Tema 3 Magnitudes Biofisicas

Bioinstrumentación Magnitudes biofísicas

José Javier Serrano Olmedo, GBT (ETSIT-UPM) 1

TEMA 3: Magnitudes biofísicas

ÍNDICE

• Magnitudes biofísicas

• Temperatura y calorimetría

• Movimientos corporales

• Sistema respiratorio

• Sistema circulatorio



¿De qué hablamos?

• Magnitudes biofísicas son la magnitudes físicas de interés en medicina:• Desplazamiento y volumen: muscular, crecimiento óseo• Presión en fluidos: sistema vascular, pulmonar• Caudal de fluidos: sangre, respiración• Presión interna: intestinal, intracraneal• Temperatura corporal• ¿Más?

“Magnitudes dimensionales, cinemáticas y dinámicas en tejidos y fluidos, además de la temperatura.”

• Transductores utilizados: convencionales + biocompatibilidad



Temperatura

• Temperaturas necesarias según dos criterios:• superficial o interna: con catéter, esofágica• local o integral (¿?).

• Características:• Margen dinámico de señal pequeño: 35º a 42º• Resolución alta innecesaria: 0,1º o 0,05º

• Termómetros:• De mercurio: en desaparición• Con termistores• Pirómetro de infrarrojos• De cristal líquido.



Calorimetría

• Calor producido por el cuerpo, medido por dos técnicas

• Medida directa

• Medida por intercambio de gases

• Necesaria para: investigación, desordenes metabólicos y medicina deportiva.

Constantan

Copper

Insulation layer

Thermocoupleconnection

Metal wallCooling tubes

T1

T2

Water in

Water out

Inlet thermometer

Outlet thermometerPolyvinyl chloride tubes



Calorimetría

Air in

Air out

T 1

T 2

Insulated chamber(polyurethane)

Thermometer

Thermometer



Movimientos corporales

• Medida de la movilidad de articulaciones

• Multitud de técnicas, algunas:

• Con goniómetros: de potenciómetro o extensímetro

• Con acelerómetros: piezoeléctrico o con extensímetros

• Con placas de fuerza

• Con procesamiento de imágenes.

• Con fotodetectores y

emisores pulsantes

• Detector de microondas.Vout = k θ

Vi

a

Plastic ribbons

Connecting rodsParallelogram

linkage

Triaxialgoniometer

b

Knee joint



Ejemplo: de medida de movimientos corporales

A/Dconverter

EMGreceiver

Cameracontrol

andInterface

Displaysystem

Walk way

Analog interface

Camera 1

Camera 2 Camera 3

Camera 4

EMGtransmitter

(option)

Forceplatforms(option)

Markers

Computer



Movimientos durante el sueño

Siesta datalogger



Sistema respiratorio• Medidas: pletismografía pulmonar (volumen<7L), flujo y

ritmo respiratorio, concentración de gases (N2, O2, CO2, anestésicos)

• Sensores mecánicos: • Bandas respiratorias: extensímetros de mercurio, de

condensadores, de galgas, con LVDT, etc.• Espirómetros: de respiración simple o múltiple• Pneumotacómetro para el flujo o espirómetro abierto• Pletismografía corporal total y respiratoria inductiva

• Sensores de gases: Espectrometría de masas, detectores de conductividad térmica, espectrometría de transmisión de infrarrojos, fotoacustimetría, espectroscopia de emisión, y espectrometría magnetoacústica.



Espirómetro cerrado

VL

TL

PA

Other signalprocessing

Strip-chartrecorder

Thermometer forspirometer gastemperature

One-wayvalves

Water seal

Bell

Uabs

Soda-limecanister

Pulmonarysystem

Spirometersystem

Mouthpiece

QAWO

Bloodflow

Kymograph

Counterweight

Rotationaldisplacementsensor

PS

VS

TS

FS x

FA x

Ubs

( )derivaVVdt

d

UVUV

S

L

SL

absSSbLL

−−≅⇒=

−−=+

ρρ

ρρ

0

····



Volúmenes pulmonares



Espirómetros abiertos o Pneumotacómetro

QFine meshscreen

Closely packedchannelsQ

∆P

(a) (b)

∆ P



Pletismografia: de cuerpo entero

V B

P L

V L

P B

Shutter

P L Flow Q

P B Lung

Pneumotachometer

Body plethysmograph



Sistema circulatorio

• Presión:

• con catéter y manómetro de diafragma externo,

• intravascular, e

• indirecto (esfigmomanómetro)

• Sonido: Estetoscopio/fonometría

• Flujo:

• Efecto doppler de ultrasonidos

• Flujómetro electromagnético

• Métodos de dilución de indicador: térmico y por tintado.

• Salida cardiaca

• Volumen: Pletismografía de miembros inferiores




Lower body

Upper body

Leftatrium

Rightatrium

Leftventricle

Rightventricle

Oxygenatedblood

Deoxygenatedblood

Lung









Medida de flujo por dilución con catéteres

Métodos de dilución de indicador: se inyectan las muestras por vena y se muestrean por arteria:

• térmico con muestra salina fría

• por tintado



Medida con flujómetro electromagnético:DC y AC

Ley de Faraday:e=B�L�u ->F = u�Area

L



Eliminación del voltaje de transformador

• Medida en AC mejor que en DC y con eliminación del voltaje de transformador



Ejemplo práctico de flujómetro electromagnético

Efectos a tener en cuenta:

• No idealidad de B

• Flujo sanguíneo no uniforme

• Conductividad relativa de lapared arterial/venosa y delfluido externo

• Variación de la composiciónde la sangre (hematocrito)



Ultrasonidos: ecografía, flujo sanguíneo

b



Flujómetros por Ultrasonidos• Propagación de ultrasonidos en fluido en movimiento• Generados con resonadores piezoeléctricos: 2- 10 MHz• Régimen de campo cercano (más enfocado) y lejano.• Las ondas tienen múltiples picos y valles en sección

Blood Arterialwall

Ultrasonictransducer

Ultrasonicbeam

Rotatingcatheter



Métodos de medida de flujo por ultrasonidos• De tiempo de tránsito: pulsados • Medida continua por efecto Doppler: simple y en cuadratura

para detección de sentido del flujo• Doppler pulsado: un mismo transductor para emitir y recibir,

que proporciona mucha más información• Doppler “laser”: los glóbulos rojos en movimiento desplazan

y ensanchan el espectro recibido.

Blood vessel

Dopplerangle

Scan head

Skin surfaceImage plane

RFamplifier

DetectorAF

amplifierF/V

converter

Computer

Oscillator



Sonidos del corazón

Llenado ventricular por la contracción auricular

4º

Llenado rápido ventricular al principio de la diástole

3º

Cerramiento de las válvulasde la aorta y pulmonares

2º

Cerramiento de las válvulasmitral y tricuspide

1º

OrigenSonido



R

C

vo

Electrode

Sonidos del corazón: Transductores y respuesta estenoscopio



Pletismografia torácica de impedancia



Pletismografía en miembros con bandas




Pletismografía con banda de mercurio (Mercury-in-rubber strain-gage)

a. Cuatro terminales aplicados a una pantorrilla

b. Salida del puente de Wheatstone con el método de oclusión venosaSalida para pulso arterial.






Presión sanguínea



Presión sanguínea con el esfigmomanómetro



Presión: esfigmomanómetro automático

MAP

HR

SYS

Microcomputerwith memoryand I/O

Multiplexerand analogto digitalconverter

Deflate valve

Dumpvalve

Over-Pressureswitch

Auto-zerovalve

Pressuresensor

Cuff pressure

Cuff pressureoscillations

InternalExternal

BP cuff

Inflationsystem

DYS



Presión sanguínea mediante ultrasonidos



Presión sanguínea: mediante catéteres

Armature

Strain-gage wires

A

DC

B

Diaphragm

c

b

d

a

R4

∆ υo

υi

R3

R2

Ry

Ri

Rx

R1

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