CLASE # 8 FILTROS ACTIVOS PARA LA OBTENCIÓN DE BIOPOTENCIALES ECG

 

CLASE # 8  

FILTROS ACTIVOS  PARA LA OBTENCIÓN DE BIOPOTENCIALES

Hola Alumnos, con los conocimientos adquiridos durante las clases # 6 y # 7 más la tarjeta de transductores enmicada del Webster pags. 10 y 11 del link del texto que les dí,

Ahora ustedes serán capaces de hacer los cálculos necesarios para la obtención de los Filtros Pasabanda y Rechazabanda necesarios para la obtención de Biopotenciales, en este caso los que más nos interesan son: ECG, EEG, EMG, EOG, etc.

Vamos a hablar un poco más de ésta tabla de transductores para que entiendan mejor su importancia,

Antes que Nada el título de la tabla 1.1 Es Parámetros Médicos Fisiológicos y esto es muy importante porque está basada en los parámetros conocidos de la Fisiología Humana que se enseñan en Medicina.

Obviamente todos los seres humanos tenemos distintos signos vitales en estado Normal y de Enfermedad pero no sobrepasan de ciertos rangos específicos, a esto se le denomina  frecuencia de trabajo del corazón y tiene un rango normal y uno en caso de patología.  así  por ejemplo en el caso del ECG, nosotros tenemos una frecuencia cardiaca normal de por ejemplo 70 latidos por minuto más menos 10 latidos en el adulto, eso quiere decir que la F.C. normal del adulto puede estar desde 60 hasta 80 latidos por minuto obvio varía según las condiciones de actividad de la persona, sabemos que la F.C. normal a veces se acelera con el ejercicio por ejemplo.  Pero también sabemos los que han llevado Fisiopatología Humana que existen condiciones de Enfermedad cardiaca que pueden alterar la Frecuencia Cardiaca, así se tienen casos de 40 latidos por minuto en el caso de la Bradicardia y Frecuencias de hasta 200 latidos por minuto en el caso grave de Taquicardia.

Pero los signos vitales también varían con la edad:

Figura 1a: Tabla de valores normales de Frecuencia Cardiaca en todas las edades.

 nota: Esta tabla tiene un pequeño error en las unidades de la Frecuencia cardiaca porque debería decir latidos por minuto y no pulsaciones por minuto.

Figura 1b: Otra Tabla de valores normales de Frecuencia cardiaca en todas las edades.

Nota: En esta tabla también falta completar las unidades y debe decir latidos por minuto en vez de /min.

Ahora que he mencionado estos términos esto es muy importante a la hora de diseñar nuestros filtros pasabandas y rechazabandas para hacer un ECG por ejemplo, porque deseamos que el ECG que utilicen los doctores no sólo sirva para detectar el estado cardiaco de los pacientes saludables, es obvio que deseamos que el aparato de ECG también pueda detectar enfermedades cardiacas como la Taquicardia o la Bradicardia y además esta señal es de tipo analógico y es muy importante por lo que no queremos que se distorsione a la hora de digitalizarla porque se podría perder algún razgo importante para el diagnóstico como podría ser alteraciones en la forma de onda o en el segmento ST o alguna otra característica importante. 

  Esto es  muy importante a la hora de diseñar equipos de uso médico porque no sólo deseamos hacer filtros activos para que el aparato detecte a los pacientes saludables, deseamos que el aparato sirva para diagnosticar enfermedades del corazón y también deseamos que nuestro aparato ECG sirva para atender a pacientes de todas las edades adultos niños o pedíátricos y no sólo en estado normal también en los casos de taquicardia o bradicardia graves y además deseamos que la señal analógica no sea distorsionada en su forma a la hora de digitalizarla. 

   La Tabla 1.1 del Webster tiene el rango de valores de los filtros recomendado por la AHA (American Heart Association) para que el equipo de ECG pueda ser utilizado para atender a todos los pacientes de cualquier edad y además recomienda que estos filtros activos pasabanda o rechazabanda sean de 2do. Orden para que puedan detectar sin ninguna distorsión la señal de ECG y la misma AHA recomienda que el rango de frecuencias de los filtros de un ECG sea de 0.01 a 250 Hertz para evitar distorsiones de la señal. 

    La pregunta interesante es ¿Cómo puedo convertir las unidades de latidos/minuto a Hertz o Radianes que son las unidades de los Gráficos de Bode que vimos en la Clase 7. pues multiplicando por 60 segundos que tiene un minuto podemos convertir de Hertz a latidos por minuto y dividiendo entre 60 segundos que tiene un minuto podemos hacer la conversión de latidos por minuto a Hertz. 

   Si nos vamos nuevamente a la tabla 1.1 del Webster y vemos que queremos un Electrocardiógrafo (ECG) en la Columna de "Parameter or Measuring Technique) ya habiamos visto que la columna 2 "Principal Measuremente Range of Parameter se tiene que la señal de ECG tiene un valor del rango de 0.5-4milivolts y para poderla visualizar de forma correcta se necesita amplificarla 1000 veces para poder observarla en el orden de los Voltios por esa razón a la hora de hacer nuestro amplificador de instrumentación se le dió una ganancia de 1000.

  Si nos vamos a la tercera colúmna de la tabla y nos indica "sigbnal Frecuency Range, Hz" y este es el rango de frecuencia de las señales recomendado para nuestros filtros pasabanda para poder detectar bien la señal de ECG en estado normal o patológico en pacientes de todas las edades, y ahí nos da un rango de 0.01-250 Hertz. y la pregunta es ¿Porqué? razón. 

Les anexo el fragmento de un texto:

"A partir de la década de 1980, prácticamente todos los electrocardiógrafos del mundo digitalizan la señal a partir de un amplificador, lo que, aunado a los filtros que reducen el nivel de ruido, ha permitido obtener un gráfico de mayor resolución y con menor relación señal:ruido que los logrados en los sistemas analógicos anteriores a este momento (1). Para esta digitalización, el teorema de Shannon/Nyquist establece que “una señal debe ser muestreada con una frecuencia por lo menos el doble del componente de máxima frecuencia en la señal” (2). Si la frecuencia de muestreo es menor a la mínima establecida por el teorema de Shannon/Nyquist, la resultante será una gráfica distorsionada y su contenido se perderá.

Para poder determinar la frecuencia de muestreo requerida es necesario, primero, determinar las frecuencias de “trabajo” del corazón. El número de latidos por minuto del corazón, dividido por 60, dará la mínima frecuencia de trabajo del corazón; esta frecuencia difícilmente será meEl número de puntos por segundo que el sistema adquiere (mejor conocido como tasa o frecuencia de muestreo) marca el nivel máximo en la frecuencia de señal que el equipo podrá representar fielmente. Tomando en cuenta el teorema de Nyquist, esta frecuencia deberá ser por lo menos el doble del filtrado de paso alto deseado. Las recomendaciones originales de la AHA hablaban de un filtro paso alto de 100 Hz, con lo que una tasa de muestreo de 250 a 300 muestras por segundo resultaría adecuada. Estudios realizados posteriormente encontraron que el filtro paso alto debería establecerse en un mínimo de 150 Hz, con una tasa de muestreo recomendada de por lo menos 2 a 3 veces el mínimo teórico de la frecuencia del filtro; es decir, una tasa de muestreo de 500 muestras por segundo aparenta ser adecuada. Estudios recientes han demostrado que estos datos no son suficientes para la adquisición de ECG en pacientes pediátricos, los cuales requieren que el filtro de paso alto se establezca en un mínimo de 250 Hz para mantener los errores de amplitud en menos de 25 mV en más del 95% de los casos (4), con lo que la tasa de muestreo deberá aumentar a un mínimo de 750 muestras por segundo.nor a 0,5 Hz, lo que corresponde a una frecuencia cardiaca (FC) de 30 latidos por minuto (lpm). Aparentemente esta frecuencia mínima resultaría adecuada, ya que difícilmente se encuentran en la práctica FC menores a 40 lpm (0,67 Hz) (3); sin embargo, el filtrado analógico (eliminación de frecuencias) a este nivel produce distorsiones significativas en el trazo del electrocardiograma (ECG), principalmente en el área donde los cambios de frecuencia y amplitud del trazo varían en gran medida; es decir, en el segmento ST. La aplicación de filtros digitales permite un corte más eficiente a menores frecuencias, con lo que las distorsiones en el área del punto J se minimizan; esto se logra a través de un filtrado de paso bajo retrógrado (de T hacia P) que es posible obtener cuando el sistema se monta en un computador; este filtrado retrógrado no es posible durante la impresión de trazos en “tiempo real”. Debido a lo anterior, la Asociación Americana del Corazón (AHA, por su sigla en inglés) en 1975 estableció la necesidad de un tercer filtrado de paso bajo de por lo menos 0,05 Hz, con lo que se eliminarán las distorsiones......"

A los que quieran estudiar el texto completo les anexo el link :

https://www.elhospital.com/temas/Analisis-de-la-frecuencia-de-muestreo-en-electrocardiografia+111828

Vamos a hacer algunos ejercicios: 

Si por ejemplo tomo el caso de la Bradicardia que dí un valor de 40 latidos/minuto ¿como lo puedo convertir  a hertz? Respuesta dividiendo entre 60 seg que tiene un minuto. 

40/60 = 0.67 hertz que es la frecuencia mínima que es de una bradicardia.

75  lat/minuto/60 = 1.25 latidos por segundo Herz que es la frecuencia normal

200 lat/minuto/60 =  3.33 hertz que  es la frecuencia de una taquicardia

Ahora la pregunta interesante es ¿Cómo puedo convertir las unidades de latidos/minuto a Hertz o Radianes que son las unidades de los Gráficos de Bode que vimos en la Clase 7. pues multiplicando por 60 segundos que tiene un minuto podemos convertir de Hertz a latidos por minuto y dividiendo entre 60 segundos que tiene un minuto podemos hacer la conversión de latidos por minuto a Hertz.  y en el caso de los radianes a hertz tenemos que existe una fórmula que nos indica como hacerlo como la que aparece en el siguiente ejercicio:

Figura 2: Fórmulas para convertir de Período T a Hertz y a radianes/segundo.

Clase # 8 Tarea:

Hacer las siguientes conversiones de Unidades basándose en la Figura 1a:

1. Si la Frecuencia Cardiaca (F.C.) normal de un paciente pediátrico recién nacido es de 120 a170 latidos por minuto, ¿ de cuantos Hertz sería el rango de esas frecuencias?

2. Si la Frecuencia Cardiaca (F.C.) normal de un lactante mayor es de 110 a 130 latidos por minuto, ¿de cuantos hertz sería el rango de esas frecuencias?

3. Si la Frecuencia Cardiaca (F.C.) normal de un niño de 6 a 8 años es de  110 a 115 latidos por minuto, ¿de cuantos hertz sería el rango de frecuencias?

4. Si la Frecuencia  Cardiaca (F.C.) normal de un adulto es de 60 a 80 latidos por minuto, ¿de cuantos hertz sería el rango de frecuencias?

5. Explicar y justificar la razón para el rango de 0.1 a 250 Hertz de la tabla 1.1 del Webster explicando los valores de conversión a latidos por minuto y los valores de Taquicardia y Bradicardia graves de pacientes recien nacidos, pediátricos y adultos basándose también en el link del artículo que les dí en esta clase. 

CLASE # 7 DISEÑO DE FILTROS ACTIVOS PARA BIOPOTENCIALES(CONTINUACIÓN)

 CLASE # 7

DISEÑO DE FILTROS ACTIVOS PARA BIOPOTENCIALES

CONTINUACIÓN

Favor de estudiar el siguiente material para filtros de primer orden:

http://www.unet.edu.ve/~ielectro/Filtros%20Activos.htm#:~:text=Filtros%20activos%20de%20primer%20orden%20pasa%20bajas%20y%20pasa%20altas&text=Los%20mismos%20utilizan%20un%20circuito,inversora%20se%20conecta%20una%20resistencia.

Para filtros de segundo orden ver el siguiente material

http://tutorialesdeelectronicabasica.blogspot.com/2019/08/filtros-de-segundo-orden-filtro-de-paso.html#:~:text=En%20los%20filtros%20activos%20de,es%20el%20inverso%20de%20Q.&text=Pero%20la%20ganancia%20de%20un,respuesta%20de%20frecuencia%20del%20filtro.

Favor de ver el siguiente  los siguientes videos:

Y en base al material estudiado contestar las siguientes preguntas:

1. Cómo se convierte un número de su forma polar a su forma cartesiana y viceversa

2. Como se convierte un número de su forma polar a su forma compleja y viceversa

3. Cómo se convierte un número de su forma fasorial a su forma polar y viceversa

4. Favor de hacer una tabla en la que pongas por un lado los filtros de 1o, 2do y 3er orden y del otro lado la cantidad de capacitores que tienen y en el caso de hacer su gráfico de Bode de Magnitud de que valor será la pendiente de c/u de estos filtros.

5.  Explicar porqué es importante el análisis de fracciones parciales para el análisis de la función de transferencia.

6. Explicar en base al link de Filtros de segundo orden que estudió lo que es la frecuencia natural de oscilación, el coeficiente de amortiguamiento  y cómo se distingue un sistema de 2do. orden crítico, sobre y subamortiguado.

7.  Favor de dibujar el gráfico de Bode de un sistema de 2do orden crítico, sobre y subamortiguado.

Figura 1: Diagrama de Bode de Magnitud y de Fase de un filtro pasabajas

8. Si para hacer un filtro pasa bandas o rechazabandas debes de conectar un filtro pasabajas y un filtro pasa altas de 2do. Orden favor de hacer el análisis el gráfico de Bode de Magnitud y de Fase.

Figura 2: Gráfico de Bode de Magnitud de un filtro pasabandas

Figura 3: Gráfico de Bode de Magnitud de un filtro rechaza Bandas

9. De la Figura  2 del filtro pasabandas favor de definir, explicar  y dar fórmulas de  los siguientes conceptos:

Ancho de Banda (B o Bw)

frecuencia de resonancia (fr)

frecuencia baja (FL)

frecuencia alta (FH)

Factor de calidad (Q)

10: De la Figura 3 del filtro Rechazabandas favor de definir, explicar y dar fórmulas de los mismos conceptos del punto 9 pero ahora para el rechazabandas.

CLASE # 6 FILTROS ACTIVOS PARA OBTENCIÓN DE BIOPOTENCIALES (1a Parte Repaso )

 

Hola alumnos, como les comenté a partír de esta clase iniciamos el material correspondiente a la 2da. Evaluación departamental, todos los cuestionarios que se pidan a partir de ahora deberán ser contestados e incluidos en otra carpeta que diga que son para el 2do. Departamental. 

Aquellos alumnos que se inscribieron más tarde debido a que solicitaron SOBRECUPO deberán contestar todos sus cuestionarios y verificar que aparezcan en las listas oficiales de lo contrario no se podrá asentar su calificación.

NO OLVIDEN QUE LA MATERIA ES TEÓRICO-PRÁCTICA y es requisito también el aprobar el laboratorio para poder asentar una calificación aprobatoria de Teoría. 

Continuemos con el programa y los contenidos de ésta clase.

CLASE # 6

FILTROS ACTIVOS PARA OBTENCIÓN DE BIOPOTENCIALES 

(1a Parte Repaso) 

En esta clase vamos a empezar con la importancia de la transformada de Laplace en el análisis de circuitos eléctricos RC y RL combinados con amplificadores operacionales, ustedes ya han tomado estas clases en sus cursos de Sistemas Dinámicos, e instrumentación y Control y ya deben estar familiarizados con éste tipo de análisis de circuitos, nosotros estamos dando esta revisión previa porque este tipo de análisis es muy importante para diseñar los filtros activos para la obtención de los biopotenciales.

Para los que deseen hacer un repaso de estos conocimientos existen textos en Español e Inglés que explican el tema, de nuevo les anexo el link de un texto

ESTE ES EL LINK DEL LIBRO "MEDICAL INSTRUMENTATION APPLICATION & DESIGN DE JOHN G. WEBSTER :d

http://fa.bme.sut.ac.ir/Downloads/AcademicStaff/3/Courses/4/Medical%20instrumentation%20application%20and%20design%204th.pdf

ESTE TEXTO ES MUY IMPORTANTE ES UNO DE LOS BÁSICOS DEL CURSO.

El tema de filtros activos aparece en el capítulo 3, página 108 de este texto. 

Para los que no dominen bien el Inglés existe un texto en Español, les anexo su ficha bibliográfica:

García Gonzales Ma. Teresa, Jiménez Gonzales Aida, Ortiz Pedroza Ma. del Rocío, Peña Castillo Miguel,  "Potenciales bioeléctricos: origen y registro", Editorial UAM Unidad Iztapalapa, Primera Impresión año 1998, Cd. de México. 

Aquí les anexo la portada.

Favor de ver los siguientes videos:

Video 1: Importancia de las transformadas de Laplace para el análisis de circuitos con amplificadores operacionales

Video 2: Importancia de la Función de Transferencia para el ánalisis de circuitos con amplificadores opearcionales

Video 3: Ejercicio de análisis de circuito con amplificadores operacionales

Video 4:  Diagramas de Bode a partir de la función de Transferencia

Video 5: Obtención de diagrama de Bode de Magnitud y Fase, y después  dibujo generado por MATLAB

Video 6: Obtención de diagrama de Bode de Magnitud y Fase y después análisis asintótico de las gráficas de Bode de Magnitud y Fase

En base a lo estudiado y visto en la presentación, más los conocimientos previos de otras materias, favor de contestar el siguiente cuestionario:

1.  ¿Porqué es importante el tener conocimientos previos de Algebra y Transformadas de Laplace para poder hacer el análisis de circuitos con Resistencias, Capacitores y Bobinas que además contienen Amplificadores Operacionales (OPAMs)? (Ver videos 1 y 2)

2.  Definir y explicar  los conceptos de Resistencia, Bobina, Capacitor, Impedancia, Admitancia, Reactancia Capacitiva y reactancia Inductiva.

3.  Favor de buscar tablas,  dibujar el circuito  y poner los valores equivalentes de:

a)  2 Resistencias iguales en serie y en paralelo

b) 2 Capacitores  iguales en serie y en paralelo

c) 2 Bobinas iguales en serie y en paralelo

3. Favor de buscar tablas, dibujar el circuito  y poner los valors equivalentes de:

a) 2 Resistencias distintas R1 y R2 en serie y en paralelo

b) 2 Capacitores distintos C1 y C2 en serie y en paralelo

c) 2 Bobinas distintas L1 y L2 en serie y en paralelo.

4. Favor de dibujar y poner las fórmulas que realacionan el voltaje v(t) vs la corriente i(t) de:

a) La resistencia

b) El capacitor

c) La bobina

5. Favor de Obtener la transformada de Laplace de las fórmulas del problema 4 de Resistencia, Capacitor y Bobina.

6. Favor de dibujar circuitos RC, RL y RLC en serie y en paralelo y sacar su impedancia equivalente y resolver.

7. Favor de explicar ¿Qué es y para que sirve el obtener la función de transferencia de un circuito eléctrónico con OPAMs, Capacitores, Bobinas y Resistencias y cómo analizarías esa F.T. antes de antitransformar los resultados. 

8. Favor de dibujar configuraciones de circuitos derivadores e integradores RC de 1er Orden con OPAM's y hacer el análisis para la obtención de su Función de Transferencia

9. Favor de dibujar configuraciones de circuitos derivadores e integradores RC de 2do Orden con OPAM's y hacer el análisis para la obtención  de la Función de Transferencia

10: Favor de Dibujar los diagramas de Bode de Magnitud y Fase de los circuitos derivadores e integradores RC de 1er y 2do Orden con OPAM's   y decir según el Bode de Magnitud si son circuitos Pasa Bajas o Pasa Altas y cuál es la pendiente en DB/DECADA de c/u de estos circuitos.

CLASE # 5 EL AMPLIFICADOR DE INSTRUMENTACIÓN REPASO

CLASE # 5 

EL AMPLIFICADOR DE INSTRUMENTACIÓN

De hecho este tema ya lo deben tener bien aprendido desde sus clases de circuitos electrónicos, el amplificador de instrumentación básico se puede realizar utilizando 3 amplificadores operacionales básicos y una serie de resistencias en un arreglo como el siguiente:

Figura 1: Amplificador de instrumentación de 3 OPAMs

Y se puede hacer el análisis por nodos para obtener la función de transferencia simplificando la tarea un poco a la hora de separar la etapa pre amplificadora de la etapa diferencial,  ustedes ya deben de conocer bien todas las configuraciones de OPAM'S

Figura 2: Etapas pre amplificadora y diferencial de un amplificador de instrumentación

Para aquellos que no las recuerdan bien les anexo la siguiente imagen:

Figura 3: Algunas configuraciones de amplificadores operacionales y sus voltajes de salida, relacionados con los voltajes de entrada.

Ahora bien el analisis del circuito en la configuración AMPLIFICADOR DE INSTRUMENTACIÓN por NODOS les aparece en los videos 1 y 3, y en el video 2 aparecen algunos de sus usos y aplicaciones para obtener señales biomédicas. 

Video 1

 

Video 2

Video 3

 Otro de los puntos básicos a la hora de diseñar un amplificador de instrumentación con OPAM's para uso biomédico es la consulta de los datasheets de los circuitos que se pueden usar para hacerlo, en este caso para fines de explicación escogeré dos DATASHEETS de amplificadores operacionales que se utilizan frecuentemente en este tipo de diseños.

https://pdf1.alldatasheet.com/datasheet-pdf/view/53589/FAIRCHILD/LM741.html

https://www.ti.com/lit/ds/symlink/tl081.pdf?ts=1602534156163&ref_url=https%253A%252F%252Fwww.ti.com%252Fproduct%252FTL081%253FHQS%253DTI-null-null-alldatasheets-df-pf-SEP-wwe%2526DCM%253Dyes%2526dclid%253DCJrNqPTwr-wCFQweoQod9osE_Q

Obvio que todo buen ingeniero puede utilizar una infinidad de componentes distintos en sus diseños, esto se debe principalmente a la facilidad de conseguirlos dentro de sus respectivos países. 

En la actualidad, ya existen amplificadores de instrumentación en paquete esto es que dentro de cada C.I. ya están contenidos los 3 OPAM'S obvio que esto ayuda un poco pero también puede complicar pues en muchos de estos circuitos sólo se puede cambiar la resistencia para dar la ganancia y no es posible variar el CMRR.  Tal es el caso del conocido circuito AD620 cuyo DATASHEET pueden consultar en el siguiente link:

https://pdf1.alldatasheet.com/datasheet-pdf/view/48090/AD/AD620.html

Antiguamente, los ingenieros contaban con manuales de circuitos de papel para consultar los circuitos que les interesaba utilizar y sus características, eso sigue siendo una buena práctica para los ingenieros pues muchos de ustedes cuando sólo consultan desde sus dispositivos las hojas de especificaciones técnicas de estos circuitos se enfocan sólo en cómo se conectan las patitas de los circuitos y no analizan bien todas las características del producto que están utilizando lo cuál redunda mucho en la calidad y el uso del producto que están utilizando.

Como les comentaba, esto es sólo un repaso de lo que ustedes ya deben conocer de otras materias que ya deben de haber cursado, en caso contrario les toca a ustedes la responsabilidad de estudiar más a fondo este tema, aquí yo sólo me concentraré en la función de transferencía del amplificador de instrumentación y otras caracterísitcas que considero de interés. 

Los que deseen profundizar más sobre este tema pueden consultar el libro de Webster, en el capítulo 3, les anexo el link, nuevamente:

ESTE ES EL LINK DEL LIBRO "MEDICAL INSTRUMENTATION APPLICATION & DESIGN DE JOHN G. WEBSTER :d

http://fa.bme.sut.ac.ir/Downloads/AcademicStaff/3/Courses/4/Medical%20instrumentation%20application%20and%20design%204th.pdf

ESTE TEXTO ES MUY IMPORTANTE ES UNO DE LOS BÁSICOS DEL CURSO.

Como comentabamos con anterioridad lo importante en cada uno de estos amplificadores de intrumentación de OPAM'S es llegar a obtener la función de transferencia que si bien recordarán vieron cuando estudiaron el capítulo 1 del libro de Webster.

Figura 4: Valor de amplificación diferencial y a modo común de un amplificador de instrumentación de 3 OPAMs

Figura 5 Uno de los puntos de ajuste de ganancia de un amplificador de instrumentación

Figura 6 Amplificador de instrumentación con una resistencia variable :D

Ahora bien, ya que tenemos esta función de transferencia es importante el poder hacer el cálculo de las resistencias del circuito que nos darán la ganancia, pero también es importante el recordar que cuando se hace un diseño con OPAM's discreto es importante hacer también el ACOPLO DE IMPLEDANCIAS ENTRE LAS DISTINTAS ETAPAS, y en el caso del amplificador de instrumentación tienen 2 etapas, la etapa pre amplificadora y la etapa diferencial.

Con todos estos conocimientos más la tarjeta de transductores que hicieron de la tabla 1.1 del webster podremos empezar a trabajar en el diseño de nuestros amplificadores de instrumentación para obtener las distintas señales de los biopotenciales. :D

Favor de hacer las siguientes actividades y contestar las preguntas:

1. Hacer el análisis de nodos completo de un amplificador de instrumentación de la figura 1 utilizando impedancias y obtener la Función de Transferencia del mismo (Recuerden que cuando se trabaja con impedancias están trabajando en el plano S y utilizan Transformadas de Laplace.

2. Explicar porqué estoy sugiriendo que se utilice impedancias y Transformada de Laplace para el análisis de este circuito, justificar su respuesta.

3. Explicar en base al análisis de los DATASHEETS de los OPAM LM741 y TL081 ¿Cuál es más conveniente para ser usado en los diseños de circuitos de uso biomédico y en la obtención de las señales de Biopotenciales y justificar su respuesta.

4.  De la Figura 4, Podrían ¿explicar la diferencia entre ganancia a modo diferencial y ganancia a modo común? de un amplificador de instrumentación.

5. En la figura 5 aparece una resistencia que se puede variar para ajustar la ganancia de un Amplificador de instrumentación, ¿Podrían indicar otra resistencia dentro de ese circuito que sirva para ajustar o dar más ganancia a un amplificador de instrumentación? indicar cuál es y en donde se localiza. 

6. De la figura 6, explicar ¿Porqué razón se varia R3? y ¿Cuál es el propósito de hacerlo?

7.  Favor de explicar que es el CMRR ¿Cuál es su fórmula y sus unidades?

8.  Favor de explicar todas las características, ventajas y desventajas del uso del circuito integrado (CI)

AD 620.

9. Haciendo uso de la tabla 1.1 del Webster que ya deben tener enmicada, favor de hacer el cálculo de los valores de las resistencias del amplificador de instrumentación para obtener la señal de ECG.

10. Haciendo uso de la tabla 1.1 del Webster que ya deben tener enmicada, favor de hacer el cálculo de los valores de las resistencias del amplificador de instrumentación para obtener la señal de EEG.

NOTA: LA PRIMERA EVALUACIÓN DEPARTAMENTAL SERÍA HASTA ESTE CUESTIONARIO

NO OLVIDAR ENTREGAR TODOS LOS CUESTIONARIOS RESUELTOS EN UNA SOLA CARPETA PARA SU EVALUACIÓN :D

CLASE # 4 DIFERENTES TIPOS DE ELECTRODOS Y TRANSDUCTORES

CLASE # 4 

 DIFERENTES TIPOS DE ELECTRODOS Y TRANSDUCTORES

 

Antes que nada de nuevo les paso el link del webster del que tienen ya tarea anterior:ESTE ES EL LINK DEL LIBRO "MEDICAL INSTRUMENTATION APPLICATION & DESIGN DE JOHN G. WEBSTER :d

http://fa.bme.sut.ac.ir/Downloads/AcademicStaff/3/Courses/4/Medical%20instrumentation%20application%20and%20design%204th.pdf

ESTE TEXTO ES MUY IMPORTANTE ES UNO DE LOS BÁSICOS DEL CURSO

No olviden que ya les había dejado de tarea que bajaran la tabla 1.1 del capítulo 1 del webster y la enmicarán para hacer una tarjeta de consulta porque la vamos a utilizar de forma constante no sólo en este curso sino en varios más.

Tampoco olviden que ya les había dejado de tarea que estudiasen el capítulo 1 del texto.

Favor de ver los siguientes videos: 

Video 1

Video 2

A continuación nuevamente les voy a pasar sólo algunas de las diapositivas de power point que tengo porque el archivo es muy extenso, los que deseen el archivo completo de esta presentación de Transductores deben solicitarlo a través de mi email para ver si cabe bien por ahí.

Figura 1: Portada de la presentacion power point

Figura 2: Esquema general de un equipo de instrumentación biomédica

Figura 3: Proceso de diseño de instrumentos biomédicos

Figura 4 Bloques que componen un sistema de instrumentación biomédica

Figura 5: diferencias entre transductor, sensor, actuador y señal

Figura 6: Principios Generales de Transducción

Figura 7.1 Señales biomédicas, rango de medida, frecuencia y Método  de Sensado estándar

 Figura 7.2 Señales biomédicas, rango de medida, frecuencia y Método  de Sensado estándar

Figura 7.3  Señales biomédicas, rango de medida, frecuencia y Método  de Sensado estándar

Figura 8 Algunos efectos de transducción utilizados

Figura 9. Algunos tipos de señales biomédicas 

Favor de contestar el siguiente cuestionario:

1. Del libro de Webster capítulo 1, explicar las carácterísticas estáticas y dinámicas de un equipo biomédico.

2. De las  figuras  2 y 4  explicar y describir claramente c/u de los bloques del esquema general de un equipo de instrumentación biomédica.

3. De la figura 5 explicar y describir claramente que es un sensor, un transductor, un actuador y que se entiende por señal a medir.

4. De la figura 6 explicar la diferencia entre un sensor y un transductor y explicar porqué es importante convertir a una señal de tipo eléctrico lo que se desea medir.

5. De las tablas de las figuras 7.1, 7.2 y 7.3 en que aparecen descritas las señales biomédicas de interés, los rangos y las frecuencias así como el tipo de transductor utilizado en Español, explicar ¿porqué razón les pido que se aprendan eso en idioma inglés?

6. En la figura 3, viene el proceso de diseño de instrumentos biomédicos, podrían hacerme una descripción clara de ¿cómo realizarían el proceso de diseño de un instrumento biomédico en su país, desde la concepción de su idea en el laboratorio, hasta su registro de patente y aprobación de acuerdo a las autoridades sanitarias para poder comercializarlo y utilizarlo de forma segura en sus pacientes ?

7. Explicar ¿porqué es muy importante para el registro y comercialización de un instrumento biomédico el que cuente con un datasheet completo con todas sus especificaciones técnicas?

8. Explicar ¿cómo realizarían las mediciones de todos los parámetros necesarios para poner en el data sheet.?

9. Explicar  ¿que entiende por las características estáticas: linealidad, Resolución, exactitud,  precisión y rango de medida?

10. Explicar ¿cómo podría calcular o medir las características dinámicas de un equipo de instrumentación biomédica?

CLASE # 3 PROPAGACIÓN DEL POTENCIAL DE ACCIÓN, SINAPSIS Y UNIÓN NEURO MUSCULAR

 CLASE # 3  PROPAGACIÓN DEL POTENCIAL DE ACCIÓN, SINAPSIS Y UNIÓN MIO NEURAL

Ver el siguiente los siguientes videos 

Y atender la siguiente explicación: 

Como vimos la clase anterior, es muy importante que uds. como alumnos cuenten con buenas bases de fisiología para entender lo que estamos estudiando.

Cómo vimos los potenciales de acción pueden viajar a través de la neurona y pasan de una neurona a la otra a través de la sinapsis neuronal, pero en algunas neuronas viaja más rápido que en otras porque existen neuronas que tienen una vaina de mielina y en estas el impulso viaja más rápido debido a los nódulos de ranvier. 

Figura 1

Figura 2

En realidad lo que está pasando es que el potencial de acción está viajando en una dirección, y de nuevo les paso la figura de ese potencial de acción, no olviden que esto lo vimos en las clases anteriores. 

Figura 3

Figura 4

Pero una vez que llegan al músculo esquelético esos impulsos nerviosos pasan a provocar la contracción del músculo gracias a que el impulso se transmite al músculo a través de la unión neuro muscular 

Figura 5

Figura 6

Figura 7

Pero volviendo al potencial de acción éste tambien se puede transmitir a otro tipos de músculos que tienen distintas características histológicas como es el caso del músculo cardiaco cuyas carácterísticas histológicas son las siguientes:

Figura 8

Figura 9 

Figura 10

Figura 11

CUESTIONARIO DE TAREA  

En base a lo visto en los videos y la explicacion contestar el siguiente cuestionario:

1. De las figuras 1 y 2 favor de explicar cuantos tipos diferentes de neuronas existen.

2. De las figuras 1 y 2 favor de explicar porqué ocurre el impulso saltatorio y cuál es su importancia

3. De las figuras 3 y 4 favor de explicar la sinapsis neuronal  y su importancia

4. De las figuras 5 y 6 explicar como están formados los sitios de la unión neuro-muscular y cuál es su importancia.

5. De la figura 7 favor de explicar ¿cómo se contrae el músculo esquelético?

6. De las figuras 6 y 7 favor de explicar la estructura histológica del músculo y¿ que es el sarcómero?

7. De la figura 8, favor de explicar la estructura histológica del músculo cardiaco y ¿cuál es su importancia?

8.  De los videos y de la figura  8, podrías explicar los diferentes tipos de tejidos que hay en el corazón y cuál es su importancia. 

9. De la figura 9 y 10  ¿ Podrías explicar a que se debe que en el potencial de acción del músculo cardiaco aparezca una meseta?

10 De la figura 11 ¿Favor de explicar el origen de la señal de ECG?

FINALMENTE FAVOR DE CHECAR EL SIGUIENTE LINK

ESTE ES EL LINK DEL LIBRO "MEDICAL INSTRUMENTATION APPLICATION & DESIGN DE JOHN G. WEBSTER :d

http://fa.bme.sut.ac.ir/Downloads/AcademicStaff/3/Courses/4/Medical%20instrumentation%20application%20and%20design%204th.pdf

ESTE TEXTO ES MUY IMPORTANTE ES UNO DE LOS BÁSICOS DEL CURSO.

LA PRIMERA TAREA DE ESTE LIBRO ES QUE BUSQUEN LA TABLA 1.1 DEL CAPÍTULO 1

Y LA IMPRIMAN Y LA ENMIQUEN PORQUE LA VAMOS A UTILIZAR A LO LARGO DE VARIOS CURSOS.

TAMBIEN QUE VAYAN ESTUDIANDO EL CAPÍTULO 1 DEL TEXTO.