INSTRUMENTACIONINSTRUMENTACION U.N.C - FCEFyN - Ing. Walter Gómez - 1 INSTRUMENTACION BIOMEDICA Sistemas de Adquisición Ing. Walter Gómez.

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1 INSTRUMENTACIONINSTRUMENTACION U.N.C - FCEFyN - Ing. Walter Gómez - 1 INSTRUMENTACION BIOMEDICA Sistemas de Adquisición Ing. Walter Gómez

2 INSTRUMENTACIONINSTRUMENTACION U.N.C - FCEFyN - Ing. Walter Gómez - 2 CAMPOS DE APLICACIONES DE LA INSTRUMENTACIÓN BIOMEDICA Bioinstrumentación Biomateriales Biomecánica Bioseñales Biosistemas Biotransporte Ingeniería Celular Ingeniería Clínica Nanoingeniería Ingeniería en Reabilitación

3 INSTRUMENTACIONINSTRUMENTACION U.N.C - FCEFyN - Ing. Walter Gómez - 3 AREAS DE TRABAJO Agricultura Botánica Genetica Medicina Microbiología Farmacología Veterinaria Zoología

4 INSTRUMENTACIONINSTRUMENTACION U.N.C - FCEFyN - Ing. Walter Gómez - 4 ENTRONOS LABORALES. Industria Gobierno Instituciones Médicas R & D Académico

5 INSTRUMENTACIONINSTRUMENTACION U.N.C - FCEFyN - Ing. Walter Gómez - 5 METODO CIENTIFICO: una hipótesis debe ser validada por medio de experimentos y/o test. Metodología de Trabajo

6 INSTRUMENTACIONINSTRUMENTACION U.N.C - FCEFyN - Ing. Walter Gómez - 6 SISTEMA DE MEDICION COMPLETO TIPICO Se utilizan sensores para medir las variables, se procesan las señales y se muestran, se puede obtener realimentación para los actuadores

7 INSTRUMENTACIONINSTRUMENTACION U.N.C - FCEFyN - Ing. Walter Gómez - 7 Cerrar el Lazo…? Por ahora no….

8 INSTRUMENTACIONINSTRUMENTACION U.N.C - FCEFyN - Ing. Walter Gómez - 8 MeasurementRangeFrequency, HzMethod Blood flow1 to 300 mL/s0 to 20Electromagnetic or ultrasonic Blood pressure0 to 400 mmHg0 to 50Cuff or strain gage Cardiac output4 to 25 L/min0 to 20Fick, dye dilution Electrocardiography0.5 to 4 mV0.05 to 150Skin electrodes Electroencephalography 5 to 300  V 0.5 to 150Scalp electrodes Electromyography0.1 to 5 mV0 to 10000Needle electrodes Electroretinography 0 to 900  V 0 to 50Contact lens electrodes pH3 to 13 pH units0 to 1pH electrode pCO 2 40 to 100 mmHg0 to 2pCO 2 electrode pO2pO2 30 to 100 mmHg0 to 2pO 2 electrode Pneumotachography0 to 600 L/min0 to 40Pneumotachometer Respiratory rate 2 to 50 breaths/min 0.1 to 10Impedance Temperature32 to 40 °C0 to 0.1Thermistor VALORES CARACTERISTICOS DE LAS SEÑALES CORPORALES HUMANAS

9 INSTRUMENTACIONINSTRUMENTACION U.N.C - FCEFyN - Ing. Walter Gómez - 9 SpecificationValue Pressure range–30 to +300 mmHg Overpressure without damage–400 to +4000 mmHg Maximum unbalance±75 mmHg Linearity and hysteresis± 2% of reading or ± 1 mmHg Risk current at 120 V 10  A Defibrillator withstand 360 J into 50  EN BASE A LA SEÑAL A MEDIR ……… SE ELIGEN LOS ELEMENTOS SENSORES MAS ADECUADOS. Ej: Medición de Presión sanguínea. Características de un sensor para dicho rango.

10 INSTRUMENTACIONINSTRUMENTACION U.N.C - FCEFyN - Ing. Walter Gómez - 10 SpecificationValue Input signal dynamic range±5 mV Dc offset voltage±300 mV Slew rate320 mV/s Frequency response0.05 to 150 Hz Input impedance at 10 Hz 2.5 M  Dc lead current 0.1  Return time after lead switch1 s Overload voltage without damage5000 V Risk current at 120 V 10  EN BASE A LA SEÑAL A MEDIR ……… SE ELIGEN LOS ELEMENTOS SENSORES MAS ADECUADOS. Ej: Medición de ECG. Características de un amplificador para ECG.

11 INSTRUMENTACIONINSTRUMENTACION U.N.C - FCEFyN - Ing. Walter Gómez - 11 CARACTERISTICAS DE LAS SEÑALES MEDIDAS HISTERESIS

12 INSTRUMENTACIONINSTRUMENTACION U.N.C - FCEFyN - Ing. Walter Gómez - 12 CARACTERISTICAS DE LAS SEÑALES MEDIDAS (a)Baja sensibilidad – sensor con poca ganancia. (b)Alta sensibilidad – sensor con alta gananacia. (a)(b)

13 INSTRUMENTACIONINSTRUMENTACION U.N.C - FCEFyN - Ing. Walter Gómez - 13 (a)(b) CARACTERISTICAS DE LAS SEÑALES MEDIDAS (a) Señales analógicas, pueden tener cualquier amplitud. (b) Señales digitales, está limitado el número de valores de amplitud.

14 INSTRUMENTACIONINSTRUMENTACION U.N.C - FCEFyN - Ing. Walter Gómez - 14 CARACTERISTICAS DE LAS SEÑALES MEDIDAS (a)La señal de entrada sobrepasa el rango dinámico de la instrumentación. (b)La señal amplificada resulta saturada y se distorsiona. (a) (b)

15 INSTRUMENTACIONINSTRUMENTACION U.N.C - FCEFyN - Ing. Walter Gómez - 15 (a) (b) CARACTERISTICAS DE LAS SEÑALES MEDIDAS (a) Señal de entrada sin DC OFFSET – continua superpuesta. (b) Señal de entrada con DC OFFSET – corrimiento por contínua adicionada.

16 INSTRUMENTACIONINSTRUMENTACION U.N.C - FCEFyN - Ing. Walter Gómez - 16 CARACTERISTICAS DE LAS SEÑALES MEDIDAS Respuesta en Frecuencia. Ej: ECG

17 INSTRUMENTACIONINSTRUMENTACION U.N.C - FCEFyN - Ing. Walter Gómez - 17 (a)(b) CARACTERISTICAS DE LAS SEÑALES MEDIDAS (a) Sistema Lineal responde a la ecuación y = mx + b. (b) Sistema no lineal

18 INSTRUMENTACIONINSTRUMENTACION U.N.C - FCEFyN - Ing. Walter Gómez - 18 (a)(b) CARACTERISTICAS DE LAS SEÑALES MEDIDAS (a) Una señal contínua tiene valores a cada instante de tiempo. (b) Una señal discreta ha sido muestreada a lo largo del tiempo y no tiene valores entre los datos muestreados.

19 INSTRUMENTACIONINSTRUMENTACION U.N.C - FCEFyN - Ing. Walter Gómez - 19 (a) (b) CARACTERISTICAS DE LAS SEÑALES MEDIDAS (a) Señal sin ruido. (b) La interferencia superpuesta produce errores. Sistemas de filtrado reducen el ruido y la interferencia.

20 INSTRUMENTACIONINSTRUMENTACION U.N.C - FCEFyN - Ing. Walter Gómez - 20 (a) (b) Los datos puden ser: (a) Con baja precisión (b) Con alta precisión. CARACTERISTICAS DE LAS SEÑALES MEDIDAS

21 INSTRUMENTACIONINSTRUMENTACION U.N.C - FCEFyN - Ing. Walter Gómez - 21 Los datos pueden ser: (a)Con baja representación (b) Con alta representación. (a)(b) CARACTERISTICAS DE LAS SEÑALES MEDIDAS

22 INSTRUMENTACIONINSTRUMENTACION U.N.C - FCEFyN - Ing. Walter Gómez - 22 Formas de medición Instrumentación Básica

23 INSTRUMENTACIONINSTRUMENTACION U.N.C - FCEFyN - Ing. Walter Gómez - 23 Circuito puente de Wheatstone Formas de medición - Instrumentación Básica

24 INSTRUMENTACIONINSTRUMENTACION U.N.C - FCEFyN - Ing. Walter Gómez - 24 Amplificador Inversor Amplificador diferencial Formas de medición - Instrumentación Básica

25 INSTRUMENTACIONINSTRUMENTACION U.N.C - FCEFyN - Ing. Walter Gómez - 25 Amplificador Diferencial de Instrumentación Formas de medición - Instrumentación Básica

26 INSTRUMENTACIONINSTRUMENTACION U.N.C - FCEFyN - Ing. Walter Gómez - 26 ANCHO DE BANDA Diferentes rangos, segun op amp gain ideal, con ganancia a lazo abierto y la del circuito

27 INSTRUMENTACIONINSTRUMENTACION U.N.C - FCEFyN - Ing. Walter Gómez - 27 (a)(b) FILTROS a.- Pasa bajo b.- Pasa alto

28 INSTRUMENTACIONINSTRUMENTACION U.N.C - FCEFyN - Ing. Walter Gómez - 28 (a)(b) FILTROS a.- Pasabanda b.- Eliminabanda

29 INSTRUMENTACIONINSTRUMENTACION U.N.C - FCEFyN - Ing. Walter Gómez - 29 SISTEMA DE ADQUISICION Diagrama de un sistema microcontrolador