ing biomedica unidad 3

5/24/2018 Ing Biomedica Unidad 3

1/40

Sensores y TransductoresBiomdicosUnidad III


2/40

Introduccin Los sensores biomdicos son usados de forma rutinaria

en la medicina y en el campo de la investigacinbiolgica, con la finalidad de medir una gran variedad devariables fisiolgicas.

Por lo general son llamados de transductores biomdicos El desarrollo de sensores biomdicos es de las reas con

mayor crecimiento en la industria mdica y estimpulsado por dos tendencias muy fuertes: El deseo del paciente y del mdico para hacer diagnsticos

de forma instantnea El deseo de hacer pruebas de diagnstico no solo en centros

de laboratorios clnicos si no en el centro de atencin dondeest el paciente


3/40

Sensores y transductores A transducer is a devices that converts one kind

of energy into another kind of energy.

A sensor converts a physical parameter (input)into an electric output.

An actuator converts an electrical energy into a

physical output (e.g. motors).


4/40

Clasificacin Por lo general son clasificados en relacin a la

cantidad a ser medida y tpicamente soncategorizados como fsicos, elctricos y qumicosdependiendo especficamente de su aplicacin

Los biosensores, poseen dos componentes

distintivos: Un elemento de reconocimiento biolgico

Una estructura de soporte, que a su ve acta comotransductor


5/40

Biosensor


6/40

Medicin de Biopotenciales La Medicin de biopotenciales usa una gran

variedad de electrodos

La funcin de estos electrodos es acoplar lospotenciales inicos generados en el cuerpohumano a un instrumento electrnico

Estos electrodos son clasificados como no-invasivos (superficiales) o invasivos(microelectrodos)


7/40

Interface electrolito/metal Cuando un metal es colocado en una solucin

electroltica, se crea una distribucin de cargas

en la superficie de la interface Esta distribucin de cargas causa una diferencia

de potencial (half cell potential) Tipos de electrodos:

ECG EMG EEG Microelectrodos


8/40

Electrodos para ECG


9/40

ECG Los electrodos vistos en la diapositiva anterior

son los ms comunes y tienen una composicinde Ag/AgCl (plata/plata cloruro) lo que les da unbuen contacto elctrico con la piel.


10/40

EMG


11/40

Para la grabacin de seales elctricas denervios y fibras musculares existen una variedadde agujas percutneas existen dosconfiguraciones:

Bipolar

Unipolar


12/40

Medidas de Desplazamiento


13/40

Mtodos para medidas de desplazamiento

Resistivo

Inductivo

Capacitivo

Piezoelctrico


14/40

Transductores resistivos Potencimetros

Strain gauges (galgas de tensin, indicador dedeformacin)


15/40

Potencimetros Los potencimetros convencionales pueden

utilizarse para medidas de desplazamiento. As

la resistencia vara de acuerdo a la posicin delcursor. Los potencimetros son instrumentos deorden cero, es decir no siguen un

comportamiento de acuerdo a ninguna ecuacindiferencial


16/40

Potencimetros R=(1)Rt DondeRt es la resistencia total, depende de la

posicin del cursor del potencimetro, y en basea este nmero (que est entre 0 y 1) se obtieneuna resistenciaR efectiva del potencimetro


17/40

Potencimetro


18/40

Tipos Existen 2 tipos bsicos de potencimetros:

rotacionales y traslacionales. Los rotacionales

pueden ser de espira simple o mltiples espiras.Y un segundo tipo lo constituyen lospotencimetros traslacionales donde el

desplazamiento es lineal.


19/40

tipos


20/40

Caractersticas Los potencimetros se pueden alimentar con AC o DC.

Producen una salida lineal al desplazamiento y laresolucin depende de su construccin interna. Algunos

usan pelculas de carbn; bobinados sobre cermica conNquel y Cobre; y otros usan partculas metlicasdepositadas de materiales preciosos como oro y plata.Los potencimetros son usados muy poco comosensores, an cuando tienen algunas ventajas como el

requerir una seal anloga para control, informacin deposicin absoluta y son de bajo costo. Sin embargo sonmuy sensibles a la temperatura generalmente y seafectan fcilmente en ambientes hmedos o con muchopolvo.


21/40

Pros y contras de los potencimetros

Pros:

Requieren una seal anloga para control

Requieren informacin de posicin absoluta

Bajo costo

Contras:

Sensibles a la temperatura (variacin) No sirven para ambientes hmedos o con mucho

polvo


22/40

Strain gauges (Galgas extensiomtricas)

Miden desplazamiento de hasta 1 mm/m

Pequeas y livianas

Buena respuesta a altas frecuencias

Amplio rango de respuesta lineal

Calibracin estable

Flexibles para usar Bajo costo


23/40

Strain gauges


24/40

Circuitos en puente

Diagrama del puente de Wheastone. Se conocen 3 valores de resistencias y unacuarta es desconocida, si el puente est balanceado no hay paso de corrientepor el voltmetro.


25/40

Transductores Inductivos Los transductores de desplazamiento inductivos est

basados en su factor de inductancia L dado por: L = n2x G x G es una constante geomtrica

n es el nmero de vueltas de la bobina

es la permeabilidad del medio magntico dentro de la

bobina. Los ms comunes son los LVDT (linear variable

differential transformer)

Ejemplos de aplicacin: medicin de cambios endimensiones de rganos internos


26/40

LVDTDiagrama elctrico

Los sensores inductivos usan un ncleo variable para generar cambios en lainductancia, tal como se muestra en la figura


27/40

LVDT - transductores


28/40

LVDT Comercialmente es posible obtener LVDT de

pequeo tamao y de una buena eficiencia, lo

que los hace idneos para la medicin deeventos fisiolgicos. Los LDVT sonrelativamente insensibles a la temperatura ytienen una buena respuesta para cambios

rpidos (altas frecuencias). De otro lado poseenun alto rango de linealidad, una sensibilidad de0.5 a 2 mV para un desplazamiento de 0.001mm/V.


29/40

Sensores capacitivos Se basan en la variacin de capacitancia de un

condensador al desplazarse una de sus placas

por la aplicacin de presin


30/40

Sensores capacitivos Pequeo tamao y construccin robusta, tienen

un pequeo desplazamiento volumtrico

Seal de salida es dbil por lo que necesitan deamplificadores con el riesgo de introducirerrores en la medicin

Son sensible a variaciones de temperatura Utilizados para medir presin sangunea,

presin plantar y otros


31/40

Tipos de transductores capacitivos


32/40

Sensores de Temperatura


33/40

Sensores de temperatura Qu es la temperatura en sistema fisiolgico?

Es el equilibrio entre mecanismos de produccin

de calor y mecanismos de enfriamiento, bajoregulacin de centros nerviosostermorreguladores hipotalmicos.

La temperatura normal es de 37C (0.3C)

Puede medirse mediante un termmetro demercurio introducido en la cavidad rectal, en laboca o en la axila, en cuyo caso la medida esmenos precisa.


34/40

Fisiologa de la temperatura Termognesis, es el producto del metabolismo

celular

Termlisis, es la sudoracin y la vasodilatacin

Termorregulacin, equilibra la termognesis y latermlisis


35/40

Mediciones de temperatura Baja temperatura

Pacientes en shock

Anestesia

Hipotermia inducida en cirugas

Reduce el metabolismo


36/40

Mediciones de temperatura Alta temperatura

Infecciones (fiebre), desnaturaliza enzimas y

protenas Inflamacin

Artritis

Otros

Incubadoras


37/40

Medicin de temperatura La medicin de la temperatura se afecta

enormemente por factores ambientales y

mtodos de medicin. Controlar temperatura es complicado

Mtodos:

Termocuplas (Termopares) Termo-resistores

Detectores de radiacin

Detectores pticos


38/40

Las termocuplas Consisten en la unin de dos materiales (metales

comnmente) unidos en un extremo y producen

un pequeo y nico voltaje segn latemperatura. Este voltaje se interpreta deacuerdo a una tabla de calibracin.


39/40

Termocuplas


40/40

Circuito de aplicacin

ing biomedica unidad 3

Documents