Introducción al curso de Equipología Médica

Prof. Ernesto B. Rodríguez Denis, DrSc

erodriguezd@uao.edu.co

Rememoración de Electrónica Médica

• Sistema de Medición.

• Amplificador de Instrumentación.– Linealidad y Ganancia.

– Ruido, filtros y ancho de banda.

– Interferencias y rechazo de modo común.

– 3er electrodo y guarda activa.

– Protecciones.

Sistema de Medición

Energía aplicada

Mesurando

Sensor Acondicionamiento de la Señal

Procesamiento de la Señal

Señal de Calibración

Realimentación Display

Almacenamiento de Datos

Transmisión de Datos

Salidas

Fuentes de alimentación

• La principal diferencia entre un sistema de instrumentación médica y un instrumento convencional es que la fuente de señal proviene de un ser vivo.

Mesurandos más comunes en medicina

• Biopotenciales• Presión• Flujo• Dimensiones (Imágenes)• Desplazamiento (Velocidad, aceleración y

fuerza)• Impedancia• Temperatura• Concentración Química

Impedance0.1 to 102 to 50, [breaths/min]Respiratory rate

pCO2 electrode0 to 240 to 100, [mm Hg]pCO2

pO2 electrode0 to 230 to 100, [mm Hg]pO2

Pneumotachometer0 to 400 to 600, [l/min]Pneumotachography

pH electrode0 to 13 to 13, [pH]pH

Thermistor0 to 0.132 to 40, [°C]Temperature

Contact lens electrodes0 to 500 to 900, [µV]Electroretinography

Needle electrodes0 to 10 0000.1 to 5, [mV]Electromyography

Scalp electrodes0.5 to 150 5 to 300, [µV]Electroencephalography

Skin electrodes0.05 to 1500.5 to 4, [mV]Electrocardiography

Fick, dye dilution0 to 204 to 25, [L/min]Cardiac output

Cuff or strain gage0 to 500 to 400, [mm Hg]Blood pressure

Electromagnetic or ultrasonic

0 to 201 to 300, [ml/s]Blood flow

MethodFrequency, HzRange, [unidad]Measurement

Common medical measurands.

Output

Input

Output

Input

(a) (b)

A linear system fits the equation y = mx+ b

(a) (b)

(a) Signals without noise. (b) Interference superimposed on signals causes error. Frequency filters can be used to reduce noise and interference.

0.05 Hz 150 Hz

Frequency

Amplitude

1.0

0.1

Frequency response

Línea de suministro

Interferencia, 60 HzC1 = 2 pF

C2 = 200 pF

C1 = 2 pF

C2 = 200 pF≈ ≈

Vcm

Vcm

120 V, 60 Hz 120 V, 60 Hz

Tensión de modo común

Amplificación diferencial

Rechazo al modo común

CMRR[dB] = 20 log10 CMRR = d

cm

e

elog20=

Vo= k

Igual salida

Equivalente a:

CMRR = 1V ÷ 10µV = 100 000 ÷ 1

CMRR en dB = 20 log 100 000 = 100 dB

cm

d

A

Alog 20

Interferencias

El campo magnético induce una tensión en el lazo formado por los conductores de los electrodos.

Esta interferencia puede reducirse trenzado de los cables.

PROBLEMA SOLUCIÓN

PROBLEMA: Campos interferentes pueden alcanzar los conductores de los electrodos, generando interferencia a la entrada del bioamplificador.

SOLUCIÓN: Este efecto puede ser minimizado apantallando los cables y conectándolo a un circuito de “guarda activa”

Interferencias

Circuito del amplificador de instrumentación

e

e2

1

Circuito práctico de un Amp-Inst.

Apantallamiento de entrada

e2

e1

ecm

apantallamiento

Vo

-

Circuito para el 3er electrodo

Vcm

Rs/2

Circuito equivalente del 3er electrodo

3er electrodo

Protecciones

Tensión salidaV

Tensión entradaV

ProteccionesLimitan corriente

Limitan tensión

+

ecm

+ecm

Vd

ecm

+

Vd

z1

z1

z2

z2Cw2

Cw2

Cw1

Cw1

_

+

+

+

_

_

R1

R1

PROBLEMA: Un campo eléctrico impulsa en los conductores de los electrodos, corrientes que fluyen hacia el paciente, las quedesarrollan una tensión interferente en las impedancias asociadas a los electrodos.

SOLUCIÓN: Este efecto puede ser minimizado apantallando los cables e incorporando "buffer" a los electrodos.

Interferencias

Apantallamiento de entrada

e2

e1

ecm

apantallamiento

Vo

-

( )−+ −

+⋅= ii

G

1

2

3o vv

RR2

1R

Rv

Gin R

RA 12

1+=

Amplificador de Instrumentación con 3 OP Amp.

2

3

R

RAd =

Amplificador de ganancia programable por pines

-Obtenemos valores discretos de la ganancia diferencial sin colocar resistencias externas

- Poseen internamente resistencias de alta precisión que proporcionan valores estables y muy precisos.

- La elección de la ganancia se obtiene uniendo pines del circuito

- Permite la selección de la ganancia mediante señal digital

- Las ganancias suelen ser en potencias de 10 o en potencias de 2

- El amplificador PGA 204 permite 4 pasos de ganancias (2,4,8,16)

- El amplificador PGA 205 permite 4 pasos de ganancias (1,10,100,1000)

Amplificador de Ganancia programable por código digital

Amplificador de ganancia programable por Software

-Incorpora un mutiplexador analógico

- Conecta las entradas 1,2,3 o 4 en función de un código binario A0,A1

- Para la combinación 00 hace que la ganancia sea unitaria.

- Para el resto de las combinaciones la ganancia depende de los valores de las resistencias R2,R3 y R4.

Trabajo Independiente

• Practica # 1.- Puesta a punto de Bioamplificador. Objetivo: Poner a punto un preamplificador, para una derivación, con circuito de 3er electrodo, guarda activa y filtro, que pueda adquirir una señal de ECG ó EMG.

Informe: Nombre de los autores. Esquema del circuito y explicación breve de su funcionamiento.

El circuito funcionando debe ser mostrado al docente.

Bibliografía

• - Cap 7 y 8. Introduction to biomedical equipment technology. 1998. J. Carr

• - Cap 15. Biomedical Device Technology. 2008. A. Chan.