Bioinstrumentación

Dr. Rigoberto Martínez Méndez

Marzo 2016

¿Qué es la bioinstrumentación? • Uso de instrumentos bioelectrónicos para la grabación o transmisión de

información fisiológica • Conjunto de:

• Biología • Sensores • Interfaces electrónicas • Microcontroladores • Programación computacional

• Con el apoyo de disciplinas como: • Óptica • Mecánica • Matemáticas • Electrónica • Química • Ciencias computacionales

Ingeniería biomédica

La aplicación de la ingeniería tradicional para analizar y resolver problemas en biología y medicina.

Áreas de especialidad

• Bioinstrumentación • Biomateriales • Biomecánica • Ingeniería genética y tejido celular • Ingeniería clínica • Imágenes médicas • Cirugía ortopédica • Ingeniería de rehabilitación • Fisiología de sistemas

Generación de herramientas para el cuidado y restauración de la salud

BIOINSTRUMENTACIÓN

• Electrónica

• Análisis de señales

Ejemplos de aplicación

Temperatura

Ejemplos de aplicación

Presión o fuerza

http://mbed.org/cookbook/SCP1000-Pressure-Sensor

Midiendo Potenciales biológicos

Principios de los biopotenciales

Electrodos La función de los electrodos es acoplar los potenciales iónicos, generados dentro del cuerpo, a un instrumento electrónico

RMM

• Cuando un metal es colocado en una solución iónica se crea una distribución de cargas entre la solución y el metal

• Potencial de media celda (Half-cell potential)

Potenciales de media celda de metales importantes

RMM

1. Electrodos de Plata y Zinc están inmersos en una solución electrolitica. Calcula el potencial entre los electródos

2. Electrodos de Plata y Aluminio se colocan en una solución electrolitica. Calcula la corriente que fluirá a través de los electrodos sí la resistencia equivalente de la solución es igual a 2kW

¿Entonces por que se miden los potenciales en el cuerpo humano con electródos de un solo material?

Aplicaciones de los electrodos

• Detección de eventos bioeléctricos (ECG, EEG, EMG, etc.)

• Aplicación de impulsos terapéuticos al cuerpo (Desfibriladores, TENS, etc.)

• Aplicación de potenciales eléctricos para facilitar la liberación transdérmica de moléculas ionizadas para efectos locales y sistémicos (Iontoforesis)

• Caracterización de impedancia en AC de diferentes tejidos del cuerpo.

RMM

Metales más comunes para electrodos • Electrodos implantables

– Platino (generalmente en aleación con otro metal más duro)

– Oro – Iridio – Rodio – Paladio – Titanio – Zirconio – Tungsteno – Cromo

• Electrodos de superficie – Plata-Cloruro de plata (Ag/AgCl) – Otros metales

• Electrodos para estimulación – Hule silicón – Etileno vinil acetato (EVA foam) – Poliéster dopado con grafito – Ag/AgCl (No recomendados)

RMM

- Una delgada capa de gel electrolitico debe ser aplicada entre el metal y la piel para asi establecer un buen contacto eléctrico

- El ingrediente principal del gel es el agua adicionada con sales ionicas como cloruro de sodio o cloruro de potasio

Complejidades en la medición de biopotenciales

RMM

célula la de dentro iones

célula la de fuera ionesln

zF

RTE

Ecuación de Nernst Ecuación de Goldman

RMM

Complejidades en la medición de biopotenciales

Grasa corporal

Cross-Talking phenomenon

Factores que afectan las mediciones

Fatigue

Edad

Tamaño del músculo

Ruido Ambiental

Vibraciones mecánicas

Impedancia Electródo-Piel

Principios de los biopotenciales

Electrocardiografía (ECG)

Electromiografía (EMG)

Algunos usos de la EMG

Aplicaciones de los potenciales biológicos

Electroencefalografía (EEG)

Tipos de ondas normales

Beta: Despierto o en con actividad mental intensa Alpha: No actividad y relajación Theta: Meditación profunda Delta: Sueño profundo

Aplicaciones de los potenciales biológicos

Un ejemplo de aplicación

Sensores

Medición de CO2, O2

Multisensores

Estetoscopios

Dispositivos de apoyo

Máquinas de hemodiálisis Monitores de signos vitales en quirófanos

Incubadoras Respiradores mecánicos

Ejemplos de aplicación

Inerciales

MEMS = MicroElectroMechanical Systems

Implantes Sensores

Presión Aceleración Velocidad angular

Funcionamiento de los sensores inerciales

xkma

Ejemplos de aplicación de sensores inerciales en medicina

Monitoreo de actividad

Ejemplos de aplicación de sensores inerciales en medicina

Reanimación

Desempeño de atletas

Ejemplos de aplicación de sensores inerciales en medicina

Análisis de marcha y rehabilitación

Cirugía ortopédica Alineación •30% de las TKA resultan con algún grado de desalineación •20% de la revisiones de TKA son a causa de desalineaciones. •Un mal alineamiento causa dolores, daños posteriores y malestar.

Posición de pacientes inmovilizados

Prevención de neumonía por aspiración

Ulceras por presión

IMÁGENES MÉDICAS

• Análisis de señales

• Algoritmos

• Programación avanzada

Rayos X

Wilhelm Roengten 1895

Tomografía por emisión de positrones (PET)

Sustancias radioactivas (C-11, N-13) de corto tiempo de vida.

Imagen por Resonancia Magnética (MRI)

¿Peligros del MRI?

Ultrasonido

-Calentamiento -Cavitación

México y el desarrollo tecnológico

¿Mano de obra barata?

¿Dónde está tu límite?

08/04/2014 Rigoberto Martínez Méndez 47

Maestría en Ciencias de la Ingeniería

http://sc.uaemex.mx/mdci/index.php/dci

http://sc.uaemex.mx/mdci

08/04/2014 48

¡Gracias por su atención!

rigo@ieee.org

08/04/2014 Rigoberto Martínez Méndez 49