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Cuaderno de prcticas de Laboratorio de Bioinstrumentacin III

Cuaderno de Prcticas de Laboratorio de Bioinstrumentacin IIIPara la carrera de Ingeniera Biomdica en la UPIBI De acuerdo al Plan de Estudios del 2009

Elaborado y desarrollado por: M. en C. Lilia Maricela Padrn Morales Con la colaboracin de: M. en C. Jos Luis Hernndez Zamora Ing. Rosa Mara Ocampo RomoPlan de Estudios de la carrera de Ingeniera Biomdica UPIBI-IPN Pgina 0


Contenido

Introduccin 2 Prctica 1ESTIMULADOR ANALGSICO ...................................................................... 4

Prctica 2SIMULADOR DE ECG...... 11

Prctica 3MARCAPASOS POR INHIBICIN MARCAPASOS VENTRICULAR EXCITATORIO............................................. 16

Prctica 4BOMBA DE CIRCULACIN CONTROL DE FLUJO PARA

BOMBA PERISTLTICA. 25

Prctica 5DESFIBRILADOR CARDIACO DE DESCARGA CAPACITIVA DE ONDA SENOIDAL AMORTIGUADA CON CARDIOVERSIN 35

Prctica 6ELECTROCAUTERIO MONOPOLAR. 50

Prctica 7TRANSMISIN ULTRASONICADETECTAR EL PULSO O LATIDO CAROTDEO CON UN MICROFONO DE CRISTAL PIEZOELCTRICO ..................................... 60

Prctica 8RESPIRADORES Y VENTILADORES MEDICION DE LA FRECUENCIA RESPIRATORIA HACIENDO USO DE UN TERMISTOR..69

Conclusiones. 73 Bibliografa74 Anexos . 76Plan de Estudios de la carrera de Ingeniera Biomdica UPIBI-IPN Pgina 1


INTRODUCCIN

El presente cuaderno de prcticas de laboratorio, est apegado al programa de estudios de la Unidad de Aprendizaje de Bioinstrumentacin III, materia de tipo terico prctico del sptimo semestre que forma parte del plan de estudios de la carrera de Ingeniera Biomdica que se imparte en la UPIBI, por ser alumnos de ltimos semestres se supone que cuentan con bases slidas de electrnica, sistemas analgicos y sistemas digitales pues previamente han cursado y aprobado estas materias correspondientes del plan de estudios por tal motivo, se trabaja mucho en base a los diagramas a bloques de los equipos mdicos dejando libertad al alumno sobre la seleccin de los C.I. necesarios para desarrollar la prctica, siempre y cuando logren el objetivo esperado. Este cuaderno de prcticas se ha convertido en una excelente herramienta didctica para orientar a los alumnos de la carrera de Ingeniera Biomdica dentro de la escuela ya que les permite integrar los conocimientos y fundamentos tericos de los instrumentos mdicos y los transductores para desarrollar sus habilidades prcticas al trabajar en el diseo de prototipos sencillos con fines didcticos de instrumentos biomdicos, su mantenimiento y calibracin. Se tratan aplicaciones de la electrnica al campo de la instrumentacin mdica, cada una de las prcticas presentadas dentro de este cuaderno de fue seleccionada y adaptada para su uso seguro dentro del laboratorio de Bioinstrumentacin III, cada una cuenta con fundamentos tericos slidos de respaldo que sirven de apoyo para la integracin del conocimiento del alumno, en muchas de las prcticas se requiri adems de que el alumno hiciese adaptaciones y modificaciones para el uso mdico de transductores y servomecanismos conseguidos comercialmente en el mercado de la electrnica. En este manual es interesante adems , las etapas analgicas y las de acoplo analgico digital, y en la etapa digital los alumnos cuentan con la libertad de utilizar una gran variedad de dispositivos electrnicos Timers, circuitos TTL, CMOS (hardware digital), PLA y PLDs (dispositivos lgicos programables o hardware con software digital), microcontroladores PICs o microprocesadores o computadoras personales, en el caso de estos ltimos se deber de incluir el programa desarrollado adems del diagrama electrnico y de cableado de sus circuitos y los mtodos de acople a la computadora a travs del dispositivo que se adapta al puerto de entrada RS232 o USB. Para facilitar el cableado correcto de sus prcticas, el alumno deber contar con las hojas de especificaciones tcnicas de los C.I. utilizados en el desarrollo de su prctica. El profesor al entregar la prctica, aporta algunas ideas acerca del diseo pero aclara a los alumnos que ellos tienen libertad de utilizar los C.I. que ellos deseen de acuerdo a su presupuesto, conocimientos y materiales de trabajo disponibles, siempre y cuando documenten de forma adecuada su trabajo y logren el objetivo planteado y los resultados esperados. La duracin de cada una de las prcticas es de 2 a 3 sesiones de laboratorio de 3 horas c/u, que se llevan a cabo de forma semanal y el desarrollo de c/u de ellas requiere de trabajo previo de los alumnos en cuanto a la investigacin terica y el desarrollo y clculos del diseo que presentar en el laboratorio, el laboratorio cuenta con osciloscopio, fuentes y generadores de funciones. El equipo presentar su diseo en socket experimental (protoboard) y en los casos en que sea necesario pasar el diseo a circuito Plan de Estudios de la carrera de Ingeniera Biomdica UPIBI-IPN Pgina 2

impreso. Los alumnos traern los transductores o harn adaptacin de transductores electrnicos para su uso mdico. El trabajo de cada una de las prcticas se realiza en equipos de mximo 3 o 4 personas c/u. Una vez realizada cada una de las prcticas y presentada funcionando a los profesores, el equipo tendr la obligacin de entregar un reporte escrito de la misma, que deber tener Objetivo, fundamentacin terica (desarrollada por los alumnos en base a la introduccin de cada prctica dada por el profesor y a su investigacin propia), metodologa de trabajo, resultados obtenidos, anlisis de los resultados, conclusiones y bibliografa. Se califica tanto la funcionalidad como la asistencia, participacin y el reporte escrito de forma individual y colectiva.


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Cuaderno de prcticas de Laboratorio de Bioinstrumentacin IIIPRACTICA I ESTIMULADOR ANALGSICO Objetivo General: Identificar y explicar las caractersticas y aplicaciones de los electroestimuladores musculares analgsicos de propsito general y de uso en rehabilitacin muscular. Objetivo particular: Disear y construir un estimulador analgsico con la forma de onda siguiente:Ancho de pulso 200 s

Figura 1.1 Formas de onda obtenidas del circuito Y las siguientes caractersticas: Frecuencias fijas: 2, 20, 40, 80, 120 Hz. Modulacin en Frecuencia Modulacin en Ancho de Pulso Trenes de Pulsos Amplitud positiva de 0 a 100 Volts Corriente de 0.001 a 0.06 Amperes Ancho de Pulso Mximo 200 s Carga Virtual: 500 Puede utilizar componentes discretos o microcontrolador La etapa de potencia no debe deformar la forma de onda.


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Introduccin


El temor de la cultura occidental hacia las agujas y las posibilidades de la electrnica favorecieron el desarrollo de lo que hoy conocemos como electroestimulacin. Esta nueva tcnica utiliza impulsos elctricos controlados (en lugar de agujas) que dice servir para paliar dolores, tonificar y fortalecer msculos y para liberar los reductores naturales del dolor y la inflamacin. La electroestimulacin viene emplendose, desde hace mucho tiempo, por algunas personas que creen que puede ayudar en rehabilitacin, en las patologas musculares ms comunes, dicen que previene la atrofia muscular, que relaja las contracturas y que ayuda al aumento de la fuerza para la estabilidad articular, entre otras cosas. La estimulacin elctrica con electrodos de superficie a travs de la piel mediante equipos porttiles viene aplicndose con xito en la medicina tradicional desde hace muchos aos para el tratamiento del dolor (TENS) y la recuperacin muscular (EMS). A diario nos enfrentamos con situaciones cargadas de ansiedad, tensin y nerviosismos que nos agotan fsicamente y que hasta pueden provocarnos pequeas lesiones orgnicas que, cuando las advertimos, ya se han declarado y requieren de una atencin mdica especializada. Y son muchos los que creen que con el uso de un electroestimulador, como el que se presenta a continuacin, se podr disfrutar de una relajacin que, con el tiempo, se transformar en un mejor rendimiento fsico diario y en una ayuda para gozar de una vida ms plena.

Descripcin del circuito electrnico La energa necesaria para hacer funcionar el equipo se obtiene a partir de 4 bateras doble A (AA). El diseo se basa en un circuito integrado 556 (dos 555 en un mismo encapsulado) donde uno de ellos trabaja a una baja frecuencia de entre 2 Hz y 100 Hz, y su rgimen de trabajo es ajustado por P1. El otro oscilador lo hace a una frecuencia mayor, que es la necesaria para generar la conmutacin a travs de T1 y as obtener la elevacin de tensin en la salida.


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Figura 1.2 Circuito propuesto del electroestimulador analgsico Los componentes C5, C6 y D1 se encargan de transformar la seal pulsante de salida en una forma de onda lo ms parecida posible a una onda senoidal pura. Por su parte, R8 y P2 se encargan de ajustar el nivel de tensin de salida a niveles variables entre 20 y 100 Volts @ 10 mA de drenaje de corriente mxima. Por lo tanto, tenemos un oscilador fijo que funciona a unos 500 Hz (este valor no es crtico) y otro que lo habilita a una frecuencia variable segn el ajuste de P1. Tr1 es un transformador de audio 8 Omh - 1KOhm y donde su primario (1KOhm) debe utilizarse como salida. A este tipo de transformadores se los suele utilizar en los circuitos cerrados de msica funcional. Para finalizar la construccin de nuestro electroestimulador debemos considerar los elementos que colocaremos en los electrodos de salida: los ms habituales son las almohadillas autoadhesivas utilizadas en electromedicina y que se pueden adquirir fcilmente en cualquier farmacia u ortopedia. Estos electrodos son muy cmodos de utilizar, ya que no requieren bandas elsticas para su fijacin en el paciente y no necesitan cuidados especiales ya que la mayora son desechables o descartables.


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Ejemplo de electrodos Fciles de colocar y quitar Al ser autoadhesivos impiden contagio

descartables cualquier

Fig. 1.3 colocacin de los electrodos del estimulador analgsico

La frecuencia, dosis e intensidad debern ser especificadas por un profesional. Como orientacin genrica podemos afirmar que las frecuencias entre 80 y 100 Hz. tienen mayor efecto analgsico que aquellas que las superan. Por su parte, las frecuencias que oscilan entre 20 Hz y 70 Hz estn orientadas a los entrenamientos musculares para lograr una buena tonificacin y modelado de la zona de aplicacin. Por debajo de los 20 Hz, los efectos logrados son descontracturantes y, a su vez, mejoran la circulacin sangunea favoreciendo la oxigenacin de la sangre y la creacin de nuevos capilares. El tiempo de duracin del tratamiento ser el aconsejado por un profesional. En la mayora de los casos, los tiempos oscilan entre los 15 y los 30 minutos. Por ltimo, la amplitud de la tensin de salida ajustable por P2 deber adecuarse segn la sensibilidad del paciente y, al igual que en el caso anterior, siguiendo los consejos de un profesional para no provocar lesiones. Contraindicaciones El uso de los electroestimuladores est contraindicado en las siguientes situaciones o zonas del cuerpo:


Enfermedades graves Fiebre superior a 38 Enfermedades infecciosas Cncer Embarazo Enfermedades cardacas Tumores en el aparato digestivo

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Cabeza Problemas graves en las articulaciones Pacientes que deban hacer reposo Pacientes considerados por el fisioterapeuta profesional no aptos para el uso de electroestimuladores. Pero lo voy a poner como nuevo post asi pueden darle un mejor uso Este tipo de circuitos es delicado si no se toman las medidas correspondientes,la idea es un generador de pulsos (oscilador astable) de corta duracin,estos pulso van a un transformador comun de voltaje colocado en reversa,es decir la salida original del transformador va a la salida del oscilador (un 555 en este caso) como esta en reversa el transformador elevar el voltaje en el sentido inverso,es decir si ponemos un transformador 220/6 voltios en reversa la nueva relacion sera 6/220 es decir una 40 veces estos pulsos de alto voltaje pero baja corriente son los que hacen contraer el musculo y es el principio de estos aparados,los electrodos que pueden ser un par de discos de metal no deben ir directamente a la piel porque pueden irritar y dejar marcas,generalmente se le pone una crema a base de agua o se les recubre con pequeas esponjas humedecidas como las q recubren los audifonos,este es un circuito elemental,pruebalo sobre tu brazo para ver las reacciones,pero eso si NUNCA utilizar un adaptador de voltaje para alimentarlo,solo usarlo con pilas.

Figura 1.4 Etapa de Potencia del electroestimulador analgsico Partes: P1______________4K7 Potentiometro Linear (Controla la intensidad o amplificadortud del pulso,comenzar de cero e ir


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aumentndo) R1____________180K 1/4W Resistor R2______________1K8 1/4W Resistor (Cambiando R2 de 5,6K ohm a 10K maximo se tienen pulsos mas fuertes) R3______________2K2 1/4W Resistor R4____________100R 1/4W Resistor C1____________100nF 63V Polyester Capacitor C2____________100F 25V Electrolytic Capacitor D1______________LED Red . D2___________1N4007 1000V 1A Diodo Q1,Q2_________BC327 45V 800mA PNP Transistor IC1____________555 Timer IC T1_____________220V Primario, 12V Secondario 3 voltos transformadorrmer SW1____________SPST Switch (viene con P1) B1_____________3V Bateria (2 pilas 1.5V AA or AAA en serie) Aqui hay otra variante , sin utilizar transformadores de voltaje solo un transformador de salida de audio es decir el transformador que adapta la salida de los transistores a los parlantes en un amplificador de audio


Figura 1.5 Etapa de potencia del electroestimulador analgsico con LM 555 Si es la toma de 4 - 8 ohm de parlantes se obtiene unos 100 voltios pulsantes que cosquillean pero no hacen dao , es importante recalcar que esto da un voltaje no letal siempre que se alimente con pilas y se tenga cuidado , el potenciometro en serie con las placas de salida atenua el voltaje para irlo incrementando

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Cuaderno de prcticas de Laboratorio de Bioinstrumentacin IIIen intensidad , el potenciometro en serie con la base limitala corriente de base para tener mayor o menor amplificacin.

Fig. 1.6 Diseo completo de un electroestimulador

Las pruebas de funcionalidad se dan en cuanto al armado del circuito, la verificacin del funcionamiento correcto con la ayuda del osciloscopio y multmetros, y la prueba del circuito colocando dos electrodos de Ag/AgCl tipo ECG desechables en la posicin apropiada en un msculo flexor Biceps o radial de la extremidad superior que se colocar en postura relajada, y realizando la conexin de las salidas del equipo con caimanes, el alumno que lo pruebe estar con los ojos cubiertos y lo que se verificar es el logro de la contraccin involuntaria del msculo Biceps o los dedos ndice y pulgar de la mano en el caso de que los electrodos estn colocados en el msculo radial.


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Cuaderno de prcticas de Laboratorio de Bioinstrumentacin IIIPRCTICA 2 SIMULADOR DE ECG Objetivo General: disear un simulador de seal de ECG con chips y circuitos electrnicos discretos como diodos, transistores, opams, resistencias y capacitores . Objetivo particular: Crear un dispositivo simulador de seal ECG funcional, esta seal servir de base para desarrollar posteriormente prcticas de instrumentacin biomdica como un marcapasos por inhibicin, y para probar un desfibrilador con cardioversin este simulador deber ser capaz de presentar seal ECG normal y con arritmias.

Figura 2.1 Forma de presentar el simulador ECG diseado


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Figura 2.2 seal de ECG con arritmia.

Antecedentes Tericos El origen del simulador se debe a sugerencias a travs de varios aos,de participantes en talleres de interpretacin de arritmias cardacas. Numerosos participantes notaron que usando un simulador con un monitor cardaco era una manera muy efectiva de aprender las diferentes arritmias del corazn-una experiencia muy similar a la realidad sin poner en riesgo la salud o la vida de ningn paciente. Aunque hay muchos centros hospitalarios que poseen simuladores, la mayora del personal de enfermera y paramdicos no tienen acceso a estos costosos equipos(simuladores entre $3000 y $5000 y los monitores entre $10000 y 20000 dlares). La red ya tiene numerosos sitios que se dedican a ofertar mdulos de textos de ECG. Recientemente , con la llegada de versiones avanzadas de Flash es que se ha podido crear un simulador disponible en la red que rena ciertas condiciones: rpida descarga(menos de 200 K de tamao) interactividad avanzada sin ficheros de gran tamao - utilizable en varias plataformas(Flash est disponible para Windows, Mac y Unix) inclusin de sonido y animacin con ficheros pequeos - utilizacin de animacin antes de una descarga completa de la animacin Estas ventajas junto con las innovaciones en hardware y software de navegadores permiten la posibilidad de crear un simulador compacto y rpido de descargar (menos de 95 K de tamao).Plan de Estudios de la carrera de Ingeniera Biomdica UPIBI-IPN Pgina 12

Pero para mejorar la calidad del aprendizaje del ingeniero Biomdico en esta seccin se propone el desarrollo de un simulador de seales de ECG con circuitos electrnicos discretos el cual servir de base para que posteriormente diseen un marcapasos, el simulador de seal ECG deber ser capaz de presentar la seal normal y con al menos una arritmia cardiaca ventricular. Se trata de un simulador de seal de electro-cardiograma (latidos del corazn. El simulador debe ser, de preferencia, a base de diodos, transistores, arreglos de resistencias y capacitores, amplificadores operacionales y dems elementos por el estilo. El perodo de la seal es de 0.64 ms y se puede dividir a base de monoestables en 3 de 0.08, 1 de 0.24 y 1 de 0.16ms, esto a base del 555 en el modo monoestable usando el flanco de bajada. Hay que convertir los pulsos cuadrados del 555 en las formas de onda necesarias para formar la seal de ECG:


Figura 2.3 Duracin Normal de la seal ECG Esto es la suma de dos medias ondas senoidales para el P y T + una triangular para el complejo QRS. La suma la van a hacer con circuitos sumadores y una vez obtenida la onda del ECG completa se deber poder variar la frecuencia desde los valores normales a otras frecuencias para simular Taquicardia, Bradicardia o arritmias cardiacas. Queremos todos los complejos PQRST necesarios para un registro de ECG de 15 segundos. Tambin se puede utilizar el diseo de la prctica anexa pero sumando las seales de salida para formar todo el registro ECG es decir: onda P, Complejo QRS y onda T.Plan de Estudios de la carrera de Ingeniera Biomdica UPIBI-IPN Pgina 13


Figura 2.4 Seal de ECG y escala que se maneja en el papel milimtrico de registro La intencin es que la suma de todas estas sea la seal de periodo normal de .64ms

Figura 2.5 Una propuesta de diseo para el simulador ECG


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Figura 2.6 Diseo de pista y simulador ECG

lista de partes para el diseo de un

Figura 2.7 Otra propuesta para el diseo de un simulador ECG haciendo uso de 1 FET y OPAMs Las pruebas de funcionalidad consisten en la observancia de la forma de onda de la seal ECG en el osciloscopio, el certificar que se puede variar la frecuencia de la seal ECG en los lmites deseados para simular taquicardia y Bradicardia y paro cardiaco.Pgina 15


Cuaderno de prcticas de Laboratorio de Bioinstrumentacin IIIPRCTICA 3

MARCAPASOS POR INHIBICINMARCAPASOS VENTRICULAR EXCITATORIO Objetivo General: Identificar las caractersticas y aplicaciones de los marcapasos cardiacos electrnicos de uso especial. Objetivo particular: Disear y construir un marcapasos ventricular excitatorio (VVTOO) que genere un estmulo controlado en voltaje y cuya frecuencia vare de 1 a 2 Hz al faltar el complejo QRS del ECG. Aprovechar tambin el simulador de ECG construido en la prctica anterior para sensar el complejo QRS y generar solo los pulsos faltantes para estimular el ventrculo y normalizar la funcin cardiaca en las frecuencias cardiacas de 60 a 120 Latidos por minuto. La caracterstica de ser marcapasos por inhibicin se da debido a que en caso de que el corazn del paciente pueda latir por si mismo el dispositivo detectar este latido natural y no estimular artificialmente el corazn en ese momento favoreciendo as la recuperacin real de la salud del paciente.

Figura 3.1 ubicacin del marcapasos y posicionamiento de los electrodos en el cuerpo del paciente.


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Figura 3.2 Seal de ECG tpica con superposicin del momento de contraccin ventricular

Introduccin tericaUn marcapasos es un aparato electrnico generador de impulsos que excitan artificial y rtmicamente el corazn cuando los marcapasos naturales del corazn no pueden mantener el ritmo y la frecuencia adecuados. Adems estos dispositivos monitorizan la actividad elctrica cardiaca espontnea, y segn su programacin desencadenan impulsos elctricos o no. Hyman fue el primero que estimul el corazn con un generador de impulsos externo (que cargaba manualmente con una manivela) mediante unos cables transtorcicos hasta el corazn, pero fue el Dr. Senning, en 1958, quien inici la estimulacin cardiaca con el marcapasos tal como se entiende hoy da, con el generador de estmulos implantado dentro del cuerpo. Las primeras pilas utilizadas fueron de nquel-cadmio, que sustituidas posteriormente por las de mercurio-zinc y finalmente por las de litio, consiguindose un tamao mucho ms pequeo Otro paso muy importante fue la aparicin de los circuitos integrados en sustitucin de los transistores, que adems de reducir el tamao han permitido la programacin del marcapasos desde el exterior. Actualmente los marcapasos son muy sofisticados, incluyendo un microprocesador, permitiendo medir y programar un gran nmero de parmetros. FISIOLOGA CARDIACA El corazn tiene un marcapasos fisiolgico, el ndulo sinusal, situado en la pared de la aurcula derecha, que genera impulsos elctricos de forma autnoma. Estos impulsos se transmiten al nodo aurculoventricular y sistema de Purkinge, producindose la despolarizacin de los ventrculos y la contraccin muscular de los mismos. Pero cuando este sistema de conduccin no funciona bien, puede ser necesaria la colocacin de un marcapasos.


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ELEMENTOS BSICOS


El marcapasos consta de un generador de impulsos y catteres con superficies expuestas (electrodos.) El generador tiene una batera cuya funcin es aportar corriente elctrica suficiente para la estimulacin de las fibras miocrdicas. Actualmente se usan bateras de Litio que permiten mayor duracin, confianza y predicibilidad de su agotamiento. Consta tambin de un oscilador que se encarga de que el estimulo entregado dure intervalos de tiempo breves y a una frecuencia acorde a la programacin: Esto se modifica segn el sensado; intervalo A- V, etc.

Electrodos epicardicos Adaptador para la conexin de los hilos situados en las aurculas conductores al generador del y ventrculos marcapasos

Conexin del adaptador al generador. En las clavijas

Figura 3.3 ubicacin y colocacin de los electrodos en el corazn y su fijacin y conexin al marcapasos

Se ha llegado al acuerdo internacional de identificar el tipo de marcapasos con la siguiente nomenclatura: IV II III I CAMARA PROGRAMACION V FUNCION CAMARA RESPUESTA ESTIMULADA RESPUESTA ANTITAQUICARDIA SENSADA SENSADO FRECUENCIA 0 A V D S 0 A V D S 0 I T D(I+D) 0 R P M C 0 P S D(P+S)

Figura 3.4 Clasificacin de la NASPE y de la BPEG para clasificar los marcapasos. NASPE : North American Society of Pacing and ElectrophisiologyBPEG : British Pacing and Electrophisiology Group


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Fuentes de energa y tipos de bateras para los marcapasos


La batera de mercurio- zinc fue desarrollada en 1947, y se implanto por primera vez en 1960 tenia una duracin superior a la de nquel aluminio recargable que en la prctica solo alcanzaba los dos aos de edad y tena problemas de fallos prematuros debido a su electrolito lquido corrosivo tenindose que cargar semanalmente. Un desarrollo posterior introdujo la batera nuclear, con una vida media estimada de 25-30 aos de edad. Se implanto en Francia por primera vez en 1970. Aunque estos marcapasos tienen una tasa de supervivencia acumulada ms alta de entre todas las fuentes de energa se ha limitado su uso. Los problemas principales son: 1. Posibles lesiones por radiaciones, tanto en el paciente como en otras personal 2. Posibilidad de contaminacin radioactiva si se rompieran las capsulas selladas hermticamente. Las bateras a base de Litio, son las que se utilizan hoy de forma general pareciendo ser las de mas larga vida las de litio-sulfuro cuprico. En el tema de proteccin de los circuitos se han probado diversas opciones finalmente la triunfadora ha sido la carcasa de titanio por las siguientes cualidades durabilidad, proteccin vs corrosin, menos riesgo de rechazo del paciente. La conexin de los electrodos tambin se ha desarrollado con el tiempo para evitar fugas y roturas de los mismos en las conexiones con el generador.

Figura 3.5 Algunos tipos de marcapasos y sus cubiertas para evitar rechazo, a base de Epoxi, acero inoxidable y titanio. Iconografa: St. Jude Medical


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Figura 3.6 Elementos y partes componentes de un marcapasos comercial . Iconografa: St. Jude Medical

Figura 3.7 dispositivo de marcapasos moderno con conexin de cables . Iconografa: St. Jude Medical

El circuito bsico de un generador consta de : 1. Amplificador de sensado 2. Circuito lgico 3. Circuito de comunicacin , conectado con el anterior 4. Circutio de salida conectado tambin con el circuito lgico y el cable


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Figura 3.7 Diagrama a bloques de un marcapasos . Iconografa: St. Jude Medical El Amplificador de sensado consta de proteccin contra desfibrilacion, filtros, amplificadores y comparador. La seal de entrada por el amplificador de sensado llega al circuito lgico, compuesto por osciladores, controlador y marcapasos, estando conectado el controlador al circuito de comunicacin. El Circuito de comunicacin lleva un sistema de telemetra que le permite la variacin a travs del mismo de los parmetros del marcapasos como puede apreciarse en las figuras adjuntas.

Figura 3.8 Descripcin de partes del amplificador de sensado de un marcapasos . Iconografa: St. Jude Medical


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Figura 3.9 Diagrama a bloques del circuito de salida de un marcapasos . Iconografa: St. Jude Medical

Figura 3.10 Diagrama a bloques del circuito de comunicacin de un marcapasos. . Iconografa: St. Jude Medical Se ha creado todo una terminologa en el caso de los marcapasos para definir sus distintas funciones tanto de sensado como de activacin y es un vocabulario que precisamos conocer. UMBRAL : Amplitud mnima del estimulo con una determinada anchura del impulso necesaria para conseguir la despolarizacin miocrdica ( es decir, la captura) fuera del periodo refractario del corazn. Plan de Estudios de la carrera de Ingeniera Biomdica UPIBI-IPN Pgina 22

IMPEDANCIA : Suma de todas las fuerzas que se oponen al flujo de corriente en un circuito elctrico. En los marcapasos esta determinada por la resistencia de las derivaciones, del tejido entre los electrodos y de las interfases electrodos tejidos. DETECCION : Amplitud pico a pico (en mV) de la seal intracardiaca, P o R. RAPIDEZ DE CAMBIO : Cambio del voltaje del Electrograma intracardiaco a lo largo del tiempo (dv/dt) SENSIBILIDAD :Nivel en mV que debe de superar un electrograma intracavitario para ser detectado por el marcapasos. HISTERESIS DE FRECUENCIA : Retraso del comienzo de la activacion ventricular para conservar la activacion y la contraccin fisiolgicas normales. HISTERESIS AV : Bsqueda automtica de eventos ventriculares espontneos durante un intervalo AV prolongado. Si hay sucesos ventriculares espontneos, el intervalo AV permanece prolongado para conservar la conduccin AV intrnseca.


Detector de pulsos faltantes con el timer 555

De aqu hay que conectar a otro astable (si se desea que funcione de forma automtica al faltar la seal ECG, o a un monoastable para dar pulsos aislados ante pulsos ECG faltantes. Aqu entra la seal de un comparador de OPAM polarizado a 5 Vdc en el que en una de sus patas se conecta la seal ECG (del paciente o del simulador ECG) y en otra un voltaje de referencia que cruce a la altura de la R, de la seal ECG. Figura 3.11 Sugerencia para el diseo en el laboratorio de Bioinstrumentacin III con un missing pulse detector o detector de pulsos faltantes realizado con un Timer 555. Plan de Estudios de la carrera de Ingeniera Biomdica UPIBI-IPN Pgina 23

Este circuito detecta la falta o prdida de uno o ms de los pulsos de un tren continuo de ellos aplicado a su entrada . El principal componente de este circuito es el temporizador 555 . En este circuito se configura como un monostable , es decir, un circuito que a la salida d un solo pulso en alta cada vez que se le dispara a travs de una bajada en su pin 2. Cada vez que un pulso de bajada llega a la pata 2 del temporizador 555 este se dispara para dar en la salida un solo pulso alto en el pin 3. El ancho de pulso se define por los valores de la resistencia R2 y el condensador C1 de acuerdo a la bien conocida frmula T =1.1 RC. R2 y C1 deben elegirse de tal manera que el ancho de pulso de salida en la pata 3 sea ligeramente mayor que el tiempo que hay entre cada pulso de entrada. Si la llegada de los pulsos al pin 2 es continua , la salida nunca podr terminar un pulso nico , es decir no tendr tiempo de "bajar" permaneciendo siempre en alta. Se debe poner un led con su resistencia para observar este efecto. Esto se debe a que el temporizador 555 siempre ser redisparado por las bajadas de los pulsos entrantes y el condensador C1 siempre se descargar a travs del transistor Q1 cada vez que un nuevo pulso de entrada llegue. Como tal, la salida de la pata 3 del 555 siempre ser 'alta' . Sin embargo, la falta de un pulso en la entrada permitir que la pata 3 termine la salida de un pulso programado por R2 y C1 no importa si el siguiente pulso entrante lo vuelve a redisparar, significa que va a cambiar su estado de 'alta' a 'baja' despus que el ancho de pulso se ha alcanzado , con esto ya se obtuvo un pulso negativo (bajada) que puede usarse para activar una alarma o disparar otro monostable 555 que nos conecte una sirena el tiempo que programemos ,esta ser nuestra alarma. El detector de pulsos faltantes hay que programarlo en la prctica de acuerdo a la frecuencia de pulsos que entran , moviendo el potencimetro para que el pulso de salida del monoastable sea solo un poco mayor al perodo de las ondas cuadradas entrantes , es fcil hacerlo en osciloscopio , de lo contrario hay que echar mano a nuestros clculos aritmticos , recordar que el perodo de un tren de ondas es el inverso de su frecuencia T=1/f para con esto calcular el tiempo del monoastable e ir ajustando poco a poco hasta que la salida siempre este en alta , poniendo un led con su resistencia para monitorear la salida, el funcionamiento se prueba interrumpiendo momentneamente los pulsos de entrada , el led debe apagarse y se vuelve a prender cuando los pulsos regresan , funciona bien con entradas cableadas. Para hacer un enlace ptico mediante laser o infrarrojo hay que tener en consideracin que los pulsos que llegan al fototransistor o a la fotoresistencia llegan distorsionados, muchas veces con un nivel no digital , hay que conformarlos o "cuadrarlos" nuevamente con comparadores o Schmitt trigger para recuperar la rplica de la onda transmitida , es un trabajo ms complejo que hacerlo con lnea cableada. Las pruebas de funcionalidad consisten en la obtencin de los pulsos del marcapasos superpuestos y sumados con la seal de ECG del simulador para verificar su funcionamiento y sincronizacin adecuada en los casos de paro cardiaco, taquicardia, bradicardia y arrtimias. Plan de Estudios de la carrera de Ingeniera Biomdica UPIBI-IPN Pgina 24


Cuaderno de prcticas de Laboratorio de Bioinstrumentacin IIIPRCTICA 4 BOMBA DE CIRCULACIN CONTROL DE FLUJO PARA BOMBA PERISTLTICA

Figura 4.1 Bomba peristltica con motor D.C. OBJETIVO: Controlar el flujo o gasto de una bomba peristltica pequea con motor de D.C. al menos en 3 flujos distintos. Material Necesario: Conseguir una pequea bomba peristltica dosificadora pequea controlada por motor de D.C. a 12 Volts o menos en el centro en las calles de Victoria en el Centro Histrico de Mxico,D.F. o en las casas donde venden peces y acuarios pequeos, se requiere una por equipo de laboratorio para realizar una prctica de control de flujo. Tubera o manguera del tipo necesario para la bomba peristltica, una probeta graduada y un cronmetro. Circuitos Integrados, Resistencias, capacitores, potencimetros, (al gusto segn el diseo seleccionado), Timers 555, conversores de F/V LM2907, Introduccin Terica Una bomba peristltica es un tipo de bomba de desplazamiento positivo usada para bombear una variedad de fluidos. El fluido es contenido dentro de un tubo flexible empotrado dentro de una cubierta circular de la bomba (aunque se han hecho bombas peristlticas lineales). Un rotor con un nmero de 'rodillos', 'zapatas' o 'limpiadores' unidos a la circunferencia externa comprimen el tubo flexible. Mientras que el rotor da vuelta, la parte del tubo bajo compresin se cierra (o se ocluye) forzando, de esta manera, el fluido a ser bombeado para moverse a travs del tubo. Adicionalmente, mientras el tubo se vuelve a Plan de Estudios de la carrera de Ingeniera Biomdica UPIBI-IPN Pgina 25

abrir a su estado natural despus del paso de la leva ('restitucin'), el flujo del fluido es inducido a la bomba. Este proceso es llamado peristalsis y es usado en muchos sistemas biolgicos como el aparato digestivo. Usos tpicos de Bombas peristlticas Mquinas de dilisis Mquinas de bombas para bypass de corazn abierto Bombas de infusin de sueros Fabricacin de alimentos Dispensar de bebidas Produccin farmacutica Lodo de aguas residuales Fuentes y cascadas decorativas de mesa (stas son las que se pueden conseguir en el centro en la Calle de Victoria, hay que comprar una pequea controlada por motor D.C. a 12 Volts o menos) Sistemas de inyeccin de tinta de las impresoras.


Aplicaciones mdicas del diseo

Figura 4.2 Mquina de Hemodilisis


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Figura 4.3 Mquina de circulacin extracorprea (mquina coraznpulmn)


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Fig. 4.4 . Circuto de hemofiltracin modificada

Figura 4.5 Extracorporeal membrane Oxygenation ECMO utilizada Ms en pacientes neonatos y Peditricos. O en adultos con severos Daos en corazn y pulmonesPlan de Estudios de la carrera de Ingeniera Biomdica UPIBI-IPN Pgina 28


Figura 4.6 Mquina corazn pulmn de circulacin extracorprea La bomba de rodillo, rotatorias o peristlticas diseadas por De Bakey para uso en mquinas de circulacin extracorprea y en Hemodilisis son las ms utilizadas. En los ltimos 30 aos las bombas de rodillo han sido las ms comnmente utilizadas para by pass cardiopulmonar. La bomba consiste en una serie de tubos localizados en la parte interna de una superficie curva. La superficie curva se encuentra en el permetro externo de unos rodillos ubicados en los extremos de dos brazos rotatorios (normalmente 2 ubicados a 180 entre ellos). El sistema se organiza de forma que un rodillo comprima el tubo en todo momento. El flujo sanguneo es inducido por la compresin sobre el tubo, presionando as la sangre hacia delante de los rodillos. La rata de flujo depende del tamao del tubo, la longitud del circuito, la frecuencia de rotacin de la bomba (revoluciones por minuto). Existen tablas de calibracin que deben ser revisadas constantemente para asegurar el correcto flujo de la bomba. El grado de oclusin dado por los rodillos debe ser ajustado para evitar la hemolisis (destruccin de los glbulos rojos y otras clulas sanguneas) . La compresin excesiva agrava la hemlisis y el desgaste de los tubos, muy poca oclusin produce igualmente hemlisis, pero peor an compromete el gasto cardiaco. La mayora de cirujanos cree que la menor hemlisis aparece cuando los rodillos se encuentran levemente no oclusivos. Un problema fisiolgico que surge a menudo es el de la importancia del flujo pulstil de la circulacin normal. Segn datos experimentales, para largos periodos de tiempo el flujo pulstil es importante, pero para cirugas de 1 a 4 horas no presenta mayor problema. El aumento del tono vasomotor que tiene lugar durante la circulacin extracorprea puede ser una respuesta fisiolgica al riego no pulstil.[14] Por este motivo se han diseado algunos mtodos para lograr el flujo pulstil. Aunque no es del tema de esta revisin las bombas de contrapulsacin intraaorticas, y las bombas hidrulicas o neumticas de tipo ventricular son algunos ejemplos. Al controlar la velocidad del motor de D.C. se puede controlar el flujo o gasto de la bomba en varios valores, para fines de esta prctica slo deber ser en tres valores distintos. Plan de Estudios de la carrera de Ingeniera Biomdica UPIBI-IPN Pgina 29


Figura 4.7 Componentes de una bomba peristltica o rotatoria

CONTROL DE MOTORES SNCRONOS

Figura 4.8 Estructura Interna de un Motor de D.C.


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Figura 4.9 : A la izquierda se observan varios modelos de Motores de D.C. a la derecha se observa un motor de D.C. conectado a un sistema de engranes lo que sirve para reducir la frecuencia (RPM) y aumentar el torque o fuerza.

Los motores sncronos son usados como servo-controladores en aplicaciones como equipos perifricos de computadoras, robticos y como controladores de velocidad ajustables en una variedad de aplicaciones como: bombas de carga proporcional, grandes abanicos y compresores. En aplicaciones de baja potencia hasta unos cuantos kilowatts, son usados motores sincrnicos de imn permanente (ver Figura 1). Estos motores son a menudo referidos como motores de "DC sin brocha" o motores conmutados electrnicamente. A continuacin aparece un sistema de control de velocidad de circuito cerrado para un motor de D.C.

Figura 4. 10 Conversor F/V LM2907


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Figura 4.11 Sistema de Control de motor de CC en lazo cerrado

El sistema de control de velocidad de un motor de D.C. de lazo cerrado tambin conocido como servomotor por el lazo de retroalimentacin de posicin, aqu se requiere de sensar la velocidad del motor con un tacmetro, convertir de frecuencia a voltaje la seal y retroalimentarlo a la entrada del sistema. El sensado de la velocidad se puede hacer montando un disco negro con una o varias ranuras o hendiduras al eje del motor y fijando un optoacoplador para convertir la velocidad en una serie de pulsos de cierta frecuencia, luego se convierte la frecuencia a voltaje con un convertidor de F/V comercial y se retroalimenta a la entrada de forma negativa y se suma o diferencia en la entrada. Este tipo de servomecanismos es controlado por frecuencia y si se quiere ms torque hay que agregar transformadores de engranes.


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Figura 4.12 servomotor comercial Servo HITEC con accesorios Se controlan a travs de tres cables, dos son para voltaje y tierra y el tercero para una seal de posicin de control que es un pulso. Una posicin central sera un pulso de 1.5 milisegundos, que es enviado 50 veces por segundo al motor (cada 20 millisegundos). Un pulso de 1 ms rotar el eje totalmente a la izquierda y un pulso de 2 ms rotar totalmente el eje a la derecha. Cualquier valor intermedio har posicionar el eje entre los +-/90 grados, con respecto al centro (1.5 ms) como siempre es una aproximacin dependiente del Hardware y toca probar el rango mnimo y mximo del servo y los pulsos. La alimentacin del servo debe ser de 4 a 6 voltios y debe estar separada a la del microcontrolador y por lo menos debera tener una capacidad de 1 amperio, si se utiliza un regulador de voltaje con suficiente capacidad se puede conectar a la misma fuente de alimentacin que el microcontrolador.

Figura 4.13 Este otro circuito sirve para controlar la velocidad del motor con un sistema de control de ancho de pulso (Pulse Width Meter=PWM), el ajuste de la velocidad se hace con el pot de 100K. Este sistema de control es de lazo abierto (no retroalimentado). Plan de Estudios de la carrera de Ingeniera Biomdica UPIBI-IPN Pgina 33

Cuaderno de prcticas de Laboratorio de Bioinstrumentacin IIIEste circuito sirve para controlar la velocidad de un motor de D.C de 12 Volts por ancho de pulso, es mejor hacerlo con este tipo de circuito en vez de utilizar una fuente de D.C. variable porque si lo haces as, conforme vayas disminuyendo el voltaje perders Torque o fuerza, en este circuito se debe modificar el Mosfet tipo IRF830, sustituyndolo por uno IRFZ44 que puede manejar perfectamente de 20 a 30 Amperes (con un disipador de calor de aluminio y grasa disipadora de calor), y el potencimetro de 100 K, que sirve para regular la velocidad lo puedes comprar de tipo lneal o multivuelta para mayor precisin.

Figura 4.14 Circuito para control de velocidad de un motor por PWM pulse width modulation o modulacin de ancho de pulso. Iconografa http://usuarios.lycos.es/cefimees.

Este otro circuito permite el control de velocidad de un motor DC, la alimentacion "V" puede ser dependiendo del motor a utilizar,cabe mencionar que para motores mas grandes se debe tener en cuenta corriente,voltaje,potencia, etc. En este caso se utiliza un circuito a base de Flip/Flop RS. Tambin se puede disear un PWM con un microcontrolador PIC 16F084 o superior, pero hay que trabajar en el acondicionamiento de la seal de salida para darle la potencia necesaria para controlar la velocidad del motor sin perder Torque. Las pruebas de funcionalidad se realizan mostrando el funcionamiento de la bomba peristltica y el control electrnico para manejar y controlar flujo de lquidos (agua con sabor de Jamaica o cereza), hacindolo circular a travs de tuberas flexibles desde un recipiente hasta otro graduado (por ejemplo una probeta de laboratorio) y cronometrando el tiempo para calcular el flujo o gasto al menos en tres niveles, bajo, medio y alto. Con la tubera purgada (ausente de burbujas de aire).Plan de Estudios de la carrera de Ingeniera Biomdica UPIBI-IPN Pgina 34

Cuaderno de prcticas de Laboratorio de Bioinstrumentacin IIIPRCTICA 5 DESFIBRILADOR CARDIACO DE DESCARGA CAPACITIVA DE ONDA SENOIDAL AMORTIGUADA CON CARDIOVERSIN

(a)

(b)Figuras 5.1 a) paciente sometido a RCP con ayuda de un desfibrilador, b) dibujo acerca del funcionamiento de un desfibrilador Objetivo General: Identificar y explicar las caractersticas y aplicaciones de los estimuladores de propsito general y de uso especial para ayudar a recuperar el msculo cardiaco. Objetivo Particular: Disear y construir una fuente para cargar un capacitor de desfibrilador el cual sea capaz de desarrollar una energa de 20 Joules en un mximo de 30 segundos, el desfibrilador deber ser con cardioversor (sincronizado con la seal ECG que obtendrn del simulador de ECG diseado previamente. Introduccin Terica: Una de las tcnicas de RCP (resucitacin cardiopulmonar) consiste en la intubacin endotraqueal del paciente y la asistencia respiratoria mediante el uso de un amb, pero para lograr la resucitacin cardiaca de un paciente que tiene problemas de fibrilacin cardiaca (aurcular o ventricular) es necesario utilizar un desfibrilador cardiaco para Plan de Estudios de la carrera de Ingeniera Biomdica UPIBI-IPN Pgina 35

aplicar una descarga elctrica intensa a travs del corazn y restablecer el ritmo cardiaco normal. La fibrilacin ventricular es una arritmia letal que resulta de la contraccin incoordinada de las fibras ventriculares. Al perderse la accin conjunta de dichas fibras, no se logra el efecto de bombeo de sangre hacia el organismo. La actividad elctrica registrada es catica, y en la seal de ECG no se pueden distinguir los complejos QRS. Para revertir esta situacin se puede aplicar una descarga elctrica intensa a travs del corazn, proceso conocido como desfibrilacin, lo cual provoca una despolarizacin simultnea de una masa crtica de fibras musculares cardiacas.


Figura 5.2 Cadena de supervivencia de un paciente

Figura 5.3 Focos ectpicos en el corazn causantes de fibrilacin ventricular


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Figura 5.4 ECG representando las patologas de Taquicardia y Fibrilacin ventricular

(a)

(b)

Figuras 5.5 a y b muestran la colocacin correcta de los electrodos o paletas para pasar la corriente de un desfibrilador en un simulador y en un paciente real.

Figura 5.6 El desfibrilador y la posicin correcta para colocar los electrodos o paletas para realizar una desfibrilacin.


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Figura 5.7 Ubicacin correcta de los electrodos para realizar una desfibrilacin. Entre un 75 y 90% de la masa de las fibras respondern simultneamente a esta activacin forzada. Cuando regresen al estado de reposo estarn en condiciones de responder al marcapasos natural (nodo S-A), restaurndose el sincronismo y el bombeo de la sangre.

El choque de corriente continua sobre el corazn provoca la despolarizacin simultnea de todas las clulas miocrdicas, que provocan una pausa para la repolarizacin; y posteriormente, si ha tenido xito, el corazn retoma el rtmo elctrico normal, con la despolarizacin y contraccin muscular, primero de las aurculas y posteriormente de los ventrculos. El xito del tratamiento depende tanto de la patologa subyaciente, como de la densidad de corriente que se alcanza en el miocardio. CardioversinLas aurculas tambin pueden fibrilar, pero esta situacin no representa una arritmia letal como ocurre con la fibrilacin ventricular. La accin incorrdinada de las fibras auriculares hace que se pierda el bombeo de las aurculas hacia los ventrculos, disminuyendo la precarga y, consecuentemente, el rendimiento cardiaco, siendo ste alrededor de un 20% menor. La fibrilacin auricular se puede revertir a travs de medicacin o aplicando una descarga elctrica (desfibrilacin) en una parte determinada del ciclo cardiaco. El proceso de desfibrilacin auricular se denomina cardioversin. La descarga de energa se debe hacer luego del complejo QRS y antes de la onda T, de la seal de ECG, especficamente en el segmento ST y deber iniciar despus de detectar la onda R. Una descarga sobre la onda T puede desencadenar una fibrilacin ventricular. La cardioversin se utiliz por primera vez en humanos por Zoll et al. en los aos 50 para el tratamiento de la fibrilacin auricular mediante choques de corriente alterna, que frecuentemente inducan Fibrilacin Ventricular. Poco despus Lown et al. reduce drsticamente esta complicacin al realizarlo con corriente continua. Posteriormente estas Plan de Estudios de la carrera de Ingeniera Biomdica UPIBI-IPN Pgina 38

desapareceran al introducir la sincronizacin con la onda R del electrocardiograma (ECG), es decir emitir la descarga con la despolarizacin de los ventrculos, evitando hacerlo en la repolarizacin ventricular, la onda T del electrocardiograma. La descarga elctrica se puede aplicar sobre la superficie del torax, mediante paletas de desfibrilacin o parches adhesivos (electrodos), o directamente sobre el msculo cardiaco, a travs de paletas internas (en cirugas).


Figura 5.8 ECG normal y significado de c/u de las formas de onda P, QRS, T , los intervalos y los segmentos.

Figura 5.9 ECG con fibrilacin auricular, que recibe un shock de desfibrilador con cardioversin sincronizado con la onda R del electrocardiograma (ECG), y despus recupera su ritmo normal ECG. La descarga elctrica se puede aplicar sobre la superficie del trax, mediante paletas de desfibrilacin o parches adhesivos (electrodos), o directamente sobre el msculo cardiaco, a travs de paletas internas (en cirugas). Se ha normalizado que la descarga a aplicar en el paciente se mida en niveles de energa elctrica, donde su unidad es el Joule (J). La energa almacenada en un capacitor se puede calcular como:

E= x C x V2Plan de Estudios de la carrera de Ingeniera Biomdica UPIBI-IPN

(5.1)Pgina 39

Ecuacin 5.1 Energa almacenada en un capacitor

En la ecuacin anterior se observa que la energa es directamente proporcional al cuadrado de la tensin. Los desfibriladores utilizan capacitores fijos, por lo tanto el valor de C de la ecuacin (1) es constante. Entonces, para obtener distintos valores de energa, se d3ebe modificar la tensin con que se carga el capacitor. Si bien el valor de los capacitores difiere de acuerdo a la marca del equipo, un valor estndar es de 32 microfarads. Tambien se encuentra especificado que la energa a entregar por el desfibrilador de descarga capacitiva debe ser como mximo de 360 J para paletas externas y 50 J para paletas internas. Despejando V de la Ecuacin (5. 1) , podemos calcular los valores de tensin con que se debe cargar un capacitor de 32 microfaradios para obtener una energa de 360 J o 50 J.


V= ((2 xE)/C)

(5.2)

Para paletas externas (Emax = 360 J) ; Vmax = 4743 V Para paletas internas (Emax = 50 J) ; Vmax = 1768 V. La corriente pico que recibe el paciente puede alcanzar los 90 A cuando la energa almacenada es 360 J. Normalmente la duracin de la descarga es de 3 a 9 ms. La carga del desfibrilador a su nivel mximo de energa debe durar de 5 a 15 seg. Nota: Aqu los alumnos debern hacer los clculos para el que disearn de 20 J, y anexarlos a su reporte.

(a)

(b)

Figuras 5.10 (a) monitoreo de arritmias cardiacas, (b) correccin de arritmia cardiaca despus de desfibrilacin.


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Figura 5.11 Sistema de conduccin elctrica normal del corazn en el ritmo sinusal normal y focos ectpicos auriculares causantes de la fibrilacin auricular

(a)

(b)

Figuras 5.12 (a) Doctor aplicando desfibrilacin externa con cardioversin a un paciente, (b) Desfibrilador cardioversor interno implantado en el paciente como si fuera un marcapasos.


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Cuaderno de prcticas de Laboratorio de Bioinstrumentacin III Tipos de aparatos de desfibrilacin

Figura 5.13 Partes de un desfibrilador externo Los aparatos de desfibrilacin cardiaca se clasifican segn la va de acceso en dos tipos: a)Desfibrilador externo y b) Desfibrilador interno. Los aparatos de desfibrilacin cardiaca se clasifican tambin segn el tipo de energa en: c) Monofsicos y d) Bifsicos.

a) Desfibrilador externo:

es aquel desfibrilador en el que La energa se administra con unas palas o electrodos colocados en el trax, en la superficie cutnea. De estos existen dos tipos: 1. Desfibrilador-cardioversor manual o convencional. Es el utilizado por los equipos mdicos. En el se visualiza en una pantalla una tira de ritmo del electrocardiograma y el mdico decide la intensidad y si se sincroniza la descarga con la onda R. En caso de no sincronizar se estara realizando una desfibrilacin y si se sincroniza una cardioversin. 2. Desfibrilador externo automtico (DEA) que puede ser semiautomtico(DESA) si el aparato detecta la arritmia y avisa al operador para que libere la energa o completamente automtico si no requiere la intervencin del operador para liberar la energa.


Figura 5. 14 Posicin correcta para la colocacin de las paletas y/o parches de electrodos de un desfibrilador externo. Pgina 42

b) Desfibrilador interno: es aquel en el que la energa se administra desde elendocardio, mediante cables-electrodos. Se precisa mucha menor cantidad de energa. Existe un slo tipo: c) desfibrilador automtico implantable (DAI): en que el generador est implantado en el tejido subcutneo con cables-electrodos generalmente situados en las cavidades cardacas derechas. Los modelos actuales son de onda bifsica. Se colocan en pacientes con especial riesgo de presentar una fibrilacin ventricular.


Figura 5.15 implante de un desfibrilador automtico interno

Figura 5.16 Estructura de un desfibrilador cardiaco interno implantable

d)

Desfibriladores Monofsicos: Son los empleados hasta ahora, y aunque son los ms utilizados en la actualidad se han dejado de fabricar. Descargan corriente unipolar, es decir una sola direccin del flujo de corriente. La dosis habitualmente empleada en una desfibrilacin con este aparato es de 360 julios. Dentro de este grupo existen dos formas de ondas: l Pgina 43



1. La monofsica amortiguada sinusoidal en el que el flujo de corriente vuelve a cero gradualmente y 2. la monofsica truncada exponencial en el que es terminada electrnicamente antes de que el flujo de corriente alcance el cero.

Figura 5.17 Tipos de forma de ondas generadas por un desfibrilador

e)

Desfibriladores Bifsicos: Son los que descargan corriente que fluye en una direccin positiva durante un tiempo determinado antes de revertirse y fluir en direccin negativa durante los restantes milisegundos de la descarga. Son ms eficaces, precisando aproximadamente la mitad de energa que los monofsicos. En el frontal del aparato debera mostrar el rango de dosis efectiva. Si se desconoce se utilizar 200 julios. Generalmente se utilizan de 2 a 4 Julios/Kg para adulto en el caso de desfibrilacin. Y de 0,5 a 1 J/Kg en caso de Cardioversin. Este grupo tiene dos principales formas de onda: 1. bifsica truncada exponencial y la 2. bifsica rectilnea.

Figura 5.18 Forma de Onda tipo Edmark generada por un desfibrilador Plan de Estudios de la carrera de Ingeniera Biomdica UPIBI-IPN Pgina 44

Corriente de Desfibrilacin e Impedancia Transtorcica


La preparacin de la superficie de la piel y una correcta colocacin de los electrodos, son factores preponderantes para lograr una desfibrilacin efectiva. Adems de esto, se requiere que una cantidad suficiente de corriente (corriente de desfibrilacin) sea liberada al msculo cardiaco. Diversos factores inciden sobre la cantidad de corriente que ser necesaria para desfibrilar, por ejemplo, la forma y tamao del cuerpo, ciertos medicamentos que el paciente haya consumido, la ubicacin de los electrodos, etc. La corriente de desfibrilacin se ve afectada por la impedancia transtorcica, que es la resistencia que ofrecen las estructuras torcicas al paso de la corriente. Esta impedancia depende a su vez de la superficie de la piel, la presencia de vellosidad, grasa, huesos, aire de los pulmones, y de la colocacin de los electrodos de desfibrilacin. Como consecuencia, los niveles de impedancia y la cantidad de corriente necesaria para desfibrilar varan segn la persona. Un valor elevado de impedancia transtorcica se puede contrarrestar con una mayor intensidad de la descarga, aumentando la fuerza que se le aplica sobre los electrodos, y usando un gel conductivo entre la piel y el electrodo.

ContraindicacionesNo es eficaz, y no se debe utilizar, en caso de paro cardiorrespiratorio cuando cursa con asistolia, es decir cuando no hay actividad elctrica, ni bombeo sanguneo. En el ECG aparce una lnea isoelctrica, plana. Ni tampoco en el caso de Actividad Elctrica Sin pulso (AESP) que antes se denominaba disociacin electromecnica, en el que hay cualquier actividad elctrica que en teora puede ser eficaz, pero no hay bombeo sanguneo. En el ECG aparece cualquier transmisin elctrica en el corazn, incluida una imagen normal. Estos dos casos es preciso tratar la causa subyaciente para poder conseguir salvar al paciente y aun as con posibilades muy escasas, sobre todo en el caso de la asistolia. Diseos de circuitos electrnicos para desfibriladores cardiacos:


Figura 5.19 Diagrama bsico de un desfibrilador externo de onda senoidal amortiguada

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Figuras 5.20 (a) Diagrama bsico de un desfibrilador externo (b) Diagrama explicativo de partes bsicas de un desfibrilador externo


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Cuaderno de prcticas de Laboratorio de Bioinstrumentacin IIIFigura 5.21 Diagrama a Bloques de un desfibrilador cardiaco de Texas Instruments

Figura 5.22 Mecanismo de accin de un desfibrilador externo de paletas.

Figura 5.23 Desfibrilador cardioversor


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Figura 5.24 Etapa analgica de un desfibrilador

Figura 5.25 Etapa digital de un desfibrilador Plan de Estudios de la carrera de Ingeniera Biomdica UPIBI-IPN Pgina 48


Figura 5.29 Circuito bsico de un desfibrilador de descarga capacitiva con cardioversin como aparece en el texto Electromedicina de Pablo A. Daner. Observaciones: Por razones de economa para los alumnos, as como por su seguridad durante la prctica se omitir el uso del Transformador elevador, pero los alumnos debern mostrar los clculos y la forma de onda de desfibrilacin en las terminales que van a las paletas externas en el momento oportuno de la seal de ECG del simulador, sincronizada por la cardioversin. Las pruebas de funcionamiento se realizan con el diseo del circuito de la figura 5.29, colocando el simulador ECG en lugar del paciente, obteniendo la onda senoidal amortiguada tipo Edmark de 200 Voltios (que se verificar en el osciloscopio) y despus los pulsos del desfibrilador sincronizados con la seal de ECG para la cardioversin al introducir la sincronizacin con la onda R del electrocardiograma (ECG), es decir emitir la descarga con la despolarizacin de los ventrculos, evitando hacerlo en la repolarizacin ventricular, la onda T del electrocardiograma porque ah podra provocar fibrilacin ventricular lo que sera mortal para un paciente real. Dado que se est utilizando un simulador de ECG y no un paciente real y lo que interesa es ver la sincrona de la forma de onda en el osciloscopio, adems de prevenir riesgos a los alumnos no se har uso de los autotransformadores y transformadores para incrementar la potencia y energa de la seal de salida.


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Cuaderno de prcticas de Laboratorio de Bioinstrumentacin IIIPRCTICA 6 ELECTROCAUTERIO MONOPOLAR Objetivo General: Integrar los criterios de aplicacin del electrocauterio, como instrumento del rea de quirfanos. Objetivo Particular: Generar las formas de onda necesarias para las funciones de un electrocauterio que pueda: cortar, coagular y realizar la mezcla (Blend). Tomando como base una frecuencia portadora de 1 MHz y como segunda frecuencia o de modulacin una de 500 KHz. El generador de radiofrecuencia deber realizarse con osciladores activos implementados con OPAMs, resistencias, bobinas y capacitores o bien con cristales piezoelctricos osciladores y se debern entregar los diseos y clculos correspondientes, para simplificar sta prctica no es necesario agregar el amplificador de potencia del electrocauterio monopolar ESU, bastar con mostrar las formas de onda para corte, coagulacin y mezclas en el rango RF.

Figura 6.1 Fotografa de un electrocauterio comercial para uso monopolar y bipolar


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Figura 6.2 Diagrama a Bloques de un electrocauterio monopolar y bipolar.

IntroduccinEl trmino electrociruga se refiere a la utilizacin de corrientes elctricas oscilantes de alta frecuencia con el fin de cortar o coagular el tejido durante el acto quirrgico. Su uso se remonta a comienzos del siglo XX cuando por accidente se descubre que una corriente elctrica de alta frecuencia poda separar los tejidos y generar muy poco calor. Sin embargo slo en la dcada de 1970 aparecen las unidades electroquirrgicas que emplean transistores, diodos y rectificadores para generar corriente, las cuales sustentan su funcin en principios fsicos ligados a las propiedades energticas de los electrones (carga negativa de la parte ms pequea de la materia, es decir, el tomo). Cabe resaltar que la electrociruga causa ms lesiones a los pacientes que cualquier otro dispositivo elctrico utilizado en el quirfano y la mayora de los accidentes se deben a errores de manipulacin. De aqu la importancia en conocer claramente el funcionamiento de estos equipos as como todas las medidas tendientes a prevenir las complicaciones derivadas de su mal uso. FUNCIONAMIENTO INTERNO Explicaremos un poco sobre el interior del equipo. En la Figura siguiente se puede ver un diagrama de bloques interno del instrumento. La energa necesaria es tomada de la red elctrica de 120 V, siendo transformada en corriente continua porPgina 51


la Fuente de Alimentacin interna. Este mdulo se encarga de proveer energa a todos los dems. El mdulo Oscilador de RF se encarga de crear la onda portadora y el Oscilador de Coagulacin, la seal moduladora. Estas dos ondas son mezcladas en el Modulador. Luego son ampliadas en el Amplificador de Potencia, para salir, segn seleccin, por la toma monopolar, hacia el mango porta electrodos, o la toma bipolar, hacia la pinza electro coaguladora. El circuito se cierra por la toma de neutro o antena para el monopolar y entre terminales de pinza para la bipolar. Siguiendo normas, estos equipos deben avisar, con seal luminosa y acstica, la activacin de los electrodos, con el fin de advertir a los operadores cercanos y evitar los accidentes. Tambin deben de disponer de un circuito de desconexin de emisin en caso de placa neutra desconectada, con el fin de evitar quemaduras. En el caso de electrodo tipo antena, el problema se invierte, ya que aqu lo problemtico, es que se rompa el aislante y se produzcan con ello quemaduras de contacto.


Figura 6.3 diagrama a Bloques de un electrocauterio monopolar y Bipolar

Figura 6.4 Circuito monopolar de un electrocauterio Plan de Estudios de la carrera de Ingeniera Biomdica UPIBI-IPN Pgina 52


Figura 6.5 Diagrama a Bloques del circuito monopolar de un electrocauterio

Figura 6.6 Circuito bipolar de un electrocauterio

Figura 6.7 formas de Onda Para corte, coagulacin y mezclas de un electrocauterio. Plan de Estudios de la carrera de Ingeniera Biomdica UPIBI-IPN Pgina 53


(a)

(b)

(c)

Figuras 6.8 (a), (b) y (c) formas de onda para corte coagulacin y mezclas y formas tpicas de corte y mezclas de un electrocauterio.

Figura 6.9 Sumas de formas de onda RF para obtener la modulacin de corte, coagulacin y mezclas de un electrocauterio. Plan de Estudios de la carrera de Ingeniera Biomdica UPIBI-IPN Pgina 54

La unidad Electroquirrgica bsica, consta de varios osciladores de radiofrecuencia que operan entre 300 KHz y 3 MHz. El electrodo de corte tiene una punta que slo permite el corte dentro del rango de corrientes de RF producidas por el oscilador. Cuando el electrodo es mantenido alejado del cuerpo, no fluye ninguna corriente y por lo tanto no hay ninguna accin de corte. Los voltajes en el electrodo pueden variar desde 1000 hasta 10,000 voltios pico a pico (Vpp). Como el electrodo se maneja cerca de la piel en estos voltajes, una chispa puede brincar a travs de l. El voltaje de ruptura del aire es de aproximadamente 30 KV/cm, asi, por ejemplo si el electrodo tiene un voltaje de 10,000 volts, un chispa de 0.33 cm de longitud puede ser generada. La existencia de chispas en una aplicacin normal de la unidad electroquirrgica (ESU por sus siglas en ingls) aumenta el riesgo de incendios en presencia de anestsicos u otros gases inflamables. Cuando el electrodo toca la piel, no hay chispas. Cuando la corriente RF es aplicada, esta pasa a travs de las membranas de las clulas mediante acoplo capacitivo. A estas altas frecuencias las grandes corrientes fluyen dentro de la clula, provocando que se evaporen, y adems causan una ruptura del tejido cercano al electrodo de corte. La densidad de corriente a corta distancia del delectrodo de corte , disminuye rpidamente a niveles no peligrosos. Estas corrientes de altas frecuencias no provocan contraccin muscular o fibrilacin cardiaca. El electrodo de retorno debe tener una area suficientemente grande para minimizar el efecto de calentamiento que provocara quemaduras superficiales. Uno de los riesgos con la unidad (ESU) electroquirrgica es el de quemaduras en la placa del electrodo de retorno debidas a mal contacto con la superficie de la piel. El electrodo de la ESU tiene muchsimas ventajas si lo comparamos con el bistur tradicional de acero inoxidable. Las corrientes de corte y las chispas tienen un efecto cauterizante sobre el tejido que inhibe las hemorragias. Ms an el ESU puede reducir la prdida de sangre y minimizar el tiempo de los pacientes dentro del quirfano.


Figura 6.10 Unidad de Electrociruga Plan de Estudios de la carrera de Ingeniera Biomdica UPIBI-IPN Pgina 55


Figura 6.11 Partes externas de una unidad de electro ciruga

Figura 6.12 Diagrama a bloques de Unidad Electroquirrgica

Figura 6.13 Diagrama a Bloques de un Electrocauterio monopolar. Plan de Estudios de la carrera de Ingeniera Biomdica UPIBI-IPN Pgina 56

Hablemos un poco ahora de los circuitos osciladores


Los osciladores RC : utilizan una red de resistencias y capacitores para determinar la frecuencia de oscilacin. Estos osciladores son apropiados para aplicaciones de baja y moderada frecuencia (rango de audio) de 5Hz a 1MHz. Se pueden clasificar como:o o o

Oscilador de cambio de fase RC Oscilador de puente de Wien Oscilador Twin-T

2. Osciladores LC : Aqu, las bobinas y capacitores son utilizados ya sea en serie o en paralelo para determinar la frecuencia. Estos son ms apropiados para radiofrecuencia (1 a 500 MHz) y se clasifican como:o o o o

Oscilador Hartley Oscilador Colpitts Oscilador Clapp y Oscilador Armstrong

3.Osciladores de Cristal : Como los osciladores LC son ms apropiados para aplicaciones de radiofrecuencia. Pero tienen un alto grado de estabilidad y exactitud comparados con otros tipos de osciladores no olvidar que para que el cristal piezoelctrico oscile se necesita combinar el circuito con un OPAM.

Figura 6.14 Osciladores con cristales de cuarzoUn oscilador de cristal es aquel oscilador que incluye en su realimentacin un resonador piezoelctrico (fenmeno presentado por determinados cristales que al ser sometidos a tensiones mecnicas adquieren una polarizacin elctrica en su masa, apareciendo una diferencia de potencial y cargas elctricas en su superficie).Plan de Estudios de la carrera de Ingeniera Biomdica UPIBI-IPN Pgina 57

Caractersticas


El oscilador de cristal se caracteriza por su estabilidad de frecuencia y pureza de fase, dada por el resonador. La frecuencia es estable frente a variaciones de la tensin de alimentacin. La dependencia con la temperatura depende del resonador, pero un valor tpico para cristales de cuarzo es de 0' 005% del valor a 25C, en el margen de 0 a 70C. Estos osciladores admiten un pequeo ajuste de frecuencia, con un condensador en serie con el resonador, que aproxima la frecuencia de este, de la resonancia serie a la paralela. Este ajuste se puede utilizar en los VCO para modular su salida. Algunos osciladores nos pueden servir para mostrar rangos de frecuencia senoidal amortiguados. Los osciladores de cristal generan ondas cuadradas de RF, que debern integrarse dos veces (a travs de integradores con OPAMs) para generar la forma de onda senoidal que se necesita para el electrocauterio. Se puede hacer un diseo barato de oscilador de RF de cristal de forma de onda cuadrada con ayuda del reloj de cuarzo de 4MHz del circuito de prueba del PIC16F84A, pero hay que agregar el circuito RC o integracin analgica posterior LC y adems la doble con OPAMs TL081 para convertir la onda

cuadrada en una onda senoidal que nos pueda servir de base para generar las frecuencias portadora y de modulacin de nuestro electrocauterio. Los osciladores con OPAMs para usos de radiofrecuencia pueden ser de uso especfico como el AD8067 o el AD 8351, pero para los rangos bajos de RF especficados en esta prctica se puede trabajar con TL081, TL082 o TL084 que son JFET OPAMS y manejan hasta 3 MHz. No olvidar que el circuito oscilador tiene que ser LC o a base de cristal piezoelctrico de cuarzo y la frecuencia portadora debe ser modulada por lo que hay que trabajar para las frecuencias de coagulacin y mezclas trabajando tambin con otras frecuencias que sumadas y rectificadas nos den la forma de onda deseada. Los diseos con PICs tienen la problemtica de que requieren el acondicionamiento de la seal obtenida paraPlan de Estudios de la carrera de Ingeniera Biomdica UPIBI-IPN Pgina 58

trabajar en prctica.


las condiciones de HV (HV: High Voltage) requeridas para esta

Figura 6.15 : diseo a bloques de un electrocauterio Valley Lab, tomado del libro: Aston Richard, Principles of Biomedical Instrumentation and Measurement, Ed. Merril, Pennsylvania State University, 1990.

Las pruebas de funcionamiento se realizarn con la punta de electrociruga monopolar y el electrodo o placa de retorno, haciendo uso de una pastilla de jabn de tocador colocada sobre la placa de retorno en la que se realizarn las operaciones de corte y coagulacin y se reportar el efecto obtenido por el dispositivo sobre la pastilla de jabn de tocador. Tambin se verificar las formas de onda obtenidas para corte, coagulacin y mezclas antes de pasar a la etapa de potencia, con ayuda del osciloscopio.


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Cuaderno de prcticas de Laboratorio de Bioinstrumentacin IIIPRCTICA 7 TRANSMISIN ULTRASONICA

DETECTAR EL PULSO O LATIDO CAROTDEO CON UN MICROFONO DE CRISTAL PIEZOELCTRICO

Objetivo General: Identificar y explicar las caractersticas del transductor piezoelctrico de ultrasonido con su caracterizacin en la medicin de variables fisiolgicas en este caso el pulso carotdeo. Objetivo Particular: Detectar la seal de biopotencial del pulso carotdeo con un

micrfono de cristal piezoelctrico modificado y adaptado para ese uso, realizar el conteo de los pulsos obtenidos y desplegar el pulso por minuto.

Introduccin terica:Los transductores usados en el diagnstico por ultrasonido estn basados en el principio del efecto piezoelctrico. Este principio indica que ciertos materiales tienen la capacidad de cambiar sus dimensiones cuando estn colocados en un campo elctrico e inversamente generan un campo elctrico cuando estn sujetos a una deformacin mecnica. En esta prctica se adaptar un micrfono de cristal piezoelctrico para ser usado como un estetoscopio electrnico que nos permita detectar y medir el pulso carotdeo. La deteccin del pulso carotdeo es importante en el paciente con enfermedad cardiaca, ya que a travs de las arterias cartidas derecha e izquierda se suministra sangre oxigenada desde el corazn hasta el cerebro del paciente. Por tal motivo la deteccin del pulso carotdeo forma parte del procedimiento de examen fsico del paciente con problemas cardiovasculares.

Figura 7.1 anatoma de la arteria carotdaPlan de Estudios de la carrera de Ingeniera Biomdica UPIBI-IPN Pgina 60

El pulso de la cartida se puede sentir a cada lado en la parte frontal del cuello, debajo del ngulo de la quijada. Este "golpe" rtmico es causado por la variacin de volmenes de sangre empujados fuera del corazn hacia las extremidades.


Figura 7.2 Como se detecta de forma manual el pulso carotdeo, adems de sentirlo hay que contarlo con ayuda de un reloj con segundero. Los valores normales del pulso para la frecuencia cardaca en reposo son:

Recin nacidos: de 100 a 160 latidos por minuto Nios de 1 a 10 aos: de 70 a 120 latidos por minuto Nios de ms de 10 aos y adultos (incluyendo ancianos): de 60 a 100 latidos por minuto Atletas bien entrenados: de 40 a 60 latidos por minuto

El pulso arterial se puede palpar en distintas partes del cuerpo. Los ms buscados son los siguientes:


pulso carotdeo. Se busca en el recorrido de las arterias cartidas, medial al borde anterior del msculo esternocleidomastodeo. En las personas mayores no conviene presionar mucho sobre la arteria, ni masajearla, por el riesgo que pueda desprenderse una placa de ateroma. pulso axilar. Se palpa profundo en la fosa de la axila, por detrs del borde posterior del msculo pectoral mayor. pulso braquial. Se palpa sobre la cara anterior del pliegue el codo, hacia medial. Se conoce tambin como pulso humeral. pulso radial. Se palpa en la cara anterior y lateral de las muecas, entre el tendn del msculo flexor radial del carpo y la apfisis estiloide del radio.

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pulso femoral. Se palpa bajo el pliegue inguinal, hacia medial. pulso poplteo. Se palpa en la cara posterior de las rodillas, ya sea estando el paciente en decbito dorsal o prono. Puede convenir efectuar una palpacin bimanual. pulso pedio. Se palpa en el dorso de los pies, lateral al tendn extensor del ortejo mayor. Una palpacin transversal a la direccin de la arteria, con dos o tres dedos, puede facilitar ubicar el pulso pulso tibial posterior Se palpa detrs de los malolos internos de cada tobillo.

El examen fsico del paciente cardiovascular desde el punto de vista mdico empieza con el examen del cuello, el cual es considerado como una extensin del aparato cardiovascular, debido a que en esta regin se encuentran las arterias que conducen la sangre que va a nutrir al cerebro y las venas yugulares que regresan la sangre hacia el corazn. En cada uno de los diversos apartados que se van a mencionar siempre se seguir el siguiente orden: Inspeccin, palpacin, percusin cuando haya lugar, y a auscultacin. Esa orden es invariable. En el cuello a la Inspeccin, el primer dato que vamos a observar es la presencia del latido carotideo, normalmente el latido carotideo es dbilmente perceptible, hay ocasiones en las cuales el pulso carotideo tiene caractersticas hiperdinmicas, esto es que al observar la regin carotdea se observa un pulso saltn, de las causas ms comunes que producen circulacin hiperdinmica se encuentran: La insuficiencia artica, anemia, embarazo, hipertiroidismo, fiebre y ejercicio. Al momento de hacer la inspeccin como decamos se tratar de establecer si es no visible el pulso carotideo en forma bilateral. A la palpacin se determinarn las siguientes caractersticas del pulso carotideo, frecuencia, es regular irregular, intensidad, (para valorar la intensidad del pulso carotideo el alumno tocar sus propias cartidas tomando stas como normales, si el pulso carotideo del paciente es menos intenso que el del alumno, entonces ser el caso de un pulso carotideo disminuido de intensidad y si el pulso carotideo es ms intenso que el del alumno ser un caso en el cual el pulso carotideo es ms intenso que el del alumno ser un caso en el cual el pulso carotideo est aumentado de intensidad). La valoracin de la intensidad del pulso carotideo es de gran importancia debido a que indirectamente refleja la calidad del gasto cardiaco de este paciente, es decir, que en aquellos casos en los cuales el gasto cardiaco est disminuido, por ejemplo: Insuficiencia cardiaca los pulsos carotideos estarn disminuidos de intensidad, un ejemplo de disminucin de pulso carotideo en forma unilateral generalmente es el de aquel paciente que tiene una obstruccin de la cartida, usualmente debido a un proceso de arteriosclerosis. Es importante establecer si la amplitud del pulso carotideo es igual en ambas cartidas. Aqu no cabe la maniobra de percusin y se pasa a la auscultacin, la cual se har con la campana del estetoscopio o estetophone aplicada suavemente sobre el rea en la cual sePgina 62


palpa el pulso carotideo, de esta maniobra solamente se anotar si se encuentra no la presencia de soplos, los cuales usualmente son solamente sistlicos, en raras ocasiones sern sistlicos y diastlicos. En el momento de la auscultacin del cuello es importante tambin auscultar sobre el hueco supraesternal, as mismo auscultar por debajo de las dos subclavias. De esta manera terminamos con el examen fsico del sistema arterial en el cuello. El transductor a base de micrfonos de cristal piezoelctrico tiene la ventaja sobre todos los otros tipos en el hecho de no estar limitado al uso en el aire. Un transductor piezoelctrico puede estar unido a un slido o inmerso en un lquido no conductor para captar seales sonoras. Adems, el transductor piezoelctrico se puede usar fcilmente a frecuencias ultrasnicas, algunos tipos se pueden usar hasta la regin alta de los MHz. Todos los transductores piezoelctricos requieren un material cristalino en el cual los iones del cristal estn desplazados de un modo asimtrico cuando el cristal se deforma. La linealidad puede variar considerablemente segn el tipo de material que se use. Los primeros micrfonos de cristal usaban cristales de sal Rochelle acoplados a un diafragma. Esto aseguraba niveles de salida muy altos (del orden de 100 mV), con una gran impedancia de salida y una linealidad muy mala. La sal Rochelle dejo de usarse hace tiempo debido a que pasaba a un estado inactivo cuando se mantena a una temperatura y humedad moderadamente altas. Hoy en da se usan cristales sintticos en lugar de naturales. Uno de los materiales usados es el titanato de bario, el cual se usa en transductores piezoelctricos para frecuencias por encima de varios cientos de Khz. El micrfono piezoelctrico que usaba un diafragma unido a un cristal es raramente visto ahora, porque la sensibilidad de los materiales piezoelctricos modernos a la vibracin es tal que es suficiente el impacto de la onda de sonido en el cristal para producir la salida adecuada. El micrfono piezoelctrico tiene un gran nivel de impedancia y una salida mucho ms grande que otros tipos. El nivel de la impedancia es del orden de varios megaohmnios, en comparacin con unos pocos ohmnios para uno del tipo de bobina mvil. A este alto nivel de impedancia, la recepcin electrosttica de zumbidos/murmullos es casi imposible de evitar, solamente con los problemas de los efectos de carga y filtrado del cable del micrfono. Para micrfonos de baja calidad esto tiene poca importancia, pero no para los propsitos de los estudios de grabacin. Para estos, el cristal transductor se acopla directamente a un preamplificador MOS que puede sacar una baja impedancia de salida con el mismo nivel alto de voltaje de salida que proporciona el transductor piezoelctrico. El voltaje de operacin del preamplificador puede ser dado por una batera para evitar los problemas de llevar la alimentacin a travs de cables adems de los cables de la seal. El micrfono que se presenta a continuacin puede ser adquirido con facilidad en el centro de la Ciudad de Mxico, D.F. en donde venden productos para msica, es un estetoscopio de solapa de cristal como el que utilizan para tocar Blues con armnica los msicos. No esPlan de Estudios de la carrera de Ingeniera Biomdica UPIBI-IPN Pgina 63


muy costoso y se puede adaptar y modificar fcilmente para uso Biomdico en un detector de pulso carotdeo.


Figura 7.3 Tipo de micrfono de cristal de solapa comercial utilizado para adaptarlo para uso mdico en el detector de pulso carotdeo, slo hay que desatornillar la cartula plateada, colocar silicn y reemplazar la cartula por una capa de plstico flexible como las de los estetoscopios convencionales. En esta prctica se propone que se compre un micrfono de cristal de solapa de dimetro aproximado de 2 cms. Y que sea adaptado para el uso mdico como un estetoscopio electrnico de cristal mediante algunas modificaciones realizadas a base de silicn y reemplazando el diafragma rgido por uno flexible, una vez modificado y seco el resultado esperado es algo parecido al siguiente:

Figura 7.4 este es otro tipo de adaptacin para uso mdico de un cristal piezoelctrico, aqu hay que fijarlo a una tapa de plstico con dos perforaciones para sacar los alambres, fijar con silicn y material flexible, conectar las terminales a un cable como el de los micrfonos de radio, aislar con termofit y fijar con una cinta de Velcro.


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Los micrfonos piezoelctricos se basan en la capacidad que tienen los cristales piezoelctricos de generar cargas elctricas al ser sometidos a presin (En griego piezein = presin).


Figura 7.5 Esquema interno de un micrfono piezoelctrico

Figura 7.6 Respuesta en frecuencia del micrfono piezoelctrico

Aunque su respuesta es mejor que el micrfono de carbn, no llega a ser suficientemente bueno para grabaciones profesionales, por lo que se utiliza solo en micrfonos pequeos para voz.

Figura 7.7 Efecto piezoelctrico, al presionar la parte flexible del sensor se generar un voltaje elctrico en respuesta a la seal de presin.Plan de Estudios de la carrera de Ingeniera Biomdica UPIBI-IPN Pgina 65

Un estetoscopio electrnico (o stethophone) permite amplificar electrnicamente los sonidos del cuerpo. Los estetoscopios electrnicos requieren la conversin de ondas acsticas a las seales elctricas que se pueden amplificar y procesar para escuchar mejor. De forma semejante a la de los estetoscopios acsticos, que se basan en los mismos principios fsicos, los transductores en estetoscopios electrnicos varan extensamente. Mtodo ms simple y el menos eficaz de deteccin sana es alcanzado colocando un micrfono en el chestpiece. Este mtodo sufre de interferencia del ruido de ambiente y por eso no se utiliza mucho. Otro mtodo, usado en el estetoscopio Gals-Allyn's de Meditron, abarca la colocacin de un cristal piezoelctrico en el centro de una caja de metal y adaptando un eje, que haga el contacto con un diafragma. 3M tambin utiliza un cristal piezoelctrico colocado dentro de espuma detrs de un diafragma parecido a la goma grueso. El inventor del ritmo 32 de Thinklabs, Clive Smith utiliza un diafragma del estetoscopio con una superficie interna elctricamente conductora para formar un sensor capacitivo. Este diafragma responde a las ondas acsticas idnticamente a un estetoscopio acstico convencional, con los cambios en un campo elctrico que substituye cambios en la presin de aire. Esto preserva el sonido de un estetoscopio acstico con las ventajas de la amplificacin. Alrededor 2001, Stethographics introdujo el software PC-basado que permiti un phonocardiograph, representacin grfica de los sonidos cardiolgicos y pulmonologic que se generarn, e interpretados segn algoritmos relacionados. Todas estas caractersticas son provechosas con objeto de la enseanza. Reduccin del nivel de ruidos La filtracin del ruido de ambiente ha llegado a estar disponible en algunos estetoscopios electrnicos, con los mtodos de Littmann 3000 de 3M y de Thinklabs ds32a para eliminar ruido de ambiente. En ruido de ambiente acstico de los estetoscopios la filtracin est disponible en DRG (R. Modelos reducting del ruido externo de Deslauriers), y Magna Fortis (M. Ruido acstico de Werblud) que cancela modelos del estetoscopio. Para la medicin del pulso carotdeo se sugiere un filtro pasabajas con frecuencia de corte a 500 Hz y de ser posible la adaptacin de un filtro Notch para eliminacin de la seal de ruido elctrica de 60 Hz. NoPgina 66



olvidar la introduccin de Buffers en aquellas partes que se requiera para evitar problemas de impedancia.


Figura 7.8 Diseo anlogico de un estetoscopio electrnico, en este caso utiliza un micrfono Electret.

Micrfono de cristal Piezoelctrico

Figura 7.9 Este diseo de etapa de amplificacin est propuesto con el IC TL081 y utiliza un micrfono de cristal piezoelctrico, adems de amplificacin se requiere filtrado de la seal con filtro activo pasabajas con fc de 500 Hz, eliminacin de ruido con filtro Notch a 60 Hz, comparacin de la seal para generar pulsos tipo TTL, y la parte digital para el conteo de los pulsos y el despliegue digital de la seal en pulsos por minuto.El ms utilizado para la prctica que estamos realizando es el de micrfono de cristal piezoelctrico, que genera un voltaje ante cambios en la presin de unPlan de Estudios de la carrera de Ingeniera Biomdica UPIBI-IPN Pg

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