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Sensores y TransductoresBiomdicosUnidad III
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Introduccin Los sensores biomdicos son usados de forma rutinaria
en la medicina y en el campo de la investigacinbiolgica, con la finalidad de medir una gran variedad devariables fisiolgicas.
Por lo general son llamados de transductores biomdicos El desarrollo de sensores biomdicos es de las reas con
mayor crecimiento en la industria mdica y estimpulsado por dos tendencias muy fuertes: El deseo del paciente y del mdico para hacer diagnsticos
de forma instantnea El deseo de hacer pruebas de diagnstico no solo en centros
de laboratorios clnicos si no en el centro de atencin dondeest el paciente
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Sensores y transductores A transducer is a devices that converts one kind
of energy into another kind of energy.
A sensor converts a physical parameter (input)into an electric output.
An actuator converts an electrical energy into a
physical output (e.g. motors).
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Clasificacin Por lo general son clasificados en relacin a la
cantidad a ser medida y tpicamente soncategorizados como fsicos, elctricos y qumicosdependiendo especficamente de su aplicacin
Los biosensores, poseen dos componentes
distintivos: Un elemento de reconocimiento biolgico
Una estructura de soporte, que a su ve acta comotransductor
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Biosensor
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Medicin de Biopotenciales La Medicin de biopotenciales usa una gran
variedad de electrodos
La funcin de estos electrodos es acoplar lospotenciales inicos generados en el cuerpohumano a un instrumento electrnico
Estos electrodos son clasificados como no-invasivos (superficiales) o invasivos(microelectrodos)
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Interface electrolito/metal Cuando un metal es colocado en una solucin
electroltica, se crea una distribucin de cargas
en la superficie de la interface Esta distribucin de cargas causa una diferencia
de potencial (half cell potential) Tipos de electrodos:
ECG EMG EEG Microelectrodos
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Electrodos para ECG
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ECG Los electrodos vistos en la diapositiva anterior
son los ms comunes y tienen una composicinde Ag/AgCl (plata/plata cloruro) lo que les da unbuen contacto elctrico con la piel.
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EMG
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Para la grabacin de seales elctricas denervios y fibras musculares existen una variedadde agujas percutneas existen dosconfiguraciones:
Bipolar
Unipolar
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Medidas de Desplazamiento
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Mtodos para medidas de desplazamiento
Resistivo
Inductivo
Capacitivo
Piezoelctrico
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Transductores resistivos Potencimetros
Strain gauges (galgas de tensin, indicador dedeformacin)
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Potencimetros Los potencimetros convencionales pueden
utilizarse para medidas de desplazamiento. As
la resistencia vara de acuerdo a la posicin delcursor. Los potencimetros son instrumentos deorden cero, es decir no siguen un
comportamiento de acuerdo a ninguna ecuacindiferencial
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Potencimetros R=(1)Rt DondeRt es la resistencia total, depende de la
posicin del cursor del potencimetro, y en basea este nmero (que est entre 0 y 1) se obtieneuna resistenciaR efectiva del potencimetro
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Potencimetro
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Tipos Existen 2 tipos bsicos de potencimetros:
rotacionales y traslacionales. Los rotacionales
pueden ser de espira simple o mltiples espiras.Y un segundo tipo lo constituyen lospotencimetros traslacionales donde el
desplazamiento es lineal.
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tipos
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Caractersticas Los potencimetros se pueden alimentar con AC o DC.
Producen una salida lineal al desplazamiento y laresolucin depende de su construccin interna. Algunos
usan pelculas de carbn; bobinados sobre cermica conNquel y Cobre; y otros usan partculas metlicasdepositadas de materiales preciosos como oro y plata.Los potencimetros son usados muy poco comosensores, an cuando tienen algunas ventajas como el
requerir una seal anloga para control, informacin deposicin absoluta y son de bajo costo. Sin embargo sonmuy sensibles a la temperatura generalmente y seafectan fcilmente en ambientes hmedos o con muchopolvo.
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Pros y contras de los potencimetros
Pros:
Requieren una seal anloga para control
Requieren informacin de posicin absoluta
Bajo costo
Contras:
Sensibles a la temperatura (variacin) No sirven para ambientes hmedos o con mucho
polvo
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Strain gauges (Galgas extensiomtricas)
Miden desplazamiento de hasta 1 mm/m
Pequeas y livianas
Buena respuesta a altas frecuencias
Amplio rango de respuesta lineal
Calibracin estable
Flexibles para usar Bajo costo
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Strain gauges
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Circuitos en puente
Diagrama del puente de Wheastone. Se conocen 3 valores de resistencias y unacuarta es desconocida, si el puente est balanceado no hay paso de corrientepor el voltmetro.
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Transductores Inductivos Los transductores de desplazamiento inductivos est
basados en su factor de inductancia L dado por: L = n2x G x G es una constante geomtrica
n es el nmero de vueltas de la bobina
es la permeabilidad del medio magntico dentro de la
bobina. Los ms comunes son los LVDT (linear variable
differential transformer)
Ejemplos de aplicacin: medicin de cambios endimensiones de rganos internos
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LVDTDiagrama elctrico
Los sensores inductivos usan un ncleo variable para generar cambios en lainductancia, tal como se muestra en la figura
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LVDT - transductores
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LVDT Comercialmente es posible obtener LVDT de
pequeo tamao y de una buena eficiencia, lo
que los hace idneos para la medicin deeventos fisiolgicos. Los LDVT sonrelativamente insensibles a la temperatura ytienen una buena respuesta para cambios
rpidos (altas frecuencias). De otro lado poseenun alto rango de linealidad, una sensibilidad de0.5 a 2 mV para un desplazamiento de 0.001mm/V.
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Sensores capacitivos Se basan en la variacin de capacitancia de un
condensador al desplazarse una de sus placas
por la aplicacin de presin
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Sensores capacitivos Pequeo tamao y construccin robusta, tienen
un pequeo desplazamiento volumtrico
Seal de salida es dbil por lo que necesitan deamplificadores con el riesgo de introducirerrores en la medicin
Son sensible a variaciones de temperatura Utilizados para medir presin sangunea,
presin plantar y otros
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Tipos de transductores capacitivos
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Sensores de Temperatura
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Sensores de temperatura Qu es la temperatura en sistema fisiolgico?
Es el equilibrio entre mecanismos de produccin
de calor y mecanismos de enfriamiento, bajoregulacin de centros nerviosostermorreguladores hipotalmicos.
La temperatura normal es de 37C (0.3C)
Puede medirse mediante un termmetro demercurio introducido en la cavidad rectal, en laboca o en la axila, en cuyo caso la medida esmenos precisa.
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Fisiologa de la temperatura Termognesis, es el producto del metabolismo
celular
Termlisis, es la sudoracin y la vasodilatacin
Termorregulacin, equilibra la termognesis y latermlisis
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Mediciones de temperatura Baja temperatura
Pacientes en shock
Anestesia
Hipotermia inducida en cirugas
Reduce el metabolismo
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Mediciones de temperatura Alta temperatura
Infecciones (fiebre), desnaturaliza enzimas y
protenas Inflamacin
Artritis
Otros
Incubadoras
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Medicin de temperatura La medicin de la temperatura se afecta
enormemente por factores ambientales y
mtodos de medicin. Controlar temperatura es complicado
Mtodos:
Termocuplas (Termopares) Termo-resistores
Detectores de radiacin
Detectores pticos
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Las termocuplas Consisten en la unin de dos materiales (metales
comnmente) unidos en un extremo y producen
un pequeo y nico voltaje segn latemperatura. Este voltaje se interpreta deacuerdo a una tabla de calibracin.
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Termocuplas
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Circuito de aplicacin