01 introduccion a la equipologia medica
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Introducción al curso de Equipología Médica
Prof. Ernesto B. Rodríguez Denis, DrSc
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Rememoración de Electrónica Médica
• Sistema de Medición.
• Amplificador de Instrumentación.– Linealidad y Ganancia.
– Ruido, filtros y ancho de banda.
– Interferencias y rechazo de modo común.
– 3er electrodo y guarda activa.
– Protecciones.
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Sistema de Medición
Energía aplicada
Mesurando
Sensor Acondicionamiento de la Señal
Procesamiento de la Señal
Señal de Calibración
Realimentación Display
Almacenamiento de Datos
Transmisión de Datos
Salidas
Fuentes de alimentación
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• La principal diferencia entre un sistema de instrumentación médica y un instrumento convencional es que la fuente de señal proviene de un ser vivo.
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Mesurandos más comunes en medicina
• Biopotenciales• Presión• Flujo• Dimensiones (Imágenes)• Desplazamiento (Velocidad, aceleración y
fuerza)• Impedancia• Temperatura• Concentración Química
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Impedance0.1 to 102 to 50, [breaths/min]Respiratory rate
pCO2 electrode0 to 240 to 100, [mm Hg]pCO2
pO2 electrode0 to 230 to 100, [mm Hg]pO2
Pneumotachometer0 to 400 to 600, [l/min]Pneumotachography
pH electrode0 to 13 to 13, [pH]pH
Thermistor0 to 0.132 to 40, [°C]Temperature
Contact lens electrodes0 to 500 to 900, [µV]Electroretinography
Needle electrodes0 to 10 0000.1 to 5, [mV]Electromyography
Scalp electrodes0.5 to 150 5 to 300, [µV]Electroencephalography
Skin electrodes0.05 to 1500.5 to 4, [mV]Electrocardiography
Fick, dye dilution0 to 204 to 25, [L/min]Cardiac output
Cuff or strain gage0 to 500 to 400, [mm Hg]Blood pressure
Electromagnetic or ultrasonic
0 to 201 to 300, [ml/s]Blood flow
MethodFrequency, HzRange, [unidad]Measurement
Common medical measurands.
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Output
Input
Output
Input
(a) (b)
A linear system fits the equation y = mx+ b
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(a) (b)
(a) Signals without noise. (b) Interference superimposed on signals causes error. Frequency filters can be used to reduce noise and interference.
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0.05 Hz 150 Hz
Frequency
Amplitude
1.0
0.1
Frequency response
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Línea de suministro
Interferencia, 60 HzC1 = 2 pF
C2 = 200 pF
C1 = 2 pF
C2 = 200 pF≈ ≈
Vcm
Vcm
120 V, 60 Hz 120 V, 60 Hz
Tensión de modo común
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Amplificación diferencial
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Rechazo al modo común
CMRR[dB] = 20 log10 CMRR = d
cm
e
elog20=
Vo= k
Igual salida
Equivalente a:
CMRR = 1V ÷ 10µV = 100 000 ÷ 1
CMRR en dB = 20 log 100 000 = 100 dB
cm
d
A
Alog 20
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Interferencias
El campo magnético induce una tensión en el lazo formado por los conductores de los electrodos.
Esta interferencia puede reducirse trenzado de los cables.
PROBLEMA SOLUCIÓN
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PROBLEMA: Campos interferentes pueden alcanzar los conductores de los electrodos, generando interferencia a la entrada del bioamplificador.
SOLUCIÓN: Este efecto puede ser minimizado apantallando los cables y conectándolo a un circuito de “guarda activa”
Interferencias
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Circuito del amplificador de instrumentación
e
e2
1
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Circuito práctico de un Amp-Inst.
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Apantallamiento de entrada
e2
e1
ecm
apantallamiento
Vo
-
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Circuito para el 3er electrodo
Vcm
Rs/2
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Circuito equivalente del 3er electrodo
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3er electrodo
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Protecciones
Tensión salidaV
Tensión entradaV
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ProteccionesLimitan corriente
Limitan tensión
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+
ecm
+ecm
Vd
ecm
+
Vd
z1
z1
z2
z2Cw2
Cw2
Cw1
Cw1
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_
+
+
+
_
_
R1
R1
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PROBLEMA: Un campo eléctrico impulsa en los conductores de los electrodos, corrientes que fluyen hacia el paciente, las quedesarrollan una tensión interferente en las impedancias asociadas a los electrodos.
SOLUCIÓN: Este efecto puede ser minimizado apantallando los cables e incorporando "buffer" a los electrodos.
Interferencias
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Apantallamiento de entrada
e2
e1
ecm
apantallamiento
Vo
-
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( )−+ −
+⋅= ii
G
1
2
3o vv
RR2
1R
Rv
Gin R
RA 12
1+=
Amplificador de Instrumentación con 3 OP Amp.
2
3
R
RAd =
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Amplificador de ganancia programable por pines
-Obtenemos valores discretos de la ganancia diferencial sin colocar resistencias externas
- Poseen internamente resistencias de alta precisión que proporcionan valores estables y muy precisos.
- La elección de la ganancia se obtiene uniendo pines del circuito
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- Permite la selección de la ganancia mediante señal digital
- Las ganancias suelen ser en potencias de 10 o en potencias de 2
- El amplificador PGA 204 permite 4 pasos de ganancias (2,4,8,16)
- El amplificador PGA 205 permite 4 pasos de ganancias (1,10,100,1000)
Amplificador de Ganancia programable por código digital
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Amplificador de ganancia programable por Software
-Incorpora un mutiplexador analógico
- Conecta las entradas 1,2,3 o 4 en función de un código binario A0,A1
- Para la combinación 00 hace que la ganancia sea unitaria.
- Para el resto de las combinaciones la ganancia depende de los valores de las resistencias R2,R3 y R4.
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Trabajo Independiente
• Practica # 1.- Puesta a punto de Bioamplificador. Objetivo: Poner a punto un preamplificador, para una derivación, con circuito de 3er electrodo, guarda activa y filtro, que pueda adquirir una señal de ECG ó EMG.
Informe: Nombre de los autores. Esquema del circuito y explicación breve de su funcionamiento.
El circuito funcionando debe ser mostrado al docente.
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Bibliografía
• - Cap 7 y 8. Introduction to biomedical equipment technology. 1998. J. Carr
• - Cap 15. Biomedical Device Technology. 2008. A. Chan.