BIOINSTRUMENTACIÓN OBJETIVO GENERAL Construir sistemas básicos de instrumentación de variables fisiológicas usando principios de medición y conceptos de electrónica con una visión integral, de trabajo en equipo, creativa y analítica.

BIOINSTRUMENTACIÓN METODOLOGÍA Clases magistrales Encuadre Análisis Diseño Simulación Laboratorios Aprendizaje basado en proyectos Seminario investigativo alemán Proyecto integrador

BIOINSTRUMENTACIÓN CONTENIDO: Conceptos generales sobre Bioinstrumentación Mediciones del sistema cardiovascular y respiratorio Medición de biopotenciales Seguridad eléctrica Fundamentos de la Bioinstrumentación virtual

BIOINSTRUMENTACIÓN LABORATORIOS: Sensor de conductividad Práctica con transductores (2) Amplificadores y filtros activos Transductor de temperatura Colorímetro elemental Medidor de pH Ruidos cardiacos

BIOINSTRUMENTACIÓN LABORATORIOS: Neumotacómetro básico Amplificador de Biopotenciales Sistema de biotelemetría (2) Práctica de seguridad eléctrica Diseño de un instrumento virtual Medición y control por medio de PC Sistema de Bioinstrumentación virtual

BIOINSTRUMENTACIÓN EVALUACIÓN: Examen parcial: 15% Laboratorios: 30% Proyecto integrador: 15% Seminarios: 10% Examen final: 30%

BIOINSTRUMENTACIÓN BIBLIOGRAFÍA: WEBSTER, John G. Medical instrumentation: application and design. 4 ed. New Jersey : John Wiley, 2009. WEBSTER, John G. Medical instrumentation: application and design. 3 ed. New Jersey : John Wiley, 1998. (610.28/M489). CLARK, Cory. LabVIEW digital signal processing: and digital communications. New York : McGraw-Hill, 2005. PRUTCHI, D. NORRIS, M. Design and Development of Medical Electronic Instrumentation: A Practical Perspective of the Design, Construction, and Test of Medical Devices. New York : John Wiley, 2004. (681.762/P672). BIANCHI, Giovanni. Electronic filter simulation & design. New York : McGraw-Hill, 2007. WEBSTER, John G. Bioinstrumentation. New York: John Wiley, 2003. NILSSON, James W. y RIEDEL, Susan A. Circuitos eléctricos. 7 ed . New Yersey : Prentice Hall, 2005. (621.3815/N712/7ed). CARR, Joseph J. y BROWN, John M. Introduction to biomedical equipment technology. 4 ed. Upper Saddle River : Prentice Hall, 2001. (610.28/C311i). BRONZINO, Joseph D. The biomedical engineering handbook : Medical devices and systems T.1. 3 ed. Boca Ratón : CRC/Taylor & Francis, 2006. (610.28/B863m/3ed./T1). —. The biomedical engineering handbook : Tissue engineering and artificial organs T. 2. 3 ed. Boca Ratón : CRC /Taylor & Francis, 2006. (610.28/B863t/3.ed/T2). —. The biomedical engineering handbook : Biomedical engineering fundamentals T. 3. 3 ed. Boca Ratón : CRC/Taylor & Francis, 2006. (610.28/B863b/3.ed/T3). WILCHES, Mauricio. Bioingeniería. Medellín : Universidad de Antioquia. Facultad de Ingeniería. Departamento de Electrónica, 1991. (610.28/W667).

BIOINSTRUMENTACIÓN http://bioinstrumentacion.eia.edu.co BIBLIOGRAFÍA: ENDERLE, John D, BLANCHARD, Susan M. y BRONZINO, Joseph D. Introduction to biomedical engineering. San Diego : Academic Press, 2000. (610.28/E56i). NORTHROP, Robert B. Analysis and application of analog electronic circuits to biomedical instrumentation. Boca Ratón : CRC Press, 2004. (610.28/N877). —. Noninvasive instrumentation and measurement in medical diangnosis. Boca Ratón : CRC Press, 2002. (616.0752/N877n). PÉREZ, Reinaldo. Design of medical electronic devices. San Diego : Academic Press, 2002. (617.307/P438d). KHANDPUR, R.S. Biomedical Instrumentation: technology and applications. New York : McGraw-Hill, 2005. (610.28/K452). MOORE, James y ZOVRIDAKIS, George. Biomedical technology and devices handbook. Boca Ratón : CRC, 2004. (610.28/M821). ASTON, Richard. Principles of Biomedical instrumentation and measurement. Upper Saddle River : Prentice Hall , 1990. ARNAU, Antonio y Otros. Sistemas electrónicos de comunicaciones. Valencia : Universidad Politécnica de Valencia, 2000. Vol. 2. NORMANN, Richard. Principles of bioinstrumentation . New York : John Wiley, 1988. MALKIN, R. Medical instrumentation in the developing world. US: Ed. Engineering World Health, 2006 (610.28/M251) http://bioinstrumentacion.eia.edu.co

CONCEPTOS GENERALES SOBRE BIOINSTRUMENTACIÓN En el pasado predominaba la “malicia indígena” del médico Hoy predomina la BIOINSTRUMENTACIÓN

La Bioinstrumentación implica Selección o diseño del instrumento acorde al tipo de examen. Conectar el instrumento a una red de alimentación. Calibración del instrumento. Hacer la medición en el rango y con el dispositivo adecuados. Analizar cuidadosamente los resultados. Etc.

Sistema de Bioinstrumentación generalizado Realimentación y control Fuente de potencia Medida Transductor Acondicionam de señal Display Salida Señal de calibración Almacenam de datos Transmisión de datos Radiación u otra energía

Modos de operación Modo directo e indirecto. Modo muestreado y continuo. Transductores generadores y moduladores Análogo y digital. Modo en tiempo real y diferido. Modo de diferencial o absoluto.

Restricciones en las mediciones médicas Rangos de la medición Rangos de frecuencia Muchos sistemas vivos son inaccesibles. Un sistema biológico no es posible apagarlo. Las señales no son determinísticas. Las mediciones fisiológicas resultan de interacciones entre sistemas no del todo conocidas. Es difícil establecer los rangos seguros de energía aplicada

Clasificación de los Bioinstrumentos Variable física convertida por el transductor. Principio de transducción. Sistema fisiológico. Especialidades médicas clínicas.

Entradas interferente y modificante deseada G1 Entrada interferente G2 + salida Entrada modificante G3

Técnicas de compensación Insensibilidad inherente. Realimentación negativa. Filtrado de la señal. Entradas opuestas.

Medición Puede ser interna, externa o emanar del cuerpo. Biopotenciales. Presión. Flujo. Desplazamiento. Impedancia. Temperatura. pH. Propiedades físicas. Concentraciones químicas.

Medición Medición Rango Frecuencia, Hz Método Flujo sanguíneo 1 - 300 mL/s 0 - 20 Flujómetro Presión sanguínea 0 - 400 mmHg 0 - 50 Brazalete y auscultador o “strain gage” Gasto cardíaco 4 - 25 L/min Fick, dilución colorante Electrocardiografía 0.5 - 4 mV 0.05 - 150 Electrodos superficiales Electroencefalografía 5 - 300  V 0.5 - 150 Electrodos cuero cabelludo Electromiografía 0.1 - 5 mV 0 - 10000 Electrodos de aguja o superficiales Electroretinografía 0 - 900  V Electrodos de contacto pH 3 - 13 0 - 1 Electrodo de pH pCO2 40 - 100 mmHg 0 - 2 Electrodo de pCO2 pO2 30 to 100 mmHg Electrodo de pO2 Neumotacografía 0 - 600 L/min 0 - 40 Neumotacómetro Tasa respiratoria 2 - 50 respiros/min 0.1 - 10 Strain gage, impedancia, termistor Temperatura 32 - 40 °C 0 - 0.1 Termistor, termocupla

Transductor Dispositivo que convierte una forma de energía en otra, generalmente eléctrica. Debe ser lo menos invasivo posible. Responder a la forma de energía presente en la medición. Esta compuesto por un elemento sensor primario y transductor a voltaje.

Acondicionamiento de la señal Cualquier tipo de procesamiento que se le haga a la señal de salida del transductor y que la deje apta para ser visualizada en un display. Amplificación. Filtrado. Acople de impedancias. Conversión A/D. Promediado para reducir ruido. Conversión al dominio de la frecuencia. Reconocimiento de patrones.

Display Es el medio empleado para entregar la información medida por el dispositivo. Numérica. Gráfica. Discreta. Continua. Permanente. Temporal. Auditiva. Visual.