instrumentacion biomedica

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  • 1

    INSTRUMENTACION

    U.N.C - FCEFyN - Ing. Walter Gmez -

    INSTRUMENTACIONBIOMEDICA

    Sistemas deAdquisicin

    Ing. Walter Gmez

  • 2

    INSTRUMENTACION

    U.N.C - FCEFyN - Ing. Walter Gmez -

    CAMPOS DE APLICACIONES DE LA INSTRUMENTACIN BIOMEDICA

    Bioinstrumentaci n

    Biomateriales

    Biomecnica

    Biose ales

    Biosistemas

    Biotransporte

    Ingeniera Celular

    Ingeniera Clnica

    Nanoingeniera

    Ingeniera en Reabilitaci n

  • 3

    INSTRUMENTACION

    U.N.C - FCEFyN - Ing. Walter Gmez -

    AREAS DE TRABAJO

    Agricultura

    Botnica

    Genetica

    Medicina

    Microbiologa

    Farmacologa

    Veterinaria

    Zoologa

  • 4

    INSTRUMENTACION

    U.N.C - FCEFyN - Ing. Walter Gmez -

    ENTRONOS LABORALES.

    Industria

    Gobierno

    Instituciones Mdicas

    R & D Acadmico

  • 5

    INSTRUMENTACION

    U.N.C - FCEFyN - Ing. Walter Gmez -

    P r o b l e ms t a t e m e n t

    R e v i e wp r i o r w o r k

    S t a t eh y p o t h e s i s

    P e r f o r me x p e r i m e n t s

    D e s i g n f u r t h e re x p e r i m e n t s

    A n a l y z ed a t a

    F i n a lc o n c l u s i o n s

    M o r ee x p e r i m e n t s

    n e c e s s a r y

    P r o b l e ms o l v e d

    METODO CIENTIFICO: una hiptesis debe ser validada por medio de experimentos y/o test.

    Metodologa de Trabajo

  • 6

    INSTRUMENTACION

    U.N.C - FCEFyN - Ing. Walter Gmez -

    S e n s o r

    D a t ac o m m u n i c a t i o n

    D a t ad i s p l a y s

    E f f e c t o r

    M e a s u r a n dS i g n a l

    c o n d i t i o n i n gS i g n a l

    p r o c e s s i n g

    D a t as t o r a g e

    F e e d b a c k

    O u t p u t s

    SISTEMA DE MEDICION COMPLETO TIPICO

    Se utilizan sensores para medir las variables, se procesan las seales y se muestran, se puede obtener realimentacin para los actuadores

  • 7

    INSTRUMENTACION

    U.N.C - FCEFyN - Ing. Walter Gmez -

    I n s t r u m e n tP a t i e n t

    I n s t r u m e n tP a t i e n t

    C l i n i c i a n

    Cerrar el Lazo? Por ahora no.

  • 8

    INSTRUMENTACION

    U.N.C - FCEFyN - Ing. Walter Gmez -

    Measurement Range Frequency, Hz Method

    Blood flow 1 to 300 mL/s 0 to 20 Electromagnetic or ultrasonic

    Blood pressure 0 to 400 mmHg 0 to 50 Cuff or strain gage

    Cardiac output 4 to 25 L/min 0 to 20 Fick, dye dilution

    Electrocardiography 0.5 to 4 mV 0.05 to 150 Skin electrodes

    Electroencephalography 5 to 300 V 0.5 to 150 Scalp electrodes

    Electromyography 0.1 to 5 mV 0 to 10000 Needle electrodes

    Electroretinography 0 to 900 V 0 to 50 Contact lens electrodes

    pH 3 to 13 pH units 0 to 1 pH electrode

    pCO2 40 to 100 mmHg 0 to 2 pCO2 electrode

    pO2 30 to 100 mmHg 0 to 2 pO2 electrode

    Pneumotachography 0 to 600 L/min 0 to 40 Pneumotachometer

    Respiratory rate 2 to 50 breaths/min 0.1 to 10 Impedance

    Temperature 32 to 40 C 0 to 0.1 Thermistor

    VALORES CARACTERISTICOS DE LAS SEALES CORPORALES HUMANAS

  • 9

    INSTRUMENTACION

    U.N.C - FCEFyN - Ing. Walter Gmez -

    Specification Value

    Pressure range 30 to +300 mmHg

    Overpressure without damage 400 to +4000 mmHg

    Maximum unbalance 75 mmHg

    Linearity and hysteresis 2% of reading or 1 mmHg

    Risk current at 120 V 10 A

    Defibrillator withstand 360 J into 50

    EN BASE A LA SEAL A MEDIR SE ELIGEN LOS ELEMENTOS SENSORES MAS ADECUADOS.

    Ej: Medicin de Presin sangunea. Caractersticas de un sensor para dicho rango.

  • 10

    INSTRUMENTACION

    U.N.C - FCEFyN - Ing. Walter Gmez -

    Specification Value

    Input signal dynamic range 5 mV

    Dc offset voltage 300 mV

    Slew rate 320 mV/s

    Frequency response 0.05 to 150 Hz

    Input impedance at 10 Hz 2.5 MDc lead current 0.1 Return time after lead switch 1 s

    Overload voltage without damage 5000 V

    Risk current at 120 V 10

    EN BASE A LA SEAL A MEDIR SE ELIGEN LOS ELEMENTOS SENSORES MAS ADECUADOS.

    Ej: Medicin de ECG. Caractersticas de un amplificador para ECG.

  • 11

    INSTRUMENTACION

    U.N.C - FCEFyN - Ing. Walter Gmez -

    S e n s o rs i g n a l

    M e a s u r a n d

    CARACTERISTICAS DE LAS SEALES MEDIDAS

    HISTERESIS

  • 12

    INSTRUMENTACION

    U.N.C - FCEFyN - Ing. Walter Gmez -

    S e n s o rs i g n a l

    M e a s u r a n d

    S e n s o rs i g n a l

    M e a s u r a n d

    CARACTERISTICAS DE LAS SEALES MEDIDAS

    (a) Baja sensibilidad sensor con poca ganancia.(b) Alta sensibilidad sensor con alta gananacia.

    (a) (b)

  • 13

    INSTRUMENTACION

    U.N.C - FCEFyN - Ing. Walter Gmez -

    T i m eAm

    plitu

    deT i m e

    Ampl

    itude

    (a) (b)

    CARACTERISTICAS DE LAS SEALES MEDIDAS

    (a) Seales analgicas, pueden tener cualquier amplitud.

    (b) Seales digitales, est limitado el nmero de valores de amplitud.

  • 14

    INSTRUMENTACION

    U.N.C - FCEFyN - Ing. Walter Gmez -

    CARACTERISTICAS DE LAS SEALES MEDIDAS

    (a) La seal de entrada sobrepasa el rango dinmico de la instrumentacin.(b) La seal amplificada resulta saturada y se distorsiona.

    (a)

    (b)

  • 15

    INSTRUMENTACION

    U.N.C - FCEFyN - Ing. Walter Gmez -

    (a)

    T i m e

    A m p l i t u d e

    D c o f f s e t(b)

    CARACTERISTICAS DE LAS SEALES MEDIDAS

    (a) Seal de entrada sin DC OFFSET continua superpuesta . (b) Seal de entrada con DC OFFSET corrimiento por contnua adicionada.

  • 16

    INSTRUMENTACION

    U.N.C - FCEFyN - Ing. Walter Gmez -

    0 . 0 5 H z 1 5 0 H zF r e q u e n c y

    A m p l i t u d e

    1 . 0

    0 . 1

    CARACTERISTICAS DE LAS SEALES MEDIDAS

    Respuesta en Frecuencia.

    Ej: ECG

  • 17

    INSTRUMENTACION

    U.N.C - FCEFyN - Ing. Walter Gmez -

    O u t p u t

    I n p u t

    O u t p u t

    I n p u t

    (a) (b)

    CARACTERISTICAS DE LAS SEALES MEDIDAS

    (a) Sistema Lineal responde a la ecuacin y = mx + b. (b) Sistema no lineal

  • 18

    INSTRUMENTACION

    U.N.C - FCEFyN - Ing. Walter Gmez -

    T i m eAmplitude

    T i m e

    Amplitude

    (a) (b)

    CARACTERISTICAS DE LAS SEALES MEDIDAS

    (a) Una seal contnua tiene valores a cada instante de tiempo. (b) Una seal discreta ha sido muestreada a lo largo del tiempo y no tiene valores entre los datos muestreados.

  • 19

    INSTRUMENTACION

    U.N.C - FCEFyN - Ing. Walter Gmez -

    (a) (b)

    CARACTERISTICAS DE LAS SEALES MEDIDAS

    (a) Seal sin ruido. (b) La interferencia superpuesta produce errores. Sistemas de filtrado reducen el ruido y la interferencia.

  • 20

    INSTRUMENTACION

    U.N.C - FCEFyN - Ing. Walter Gmez -

    (a) (b)

    Los datos puden ser: (a) Con baja precisin (b) Con alta precisin.

    CARACTERISTICAS DE LAS SEALES MEDIDAS

  • 21

    INSTRUMENTACION

    U.N.C - FCEFyN - Ing. Walter Gmez -

    Los datos pueden ser:(a) Con baja representacin (b) Con alta representacin.

    (a) (b)

    CARACTERISTICAS DE LAS SEALES MEDIDAS

  • 22

    INSTRUMENTACION

    U.N.C - FCEFyN - Ing. Walter Gmez -

    R p

    G a l v a n o m e t e r

    R s

    G a l v a n o m e t e r

    ( a ) ( b )

    Formas de medicin

    Instrumentacin Bsica

  • 23

    INSTRUMENTACION

    U.N.C - FCEFyN - Ing. Walter Gmez -

    R 1 R 1

    R 3 R x

    a b

    +

    I 1 I 2

    Circuito puente de Wheatstone

    2211 RIRI =

    x21 3 RIRI =

    Formas de medicin - Instrumentacin Bsica

  • 24

    INSTRUMENTACION

    U.N.C - FCEFyN - Ing. Walter Gmez -

    R 2

    v o

    v 1

    R 1

    R 1

    R 2

    v 2

    v 3

    v 3A

    +

    Amplificador Inversor Amplificador diferencial

    221

    23 vRR

    Rv+

    =

    2

    o3

    1

    31Rvv

    Rvv

    i

    =

    =

    R f

    v ov i

    R i

    ii

    A

    +

    ( a )

    Formas de medicin - Instrumentacin Bsica

  • 25

    INSTRUMENTACION

    U.N.C - FCEFyN - Ing. Walter Gmez -

    Amplificador Diferencial de Instrumentacin

    R 2

    v o

    R 1

    R 1

    R 2

    A

    +

    +

    R s

    R s

    v d / 2

    v d / 2

    +

    +

    +

    v c

    Formas de medicin - Instrumentacin Bsica

  • 26

    INSTRUMENTACION

    U.N.C - FCEFyN - Ing. Walter Gmez -

    Gai

    n

    F r e q u e n c y ( H z )1 0 0 1 0 41 0 2 1 0 6

    1

    1 0 C i r c u i t g a i n o f 1 0

    ANCHO DE BANDA

    Diferentes rangos, segun op amp gain ideal, con ganancia a lazo abierto y la del circuito

    C i r c u i t b a n d w i d t hI d e a lg a i n

    T y p i c a l o p e nl o o p g a i n

  • 27

    INSTRUMENTACION

    U.N.C - FCEFyN - Ing. Walter Gmez -

    T ( f )

    ff c

    1 . 0

    0 . 1

    0 . 0 11 1 0 01 0

    T ( f )

    ff c

    1 . 0

    0 . 1

    0 . 0 11 1 0 01 0

    (a) (b)

    FILTROS

    a.- Pasa bajob.- Pasa alto

  • 28

    INSTRUMENTACION

    U.N.C - FCEFyN