Sens. y Transduc. Bio Medicos

5/8/2018 Sens. y Transduc. Bio Medicos - slidepdf.com

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Sensores y TransductoresBiomédicosUnidad III



Introducción

� Los sensores biomédicos son usados de f orma rutinariaen la medicina y en el campo de la inv estigación

biológica, con la finalidad de medir una gran variedad de variables fisiológicas.� Por lo general son llamados de transductores biomédicos� El desarrollo de sensores biomédicos es de las áreas con

may or crecimiento en la industria médica y estáimpulsado por dos tendencias muy fuertes: El deseo del paciente y del médico para hacer diagnósticos

de f orma instantánea El deseo de hacer prue bas de diagnóstico no solo en centros

de laboratorios clínicos si no en el centro de atención donde está el paciente



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.

� A n actuator converts an electrical energy into a

phy sical output (e.g. motors).



Clasificación

� Por lo general son clasificados en relación a la

cantidad a ser medida y típicamente soncategorizados como físicos, eléctricos y químicos dependiendo específicamente de su aplicación

� Los biosensores, poseen dos componentes

distintiv os: Un elemento de reconocimiento biológico

Una estructura de soporte, que a su v e actúa como transductor



Biosensor



Medición de Biopotenciales

� La Medición de biopotenciales usa una gran

variedad de electrodos� La función de estos electrodos es acoplar los potenciales iónicos generados en el cuerpo humano a un instrumento electrónico

� Estos electrodos son clasificados como no-invasiv os (superficiales) o invasiv os (microelectrodos)



Interface electrolito/metal

� Cuando un metal es colocado en una soluciónelectrolítica, se crea una distribución de cargas en la superficie de la interface

� Esta distribución de cargas causa una dif erenciade potencial (half cell potential)

� Tipos de electrodos:

ECG EMG EEG Microelectrodos



Electrodos para ECG



ECG

� Los electrodos vistos en la diapositiva anterior

son los más comunes y tienen una composiciónde A g/ A gCl (plata/plata cloruro) lo que les da un buen contacto eléctrico con la piel.



EMG



� Para la grabación de señales eléctricas de

ner vios y fibras musculares existen una variedadde agujas percutáneas existen dos configuraciones:

Bipolar

Unipolar



Medidas de Desplazamiento



Métodos para medidas de desplazamiento

� Resistiv o

� Inductiv o� Capacitiv o

� Piezoeléctrico



Transductores resistivos

� Potenciómetros

� Strain gauges (galgas de tensión, indicador de def ormación)



Potenciómetros

� Los potenciómetros conv encionales pueden

utilizarse para medidas de desplazamiento. Asíla resistencia varía de acuerdo a la posición delcursor. Los potenciómetros son instrumentos de orden cero, es decir no siguen un

comportamiento de acuerdo a ninguna ecuacióndif erencial



Potenciómetros

� R =( 1� )R t

� Donde R

t es la resistencia total, depende de la posición del cursor del potenciómetro, y en base a este número (que está entre 0 y 1) se o btiene una resistencia R efectiva del potenciómetro



Potenciómetro



Tipos

� Existen 2 tipos básicos de potenciómetros:

rotacionales y traslacionales. Los rotacionalespueden ser de espira simple o múltiples espiras. Y un segundo tipo lo constituy en los potenciómetros traslacionales donde el

desplazamiento es lineal.



tipos



Características

� Los potenciómetros se pueden alimentar con AC o DC. Producen una salida lineal al desplazamiento y la

resolución depende de su construcción interna. A lgunos usan películas de car bón; bo binados so bre cerámica conNíquel y Co bre; y otros usan partículas metálicas depositadas de materiales preciosos como oro y plata. Los potenciómetros son usados muy poco como sensores, aún cuando tienen algunas v entajas como el

requerir una señal análoga para control, inf ormación de posición absoluta y son de bajo costo. Sin em bargo sonmuy sensibles a la temperatura generalmente y se af ectan fácilmente en am bientes húmedos o con mucho polv o.



Pros y contras de los potenciómetros

� Pros:

Requieren una señal análoga para control Requieren inf ormación de posición absoluta

Bajo costo

� Contras:

Sensibles a la temperatura (variación) No sir v en para am bientes húmedos o con mucho

polv o



Strain gauges (Galgas extensiométricas)

� Miden desplazamiento de hasta ± 1 mm/m

� Pequeñas y livianas� Buena respuesta a altas f recuencias

� Amplio rango de respuesta lineal

� Calibración estable

� Flexibles para usar� Bajo costo



Strain gauges



Circuitos en puente

Diagrama del puente de Wheastone. Se conocen 3 valores de resistencias y unacuarta es desconocida, si el puente está balanceado no hay paso de corriente por el v oltímetro.



Transductores Inductivos

� Los transductores de desplazamiento inductiv os está basados en su factor de inductancia L dado por:

x L = n2 x G x

x G es una constante geométrica

x n es el número de vueltas de la bo bina

x es la permeabilidad del medio magnético dentro de la

bo bina. Los más comunes son los LVDT (linear variable

diff erential transf ormer)

E jemplos de aplicación: medición de cam bios endimensiones de órganos internos



LVDT ² Diagrama eléctricoLos sensores inductiv os usan un núcleo variable para generar cam bios en lainductancia, tal como se muestra en la figura



LVDT - transductores



LVDT

� Comercialmente es posible o btener LVDT de pequeño tamaño y de una buena eficiencia, lo

que los hace idóneos para la medición de e v entos fisiológicos. Los LDVT sonrelativamente insensibles a la temperatura y tienen una buena respuesta para cam bios

rápidos (altas f recuencias). De otro lado poseenun alto rango de linealidad, una sensibilidad de 0.5 a 2 mV para un desplazamiento de 0.001mm/ V.



Sensores capacitivos

� Se basan en la variación de capacitancia de uncondensador al desplazarse una de sus placas por la aplicación de presión



Sensores capacitivos

� Pequeño tamaño y construcción ro busta, tienenun pequeño desplazamiento v olumétrico

� Señal de salida es dé bil por lo que necesitan de amplificadores con el riesgo de introducir errores en la medición

� Son sensible a variaciones de temperatura� Utilizados para medir presión sanguínea,

presión plantar y otros



Tipos de transductores capacitivos



Sensores de Temperatura



Sensores de temperatura

� Qué es la temperatura en sistema fisiológico? Es el equilibrio entre mecanismos de producción

de calor y mecanismos de enf riamiento, bajo regulación de centros ner viosos termorreguladores hipotalámicos.

� La temperatura normal es de 37°C (±0.3°C)

� Puede medirse mediante un termómetro de mercurio introducido en la cavidad rectal, en la boca o en la axila, en cuy o caso la medida es menos precisa.



Fisiología de la temperatura

� Termogénesis, es el producto del metabolismo celular

� Termólisis, es la sudoración y la vasodilatación

� Termorregulación, equilibra la termogénesis y latermólisis



Mediciones de temperatura

� Baja temperatura

Pacientes en shock

A nestesia

Hipotermia inducida en cirugías

Reduce el metabolismo



Mediciones de temperatura

� A lta temperatura

Inf ecciones (fie bre), desnaturaliza enzimas y proteínas

Inflamación

Artritis

� Otros Incubadoras



Medición de temperatura

� La medición de la temperatura se af ectaenormemente por factores am bientales y métodos de medición.

� Controlar temperatura es complicado

� Métodos:

Termocuplas (Termopares) Termo-resistores

Detectores de radiación

Detectores ópticos



Las termocuplas

� Consisten en la unión de dos materiales (metales comúnmente) unidos en un extremo y producenun pequeño y único v oltaje según latemperatura. Este v oltaje se interpreta de acuerdo a una tabla de calibración.



Termocuplas



Circuito de aplicación

Sens. y Transduc. Bio Medicos

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