Biomedicina

ESTRUCTURA GENERAL DE UN SISTEMA DE INSTRUMENTACIÓN

BIOMÉDICA.

Todos los equipos o sistemas de instrumentación biomédica tienen un diagrama de bloques similar al de la figura 1.1. El flujo principal de información va del hombre al equipo. Los elementos mostrados por líneas discontinuas no son esenciales. La principal diferencia entre los sistemas de instrumentación biomédica y cualquier otro sistema de instrumentación convencional radica en que la fuente de las señales suelen ser seres vivos o energía aplicada a estos seres o tejidos vivos.

Los principales bloques que componen un sistema de instrumentación biomédica son:

MEDIDA: Es la magnitud física, propiedad o condición que el sistema mide. La accesibilidad a la medida es un parámetro a tener en cuenta ya que esta puede ser interna (presión de la sangre), puede medirse en la superficie del cuerpo (potenciales extracelulares como el electrocardiograma), puede emanar del cuerpo (radiaciones infrarrojas) o puede salir o derivarse de una muestra de tejido del cuerpo (sangre o una biopsia). Las medidas médicas más importantes pueden agruparse en las siguientes categorías: biopotenciales, presión, flujo, dimensiones (imagen), desplazamiento (velocidad, aceleración y fuerza), impedancia, temperatura y concentraciones químicas. Estas medidas pueden localizarse en un órgano concreto o por toda la estructura anatómica.

SENSOR: Normalmente el término “transductor” se emplea para definir a aquellos dispositivos que convierten una forma de energía en otra. El término “sensor” se emplea para los dispositivos que convierten una medida física en una señal eléctrica. El sensor sólo debería responder a la forma de energía presente en la medida que se desea realizar y excluir las demás. Además debe poseer una interfaz con el tejido o sistema vivo de forma que no interfiera en éste, debe de minimizar la energía extraída y ser lo menos invasivo posible. Muchos sensores constan de elementos sensores primarios como diafragmas, que convierte la presión en desplazamientos.

ACONDICIONAMIENTO DE LA SEÑAL: Normalmente, la señal obtenida del sensor no puede aplicarse directamente al “display” o dispositivo de salida (pantalla, papel...etc.). Un acondicionador simple puede amplificar, filtrar y adaptar la impedancia del sensor a la pantalla. A menudo, las señales de salida de los sensores se digitalizan y se procesan utilizando ordenadores o sistemas basados en micro controladores.

DISPOSITIVO DE SALIDA: El resultado del proceso de medida puede mostrarse de diferentes formas, pero es conveniente que estos resultados se muestren de la forma más sencilla y cómoda de interpretar por parte del operador humano. En función del tipo de medida y cómo el operador humano va a utilizarla, los resultados pueden representarse por medio gráficos o datos numéricos, de forma continua o discreta, de manera temporal o permanente.

ELEMENTOS AUXILIARES: Existen diferentes elementos auxiliares que pueden implementar en el equipo de medida. Puede utilizarse una señal de calibrado para calibrar los resultados. Puede introducirse realimentaciones de las señales de salida para controlar diferentes aspectos del equipo o ajustar diferentes parámetros del sensor. El control y el sistema de realimentación pueden ser automáticos o manuales. Los datos pueden almacenarse en memorias en función de las condiciones de trabajo. Existen sistemas de seguridad que alertan ante posibles riesgos por parte del sujeto.

INTERFERENCIAS Y PERTURBACIONES INTERNAS AL EQUIPO DE MEDIDA.

 Provocadas por el transformador de la fuente de alimentación.

 Debidas al rizado de la fuente de alimentación.

 Ruido generado por los componentes electrónicos.

Fuentes internas de ruido: Se consideran interferencias internas, aquellas que son provocadas por fuentes incluidas en el bioamplificador. Entre ellas destacan las causadas por la fuente de alimentación y las debidas al ruido interno de los componentes electrónicos en general.

1. Interferencias debidas a la fuente de alimentación.

Si la fuente de alimentación del amplificador incorpora un transformador, el rizado de 100 Hz, correspondiente a la rectificación de los 50 Hz de la red, provocara interferencias que pueden ser importantes. Cuando se utilizan amplificadores operacionales el problema se reduce a elegir un componente con una relación de rechazo frente a variaciones de la tensión de alimentación (PSRR, power supply rejecction ratio) lo suficientemente grande. Este dato lo suministra el fabricante. También influye el valor del rechazo al rizado del regulador de la fuente de alimentación. Una solución aceptable para solucionar estos problemas es usar baterías para alimentar el amplificador, que además de reducir el ruido de alimentación, añaden seguridad al paciente. En cualquier caso, pueden utilizarse redes de filtrado en las alimentaciones que sirven para atenuar la interferencia del rizado de la fuente.

2. Ruido generado por los componentes electrónicos.

Los componentes electrónicos, bien sean activos o pasivos, generan señales de ruido, en general aleatorias, que contaminan las medidas. En los sistemas que requieren grandes amplificaciones, este problema puede ser crítico y exige una adecuada selección de los componentes de las primeras etapas.

Los componentes pasivos, especialmente las resistencias, que tienen una densidad espectral de ruido: e KTR V Hz n 4 ( / ),

donde:

K: constante de Boltzman, 1.38*10-23 (J/K.)

T: temperatura absoluta. (K)

R: resistencia. ()

Siempre que sea posible interesará utilizar valores bajos. En cuanto a los componentes activos, la única medida posible es la selección de los que presenten menores niveles de ruido, dentro de las exigencias del diseño, incluidas las económicas. En todo caso, es muy recomendable limitar mediante filtros la banda de funcionamiento todo lo que permita el espectro de la señal de interés.

CARACTERÍSTICAS GENERALES DE LOS SISTEMAS DE MEDIDA BIOMÉDICOS.

La fuente de las señales medidas con la instrumentación biomédica son los tejidos vivos o

energía aplicada a éstos. Esta circunstancia condiciona los métodos de medida aplicables y los sensores o transductores a utilizar.

Para ello deben cumplirse los siguientes requisitos:

1. La acción de medir no debe alterar la magnitud medida. Dicha alteración puede producirse como resultado de una interacción física (directa), bioquímica, fisiológica o psicológica. Lo ideal sería que las medidas se realizasen de una forma no invasiva

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