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Aula 1: Introdução à Instrumentação Biomédica. Disciplina: Instrumentação Biomédica. Professor: Eliab Rodrigues UNIVERSIDADE DE CIENCIAS DA SAÚDE DE ALAGOAS

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  • Aula 1: Introduo Instrumentao Biomdica. Disciplina : Instrumentao Biomdica. Professor: Eliab Rodrigues UNIVERSIDADE DE CIENCIAS DA SADE DE ALAGOAS
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  • Sumrio 1. Fundamentos da Instrumentao Biomdica, 2. Instrumentao Biomdica na Segurana, 3. Teoria dos Biosinais, 3. Classificao dos Biosinais, 4. Introduo aos Biomateriais, 5. Introduo a Metrologia, 6. Introduo as Ferramentas de Prototipagem.
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  • Fundamentos da Instrumentao Biomdica Conceito, Integrao Disciplinar, Aplicao geral, Implicao e Uso da Instrumentao Biomdica.
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  • Conceito e integrao Disciplinar definida como a cincia que estuda, desenvolve e aplica ferramentas de medio e controle de processos. Esta rea de conhecimentos integra as seguintes disciplinas: Metrologia, Informtica, Eletroeletrnica, Mecnica, Biomateriais e Biologia. Figura1: Primeiro Eletrocardigrafo
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  • Aplicao Geral e Implicao H trs tipos de aplicaes: O monitoramento de processos e operaes, O controle de processos, Pesquisa, prototipagem, desenvolvimento e a anlise experimental. A Instrumentao Biomdica consiste em apresentar a biologia em nmeros, atravs dos fundamentos da fsica e da qumica.
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  • Uso da Instrumentao Biomdica Na sade: Em Aparelhos mdico-hospitalares, Mobilirio Hospitalar. Na segurana: Sistemas de Biometria, Armas baixa letalidade.
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  • Instrumentao Biomdica na Segurana Sistemas de Biometria e Armas de Eletrochoque
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  • Sistemas de Biometria Figura2: Pontos Biomtricos do Rosto Figura3: Rosto feminino Figura4: Rosto masculino
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  • PARMETROS DO DISPARO Tenso: 1.200 a 50.000 volts, Corrente : 0,0036 ampre, Tempo contnuo : 5 segundos, Projtil :Eletrodos ligados a fio de cobre, Contatos atravs de um arco voltaico. Sistemas afetados : Sistema muscular (intramuscular: diretamente) Sistema Nervoso (SNC: indiretamente) Aps o primeiro disparo, se manter o gatilho apertado, haver uma descarga a cada 1,5 segundos. Arma de Eletrochoque - Taser Figura5: Taser Stun Gun
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  • Teoria dos Biosinais Conceito, Nosso Corpo e Representao Grfica e matemtica do organismo.
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  • Conceitos de Biosinais Os Biosinais no se resumem aos sinais vitais. Os Biosinais no se resumem s formaes biomtricas do nosso corpo. Os Biosinais no se resumem aos eventos fisiolgicos. So todas as caractersticas e propriedades anatmicas e fisiolgicas.
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  • Nosso Corpo, um Letreiro Eletrnico. Neste contexto, Biosinais podem ser: Todas as aes (comportamento: gestos, hbitos e reflexos), Todos as propriedades dos eventos (fisiologia: digesto, respirao, orgasmo, flatulncia, emoo, etc.), Todo contedo (Anatomia: tecidos e rgos) da biologia humana so sinais biomdicos, Representados Graficamente. Isto , matematicamente compreendido. Ver imagens a seguir:
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  • Exemplo 1: Representao Gradiente Termogrfico. Figura9: Mapa Termogrfico do Corpo Mapa Termogrfico do Corpo apresentando as regies de inflamaes e dores no gradiente de cores do Azul ao Vermelho.
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  • 10-12,5cm de comprimento, 1,5-2,5cm de dimetro, 2-4mm de espessura, 16-20 anis, Origina 2 Brnquios principais, Formada por tecido cartilaginoso. 10-12,5cm de comprimento, 1,5-2,5cm de dimetro, 2-4mm de espessura, 16-20 anis, Origina 2 Brnquios principais, Formada por tecido cartilaginoso. Figura8: Biofsica da Traqueia Exemplo 2: Representao Grfica com Medidas.
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  • Classificao dos Biosinais Modelagem, Contato, Transmisso, Funo Biolgica, Sistema Biolgico, Princpio Fsico- Qumico.
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  • Classificao quanto Modelagem Dinmicos: Peridicos: Realizam um perodo (ECG), Transiente (Potencial de ao), Randmico/Aleatrio (EMG). Estticos: Temperatura Presso Arterial Figura10: Ondas de EMG
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  • Classificao quanto ao Contato Invasivo Superficial, Profundo. No Invasivo A distncia (termografia do corpo humano), Contato epitelial. Figura11: Marca-passo cerebralFigura12: Glicosmetro No-Invasivo
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  • Classificao quanto a Transmisso dos dados. TELEMETRIA : Radiofrequncia Infravermelho Bluethoot Ondas Magnticas CABEADO Cabos eltricos Cabo USB Fibras pticas Fibras pticas Cabo HDMI Cabo HDMI Cabo VGA Cabo VGA Cabo de Par Tranado CAT5E Cabo de Par Tranado CAT5E Cabo DVI Cabo DVI Cabo RCA Cabo RCA
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  • Classificao quanto Funo Biolgica Identificao (papilas, ris, timbre, rosto, DNA), Fundamentais (mov. peristlticos, reflexos, locomoo, ergonomia), Sentidos (ptico, sonoro, odoroso, ttil, palatvel), Vitais (Pulso, Respirao, Temperatura, etc.).
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  • Classificao quanto ao Sistema Biolgico 1.Sistema cardiovascular ( presso ), 2.Sistema muscular ( fora ), 3.Sistema sseo ( rigidez ), 4.Sistema tegumentar ( papilas ), 5.Sistema reprodutor ( DNA ), 6.Sistema digestivo ( magnetismo ), 7.Sistema respiratrio ( fluxo ), 8.Sistema excretor ( volume ), 9.Sistema imunolgico ( Barreiras imunolgicas ), 10.Sistema endcrino ( hormnios ), 11.Sistema nervoso ( bioeletricidade ).
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  • Classificao quanto ao Princpio Fsico-Qumico Sinais Mecnicos, Sinais Magnticos, Sinais Eltricos, Sinais pticos, Sinais Bioqumicos. Esta classificao a mais usual na Instrumentao Biomdica.
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  • Outras Classificaes Princpio de Transduo Utilizado, Resistivo (reatncia capacitiva e indutiva se anulam), Indutivo (Corrente atrasada em relao tenso), capacitivo ( Corrente adiantada em relao tenso), ultra-snico Eletroqumico. Especialidade Clnica a que se aplica. Pediatria, Cardiologia, Nefrologia, etc.
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  • Etapas de Criao de um Instrumento Biomdico
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  • Em cada um destes processos h: Custos, Necessidade de Autorizao, Investimento cientfico (gesto do conhecimento, especialidade tcnica, habilidades, etc.), Prototipagem e Ensaios, Reviso.
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  • ATIVIDADE 1 SOPA DE LETRAS (SIGLAS DOS BIOSINAIS) ECG (Eletrocardiografia), EEG (Eletroencefalografia), EMG (Eletromiografia), ENMG (Eletroneuromiografia), EOG (Eletro-oculografia) ECOG (Eletrococleografia), MMG (Mecanimiografia), GSR (Resposta Galvnica da Pele), MEG (Magnetoencefalografia).
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  • ATIVIDADE 1 SOPA DE LETRAS (SIGLAS DOS BIOSINAIS) ECG (Eletrocardiografia), EEG (Eletroencefalografia), EMG (Eletromiografia), ENMG (Eletroneuromiografia), EOG (Eletro-oculografia) ECOG (Eletrococleografia), MMG (Mecanimiografia), GSR (Resposta Galvnica da Pele), MEG (Magnetoencefalografia).
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  • Introduo aos Biomateriais Materiais artificiais em consonncia com o natural.
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  • Conceito de Biomateriais uma substncia ou uma mistura de substncias, natural ou artificial, que atua nos sistemas biolgicos (tecidos, rgos) parcial ou totalmente, com o objetivo de substituir, aumentar ou tratar.
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  • Classificao dos Biomateriais Bioinertes, Biotolerados, Bioactivos, Reabsorvveis.
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  • Tabela1a: Biomateriais
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  • Tabela1b: Biomateriais
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  • Tabela1c: Biomateriais
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  • Introduo a Metrologia Conceito, reas e Termos.
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  • Conceito de Metrologia A Metrologia a cincia que abrange todos os aspectos tericos e prticos relativos s medies, qualquer que seja a incerteza em qualquer campo da cincia ou tecnologia. (Fonte: Portal INMETRO)
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  • reas da Metrologia REAMETODOLOGIAAPLICAOEXECUTOR Metrologia Cientfica e Industrial Utiliza instrumentos laboratoriais, pesquisas e metodologias cientficas, que tm por base padres de medio nacionais e internacionais, para o alcance de altos nveis de qualidade metrolgica. Esta a metrologia que estabelece os padres metrolgicos. INMETRO Fonte: http://www.inmetro.gov.br
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  • reas da Metrologia REAAPLICAOEXECUTOR Metrologia Legal Proteger o consumidor tratando das unidades de medida, mtodos e instrumentos de medio, de acordo com as exigncias tcnicas e legais obrigatrias. Agencias reguladoras, Empresas e Profissionais habilitados, etc. Fonte: http://www.inmetro.gov.br
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  • Terminologia de Medio Faixa de Medida ( Range ) : A faixa de indicao, alcance ou range o conjunto de valores limitados pelas indicaes extremas. Alcance ( Span ) : A amplitude nominal ou span. a diferena nominal entre os dois limites de uma faixa nominal. Zero do instrumento : o limite inferior da faixa. No necessariamente o zero numrico. Exatido ( accuracy ) : o grau de concordncia entre o resultado de uma medio e um valor verdadeiro do mensurando.
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  • Terminologia de Medio Repetitividade : o grau de concordncia entre os resultados de medies sucessivas de um mesmo mensurando efetuadas sob as mesmas condies de medio. Fundo de escala (calibre) : O mximo valor que determinado instrumento capaz de medir sem correr o risco de danos. Classe de Exatido : uma classe de instrumentos que satisfazem a certas exigncias metrolgicas destinadas a conservar os erros dentro de limites especificados.
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  • Terminologia de Medio Sensibilidade : a resposta de um instrumento de medio dividida pela correspondente variao no estmulo. Resoluo: a menor diferena entre indicaes de um dispositivo mostrador que pode ser significativamente percebida.
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  • Erros Estticos de Medio Linearidade e No-Linearidade : O valor da resposta medida /no proporcional grandeza real que est sendo medida. Histerese : A histerese a tendncia de um material ou sistema conservar suas propriedades na ausncia do estmulo que as gerou. Zona morta : O intervalo mximo no qual um estmulo pode variar em ambos os sentidos, sem produzir variao na resposta de um instrumento de medio (margem de erro, glicerina ou silicone do manmetro).
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  • Erros Dinmicos de Medio Degrau e rampa : Quando um instrumento mede variveis cuja evoluo no tempo imprevisvel. Monitoramento contnuo e registro grfico do sinal uma soluo para estudar o sinal, pois, pode-se encontrar padres. Tempo morto : o tempo gasto entre o instante de aplicao do degrau e o incio da resposta do instrumento (a sada atrasada com relao entrada). Transdutores mais rpidos ou sensores mais sensveis podem atenuar este erro.
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  • Erros Dinmicos de Medio Constante de Tempo ( Setting time ) : o tempo gasto do incio de variao da sada at a mesma atingir 63,2% do valor esperado como final. Tempo de Subida : O tempo de subida ou rising time o tempo necessrio para a resposta do instrumento excursionar dos 10% aos 90% da variao que o degrau de entrada ir provocar na sada, entre os valores permanentes, inicial e final.
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  • Manmetro de Teste ModeloIntervalo de pressesResoluoPrecisoPresso de Ruptura Fluke-700G01 -10 at +10 inH 2 O -20 mbars at 20 mbars 0,001 inH 2 O, 0,001 mbar Presso positiva de 0,1 % da faixa, Vcuo de 0,1 % da faixa 3 psi, 210 mbars Fluke-700G02 -1 at +1 psi, -70 mbars at 70 mbars 0,0001 psi, 0,001 mbar 5 psi, 350 mbars Figura14: Marca-passo Definitivo
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  • Multmetro Profissional Figura15: Multmetro
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  • Luxmetro Profissional Figura16: Luxmetro
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  • ATIVIDADE 2 As terminologias de medio e de erro so valores absolutos ou relativos ? Justifique. Um Tensimetro que cuja Faixa de Medida varia de 30 a 180mmHg, precisa ser calibrado. Um Calibrador de Manmetro com a Faixa de Medida para calibrao de 1 a 300 Bar capaz de realizar esta calibrao? Lembrando que 1Bar igual a 750mmHg. Justifique. A partir do Inter5 plus a intermed discriminou os sensores de fluxo de acordo com os seguintes parmetros: neonatal, peditrico e adulto. Com qual terminologia esta discriminao est relacionada? Ver imagem do aparelhos Inter 5 e Inter7.Inter 5 Inter7
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  • Respostas da Atividade 2 1. So valores relativos. A finalidade da medio dir suas peculiaridades. 2. No, pois, sua Faixa de Medida est muito acima da faixa de medida do tensiometro. 3. A Sensibilidade..
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  • Plataformas para Prototipagem Ferramentas Virtuais e Materiais que Auxiliam na Prototipagem.
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  • Yenka- Circuitos Mecatrnicos Figura17: Yenka
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  • Multimedia Logic- Circuitos Digitais Figura18: M. Lgic
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  • DEV C++ Desenvolvimento em C/C++ Figura18: DEV
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  • Blender 3D Simulao em 3 Dimenses Figura19: Blender
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  • Prototipagem de Circuitos Figura20: Arduno Figura21: Placa de Ensaio
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  • FreeMat Clculos Matemticos Complexos Figura22: FreeMat
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  • Fonte Bibliogrfica Sistemas de Medio Biomdica I a III - Prof. Ernesto Ramrez. Sistema Internacional de Unidades, INMETRO; 9 Ed. Rio de Janeiro 2012. Instrumentao e Controle Guia Bsico, Eletrobrs, Braslia 2008. BIOMATERIAIS INCT (Institutos Nacionais de Cincia e Tecnologia). Acessado em 27/01/2015.
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  • Fonte das Imagens Figura1 : http://hypescience.com/22-instrumentos-medicos-antigos-de-dar-medo/ Figura2 : http://siliconangle.com/blog/2013/06/28/eff-fbi-face-off-over-ngi-facial-recognition- database/ Figura3: http://www.evartha.in/english/2014/12/11/i-fought-hard-to-bag-unbroken-says-angelina- jolie.html Figura4: http://djstormsblog.com/2011/02/22/let-me-just-make-this-statement-loud-and-clear- jerseys-here/ Figura5: http://ciencia.hsw.uol.com.br/armas-de-choque3.htm Figura6: http://segurancauniao.blogspot.com.br/2012_01_15_archive.html Figura6 : http://www.sounatura.com/web/index.php?/Termografia/o-que-e Figura7 : http://cdn.intechopen.com/pdfs-wm/19664.pdf (pgina 4) Figura8 : http://www.biomedcentral.com/1471-2318/8/33/figure/F3?highres=y Figura9: http://www.reclamando.com.br/?system=news&action=read&id=18845&eid=319 Figura10 : http://www.tiabeth.com/tiabeth/wp/tecnologia/2013/09/10/glicosimetro-nao-invasivo- tensortip-cgm-cnoga/ Tabela1a e b : http://biomateriaisnaengenharia.blogspot.com.br/2011/11/definicao-de- biomateriais_21.html Figura11 : http://pt.wikipedia.org/wiki/Marca-passo Figura12 : http://www.fluke.com Figura13 : http://www.minipa.com.br Figura14 : http://www.minipa.com.br Figura15 : http://arduino.cc/en/Main/ArduinoBoardUno Figura16 : http://www.eletronicadidatica.com.br/protoboard.html
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  • FIM! Ensina-nos a contar os nossos dias de tal maneira que alcancemos coraes sbios (Salmo 90:12).