UNEFM, Ingeniería Biomédica, Introducción a la Ingeniería Biomédica, Introducción a la teoría de sistemas aplicados a sistemas fisiológicos

1. P R O F . I N G . E M M E L Y S A B E T H C O R D O V A
UNIDAD N°-2:
DESARROLLO DEL
SISTEMA: INSTRUMENTO –
MEDICO - PACIENTE
UNIVERSIDAD NACIONAL EXPERIMENTAL
“FRANCISCO DE MIRANDA”
AREAS CIENCIAS DE LA SALUD
PROGRAMA DE INGENIERIA BIOMEDICA
INTRODUCCIÓN A LA INGENIERÍA BIOMÉDICA

2. P R O F . I N G . E M M E L Y S A B E T H C O R D O V A
CLASE N°1
SISTEMA GENERALIZADO
DE INSTRUMENTACIÓN
MÉDICA
UNIVERSIDAD NACIONAL EXPERIMENTAL
“FRANCISCO DE MIRANDA”
AREAS CIENCIAS DE LA SALUD
PROGRAMA DE INGENIERIA BIOMEDICA
INTRODUCCIÓN A LA INGENIERÍA BIOMÉDICA

3. INSTRUMENTACION MEDICA
Uno de los objetivos de la instrumentación
biomédica es la captura de las señales biológicas.
Como ejemplos de señales biológicas se tienen
los biopotenciales, presión, flujo, temperatura,
concentración de iones, entre otros.
Sensar y cuantificar estas variables no es simple.
Por esto es necesario la implementación de
circuitos electrónicos y el uso de transductores.

4. INSTRUMENTACION MEDICA
 QUE ES Y PARA QUE SE UTILIZA?
 Consiste en una serie de equipos programas y dispositivos que
permiten la vigilancia o monitoreo de procesos que involucran señales
fisiológicas y que utiliza como elemento de adquisición un
transductor y al procesar esta información pueda ser captada por
nuestros sentidos en un Display.
SISTEMA DE INSTRUMENTACIÓN MÉDICA

5. INSTRUMENTACION MEDICA
 La mayor diferencia
de un sistema de
instrumentación
biomédico con otros
de uso industrial u
aplicación no
biológica, es que la
fuente de las señales es
un ser vivo. Esta
particularidad implica
parámetros de diseño
específicos para la
captura de las señales.

6. INSTRUMENTACION MEDICA
 La magnitud física hace
referencia a la cantidad o
propiedad física objeto de
la medición.
 Un transductor es un
dispositivo que convierte
una forma de energía a
otra. Usualmente la
conversión es a energía
eléctrica y entonces se
denomina sensor .
 Sensor: Dispositivo capaz
de detectar magnitudes
físicas o químicas, y
transformarlas en variables
eléctricas bien definidas y
caracterizadas.

7.  ¿Qué es una medida?
 La medida consiste en la determinación de una magnitud por comparación
estándar. Si utilizamos los sentidos, la percepción y la medida de
magnitudes físicas no puede realizarse con precisión ya que no todos
percibimos de la misma manera, además de que nuestros sentidos son
limitados .
 P.g. No escuchamos sonidos mayores a 20kHz, no vemos ondas
electromagnéticas fuera del espectro visible.
 Los instrumentos son capaces de cuantificar de forma
sistemática.
INSTRUMENTACION MEDICA

8. Un instrumento de medición, es aquel conjunto de
elementos que forman un instrumento, capaz de
convertir una variable física en una señal o
indicación a ser interpretada por sistema externo
(usuario) con mayor facilidad.
INSTRUMENTACION MEDICA

9. Medir: es asignar un valor numérico a una magnitud concreta
(tensión, corriente, potencia, resistencia...), de acuerdo con una
regla predeterminada que esté basada en la experimentación. Toda
medida implica cuando menos tres funciones:
1. Detectar la magnitud de interés, empleando si hace falta un
transductor, o un sensor que ofrezca una señal eléctrica útil a partir
de la señal de entrada;
2. Procesar la señal obtenida por el detector para extraer la
información deseada y ofrecerla al indicador en forma de una señal
adecuada;
3. Presentar la lectura, almacenarla, o transmitirla, o varias
acciones a la vez.
INSTRUMENTACION MEDICA

10. Los principales bloques que componen un sistema de
instrumentación biomédica son:
 Medida
 Sensor
 Acondicionamiento de la señal
 Dispositivo de salida
 Elementos auxiliares
INSTRUMENTACION MEDICA

11.  MEDIDA:
Es la magnitud física, propiedad o condición que el sistema
mide. La accesibilidad a la medida es un parámetro a tener
en cuenta ya que esta puede ser interna (presión de la
sangre), puede medirse en la superficie del cuerpo
(potenciales extracelulares como el electrocardiograma),
puede emanar del cuerpo (radiaciones infrarrojas) o puede
salir o derivarse de una muestra de tejido del cuerpo
(sangre o una biopsia).
INSTRUMENTACION MEDICA

12.  SENSORES:
El término “sensor” se emplea para los dispositivos que convierten una
medida física en una señal eléctrica. El sensor sólo debería responder a la
forma de energía presente en la medida que se desea realizar y excluir las
demás.
 Los sensores generadores producen una señal de salida directamente de la
señal medida, mientras que los moduladores utilizan la medida obtenida para
variar el flujo de energía de una fuente externa de forma que varía la salida del
sensor. Por ejemplo, una célula fotovoltaica es un sensor generador puesto
que proporciona una tensión relacionada con la radiación luminosa recibida,
sin embargo, una célula fotoconductiva es un sensor modulador ya que para
medir los cambios de su resistencia en función de la radiación recibida debe
aplicarse una energía externa (tensión) al sensor.
INSTRUMENTACION MEDICA

13. •Sensor Termopares: •SENSOR
PIEZOELETRICOS:
•SENSOR FOTODIODO:
SENSORES GENERADORES

14. SENSORES MODULADORES
 Sensores resistivos
Los sensores moduladores del tipo resistivos, son
aquellos que varían una resistencia en función de la
variable a medir.
 Sensores de reactancia variable
Ideales para la medida de desplazamientos lineales y
angulares y para la medida de humedad

15. ACONDICIONAMIENTO DE LA SEÑAL
 Normalmente, la señal obtenida del sensor no puede
aplicarse directamente al “display” o dispositivo de salida
(pantalla, papel...etc.). Un acondicionador simple puede
amplificar, filtrar y adaptar la impedancia del sensor a la
pantalla.

16. ACONDICIONAMIENTO DE LA SEÑAL:
 Amplificación
 Filtrado
 Linealización
 Conversión de señal

17. SALIDA: REGISTRO O PRESENTACION EN
PANTALLA DE LA SEÑAL
 Es el resultado del proceso de medida puede
mostrarse de diferentes formas, pero es conveniente
que estos resultados se muestren de la forma más
sencilla y cómoda de interpretar por parte del
operador humano.

18. ELEMENTOS AUXILIARES
 Existen diferentes elementos auxiliares que pueden
implementar en el equipo de medida. Puede
utilizarse una señal de calibrado para calibrar los
resultados.
EQUIPOS DE TELEMETRÍA
SISTEMAS DE SEGURIDAD
ALMACENARSE EN MEMORIAS
REALIMIENTACIONES DE LAS
SEÑALES DE SALIDA

19. CARACTERÍSTICAS DE LA
INSTRUMENTACIÓN BIOMÉDICA
 La fuente de las señales medidas con la
instrumentación biomédica son los tejidos vivos o
energía aplicada a éstos. Esta circunstancia
condiciona los métodos de medida aplicables y los
sensores o transductores a utilizar.

20. 1. La acción de
medir no debe
alterar la
magnitud
medida.
2. Hay que
garantizar la
seguridad del
paciente.
3. Deben ser
robustos,
fiables y de
fácil
calibración.
CARACTERÍSTICAS DE LA
INSTRUMENTACIÓN BIOMÉDICA

21. CARACTERÍSTICAS DE LA
INSTRUMENTACIÓN BIOMÉDICA
4.- LAS VARIABLES BIOMÉDICAS
RARA VEZ SON DETERMINÍSTICAS
5.- UNA MEDIDA DE UNA SEÑAL
BIOLÓGICA INFLUYAN OTRAS
SEÑALES QUE CONSTITUYEN UNA
INTERFERENCIA

22. MODOS DE FUNCIONAMIENTO
ALTERNATIVOS
 A menudo, la medida de la magnitud deseada puede
obtenerse directamente por el sensor puesto que ésta es
accesible .Este modo de adquisición se denomina modo
directo. Cuando la medida no es accesible, se utiliza el
modo indirecto que se basa en obtener medidas
relacionadas con la deseada.
Directo
Registro
Electrocardiografico
Indirecto
Volumen de Sangre
por Minuto
MODOS DE
ADQUISICIÓN

23. MODOS DE FUNCIONAMIENTO
ALTERNATIVOS
 Algunas medidas, como por ejemplo, la temperatura
corporal o la concentración de iones, varían lentamente en
el tiempo, de forma que pueden adquirirse o muestrearse a
intervalos grandes de tiempo.
Continuo
Electrocardiograma
Muestreo
Temperatura
Corporal
MODOS DE
ADQUISICIÓN

24. MODOS DE FUNCIONAMIENTO
ALTERNATIVOS
 Las señales que transportan la información medida pueden
ser analógicas (señal continua que puede tomar cualquier
valor dentro de un rango) o digitales (sólo puede tomar un
numero finito de valores dentro del rango).
MODOS DE
ADQUISICIÓN Analógico y Digital

25. MODOS DE FUNCIONAMIENTO
ALTERNATIVOS
 Los sensores deben adquirir las señales en tiempo real. La
salida de los sistemas de salida puede no mostrar los
resultados inmediatamente puesto que se puede requerir
diferentes procesados o transformaciones para obtenerlos.
MODOS DE
ADQUISICIÓN
En Tiempo Real y
Retardado

26. CLASIFICACIÓN DE LOS
INSTRUMENTOS BIOMÉDICOS
 Los instrumentos biomédicos pueden clasificarse al menos
de cuatro maneras diferentes. De acuerdo:
A la
magnitud
física
sensada
A la
naturaleza
física del
sensor
Al sistema
fisiológico
A la
especialidad
medica
•Presión, flujo o
temperatura.
•Resistivo,
inductivo,
capacitivo,
ultrasónico o
electroquímico
•Cardiovascular, pulmonar,
nervioso y endocrino.
•Pediatría,
obstetricia,
cardiología o
radiología

27. INTERFERENCIA Y MODIFICACIÓN DE
LA ENTRADA
 Un bioinstrumento idealmente debe estar diseñado
para aislar y capturar solo las señales deseadas. Sin
embargo pueden existir entradas interferentes,
cantidades y señales que afectan el instrumento
como consecuencia de los principios que usa para
adquirir y procesar las señales deseadas.

28. INTERFERENCIA Y MODIFICACIÓN DE
LA ENTRADA
 Los efectos de las entradas interferentes y
modificantes pueden ser reducidas o eliminadas
alterando el diseño esencial de los componentes del
bioinstrumento o añadiendo componentes nuevos
diseñados para minimizar las entradas indeseadas.