Instrumentación Biomédica
“La Bioingeniería es la disciplina científica y tecnológica que aplica los principios y métodos de la Ingeniería, la Ciencia y la Tecnología para la comprensión, definición y resolución de los problemas biológicos y médicos”.
De esta definición se desprende el amplísimo campo que cubre la Bioingeniería.
A continuación se muestra la posible clasificación de la disciplina de la Bioingeniería:
Modelo fisiológico, simulación y control: uso de simulaciones por ordenador para una mejor comprensión de las relaciones fisiológicas.
Instrumentación biomédica para la monitorización y medición de eventos fisiológicos: desarrollo de biosensores.
Análisis médicos y biológicos: para detectar, clasificar y analizar señales biomédicas.
Ingeniería de rehabilitación: diseño y desarrollo de terapias, dispositivos y procedimientos de rehabilitación.
Prótesis y órganos artificiales: diseño y desarrollo de dispositivos para reemplazar o aumentar funciones fisiológicas.
Informática médica: interpretación de resultados y asistencia en la toma de decisiones clínicas, incluyendo los sistemas expertos y las redes neuronales.
Imágenes médicas: para proporcionar representaciones gráficas de detalles anatómicos y funciones fisiológicas.
Ingeniería clínica: diseño y desarrollo de instalaciones, dispositivos, sistemas y procedimientos relacionados con la clínica.
Biomecánica: estudio de la estática y la mecánica asociadas a los sistemas fisiológicos.
Biomateriales: diseño y desarrollo de materiales implantables.
Biosensores: detección de eventos fisiológicos y su conversión a señales eléctricas.
Biotecnología: para crear o modificar material biológico con fines beneficiosos, incluyendo ingeniería de los tejidos.
Efectos biológicos de los campos electromagnéticos: estudio del efecto de los campos electromagnéticos en los tejidos biológicos.
Así, la Bioingeniería es un campo multidisciplinar que aúna los esfuerzos de, por una parte, los profesionales relacionados con las denominadas Ciencias de la Salud (médicos, enfermeros, biólogos, psicólogos…) y por otra los relacionados con otras ramas científicas y tecnológicas (físicos, químicos e ingenieros de muy diversas especialidades).
Precisamente esta multidisciplinariedad hace necesario solucionar el posible “problema de comunicación” entre los profesionales de la ingeniería y los de la medicina. El lenguaje del ingeniero y del médico son diferentes. Así, el ingeniero o técnico debe aprender nociones sobre anatomía y fisiología y el clínico conocer suficiente terminología de ingeniería para que ambas disciplinas puedan trabajar de forma complementaria.
Otro problema en la comunicación entre ingenieros y clínicos es que los ingenieros suelen estar acostumbrados a trabajar con medidas cuantitativas precisas, basadas en principios teóricos y pueden encontrar poco prácticos los métodos utilizados por el personal sanitario, a veces empíricos y cualitativos.
Dado que el desarrollo de la Bioingeniería debe ser un esfuerzo conjunto del ingeniero y el médico, se deben realizar los mayores esfuerzos por solucionar estos problemas de comunicación. La relación entre salud y tecnología hace cada vez más evidente que un buen hospital debe contar con la colaboración continua de Bioingenieros que, integrados en su estructura, realicen en conjunción con el personal sanitario funciones de mantenimiento y supervisión de los equipos, evaluación de la necesidad de renovación de éstos, propuesta de nuevas adquisiciones, y colaboración con los trabajos de investigación técnico-clínicos que se realicen en el centro.
Sistemas de instrumentación biomédica
Se denomina instrumento a cualquier dispositivo empleado para medir, registrar y/o controlar el valor de una magnitud que se desea observar. La instrumentación desde este punto de vista puede considerarse como la ciencia y tecnología del diseño y utilización de los instrumentos. La Instrumentación Biomédica trata sobre los instrumentos empleados para obtener información de las señales producidas por los seres vivos, y también aquellos destinados bien a ofrecer una ayuda funcional o bien a la sustitución de funciones fisiológicas. Existen equipos o instrumentos para diagnóstico, monitorización, terapia, electrocirugía y rehabilitación.
El diseño de prototipos, desarrollo, fabricación y venta de nuevos equipos o instrumentos biomédicos es una tarea compleja, cara y que requiere un proceso largo. No todos los prototipos de equipos pueden utilizarse y muy pocos llegar al mercado superando las pruebas y controles médicos. Generalmente, los esfuerzos se aúnan para aportar mayores prestaciones y manejo más simple y cómodo a los equipos ya existentes.
Estructura general de un sistema de Instrumentación Biomédica
Los sistemas de instrumentación biomédica tienen un diagrama de bloques similar al de la figura 1. El flujo principal de información va del hombre al equipo. Los elementos mostrados con líneas discontinuas no son esenciales. La principal diferencia entre los sistemas de instrumentación biomédica y cualquier otro sistema de instrumentación convencional radica en que la fuente de las señales suelen ser seres vivos o energía aplicada a estos seres o tejidos vivos.
Figura 1. Diagrama de bloques general de un sistema de instrumentación biomédica
A continuación se describen los bloques que componen el diagrama de la figura 1:
Medida:
Es la magnitud física, propiedad o condición que el sistema mide. La accesibilidad de la medida es un parámetro a tener en cuenta, ya que 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 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:
Sensor o transductor (se empleará indistintamente) es aquel dispositivo que transforma una determinada magnitud física en una magnitud eléctrica. El sensor, idealmente, sólo debería responder a la 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.
Acondicionamiento de la señal:
Normalmente, la señal obtenida del sensor no puede aplicarse directamente al 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 debido a posibles ruidos aleatorios puede realizarse un promedio 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 usuario. En función del tipo de medida y cómo el operador humano va a utilizarla, los resultados pueden representarse por medio de 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, como pitidos, diferentes sonidos, etc.
Elementos auxiliares:
Existen diferentes elementos auxiliares que se pueden implementar en el equipo de medida. Puede utilizarse una señal de calibración 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 automáticos o manuales. 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.
Características de la Instrumentación Biomédica
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:
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 una medida puede provocar reacciones en el paciente que distorsionan completamente los resultados.
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 un aporte de energía al tejido vivo, hay que respetar los límites aceptados como seguros. La seguridad también exige que los sensores sean de fácil esterilización o desechables y no posean recubrimientos agresivos que puedan provocar reacciones al entrar en contacto con el paciente.
Los equipos 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 deterministas y varían enormemente de unas personas 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 eliminación es uno de los objetivos fundamentales en el diseño de un sistema de medida, utilizándose para ello las técnicas habituales en instrumentación.
Modos de funcionamiento alternativos
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 (medida de la masa corporal…) . Cuando la medida no es accesible (medida del gasto cardíaco…) , se utiliza el modo indirecto que se basa en obtener medidas relacionadas con la deseada.
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 el 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 o activos y sensores moduladores o pasivos
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 (esto es, necesitan alimentación para pasar la magnitud física a eléctrica). Por ejemplo, un sensor piezoeléctrico es un sensor generador, mientras que una galga extensiométrica es un sensor modulador o pasivo. Ambos se utilizan para medir cambios de presión o deformación, por ejemplo para la medida de la presión sanguínea.
Modo de adquisición analógico-digital
Las señales que transportan la información medida pueden ser analógicas (la señal de salida es continua: puede tomar cualquier valor dentro de un rango) o digitales (sólo puede tomar un número finito de valores dentro del rango). Normalmente los sensores funcionan en modo analógico, aunque también existen sensores digitales. En los últimos años ha aumentado el uso de sistemas que trabajan en modo digital (ordenadores) con lo que se utilizan conversores analógicodigitales y los procesadores digitales.
Las ventajas del modo digital incluyen mayor precisión, repetibilidad, fiabilidad e inmunidad a ruidos. Los dispositivos de salida digitales se van imponiendo a los analógicos, si bien en muchas aplicaciones se prefieren los analógicos cuando hay que determinar si la variable medida está dentro de unos límites y ésta varía rápidamente como el latido del corazón. En este caso, la representación digital cambia los números tan rápidamente que no pueden casi apreciarse.
Modo de adquisición en tiempo real-tiempo retardado
Los sensores deben adquirir las señales en tiempo real. Los sistemas de presentación pueden no mostrar los resultados inmediatamente, puesto que se puede requerir diferentes procesados o transformaciones para obtenerlos. A menudo, estos retardos en presentar los resultados pueden admitirse a no ser que se requiera una realimentación o control urgente de una tarea en función de la salida.
Restricciones en las mediciones
La instrumentación biomédica se diseña para medir diversos parámetros físicos y fisiológicos. El rango de frecuencias y valores del parámetro a medir son los principales factores que deben tenerse en cuenta a la hora de diseñar un sistema. La tabla 1 muestra un resumen de los principales parámetros y sus valores estándar. Muchas variables importantes de los sistemas fisiológicos no pueden obtenerse directamente y sin daño para el sujeto, puesto que son inaccesibles y deben obtenerse por medio de medidas indirectas.
Las variables medidas en el cuerpo humano rara vez son deterministas. Sus magnitudes varían con el tiempo, incluso teniendo controladas todas las variables que pueden afectarles. La mayoría de las medidas biomédicas varían ampliamente entre diferentes pacientes normales, incluso en condiciones similares de medida. Existen numerosos lazos de realimentación entre diferentes variables fisiológicas y todavía muchos de ellos no se conocen suficientemente. El método más común para asumir esta variabilidad de las medidas y poder compararlas con otras es utilizar funciones de distribución estadísticas y probabilísticas.
Hoy en día, todas las medidas biomédicas dependen de alguna forma de energía que se aplica al tejido vivo o de alguna energía que modifica el funcionamiento del sensor. Por ejemplo, los rayos X o imágenes por ultrasonidos dependen de energía aplicada externamente que interactúa con el tejido vivo. Los niveles de seguridad de estas energías son difíciles de establecer ya que muchos mecanismos que provocan daños a los tejidos no se comprenden en la actualidad muy bien. Sin, embargo, existen estrictas normativas al respecto.
Tabla 1. Rango de frecuencia de parámetros fisiológicos
El funcionamiento de los instrumentos en entornos médicos impone restricciones muy importantes. El equipo debe ser seguro, de fácil manejo y capaz de soportar golpes y exposiciones a productos químicos, como los utilizados para desinfectar. El equipo electrónico debe diseñarse para minimizar los riesgos de electroshock. La seguridad de los pacientes y del personal sanitario debe tenerse en cuenta en todas las fases del diseño y testeo de los equipos. Existen numerosas reglamentaciones que vigilan la seguridad de los dispositivos o equipos destinados a uso humano.
Clasificación de la instrumentación biomédica
El estudio de la instrumentación biomédica puede realizarse al menos desde cuatro puntos de vista. Las técnicas utilizadas para obtener la medida biomédica pueden clasificarse en función de la magnitud que se sensa, como puede ser la presión, flujo o temperatura. Una ventaja de este tipo de clasificación es que pueden compararse fácilmente diferentes métodos utilizados para medir un determinado parámetro.
Una segunda clasificación se basa en el principio de transducción, es decir, qué tipo de sensor emplea, si es resistivo, inductivo, capacitivo, ultrasonidos o electroquímicos. Las técnicas de medida pueden estudiarse separadamente para cada sistema fisiológico: sistema cardiovascular, respiratorio, nervioso, etc. De esta forma, pueden aislarse diferentes parámetros para cada área específica, pero normalmente se solapan diferentes magnitudes medidas y principios de transducción, es decir, puede medirse la misma magnitud o parámetro en varios sistemas fisiológicos.
Por último, los instrumentos biomédicos pueden clasificarse en función de la especialidad médica o clínica en la que se empleen. Distinguiríamos según esta clasificación la instrumentación destinada a pediatría, obstetricia, cardiología, radiología…
Características estáticas generales de la instrumentación biomédica
Cuando se desea adquirir equipos comerciales de instrumentación biomédica es necesario comparar y evaluar los diferentes equipos disponibles en el mercado en función de criterios cuantitativos. Estos criterios deben especificar y dar a conocer de una forma clara las prestaciones del equipo y la calidad de éste. Deben tenerse en cuenta el rango de las magnitudes a medir y la dependencia de las señales de salida respecto de posibles interferencias en el equipo.
Las características estáticas del instrumento describen el funcionamiento y prestaciones de éstepara corriente continua o señales de entrada de baja frecuencia. Las propiedades de la señal de salida para un amplio rango de valores de entrada constantes determinan la calidad de la medida, incluyendo los efectos de no-linealidad. Algunos sensores e instrumentos, como los sensores o dispositivos piezoeléctricos, sólo responden a señales variables y no tienen características estáticas.
Exactitud:
La exactitud de una única medida es la diferencia entre el valor real y el valor medido dividido por el valor real. Este ratio normalmente se expresa en tanto por ciento. Debido a que el valor realgeneralmente no está disponible (recuérdese que las medidas o magnitudes biomédicas rara vez son deterministas) se acepta como valor real un valor de referencia.
La exactitud varía en función del rango y la frecuencia de la magnitud a medir. Puede expresarse como porcentaje de la magnitud medida (±0.01% del valor medido), porcentaje a fondo de escala (±0.015 a fondo de escala) o ± número de dígitos (±1 dígito).
Precisión:
La precisión de una medida determina el número de dígitos válidos en una medida realizada. Por ejemplo, una medida de 2.434 V es más precisa que una medida de 2.43 V. Una medida de alta precisión no significa necesariamente alta exactitud, por lo tanto, la precisión no puede considerarse como un parámetro válido para comparar diferentes equipos.
Resolución:
La resolución representa el incremento más pequeño de la magnitud de entrada que puede medirse con certeza.
Repetibilidad:
La repetibilidad de un instrumento de medida es la capacidad del instrumento de obtener l misma salida para la misma entrada aplicada en instantes de tiempo diferentes. Esta característica no implica exactitud en la medida.
Control estático:
La exactitud de un equipo depende de muchos parámetros y debe tenerse en cuenta el entorno de trabajo y el modo de uso del mismo. Este control asegura que variaciones aleatorias en las medidas entran dentro de una determinada tolerancia y por lo tanto pueden admitirse. Los ruidos o errores sistemáticos pueden eliminarse fácilmente mediante un proceso de calibración o corrigiendo algunos factores. Sin embargo, las variaciones aleatorias tienen una solución más complicada. Los equipos de medida pueden introducir errores estáticos que provocan que la salida no se pueda repetir. Si este problema no puede solucionarse (eliminando los ruidos sistemáticos) debe realizarse un estudio del sistema para determinar la posible variación del error. De esta forma, el valor real puede estimarse utilizando diversas técnicas como el promedio o técnicas de estimación.
Sensibilidad:
La sensibilidad estática de un instrumento o sistema representa el incremento que sufre la señal de salida ante un incremento de la magnitud de entrada (figura 2). La sensibilidad generalmente no es constante (sólo será constante en todo su rango cuando el sistema sea lineal), aunque puede considerarse constante para determinados intervalos de la señal de entrada.
Desplazamiento del origen:
Las interferencias o variaciones de los parámetros del sistema pueden afectar a la curva de calibración estática de la figura 3. El desplazamiento del origen ocurre cuando todos los valores o magnitudes medidas se ven incrementadas o decrementadas en una misma cantidad (valor absoluto). En este caso, no se producen variaciones en la pendiente de la curva por lo que no se producen variaciones en la sensibilidad del equipo. Entre las causas que pueden provocar un desplazamiento del origen caben citar: fabricación defectuosa, variaciones de la temperatura ambiente, derivas de los componentes electrónicos empleados, histéresis, posibles vibraciones, etc. Un ejemplo de desplazamiento del origen sería una posible variación de la tensión de offset de continua de los electrodos en un electrocardiograma (figura 3).
Figura 2. Sensibilidad
Figura 3. Desplazamiento de la señal
Las variaciones lentas de este potencial no serían problema puesto que los electrocardiógrafos eliminan la componente continua, sin embargo, variaciones rápidas de esta señal debidas a movimientos del paciente pueden provocar desplazamientos en la señal de salida.
Deriva de la sensibilidad:
Se produce un desplazamiento o deriva de la sensibilidad cuando la pendiente de la curva cambia debido a interferencias o variaciones de las entradas. Esta variación introduce un error que es proporcional a la magnitud de entrada. La pendiente puede incrementarse o decrementarse como se observa en la figura 3. Esta deriva puede deberse a tolerancias de los componentes, variaciones en las alimentaciones, no-linealidad de los componentes, cambios en la temperatura ambiente y presión. Como ejemplo puede citarse variaciones en la ganancia de los amplificadores del ECG debidas a fluctuaciones de la alimentación o cambios de temperatura.
Linealidad:
Un sistema o elemento es lineal si su función de transferencia, es decir, la representación gráfica de las salidas-entradas, es una línea recta. Es un rango deseado en los sensores, si bien un sensor totalmente lineal sólo puede darse en el caso ideal.
El error de la linealidad es la máxima diferencia de la curva de transferencia respecto a una línea recta determinada, que puede definirse de muy diversas maneras: la recta que pasa por los puntos extremos, la de mínimos cuadrados, etc. El error de linealidad se expresa en tanto por ciento.
Rangos de entrada:
Los rangos de entrada del equipo determinan las magnitudes que pueden medirse. Normalmente, el valor máximo del rango de entrada determina la máxima entrada que puede introducirse en el equipo o sensor sin que éste sufra daños. También debe tenerse en cuenta que en condiciones de almacenamiento o cuando no se usa, las magnitudes del entorno o ambientales no deben superar estos valores puesto que pueden dañar al equipo.
Impedancia de entrada:
El concepto de impedancia debe tenerse en cuenta puesto que la mayoría de los sensores biomédicos e instrumentos convierten magnitudes no eléctricas en tensiones o corrientes. Por este motivo, debe evaluarse el grado en que estos equipos provocan perturbaciones en la magnitud medida. Interesa que esta perturbación sea la menor posible y para ello normalmente se requiere que los equipos de medida tengan impedancias de entrada lo más grandes posibles.
Criterios de diseño
Son muchos los factores que afectan al diseño de instrumentos biomédicos. Los factores que imponen restricciones en el diseño de estos equipos dependen del tipo de instrumento a desarrollar. Sin embargo, existen algunos requisitos que pueden generalizarse y responden a diversas categorías como señales utilizadas, entorno de trabajo, factores económicos y médicos. Dichos factores pueden observarse en la figura 4.
Proceso de desarrollo comercial de la instrumentación biomédica
El desarrollo de un instrumento comercial requiere de diversas fases, aumentando el tamaño del equipo humano necesario a medida que el proyecto progresa. La idea original a menudo surge de personas que trabajan en clínicas y hospitales y observan las necesidades clínicas. Los médicos, enfermeros, ingenieros clínicos o personal de ventas son los principales generadores de ideas. Los ingenieros industriales y personal de mercado pasan tiempo en los hospitales observando el funcionamiento de sus productos y posibles mejoras en el entorno de trabajo. La mayoría de las compañías disponen de varias personas encargadas de presentar y evaluar las nuevas ideas y es fundamental que la persona que quiere proponer una nueva idea pueda ponerse en contacto con otra que sea capaz de entenderla y pueda analizarla mediante un estudio detallado.
También debe tenerse en cuenta la protección de las ideas mediante patentes o derechos. Al principio la idea puede no estar bien definida y se necesita un análisis profundo para describir las características del producto y sus necesidades médicas, la técnica empleada y posibles líneas de productos y ventas. Este estudio incluye necesidades médicas, indicaciones de pacientes, indicaciones de personal sanitario y las especificaciones de cómo, cuándo y por quién debe utilizarse el equipo. Al mismo tiempo, debe incluirse una descripción de la tecnología necesaria, posibles mejoras o modificación de componentes, sistemas necesarios de análisis y una estimación preliminar del coste final del producto.
Figura 4. Proceso de diseño de instrumentos biomédicos
En un primer paso, debe diseñarse y construirse un prototipo del equipo y probar sus cualidades. Es muy importante que el equipo cumpla todas las características de seguridad según la normativa vigente. Una vez que el prototipo se ha testeado y los resultados son satisfactorios, puede diseñarse el producto final.
Las especificaciones del producto deben contener una descripción de las características del mismo. Deben incluirse características de rendimiento, interface con el usuario, posibles pruebas o test en el entorno de trabajo, e incluso tamaño, peso y color del instrumento. Con todos estos datos ya puede abordarse la fabricación de los equipos en cadena.
Especificaciones generales de los equipos
El este apartado se exponen algunas de las especificaciones más usuales de los equipos de instrumentación.
Especificaciones del sensor y de entrada:
Medida: magnitud física, propiedad o condición que se mide.
Medida diferencial o absoluta: cuando la medida se realiza de forma diferencial o unipolar.
CMRR (relación de rechazo al modo común): Establece la relación entre la ganancia diferencial y la ganancia en modo común.
Rangos de funcionamiento: valores de la señal de entrada posibles. El ajuste de determinados sensores pueden requerir cambios o ajustes mecánicos. Rangos de sobrecarga: posibles valores de la entrada que pueden tolerarse sin dañar el equipo.
Tiempo de recuperación de sobrecarga.
Sensibilidad: indica la variación de la salida ante variaciones de la entrada. Impedancia de entrada.
Principio del sensor: indica en principio de funcionamiento del sensor para captar la magnitud a medir.
Tiempo de respuesta: el tiempo de respuesta, el coeficiente de amortiguamiento y la frecuencia natural o de resonancia deben tenerse en cuenta en equipos o instrumentos.
Respuesta en frecuencia: la distorsión de fase o de amplitud es otro factor a tener en cuenta en función de las frecuencias de las señales que se desean medir.
Excitación del sensor: debe especificarse los requisitos de alimentación del sensor y el modo y magnitud necesaria para excitarlo y obtener una medida.
Aislamiento: deben especificarse el aislamiento eléctrico y otros métodos de seguridad del equipo.
Dimensiones físicas: el tamaño, modo de acoplamiento del sensor primario al equipo pueden resultar parámetros de gran interés para realizar las medidas correctamente.
Cuidado y manejo especial: algunos sensores pueden dañarse fácilmente por lo que se especifican algunas condiciones de manejo o mantenimiento del mismo.
Especificaciones de procesado de la señal:
Métodos de procesamiento: los circuitos electrónicos y el análisis y procesado que sufre la señal deben describirse con detalle. Pueden expresarse por medio de funciones de transferencia.
Compensaciones o correcciones: pueden requerirse ajustes o compensaciones de falta de linealidad de los sensores pero deben especificarse de forma clara.
Supresión del cero: consiste en el ajuste de offset de los amplificadores para compensar los desplazamientos de la señal.
Filtrado: pueden realizar diversos filtrados en función de la banda de frecuencia que se desea procesar o eliminar.
Especificaciones de salida:
Valores de salida: es el margen de valores de salida que puede representar el dispositivo de salida (pantalla, carro de cinta, etc).
Rango de salida: rango de valores de salida donde el funcionamiento es lineal y no se produce saturación.
Potencia de salida: representa la máxima potencia que se puede aplicar a una carga para un valor específico de ésta.
Impedancia de salida.
Velocidad de representación: representa la velocidad para representar datos del dispositivo en la salida o pantalla.
Tiempo de salida: para equipos que no trabajan en tiempo real, determina el tiempo que tarda en procesar la señal.
Interface: modo de transmisión o comunicación. Fiabilidad y posibles errores:
Exactitud: da idea del mayor error entre el valor real y el valor medido.
Repetibilidad: posibles variaciones de la salida ante la misma entrada en diferentes instantes de tiempo.
No-linealidad: desviación del modo de funcionamiento lineal.
Susceptibilidad a interferencia: sensibilidad del instrumento a interferencia y variaciones de las señales de entrada.
Relación señal/ruido: es la relación entre el valor de la señal (de pico o rms) y el ruido.
Estabilidad: determina posibles derivas del instrumento en función del tiempo, temperatura, humedad, etc.
Modo de funcionamiento. Mínimas condiciones que deben cumplirse para que el equipo funcione correctamente o que las especificaciones no se vean profundamente alteradas.
Fiabilidad: establece la fiabilidad del equipo y suele expresarse por medio del tiempo medio entre fallos.
Especificaciones físicas y diversas:
Requisitos de alimentación: tensiones, frecuencia, etc. Circuitos de protección: fusibles, diodos, aislantes.
Códigos y regulaciones.
Requisitos del entorno: temperatura, humedad, altitud, radiaciones, sustancias corrosivas.
Conexiones eléctricas y mecánicas: compatibilidad con otros instrumentos.
Montaje: establece si el equipo se monta sólo o en un “rack”.
- Dimensiones.
- Peso.
- Materiales de construcción.
- Accesorios y opciones.
Material fungible: establece requisitos de material fungible o consumible: papel, gel para ultrasonidos, electrodos, productos químicos, etc.
Condiciones de entrega: tiempo y plazos, Garantía, Coste.
Bibliografía
Introducción a la bioingeniería. Serie Mundo Electrónico. Marcombo.
Medical Instrumentation. Application and Design. J. G. Webster. Wiley.
Revisión realizada por: Laura Aguilera Barquier. (Enfermera Hospital de la Vall d’ Hebron.)
Xavier Pardell Peña (técnico electromedicina)