Diseño experimental óptimo para la identificación paramétrica del comportamiento eléctrico de bioelectrodos y tejidos biológicos
Autores: Sebastià Bargues, Àngela; Polo Sanz, José-Luis; Martín Martín, Raúl
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2022
Acceso abierto
Artículo científico
2022
Diseño experimental óptimo para la identificación paramétrica del comportamiento eléctrico de bioelectrodos y tejidos biológicos
Categoría
Matemáticas
Subcategoría
Matemáticas generales
Palabras clave
Impedancia eléctrica
Interfaz electrodo-tejido
Circuito eléctrico equivalente
Datos de impedancia experimental
Diseño experimental óptimo
Diseños D-óptimos
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 31
Citaciones: Sin citaciones
El comportamiento eléctrico de un sistema, como una interfaz electrodo-tejido (IET) o un tejido biológico, puede ser utilizado para su caracterización. Una forma de lograr este objetivo consiste en medir la impedancia eléctrica, es decir, la oposición que un sistema exhibe al flujo de corriente alterna en función de la frecuencia. Posteriormente, los datos experimentales de impedancia se ajustan a un circuito eléctrico equivalente (modelo EEC) cuyos parámetros pueden correlacionarse con los procesos de electrodo que ocurren en la IET o con el estado fisiológico de un tejido. El EEC utilizado en este documento es un enfoque razonable para electrodos bio-simples o membranas celulares, asumiendo capacitancias ideales. Utilizamos la teoría del diseño experimental óptimo para identificar las frecuencias en las que se mide la impedancia, así como el número de repeticiones de la medición, de manera que los parámetros del EEC puedan ser estimados de manera óptima. Específicamente, calculamos diseños D-óptimos aproximados y exactos optimizando el determinante de la matriz de información adaptando dos de los algoritmos más utilizados rutinariamente en la actualidad (algoritmo de intercambio aleatorio REX y algoritmo de intercambio KL). La eficiencia D de los diseños óptimos proporcionados por los algoritmos se comparó con el diseño comúnmente utilizado por los experimentadores y se muestra que la precisión de las estimaciones de los parámetros puede incrementarse.
Descripción
El comportamiento eléctrico de un sistema, como una interfaz electrodo-tejido (IET) o un tejido biológico, puede ser utilizado para su caracterización. Una forma de lograr este objetivo consiste en medir la impedancia eléctrica, es decir, la oposición que un sistema exhibe al flujo de corriente alterna en función de la frecuencia. Posteriormente, los datos experimentales de impedancia se ajustan a un circuito eléctrico equivalente (modelo EEC) cuyos parámetros pueden correlacionarse con los procesos de electrodo que ocurren en la IET o con el estado fisiológico de un tejido. El EEC utilizado en este documento es un enfoque razonable para electrodos bio-simples o membranas celulares, asumiendo capacitancias ideales. Utilizamos la teoría del diseño experimental óptimo para identificar las frecuencias en las que se mide la impedancia, así como el número de repeticiones de la medición, de manera que los parámetros del EEC puedan ser estimados de manera óptima. Específicamente, calculamos diseños D-óptimos aproximados y exactos optimizando el determinante de la matriz de información adaptando dos de los algoritmos más utilizados rutinariamente en la actualidad (algoritmo de intercambio aleatorio REX y algoritmo de intercambio KL). La eficiencia D de los diseños óptimos proporcionados por los algoritmos se comparó con el diseño comúnmente utilizado por los experimentadores y se muestra que la precisión de las estimaciones de los parámetros puede incrementarse.