva del multímetro a la salida Electro Vertical y la terminal negativa a la tierra marcada como Head. 4) Ajuste el offset3 del potenciómetro para hacer que la salida de voltaje DC indicada por el multímetro sea igual a 0 V 5) Apague y desconecte el circuito. G. Medición de las características de la banda rechaza filtro 2 (BRF2) 1) Colocar el módulo KL-75003 sobre la unidad principal KL-72001. Y realice las conexiones siguientes:
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7) De acuerdo con los datos registrados en la Tabla 5, grafique la curva característica de la BRF2.
Salida (V)
8 6 4 2 0 0
Ilustración 9. 2) Inserte un puente en la posición 8 o 9 para ajustar la frecuencia central del BRF2 a 50 o 60 Hz (De acuerdo a la frecuencia de la red local). 3) Encienda el equipo. 4) Aplique 5Hz, 1Vpp de la señal sinusoidal a la entrada del Electro Vertical, ajustando frecuencia y amplitud con los botones del generador de funciones, y entonces observe en la pantalla del osciloscopio el comportamiento por el CH1. 5) Observe la señal de salida del BRF2 que se muestra en CH2, y luego registre la amplitud en la Tabla 5. 6) Sin cambiar la amplitud de la señal de entrada sinusoidal, repita los pasos 4 y 5 para otros valores de frecuencia que figuran en la Tabla 5: Fin(Hz) 5 10 20 30 60 100 200 500 1K
Salida BRF2 (Vpp) 7.3 7.1 6 5.2 1.04 3.1 6.88 7.36 7.36 Tabla 5.
500 Fin(Hz) Gráfica 4.
1000
8) Apague y desconecte el circuito. H. Medición de las características de filtro paso alto 2 (HPF2) 1) Colocar el módulo KL-75003 sobre la unidad principal KL-72001. Y realice las conexiones siguientes:
Ilustración 10 2) Encienda el equipo. 3) Aplique 1KHz, 1Vpp de la señal sinusoidal a la entrada del HPF2 ajustando frecuencia y amplitud con los botones del generador de funciones, y entonces observe en la pantalla del osciloscopio el comportamiento por el CH1. 4) Observe la señal de salida del HPF2 que se muestra en CH2, y luego registre la amplitud en la Tabla 6. 5) Sin cambiar la amplitud de la señal de entrada sinusoidal, repita los
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pasos 3 y 4 para otros valores de frecuencia que figuran en la Tabla 6 Fin(Hz) 1K 500 100 10 5 1 0.3 0.2 0.1
Salida HPF2 (Vpp) 1.6 1.6 1.64 1.02 0.032 0.024 0.020 0.010 0.010
3) Conecte la terminal positiva del multímetro a la salida del amplificador 2, y conecte la terminal negativa al espacio localizado en el botón derecho del KL-75003. 4) Ajuste el offset4 del potenciómetro para hacer que la salida de voltaje DC indicada por el multímetro sea igual a 0V. 5) Retire las conexiones del módulo KL75003. 6) Complete las siguientes conexiones:
Tabla 6. 6) De acuerdo con los datos registrados en la Tabla 6, grafique la curva característica de la HPF2:
Salida (V)
2 1.5 1 0.5 0 0
500 Fin(Hz) Gráfica 5.
1000
7) Apague y desconecte el circuito. I.
Medición de las características de amplificador 2
1) Colocar el módulo KL-75003 sobre la unidad principal KL-72001. Y realice las conexiones siguientes:
Ilustración 11. 2) Encienda el equipo.
Ilustración 12. 7) Aplique a 100Hz, 100mVpp de una señal sinusoidal al amplificador 2, ajustando frecuencia y amplitud con los botones del generador de funciones, y entonces observe en la pantalla del osciloscopio el comportamiento por el CH1. 8) Ajuste la ganancia 2 del potenciómetro al mínimo en la posición en contra de las manecillas del reloj. Registre la salida del voltaje pico a pico en la Tabla 7. 9) Ajuste la ganancia 2 del potenciómetro hacia las manecillas del reloj para obtener la salida máxima sin distorsiones. Registre la salida del voltaje pico a pico en la Tabla 7.
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Posición Ganancia 2
5) Sin cambiar la amplitud de la señal de entrada sinusoidal, repita los pasos 3 y 4 para otros valores de frecuencia que figuran en la Tabla 8:
Voltaje de salida del amplificador (Vpp)
Mínimo en contra de las manecillas del reloj Máxima salida sin distorsiones Tabla 7.
400mV
Fin(Hz)
11V
1 10 20 25 30 35 40 50 100
10) Ajuste ganancia 2 para hacer que el voltaje pico a pico de salida sea igual a 5Vpp. En esta situación, la ganancia de voltaje del amplificador 2 se establece en 50 (5 Vpp/100 mVpp). 11) Apague y desconecte el circuito.
Tabla 8. 2 Salida (V)
J. Medición de las características de filtro de paso bajo 2 (LPF2) 1) Colocar el módulo KL-75003 sobre la unidad principal KL-72001. Y realice las conexiones siguientes:
Salida LPF2 (Vpp) 1.7 1.55 1.54 1.4 1.3 1.1 0.9 0.556 0.1
1.5 1 0.5 0 0
50 Fin(Hz) Gráfica 6.
100
6) Apague y desconecte el circuito. K.
Ilustración 13. 2) Encienda el equipo. 3) Aplique 1Hz, 1Vpp de la señal sinusoidal a la del LPF2, ajustando frecuencia y amplitud con los botones del generador de funciones, y entonces observe en la pantalla del osciloscopio el comportamiento por el CH1. 4) Observe la señal de salida del LPF22 que se muestra en CH2, y luego registre la amplitud en la Tabla 8.
Medición Electrooculograma con osciloscopio 1) Colocar el módulo KL-75003 sobre la unidad principal KL72001. Y realice las conexiones siguientes:
Ilustración 14. 2) En el módulo KL-75003 inserte conectores puente en las
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posiciones 1 o 2 (según la frecuencia de la red local), 3, 4, 5, 7, 8 o 9 (según la frecuencia de la red local), 10,11, 12, 14. 3) Consulte la ubicación correcta de los electrodos que se muestra a continuación, limpiar la piel con alcohol y colocar cuatro electrodos en la parte superior, inferior, derecha e izquierda del ojo, y el electrodo de referencia en el lóbulo frontal.
programadas en 50 (consulte procedimientos D e I). Notas:
Durante el experimento, pedir al paciente no parpadear y guardar silencio. Si el ruido en la señal medida es demasiado grande, puede ser causada por la alta impedancia que existe entre la piel y el electrodo. Use alcohol para quitar la grasa de la piel , esto reduce la impedancia antes de volver a colocar los electrodos. 10) Pida al sujeto a parpadear cinco veces a intervalos de un segundo. Observar y registrar las formas de onda de prueba:
Ilustración 15. 4) Conectar los electrodos al lado del módulo KL-79101 con los cables de los electrodos al conector J1 en el módulo del EOG. 5. 5) Encienda el equipo. Seleccione el módulo: KL-75003 (EOG) en la pantalla LCD pulsando el botón SELECT de la unidad principal KL-72001. 6) Pida al sujeto que se siente de manera confortable, mire hacia adelante, y guarde silencio. 7) Observe la pantalla del osciloscopio y ajuste el offset2 y el Offset4 de los potenciómetros para que los voltajes de CH1 y CH2 señales iguales a 0V aproximadamente. 8) Programar el VOLT / DIV del CH1 y CH2 a 1 VOLT/DIV, y establecer el TIME/DIV en 500 ms/div.. 9) Asegúrese de que las ganancias del amplificador 1 y 2 han sido
Ilustración 16. 11) A otro estudiante se le pide que mantenga un lapicero a 60 cm de distancia delante del sujeto. Pida al sujeto que vea el lapicero. 12) Lentamente mueva el lápiz a la izquierda de la vista y luego de vuelta a su posición original. Observe y registre las formas de onda de EOG
Ilustración 17.
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13) Lentamente mueva el lápiz a la derecha de la vista y luego vuelva a su posición original. Pida al sujeto que vea el lapicero y registre las formas de onda del EOG.
Ilustración 18. 14) Mover lentamente el lapicero para la ubicación superior del ojo y luego volver a su posición original. Pida al sujeto que vea el lapicero y registre las formas de onda del EOG.
Ilustración 19.
15) Lentamente mueva el lapicero de una ubicación inferior del ojo y luego vuelva a su posición original. Pida al sujeto ver el lapicero y registre las formas de onda del EOG.
Ilustración 20. 16) Apague y desconecte el circuito.
5. ANÁLISIS Se puede observar la diferencia de potencial que se genera cuando el ojo trata de hacer enfoque a un objeto en movimiento (izquierda–derecha–arriba–abajo). Esto es conocido como movimiento sacádico. Se determina que la amplitud representada en el osciloscopio aumenta a medida que el movimiento es más pronunciado, está relacionado con el funcionamiento del EOG, ya que este determina la diferencia de potencial entre la córnea y la retina, por consiguiente entre más separado se encuentren, mayor será esa diferencia de potencial. 6. CONCLUSIONES En esta experiencia se comprendió los movimientos del ojo a nivel eléctrico utilizando el módulo del electrooculograma (EOG). En este, se analizó las actividades eléctricas en los seis haces musculares que regulan el movimiento del globo ocular, ya sea los movimientos cardinales o los referentes a los parpados. Esto es generado por la diferencia de potencial entre la córnea y la retina al generarse un movimiento rápido para enfocar un objeto, en el caso de la experiencia, un lapicero. Se indagó en cada una de las etapas presentes en un electrooculograma, teniendo en cuenta la funcionalidad de cada uno para su mayor exactitud en la medición
REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS [1] P. L. Kaufman y A. Alm, Adler fisiología del ojo: aplicación clínica. Elsevier España, 2004. [2] M. L. T. y J. Bernal, Alteraciones visuales y auditivas de origen genético. Pontificia Universidad Javeriana, 1998.
