ingeniería biomédica proyecto 22 de octubre de 2002 prof. agr. franco simini núcleo de ing....

Ingeniería Biomédica

Proyecto22 de octubre de 2002

Prof. Agr. Franco Simini

Núcleo de Ing. Biomédica

Facultades Medicina e Ingeniería

[email protected]

www.nib.fmed.edu.uy

Ing. Biomédica - Proyecto

• Equipos relevados o conocidos:

• .........

• .........

• .........


• Particularidades respecto a instr. general• Magnitudes pequeñas• Frecuencias bajas• Dificultad de acceso (transductores)• Variabilidad biológica• Complejidad de interacción biológica• Complejidad de presentación: imágenes• Preservar la seguridad del paciente


• Equipo biomédico

• Estudio del fenómeno a medir

• Modelo de sistema

• Integración de partes (transductores..)

• Seguridad del paciente y operador

• Proyecto y programación

• Pruebas


• Clasificación de instrumentos biomédicos• por magnitud estimada (pres., temp., etc.)• por principio físico (R, US, electroquím.)• por sistemas (cardiov., SNC, pulmón.)• por especialidad (CTI, radiología, etc.)• sostiene vida / diagnóstico / prótesis• por magnitud estimada• imágenes / señales


• Ingeniería ?

• Tareas de proyecto específico

• Tecnologías integradas

• Evaluación de costos y beneficios

• Investigación con fin práctico


• Biología ?

• Potenciales eléctricos

• Procesos vitales

• Sistemas de regulación


• Medicina ?

• Concepto de prueba diagnóstica

• Prótesis

• Acciones terapéuticas

• Instrumentos para ejercer la medicina


• Ejemplo:

• Solución de largo plazo para la alimentación de dispositivos implantados (marcapasos)

• Goto et al. IEEE tr. BME julio 2001

Ing. Biom. / Fuente implantable

Fuente ubicada en el cuerpo

Libertad de movimientos

Transmisión de E desde exterior

Recarga fácil


datos biológicos a tener en cuenta

piel 37 º - calentar menos de 2º

transmitancia de la piel

datos físicos

3V constantes

EM interfiere

luz: día de sol 100 mW/cm2


proyecto

exterior:

infrarrojo cercano (NIR) 810 nm

fuente laser, colimador, 20 mW/cm2

implantado:

fotodiodos en serie 0.6 A/W, 2 cm2 , diodo

batería Li recargable


verificación biológica

fotodiodos cubiertos con película transm. 92%

piel del ratón 0.8 mm

fotodiodos subcutáneos con contactos ext.

medida de transmitancia de la piel rata: 64%

medida de aumento de T < 2º


verif. física: test de carga batería implantada

carga con marcapasos 65 lpm, -5V, 0.4 ms

corazón: resistor 470 Ω, 15 minutos

eficiencia de conversión PV.I / PLi = 20%

volt.: 2.76 V + 0.10 V

corriente de carga 1.7 mA


verificación global prevista

marcapaso 20 µA, 24 h son 0.48 mAh

son 17 min a 1.7 mA

descarga de 0.48 mAh implica ∆V=0.6 mV

bat de Li es 2.8 V, cambia cuando 2.0 V

60 000 ciclos con descarga 0.5% (0.48 mAh)

son 100 años, lo que permite recarga no diaria


ajustes para humanos

piel transmite 10%-20% (no 64%)

entonces 10 cm2 de fotodiodos

luz solar con filtros


circuito electrónico

batería Li

marcapasos

biología de la piel

óptica

métodos de medida

==> solución de Ing. Biomédica - Proyecto

Ing. Biom. / Sist. Vestibular

Proyectar un equipo de evaluación automática de la respuesta del sistema vestibular a un estímulo de seguimiento ocular

• Ojos siguen un blanco móvil

• Evaluar función de transferencia


modelo del fenómeno

transductores

adquisición

circuitos y seguridad

procesamiento

presentación resultados


laberinto del oído medio tiene 5 órganos

las 2 máculas

3 canales semicirculares que sensan acc.


integración de señales

IN: vestib, visual, propioceptivo, audio, tactil, etc.

OUT: mov. de ojos, postura, tono muscular

FEEDBACK: del procesador central a los procesadores periféricos de las señales


test del sistema vestibular• sensación subjetiva del paciente• medidas objetiva de actividad refleja

la interacción visual - vestibular es la más fácil de evaluar, como indicador del estado del sistema vestibular.


• señal de posición de los ojos: EOG electrooculografía

• dibujo


posibles estímulos del paciente:

• estimulacón calórica del oído

• blanco móvil (predecible y no predecible)

• cilindro a rayas que rueda

• silla rotatoria

• movimiento de cabeza


• esquema de proyecto


partes de circuito

• amplificadores de ENG

• blanco móvil a 1 m 1 m de ancho

opcionales: silla, motor de pasos, transductor de posición de cabeza


Núcleo de T. real:

• generación del estímulo

• A/D

• presentación de señales

• atención teclado

• manejo excepciones

• señales a disco


Otras tareas pre y post

• calibración

• análisis de señales

• informe clínico


Integración de partes:• PC• A/D standard• Control de motor de pasos

a desarrollar:• tarjeta de ampl. de EOG norma PCI• tarjeta de comando y barra de LED´s• silla (opcional)


• elección de base de tiempos

• sincronismo de pantalla ?

• timer externo ?

• timer del PC ?


• ejemplo de señales Izd, Der y blanco


• respuesta a estímulo predecible 0.3Hz, 0.6Hz

• ganancia y fase determinados por mínimos cuadrados

• gráfica


• movimiento sacádico

• estimación automática de latencias


estímulo no predecible

• suma de:

• 0.2 Hz a=20

• 0.8 Hz a=30

• 1.2 Hz a=100

• ejemplos de señales y respuesta


• respuesta lineal del sistema vestibular

• a cada f su Ampl. y fase

• espectro de señal de respuesta

• informe

Ing. Biom. / Mec. ventilatoria

Proyectar un equipo de evaluación automática de los parámetros de la mecánica ventilatoria

• Resistencia de vías aéreas

• Complacencia de pulmones

• Trabajo respiratorio

• Tiempo insp. y espir.


modelo del fenómeno

transductores

adquisición


procesamiento

presentación resultados


modelo RC

flujo de aire = I

∆ P (boca - esof) = V

R, C

dibujo


transductores piezoresistivos

alimentados 8V

V prop a Pres (gráfica)

(dibujo Microswitch)


adquisición

8 bits = 256 niveles

20 muestras por ciclo resp

~ 15 ciclos resp por min

20 x 15 = 300 por min = 5 Hz

3 señales, 15 ciclos resp. < 1 Kmuestras



• adaptación de señales de flujo y presión (offset yganancia) para elA/D

• separación galvánica (fuente y señal)

• prueba de aislamiento (3000 V)

• medida fugas (< 1 mA para RN, <10 mA)


procesamiento: NTR (núcl. tiempo real)

• conversión A/D

• atención de usuario (parámetros, inicio, fin)

• guardado en memoria y disco

• cálculos R, C, W, tiempos

• presentación en pantalla


procesamiento: pre y post procedimiento

• datos del paciente

• calibración

• informe presentación resultados

• a/de repositorios historias clínicas

Ing. Biom. / Tom. Impedancia

problema médico

medida imp. IMPEMAT

multiplexar circuitos

reconstrucción tomográfica

circuitos y programas

presentación y proc. imágenes

Ing. Biom. / Estim. magnética

• circuito básico: C, thyristor y espira

• RLC oscilante crea corriente exp. sin. bifasica

• vuelve energía por D, para reducir disipación

http://www.biomag.helsinki.fi/tms/basic.html

Ing. Biom.

• Curso semestral

• Seminario sem.

• Proyecto fin de carrera

• Maestría 2002

ingeniería biomédica proyecto 22 de octubre de 2002 prof. agr. franco simini núcleo de ing....

Documents