1.- DATOS DE LA ASIGNATURA
Nombre de la asignatura : Amplificadores de Bioseñales Carrera : Ingeniería Biomédica
Clave de la asignatura : IBF-1001 SATCA1 3-2-5 2.- PRESENTACIÓN
Caracterización de la asignatura.
Esta asignatura proporciona al estudiante los conocimientos sobre:
La generación de biopotenciales, su cuantificación y su aprovechamiento para el monitoreo de la actividad de tejidos celulares vivos.
Diseña circuitos analógicos basados en Amplificadores Operacionales.
Construye circuitos analógicos basados en el diseño con Amplificadores para la captación, acondicionamiento y amplificación de señales bioeléctricas.
Utiliza los circuitos analógicos construidos en aplicaciones reales.
Intención didáctica.
El temario está organizado en seis unidades, en la primera unidad se desarrollaran los puntos conceptuales para conocer, analizar los orígenes de las bioseñales.
En la segunda unidad el estudiante aprende haciendo análisis y caracterización de las bioseñales.
La tercera unidad establece la forma de adquirir la bioseñal para diferentes parámetros como por ejemplo señales del corazón, cerebro, presión arterial, temperatura corporal, etc.
También conocerá los diferentes dispositivos como electrodos y geles asociados.
En la cuarta unidad aprende a analizar, simular, diseñar y construir circuitos amplificadores para bioseñales usando opamps y circuitos especializados.
La quinta unidad da la oportunidad de analizar los filtros activos, diseñar, construir y aplicar filtros activos con amplificadores operacionales, circuitos integrados especializados en amplificadores de bioseñales.
Finalmente la sexta unidad le permitirá al estudiante aplicar un amplificador para monitorear un parámetro corporal como por ejemplo el ritmo cardiaco.
1 Sistema de Asignación y Transferencia de Créditos Académicos
3.- COMPETENCIAS A DESARROLLAR Competencias específicas:
Comprender las bioseñales y sus orígenes y procesos.
Identificar y comprender las características de las bioseñales.
Explicar las características de los principales dispositivos amplificadores.
Identificar y comprender datos y especificaciones de dispositivos de conexión y geles o substancias asociadas con la adquisición de bioseñales.
Diseñar circuitos electrónicos con dispositivos amplificadores para aplicaciones con bioseñales.
Proporcionar las bases para analizar y diseñar sistemas de interfases de circuitos electrónicos en biomédica.
Competencias genéricas:
Competencias instrumentales
Capacidad de análisis y síntesis.
Capacidad de organizar y planificar.
Conocimientos generales básicos.
Conocimientos básicos de la carrera.
Comunicación oral y escrita en su propia lengua.
Conocimiento de una segunda lengua.
Solución de problemas.
Toma de decisiones.Competencias interpersonales
Capacidad crítica y de autocrítica.
Destrezas sociales relacionadas con las habilidades interpersonales.
Capacidad de trabajar en equipo o la expresión de compromiso ético.Competencias sistémicas
Capacidad de aplicar los conocimientos en la práctica.
Habilidades de investigación.
Capacidad de aprender.
Capacidad de adaptarse a nuevas situaciones.
Capacidad de generar nuevas ideas (creatividad).
Liderazgo.
Habilidad para trabajar en forma autónoma.
Capacidad para diseñar proyectos.
Búsqueda del logro.4.- HISTORIA DEL PROGRAMA Lugar y fecha de
elaboración o revisión Participantes Evento
Instituto Tecnológico de Mérida, del 29 de septiembre al 1 de octubre de 2010.
Representantes de los Institutos Tecnológicos de:
Aguascalientes, Apizaco, Ensenada, La Paz, Mérida, Mexicali, Saltillo, San Luis Potosí, Tijuana, Pachuca y Veracruz.
Reunión Nacional de Diseño e Innovación Curricular para el Desarrollo y Formación de Competencias
Profesionales de la Carrera de Ingeniería Biomédica.
Desarrollo de Programas en Competencias Profesionales por los Institutos Tecnológicos del 2 de octubre al 30 de noviembre de 2010.
Academias de Ingeniería Biomédica de los Institutos Tecnológicos de:
Aguascalientes, Apizaco, Ensenada, Mérida, Mexicali, San Luis Potosí, Veracruz y Hospital Regional de Alta Especialidad de Mérida.
Elaboración del programa de estudio propuesto en la Reunión Nacional de Diseño Curricular de la Carrera de Ingeniería Biomédica.
Instituto Tecnológico de Mérida, del 1 al 3 de diciembre de 2010.
Representantes de los Institutos Tecnológicos de:
Aguascalientes, Apizaco, Ensenada, La Paz, Mérida, Mexicali, Pachuca, Saltillo, San Luis Potosí, Tijuana y Veracruz.
Reunión Nacional de Consolidación de los
Programas en
Competencias
Profesionales de la Carrera de Ingeniería Biomédica.
Instituto Tecnológico de Mérida, el 26 y 27 de octubre de 2011.
Representantes de los Institutos Tecnológicos de:
Apizaco, Mérida, Pachuca y San Luis Potosí.
Reunión de Trabajo para la Consolidación de la Carrera de Ingeniería Biomédica.
5.- OBJETIVO GENERAL DEL CURSO
Que el estudiante de la carrera de Ingeniería biomédica, adquiera conocimientos sobre el origen y la generación de señales bioelectrónicas así como las técnicas para su tratamiento y aplicación en la instrumentación requerida para el monitoreo y cuantificación de los parámetros contenidos en las señales de origen biológico.
Adquirir un dominio sobre diversas técnicas de análisis y síntesis necesarias para el diseño de circuitos electrónicos enfocados al acondicionamiento y amplificación para la captación de señales bioeléctricas.
6.- COMPETENCIAS PREVIAS
Para cursar la asignatura de tratamiento de bioseñales el estudiante requiere de tener conocimientos sobre electrónica analógica, transistores, FET, amplificadores operacionales.
Tener claro el funcionamiento de otros dispositivos eléctricos y electrónicos (diodos, transistores, componentes pasivos y activos.).
Aplicar los métodos de investigación, como también la publicación de los resultados, pruebas, ensayos.
Destreza en el manejo de equipo electrónico, tal como: Osciloscopio, multímetros, fuentes de alimentación y generadores de funciones.
Buscar y seleccionar información de dispositivos y sistemas electrónicos a través de hojas de datos de fabricantes, textos, sitios web.
Aplicarsoftware de simulación asistido por computadora.
Habilidad de búsqueda de información de características y aplicaciones de dispositivos y sistemas electrónicos.
7.- TEMARIO
Unidad Temas Subtemas
1. Bioseñales y sus procesos de origen
1.1. La célula
1.2. Membrana excitable
1.3. Potencial de acción y su propagación 1.4. Bomba de sodio-potasio
1.5. Sinapsis
1.6. Músculo, estructura y su contracción
2. Características de las Bioseñales
2.1. Características morfológicas 2.2. Amplitudes
2.3. Ocurrencia en el tiempo 2.4. Contenido de frecuencias
3.
Introducción a los procesos biológicos, su manifestación y técnicas
de adquisición
3.1. Potenciales asociados con (Electrocardiograma,
Electroencefalograma, Electromiograma, Presión arterial, Temperatura, pH, p02 y pC02, Espirometría, Pletismografía)
biopotenciales (electrodos, geles, etc.)
4. Amplificadores
4.1. Configuraciones básicas (inversor, seguidor, instrumentación, sumador, diferencial etc.)
4.2. Dispositivos especiales
4.3. Diseños aplicados para bioseñales
5. Filtros activos
5.1. Principios y tipos de filtros 5.2. Filtros pasa – bajas 5.3. Filtros pasa - altas 5.4. Filtro pasa-banda 5.5. Filtro rechaza-banda
5.6. Filtros con circuitos Integrados
6.
Aplicación de los Amplificadores de
Biopotencial
6.1. Amplificador para señales cardiológicas 6.2. Amplificador para señales cerebrales 6.3. Protección contra transitorios
6.4. Reducción de interferencia
6.5. Diseño de un amplificador de biopotencial
8.- SUGERENCIAS DIDÁCTICAS
Una de las cosas que se debe tomar en cuenta para la impartición de esta asignatura es que el docente debe:
Ser conocedor de la disciplina que está bajo su responsabilidad, conocer los antecedentes para lograr un mejor desarrollo de diseños, para considerar este conocimiento al abordar los temas. Desarrollar la capacidad para coordinar el trabajo en equipo; orientar el trabajo del estudiante y potenciar en él la autonomía, el trabajo cooperativo y la toma de decisiones. Mostrar flexibilidad en el seguimiento del proceso formativo e inducir la interacción entre los estudiantes. Tomar en cuenta el conocimiento de los estudiantes como punto de partida y como obstáculo para la construcción de nuevos conocimientos.
Propiciar actividades de metacognición. Ante la ejecución de una actividad, señalar o identificar el tipo de proceso intelectual que se realizó: una identificación de patrones, un análisis, una síntesis, la creación de un heurístico. Al principio lo hará el docente, luego será el estudiante quien lo identifique.
Propiciar actividades de búsqueda, selección y análisis de información en distintas fuentes.
Comparar las características ideales de los amplificadores con respecto a las reales.
Fomentar actividades grupales que propicien la comunicación, el intercambio argumentado de ideas, la reflexión, la integración y la colaboración de y entre los estudiantes.
Relacionar los contenidos de esta asignatura con las demás del plan de estudios a las que ésta, da soporte para desarrollar una visión interdisciplinaria en el estudiante.
Propiciar el desarrollo de capacidades intelectuales relacionadas con la lectura, la escritura y la expresión oral.
Facilitar el contacto directo con materiales e instrumentos, al llevar a cabo actividades prácticas, para contribuir a la formación de las competencias para el trabajo experimental como: identificación manejo y control de variables y datos relevantes, planteamiento de hipótesis, trabajo en equipo.
Desarrollar actividades de aprendizaje que propicien la aplicación de los conceptos, modelos y metodologías que se van aprendiendo en el desarrollo de la asignatura.
Proponer problemas que permitan al estudiante la integración de contenidos de la asignatura y entre distintas asignaturas, para su análisis y solución.
Cuando los temas lo requieran, utilizar medios audiovisuales para una mejor comprensión del estudiante.
Propiciar el uso de las nuevas tecnologías en el desarrollo de la asignatura (el uso de computadora, software de simulación para dar soluciones que despierten la experimentación de una manera más rápida, desarrollando el sentido de autoaprendizaje.
Propiciar la búsqueda y selección de información de los temas del curso en nuestro idioma y en un segundo idioma.9.- SUGERENCIAS DE EVALUACIÓN
La evaluación debe ser continua y formativa por lo que se debe considerar la evaluación del desempeño en cada una de las actividades de aprendizaje, haciendo especial énfasis en:
Reportes escritos de las observaciones hechas durante las actividades, así como de las conclusiones obtenidas de dichas observaciones.
Información obtenida durante las investigaciones solicitadas plasmada en documentos escritos.
Revisar los reportes y actividades realizadas en el laboratorio, de acuerdo a un formato previamente establecido.
Considerar la participación en las actividades programadas en la asignatura:Participación en clases, Cumplimiento de tareas y ejercicios, Exposición de temas, Asistencia, Paneles, Participación en congresos o concursos.
Aplicar exámenes escritos considerando que no sea el factor decisivo para la acreditación del curso.
Revisar los avances del proyecto del punto 6.5 del temario.
Considerar el desempeño integral del estudiante.10.- UNIDADES DE APRENDIZAJE
Unidad 1: Bioseñales y sus procesos de origen
Competencia específica a desarrollar Actividades de Aprendizaje El estudiante conocerá y
comprenderá el origen de los biopotenciales.
Investigar sobre cada uno de los temas asociados con la unidad como la célula, la membrana excitable.
Analizara el Potencial de acción y su propagación, la sinapsis y los músculos, así como estructura y su contracción.Unidad 2: Características de las bioseñales Competencia específica a desarrollar
Actividades de Aprendizaje El estudiante conocerá, comprenderá
y analizará las características de las bioseñales obtenidas en los procesos orgánicos y biológicos, e identificará los parámetros de las mismas.
Comprenderá las características morfológicas.
Medirá amplitudes de parámetros corporales.
Analizará la ocurrencia en el tiempo de los parámetros corporales.
Analizará el contenido de frecuencias de parámetros corporales.Unidad 3: Introducción a los procesos biológicos, su manifestación y técnicas de adquisición
Competencia específica a desarrollar
Actividades de Aprendizaje El estudiante conocerá las formas de
Manifestaciones eléctricas de los diferentes procesos orgánicos y biológicos, así como también su
Investigara sobre los diferentes dispositivos usados en la adquisición de señales corporales.
Investigara y analizará los potencialesmanera de adquisición. asociados con (Electrocardiograma, Electroencefalograma, Electromiograma, Presión arterial, Temperatura, pH, p02 y pC02, Espirometría, Pletismografía).
Buscara identificara datos y especificaciones de dispositivos para la conexión de biopotenciales (electrodos, geles, etc.).Unidad 4: Amplificadores
Competencia específica a desarrollar
Actividades de Aprendizaje El estudiante conocerá el
funcionamiento y aplicará los diferentes amplificadores electrónicos que se emplean en la captación y registro de las bioseñales.
Buscar y seleccionar información de diferentes fabricantes de amplificadores operacionales.
Identificar y comparar características y parámetros de los amplificadores operacionales.
Diseñar circuitos básicos con amplificadores operacionales.
Probar los circuitos básicos con amplificadores operacionales.
Comparar parámetros y características de circuitos básicos con amplificadores operacionales.
Interpretar y analizar diagramas.
Identificar circuitos integrados de amplificadores operacionales.Unidad 5: Filtros Activos
Competencia específica a desarrollar
Actividades de Aprendizaje Diseñar, construir y aplicar filtros
activos con amplificadores operacionales en sistemas electrónicos, y con circuitos integrados especializados.
El estudiante conocerá los diferentes tipos de filtros pasivos y activos (Butterworth, Chebishev, función elíptica ), que se emplean en el procesamiento de las bioseñales.
Analizar el comportamiento de los circuitos de los filtros pasivos.
Investigar el concepto de los filtros activos.
Diseñar circuitos básicos con filtros pasivos.
Probar los circuitos básicos con filtros pasivos.
Saber interpretar las respuestas de las señales a diferentes frecuencias.
Aprender el concepto de filtros de primer grado, segundo grado y de grado superior.
Practicar con algún software de simulación este tipo de filtros.Unidad 6: Amplificadores de Biopotencial
Competencia específica a desarrollar
Actividades de Aprendizaje Diseñar, construir y aplicar
amplificadores de bioseñal.
Construir y probar, Amplificadores para señales cardiológicas, Amplificador para señales cerebrales, Protecciones contra transitorios.
Reducir la interferencia en los amplificadores.
Diseñar y construir un amplificador de biopotencial.11.- FUENTES DE INFORMACIÓN
1. Biomedical Signal Processing and Signal Modeling, Eugene N Bruce, John Wiley & Sons.
2. Biomedical Signal Analysis: A case-Study, Rangaraj M. Rangayyan, Wiley- IEEE Press
3. “Circuitos Electrónicos con Amplificadores Operacionales”, González De La Rosa, Juan José, 1ª edición año de publicación 2001; Marcombo, S. A.
4. “Diseño con Amplificadores Operacionales y Circuitos Integrados”, 3ª edición año 2005, Franco Sergio, McGraw – Hill.
5. “Amplificadores Operacionales y Circuitos Integrados Lineales”, 6ª edición año 2006, Robert F. Coughlin, Prentice Hall.
6. “Amplificadores Operacionales y Circuitos Integrados”, Fiore, James M., 1ª edición año 2002, Thomson Paraninfo, S. A.
7. “Operational Amplifiers”, Huijsing, Johan H., Año 2000, Kluwer Academia.
8. Circuitos Analógicos para Adquisición de Datos., H. Calleja., Ed. DGIT 1998.
ISBN 970-18-18229.
9. Design with operational amplifiers and analog integrated circuits., S. Franco., Ed. Mc Graw-Hill, ISBN 970-10-4595-5.
10. Manual de Diseño de Circuitos Analógicos con Amplificadores Operacionales., J. M. Ferrero Corral. , Ed. Universidad Politécnica de Valencia. ISBN 84-9705- 060-6.
11. Passive and Active Network Analysis and Synthesis., A. Budak. , Ed.Houghton Mifflin, 1974 ISBN 0395172039.
12. Advanced linear products design seminar, Texas Instruments.,
www.ti.com.13. Applications reference manual, Analog Devices, www.analog.com.
14. Applications handbook, Burr-Brown., www.burr-brown.com.
15. Linear applications handbook, National Semiconductor., www.national.com.
16. High speed design seminar, Analog Devices, www.analog.com.
17. MatLab , Matworks Inc, www.mathtools.net.
18. PSpice, Cadence., www.cadencepcb.com.
19.
eSketch PRO v1.4, www.schematica.com.
12.- PRÁCTICAS PROPUESTAS
Análisis y operación de electrodos conectados al cuerpo humano.
Estudio y operación de biosensores de luz infrarroja Corazón, presión arterial, temperatura. etc.
Adecuación de las señales obtenidas en las prácticas anteriores, utilizando amplificadores con circuitos integrados especializados y opamps.o Seguidor de Voltaje.
