SENZORI ȘI INSTRUMENTAȚIE DE MĂSURARE ÎN SISTEME MEDICALE (SIMSM)

2 ore de curs pe săptămână;2 ore de aplicații: Laborator (1 ora), Proiect (1 ora)Laborator (sala ED 306);Proiect (sala ED 117).Notare:

NF (max 100 p) = 0,5 NEx (max 50p) + 0,25 NP (max 25p) + 0,25 NL (max 25p)NEx ≥ 5(min 25p) si NP ≥ 5(min 12,5p) si NL ≥ 5(min 12,5p);Laboratorul în prima jumatate a semestrului instrumentație virtuală în LabVIEW, iar în a doua jumătate a semestrului achiziții de date de la procese reale sau simulate folosind plăci/module de achiziție și programarea în LabVIEW.

BibliografieG.Ionescu, V.Sgarciu – Traductoare pentru aplicații industriale, vol.1-1986, vol.2-1996, Ed.Tehnică.

V.Sgarciu, D.Popescu – Echipamente pentru măsurarea și controlul parametrilorde proces, Ed.Electra-ICPE, 2003.M.J. Usher – Sensors and Transducers, Mac Millan, 1985.Ian Sinclar – Sensors and Transducers, Elsevier, 2001.John Webster – Measurement, Instrumentation and Sensors, Handbook, CRC Press, 1999.

Ramon Pallas-Areny, John Webster – Sensors and Signal Conditioning, Second Edition, John Wiley & Sons, 2001.Edgar Callway – Wireless Sensors Networks, CRC Press, 2003.Jacob Fraden - Handbook of Modern Sensors, Ed.a-III-a, Springer, 2004.Brian Eggins – Chemical Sensors and Biosensors, J.Wiley, 2004.V.Sgarciu, G.Ionescu, M.St.Vlad – Traductoare și instrumentație virtuală, Ed.Printech, 2007.

BibliografieL.Sörnmo, P.Laguna - Bioelectrical Signal Processing in Cardiac and Neurological Applications; Biomedical Engineering, Elsevier, 2005, ISBN: 978-0-12-437552-9.R. Hudak, M. Penhaker, J. Majernik - Biomedical Engineering - Technical Applications in Medicine, InTech, 2012, ISBN 978-953-51-0733-0, 432.Eugene N. Bruce - Biomedical Signal Processing and Signal Modeling, ISBN-13: 978-0471345404, J.Wiley, 2001.

Pier Andrea Serra – Biosensors, InTech , 2010, ISBN 978-953-7619-99-2 Pier Andrea Serra - Biosensors - Emerging Materials and Applications, In Tech, 2011, ISBN 978-953-307-328-6

Gorton, L. - Biosensors and Modern Biospecific Analytical Techniques, Elsevier, 2005, ISBN: 978-0-444-50715-0.

Pier Andrea Serra - Biosensors for Health, Environment and Biosecurity, In Tech, 2011, ISBN 978-953-307-443-6.

Guang-Zhong Yang - Body Sensor Networks, Springer, 2006, ISBN-10: 1-84628-272-1.

BibliografieAjit Sadana, Neeti Sadana - Handbook of Biosensors and Biosensor Kinetics, Elsevier, 2010, ISBN: 9780444532626

Isaac N. Bankman -Handbook of Medical Imaging; Processing and Analysis Management, Elsevier, 2009, ISBN: 978-0-12-373904-9.Vernon S. Somerset - Intelligent and Biosensors, In Tech, 2010, ISBN 978-953-7619-58-9.

Kevin C. Honeychurch - Nanosensors for Chemical and Biological Applications, Elsevier, 2014, ISBN 978-0-85709-660-9

Toonika Rinken- State of the Art in Biosensors - Environmental and Medical Applications, In Tech, 2013, ISBN 978-953-51-1035-4 Toonika Rinken - State of the Art in Biosensors - General Aspects, In Tech, 2013, ISBN 978-953-51-1004-0.

Mijloace (echipamente) de măsurare

ECHIPAMENT DE MĂSURARE – Instrument de măsurat, software, etaloane demăsurare, material de referință sau aparat auxiliar, sau o combinație dintre acestea,necesare pentru a realiza un proces de măsurare - SR EN ISO 10012 – 2005MIJLOC DE MĂSURARE – Termen generic care desemnează un mijloc tehnicutilizat pentru obținerea, prelucrarea, transmiterea și / sau stocarea unor informații demăsurare - SR 13251 - 1996Cele mai reprezentative mijloace de măsurare sunt, în ordinea crescătoare acomplexității, dispozitivele de măsurare, traductoarele de măsurare, materialele(substanțele) de referință, măsurile, aparatele de măsurat și sistemele de măsurare.Sunt mijloace de măsurare și elementele unui sistem automat de măsurare, care aufuncții de obținere și prelucrare a informației de măsurare.Observație: Termenele “Echipament de măsurare” și “Mijloc de măsurare” sunt în fondsinonime.Sistemele de măsurare servesc la măsurarea simultană a unui număr mare de mărimi, transmiterea la distanță, selectarea, centralizarea și stocarea informației de măsurare; informația de măsurare prelucrată se utilizează în conducerea sau reglarea proceselor tehnologice.

Senzor versus traductor

Cuvintele “senzor” si “traductor” sunt pe larg folosite în cadrul sistemelor de masurare.Senzor - foarte popular în zona americana, în timp ce notiunea de traductor - frecventfolosita în zona europeana.

Cuvântul “senzor” este derivat din cuvântul latin sentire care înseamnã “a percepe”, în timp ce “traductor” din transducere care înseamnã “a traversa”. O definitie de dictionar atribuie cuvântului “senzor” semnificatia de “dispozitiv care detecteazã o schimbare într-un stimul fizic si o transformã într-un semnal care poate fi mãsurat sau înregistrat”, în timp ce pentru cuvântul “traductor” definitia este de “dispozitiv care transferã putere de la un sistem la altul în aceeasi formã sau în una diferitã”.Delimitare sensibilã între cele douã notiuni: se poate folosi cuvântul “senzor” pentru elementul sensibil însusi, iar cuvântul “traductor” pentru elementul sensibil si circuitele asociate; exemplificare: putem spune cã un termistor este un “senzor”, în timp ce un termistor plus o punte de mãsurare rezistivã (care transformã variatiile de rezistentã electricã în variatii de tensiune) este un “traductor”. În aceastã acceptiune rezultã cã toate traductoarele vor contine un senzor, iar majoritatea senzorilor (nu toate însã!) vor fi traductoare.

Senzori chimici (concentratie in gaze si lichide)

Exemple in industria auto (senzor de oxigen – sonda λ)

Senzori de temperatura si miscare (tacheti)

Senzori de viteza de translatie si unghiulara

Senzori de viteza de rotatie (pe fiecare roata)

Senzori interni pentru confort si siguranta

Un exemplu de termocuplu industrial (elemente constructive si prezentare

asamblata)

Rețele de senzori corporali wireless (wireless BSN – Body Sensor Network)

Monitorizarea corpului uman, folosind o rețea de senzori fără fir poate fi realizată prin atașarea acestor senzori pe suprafața organismului, precum și implantarea acestora în țesuturi;Concepuți special pentru rețele fără fir cu senzori de corp implantabili și ușor de purtat, arhitectura BSN își propune să stabilească un standard pentru dezvoltarea unei abordări comune față de monitorizarea generalizată;Figura din slide-ul următor ilustrează un exemplu simplificat al unei arhitecturi wireless BSN. Este reprezentat un pacient cu un număr de senzori atașați la corpul lui, fiecare senzor, de asemenea, fiind conectat la un mic procesor, un transmițător fără fir, o baterie, și toate împreună formând un "nod BSN Complex“ capabil de a se integra perfect cu mediile de acasă, birou și spital.

Rețele de senzori corporali wireless (wireless BSN – Body Sensor Network)

Reprezentarea schematică a arhitecturii BSN cu senzori wireless (externi) fixați "pe corp" și integrarea sa fără fir cu mediul de acasă, de la lucru, și de la spital

Câteva categorii de pacienți monitorizați cu BSN wireless

Monitorizarea pacienților cu boli cronice:Boli cardiovasculareAnomalii de ritm cardiac (de ex. fibrilația atrială)Complicații pe termen lung ca tahicardia

Cardiomiopatia medie și accidentul vascular cerebral

BSN-urile oferă șansa de a diagnostica aritmii cardiace mai devreme decât oricând în cazul grupurilor "de risc ", cum ar fi persoanele în vârstă, precum și capacitatea de a monitoriza evoluția bolii și răspunsul pacientului la orice tratament inițiat

Câteva categorii de pacienți monitorizați cu BSN wireless

Tensiunea arterială crescută (hipertensiune arterială)

BSN-urile ar permite medicilor să monitorizeze pacienții cu tensiune arterială aparent ridicată în timpul vieții lor zilnice normale, corelând acest lucru cu fiziologia lor, în scopul de a înțelege mai bine, nu numai procesul de boală, ci, de asemenea, pentru a decide ce terapie este bună pacientului și să-l monitorizeze ca răspuns la această terapie.

Câteva categorii de pacienți monitorizați cu BSN wireless

Diabetul zaharato bine-cunoscută boală cronică progresivă,produce mai multe complicații la alte organe

Monitorizarea pacienților spitalizați• un număr mare de pacienți cu diferite afecțiuni acute sunt tratați anual

• pacientii din spital primesc monitorizarea diferitelor niveluri de intensitate variind de la intermitent, la intensiv

Câteva categorii de pacienți monitorizați cu BSN wireless

Monitorizarea pacienților vârstniciBSN-urile se pot dovedi extrem de importante pentru monitorizarea grupurilor de populație "la risc", cum ar fi persoanele în vârstăDimensiunea acestui grup este previzionată să creascăIdentificarea unor metode de monitorizare a acestei populațiiConceptul de "un senzor de rețea acasă" pentru a monitoriza un pacient vârstnic

Monitorizarea omniprezentă a pacientului

Exemple de soluții BSN

Senzori de corpîncorporați în îmbrăcăminte

Echipamentul Cardionetics CTS2000

Exemple de soluții BSN

Figura prezintă modul în care o pompă de insulină este interfațată cu un corp uman

Exemple de senzori implantabili

The CardioMEMS Endosure wireless aneurism pressure- sensing device

Medtronic “Reveal Insertable Loop Recorder”

Exemplu de senzor pentru monitorizare presiune sanguină

Viitorul: Trecerea de la "Micro" la "Nano"

Un robot MEMS atașat la o celulă sanguină roșie

Un submarin MEMS injectat într-un vas de sânge

BibliografieBibliografieBibliografieMijloace (echipamente) de măsurareSenzor versus traductorSenzori chimici (concentratie in gaze si lichide)Exemple in industria auto (senzor de oxigen – sonda λ)Senzori de temperatura si miscare (tacheti)Senzori de viteza de translatie si unghiularaSenzori de viteza de rotatie (pe fiecare roata)Senzori interni pentru confort si sigurantaUn exemplu de termocuplu industrial (elemente constructive si prezentare asamblata)Rețele de senzori corporali wireless (wireless BSN – Body Sensor Network)Rețele de senzori corporali wireless (wireless BSN – Body Sensor Network)Câteva categorii de pacienți monitorizați cu BSN wirelessCâteva categorii de pacienți monitorizați cu BSN wirelessCâteva categorii de pacienți monitorizați cu BSN wirelessCâteva categorii de pacienți monitorizați cu BSN wirelessExemple de soluții BSNExemple de soluții BSNExemple de senzori implantabiliExemplu de senzor pentru monitorizare presiune sanguinăViitorul: Trecerea de la "Micro" la "Nano"