Unidad de Física Médica Dpto. de Física, Ingeniería y Radiología Médica Universidad de Salamanca Bases físicas del registro y medida de las variables biológicas Transmisión y control de la información Prof. Javier Borrajo Sánchez TEMAS 2 y 3 VARIABLE BIOLÓGICA Magnitud físico-química que se emplea en el estudio de las estructuras y funcionamiento de los seres vivos Señal Recogida Acondicionamiento Representación CADENA DE MEDIDA Variables biológicas CLASIFICACIÓN Modif. respecto al tiempo Pto. vista instrumental ESTÁTICAS ELÉCTRICAS Ciencias de la Salud MORFOLÓGICAS DINÁMICAS NO ELÉCTRICAS FISIOLÓGICAS 1
Proceso de medida VARIABLES ELÉCTRICAS NO ELÉCTRICAS ELECTRODOS análisis directo transductores registro eléctrico registro no eléctrico Cadena de medida VARIABLES MORFOLÓGICAS VARIABLES FISIOLÓGICAS NO ELÉCTRICAS ELÉCTRICAS SISTEMAS TELEMÉTRICOS VARIABLE SEÑAL RECOGIDA DE LA SEÑAL ACONDICIONAMIENTO DE LA SEÑAL REGISTRO MEDIDA ALMACENAMIENTO Recogida de variables biológicas Eléctrica ELECTRODOS Análisis directo No eléctrica TRANSDUCTORES Elementos sensibles a determinadas magnitudes físicas o químicas que son capaces de transformarlas en otras magnitudes diferentes NO ELÉCTRICOS ELÉCTRICOS Elementos que transforman una variable de cualquier naturaleza en una de naturaleza eléctrica 2
Recogida de variables biológicas TRANSDUCTORES (clasificación) FUNDAMENTO FÍSICO Propiedad física cuya variación produce la excitación MAGNITUD A MEDIR Variaciones de la resistencia eléctrica Variaciones de la inductancia Variaciones de capacidad Efecto piezoeléctrico Efecto fotoeléctrico... Temperatura (termómetros) Presión (manómetros) Presión absoluta Presión relativa... Presión diferencial Recogida de variables biológicas TRANSDUCTORES CARACTERÍSTICAS Estáticas Rango Calibración Sensibilidad Resolución-umbral Estabilidad Dinámicas Respuesta en frecuencias Respuesta en fase Tiempo de establecimiento Acondicionamiento de la señal transformación de las señales procedentes del transductor o electrodo para ser tratadas y llevadas al sistema de visualización o registro La red acondicionadora incluye lo necesario para adaptar la fuente de la señal al resto de la cadena de medida: Filtrado Amplificación Aumento de la relación señal-ruido Separación de señales Modulación y demodulación... 3
Acondicionamiento de la señal Ruido Respuesta en frecuencia: FILTROS De rechazo de banda De banda ancha De paso bajo De banda estrecha (pasa banda) De paso alto Acondicionamiento de la señal Amplificación: amplificadores Atenuadores Inversores Ganancia: relación entre la señal de salida y la de entrada Amplificación en cadena o cascada Preamplificación: relación señal-ruido Separación de señales mezcladas: amplificadores diferenciales Cociente entre la amplitud de la señal ausente de ruido y la amplitud del ruido que la acompaña Transmisión de la información Sistemas telemétricos Amplitud modulada Frecuencia modulada moduladora portadora modulada 4
Elementos eléctricos Elementos pasivos Resistencia: Rozamiento fenómeno que hace que la corriente eléctrica al pasar por un conductor pierda parte de su energía V=I.R Ohmio Condensador (capacidad): Depósito relación entre la carga eléctrica almacenada en un cuerpo y el potencial al que se encuentra Bobina (autoinducción): propiedad de los cuerpos por la que presentan inercia a las variaciones de corriente eléctrica producidas a su través Elementos activos: generadores q C V Faradio V L Henrio di dt Elementos y dispositivos electrónicos básicos Electrónica: rama de la Física que estudia el movimiento de los electrones y otras partículas cargadas en el vacío o en un semiconductor Diodos pasivos Triodos activos Semiconductores Transistores activos Elementos y dispositivos electrónicos básicos Diodos pasivos 5
Elementos y dispositivos electrónicos básicos Triodos activos Modo de funcionamiento Saturación (+) Corte (- - -) Zona de trabajo (-) Elementos y dispositivos electrónicos básicos Semiconductores Resistividad: Conductividad: + + Si Si + Si Valores de resistividad Cobre: 10-6.cm Vidrio: 10 12.cm Germanio: 50.cm + Si + Si Elementos y dispositivos electrónicos básicos Semiconductores: Dopado Tipo N Impureza donadora Tipo P Impureza aceptora 6
Elementos y dispositivos electrónicos básicos DIODO SEMICONDUCTOR Elementos y dispositivos electrónicos básicos NPN Transistores activos PNP Ventajas de la electrónica de estado sólido Tamaño Ausencia circuito caldeo Menores intensidades y tensiones Menor consumo de potencia Menor producción de calor Vida media más larga Posibilidad de trabajo con transistores de polarización positiva y negativa 7
Registro y almacenamiento de la señal Registro: obtención final y de forma aprovechable de los valores de una variable representación gráfica, proporcionada por determinados instrumentos, de los valores de la variable respecto al tiempo Electromecánicos Electrónicos: osciloscopio Analógico Digital Hablamos de memorias o sistemas de almacenamiento cuando el sistema deja guardados los valores de la variable para su posterior recuperación Aparatos de medida Amperímetro Voltímetro Ohmímetro Polímetro Sistemas de registro electromecánicos Registrador de bobina móvil 8
Sistemas de registro electrónicos Osciloscopio: instrumento destinado al estudio de las variaciones, en función del tiempo, de magnitudes físicas o químicas que puedan ser transformadas en una tensión eléctrica, mostrando estas señales en una pantalla Sistemas de registro electrónicos: osciloscopio Tubo de rayos catódicos C.R.T. Placas de deflexión vertical Placas de deflexión horizontal Sistemas de registro electrónicos: osciloscopio 9
Sistemas de registro electrónicos: osciloscopio Sistemas de registro electrónicos: osciloscopio Sistemas de registro electrónicos: osciloscopio Aplicaciones: ejemplos 10
Sistemas de almacenamiento de la información: memorias Sistemas de recuperación visual: inspección Sistemas de recuperación eléctrica: señal eléctrica Memorias analógicas: almacén de valores continuos Memorias digitales: almacén de valores discretos, datos numéricos Lógica binaria bit byte Bit: cada uno de los dígitos que se pueden almacenar en un elemento de memoria binaria Byte: conjunto de ocho bits 11