Timbre

UNIVERSIDADE FEDERAL DE GOIÁS

INSTITUTO DE FÍSICA

Declaração

Disciplina: Introdução à Instrumentação Biomédica
Código: IFI0257
Carga Horária Total: 64h
Núcleo: Específico Optativo
Unidade: IF

Ementa

Conceitos básicos de instrumentação biomédica. Sensores biomédicos. Noções de biopotenciais. Eletrodos de biopotencial. Tópicos de eletrônica analógica e digital. Construção de um sistema para medidas de biopotenciais. Conversão analógico-digital. Introdução à programação em LabView. Noções de equipamentos Médico-hospitalares.

Programa

1. CONCEITOS BÁSICOS DE INSTRUMENTAÇÃO BIOMÉDICA:
1.1. O que é engenharia biomédica;
1.2. Áreas de engenharia biomédica;
1.3. O que é instrumentação biomédica;
1.4. Evolução das técnicas biomédicas;
1.5. Equipamentos médico-hospitalares.
2. TEORIAS BÁSICAS DE MEDIÇÃO:
2.1. Revisão da teoria de erros;
2.2. Classificação dos tipos de erros;
2.3. Análise estatística do erro;
2.4. Classificação dos tipos de erros;
2.5. Mensurados de interesse médico;
2.6. Classificação de transdutores:
2.6.1 Segundo o efeito físico empregado, a quantidade física medida e a fonte de energia;
2.7. Medidas e transdução;
2.8. Metodologias de medidas;
2.9. Definição de grandeza;
2.10. Dimensão e unidade;
2.11. Unidades fundamentais e derivadas;
2.12. Sistema de unidades;
2.13. Sistema de medida analógico e digital.
3. TERMINOLOGIA DE SENSORES:
3.1. Classificação de transdutores segundo o desempenho:
3.1.1. Estático e Dinâmico;
3.2. Calibração estática;
3.3. Sensibilidade;
3.4. Faixa de operação (Range);
3.5. Precisão;
3.6. Resolução;
3.7. Exatidão;
3.8. Offset;
3.9. Linearidade;
3.10. Histerese;
3.11. Tempo de resposta;
3.12. Saturação, rompimento e zona morta;
3.13. Linearidade dinâmica.
4. PRINCÍPIOS BÁSICOS DE SENSORES E TRANSDUTORES BIOMÉDICOS:
4.1. Princípios de transdução de sensores resistivos, indutivos, capacitivos e piezoelétricos;
4.2. Sensores de deslocamento e deformação;
4.3. Sensores de força, pressão e fluxo;
4.4. Sensores de velocidade e de aceleração;
4.5. Sensores de temperatura;
4.6. Ponte de Wheatstone características e aplicações na engenharia biomédica.
5. ORIGEM DE BIOPOTENCIAIS:
5.1. Bioeletricidade;
5.2. Estimulação neuromuscular;
5.3. Potenciais de repouso;
5.4. Potenciais de ação;
5.5. Condução do impulso nervoso;
5.6. Junção neuromuscular;
5.7. Condução do potencial de ação;
5.8. Circuito equivalente de uma célula cilíndrica mielinizada e não mielinizada;
5.9 Biopotenciais superficiais: Formação dos sinais de eletromiografia (EMG), eletrocardiografia (ECG), eletroencefalografia (EEG).
6. ELETRODOS BIOPOTENCIAS:
6.1. Eletrodos e sensores usados para detectar biopotenciais;
6.2. Interface: Eletrodo – Eletrólito;
6.3. Potencial de meia célula;
6.4. Eletrodos de Ag/AgCl (Prata/Cloreto de Prata);
6.5. Modelos de circuitos equivalentes de bioeletrodos;
6.6. Potencial relativo de meio-célula;
6.7. Composição das camadas de pele;
6.8. Modelo elétrico das camadas de pele;
6.9. Comportamento dos eletrodos e modelos de circuitos;
6.10. Interface pele-eletrodo;
6.11. Artefatos de movimento;
6.12. Macroeletrodos de superfície, macroeletrodos internos e microeletrodos;
6.13. Eletrodos de superfície do corpo comumente usados:
6.13.1 Eletrodos de placas de metal;
6.13.2. Eletrodos de sucção;
6.13.3. Eletrodos flutuantes;
6.13.4. Eletrodos flexíveis;
7. AMPLIFICADORES BIOPOTENCIAS:
7.1. Amplificador operacional (Op-amp);
7.2. Parâmetros importantes;
7.3. Configurações de amplificadores: Op-Amp inversor, Op-Amp não-inversor, não-inversor de ganho unitário, amplificador diferencial, comparador, circuitos de múltipla entradas;
7.4. Aplicações do amplificador operacional: Amplificador de sonda de pH, amplificador instrumentação (AI), diferenciador, integrador, filtros ativos passa alta, filtros ativos passa baixa.

SEGUNDA PARTE: AULAS PRÁTICAS
8. NOÇÕES PRÁTICAS DE ELETRÔNICA ANALÓGICA:
8.1. Leitura de resistores, capacitores e indutores;
8.2. Dispositivos semicondutores: Diodos e diodo Zener; circuitos básicos com diodos, acopladores ópticos;
8.3. Transistor bipolar: modo de operação, configurações e polarização; circuitos básicos com transistores;
8.4. Impedância de entrada e saída; filtros analógicos passivos e ativos;
8.5. Amplificadores operacionais e aplicações;
8.6. Condicionadores de sinais (circuito ponte, métodos de excitação, interferências);
8.7. Segurança elétrica e circuitos de isolamento; redução de interferências e boas práticas para redução de ruído;
8.8. Calibração de uma célula de carga (strain gauge).
9. NOÇÕES PRÁTICAS DE INSTRUMENTOS DE MEDIDA E INSTRUMENTAÇÃO VIRTUAL:
9.1. Uso de multímetros, geradores de funções, osciloscópio digital;
9.2. Demonstração de circuitos elétricos e instrumentos de medida em ambiente virtual;
9.3. Noções de aquisição, conversão analógico-digital, processamento e apresentação de dados empregando linguagem virtual.
10. CIRCUITO INSTRUMENTAÇÃO:
10.1. Montagem;
10.2. Caracterização;
10.3. Projeto de um eletrocardiograma.

Bibliografia Básica

WEBSTER, J. G. Medical Instrumentation: Application and Design, 4 a ed., John Wiley & Sons, 2009.
CARR, J. J.; BROWN, J. M. Introduction to Biomedical Equipment Technology, 4 a ed., Prentice Hall, 2000.
ENDERLE, J.D. Bioinstrumentation, Morgan & Claypool Publishers, 2006.

Bibliografia Complementar

JAMAL, R.; PICHLIK, H. LabView applications and solutions, Upper Saddle River: Prentice Hall, 1998.
BLACKBURN, J. A. Modern instrumentation for scientists and engineers, New York: Springer, 2001.
ENDERLE, J. D.; BRONZINO, J. D.; BLANCHARD, S. M. Introduction to biomedical engineering, 3ª ed., Amsterdam: Elsevier Academic, 2012.
DEVASAHAYAM, S. R. Signals and systems in biomedical engineering signal processing and physiological systems modeling, New York: Kluwer Academic/Plenum Publishers, 2000.
BRUCE, E. N. Biomedical signal processing and signal modeling, New York: Wiley, 2001.
DIEFENDERFER, A. J.; HOLTON, B. E. Principles of electronic instrumentation, 3ª ed., Philadelphia: Sauders College, 1994.
NORTHROP, R. B. Signals and systems analysis in biomedical engineering, Boca Raton: CRC Press, 2003.
BAURA, G. D. System theory and practical applications of biomedical signals, Piscataway: Wiley Interscience, 2002.
BRONZINO, J. D. The biomedical engineering handbook, Boca Raton: CRC-IEEE, 1995.
OPPENHEIM, A. V.; WILLSKY, A. S. Sinais e Sistemas, 2a ed., Pearson, 2010.


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Documento assinado eletronicamente por Rodrigo Massanori Vilela Utino, Secretário, em 11/11/2021, às 11:26, conforme horário oficial de Brasília, com fundamento no § 3º do art. 4º do Decreto nº 10.543, de 13 de novembro de 2020.


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Referência: Processo nº 23070.058797/2021-49 SEI nº 2483028