AMPLIFICADORES DE INSTRUMENTACIÓN PARA LA MEDICIÓN DE LOS BIOPOTENCIALES
Hola alumnos, se acercan las vacaciones de semana santa y nosotros tenemos que continuar trabajando, el tema que vamos a tratar a continuación es el de los amplificadores de instrumentación para medición de biopotenciales.
A continuación les paso algunos videos en los que se muestra como se debe presentar una práctica de laboratorio de este tipo, todo cuenta desde el reporte, hasta la práctica experimental según el criterio que se maneje, les pido que pongan muchísima atención porque ustedes en el nivel que se encuentran deben estar a la altura para poder aprobar de forma debida esta materia.
Video 1: Introducción y repaso de lo que son las bioseñales y cómo se obtienen, estoy pasando este video para tratar de integrar un poco los conocimientos pues con las vacaciones de Semana Santa se puede haber olvidado algo importante que deban considerar.
Video 2 : Diagramas a bloques de circuito para la obtención de ECG y explicación en pizarrón de c/u de los contenidos de los bloques por alumnos de la Universidad Industrial de Santander, España. Esta Universidad tiene un excelente modelo de trabajo con sus alumnos y se nota en la forma en que estructuran, describen y explican los contenidos de su práctica los alumnos. Como profesora les hago la observación a los alumnos de que si bien su explicación es buena, para mis alumnos yo exigiría una mejor calidad de la señal de ECG obtenida :D a mi no me gustó mucho la calidad y filtraje de la señal de ECG que mostraron en su práctica le faltó filtrado y calidad a esa bioseñal, la parte teórica está muy bien y bien fundamentada pero no trabajaron suficiente en la parte práctica.
Video 3 : Obtenciòn de señal de biopotencial de EMG por equipo de alumnos muy jovencitos y bastante inteligentes :D que están estudiando la carrera de Ing. Biomédica :D, es un excelente esfuerzo y muy bien presentado en su trabajo, obtuvieron la señal EMG del Biceps en forma analógica con un diseño en protoboard muy bien explicado tomando en consideración su edad :D, sólo les faltó agregar la etapa de rectificación e integración de la señal para obtener mejor calidad de resultados y agregar la interfaz hacia una computadora pero la señal analógica que obtuvieron en el osciloscopio de esta señal es muy buena. Se nota el interés por aprender de estos jóvenes por eso es muy importante la educación STEM y la práctica en laboratorios.
Video 4 Adquisiciòn de señal de ECG en esta presentación de trabajo de alumnos se describe e integra un poco mejor el conocimiento previo adquirido, y se obtiene una señal invertida de ECG con un poco de mejor calidad de la del video 2, aquí les sugiero a los alumnos que recuerden que en una práctica de laboratorio de Bioinstrumentación I que presenten todo es muy importante, desde el reporte escrito, la integración de sus conocimientos y la parte práctica y todo se califica sin importar la edad yo en lo personal quedé gratamente sorprendida con los jovencitos principiantes que presentaron su señal de EMG de estos trabajos que seleccioné el mejor que ví es el de ellos.
Video 5: University Challenge, prototipo de EOG presentado por Luis Eduardo Lara de 22 años y Arturo Moncada de 21 años de la UIA, lo que me gusta de este video además de la obtención de la bioseñal es que menciona la utilidad práctica de la obtención de la señal de EOG para el control y manejo de dispositivos que apoyen a las personas con discapacidad a tener una mejor calidad de vida.
Video 6: Este es un jovencito mucho menor que también obtiene la señal de EOG en el osciloscopio, pero le hizo falta presentar un poco mejor sus resultados, de ahí la importancia del trabajo en equipo, este joven si está trabajando sólo su práctica y no se ve al resto de sus compañeros de trabajo en el tiempo de práctica, él solo está haciendo su mejor esfuerzo pero sus compañeros no están ahí, eso también lo notan los profesores y obvio que se hace también un cuestionamiento individual a la hora de que presentan la práctica en conjunto y no todos pasarán. El tiempo de práctica en laboratorios es muy importante y de ahí la importancia de que todos los alumnos lo aprovechen de forma debida para que logren el aprendizaje deseado.
El aprendizaje significativo también requiere de la disciplina para el estudio por parte de los alumnos en su propio beneficio.
Les paso nuevamente el link del libro de Webster para que vayan estudiando este tema les pido de favor a todos aquellos alumnos que no tengan buenas bases previas que repasen el capítulo 3 completo y pidan apoyo a sus compañeros que si hayan cursado las materias previas de circuitos eléctricos, electrónica I, II y III y sistemas digitales, además de repasar también sus materias de Morfología Humana, Fisiología o Fisiopatología.
Estos temas son muy importantes para todos ustedes les anexo a continuación un modelo de Tesis Doctoral intitulado "Amplificadores de Instrumentación en aplicaciones biomédicas ".
LINK DE TESIS DE GRADO DOCTORAL:
Spinelli Enrique Mario, "Amplificadores de Instrumentación en aplicaciones biomédicas", Tesis de grado para obtener doctorado en Ingeniería por la Universidad de la Plata, está tesis fué dirigida por el Dr. Miguel Ángel Mayovsky y Codirigida por el Ing. Nolberto Martinez.
1. Hacer el análisis completo del siguiente circuito :
2. Basándose en la tarjeta enmicada de los transductores obtener las ganancias de los amplificadores de instrumentación, hacer los cálculos y el diseño de amplificadores de instrumentación para obtener los siguientes biopotenciales.
ECG, EEG, EMG y EOG.
3. Buscar los data sheets de los siguientes circuitos IC 741, TL081, TL084 y AD 620 y hacer el diseño apropiado de los amplificadores de instrumentación para los biopotenciales ECG, EEG, EMG y EOG con ellos, de forma completa, considerando acoples de impedancia y valores de las resistencias.
4. Definir, explicar e ilustrar el concepto y fórmulas de CMRR (Common Mode Rejection Ratio) y explicar ¿Cuál es la importancia y utilidad de este concepto a la hora de diseñar un amplificador de bioinstrumentación para obtener los distintos Biopotenciales.
5. Favor de consultar las especificaciones técnicas y normatividad para construir un equipo biomédico para obtener biopotenciales que sea a la vez seguro para el paciente.
Hola alumnos, el día de hoy es la fecha límite para que suban sus carpetas con las evidencias de sus tareas y actividades de las 5 Clases para que puedan ser revisadas y calificadas en tiempo y forma.
No olviden que en cada clase se pidieron 5 actividades y Tareas distintas (c/u con valor de 2 puntos y en cada clase esas actividades se califican de 0 a 10). El promedio de las 5 Clases les dará su calificación de la parte teórica, pero esto sólo se podrá asentar si antes pasan y acreditan también el laboratorio correspondiente de la materia.
Tienen el tiempo de la clase para terminar sus actividades y subirlas en su carpeta de Google Chrome.
Yo voy a continuar con las clases normales y revisaré y calificaré cuando ya se haya subido el grupo completo.
Recuerden que si se les hacían muy pesadas las tareas y actividades que pedía por clase es que no sólo eran simples tareas, también iban a contar con fines de evaluación a distancia.
Es importante que suban sus carpetas de evidencias para que yo pueda continuar con la EVALUACIÓN y tenga tiempo de informarles sus resultados antes de que se suban al SAES.
Recuerden que en su caso dado que la materia es teórico-práctica yo no subiré ninguna calificación hasta que sus profesores de Laboratorio me informen sus resultados de la parte práctica.
Hola alumnos, el día de hoy nos toca ver un tema bastante interesante que es el de los distintos tipos de electrodos que se utilizan para medir los biopotenciales y su estructura y características generales, y este es un tema bastante interesante pues de la buena calidad del diseño de los electrodos para medir los biopotenciales depende muchísimo la calidad de la señal que se obtendrá en los mismos, les paso la portada de un material didáctico en power point que he diseñado para el curso, lamentablemente no puedo pasar por este medio el material completo porque es muy extenso por lo que sólo pasaré algunas diapositivas del mismo.
Y debemos recordar otro hecho muy importante además del entender y realizar un buen diseño de los electrodos para medir los biopotenciales es muy importante también el hecho de adaptar una serie de estos electrodos en interfaces adecuadas desde el punto de vista médico para obtener señales biomédicas de utilidad y calidad diagnóstica para los médicos y enfermeras.
En la UPIBI-IPN se dedica la materia de Bioinstrumentación II para profundizar en los estándares, criterios, estudio y diseño de interfaces adecuadas para la medición de los biopotenciales.
Este tema es de gran interés para ustedes en esta materia porque para poder obtener la señal de ECG que les solicitan en el laboratorio deben tener buenos electrodos para medirla y tristemente he visto alumnos a los que les fallan sus prácticas debido a la carencia del conocimiento y uso de buenos electrodos para medirla o sensarla. Es bien sabio el dicho que para poder medir algo es necesario contar con un buen sensor o transductor y si no lo tienen por mucha innovación tecnológica que hagan no van a obtener ninguna señal :D.
Figura 1: Señal de Electrocardiografía.
Figura 2: Esquema general de un equipo de instrumentación Biomédica
Figura 3 : Pasos para el diseño y fabricación de un instrumento biomédico de calidad.
Figura 4: Esquema general de un equipo de instrumentación Biomédica.
Figura 5: Descripción de un sensor desde el punto de vista biomédico.
Figura 6: Existen diferentes métodos de sensado para medir y cuantizar un fenómeno y los transductores bioeléctricos ofrecen a la salida una señal electrica en respuesta a una señal de entrada originada por un ser vivo.
Figura 7: Una pregunta interesante es la diferencia entre los conceptos de SENSOR, TRANSDUCTOR Y ACTUADOR y que tienen que ver con la señal del fenómeno a medir.
(a)
(b)
(c)
(d)
Figuras 8 (a), (b), (c) y (d) es una traducción al español de la tabla 1.1 de Webster, lo hice por partes y en cuatro diapositivas, si se fijan en la cuarta columna se ve el método de sensado estándar. Como les comenté en la clase pasada es mejor que impriman la tabla 1.1 del Webster en la que aparece todo esto en idioma Inglés debido a que es muy importante para los Hispanohablantes el conocer los nombres de los transductores en ese idioma porque así aparecen en los DATASHEETS y especificaciones técnicas de los proveedores.
Figura 9: Algunas Aplicaciones, características de la señal primaria y transductores requeridos por sistemas Cardiovascular, Nervioso, etc.
Video 1 Descripción general de lo que son los biopotenciales desde el punto de vista de un estudiante de electrónica.
Video 2 Descripción de algunos tipos de electrodos y superficiales y su equivlente eléctrico del electrodo con la piel.
Video 3 : Interfaz de Electro encefalografía IEE, este video me gusta a mi mucho porque precisamente en las clases que he impartido en Bioinstrumentación II en la UPIBI les pido a mis alumnos que diseñen interfaces para medir distintos biopotenciales y me hacen el diseño de la gorrita que lleva puesta el profesor que da esta clase :D, pero a mis alumnos les queda más bonita porque usamos distintos materiales para hacer las gorritas de mejor calidad y utilidad para el diagnóstico.
Video 4: ¿Como hacer un electrocardiograma, lo interesante de este video para ustedes es observar los diferentes tipos de sensores que se utilizan y hacer una descripción de los mismos.
TAREAS Y ACTIVIDADES
CLASE # 5
1. Favor de Explicar, describir e ilustrar las características de los distintos tipos de electrodos utilizados para medir la señal de ECG (Electrocardiografía).
2. Favor de Explicar, describir e ilustrar las característicasde los distintos tipos de electrodos utilizados para medir la señal EEG (Electroencefalografía).
3. Favor de Explicar, describir e ilustrar las características de los distintos tipos de electrodos utilizados para medir la señal EMG (Electromiografía).
4. Favor de Explicar, describir e ilustrar las características de los distintos tipos de electrodos utilizados para medir la señal de EOG (Electrooculografía).
5. Favor de Explicar, describir e ilustrar las características de los distintos tipos de electrodos utilizados para medir la señal de EGG (Electrogastrografía).
Hola Alumnos el día de hoy, vamos a seguir con el interesante tema del origen y medición de los biopotenciales en el ser humano, este tema es muy importante para ustedes porque si revisan el Programa de Estudios en la sección de laboratorio en la primera práctica les piden que hagan un modelo electrónico práctico que represente a una célula.
No se si recuerden que la clase pasada hablamos acerca de las ecuaciones de Nernst y de Goldman para evaluar la fuerza electromotriz (emf por sus siglás en Inglés) y vimos que se expresa en mV.
También es importante repasar la diferencia que existe entre los conceptos de ánodo, cátodo, aníón y catión, ¿que quieren que les diga? de nuevo otros experimentos y controversias entre Galvanni y Volta.
Figura 1 : Explicación de otras de las controversias y discusiones al estilo 'italiano' de Galvanni vs Volta, lo bueno es que de esas discusiones entre intelectuales todo el mundo salió ganando algo más.
Es muy importante estudiar y entender con mucho cuidado y detenimiento los experimentos que ellos realizaron porque además de 'la electricidad animal' hicieron muchos trabajos más entre ellos los de las celdas electrolíticas y la galvanizacion. Saben ¿cuál es la diferencia entre el agua salada y el agua destilada? pues que una es conductiva debido al Na Cl que contiene y la otra no es conductiva, y este conocimiento además de ser de gran utilidad también tiene muchísimas aplicaciones prácticas.
Figura 2 : (a) y (b) Electroquímica descripción de una celda electrolítica de Cloruro de Sodio.
Figura 3 : medición del potencial de reposo de una célula, aquí es interesante ver que ese potencial de reposo es electronegativo (-80mV aprox).
Favor de estudiar los power points que aparecen en el siguiente link:
Video 1: La membrana celular y su circuito equivalente RC
Video 2: Potencial de acción en la membrana celular
Nuevamente volviendo con los experimentos de Galvanni sobre 'la electricidad animal' y lo que se observó en los experimentos cuyos videos observamos es un hecho muy interesante porque se pudo observar que estimulando el nervio se podía provocar la contracción de la pata de la ranita e incluso sus deditos. Esto quiere decir que hubo una transmisión eléctrica de la señal de neurona a neurona en una dirección específica y a través de las sinapsis entre las neuronas pero también hubo un punto de unión neuro-muscular en que el impulso nervioso que viene de la neurona se pasó al músculo y luego se logró la contracción muscular de la extremidad de la ranita muerta.
Figuras 4 (a) (b)(c)(d)(e) secuencia de imágenes en las que se observa el proceso de transmisión de la señal bioeléctrica desde las neuronas a través de la sinápsis, luego en la unión neuromuscular y luego la contracción del músculo y el efecto de esta contracción en una extremidad superior como es el brazo este es el tesoro de conocimiento que nos transmitió con sus investigaciones Luigi Galvanni :D
Video 5: Video explicativo y didáctico de la unión neuro muscular y su utilidad.
Figura 5: Uno de los grandes tesoros de los Ingenieros Biomédicos es el conocimiento profundo de la Bioelectricidad, los trabajos de Luigi Galvanni y Volta y sus aplicaciones al campo de la Medicina para el diagnóstico, tratamiento y diseño de nueva tecnología que apoye y contribuya a la salud de los pacientes.
1. Hacer una maqueta con material reciclado en la que describan la membrana celular, sus componentes y las funciones de c/u de estas partes agregando además el esquema eléctrico de la membrana celular. Algo similar a lo que aparece en la foto, lo pueden hacer con el material que gusten.
2. De la siguiente figura, y definir
a) ¿cuáles de los compuestos mencionados son electrolítos y cuales de estos son aniones y cuales son cationes?
b) ¿cuáles son los metabolitos y cuál es su importancia dentro del organismo?
c) Porqué cambia el pH dentro y fuera de la célula.
3. Favor de Explicar, describir e ilustrar en una hoja el Modelo de Hodking -Huxley de la membrana celular que aparece a continuación definiendo y describiendo además los Conceptos de Capacitancia, inductancia Resistencia, Impedancia, Conductancia y fuentes de D.C. y relacionándolo todo con los componentes de la membrana celular.
3. Favor de hacer una maqueta con material reciclado o un dibujo a colores en el que aparezcan dos o 3 neuronas completas y conectadas y se describa a detalle lo que ocurre en la hendidura sináptica.
4. Favor de hacer una maqueta con material reciclado o un dibujo en el que aparezca la unión mio neural y se explique a detalle como se transmite la señal bioeléctrica del nervio al músculo.
5. Favor de mostrar y describir el circuito electrónico que diseñaron ustedes para la práctica 1 del laboratorio en el que describen el Modelo electrónico de una célula y en el que describan la ecuación de Nernst, Goldman y cómo generaron o simularon el potencial de acción de una membrana celular, incluir por favor el diagrama electrónico completo del circuito diseñado para su práctica.
+Luigi+Galvani+(+).jpg)
