Sistemas de instrumentación generalizado

Los principales bloques que componen un sistema de instrumentación biomédica son:

MEDIDA

Es la magnitud física, propiedad o condición que el sistema mide. La accesibilidad a la medida es un parámetro a tener en cuenta ya que esta puede ser interna (presión de la sangre), puede medirse en la superficie del cuerpo (potenciales extracelulares como el electrocardiograma), puede emanar del cuerpo (radiaciones infrarrojas) o puede salir o derivarse de una muestra de tejido del cuerpo (sangre o una biopsia). Las medidas médicas más importantes pueden agruparse en las siguientes categorías: biopotenciales, presión, flujo, dimensiones (imagen), desplazamiento (velocidad, aceleración y fuerza), impedancia, temperatura y concentraciones químicas. Estas medidas pueden localizarse en un órgano concreto o por toda la estructura anatómica.

SENSOR

Normalmente el término “transductor” se emplea para definir a aquellos dispositivos que convierten una forma de energía en otra. El término “sensor” se emplea para los dispositivos que convierten una medida física en una señal eléctrica. El sensor sólo debería responder a la forma de energía presente en la medida que se desea realizar y excluir las demás. Además debe poseer una interfaz con el tejido o sistema vivo de forma que no interfiera en éste, debe de minimizar la energía extraída y ser lo menos invasivo posible. Muchos sensores constan de elementos sensores primarios como diafragmas, que convierte la presión en desplazamientos. Un elemento de conversión se encarga posteriormente de convertir esta magnitud en señales eléctricas como puede ser una galga que convierte el desplazamiento en tensión. Algunas veces, las características del sensor pueden ajustarse para adaptarse a un amplio rango de sensores primarios. Otras veces se necesitan alimentaciones externas para alimentar estos sensores y obtener datos de salida de los mismos.

ACONDICIONAMIENTO DE LA SEÑAL

Normalmente, la señal obtenida del sensor no puede aplicarse directamente al “display” o dispositivo de salida (pantalla, papel..etc). Un acondicionador simple puede amplificar, filtrar y adaptar la impedancia del sensor a la pantalla. A menudo, las señales de salida de los sensores se digitalizan y se procesan utilizando ordenadores o sistemas basados en microcontroladores. Por ejemplo, para compensar los errores de medida debidos a posibles ruidos aleatorios puede realizarse un promediado de esta señal.

DISPOSITIVO DE SALIDA

El resultado del proceso de medida puede mostrarse de diferentes formas, pero es conveniente que estos resultados se muestren de la forma más sencilla y cómoda de interpretar por parte del operador humano. En función del tipo de medida y cómo el operador humano va a utilizarla, los resultados pueden representarse por medio gráficos o datos numéricos, de forma continua o discreta, de manera temporal o permanente. Aunque la mayoría de los dispositivos de salida dan una información visual, existen equipos que pueden generar otro tipo de informaciones (pitidos, diferentes sonidos..etc.).

ELEMENTOS AUXILIARES

Existen diferentes elementos auxiliares que pueden implementar en el equipo de medida. Puede utilizarse una señal de calibrado para calibrar los resultados. Puede introducirse realimentaciones de las señales de salida para controlar diferentes aspectos del equipo o ajustar diferentes parámetros del sensor. El control y el sistema de realimentación pueden ser automático ó manual. Los datos pueden almacenarse en memorias en función de las condiciones de trabajo. Existen sistemas de seguridad que alertan ante posibles riesgos por parte del sujeto. También pueden existir equipos de telemetría que envían datos a terminales remotos para su posterior procesamiento.

CARACTERISTICAS DE LA INSTRUMENTACION BIOMEDICA.

La fuente de las señales medidas con la instrumentación biomédica son los tejidos vivos o energía aplicada a éstos. Esta circunstancia condiciona los métodos de medida aplicables y los sensores o transductores a utilizar. Para ello deben cumplirse los siguientes requisitos:

1. La acción de medir no debe alterar la magnitud medida. Dicha alteración puede producirse como resultado de una interacción física (directa), bioquímica, fisiológica o psicológica. Lo ideal sería que las medidas se realizasen de una forma no invasiva y sin contacto pero esto no es posible en todos los casos. Además, el mero conocimiento de que se está realizando un medida puede provocar reacciones en el paciente que distorsionan completamente los resultados.

2. Hay que garantizar la seguridad del paciente. La acción de medir no debe poner en peligro innecesariamente la vida del paciente. Ante la inaccesibilidad de muchas medidas se recurre a medidas indirectas en las cuales se sensa otra magnitud relacionada con la deseada (por ejemplo, para medir la presión sanguínea suele sensarse la variación de volumen de un miembro cuando los atraviesa la sangre utilizando técnicas de pletismografía). Si la variable medida es el resultado de aporte de energía al tejido vivo, hay que respetar los límites aceptados como seguros (radiografía). La seguridad también exige que los sensores sean de fácil esterilización o de “usar y tirar “ y no posean recubrimientos agresivos que puedan provocar reacciones al entrar en contacto con el paciente.

3. Considerando el entorno de trabajo donde se van a ubicar los equipos, éstos deben ser robustos, fiables y de fácil calibración.

Otra característica que diferencia a la instrumentación biomédica de la industrial es que las variables biomédicas rara vez son determinísticas y éstas varían enormemente de unas personas a otras. También es habitual, que en una medida de una señal biológica influyan otras señales que constituyen una interferencia (estas interferencias pueden deberse a otras variables fisiológicas o propias del equipo de medida). Su supresión es uno de los objetivos fundamentales en el diseño de un sistema de medida utilizándose para ello las técnicas habituales en instrumentación.

MODO DE ADQUISICIÓN DIRECTO-INDIRECTO.

A menudo, la medida de la magnitud deseada puede obtenerse directamente por el sensor puesto que ésta es accesible .Este modo de adquisición se denomina modo directo. Cuando la medida no es accesible, se utiliza el modo indirecto que se basa en obtener medidas relacionadas con la deseada. Como ejemplo de medida directa puede citarse el registro del electrocardiograma por medio de electrodos superficiales y como medida indirecta el volumen de sangre por minuto que bombea el corazón.

MODO DE ADQUISICIÓN CONTINUO-MUESTREADO.

Algunas medidas, como por ejemplo, la temperatura corporal o la concentración de iones, varían lentamente en el tiempo, de forma que pueden adquirirse o muestrearse a intervalos grandes de tiempo. Otras magnitudes o medidas, como el electrocardiograma o flujo sanguíneo requieren una monitorización continua. Por lo tanto, la frecuencia de la señal que se desea medir, el objetivo de la medida, el estado del paciente influyen en el diseño del sistema de adquisición de datos.

SENSORES GENERADORES Y MODULADORES.

Los sensores generadores producen una señal de salida directamente de la señal medida, mientras que los moduladores utilizan la medida obtenida para variar el flujo de energía de una fuente externa de forma que varía la salida del sensor. Por ejemplo, una célula fotovoltaica es un sensor generador puesto que proporciona una tensión relacionada con la radiación luminosa recibida, sin embargo, una célula fotoconductiva es un sensor modulador ya que para medir los cambios de su resistencia en función de la radiación recibida debe aplicarse una energía externa (tensión) al sensor.