Ingeniería Biomédica

Proyecto22 de octubre de 2002

Prof. Agr. Franco Simini

Núcleo de Ing. Biomédica

Facultades Medicina e Ingeniería

siminifr@clap.ops-oms.org

www.nib.fmed.edu.uy

Ing. Biomédica - Proyecto

• Equipos relevados o conocidos:

• .........

• .........

• .........

Ing. Biomédica - Proyecto

• Particularidades respecto a instr. general• Magnitudes pequeñas• Frecuencias bajas• Dificultad de acceso (transductores)• Variabilidad biológica• Complejidad de interacción biológica• Complejidad de presentación: imágenes• Preservar la seguridad del paciente

Ing. Biomédica - Proyecto

• Equipo biomédico

• Estudio del fenómeno a medir

• Modelo de sistema

• Integración de partes (transductores..)

• Seguridad del paciente y operador

• Proyecto y programación

• Pruebas

Ing. Biomédica - Proyecto

• Clasificación de instrumentos biomédicos• por magnitud estimada (pres., temp., etc.)• por principio físico (R, US, electroquím.)• por sistemas (cardiov., SNC, pulmón.)• por especialidad (CTI, radiología, etc.)• sostiene vida / diagnóstico / prótesis• por magnitud estimada• imágenes / señales

Ing. Biomédica - Proyecto

• Ingeniería ?

• Tareas de proyecto específico

• Tecnologías integradas

• Evaluación de costos y beneficios

• Investigación con fin práctico

Ing. Biomédica - Proyecto

• Biología ?

• Potenciales eléctricos

• Procesos vitales

• Sistemas de regulación

Ing. Biomédica - Proyecto

• Medicina ?

• Concepto de prueba diagnóstica

• Prótesis

• Acciones terapéuticas

• Instrumentos para ejercer la medicina

Ing. Biomédica - Proyecto

• Ejemplo:

• Solución de largo plazo para la alimentación de dispositivos implantados (marcapasos)

• Goto et al. IEEE tr. BME julio 2001

Ing. Biom. / Fuente implantable

Fuente ubicada en el cuerpo

Libertad de movimientos

Transmisión de E desde exterior

Recarga fácil

Ing. Biom. / Fuente implantable

datos biológicos a tener en cuenta

piel 37 º - calentar menos de 2º

transmitancia de la piel

datos físicos

3V constantes

EM interfiere

luz: día de sol 100 mW/cm2

Ing. Biom. / Fuente implantable

proyecto

exterior:

infrarrojo cercano (NIR) 810 nm

fuente laser, colimador, 20 mW/cm2

implantado:

fotodiodos en serie 0.6 A/W, 2 cm2 , diodo

batería Li recargable

Ing. Biom. / Fuente implantable

verificación biológica

fotodiodos cubiertos con película transm. 92%

piel del ratón 0.8 mm

fotodiodos subcutáneos con contactos ext.

medida de transmitancia de la piel rata: 64%

medida de aumento de T < 2º

Ing. Biom. / Fuente implantable

verif. física: test de carga batería implantada

carga con marcapasos 65 lpm, -5V, 0.4 ms

corazón: resistor 470 Ω, 15 minutos

eficiencia de conversión PV.I / PLi = 20%

volt.: 2.76 V + 0.10 V

corriente de carga 1.7 mA

Ing. Biom. / Fuente implantable

verificación global prevista

marcapaso 20 µA, 24 h son 0.48 mAh

son 17 min a 1.7 mA

descarga de 0.48 mAh implica ∆V=0.6 mV

bat de Li es 2.8 V, cambia cuando 2.0 V

60 000 ciclos con descarga 0.5% (0.48 mAh)

son 100 años, lo que permite recarga no diaria

Ing. Biom. / Fuente implantable

ajustes para humanos

piel transmite 10%-20% (no 64%)

entonces 10 cm2 de fotodiodos

luz solar con filtros

Ing. Biom. / Fuente implantable

circuito electrónico

batería Li

marcapasos

biología de la piel

óptica

métodos de medida

==> solución de Ing. Biomédica - Proyecto

IB

Ing. Biom. / Sist. Vestibular

Proyectar un equipo de evaluación automática de la respuesta del sistema vestibular a un estímulo de seguimiento ocular

• Ojos siguen un blanco móvil

• Evaluar función de transferencia

Ing. Biom. / Sist. Vestibular

modelo del fenómeno

transductores

adquisición

circuitos y seguridad

procesamiento

presentación resultados

Ing. Biom. / Sist. Vestibular

laberinto del oído medio tiene 5 órganos

las 2 máculas

3 canales semicirculares que sensan acc.

Ing. Biom. / Sist. Vestibular

integración de señales

IN: vestib, visual, propioceptivo, audio, tactil, etc.

OUT: mov. de ojos, postura, tono muscular

FEEDBACK: del procesador central a los procesadores periféricos de las señales

Ing. Biom. / Sist. Vestibular

test del sistema vestibular• sensación subjetiva del paciente• medidas objetiva de actividad refleja

la interacción visual - vestibular es la más fácil de evaluar, como indicador del estado del sistema vestibular.

Ing. Biom. / Sist. Vestibular

• señal de posición de los ojos: EOG electrooculografía

• dibujo

Ing. Biom. / Sist. Vestibular

posibles estímulos del paciente:

• estimulacón calórica del oído

• blanco móvil (predecible y no predecible)

• cilindro a rayas que rueda

• silla rotatoria

• movimiento de cabeza

Ing. Biom. / Sist. Vestibular

• esquema de proyecto

Ing. Biom. / Sist. Vestibular

partes de circuito

• amplificadores de ENG

• blanco móvil a 1 m 1 m de ancho

opcionales: silla, motor de pasos, transductor de posición de cabeza

Ing. Biom. / Sist. Vestibular

Núcleo de T. real:

• generación del estímulo

• A/D

• presentación de señales

• atención teclado

• manejo excepciones

• señales a disco

Ing. Biom. / Sist. Vestibular

Otras tareas pre y post

• calibración

• análisis de señales

• informe clínico

Ing. Biom. / Sist. Vestibular

Integración de partes:• PC• A/D standard• Control de motor de pasos

a desarrollar:• tarjeta de ampl. de EOG norma PCI• tarjeta de comando y barra de LED´s• silla (opcional)

Ing. Biom. / Sist. Vestibular

• elección de base de tiempos

• sincronismo de pantalla ?

• timer externo ?

• timer del PC ?

Ing. Biom. / Sist. Vestibular

• ejemplo de señales Izd, Der y blanco

Ing. Biom. / Sist. Vestibular

• respuesta a estímulo predecible 0.3Hz, 0.6Hz

• ganancia y fase determinados por mínimos cuadrados

• gráfica

Ing. Biom. / Sist. Vestibular

• movimiento sacádico

• estimación automática de latencias

Ing. Biom. / Sist. Vestibular

estímulo no predecible

• suma de:

• 0.2 Hz a=20

• 0.8 Hz a=30

• 1.2 Hz a=100

• ejemplos de señales y respuesta

Ing. Biom. / Sist. Vestibular

• respuesta lineal del sistema vestibular

• a cada f su Ampl. y fase

• espectro de señal de respuesta

• informe

Ing. Biom. / Mec. ventilatoria

Proyectar un equipo de evaluación automática de los parámetros de la mecánica ventilatoria

• Resistencia de vías aéreas

• Complacencia de pulmones

• Trabajo respiratorio

• Tiempo insp. y espir.

Ing. Biom. / Mec. ventilatoria

modelo del fenómeno

transductores

adquisición

circuitos y seguridad

procesamiento

presentación resultados

Ing. Biom. / Mec. ventilatoria

modelo RC

flujo de aire = I

∆ P (boca - esof) = V

R, C

dibujo

Ing. Biom. / Mec. ventilatoria

transductores piezoresistivos

alimentados 8V

V prop a Pres (gráfica)

(dibujo Microswitch)

Ing. Biom. / Mec. ventilatoria

adquisición

8 bits = 256 niveles

20 muestras por ciclo resp

~ 15 ciclos resp por min

20 x 15 = 300 por min = 5 Hz

3 señales, 15 ciclos resp. < 1 Kmuestras

Ing. Biom. / Mec. ventilatoria

circuitos y seguridad

• adaptación de señales de flujo y presión (offset yganancia) para elA/D

• separación galvánica (fuente y señal)

• prueba de aislamiento (3000 V)

• medida fugas (< 1 mA para RN, <10 mA)

Ing. Biom. / Mec. ventilatoria

procesamiento: NTR (núcl. tiempo real)

• conversión A/D

• atención de usuario (parámetros, inicio, fin)

• guardado en memoria y disco

• cálculos R, C, W, tiempos

• presentación en pantalla

Ing. Biom. / Mec. ventilatoria

procesamiento: pre y post procedimiento

• datos del paciente

• calibración

• informe presentación resultados

• a/de repositorios historias clínicas

Ing. Biom. / Tom. Impedancia

problema médico

medida imp. IMPEMAT

multiplexar circuitos

reconstrucción tomográfica

circuitos y programas

presentación y proc. imágenes

Ing. Biom. / Estim. magnética

• circuito básico: C, thyristor y espira

• RLC oscilante crea corriente exp. sin. bifasica

• vuelve energía por D, para reducir disipación

http://www.biomag.helsinki.fi/tms/basic.html

Ing. Biom.

• Curso semestral

• Seminario sem.

• Proyecto fin de carrera

• Maestría 2002