[en] Due to the knowledge of the cellular structure of biological tissues and the ability to extract a parametric passive electrical model of tissue based on a two terminals element with a given spectral relaxation of impedance (Cole-Cole model), bio-impedance spectroscopy allows us to relate these parameters to tissue physical features, such as cell density or the dispersion of the size and shape of cells among others. These physical aspects are variable with time in tissues that are subject to mechanical changes, which sometimes can be relatively fast, as it is the case of the in-vivo heart tissue. As a result, it is also of interest to make the measurements quickly and continuously during a given time interval, aiming to see its evolution. Research teams of Sant Pau Hospital together with the Instrumentation and Bioengineering research team of the Electronics Engineering Department, are studying the effectiveness of the bio-impedance measurement in the diagnosis and localization of lung tumors and myocardial infarctions, common pathologies that present a decrease in quality of life, even death, in patients who suffer them, justifying the clinical need for a device capable of improving their diagnosis. According to preliminary research results, this technique would be useful as a complementary tool, improving the ability of distinguishing pathological tissues of current techniques. Commercially available instruments for measurement of impedance spectroscopy are usually expensive, bulky and incomplete, making it difficult and more expensive the use of these tools for this purpose, as well as progress in the procedure of investigation and validation of such practice as a method of clinical diagnosis. Therefore, the objective of this project is to design and prototype a standalone and low cost measuring instrument capable of measuring bio-impedance satisfying the required characteristics. Such a system will be prototyped using an open-hardware development tool recently appeared on the market called Red Pitaya and the suite of computing and graphical presentation Matlab as major technological basis, taking advantage of all materials and background about the field in question acquired by the results of the previous work of the research group. The final result of the project has been to make a measurement of impedance of in-vivo cardiac tissue in a pig model with induced myocardial infarction with the designed prototype, accessing the myocardial tissue through a catheter. Impedance spectra have been acquired with the catheter floating inside the cavity, in contact with healthy tissue and also with scar tissue, being able of distinguishing between the three tissue states and thus validating the ability to support research of the developed prototype.

[es] Debido al conocimiento de la estructura celular de los tejidos biológicos y la capacidad de extraer un modelo eléctrico paramétrico del mismo basado en elemento de dos terminales con una cierta relajación espectral de impedancia (modelo de Cole-Cole), la espectroscopia de bio-impedancia nos permite determinar los parámetros directamente relacionados con información física del tejido, como pueden ser la densidad celular o la dispersión del tamaño de las células, entre otros. Estos aspectos físicos son variantes con el tempo en tejidos que están sometidos a cambios mecánicos que en ocasiones pueden ser muy rápidos, como es el caso particular del tejido cardiaco. Debido a ello, también es de interés poder realizar la medida de manera rápida y continua durante un cierto intervalo de tiempo, con el objetivo de poder ver su evolución. Equipos de investigación del hospital de Sant Pau, juntamente con el grupo de investigación de Instrumentación Electrónica y Biomédica del Departament d'Enginyeria Electrònica de la UPC, están estudiando la eficacia de la medida de bio-impedancia en el diagnostico i localización de infartos de miocardio o tumores pulmonares, patologías comunes y que presentan una disminución en la calidad de vida, incluso el fallecimiento, a los pacientes que la sufren, justificando la necesidad clínica de un dispositivo capaz de dar soporte a su diagnosis. Según los resultados preliminares de la investigación, este método puede tener un papel complementario, mejorando la capacidad de distinguir algunos tejidos patológicos de las técnicas actuales. Los instrumentos presentes en el mercado actual válidos para la medida de espectroscopia de impedancia acostumbran a ser costosos, voluminosos e incompletos, dificultando y encareciendo la capacidad de uso de dichas herramientas para tal objetivo, así como el avance en el procedimiento de investigación y validación de dicha técnica como método de diagnóstico clínico. Por tanto, el objetivo de este proyecto en concreto es desarrollar un instrumento de medida auto contenido y de bajo coste que sea capaz de medir bio-impedancia satisfaciendo las características requeridas. Dicho sistema será desarrollado sobre la herramienta de instrumentación de desarrollo libre recientemente aparecida en el mercado llamada Red Pitaya, basada en el chip Zynq de Xilinx, y la suite de computación y presentación gráfica Matlab como principales sustentos tecnológicos, aprovechando todo el material y conocimientos actuales sobre el ámbito en cuestión adquiridos por los resultados del trabajo anterior del grupo de investigación. Como resultado final del proyecto, se ha conseguido realizar una medida de impedancia de tejido cardiaco con el prototipo propuesto, accediendo mediante un catéter al interior del corazón de un cerdo in-vivo con un infarto de miocardio inducido. Se ha medido la impedancia con el catéter flotando dentro de la cavidad, en contacto con tejido sano y en contacto con tejido cicatrizado, viéndose las claras diferencias entre las tres medidas y validando así la capacidad de dar soporte a la investigación con el prototipo propuesto.