1. Instituto Universitario de Tecnología
“Alonso Gomero”
Programa Nacional de Formación
en Instrumentación y Control
Introducción a la Instrumentación Médica
Ing. Carlos Murillo
Ing. Carlos Murillo IUTAG 1

2. Variable Fisiológica
 Son todos aquellos parámetros que pueden ser
medidos y que permiten regular el buen
funcionamiento biológico de un ser vivo.
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3. Variables Fisiológicas
 Temperatura
 Presión Arterial
 Señal Electrocardiográfica
 Frecuencia Cardiaca
 Capacidades y Volúmenes Pulmonares
 Frecuencia Respiratoria
 Saturación de oxigeno
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4. Características de la Señales
Biomédicas
 El origen y la propagación de la señal no es
completamente entendido. El cuerpo humano es
complejo y existen interacciones entre diferentes
partes del cuerpo.
 Inaccesibilidad de las variables. Algunas variables
están dentro del cuerpo y resulta difícil acceder a ellas.
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5. Características de la Señales
Biomédicas
 Difícil establecer el nivel de energía que se le debe
aplicar a un tejido sin que sufra daño. Nivel de
electricidad, rayos-X, ultrasonidos.
 Biocompatibilidad. Las partes de los dispositivos
médicos en contacto con el individuo deben ser no-
tóxicas y no producir reacciones adversas. Deben
aguantar el ambiente químico del cuerpo humano.
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6. Características de la Señales
Biomédicas
 Bajo nivel de la señal. Por ejemplo μV en EEG. Exige
transductores muy sensibles con muy buen rechazo al
ruido.
 Rango de frecuencia. En el rango de audiofrecuencia
o menores. Muchas señales contienen DC o muy bajas
frecuencias.
.
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7. Características de la Señales
Biomédicas
 Señales variables con el tiempo y no
determinísticas. Las señales cambian con la
actividad, momento del día, etc.
 Señales varían entre individuos. Es difícil
establecer los valores normales y existe una gran
tolerancia
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8. Características de la Señales
Biomédicas
 Dificultad para aislar señales de fuentes de
interferencia que pueden proceder de otras partes del
sistema biológico. No se puede desconectar un órgano
o parte de un tejido para hacer las medidas.
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9. Característica de los parámetros
Fisiológicos
Parámetro
Fisiológico
Rango de
medida
Frecuencia (Hz) Sensor mas
común o método
Temperatura
corporal
32 a 40 ºC DC a 0.1 Termistor o
Termocupla
Electrocardiografía 0.5 a 4 mV 0.01 a 250 Electrodo
superficial
Electroencefalografí
a
5 a 300µV dc – 150 Electrodo
superficial
Electrocorticografía 10 – 5000 µV dc – 150 Electrodos de
profundidad o
microelectrodos
Electrogastrografía 10 – 1000 µV dc – 1 Electrodo
superficial
Electromiografía 0.1 – 5 mV dc – 10,000 Electrodos de
agujaIng. Carlos Murillo IUTAG 9

10. Característica de los parámetros
FisiológicosParámetro
Fisiológico
Rango de
medida
Frecuencia
(Hz)
Sensor mas
común o
método
Electrooculogr
ama
EOG
50 – 3500 µV DC a 50 Electrodos de
contacto
electrorretinog
rafía
ERG
0 – 900 µV DC a 50 Electrodos de
contacto
potenciales
nerviosos
0.01 – 3 mV dc – 10,000 Electrodos de
aguja o
superficiales
Respuesta
galvánica de la
piel GSR
1 -500 kΩ 0.01 – 1 Electrodos de
contacto
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11. Parámetro
Fisiológico
Rango de medida Frecuencia (Hz) Sensor mas
común o método
Gases de la sangre
PO2
PCO2
PN2
PCO
30 - 100 mm Hg
40 - 100 mm Hg
1 - 3 mm Hg
0.1 - 0.4 mm Hg
dc – 2
dc – 2
dc – 2
dc – 2
Electrodo
específico,
volumétrico
PH de Sangre 6.8 – 7.8 pH dc – 2 Electrodo para PH
Balistocardiografía
BCG
0 - 7 mg
1 - 100 µm
dc – 40
dc - 40
Acelerómetro,
galgas
extensométricas y
LVDTs
Presión de la vejiga 1 - 100 cm H2O dc – 40 galgas
extensométricas y
manómetros
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12. Característica de los parámetros
Fisiológicos
Presión de la
sangre
Medida Directa
Medida indirecta
10 - 400 mm Hg
25 - 400 mm Hg
dc – 50
dc – 60
Strain- gage
manómetros
auscultación
fonocardiografía Rango dinamico
80 dB,
umbral
100 µPa
5 – 2000 Micrófono
flujo de sangre 1 - 300 ml/s dc – 20 Caudalímetro
Tipo
electromagnéticos
o ultrasonicos
Gasto cardiaco 4 – 25 litros/min dc – 2 Diluciones
colorantes
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13. Clasificación de la instrumentación
biomédica
 Por la función:
De diagnóstico: usados para determinar signos físicos
o enfermedades sin alteración de la estructura y
función del sistema biológico
Dentro de estos dispositivos, los dispositivos de
monitorización se usan para determinar cambios de
un parámetro fisiológico durante un periodo de
tiempo.
.
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14. Clasificación de la instrumentación
biomédica
Terapéuticos: diseñados para producir cambios
estructurales o funcionales que lleven a una mejora del
paciente.(aceleradores lineales para el tratamiento del
cáncer)
Dentro de ellos los dispositivos de asistencia son los
usados para restaurar una función del cuerpo humano.
(marcapasos del corazón, audífonos, sillas de ruedas).
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15. Clasificación de la instrumentación
biomédica
Por el Parámetro Físico medido (Presión,
temperatura, flujo, pH): Esta clasificación facilita la
comparación de diferentes métodos para medir una
magnitud dada.
Por el principio de transducción ( Resistivo,
capacitivo, inductivo, electroquímico, ultrasonidos):
Esta clasificación pone énfasis en el concepto que
subyace a la transducción y nuevas aplicaciones
pueden inferirse fácilmente.
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16. Clasificación de la instrumentación
biomédica
 Por el sistema fisiológico: sistema cardiovascular (Ej.
EEG), pulmonar (Ej. ventilador mecánico), nervioso,
endocrino. Esta clasificación aísla todas las medidas
importantes para los especialistas de un área determinada.
 Por la especialidad médica: pediatría, obstetricia,
cardiología, radiología. Esta clasificación es útil para
personal médico interesados en instrumentos
especializados, aunque un determinado instrumento (Ej.
Medida de la presión sanguínea) puede ser de interés para
diferentes especialidades.
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17. Clasificación de la instrumentación
biomédica
 Por el nivel de riesgo. El nivel de riesgo en los
pacientes determina el control regulatorio impuesto a
los fabricantes y usuarios para asegurar su seguridad y
eficacia en su uso clínico.
 Clase I (poco riesgo) Ej. estetoscopio
 Clase II (riesgo medio ) Ej. Espirómetro
 Clase III (riesgo más alto) Ej. Válvulas de corazón
Ing. Carlos Murillo IUTAG 17

18. Estructura de medida de un
sistema Biomédico
Sistema
Biológico Transductor
Acondicionador
de señal
Presentación
de datos
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19. Estructura de medida de un
sistema Biomédico
 Sistema Biológico (o sistema orgánico) es un conjunto de órganos y
estructuras similares que trabajan en conjunto para cumplir
alguna función fisiológica en un ser vivo.
 Sistema cardiovascular
 Sistema circulatorio
 Sistema arterial
 Sistema muscular,
 Sistema óseo
Ing. Carlos Murillo IUTAG 19

20. Estructura de medida de un
sistema Biomédico
 Un transductor :
Es un dispositivo capaz de transformar o convertir un
determinado tipo de energía de entrada, en otra
diferente a la salida.
Ing. Carlos Murillo IUTAG 20

21. Estructura de medida de un
sistema Biomédico
 acondicionar una señal significa realizar las siguientes
etapas: Convertir la señal, modificar el nivel de la
señal; linealizar la respuesta; y filtrar la señal.
Para analizar el funcionamiento de estos sistemas, es
necesario manejar con soltura los conceptos que
describen el funcionamiento de los circuitos de
corriente continua y el empleo de amplificadores para
la aplicación final de la medida de tensiones eléctricas.
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22. sensores
 Es un dispositivo diseñado para recibir información de
una magnitud del exterior y transformarla en otra
magnitud, normalmente eléctrica, que permite
cuantificar y en algunos casos manipular la señal de
entrada .
Ing. Carlos Murillo IUTAG 22

23. Características de los sensores
 Estáticas
 Dinámicas
Ing. Carlos Murillo IUTAG 23

24. Características estáticas de los
sensores
 Son las que describen la actuación del sensor en
régimen permanente (DC) o con cambios muy lentos
de la variable de entrada .
Ing. Carlos Murillo IUTAG 24

25. Características estáticas de los
sensores
 Campo de medida
 Resolución
 Precisión
 Exactitud
 Repetibilidad
 Linealidad
 Sensibilidad
 Histéresis
Ing. Carlos Murillo IUTAG 25

26. Características estáticas de los
sensores
 Campo de medida: es el rango de valores de la
magnitud de entrada comprendido entre el máximo y
el mínimo detectables por un sensor, con una
tolerancia de error aceptable.
Ing. Carlos Murillo IUTAG 26

27. Características estáticas de los
sensores
 Resolución: Indica la capacidad del sensor para
discernir entre valores muy próximos de la variable de
entrada. Se mide por la mínima diferencia entre dos
valores próximos que el sensor es capaz de distinguir.
 valor absoluto de la variable física
 porcentaje respecto al fondo de escala de la salida
Ing. Carlos Murillo IUTAG 27

28. Características estáticas de los
sensores
 Precisión: define la máxima desviación entre la
salida real obtenida de un sensor en determinadas
condiciones de entorno y el valor teórico de dicha
salida que corresponda en idénticas condiciones,
según el modelo ideal especificado como patrón.
 valor absoluto
 Porcentaje fondo de escala
Ing. Carlos Murillo IUTAG 28

29. Características estáticas de los
sensores
 Repetibilidad: Característica que indica la máxima
desviación entre valores de salida obtenidos al medir
varias veces un mismo valor de entrada, con el mismo
sensor y en idénticas condiciones ambientales
Ing. Carlos Murillo IUTAG 29

30. Características estáticas de los
sensores
 Linealidad: Se dice que un transductor es lineal, si
existe una constante de proporcionalidad única que
relaciona los incrementos de señal de salida con los
correspondientes incrementos de señal de entrada, en
todo el campo de medida.
Ing. Carlos Murillo IUTAG 30

31. Características estáticas de los
sensores
 Sensibilidad: Característica que indica la mayor o
menor variación de la salida por unidad de la
magnitud de entrada. Un sensor es tanto más sensible
cuanto mayor sea la variación de la salida producida
por una determinada variación de entrada
Ing. Carlos Murillo IUTAG 31

32. Características estáticas de los
sensores
 Histéresis: Es la diferencia máxima que se observa en
los valores indicados por el índice o pluma del
instrumento para un mismo valor cualquiera del
campo de medida cuando la variable recorre toda la
escala en ambos sentidos ya sea ascendente o
descendente
Ing. Carlos Murillo IUTAG 32

33. Características dinámicas de los
sensores
 Son las que describen el comportamiento en régimen
transitorio (AC) del sensor a base de dar una respuesta
temporal ante determinados estímulos estándar.
Ing. Carlos Murillo IUTAG 33

34. Características dinámicas de los
sensores
 Velocidad de Respuesta
 Tiempo de Retardo
 Tiempo de Establecimiento
 Tiempo Muerto
Ing. Carlos Murillo IUTAG 34

35. Características dinámicas de los
sensores
 Velocidad de respuesta: es la capacidad de un sensor
para que la señal de salida siga sin retrasos las
variaciones de la señal de entrada.
 Tiempo de retardo: es el tiempo transcurrido desde
que la salida alcanza el 10% hasta que llega por primera
vez al 90% de dicho valor
Ing. Carlos Murillo IUTAG 35

36. Características dinámicas de los
sensores
 Tiempo de restablecimiento: es el tiempo
transcurrido desde la aplicación de un escalón de
entrada hasta que la respuesta alcanza el régimen
permanente, con una tolerancia de +/- 1 %
 Tiempo muerto o tiempo de retardo: Intervalo de
tiempo desde que la señal aparece en la entrada del
sensor y el momento que la respuesta se ve en la
salida.
Ing. Carlos Murillo IUTAG 36

37. Unidad II
Sensores Biomédicos
Ing. Carlos Murillo IUTAG 37

38. Clasificación de los sensores
 según el tipo de señal de entrada.
 Según la señal entregada por el sensor
 Según la naturaleza de la señal eléctrica
generada.
Ing. Carlos Murillo IUTAG 38

39. Según el tipo de señal de entrada
 Mecánica
 Térmica
 Eléctrica
 Magnética
 Radiación
 Química
Ing. Carlos Murillo IUTAG 39

40. Según el tipo de señal de entrada
 Mecánica: Ejemplos: longitud, área, volumen, masa,
flujo, fuerza, torque, presión, velocidad, aceleración,
posición, acústica, intensidad acústica.
Strain Gages
Ing. Carlos Murillo IUTAG 40

41. Según el tipo de señal de entrada
 Térmica: Ejemplos: temperatura, calor, entropía, flujo
de calor.
 Eléctrica: Ejemplos: voltaje, corriente, carga,
resistencia, inductancia, capacitancia, constante
dieléctrica, polarización, campo eléctrico, frecuencia,
momento dipolar.
termistor
Ing. Carlos Murillo IUTAG 41

42. Según el tipo de señal de entrada
 Magnética: Ejemplos: intensidad de campo, densidad
de flujo, momento magnético, permeabilidad.
 Radiación: Ejemplos: intensidad, longitud de onda,
polarización, fase.
Dosímetro TAC Tomógrafo (TRM)
Ing. Carlos Murillo IUTAG 42

43. Según el tipo de señal de entrada
 Química: Ejemplos: composición, concentración,
oxidación/potencial de reducción, porcentaje de
reacción, PH.
 Sensor de O2
Ing. Carlos Murillo IUTAG 43

44. Según la señal entregada por el
sensor
 Sensores analógicos.
La gran mayoría de sensores entregan su señal de
manera continua en el tiempo. Son ejemplo de ellos los
sensores generadores de señal y los sensores de
parámetros variables
Fotoresistencias
Ing. Carlos Murillo IUTAG 44

45. Según la señal entregada por el
sensor
 Sensores digitales.
Son dispositivos cuya salida es de carácter discreto.
Son ejemplos de este tipo de sensores: codificadores de
posición, codificadores incrementales, codificadores
absolutos, los sensores autoresonantes (resonadores de
cuarzo, galgas acústicas).
Sensor Temp. Humedad
Ing. Carlos Murillo IUTAG 45

46. Según la Naturaleza de la Señal
Generada
 Moduladores: Son aquellos que generan señales
representativas de las magnitudes a medir por
intermedio de una fuente auxiliar. Ejemplo: sensores
de parámetros variables (de resistencia variable, de
capacidad variable, de inductancia variable).
Ing. Carlos Murillo IUTAG 46

47. Según la Naturaleza de la Señal
Generada
 Generadores: Son aquellos que generan señales
representativas de las magnitudes a medir en forma
autónoma, sin requerir de fuente alguna de
alimentación. Ejemplo: sensores piezoeléctricos,
fotovoltaícos, termoeléctricos, electroquímicos,
magnetoeléctricos.
Ing. Carlos Murillo IUTAG 47

48. Gracias
Ing. Carlos Murillo IUTAG 48