Strumentazione biomedica

Classificazione della Strumentazione Biomedica

• Classificazione fisica: secondo il principio fisico alla base del funzionamento dello strumento. Si distinguono strumenti resistivi, induttivi, capacitivi, piezoelettrici, ad ultrasuoni, fotoelettrici, elettrochimici.
• Classificazione Clinica: secondo l'organo fisiologico cui lo strumento è applicato. Si distinguono strumenti per il sistema cardiocircolatorio, respiratorio, nervoso, endocrino.
• Classificazione Verticale: secondo il livello di complessità tecnologica. Si distinguono materiali, componenti, dispositivi, sistemi.
• Classificazione Orizzontale: secondo l'area e il compito dell'impegno. Si distinguono l'area diagnostica e terapeutico-riabilitativa.

Sistema di misura

Sistema S che produce un insieme di segnali di natura fisica diversa

y se mediante l'osservazione dell'uscita Z è possibile determinare istrutte per sfruttare il valore del segnale y

Obiettivi:

• Monitoraggio: visualizzazione dei valori assunti dai segnali
• Classificazione: individuazione delle classi cui associare il segnale misurato
• Controllo: i segnali sono distinti in ingressi u e uscite y del sistema. In base al valore misurato di y un dispositivo di controllo modifica gli ingressi u per ottenere una desiderata evoluzione delle uscite

Analsi Sperimentale

Esempio: Estensimetro

ampliamento di resistenza R_gf collegato alla struttura meccanica di cui si vuole

misurare la deformazione e l'm seguito allo applicazione di F.

ΔR_gf = G_f · R_gf · è

fattore di guadagno

ΔR_gf può essere misurata mediante un ponte di Wheatstone e la tensione di uscita è

e₀ = G_f · R_gf ⁄ ε (R_gf + R_g2)²

La temperatura agisce come ingresso modificante e ingresso indesiderato

Riduzione degli ingressi spurii

• Insensibilità intrinseca: uso componenti sensibili solo ingresso desiderato in modo che più ingressi indesiderati e modificanti non abbiano effetto
• Compensazione: introduzione nel sistema di misura, sui ingressi indesiderati e modificante in grado di compensare l’ingresso spurio
• Filtraggio dei segnali: uso elementi che separano segnali in base ai loro contenuto armonico. I filtri possono essere in ingresso o in uscita

Retroazione con alto guadagno

sostituire il sistema in catena aperta il sistema in retroazione con un amplificatore di guadagno ε

esempio:

y = 3x + 2 specifiche: 2% lettura, 0,1% di fondo scala 100

A) X = 10 y = 32 7 in specifica

linearità di lettura 32-32 7 / 100 = 2,18% >2%

linearità di fondo scala 32-32 7 / 100 = 0,3% > 0,1%

lo strumento non soddisfa le specifiche

B) X = 1 y = 5,05 è in specifica ?

linearità di lettura 5-5,05 / 5 100 =1%

linearità di fondo scala 5-5,05 / 100 100 =0,05%

lo strumento di misura soddisfa le specifiche

Calibrazione

nel post del sistema lineare al variare dell’ingresso X sussiste una relazione del tipo

y = mx+ b

per determinare il valore dei paramtri m, b si ricorre al metodo dei MINIMI QUADRATI. Viene cos individuta la RETTA di REGRESSIONE sui DATI SPERIMENTALI:

m = Δy / Δx: SENSITIVITÀ STATICA

b = OFFSET dello STRUMENTO

la derivazione analitica della curva di taratura pu essere ottenuta anche per curve pi complesse delle retta che meglio approssimano la distribuzione dei valori.

l’approcio pi semplice per la taratura a porazioni il quello pi completo e l’uso di funzioni approssimanti di ordine superiore

Isteresi: un valore di grandezza elettrica corrispondulo 2 grandezze fisiche e vicevera

Caratteristiche dinamiche degli strumenti di misura

si ricorre alle equazioni differenziali di coeficenti costanti le maggiori parti degli strumenti descritti da equazioni differenziali di ordine zero, uno e due.

Nel dominio delle frequenze: LARGHEZZA di BANDA, BANDA PASSANTE

- VALORE DI PICCO o PICCO di RISONANZA

- PULSAZIONE di PICCO di RISONANZA

Nel dominio del tempo:

- TEMPO di SALITA

- TEMPO di ASSESTAMENTO

Rumore Elettrico

Cause di interferenze elettriche sono:

1. Distorsione in frequenza: un'uscita in Bp del sistema di acquisizione provoca una distorsione del segnale.
• Taglio delle alte frequenze (riduzione delle ampiezze)
• Taglio delle continue
2. Distorsione per saturazione: un offset elevato agli elettrodi o un guadagno degli amplificatori eccessivo possono modificare la forma dell'onda.
3. Anello di massa o ground loop: più macchine collegate al paziente possono avere diversi potenziali di terra; accanto ad esso se sono connesse a un terra hanno potenziali diversi, fluisce corrente attraverso il paziente, anche per effetto del campo magnetico sull'anello formato ➔ si spezzano anche per adottare a sicurezza e una Vrm collegano alcune macchine alla stessa terra.
4. Variazioni in impedenza elettrodo-pelle ad esempio il distacco di un elettrodo.
5. Segnale elettrico transiente

Sono i movimenti degli elettrodi. Elettricità statica: l'ho un componente di carica molto più grande del segnale.

Le cariche ac-cc anche le saltuarie dei circuiti ad interferiscono: ogni circuito è ad posizione.

● Scarse capacità conduttive per l'elettricità statica

Il collegamento all'ampora di un pacchetto ad umidizzatori, fa si che le apparecchiature levino senza portare da sovratensioni che potrebbero danneggiarlo. Si può usare un dispositivo limitatore di tensione

• Curva caratteristiche del limitatore
• Limitatore per piccole tensioni (600mV)
• Limitatore per valore tensioni (3-20V)

Campo Elettrico

Le maggiori sorgenti di interferente durante le registrazioni con elettrodi è dato dalla rete di alimentazione.

Le linee elettriche sono presenti sulle pareti, oltre che negli apparecchi.

Sinapsi attiva: le vescicole liberano il loro contenuto nello spazio sinaptico il

neuro-trasmettitore. Si pone su molecole recettori nell'esterno della membrana

post-sinaptica e specifica canale ionico

Effetti eccitatori: canale Na⁺ Effektio inibitorio: canali Cl_-

Meno voltaggio generato, l'impulso percorre con l'azione

midollo spinale encefalo

Cervello composte da 2 emisferi cerebrali, ciascuno controlla il lato opposto del corpo

Ci sono emisfero o composto di piu strati: il piu esterno è corteccia cerebrale,

è composte da uno strato sottile di cellule nevose

Le corteccia ci conservi su lifero è divise in quattro ossa:

Lobo parietale Lobo frontale

Occhio

Lobo occipitale

Lobo temporale

EEG: registrazione dell'andamento temporale di potenziali elettrici, con elettrodi posti sullo scalpo

È usato per:

1. Valutare lo stato neurologico
2. Indicare le condizioni dell'attenzione

Interazione elettroencefalogramma causa elettrico dell'EEG

le caratteristiche delle onde cerebrali ripecchiano nel grado di attività della corteccia

Ritmi in andamento questo irregolare, luce in chiavi momenti in evoluzione alcuni potenzi

1. Onde Alfa 8-13 Hz caratterizzano lo stato di veglia e scompaiono completamente durante il sonno Più ritmiche in regione occipitale
2. Onde Beta 13-22 Hz Ancicano fino a 50 Hz in attività intensa interne in regione parietale e frontale Si distinguono in: 1. ^Beta1: simile alle Alfa ma con frequenza doppia 2. ^Beta2: interna stimolo esterno
3. Onde Theta 4-8 Hz Interne in regione parietale e temporali nei bambini. Nell'adulto per attent Funzionano i disturbi
4. Onde Delta < 4 Hz Durante il sonno, nell'infanzia, per stati sott'osso il cervello