ibio-2010-235 amplificadores de bioseñales (2)

7/23/2019 IBIO-2010-235 Amplificadores de Bioseales (2)

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1.- DATOS DE LA ASIGNATURA

Nombre de la asignatura : Amplificadores de Bioseales

Carrera : Ingeniera Biomdica

Clave de la asignatura : IBF-1001

SATCA1 3-2-5

2.- PRESENTACINCaracterizacin de la asignatura.Esta asignatura proporciona al estudiante los conocimientos sobre:

La generacin de biopotenciales, su cuantificacin y su aprovechamiento para elmonitoreo de la actividad de tejidos celulares vivos.

Disea circuitos analgicos basados en Amplificadores Operacionales.

Construye circuitos analgicos basados en el diseo con Amplificadores para lacaptacin, acondicionamiento y amplificacin de seales bioelctricas.

Utiliza los circuitos analgicos construidos en aplicaciones reales.

Intencin didctica.El temario est organizado en seis unidades, en la primera unidad se desarrollaran lospuntos conceptuales para conocer, analizar los orgenes de las bioseales.

En la segunda unidad el estudiante aprende haciendo anlisis y caracterizacin de lasbioseales.

La tercera unidad establece la forma de adquirir la bioseal para diferentes parmetroscomo por ejemplo seales del corazn, cerebro, presin arterial, temperatura corporal, etc.Tambin conocer los diferentes dispositivos como electrodos y geles asociados.

En la cuarta unidad aprende a analizar, simular, disear y construir circuitos amplificadorespara bioseales usando opamps y circuitos especializados.

La quinta unidad da la oportunidad de analizar los filtros activos, disear, construir y aplicarfiltros activos con amplificadores operacionales, circuitos integrados especializados enamplificadores de bioseales.

Finalmente la sexta unidad le permitir al estudiante aplicar un amplificador para monitorearun parmetro corporal como por ejemplo el ritmo cardiaco.

1Sistema de Asignacin y Transferencia de Crditos Acadmicos


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3.- COMPETENCIAS A DESARROLLARCompetencias especficas:

Comprender las bioseales y susorgenes y procesos.

Identificar y comprender las

caractersticas de las bioseales. Explicar las caractersticas de los

principales dispositivosamplificadores.

Identificar y comprender datos yespecificaciones de dispositivos deconexin y geles o substanciasasociadas con la adquisicin debioseales.

Disear circuitos electrnicos condispositivos amplificadores para

aplicaciones con bioseales. Proporcionar las bases para

analizar y disear sistemas deinterfases de circuitos electrnicosen biomdica.

Competencias genricas:

Competencias instrumentales

Capacidad de anlisis y sntesis.

Capacidad de organizar y planificar.

Conocimientos generales bsicos.

Conocimientos bsicos de la carrera.

Comunicacin oral y escrita en supropia lengua.

Conocimiento de una segunda lengua.

Solucin de problemas.

Toma de decisiones.

Competencias interpersonales

Capacidad crtica y de autocrtica.

Destrezas sociales relacionadas conlas habilidades interpersonales.

Capacidad de trabajar en equipo o laexpresin de compromiso tico.

Competencias sistmicas Capacidad de aplicar los

conocimientos en la prctica.

Habilidades de investigacin.

Capacidad de aprender.

Capacidad de adaptarse a nuevassituaciones.

Capacidad de generar nuevas ideas(creatividad).

Liderazgo.

Habilidad para trabajar en formaautnoma.

Capacidad para disear proyectos.

Bsqueda del logro.


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4.- HISTORIA DEL PROGRAMALugar y fecha de

elaboracin o revisinParticipantes Evento

Instituto Tecnolgico de

Mrida, del 29 deseptiembre al 1 deoctubre de 2010.

Representantes de los InstitutosTecnolgicos de:Aguascalientes, Apizaco,

Ensenada, La Paz, Mrida,Mexicali, Saltillo, San Luis Potos,Tijuana, Pachuca y Veracruz.

Reunin Nacional deDiseo e InnovacinCurricular para el

Desarrollo y Formacin deCompetenciasProfesionales de laCarrera de IngenieraBiomdica.

Desarrollo de Programasen CompetenciasProfesionales por losInstitutos Tecnolgicosdel 2 de octubre al 30 denoviembre de 2010.

Academias de IngenieraBiomdica de los InstitutosTecnolgicos de:Aguascalientes, Apizaco,Ensenada, Mrida, Mexicali, SanLuis Potos, Veracruz y HospitalRegional de Alta Especialidad de

Mrida.

Elaboracin del programade estudio propuesto en laReunin Nacional deDiseo Curricular de laCarrera de IngenieraBiomdica.

Instituto Tecnolgico deMrida, del 1 al 3 dediciembre de 2010.

Representantes de los InstitutosTecnolgicos de:Aguascalientes, Apizaco,Ensenada, La Paz, Mrida,Mexicali, Pachuca, Saltillo, SanLuis Potos, Tijuana y Veracruz.

Reunin Nacional deConsolidacin de losProgramas enCompetenciasProfesionales de laCarrera de IngenieraBiomdica.

Instituto Tecnolgico deMrida, el 26 y 27 deoctubre de 2011.

Representantes de los InstitutosTecnolgicos de:Apizaco, Mrida, Pachuca y SanLuis Potos.

Reunin de Trabajo parala Consolidacin de laCarrera de IngenieraBiomdica.


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5.- OBJETIVO GENERAL DEL CURSOQue el estudiante de la carrera de Ingeniera biomdica, adquiera conocimientos sobre elorigen y la generacin de seales bioelectrnicas as como las tcnicas para su tratamiento yaplicacin en la instrumentacin requerida para el monitoreo y cuantificacin de losparmetros contenidos en las seales de origen biolgico.

Adquirir un dominio sobre diversas tcnicas de anlisis y sntesis necesarias para el diseode circuitos electrnicos enfocados al acondicionamiento y amplificacin para la captacin deseales bioelctricas.

6.- COMPETENCIAS PREVIASPara cursar la asignatura de tratamiento de bioseales el estudiante requiere de tenerconocimientos sobre electrnica analgica, transistores, FET, amplificadores operacionales.

Tener claro el funcionamiento de otros dispositivos elctricos y electrnicos (diodos,transistores, componentes pasivos y activos.).

Aplicar los mtodos de investigacin, como tambin la publicacin de los resultados,pruebas, ensayos.

Destreza en el manejo de equipo electrnico, tal como: Osciloscopio, multmetros,

fuentes de alimentacin y generadores de funciones. Buscar y seleccionar informacin de dispositivos y sistemas electrnicos a travs de

hojas de datos de fabricantes, textos, sitios web.

Aplicarsoftware de simulacin asistido por computadora. Habilidad de bsqueda de informacin de caractersticas y aplicaciones de

dispositivos y sistemas electrnicos.

7.- TEMARIO

Unidad Temas Subtemas

1.Bioseales y sus procesos

de origen

1.1. La clula

1.2. Membrana excitable

1.3. Potencial de accin y su propagacin

1.4. Bomba de sodio-potasio

1.5. Sinapsis

1.6. Msculo, estructura y su contraccin

2.Caractersticas de las

Bioseales

2.1. Caractersticas morfolgicas

2.2. Amplitudes

2.3. Ocurrencia en el tiempo

2.4. Contenido de frecuencias

3.

Introduccin a los procesosbiolgicos, su

manifestacin y tcnicasde adquisicin

3.1. Potenciales asociados con(Electrocardiograma,Electroencefalograma, Electromiograma,Presin arterial, Temperatura, pH, p02 ypC02, Espirometra, Pletismografa)

3.2. Dispositivos para la conexin de


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biopotenciales (electrodos, geles, etc.)

4. Amplificadores

4.1. Configuraciones bsicas (inversor,seguidor, instrumentacin, sumador,diferencial etc.)

4.2. Dispositivos especiales

4.3. Diseos aplicados para bioseales

5. Filtros activos

5.1. Principios y tipos de filtros

5.2. Filtros pasabajas

5.3. Filtros pasa - altas

5.4. Filtro pasa-banda

5.5. Filtro rechaza-banda

5.6. Filtros con circuitos Integrados

6.

Aplicacin de losAmplificadores de

Biopotencial

6.1. Amplificador para seales cardiolgicas

6.2. Amplificador para seales cerebrales

6.3. Proteccin contra transitorios

6.4. Reduccin de interferencia

6.5. Diseo de un amplificador de biopotencial


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8.- SUGERENCIAS DIDCTICASUna de las cosas que se debe tomar en cuenta para la imparticin de esta asignatura esque el docente debe:

Ser conocedor de la disciplina que est bajo su responsabilidad, conocer losantecedentes para lograr un mejor desarrollo de diseos, para considerar este

conocimiento al abordar los temas. Desarrollar la capacidad para coordinar el trabajo enequipo; orientar el trabajo del estudiante y potenciar en l la autonoma, el trabajocooperativo y la toma de decisiones. Mostrar flexibilidad en el seguimiento del procesoformativo e inducir la interaccin entre los estudiantes. Tomar en cuenta el conocimientode los estudiantes como punto de partida y como obstculo para la construccin denuevos conocimientos.

Propiciar actividades de metacognicin. Ante la ejecucin de una actividad, sealar oidentificar el tipo de proceso intelectual que se realiz: una identificacin de patrones,un anlisis, una sntesis, la creacin de un heurstico. Al principio lo har el docente,luego ser el estudiante quien lo identifique.

Propiciar actividades de bsqueda, seleccin y anlisis de informacin en distintas

fuentes. Comparar las caractersticas ideales de los amplificadores con respecto a las reales. Fomentar actividades grupales que propicien la comunicacin, el intercambio

argumentado de ideas, la reflexin, la integracin y la colaboracin de y entre losestudiantes.

Relacionar los contenidos de esta asignatura con las dems del plan de estudios a lasque sta, da soporte para desarrollar una visin interdisciplinaria en el estudiante.

Propiciar el desarrollo de capacidades intelectuales relacionadas con la lectura, laescritura y la expresin oral.

Facilitar el contacto directo con materiales e instrumentos, al llevar a cabo actividadesprcticas, para contribuir a la formacin de las competencias para el trabajoexperimental como: identificacin manejo y control de variables y datos relevantes,

planteamiento de hiptesis, trabajo en equipo. Desarrollar actividades de aprendizaje que propicien la aplicacin de los conceptos,

modelos y metodologas que se van aprendiendo en el desarrollo de la asignatura.

Proponer problemas que permitan al estudiante la integracin de contenidos de laasignatura y entre distintas asignaturas, para su anlisis y solucin.

Cuando los temas lo requieran, utilizar medios audiovisuales para una mejorcomprensin del estudiante.

Propiciar el uso de las nuevas tecnologas en el desarrollo de la asignatura (el uso decomputadora, software de simulacin para dar soluciones que despierten laexperimentacin de una manera ms rpida, desarrollando el sentido deautoaprendizaje.

Propiciar la bsqueda y seleccin de informacin de los temas del curso en nuestroidioma y en un segundo idioma.


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9.- SUGERENCIAS DE EVALUACINLa evaluacin debe ser continua y formativa por lo que se debe considerar la evaluacin deldesempeo en cada una de las actividades de aprendizaje, haciendo especial nfasis en:

Reportes escritos de las observaciones hechas durante las actividades, as como delas conclusiones obtenidas de dichas observaciones.

Informacin obtenida durante las investigaciones solicitadas plasmada en documentos

escritos. Revisar los reportes y actividades realizadas en el laboratorio, de acuerdo a un

formato previamente establecido.

Considerar la participacin en las actividades programadas en la asignatura:Participacin en clases, Cumplimiento de tareas y ejercicios, Exposicin de temas,Asistencia, Paneles, Participacin en congresos o concursos.

Aplicar exmenes escritos considerando que no sea el factor decisivo para laacreditacin del curso.

Revisar los avances del proyecto del punto 6.5 del temario. Considerar el desempeo integral del estudiante.

10.- UNIDADES DE APRENDIZAJE

Unidad 1: Bioseales y sus procesos de origenCompetencia especfica a desarrollar Actividades de Aprendizaje

El estudiante conocer ycomprender el origen de losbiopotenciales.

Investigar sobre cada uno de los temasasociados con la unidad como la clula, lamembrana excitable.

Analizara el Potencial de accin y supropagacin, la sinapsis y los msculos, ascomo estructura y su contraccin.

Unidad 2: Caractersticas de las biosealesCompetencia especfica a desarrollar

Actividades de Aprendizaje

El estudiante conocer, comprendery analizar las caractersticas de lasbioseales obtenidas en los procesosorgnicos y biolgicos, e identificarlos parmetros de las mismas.

Comprender las caractersticasmorfolgicas.

Medir amplitudes de parmetroscorporales.

Analizar la ocurrencia en el tiempo de losparmetros corporales.

Analizar el contenido de frecuencias deparmetros corporales.

Unidad 3: Introduccin a los procesos biolgicos, su manifestacin y tcnicas deadquisicinCompetencia especfica a desarrollar


El estudiante conocer las formas deManifestaciones elctricas de losdiferentes procesos orgnicos ybiolgicos, as como tambin su

Investigara sobre los diferentes dispositivosusados en la adquisicin de sealescorporales.

Investigara y analizar los potenciales


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manera de adquisicin. asociados con (Electrocardiograma,Electroencefalograma, Electromiograma,Presin arterial, Temperatura, pH, p02 ypC02, Espirometra, Pletismografa).

Buscara identificara datos yespecificaciones de dispositivos para la

conexin de biopotenciales (electrodos,geles, etc.).

Unidad 4: AmplificadoresCompetencia especfica a desarrollar


El estudiante conocer elfuncionamiento y aplicar losdiferentes amplificadores electrnicosque se emplean en la captacin yregistro de las bioseales.

Buscar y seleccionar informacin dediferentes fabricantes de amplificadoresoperacionales.

Identificar y comparar caractersticas yparmetros de los amplificadores

operacionales. Disear circuitos bsicos con amplificadores

operacionales.

Probar los circuitos bsicos conamplificadores operacionales.

Comparar parmetros y caractersticas decircuitos bsicos con amplificadoresoperacionales.

Interpretar y analizar diagramas.

Identificar circuitos integrados deamplificadores operacionales.

Unidad 5: Filtros ActivosCompetencia especfica a desarrollar


Disear, construir y aplicar filtrosactivos con amplificadoresoperacionales en sistemaselectrnicos, y con circuitosintegrados especializados.

El estudiante conocer los diferentestipos de filtros pasivos y activos(Butterworth, Chebishev, funcinelptica ), que se emplean en elprocesamiento de las bioseales.

Analizar el comportamiento de los circuitosde los filtros pasivos.

Investigar el concepto de los filtros activos.

Disear circuitos bsicos con filtros pasivos.

Probar los circuitos bsicos con filtrospasivos.

Saber interpretar las respuestas de las

seales a diferentes frecuencias. Aprender el concepto de filtros de primer

grado, segundo grado y de grado superior.

Practicar con algn software de simulacineste tipo de filtros.

Unidad 6: Amplificadores de Biopotencial


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Competencia especfica a desarrollarActividades de Aprendizaje

Disear, construir y aplicaramplificadores de bioseal.

Construir y probar, Amplificadores paraseales cardiolgicas, Amplificador paraseales cerebrales, Protecciones contratransitorios.

Reducir la interferencia en losamplificadores.

Disear y construir un amplificador debiopotencial.


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11.- FUENTES DE INFORMACIN1. Biomedical Signal Processing and Signal Modeling, Eugene N Bruce, John

Wiley & Sons.

2. Biomedical Signal Analysis: A case-Study, Rangaraj M. Rangayyan, Wiley-IEEE Press

3. Circuitos Electrnicos con Amplificadores Operacionales, Gonzlez De LaRosa, Juan Jos, 1 edicin ao de publicacin 2001; Marcombo, S. A.

4. Diseo con Amplificadores Operacionales y Circuitos Integrados, 3 edicinao 2005, Franco Sergio, McGrawHill.

5. Amplificadores Operacionales y Circuitos Integrados Lineales, 6 edicin ao2006, Robert F. Coughlin, Prentice Hall.

6. Amplificadores Operacionales y Circuitos Integrados, Fiore, James M., 1edicin ao 2002, Thomson Paraninfo, S. A.

7. Operational Amplifiers, Huijsing, Johan H., Ao 2000, Kluwer Academia.

8. Circuitos Analgicos para Adquisicin de Datos., H. Calleja., Ed. DGIT 1998.ISBN 970-18-18229.

9. Design with operational amplifiers and analog integrated circuits., S. Franco.,Ed. Mc Graw-Hill, ISBN 970-10-4595-5.

10. Manual de Diseo de Circuitos Analgicos con Amplificadores Operacionales.,J. M. Ferrero Corral. , Ed. Universidad Politcnica de Valencia. ISBN 84-9705-060-6.

11. Passive and Active Network Analysis and Synthesis., A. Budak. , Ed.HoughtonMifflin, 1974 ISBN 0395172039.

12. Advanced linear products design seminar, Texas Instruments., www.ti.com.

13. Applications reference manual, Analog Devices,www.analog.com.

14. Applications handbook, Burr-Brown.,www.burr-brown.com.

15. Linear applications handbook, National Semiconductor.,www.national.com.

16. High speed design seminar, Analog Devices,www.analog.com.

17. MatLab , Matworks Inc,www.mathtools.net.

18. PSpice, Cadence.,www.cadencepcb.com.

19. eSketch PRO v1.4,www.schematica.com.

12.- PRCTICAS PROPUESTAS Anlisis y operacin de electrodos conectados al cuerpo humano. Estudio y operacin de biosensores de luz infrarroja Corazn, presin arterial,

temperatura. etc.

Adecuacin de las seales obtenidas en las prcticas anteriores, utilizandoamplificadores con circuitos integrados especializados y opamps.

o Seguidor de Voltaje.o Amplificador inversor.
http://www.ti.com/http://www.ti.com/http://www.analog.com/http://www.burr-brown.com/http://www.national.com/http://www.analog.com/http://www.mathtools.net/http://www.cadencepcb.com/http://www.schematica.com/http://www.schematica.com/http://www.cadencepcb.com/http://www.mathtools.net/http://www.analog.com/http://www.national.com/http://www.burr-brown.com/http://www.analog.com/http://www.ti.com/http://www.ti.com/


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o Amplificador no inversor.o Amplificador sumador inversor.o Amplificador sumador no inversor.o Amplificador restador o diferencialo Amplificador integrador.o Amplificador diferenciador.

o Amplificador de instrumentacin con amplificadores operacionales.o Amplificador de instrumentacin con C.I.

Muestreo de seales, Frecuencia de muestreo, tcnicas de muestreo, reproduccin,graficacin e interpolacin.

Filtros: Pasivos, activos, con microprocesadores, filtros con PDS. Diseo y construccin de filtros activos (pasa-bajas; pasa-altas; pasa-banda;

supresores de banda).

Diseo y Construccin de convertidores: Voltaje / frecuencia / voltaje, Voltaje /Corriente, Corriente / Voltaje, Anlogo / Digital, Digital / Anlogo.

Practica de simulacin (matlab, simulink).

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