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Juan Sebastián Osorio Valencia Investigador GIBEC Módulo Curso de Bioinstrumentación Pregrado Ingeniería Biomédica EIA-CES.

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1 Juan Sebastián Osorio Valencia Investigador GIBEC Módulo Curso de Bioinstrumentación Pregrado Ingeniería Biomédica EIA-CES

2 Introducción. Método de dilución del indicador por: infusión continua e inyección rápida. Mediciones electromagnéticas de flujo. Mediciones ultrasónicas de flujo. Sensores de velocidad por convección térmica. Mediciones pletismográficas: cámara y fotopletismografía. Mediciones de Flujo y Volumen en Sangre

3 Fig. 1. Corazón y simulación de la función valvular [1]. Mediciones de Flujo y Volumen en Sangre

4 Medida ideal: Concentración de O 2 y otros nutrientes en las células. Medidas de segunda clase: flujo de sangre y cambios en el volumen sanguíneo. Medidas de tercera clase: presión de sangre. Medidas de cuarta clase: ECG. Medición del gasto cardíaco. Mediciones de Flujo y Volumen en Sangre

5 Métodos para determinar el flujo sanguíneo Invasivos: dilución de indicador Infusión continua Técnica de FickTermodiluciónInyección rápida Dilución de colorante Termodilución No invasivos: exploración doppler Onda continuaOnda pulsante Mediciones de Flujo y Volumen en Sangre

6 Los métodos de dilución del indicador no miden el flujo pulsátil instantáneo sino el promedio de flujo en un número de pulsaciones del corazón. Por infusión continua: Técnica de Fick F=flujo de sangre. C a =concentración de O 2 arterial. C v =concentración de O 2 venoso. dm/dt=consumo de O 2. Mediciones de Flujo y Volumen en Sangre

7 Fig. 2. Técnica de Fick para medición del gasto cardiaco. Indicador es O 2, consumo se mide por medio de un espirómetro. Mediciones de Flujo y Volumen en Sangre

8 Por inyección rápida: Ha ido reemplazando al método por infusión continua. Una dosis del indicador es inyectada rápidamente en el torrente sanguíneo. Se miden las variaciones en la concentración. Mediciones de Flujo y Volumen en Sangre

9 Fig. 3. Curva obtenida por medio del método de inyección rápida. La dosis es suministrada en el tiempo A y si no hubiera recirculación, la concentración sería cer0 en el instante E. Mediciones de Flujo y Volumen en Sangre

10 Por inyección rápida: Dilución de colorante Verde de indocianina (ICG): inerte, no peligroso, medible, económico e intravascular. Pico de absorción en 805nm. Inyectado en la arteria pulmonar. Concentración medida en arteria braquial o femoral. Medición por colorimetría. Mediciones de Flujo y Volumen en Sangre

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12 Termodilución: Método más común. Inyección de solución salina fría en la aurícula derecha. Temperatura medida en la arteria pulmonar. Fig. 4. Catéter de cuatro lumen usado en termodilución. Q=entalpía de la solución. p b =densidad de la sangre. c b =calor específico de la sangre. Mediciones de Flujo y Volumen en Sangre

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14 Los flujómetros electromagnéticos miden el flujo pulsátil instantáneo. Operan en cualquier líquido conductivo: solución salina y sangre. Principio: Inducción electromagnética. B=densidad de flujo magnético. L=distancia entre electrodos. u=velocidad instantánea de la sangre. Mediciones de Flujo y Volumen en Sangre

15 Flujómetro DC: Campo magnético dc. Presenta varios problemas. Flujómetro AC: Con corriente magnética ac de aprox. 400Hz. Necesita de un electrodo fantasma o un circuito de supresión de cuadratura. Fig. 5. Flujómetro EM. La sangre fluye con una velocidad u y pasa por un campo magnético B, induciendo una FEM e, medida por los electrodos. Mediciones de Flujo y Volumen en Sangre

16 Fig. 6. A. Ondas obtenidas en el flujómetro. B. Circuito de supresión de cuadratura. Mediciones de Flujo y Volumen en Sangre

17 Efecto Doppler: Cambio de frecuencia de una onda producido por el movimiento de la fuente respecto a su observador. Ondas de ultrasonido chocan con la sangre en movimiento Cambia la frecuencia de la onda Velocidad de la sangre relacionada con el cambio en la frecuencia Mediciones de Flujo y Volumen en Sangre

18 Fig. 7. Efecto Doppler. Objetos en movimiento cambian la frecuencia de la onda reflejada. v: velocidad del objeto en la dirección del rayo de ultrasonido. c: velocidad del sonido en el medio. Mediciones de Flujo y Volumen en Sangre

19 Campo lejano y cercano para diferentes transductores de ultrasonido. Mediciones de Flujo y Volumen en Sangre

20 Fig. 8. Diferentes configuraciones de transductores de ultrasonido F(2 a 10 MHz). (a) Sonda para medición por tiempo de tránsito. (b) Transcutánea doble. (c) Con lente plástico. (d) Para operación pulsada. (e) Con vidrio de acrílico. (f) Al final de un catéter. (g) Para operación pulsada en catéter. Mediciones de Flujo y Volumen en Sangre

21 t=Tiempo de tránsito D=Distancia recorrida c= Velocidad del sonido ū =Velocidad promedio del flujo sanguíneo

22 Flujómetro por tiempo de tránsito (MFTT): Utiliza la tecnología Doppler pero no dicho principio. Ultrasonido viajando contra la corriente sanguínea toma más tiempo que el que viaja en el sentido de la corriente. Fig. 9. Esquema de diseño del flujómetro por tiempo de tránsito. Mediciones de Flujo y Volumen en Sangre

23 Fig. 10. Esquema de funcionamiento de un flujómetro de ultrasonido de onda continua simple. Mediciones de Flujo y Volumen en Sangre

24 Otros flujómetros por Doppler: Doppler direccional. Doppler pulsado. Doppler láser. Fig. 11. Ecógrafos DC3 Mindray. Mediciones de Flujo y Volumen en Sangre

25 Fig. 12. Flujómetro por Doppler de Laser (LDF). Mediciones de Flujo y Volumen en Sangre

26 Fig. 13. Prueba de ultrasonido en arteria carótida Mediciones de Flujo y Volumen en Sangre

27 Fig. 14. Imágenes de doppler a color mostrando flujo de sangre en arteria carótida. A. Carótida sana. B. Carótida parcialmente bloqueada. A B Mediciones de Flujo y Volumen en Sangre

28 Enfriamiento por convección del sensor. Solo velocidad local. Sensibilidad alta a bajas velocidades. Método no lineal. Muy importante la localización de la sonda. Mediciones de Flujo y Volumen en Sangre Fig. 15. Diseño de las sondas.

29 Mediciones de Flujo y Volumen en Sangre W=Potencia disipada por el termistor a y b= constantes T = Sobrecalentamiento del termistor por encima de la temp de la sangre u= Velodcdad de la sangre

30 Fig. 16. Circuito para sensor con temperatura constante. Usado en el acondicionamiento de la señal en sensores de velocidad por convección térmica. Rt, menor coeficiente resistencia-temperatura. Mediciones de Flujo y Volumen en Sangre

31 Fig. 17. Pletismografía. Medidas de cambio de volumen en la sangre de las extremidades de una forma no invasiva. Mediciones de Flujo y Volumen en Sangre

32 Cambios en el volumen del vaso modifican la absorción, reflexión y esparcimiento de la luz. Simple e indica eventos como frecuencia cardiaca. Pobre medida del volumen. Sensible a artefactos de movimiento. GaAs LED pico de emisión espectral en 940nm. Mediciones de Flujo y Volumen en Sangre

33 Fig. 18. Fotopletismografía en el dedo y en la oreja. Mediciones de Flujo y Volumen en Sangre

34 Fig. 19. Fotopletismografía en (a) modo de transmisión y en (b) modo de reflexión. Mediciones de Flujo y Volumen en Sangre

35 Fig. 20. Circuito de fotopletismógrafo. La salida del diodo es alterada por la absorción del tejido, lo cual modula el fototransistor. Mediciones de Flujo y Volumen en Sangre R1 R2 C1 R3

36 Cardiac Output: Output/ Photoplethysmography Blood Pressure Measurement: oplethysmography%20Blood%20Pressure%20Measurement.pdf oplethysmography%20Blood%20Pressure%20Measurement.pdf Corbeta EJ, et al. Laser Doppler flowmetry is useful in the clinical management of small bowel transplantation. Gut 2000;47: Lu G, et al. A comparison of photoplethysmography and ECG recording to analyse heart rate variability in healthy subjects. Journal of Medical Engineering & Technology 2009; 33:8, Mediciones de Flujo y Volumen en Sangre

37 [1] Adaptive heart simulation. Tomado de: [2] J. G. Webster (ed.), Medical Instrumentation: aplication and design. 3rd ed. New York: John Wiley & Sons, [3] J.G. Webster (ed.), Bioinstrumentation. New York: John Wiley & Sons, [4] Joseph D. Bronzino (ed.), The Biomedical Engineering Handbook. 2nd ed. Boca Ratón: CRC Press and IEEE Press, [5] J.G. Webster (ed.) Measurement, Instrumentation and Sensor Handbook. Boca Ratón: CRC Press, Mediciones de Flujo y Volumen en Sangre


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