variables fisiológicas
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Instituto Universitario de Tecnología “Alonso Gomero”
Programa Nacional de Formación en Instrumentación y Control
Introducción a la Instrumentación Médica
Ing. Carlos Murillo
Ing. Carlos Murillo IUTAG 1
Variable Fisiológica Son todos aquellos parámetros que pueden ser
medidos y que permiten regular el buen funcionamiento biológico de un ser vivo.
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Variables Fisiológicas Temperatura
Presión Arterial
Señal Electrocardiográfica
Frecuencia Cardiaca
Capacidades y Volúmenes Pulmonares
Frecuencia Respiratoria
Saturación de oxigeno
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Características de la Señales Biomédicas
El origen y la propagación de la señal no escompletamente entendido. El cuerpo humano escomplejo y existen interacciones entre diferentespartes del cuerpo.
Inaccesibilidad de las variables. Algunas variablesestán dentro del cuerpo y resulta difícil acceder a ellas.
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Características de la Señales Biomédicas
Difícil establecer el nivel de energía que se le debeaplicar a un tejido sin que sufra daño. Nivel deelectricidad, rayos-X, ultrasonidos.
Biocompatibilidad. Las partes de los dispositivosmédicos en contacto con el individuo deben ser no-tóxicas y no producir reacciones adversas. Debenaguantar el ambiente químico del cuerpo humano.
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Características de la Señales Biomédicas
Bajo nivel de la señal. Por ejemplo μV en EEG. Exigetransductores muy sensibles con muy buen rechazo alruido.
Rango de frecuencia. En el rango de audiofrecuenciao menores. Muchas señales contienen DC o muy bajasfrecuencias.
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Características de la Señales Biomédicas
Señales variables con el tiempo y nodeterminísticas. Las señales cambian con laactividad, momento del día, etc.
Señales varían entre individuos. Es difícilestablecer los valores normales y existe una grantolerancia
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Características de la Señales Biomédicas
Dificultad para aislar señales de fuentes deinterferencia que pueden proceder de otras partes delsistema biológico. No se puede desconectar un órganoo parte de un tejido para hacer las medidas.
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Característica de los parámetros Fisiológicos
Parámetro Fisiológico
Rango de medida
Frecuencia (Hz) Sensor mas común o método
Temperatura corporal
32 a 40 ºC DC a 0.1 Termistor o Termocupla
Electrocardiografía 0.5 a 4 mV 0.01 a 250 Electrodo superficial
Electroencefalografía
5 a 300µV dc – 150 Electrodo superficial
Electrocorticografía 10 – 5000 µV dc – 150 Electrodos de profundidad o microelectrodos
Electrogastrografía 10 – 1000 µV dc – 1 Electrodo superficial
Electromiografía 0.1 – 5 mV dc – 10,000 Electrodos de agujaIng. Carlos Murillo IUTAG 9
Característica de los parámetros Fisiológicos
Parámetro Fisiológico
Rango de medida
Frecuencia (Hz)
Sensor mas común o método
ElectrooculogramaEOG
50 – 3500 µV DC a 50 Electrodos de contacto
electrorretinografía
ERG
0 – 900 µV DC a 50 Electrodos de contacto
potenciales nerviosos
0.01 – 3 mV dc – 10,000 Electrodos de aguja o superficiales
Respuesta galvánica de la piel GSR
1 -500 kΩ 0.01 – 1 Electrodos de contacto
Gases de la Ing. Carlos Murillo IUTAG 10
Parámetro Fisiológico
Rango de medida Frecuencia (Hz) Sensor mas común o método
Gases de la sangrePO2PCO2PN2PCO
30 - 100 mm Hg40 - 100 mm Hg1 - 3 mm Hg0.1 - 0.4 mm Hg
dc – 2dc – 2dc – 2dc – 2
Electrodo específico, volumétrico
PH de Sangre 6.8 – 7.8 pH dc – 2 Electrodo para PH
BalistocardiografíaBCG
0 - 7 mg1 - 100 µm
dc – 40dc - 40
Acelerómetro, galgasextensométricas yLVDTs
Presión de la vejiga 1 - 100 cm H2O dc – 40 galgasextensométricas y manómetros
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Característica de los parámetros Fisiológicos
Presión de la sangreMedida DirectaMedida indirecta
10 - 400 mm Hg25 - 400 mm Hg
dc – 50dc – 60
Strain- gagemanómetrosauscultación
fonocardiografía Rango dinamico80 dB,umbral 100 µPa
5 – 2000 Micrófono
flujo de sangre 1 - 300 ml/s dc – 20 CaudalímetroTipo electromagnéticos o ultrasonicos
Gasto cardiaco 4 – 25 litros/min dc – 2 Diluciones colorantes
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Clasificación de la instrumentación biomédica
Por la función:
De diagnóstico: usados para determinar signos físicoso enfermedades sin alteración de la estructura yfunción del sistema biológico
Dentro de estos dispositivos, los dispositivos demonitorización se usan para determinar cambios deun parámetro fisiológico durante un periodo detiempo.
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Clasificación de la instrumentación biomédica
Terapéuticos: diseñados para producir cambiosestructurales o funcionales que lleven a una mejora delpaciente.(aceleradores lineales para el tratamiento delcáncer)
Dentro de ellos los dispositivos de asistencia son losusados para restaurar una función del cuerpo humano.(marcapasos del corazón, audífonos, sillas de ruedas).
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Clasificación de la instrumentación biomédica
Por el Parámetro Físico medido (Presión,temperatura, flujo, pH): Esta clasificación facilita lacomparación de diferentes métodos para medir unamagnitud dada.
Por el principio de transducción ( Resistivo,capacitivo, inductivo, electroquímico, ultrasonidos):Esta clasificación pone énfasis en el concepto quesubyace a la transducción y nuevas aplicacionespueden inferirse fácilmente.
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Clasificación de la instrumentación biomédica
Por el sistema fisiológico: sistema cardiovascular (Ej.EEG), pulmonar (Ej. ventilador mecánico), nervioso,endocrino. Esta clasificación aísla todas las medidasimportantes para los especialistas de un área determinada.
Por la especialidad médica: pediatría, obstetricia,cardiología, radiología. Esta clasificación es útil parapersonal médico interesados en instrumentosespecializados, aunque un determinado instrumento (Ej.Medida de la presión sanguínea) puede ser de interés paradiferentes especialidades.
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Clasificación de la instrumentación biomédica
Por el nivel de riesgo. El nivel de riesgo en lospacientes determina el control regulatorio impuesto alos fabricantes y usuarios para asegurar su seguridad yeficacia en su uso clínico.
Clase I (poco riesgo) Ej. estetoscopio
Clase II (riesgo medio ) Ej. Espirómetro
Clase III (riesgo más alto) Ej. Válvulas de corazón
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Estructura de medida de un sistema Biomédico
Sistema Biológico Transductor
Acondicionador de señal
Presentación
de datos
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Estructura de medida de un sistema Biomédico
Sistema Biológico (o sistema orgánico) es un conjunto de órganos yestructuras similares que trabajan en conjunto para cumpliralguna función fisiológica en un ser vivo.
Sistema cardiovascular Sistema circulatorio Sistema arterial Sistema muscular, Sistema óseo
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Estructura de medida de un sistema Biomédico
Un transductor :
Es un dispositivo capaz de transformar o convertir undeterminado tipo de energía de entrada, en otradiferente a la salida.
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Estructura de medida de un sistema Biomédico
acondicionar una señal significa realizar las siguientesetapas: Convertir la señal, modificar el nivel de laseñal; linealizar la respuesta; y filtrar la señal.Para analizar el funcionamiento de estos sistemas, esnecesario manejar con soltura los conceptos quedescriben el funcionamiento de los circuitos decorriente continua y el empleo de amplificadores parala aplicación final de la medida de tensiones eléctricas.
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sensores
Es un dispositivo diseñado para recibir información deuna magnitud del exterior y transformarla en otramagnitud, normalmente eléctrica, que permitecuantificar y en algunos casos manipular la señal deentrada .
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Características de los sensores Estáticas
Dinámicas
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Características estáticas de los sensores
Son las que describen la actuación del sensor en régimen permanente (DC) o con cambios muy lentos
de la variable de entrada .
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Características estáticas de los sensores
Campo de medida
Resolución
Precisión
Exactitud
Repetibilidad
Linealidad
Sensibilidad
Histéresis
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Características estáticas de los sensores
Campo de medida: es el rango de valores de la magnitud de entrada comprendido entre el máximo y el mínimo detectables por un sensor, con una tolerancia de error aceptable.
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Características estáticas de los sensores
Resolución: Indica la capacidad del sensor paradiscernir entre valores muy próximos de la variable deentrada. Se mide por la mínima diferencia entre dosvalores próximos que el sensor es capaz de distinguir.
valor absoluto de la variable física
porcentaje respecto al fondo de escala de la salida
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Características estáticas de los sensores
Precisión: define la máxima desviación entre lasalida real obtenida de un sensor en determinadascondiciones de entorno y el valor teórico de dichasalida que corresponda en idénticas condiciones,según el modelo ideal especificado como patrón.
valor absoluto
Porcentaje fondo de escala
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Características estáticas de los sensores
Repetibilidad: Característica que indica la máximadesviación entre valores de salida obtenidos al medirvarias veces un mismo valor de entrada, con el mismosensor y en idénticas condiciones ambientales
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Características estáticas de los sensores
Linealidad: Se dice que un transductor es lineal, siexiste una constante de proporcionalidad única querelaciona los incrementos de señal de salida con loscorrespondientes incrementos de señal de entrada, entodo el campo de medida.
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Características estáticas de los sensores
Sensibilidad: Característica que indica la mayor omenor variación de la salida por unidad de lamagnitud de entrada. Un sensor es tanto más sensiblecuanto mayor sea la variación de la salida producidapor una determinada variación de entrada
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Características estáticas de los sensores
Histéresis: Es la diferencia máxima que se observa enlos valores indicados por el índice o pluma delinstrumento para un mismo valor cualquiera delcampo de medida cuando la variable recorre toda laescala en ambos sentidos ya sea ascendente o
descendente
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Características dinámicas de los sensores
Son las que describen el comportamiento en régimen transitorio (AC) del sensor a base de dar una respuesta temporal ante determinados estímulos estándar.
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Características dinámicas de los sensores
Velocidad de Respuesta
Tiempo de Retardo
Tiempo de Establecimiento
Tiempo Muerto
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Características dinámicas de los sensores
Velocidad de respuesta: es la capacidad de un sensorpara que la señal de salida siga sin retrasos lasvariaciones de la señal de entrada.
Tiempo de retardo: es el tiempo transcurrido desdeque la salida alcanza el 10% hasta que llega por primeravez al 90% de dicho valor
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Características dinámicas de los sensores
Tiempo de restablecimiento: es el tiempotranscurrido desde la aplicación de un escalón deentrada hasta que la respuesta alcanza el régimenpermanente, con una tolerancia de +/- 1 %
Tiempo muerto o tiempo de retardo: Intervalo detiempo desde que la señal aparece en la entrada delsensor y el momento que la respuesta se ve en lasalida.
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Unidad II
Sensores Biomédicos
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Clasificación de los sensores
según el tipo de señal de entrada.
Según la señal entregada por el sensor
Según la naturaleza de la señal eléctrica generada.
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Según el tipo de señal de entrada
Mecánica
Térmica
Eléctrica
Magnética
Radiación
Química
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Según el tipo de señal de entrada
Mecánica: Ejemplos: longitud, área, volumen, masa, flujo, fuerza, torque, presión, velocidad, aceleración, posición, acústica, intensidad acústica.
Strain Gages
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Según el tipo de señal de entrada Térmica: Ejemplos: temperatura, calor, entropía, flujo
de calor.
Eléctrica: Ejemplos: voltaje, corriente, carga, resistencia, inductancia, capacitancia, constante dieléctrica, polarización, campo eléctrico, frecuencia, momento dipolar.
termistor
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Según el tipo de señal de entrada
Magnética: Ejemplos: intensidad de campo, densidad de flujo, momento magnético, permeabilidad.
Radiación: Ejemplos: intensidad, longitud de onda, polarización, fase.
Dosímetro TAC Tomógrafo (TRM)
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Según el tipo de señal de entrada
Química: Ejemplos: composición, concentración, oxidación/potencial de reducción, porcentaje de reacción, PH.
Sensor de O2
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Según la señal entregada por el sensor
Sensores analógicos.
La gran mayoría de sensores entregan su señal demanera continua en el tiempo. Son ejemplo de ellos lossensores generadores de señal y los sensores deparámetros variables
Fotoresistencias
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Según la señal entregada por el sensor
Sensores digitales.
Son dispositivos cuya salida es de carácter discreto.Son ejemplos de este tipo de sensores: codificadores deposición, codificadores incrementales, codificadoresabsolutos, los sensores autoresonantes (resonadores decuarzo, galgas acústicas).
Sensor Temp. Humedad
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Según la Naturaleza de la Señal Generada
Moduladores: Son aquellos que generan señalesrepresentativas de las magnitudes a medir porintermedio de una fuente auxiliar. Ejemplo: sensoresde parámetros variables (de resistencia variable, decapacidad variable, de inductancia variable).
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Según la Naturaleza de la Señal Generada
Generadores: Son aquellos que generan señalesrepresentativas de las magnitudes a medir en formaautónoma, sin requerir de fuente alguna dealimentación. Ejemplo: sensores piezoeléctricos,fotovoltaícos, termoeléctricos, electroquímicos,magnetoeléctricos.
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Gracias
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