Ingeniería Biomédica
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Ingeniería Biomédica
Proyecto22 de octubre de 2002
Prof. Agr. Franco Simini
Núcleo de Ing. Biomédica
Facultades Medicina e Ingeniería
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