Electromedicina. Unidad II

7/27/2019 Electromedicina. Unidad II.

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REPUBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELAUNIVERSIDAD Dr. RAFAEL BELLOSO CHACIN

FACULTAD DE INGENIERIA

ELECTROMEDICINA

Unidad IIProcesamiento de Seales en Bioingeniera

Prof: Ing. Jos Orozco. M.Sc.C.I. 11871532


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Seales Biopotenciales


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Procesamiento Digital de Seales

Tcnica empleada para transformar seales de fuentes del

mundo real, por lo general analgicas, en datos digitales para su

posterior anlisis.

Principalmente cuenta con Amplificadores, Filtros y

Convertidores Analgicos/Digitales.


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SENSORES PARA

INSTRUMENTACION

BIOMEDICA

Sensor:

Traductor:


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Clasificacin

de losSensores:

De acuerdo a la Naturaleza de la Medicin: Desplazamiento (Velocidad,

Aceleracin y Fuerza). Presin, Flujo. Biopotenciales. Temperatura. Dimensin, Deformacin.

De acuerdo al Mtodo de Conversin deVariable:

Resistivo. Inductivo. Capacitivo. Piezoelctrico. ptico.

Galvnico.


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Sensores de Desplazamiento, Fuerza,

Presin

Miden variaciones de tamao, forma yposicin.Estos pueder ser:

Resistivos. Inductivos. Capacitivos.

Piezoelctricos.


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Sensores Resistivo

Medidor de Deformacin:

Cuando un cable fino es tensado dentro de sus

limites de elasticidad, la resistencia del cablecambia a causa de los cambios en el dimetro, lalongitud y la resistividad.

El Resultado del medidor de deformacin puedeser usado para medir desplazamientosextremadamente pequeos, en el orden de losnanmetros.


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L

A

E

l.TransversaSeccinladerea:A

Conductor.delLongitud:L

ad.Resistibid:a.Resistenci:

A

L

R

R

Sensores Resistivo


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A

dLLdAA

A

dLdR

2

d

A

dA

L

dL

R

dR

Sensores Resistivo

Tomando la derivada de R con Respecto a L, A y :

Sacando la relacin dR/R:

Considerando la relacin de Poisson , que relaciona los cambiosde diametro a cambio en la longitud:

L

dL

D

dD


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Sensores Resistivo

Tomando en cuenta que el rea de la seccin transversal del

cable esta dado por:

4

2DA

4

2 dDdA

D

dD

A

dA2

Por lo tanto

L

dL

A

dA2

L

L

R

R)21(

Efecto

Dimensional

Efecto

Piezoresistivo

El factor de deformacin esta dado por:

LdL

d

LdL

RdRG

/

/21

/

/


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Relacin de Poisson:

El coeficiente de Poisson es el cociente de la tensintransversal de la contraccin a la tensin longitudinal de laextensin en la direccin de la fuerza de estiramiento. Ladeformacin extensible se considera positiva y la deformacin

compresiva se considera negativa. La definicin del cociente dePoisson contiene un signo de menos de modo que los materialesnormales tengan un cociente positivo.

Sensores Resistivo


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Resistivos

Variando la Longitud se puede medir:Desplazamiento.Fuerza.Presin.

Variando la resistividad se puede medir:Temperatura.Luz.


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Sensores Resistivo

Propiedades de la Deformacin de los MaterialesMaterial Composicin (%) Factor de Deformacin Coeficiente de Resistividad

de Temperatura (C-1 10-5)

Constantan Ni45, Cu55 2,1 2

Isoelastic Ni36, Cr8,

(Mn, Si, Mo)4

Fe52

3,52 a 3,6 +17

Karma Ni74, Cr20, Fe3

Cu3

2,1 +2

Manganin Cu84, Mn12, Ni4 0,3 a 0,47 2

Alloy 479 Pt92, W8 3,6 a 4,4 +24

Nickel Puro -12 a -20 670

Nichrome V Ni80, Cr20 2,1 a 2,63 10

Silicon Tipo p 100 a 170 70 a 700

Silicon Tipo n -100 a -140 70 a 700

Germanium Tipo p 102

Germanium Tipo n -150


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Circuitos Tipo Puente

El puente de Wheatstone es elcircuito ideal para medir pequeoscambios en la resistencia.

Los sensores tipo resistivospueden ser conectados en una omas armaduras de un circuito tipopuente.

iv

R

RV

0

0

Si R1/R2=R4/R3 entonces Voser cero. Asumiendo inicialmenteque todas las resistencias son

iguales a Ro y que Ro


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Circuitos Tipo Puente

oioo

io

o

RRRRRR

vRRV

/1/2/2

/

Una relacin no lineal da como resultadocuando dos brazos contiguos del circuito depuente son cambiados equitativamente


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Sensores Inductivo

Una inductancia puedeser usada para medirdesplazamiento porvariacin de cualquiera delos parmetros de la

bobina.

GnL 2

mediodelefectvadadPermeabili

geomtricaformadeFactor

bobinaladevueltasdeNumero

G

n

Donde:

Los cuales pueden ser cambiados por medios mecnicos


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Sensores Inductivo

Transformador Diferencial de Variacin Lineal (LVDT):

Los LVDT dan una seal de voltaje de salida de corrientealterna que es proporcional a un desplazamiento fsico.

LVDT es usado para investigacin fisiolgica y medicinaclnica para medir la presin, el desplazamiento y fuerza


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Sensores Capacitivos

La capacitancia entre dos placas paralelas de rea A yseparadas por una distancia x,

Esta dada por:

odielectricaislantedelrelativaconstantelaes

libreespaciodeladielctricconstantelaesF/mts108,8

placaslasentreseparacindeDistancialaesx

placasladereaelesA

ia.CapacitanclaesC

:Donde

r

12-o

0

x

AC r


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Sensores Capacitivos

Con la capacitancia se pude medir desplazamiento variandocualquiera de sus parmetros, sin embargo, el ms utilizado esla variacin de la distancia entre las placa, con lo cual se tieneuna sensibilidad dada por:

capacitivosensordeladsensibilidlaesKdonde

20 x

C

x

A

x

C

dx

dCK r

Un ejemplo de uso de sensor tipo capacitivo:

Micrfono tipo capacitivo.Sensores para medir los movimientos

respiratorios de un paciente o de losmovimientos del corazn.Para medir presin.


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Sensores Piezoelctricos

Un material piezoelctrico genera un potencial elctricocuando es sometido a una fuerza, tambin puede sufrirdeformacin si es sometido a un potencial elctrico.

Un sensor piezoelctrico puede ser usado para medirdesplazamientos fisiolgicos y grabar sonidos del corazn.

La carga total q inducida es directamente proporcional a lafuerza f aplicada al material:

C/NenexpresadaricopiezoelctmaterialdelconstantelaesK

:Donde

kfq


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Sensores Piezoelctrico

La carga en voltaje puede encontrarse asumiendo que el sistema

acta parecido a un capacitor de placas paralelas, por lo que:

A

kfx

C

kfv

Cvq

r

0

Amplificador

Cristal

xCable

El voltaje generado por un sensor piezoelctrico puede seramplificado para luego procesarse.


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Medidores de Temperatura

La temperatura del cuerpo de un paciente da una informacin

muy importante acerca del estado fsico de un individuo.Esta puede medirse a travs de:

Termocuplas

Termistores

Por Radiacin

Por Fibra ptica


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Termocuplas

Sensor para medir temperatura, el cual consiste en la unin dedos cables de metales distintos, conectados a un extremo donde

se produce un pequeo voltaje asociado a una temperatura.Segn descubrimiento hecho por Seebeck en 1821, una

corriente fluye en un circuito contnuo de dos alambres dedistintos metales, si las conexiones o uniones se encuentran atemperatura distintas. La corriente ser proporcional a ladiferencia de temperatura entre las uniones.


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Termocuplas

El voltaje generado, puede expresarse con la siguiente serie:

C0amantenidaesreferenciadejunturalayCelsiusgradosenesTDonde

...3

1

2

1 32

cTbTaTE

La sensibilidad termoelctrica (llamada tambin potenciatermoelctrica o coeficiente de Seebeck), est dado por:

...2 cTbTa

dT

dE


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Termistor

Los termistores son semiconductores hechos de material decermica y son termoresistres con un coeficiente detemperatura bastante alto.

La resistividad de los termistores semiconductor que seemplean en aplicaciones biomdicas se encuentran entre 0,1 y100 .mts.

La relacin emprica entre la resistencia del termistor y latemperatura absoluta en K esta dado por:

absolutaratemperatulaesT

termistordelaresistencilaesR

KenestandarreferenciaderatemperatulaesT

Kenmaterialdelconstantelaes

:Donde

t

0

)]/([

000

TTTT

teRR


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Termistor

El coeficiente de temperatura viene dado por:

)/(%1

2K

TdT

dR

R

t

t


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Termometra por Radiacin

La base de la termometra por radiacin es la conocidarelacin entre la temperatura de superficie de un objeto y supoder radiante.

Este principio hace posible medir la temperatura de un cuerposin contacto fsico con el.

La Termografa mdico es una tcnica donde la distribucin de

temperatura del cuerpo es correlacionada con una sensibilidad dealgunos dcimos de grados kelvin.La termografa ha sido usada para la deteccin fcil del cncer

de pecho, sin embargo este mtodo es controversial. Tambin hasido usado para determinar la ubicacin y la extensin de losdisturbios artrticos, para medir la profundidad de la destruccin

de tejido de la quemadura por el fro y las quemaduras de sol, ypara detectar varios trastornos circulatorios superfluos (latrombosis venosa, las oclusiones de la arteria cartida, etc.)


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La radiacin emitida por un cuerpo es dada por la ley de

Planck y multiplicada por la emisividad.

emisividadlaes

.enondadelongitudlaes

cuerpo.delratemperatulaes

.1044,1

)/(W.103,74

cuerpo.elporemitidaradiacinlaes

:Donde

./1

4

2

244

1

2

/5

1

2

m

T

KmC

cmmC

W

mcmWe

CW

TC


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La ley de desplazamiento de Wien, da la longitud de onda

para la cual la radiacin emitida es mxima, esto se obtienederivando W con respecto a e igualando a cero la derivada.

mT

m 2898

La potencia de radiacin total se determina por la ley deStefan-Boltzmannn.

Boltzmann-Stefandeconstante.cm(W/1067,5:Donde

4212

4

K

TWt


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Amplificadores

Un amplificador de seal, es un circuito electrnico capas de magnificar seales,

con la finalidad de ser procesada.

Caractersticas de un Amplificador:

Rango de entrada.

Rango de salida

Impedancia de entrada.

Impedancia de salida.

Ganancia.

Ancho de Banda.

Relacin de Rechazo en Modo Comn (CMRR).Relacin Seal a Ruido.


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Filtros

Su finalidad es rechazar un rango de frecuencia indeseada, y dejar pasar

un rango deseado.

Tipos de Filtros

Paso Bajo: Permiten el paso de frecuencias por debajo de una

frecuencia de corte.

Paso Alto: Permite el paso de frecuencia por encima de una

frecuencia de corte.

Pasa Banda: Permite el paso de frecuencia en una banda defrecuencia.

Rechaza Banda: Rechaza el paso de frecuencia en una banda de

frecuencia.


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Filtro Paso Bajo


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Filtro Paso Alto


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Filtro Pasa Banda


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Filtro Rechaza Banda


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Filtro Paso Bajo de Segundo Orden

22

2

2 cc

cs

ssH

21212121

2122

2121

1

1

CCRRs

CCRR

RRCs

CCRRH

s

2121

212

2121 2

1

CCRR

RRC

CCRRc

Cc

f 2


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Filtro Paso Alto de Segundo Orden

22

2

2 ccs

ss

sH

2121212

212

2

1)(

CCRRs

CCR

CCs

sHs

212

21

2121 2

1

CCR

CC

CCRRc

Cc f 2


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Filtro Pasa Banda de Segundo Orden

21321

21

213

212

11

1

CCRRR

RRs

CCR

CCS

sCR

Hs

22

ow

ws

sBs

sBH

213

21

11

1

CCR

CC

CRBw

21321

21

CCRRR

RRo

CHCLo

CLCHw

ff

ffB

2

2


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Convertidor Analgico Digital

En el mundo real las seales analgicas varan

constantemente, pueden variar lentamente como la temperatura o

muy rpidamente como una seal de audio. Lo que sucede con las

seales analgicas es que son muy difciles de manipular, guardar

y despus recuperar con exactitud

Si esta informacin analgica se convierte a informacin digital,se podra manipular sin problema. La informacin manipulada

puede volver a tomar su valor analgico si se desea con un DAC

(convertidor Digital a Analgico)


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n

inFSVR

Resolucin:

Donde:R: Resolucion.

VinFS: Voltaje de entrada a full escala.

n: Nmero de Bit

Se entiende como el voltaje necesario (seal analgica) para lograr

que en la salida (seal digital) haya un cambio del bit menos

significativo.(LSB)


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Operaciones en la Conversin Analgico/Digital:


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Tcnicas de Conversin:


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Documents

Electromedicina. Unidad II