electromedicina. unidad i

8/3/2019 Electromedicina. Unidad I

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REPUBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELAUNIVERSIDAD Dr. RAFAEL BELLOSO CHACIN

FACULTAD DE INGENIERIA

Prof: Ing. Jos Orozco. M.Sc.C.I. 11871532

ELECTROMEDICINAUNIDAD I: Introduccin a la Bioingeniera


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La Bioingeniera

Ingeniera

Bioingeniera

Biologa


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reas de insercin:

rea empresaria:Asesoramiento, capacitacin,

diseo de producto,generacin, gestin de calidad,

instalacin de equipamiento,planeamiento, servicio tcnico.

rea hospitalaria:Aparatologa, desarrollos tcnicos,

direccin, gestin de compra,mantenimiento, planeamiento,

seguridad hospitalaria.

Centros deinvestigacin:

Investigacin bsica y

aplicadaOrganismos

pblicos:Control,reglamentaciones,

normativa, pliegos deadquisicin de

tecnologa mdica.

Universidades einstituciones de

educacin:Docencia,

investigacin yextensin.


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IngenierosBiomdicos

oIngenierosClnicos

Trabajan dentro de un Hospital, Clnicao Empresa dedicada al Desarrollar oMantenimiento de Equipos Mdicos.

Comprende una slida base eningeniera conjugada con los

conocimientos fundamentales demedicina y biologa, complementadascon electrnica, informtica, robtica,

ptica, controles, etc.


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La estructura y conformacin del organismo humano, las

relaciones antomo - funcionales y los principiosfisicoqumicos, cualitativos y cuantitativos que lo rigen.

Los principios biolgicos y fisiopatolgicos de la enfermedad.Las bases para el diagnstico y tratamiento.

Los elementos para el diseo, anlisis y construccin deequipamiento mdico.

Las propiedades fsicas y fisicoqumicos de materialestecnolgicos de inters biomdico y biocompatibles.

La estructura y funcionamiento de hospitales de diferente

complejidad. Seguridad elctrica y otros factores de riesgo enel hospital.

El bioingeniero para todo esto debe adems de su formacinen el campo de la biologa formarse fuertemente enmatemticas, electrnica, informtica y controles.


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Intervenir en la creacin de condiciones de asepsia yseguridad.

Obtener datos necesarios para el diagnstico mdico,mediante procedimientos electrnicos, mecnicos, acsticos

u pticos.

Proporcionar apoyo tcnico en los tratamientos mdicos querequieran la utilizacin de instrumental electrnico,mecnico, acstico u ptico.

Efectuar el control de la calidad y de las condiciones defuncionamiento de todo tipo de prtesis y ortesis (conocidatambin como rtosis).


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Supervisar y coordinar la reparacin, mantenimiento yoptimizacin de los equipos mdicos

Asesorar sobre las necesidades y utilizacin de tecnologamdica.

Disear, proyectar y ejercer la direccin tcnica de laproduccin de tecnologa mdica.

Realizar estudios e investigaciones relacionadas con:

La utilizacin de los conocimientos y mtodos de lafsica para la produccin de modificaciones en lossistemas biolgicos.

Las interrelaciones entre los sistemas fsicos y lossistemas biolgicos.

Incumbencias de los Bioingenieros


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Conocimientosde la

Electrnica

Medicina

Electromedicina


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Un equipo mdico es un instrumento, aparato,implemento, dispositivo, que es:

Concebido para el uso en el diagnstico de unaenfermedad o en la cura, mitigacin, tratamiento, oprevencin de una enfermedad en seres humanos oen animales.

Concebido para afectar la estructura o cualquierfuncin del cuerpo de los seres humanos oanimales, pero no realiza dicha funcin a partir deprocesos qumicos y no depende del metabolismohumano o animal para la obtencin del resultado

deseado.

Equipo Mdico


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Equipos para DiagnsticoSon aquellos que se utilizan

para determinar patologas,

medir o analizar informacin.Ejemplos:

Equipo de Rayos X Electrocardigrafo Tomgrafo

Monitor de Signos Vitales Ultrasonido Tensimetro Equipo de ORL

Clasificacin de los EquiposMdicos segn su uso


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Equipos para TratamientoSon aquellos que realizan una

alteracin sobre el paciente paramodificar la patologa y lograr su

bienestar.Ejemplos:

Mquina de Dilisis Bomba de Infusin Acelerador Lineal

Ventilador Mecnico Incubadora Desfibrilador Mquina de Anestesia


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Equipos AuxiliaresAdicionalmente a las dos

grandes categoras de equiposmdicos expuestosanteriormente, existe unpequeo grupo de equipos quedesempean funciones deapoyo o auxiliares.

Ejemplos: Cama Elctrica Esterilizador Mesa Quirrgica Negatoscopio Reveladora de Placas Lmpara Cialtica


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Diagrama en Bloque de unEquipo de Diagnostico y

Tratamiento


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Diagrama en Bloque de unEquipo de Tratamiento


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Medida: Cantidad Fsica, propiedad o condicin que elsistema mide, la cual puede ser una medida interna, sobrela superficie del cuerpo, emanada del cuerpo o derivadade una muestra de tejido.

Sensor: Es el encargado de convertir una medida fsicaen una seal elctrica.

Procesamiento de Seal: Es el encargado de procesar laseal bien sea amplificando y filtrando o convertidas enseales digitales para ser procesadas por circuitos

digitales complejos o por microcomputadores.

Visualizacin: El resultado de la medida procesada debeser mostrado de forma tal que un operador humano lapueda percibir.


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Elementos Auxiliares:

Seal de calibracin: son seales con propiedades similares a laseal medida, debe ser aplicada a la entrada del sensor o alprincipio de procesamiento de seal.

Control y retroalimentacin: este puede ser automtico o manual. Setoma muestra de la seal medida, se procesa para luego ajustar elsensor y dirigir el flujo de la salida al visualizador, almacenar lainformacin o para su transmisin.

Almacenaje de data: la data puede ser almacenada brevemente paraconocer los requerimientos de condicin de seal o para habilitar aloperador para examinarla despus de una condicin de alarma.

Transmisin de data: principios convencionales de comunicacinpueden ser aplicados para transmitir la data a sitios remotos tales

como estacin de enfermeras, centros mdicos, entre otros.


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La estadstica es aplicada en el campo mdico parael diseo de experimentos y estudios clnicos; pararesumir, analizar, explorar y presentar datos; paradibujar las inferencias de los datos por estimacinprueba de hiptesis; para evaluar procedimientos de

diagnsticos; y para asistir en decisiones del mercadoclnico.


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La media:

n

xiX

___

nnxxxxGM .....321

La media geomtrica:

La desviacin estndar:

1

2_

n

x

sXi

El coeficiente de variacin:

%100_

X

sCV

El coeficiente de correlacin:

2

_2

_

__

YX

YX

ii

ii

yx

yx

r


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Exactitud: Es la diferencia entre el valor verdaderoy el valor medido dividido por el valor verdadero.

Precisin: Es la alternativa distinguible de la que unresultado en particular es seleccionado.

Resolucin: Es la ms pequea cantidadincremental que puede ser medida con certeza. Laresolucin expresa el grado al que valores casi

iguales de una cantidad puedan ser discriminados.


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Reproducibilidad: La habilidad de un instrumentopara dar la misma salida para iguales entradasaplicadas durante algn perodo de tiempo.

Control estadstico: Asegura que variacionesaleatorias en cantidades medidas que resulten detodos los factores que influyen sobre el proceso demedidas sean tolerables.


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Sensibilidad estadstica: Es la relacin entre lacantidad incremental de la salida a la cantidadincremental de entrada.

La sensibilidad estadstica puede ser constante solopara una parte de un rango de la operacin normal deun instrumento.


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Para una relacin de datos salida-entrada que indica unacurva de calibracin en lnea recta, la pendiente y laintercepcin para la lnea esta dada por el mtodo de mnimocuadrado.

22

2

22

:donde

ii

iii

ii

ii

dd

diddi

dd

idid

d

xxn

xyxxyb

xxn

yxyxn

m

bmxy


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Tendencia a cero: Esta a ocurrido cuando todos losvalores de salida incrementan o disminuyen por lamisma cantidad absoluta.

Tendencia a la Sensibilidad: Cuando la pendientede la curva de calibracin cambia como resultado deuna entrada de interferencia y/o entrada modificada.Esto causa un error que es proporcional a lamagnitud de la entrada.


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Linealidad: Un sistema o elemento es lineal si tiene unapropiedad tal que si y1 es la respuesta a x1, y y2 es larespuesta a x2, entonces y1 + y2 es la respuesta a x1 + x2, yKy1es la respuesta a Kx1.

En la practica ningn, instrumento tiene uncomportamiento perfectamente lineal, as que una medida odesviacin de la linealidad es necesario. La no linealidadindependiente expresa la mxima desviacin del puntodesde los mnimos cuadrados quedando la lnea a A%de lalectura oB% a ful escala.


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Rango de entrada: Representa el alcance mximo de la cantidad deentrada permitida.

Impedancia de entrada: Debido a que los sensores biomdicos einstrumentos, usualmente convierten cantidades no elctricas envoltajes o corrientes, es necesario introducir el concepto de impedanciade entrada. La impedancia de entrada es la relacin del fasorequivalente de un estado estable de esfuerzo senoidal de entradavariable (voltaje, fuerza, presin) al fasor equivalente de un estadoestable de flujo senoidal de entrada variable (corriente, velocidad, flujo).

La potencia es la rata de tiempo de la energa transferida del mediode medicin.

xd

x

d

dd

d

d

x

Zx

Z

xxxP

iablevarflujo

iablevaresfuerzo

x

xZ

2

2

2

1

21

2

1


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Muchos instrumentos mdicos procesan seales que sonfunciones del tiempo lo cual corresponde a los sistemasdenominados Dinmicos. La relacin salida-entrada para unsistema dinmico es expresada de la siguiente forma:

)(01)(01 ...... tm

m

mtn

n

n xbdt

dxb

dt

xdbya

dt

dya

dt

yda

Dondea

i

yb

i

son constantes y dependen del de los parmetros fsicosy elctricos del sistema


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La funcin de transferencia para un sistema dinmico enforma general esta dado por:

En el dominio de s

01

1

1

01

1

1

)(

)(

...

...

asasasa

bsbsbsb

X

Yn

n

n

n

m

m

m

m

s

s

01

1

1

01

1

1

)(

)(

)2(...)2()2(

)2(...)2()2(

afjafjafja

bfjbfjbfjb

X

Yn

n

n

n

m

m

m

m

f

f

En el dominio de f


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Para un instrumento de orden cero:

estticaadsensibilidKa

b

X

Y

s

s 0

0

)(

)(

tiempodeconstante

estticaadsensibilidK

fjK

faajab

X

Y

f

f

21)/(21/

01

00

)(

)(

Para un instrumento de primer orden:


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Para un instrumento de segundo orden:

ientoamortiguamdeecoeficient

naturalfrecuencia

estticaadsensibilidK

fjfj

K

X

Y

aafaafjaaa

ab

X

Y

n

nnf

f

f

f

22)(

)(

2

20

22

20201

00

)(

)(

/)2(/)2(21

)//(4//)2))(2/((21/


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Fracciones Parciales

r

i

n

i

m

i

i

i

n

i

i

i

m

i

i

i

ips

sb

sa

sb

sF

1

0

0

1)(

i

i

i

i

i

ps

n

ikn

kn

i

ik

n

r

i

n

kk

i

ikn

sFpsds

d

knc

nmb

ps

cbsF

!

1

quesernoa0donde

1 1

Sea la funcin racional:

El desarrollo en fracciones parciales esta dado por.


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Representacion de Seales

Toda seal electrica puede ser representada mediante una seriede componentes espectrales. Para lograr esto se recurre a:

Series de Fourier para seales periodicas de tiempo

continuo Transformadas de Fourier para seales aperiodicasde tiempo continuo.

Transformadas Discretas de Fourier para seales detiempo discretas


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La expancin en serie de fourrier para una seal esta dada por:

T

on

T

n

T

n

nn

dttnsentxT

b

dttntxT

a

dttxT

a

tnsenbtnaatx

0

00

00

1

000

)()(2

cos)(2

)(1

:donde

cos)(

En serie compleja es:

Ttjn

n

n

tjn

n

etx

T

C

eCtx

0

0

0

)(1

:donde

)(


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La transformada de Fourier esta dada por:

tjetxfX )()(

Mientras que la Transformada discreta de Fourier esta dada por:

1

0

2

)()(N

n

N

nkj

enxkX


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A manera de ejemplo tenemos que la forma de onda de lapresin sanguinea se puede descomponer en la suma dediferentes frecuencia harmnicas como se aprecia acontinuacin:


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