CARACTERIZACIÓN DE LA DISTRIBUCIÓN DEL CONTACTO ENTRE DOS SUPERFICIES ARBITRARIAS UTILIZANDO ARREGLOS DE
ELECTRODOS ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN Campo de la Invención La invención se refiere a un método para la caracterización de la distribución espacial del contacto entre dos superficies arbitrarias y su evolución con el tiempo usando señales eléctricas medidas mediante arreglos de electrodos presentes en la superficie de contacto. Descripción de la Técnica Anterior Dentro el estudio de las propiedades mecánicas de materiales , la caracterización del contacto entre dos superficies desempeña un papel muy importante. Existen varios métodos para caracterizar el contacto y la distribución de presión entre dos superficies. Se ha desarrollado un sistema detector del contacto y presión para medir la oclusión dental (U S4856993, WO8902727 y EP0379524). U n sensor táctil flexible también fue desarrollado para medir la distribución de presión de las juntas y pu ntos de contacto (US5033291 , WO9109289 y EP0457900). Para estos sistemas, dos conju ntos de electrodos son separados por una capa resistente, sensible a la presión , delgada y el cambio de resistencia es medido electrónicamente para determinar la distribución, fuerza y localización del contacto en la superficie. Otro dispositivo utiliza dos o más electrodos colocados en las superficies opuestas de una pelícu la piezoeléctrica (U S4216403, U S5341687 y US5054323) o elastómero electrocond uctivo (US41 63204) para caracterizar las distribuciones de presión . También ha desarrollado un sensor de h uella digital q ue utiliza una técnica similar (US4394773) . Un método com ún para medir el contacto entre dos superficies es por medio de u n material de papel carbón entre dos superficies que hacen contacto. El contacto se puede también caracterizar con un papel de copiado sensible a la presión (US4630079). Estos métodos cualitativos se utilizan como una primer indicación de la distribución de presión entre las superficies pero sin proporcionar n inguna indicación de la evolución del contacto con el tiempo. También se han desarrollado métodos para detectar el contacto entre dos superficies sin estudiar la evolución del contacto con el tiempo o medir la distribución de presión. Por ejemplo, se han desarrollado métodos para determ inar el contacto entre instrumentos biomédicos y los tejidos, tales como un catéter y u n tejido durante la ablación . En este caso , es medida la tensión entre u n electrodo en el catéter y otro electrodo en el paciente (W09843547A2) . Otras técnicas utilizan u na medición de la proporción del cambio de la impedancia total del contacto del electrodo (WO9909899A71 ) o una med ida del áng ulo de fase del flujo de corriente en dos porciones diferentes de un electrodo (W09844856) para detectar la pérdida de contacto entre el electrodo biomédico y la piel.
Algunas técnicas también se utilizan para estudiar la topografía de una superficie, como el sensor de fuerza de precisión a pequeña escala que se basa en la fuerzas atrayentes y/o repulsivas resultantes entre la sonda y la superficie que produce la deformación de un material medidor de tensión que resulta en un cambio de sus propiedades eléctricas (US5092163). En este caso, el electrodo no está en contacto con la superficie. La Patente Norteamericana No. 5,779,651 describe un aparato médico para la fácil detección y diagnostico de la degeneración del cartílago y un método de uso de tal aparato. Sin embargo, esta invención no proporciona ninguna información acerca de la superficie de contacto entre la punta del dispositivo y el material a caracterizarse, o de la evolución temporal de esta superficie de contacto entre la superficie de indentación del dispositivo y el material a caracterizarse. Esto es un punto crítico puesto que en ausencia del conocimiento preciso del área de contacto y de cómo cambia durante el tiempo, no puede hacerse ninguna deducción de las propiedades del material. Por lo tanto, será altamente conveniente que se proporcione un método que permita una caracterización directa y precisa del tiempo de contacto entre dos superficies, e indirectamente de la deformación aplicada y respuesta mecánica de la superficie. Breve Descripción de la Invención Un objetivo de la presente invención es proporcionar un método para determinar con precisión el tiempo de contacto entre dos superficies utilizando señales eléctricas mú ltiples de electrodos expuestos sobre la superficie de contacto. Otro objetivo de esta invención es el uso de señales eléctricas q ue ind ican el tiempo de evolución de la distribución del contacto para estimar la amplitud y velocidad del desplazamiento aplicado a un material probado son respecto al tiempo y orientación angular de la superficie q ue contiene los electrodos d u rante el contacto y compresión . Otro objetivo de esta invención es permitir la caracterización de la respuesta mecánica de u n material vía la naturaleza y evolución temporal del contacto entre dos superficies. Otra objetivo de esta invención es proveer de varias configuraciones superficiales con un arreglo multidimensional de electrodos para evaluar con precisión las distribuciones del contacto, el desplazamiento aplicado y la respuesta mecánica de u n material. De acuerdo con la presente invención , se proporciona un n uevo método para caracterizar la evolución de la distribución del contacto con el tiempo entre dos superficies usando arreglos de electrodos presentes en la superficie q ue se pone en contacto. Colocando los electrodos en las localizaciones defin idas en una superficie arbitraria y midiendo la señal eléctrica generada con el tiempo durante la compresión de u na segu nda superficie arbitraria , la evolución del contacto puede precisamente caracterizarse y por lo tanto se proporciona la información esencial sobre la respuesta mecán ica del material. Este método d ifiere de los métodos ya existentes en dos aspectos principales. Primero , en vez de medir una resistencia con dos electrodos en los lados opuestos de u na capa sensible a la presión , los arreg los de electrodos se utilizan sobre una superficie de contacto y se miden los potenciales eléctricos durante la compresión de una seg unda superficie arbitraria. La segunda d iferencia es el tipo de med ición . En vez de medir una presión , se miden los potenciales eléctricos absolutos o diferenciales generados du rante el contacto y compresión del material probado. Tal información puede utilizarse para estimar el desplazamiento aplicado al material así como la orientación angular de la superficie que contiene los electrodos con relación al material d urante el contracto y compresión. Además, la respuesta mecánica del material es directamente indicada por su capacidad para conformar a la superficie q ue contiene los electrodos. La generación de esta fuerza entre dos superficies de contacto depende en gran medida del tiempo de evolución del contacto, y el conocimiento de la evolución del contacto con el tiempo es necesario para interpretar las señales de fuerza. Otro ejemplo donde la información del contacto es importante es en la medición de la compresión generada por los campos eléctricos. U n ejemplo común es cuando una sonda que contiene microelectrodos entra en contacto con y comprime una sustancia para caracterizarse por medio de potenciales eléctricos generados en los microelectrodos expuestos. Cuando esta comprensión es aplicada manualmente, careciendo así de la información del tipo de desplazam iento impuesto, la distribución del contacto con el tiempo puede proporcionar la información del tipo de desplazamiento aplicado, aún cuando ésta es controlada pobremente como en el caso de una aplicación manual. Tal información puede ser de la forma del desplazamiento o velocidad de la sonda con respecto al tiempo y su orientación angular con respecto a la sustancia probada. La medición precisa de la distribución del contacto con el tiempo puede también conducir a un nuevo tipo de análisis de materiales el cual en su forma más general podría ser la consideración de como caracterizar un "sometimiento de superficies". Breve Descripción de los Dibujos Teniendo así descrita de manera general la naturaleza de la invención, ahora se hará referencia a los dibujos anexos, que muestran por medio de ilustración una modalidad preferida de la misma, y en donde: Las figuras 1A, 1B Y 1C ilustran una geometría de superficie diferente con arreglos de electrodos utilizados con el método de la presente invención; La figura 2 ilustra la carga y señales eléctricas diferenciales comunes medidas con el método de la presente invención cuado una superficie semicónica (figura 1B) que contiene los electrodos se pone en contacto con un espécimen de cartílago articulado puesto en solución salina; La figura 3 ilustra la carga y señales eléctricas diferenciales comunes medidas con el método de la presente invención cuado una superficie semicónica (figura 1B) que contiene los electrodos se pone en contacto por medios manuales con un espécimen de cartílago articu lado puesto en solución salina ; La figura 4 ilustra la carga y señales eléctricas diferenciales comunes medidas con el método de la presente invención cuado u na superficie semicónica (fig u ra 1 B) q ue contiene los electrodos se pone en contacto con u n material elastomérico arbitrario no biológ ico , en este caso u n borrador; La figura 5A ilustra la carga y señales eléctricas absolutas com unes medidas con el método de la presente invención cuado una superficie semiesférica (figura 1 C) que contiene los electrodos se pone en contacto con un espécimen de cartílago articu lado puesto en solución salina; La fig ura 5B ilustra la diferencia de tiempo entre el comienzo de señales, por lo cual se dem uestra la evolución temporal del contacto entre la superficie que contiene los electrodos y la superficie del cartílago así como la orientación ang ular de la superficie que contiene los electrodos, superposicionando las señales eléctricas absolutas de la fig ura 5A; La fig ura 6A ilustra la carga y señales eléctricas absolutas comu nes medidas con el método de la presente invención cuado una superficie semiesférica (figura 1 C) que contiene los electrodos se pone en contacto por medios manuales con un espécimen de cartílago articulado puesto en solución salina ; La figu ra 6B ilustra la diferencia de tiempo entre el comienzo de señales, por lo cual se demuestra la evolución temporal del contacto entre la superficie que contiene los electrodos y la superficie del cartílago así como la orientación angular de la superficie que contiene los electrodos, superposicionando las señales eléctricas de la figura 6A; La figura 7 ilustra la carga y señales eléctricas absolutas comunes medidas con el método de la presente invención cuado una superficie semiesférica (figura 1C) se pone en contacto con un material elastomérico; La figura 8 ilustra la carga y señales eléctricas absolutas comunes medidas con el método de la presente invención cuado una superficie semiesférica (figura 1C) que contiene los electrodos primero se pone en contacto con un espécimen de cartílago articulado puesto en solución salina y luego liberado de la superficie por el movimiento en dirección opuesta; y La figura 9 ¡lustra la carga y señales eléctricas diferenciales comunes medidas con el método de la presente invención cuado una superficie semicónica (figura 1B) que contiene los electrodos de los tejidos extirpados y mantenidos en cultivo sanos y degradados del cartílago puestos en solución salina. Descripción Detallada de la Invención El contacto entre dos superficies arbitrarias puede caracterizarse por las señales eléctricas medidas por los electrodos localizados en una de las superficies. Además, la superficie que contiene los electrodos puede ponerse en contacto con cualquier superficie del material. Las figuras 1A a 1C muestran ejemplos particulares de u na amplia gama de configuraciones y geometrías de superficie de electrodos que pueden usarse para caracterizar el contacto entre dos superficies. La geometría, tamaño, separación y tipo de material de los electrodos pueden variar dependiendo de la aplicación. Du rante el contacto de dos superficies arbitrarias, las señales eléctricas pueden medirse entre dos electrodos adyacentes (medidas diferentes) o entre cada electrodo y una referencia común (medidas absolutas) . La referencia comú n puede ser un electrodo de referencia ubicado en el baño de prueba y conectado a tierra o u n electrodo particular del arreglo que contiene o no la segunda superficie. El contenido de ruido de las señales eléctricas puede reducirse de manera significativa en el caso de las med iciones diferenciales o absolutas con otro electrodo del arreglo utilizado como referencia. Las figuras 2, 3, 4 y 9 ilustran ejemplos de mediciones diferenciales. Las figu ras 5A, 5B, 6A, 6B , 7 y 8 ilustran ejemplos de mediciones absolutas con relación a un electrodo de referencia puesto en el baño de prueba y conectado a tierra. Las señales eléctricas fueron medidas con un arreglo lineal de 1 1 electrodos de platino de 50 pm de diámetro separados por 300 pm excepto por dos pares de electrodos que fueron separados aparte por 600 pm (electrodos 3 y 4 y electrodos 8 y 9) . Las fig uras 2, 4, 5A, 5B, 7 , 8 y 9 m uestran señales eléctricas medidas d urante u na prueba de relajación de la tensión . Para controlar con precisión la amplitud y velocidad del contacto y la deformación y para medir la fuerza aplicada a la superficie, se utilizó un sistema de pruebas mecánicas. La superficie que contiene los electrodos o poste se conectó a u na celda de carga , el tej ido fue puesto en u na cámara de prueba llena de solución salina y montada en una plataforma de accionador y se aplicó u n desplazamiento por el accionador. Durante una prueba de relajación de la tensión normal , el poste que contiene los electrodos primero fue puesto en contacto con el tejido (posición 0 en la posición contra la gráfica de tiempo) . Luego las dos superficies fueron separadas por una distancia conocida y una etapa de compresión fue aplicada con u na velocidad fija . Las fig u ras 3 , 6A y 6B presentan las señales eléctricas medidas durante una compresión man ual del material con el poste que contiene los electrodos conectado a la celda de carga. La figura 2 muestra las señales eléctricas diferenciales medidas durante una prueba de relajación de la tensión en un espécimen de cartílago articu lado puesto en solución salina. El cartílago articulado en un tejido biológico compuesto de cargas negativas establecidas. Du rante la compresión del cartílago, hay un desplazam iento de iones positivos móviles en el flu ido con relación a las cargas negativas establecidas, q ue prod uce señales eléctricas o potenciales de gasto líquido . Durante esta prueba de relajación de la tensión , la superficie del cartílago fue comprimida por 500 µ?t? en 1 seg undo con u n poste semicónico q ue contiene los electrodos. Un dibujo esquemático de la superficie semicon ica muestra la posición de cada canal diferencial que representa la diferencia de potencial entre los electrodos adyacentes (1 0 canales por 1 1 electrodos) . Primero , se observó un incremento de la carga cuando las dos superficies fueron puestas en contacto (posición 0 en la posición contra la gráfica de tiempo). La carga es máxima en el extremo del desplazamiento y empieza a reducirse du rante la relajación del tejido para alcanzar el equilibrio. Comportamientos similares se observaron en las señales eléctricas medidas para cada canal. También se notó q ue los cuatro canales d iferenciales sobre la superficie plana (canales 4, 5, 6, y 7) tienen una amplitud más baja que los canales localizados en las superficies cónicas y se caracterizan por u n contacto pico en 1 segundo. Los canales localizados en las superficies cón icas se caracterizan por amplitudes potenciales altas debido a la d iferencia más alta de presión entre los electrodos adyacentes . De hecho, du rante la compresión , la superficie plana del poste está tocando primero el tejido que aplica la deformación más alta, para que la presión sea máxima sobre la superficie. Sin embargo, aú n si la presión es máxima, la diferencia de presión entre dos electrodos adyacentes localizados en la superficie plana es menor debido a que la presión es un iforme. Para los electrodos localizados en la región cónica, la presión dism inuye, siendo mín ima en la periferia, para que las diferencias de presión sean mayores (Soulhat J et al. , J Biomech Eng 121 :340, 1999) . El tiempo en el cual cada par de electrodos toca el tejido puede ded ucirse. Para los canales 3, 2 , 1 , el potencial comienza a incrementarse en 1 , 1 .2 y 1 .4 seg u ndos respectivamente . Resultados sim ilares se observan para los canales simétricos 8 , 9, y 1 0. Los canales 3 y 8 se caracterizan por amplitudes mayores debido a que los pares de electrodos están separados por 600 m en vez de 300 µ?t? . Además , los canales simétricos localizados en cada lado de la superficie plana tienen señales opuestas (canales 1 , 2 y 3 con relación a los canales 1 0, 9 y 8) debido a la dirección opuesta del flujo de fluido d urante la compresión . De hecho, la presión aplicada al tej ido con el poste semicónico es m ínima en la periferia del poste , incrementándose a un valor máximo al centro y dism in uyéndose nuevamente del centro a la periferia. Puesto que los potenciales son medidos con un arreg lo lineal de electrodos en u na dirección, los canales simétricos de cada lado de la superficie plana tienen señales opuestas (canales 1 , 2, y 3 con relación a los canales 1 0 , 9 y 8) debido a la dirección opuesta del flujo de fluido durante la compresión . De hecho, la presión aplicada al tej ido con el poste semicónico es m ín ima en la periferia del poste, incrementándose a un valor máximo al centro y disminuyendo n uevamente del centro a la periferia . Puesto q ue los potenciales son med idos con u n arreg lo lineal de electrodos en una d irección , los canales simétricos en cada lado de la superficie plana tienen las señales opuestas. La fig ura 3 muestra otro ejemplo de las señales eléctricas diferenciales medidas cuando una superficie sem icón ica se pone en contacto con un espécimen de cartílago puesto en solución salina por medios manuales. Como se observa en la figu ra 2, la forma de las señales eléctricas medidas es similar a la respuesta de carga mecánica del tejido. Nuevamente, los canales localizados en cada lado de la superficie plana tienen las señales opuestas . En este ejemplo en particular, la amplitud de los canales 9 y 10 es m uy baja , debido a la orientación angular del poste durante la compresión manual. Los resultados de las Figuras 2 y 3 m uestran que la información complementaria puede obtenerse a partir de las señales eléctricas y la carga durante el contacto y compresión. La figura 4 ilustra un ejemplo de las señales eléctricas d iferenciales medidas cuando un poste semicónico con electrodos se pone en contacto con un material elastomérico. Esta prueba fue hecha para demostrar q ue la distribución del contacto debe caracterizarse en materiales diferentes a los tejidos biológ icos . Puesto que un material elastomérico no tiene g rupos de carga ionizados fijos, no existe el desplazamiento de los iones móviles con relación a las cargas fijas d urante la compresión , en contraste con los tejidos biológicos tal como el cartílago. Esta prueba fue rea lizada en seco sin la inmersión en solución salina. Además, el desplazamiento de la señal eléctrica fue eliminado por la alta filtración de paso. Los resultados de la Fig ura 4 muestran los potenciales q ue comienzan incrementarse más adelante para los canales 2 y 1 que están localizados en la parte cónica de la superficie que contiene los electrodos, comparado con los canales 4 ó 5 que están en la superficie plana . Las flechas en los canales 1 y 2 ind ican el tiempo de contacto de uno de los dos electrodos que constituyen el par de electrodos adyacente del canal. Estos resultados demuestran la viabilidad de caracterización de la distribución del contacto utilizando el método de la presente invención sobre cualquier material de muestra. La figura 5A presenta las señales eléctricas absolutas med idas durante la prueba de relajación de la tensión en un espécimen de cartílago articulado en solución salina. Durante esta prueba, la superficie de cartílago fue comprimida por 300 µp? en 1 5 segundos con un poste semiesférico que contiene los electrodos. Un dibujo esquemático de la superficie semiesférica muestra la posición de cada canal absoluto que representa la diferencia de potencial entre cada electrodo y un electrodo de referencia colocados en el baño de prueba y conectados a tierra ( 1 1 canales por 1 1 electrodos). Al igual que en la figura 2, la carga com ienza a incrementar en contacto a un valor máximo y luego se relaja para obtener el equilibrio. La forma de las señales eléctricas es sim ilar a la respuesta de carga mecán ica del tejido . El canal 6 (diferencia potencial entre el electrodo 6 y el electrodo de referencia en el baño conectado a tierra) está caracterizado por la amplitud más grande. De hecho, el electrodo 6 es el primer electrodo q ue toca el tej ido. El electrodo 6 también hace contacto con el cartílago donde la deformación mayor es aplicada y la presión es máxima. La amplitud de otros canales dism in uye simétricamente desde el centro (canal 6) a la periferia (canal 1 ó 1 1 ) . Las señales eléctricas de todos los canales son negativas y en fase debido a q ue las señales se m iden con relación a u n electrodo de referencia conectado a tierra y el cartílago está com puesto de cargas negativas fijas. De hecho, durante la compresión , los iones móviles positivos se desplazan con relación a las cargas negativas fijas en la dirección del electrodo de referencia y es negativa la señal eléctrica medida . La figura 5B muestra una superposición de las señales eléctricas medidas en uno de los dos lados simétricos del poste semiesférico. N uevamente, se puede observar un incremento de la amplitud de señales desde la periferia (canal 1 1 ) al centro (canal 6) . El retraso de tiempo entre las señales puede verse también claramente . El retraso de tiempo es la diferencia de tiempo entre el comienzo de dos señales, es decir, cuando com ienzan a diferenciarse de cero o llegan a ser negativas. Conociendo la geometría exacta de la superficie semiesférica y la posición de cada electrodo así como el retraso de tiempo entre el comienzo de cada señal, puede deducirse la evolución temporal del contacto y la información concern iente a la amplitud de compresión y velocidad y la orientación ang ular de la superficie que contiene los electrodos con relación a la otra superficie du rante la compresión . En el caso donde la superficie que contiene los electrodos no es perpendicular a la otra superficie, las señales potenciales están por adelantado (tiempo de retraso más corto) y la amplitud es mayor para los canales en la región de la superficie semiesférica que hace contacto primero con el tejido . La figu ra 6A presenta las señales eléctricas absolutas medidas du rante la compresión man ual con un poste semiesférico de un espécimen de cartílago puesto en solución salina . Nuevamente, la forma de las señales eléctricas es casi idéntica a la respuesta de carga mecánica del cartílago. La amplitud es mayor en el centro (canal 6) y disminuye de manera simétrica desde el centro a la periferia . La figu ra 6B m uestra una superposición de las señales eléctricas med idas en u n lado del poste semiesférico. N uevamente , se observa un incremento de la amplitud de señales desde la periferia (canal 1 ) al centro (canal 6) . Puede también observarse el tiempo de retraso entre el com ienzo de las señales eléctricas. Los retrasos de tiempo que se muestran en la Fig u ra 6B son menos visibles q ue aquellos de la figu ra 5B, debido a q ue la compresión manual fue más rápida. Sin embargo, la amplitud, velocidad y orientación angular del poste d u rante la compresión puede deducirse aqu í usando mayores proporciones de adq u isición de datos. La fig ura 7 presenta las señales eléctricas absolutas medidas d urante la compresión de u n material elastomérico con u n poste semiesférico. Esta prueba fue realizada en seco sin la inmersión en solución salina . Además, el desplazamiento de la señal eléctrica fue eliminado por alta filtración de paso. Primero, hay saturación del sistema de aplicación eléctrica solamente después del contacto entre el poste y el material elastomérico. Sin embargo, puede verse claramente un incremento del retraso de tiempo en las señales eléctricas desde el centro a la periferia. La Figura 8 muestra la señal eléctrica absoluta del canal 6 med ido durante la compresión del cartílago con un poste semiesférico. En este caso, el poste fue rápidamente liberado después de la compresión. Se obtiene la información eléctrica adicional d u rante la liberación de la su perficie.
Además , u n pico ascendente pequeño es visto du rante la liberación en el canal 6 en el tiempo de 37 segundos. N uevamente, la forma de señal eléctrica es similar a la respuesta de carga mecánica en el tejido du rante la compresión Como se ilustra, las señales eléctricas absolutas (Fig uras 5A, 5B , 6A, 6B, 7 y 8) pueden más fácilmente reflejar la evolución del contacto en u n cierto plazo q ue las señales diferenciales (Fig u ras 2, 3, 4 y 9). De hecho , el contacto fue menos evidente para las mediciones diferenciales puesto que las señales eléctricas se midieron entre dos electrodos adyacentes localizados en una posición diferente en la superficie y haciendo contacto con el tejido en momentos diferentes. Sin embargo, en los dos casos, puede determinarse con precisión el tiempo de contacto entre las dos superficies así como también la evolución del contacto con el tiempo. La evolución del contacto con el tiempo proporciona la información acerca de la capacidad del material para conformar a la superficie que contiene los electrodos. Además , con la posición exacta del electrodo sobre la superficie, pueden ded ucirse fácilmente la amplitud , velocidad y orientación ang ular de la superficie que contiene los electrodos d u rante el contacto y la compresión . Dependiendo del tipo de material a probarse, las señales eléctricas medidas pueden pasarse a través de un preamplificador de condicionamiento, un amplificador y filtros antes de ser adquiridas por u na computadora. En todos los casos, la impedancia del contacto entre los electrodos y el material debe ser insignificante comparado a la impedancia de entrada del preamplificador. Además , la corriente de polarización debe ser m ínima para evitar la polarización de los electrodos . Para min im izar la impedancia de contacto, los electrodos pueden revestirse con solución cloroplatín ica en un baño de u ltrasonido . La presente invención se entenderá más fácilmente haciendo referencia al siguiente ejemplo el cual es proporcionado para ilustrar la invención en lugar de lim itar su alcance.
EJEMPLO 1 Las figuras 2 , 3, 5A, 5B, 6A, 6B y 8 muestran que las señales eléctricas medidas sobre la superficie de cartílago están directamente relacionadas a las propiedades mecán icas del tejido. De hecho, información similar puede obtenerse a partir de la forma de la respuesta de carga mecánica y de los potenciales medidos durante el contacto y compresión del cartílago articulado. Desde el punto de vista mecán ico, el cartílago articulado es un material compuesto de fases sólidas y flu idas. La fase flu ida (ag ua) se localiza en los poros microscópicos del tejido. El tamaño de los poros es alrededor de 5nm . Cuando u na compresión se aplica al cartílago, el fluido intersticial fluye a través de la matriz porosa que genera fuerzas mayores de presión q ue resisten la compresión y la pérd ida de agua. El cartílago por lo tanto demuestra u n comportamiento viscoelástico tal que bajo carga o deformación , el cartílago articular posee un comportamiento mecán ico depend iente del tiempo. Los potenciales de gasto líq u ido están d irectamente relacionados a la presión generada du rante la compresión del cartílago. Además, la velocidad del fluido d urante la compresión está relacionada al g radiente del potencial de gasto líquido. Por ejemplo, en la figu ra 5A, se ha observado que el canal 6 (potencial de gasto líquido med ido entre el electrodo 6 y un electrodo de referencia conectado a tierra) fue caracterizado por la amplitud del potencial de gasto líquido que está directamente relacionada a la presión máxima aplicada por el poste semiesférico . I ntegrando el arreglo de electrodos mu ltidimensional en la punta de sonda artroscópica , los potenciales de gasto líqu ido pueden medirse directamente en la superficie del cartílago dentro de una articulación . Sin embargo, para determinar con precisión las propiedades electromecánicas del cartílago, es necesaria la amplitud de compresión o deformación y velocidad aplicados al cartílago. Elig iendo la geometría de la superficie q ue contiene los electrodos y la distancia entre los electrodos, y midiendo con precisión el tiempo de contacto de cada electrodo, puede estimarse el desplazamiento aplicado al cartílago (la estimación precisa depende del conocimiento de la respuesta mecán ica del material probado) así como la orientación angular de la superficie q ue contiene los electrodos durante la compresión. Tal información puede ser útil en el contexto de aparatos méd icos para el diagnóstico de la degeneración del cartílago vía u n trazo espacial de los potenciales eléctricos inducidos por compresión. La matriz extracelular del cartílago principalmente está compuesta de moléculas fijas cargadas de forma negativa referidas como proteoglicanos atrapados en u na red de colágeno. Durante la com presión del cartílago , hay u n desplazam iento de los iones móviles positivos en el flu ido con relación a los proteoglicanos cargados de forma negativa, produciendo así los potenciales de gasto líq u ido. La osteoartritis es una degeneración del cartílago reflejada por la pérdida de proteog licanos y la pérd ida de integ ridad de la red de colágeno. Los potenciales de gasto líq uido med idos sobre la superficie del cartílago están d irectamente relacionados al conten ido de proteoglicanos y la integridad de red de colágeno, para que la osteoartritis se refleje por una d isminución de la amplitud de potenciales de gasto líquido . La sonda a rtroscópica puede así utilizarse para determinar con precisión el estado de salud o degeneración de u n tejido y probar los métodos de regeneración y otros tratamientos de tejidos. La figura 9 ¡lustra un ejemplo de potenciales diferenciales (canal 3) medidos en tejidos extirpados del cartílago normales y degradados durante la compresión con un poste semicón ico. En este caso, un tejido extirpado saludable de cartílago fue tratado con un agente de degradación bioqu ím ico para inducir la pérdida de proteoglicanos y el rompimiento de la red de colágeno. Los potenciales de gasto líq u ido fueron med idos periód icamente para estud iar la evolución de la deg radación . Como puede verse, los potenciales de gasto líquido son particu larmente sensibles a la degradación . Además, los potenciales de gasto líquido y la carga tienen un comportamiento idéntico tanto para el cartílago degradado como el normal.
Durante una prueba de artroscopia , el ortoped ista aplicará man ualmente u na compresión peq ueña al cartílago. Este proced im iento se repetirá varias veces para asegurar la reproducción de los resultados. El ortopedista no necesariamente puede controlar con precisión el desplazam iento aplicado al cartílago. Además , la superficie que contiene los electrodos nu nca será perfectamente paralela a la superficie del cartílago. Con un superficie plana, sem icónica o semiesférica y un arreglo mu ltidimensional de electrodos, las señales eléctricas pueden analizarse para determinar con precisión el tiempo de contacto de cada electrodo con el tejido, y por lo tanto indicar el desplazamiento relativo aplicado y la orientación angular de las dos superficies. El problema del paralelismo puede resolverse utilizando una superficie esférica que contiene los electrodos, y el análisis de señal teniendo en cuenta la orientación arbitraria de la superficie q ue contiene los electrodos .