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Introdução à Instrumentação Médica

ISBN: 9789727579587

Autores: José Higino Correia, João Paulo Carmo

Editora: LIDEL

Número de Páginas: 280

Idioma: Português

Data Edição: 2013

14,40 €18,00 €
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A procura de instrumentos médicos com novas funcionalidades e simultaneamente cada vez mais fiáveis, portáteis e de dimensões reduzidas resultou em grandes investimentos das multinacionais em investigação e desenvolvimento na área biomédica. Este livro reflete a atividade de ensino e os resultados da investigação desenvolvida pelo grupo de Eletrónica Médica do Centro Algoritmi da Universidade do Minho.

Este livro destina-se a servir de texto de apoio às unidades curriculares de cursos de Engenharia das Universidades e Institutos Superiores (abrangendo o final do 1.º ciclo, 2.º ciclo e 3.º ciclo). Adequa-se também às unidades curriculares do 1.º ciclo de Engenharia Biomédica, tendo igualmente como público-alvo os alunos dos 2.º e 3.º ciclos dos restantes cursos de Enfermagem, Medicina, Neurofisiologia, Cardiopneumologia e Audiologia. Do mesmo modo, engenheiros e técnicos responsáveis pelo design de equipamento biomédico poderão encontrar neste livro os conceitos básicos e técnicas avançadas dos equipamentos médicos mais utilizados em hospitais, clínicas e centros de saúde.

O objetivo desta obra é que estudantes e profissionais com interesse na área adquiram os conhecimentos básicos de instrumentação médica ao nível dos sensores biomédicos, amplificadores, filtros ativos, conversores de dados, processamento de biossinais, elétrodos para aquisição de biopotenciais, amplificadores para biopotenciais e respetiva quantificação e redução de interferências. No fim de cada capítulo apresenta-se um conjunto de problemas propostos, selecionados de modo a exemplificar os conceitos fundamentais tratados nesse capítulo.

Inclui glossário de termos correspondentes em português europeu e português do Brasil.
1. CONCEITOS FUNDAMENTAIS
1.1 Introdução
1.2 Fontes de erro
1.2.1 Exatidão versus precisão
1.2.2 Tipos de erros presentes num sistema de medida
1.2.3 Indicadores estatísticos mais importantes
1.2.3.1 Medias
1.2.3.2 Mediana
1.2.3.3 Variância e desvio-padrão
1.2.3.4 Regressão linear
1.3 Características estáticas
1.3.1 Sensibilidade e resolução
1.3.2 Gama de operação
1.3.3 Linearidade
1.4 Características dinâmicas
1.4.1 Função de transferência
1.4.2 Resposta impulsional
1.4.3 Resposta indicial
1.4.4 Sistemas de ordem zero
1.4.5 Sistemas de primeira ordem
1.4.6 Sistemas de segunda ordem
1.5 Sensor versus tradutor
Referências
Exercícios Propostos

2. SENSORES PARA INSTRUMENTAÇÃO MÉDICA
2.1 Introdução
2.2 Sensores de deslocamento
2.2.1 Sensores resistivos
2.2.2 Sensores capacitivos
2.2.3 Sensores indutivos
2.2.4 Sensores piezoelétricos
2.3 Sensores térmicos
2.3.1 Termopares
2.3.2 Termístores
2.3.3 Resistências dependentes da temperatura (RTD)
2.3.4 Termometria de radiação
2.4 Sensores magnéticos por efeito de Hall
2.5 Sensores de fibra ótica
2.5.1 Introdução
2.5.2 Sensores de fibra ótica convencional
2.5.3 Sensores de fibra ótica com redes de Bragg
2.5.3.1 Fibras óticas com redes de Bragg – FBG (Fiber Bragg Gratings)
2.5.3.2 Medição da frequência respiratória e cardíaca
2.5.3.3 Medição de movimentos nos membros inferiores
2.6 Sensores óticos
2.6.1 Espectrometria
2.6.1.1 Introdução
2.6.1.2 Espectrómetros
2.6.1.3 Microespectrómetros
2.6.1.4 Microlaboratórios de analises clinicas (lab-on-a-chip)
2.6.2 Sensores de raios X em tecnologia CMOS
Referências
Exercícios Propostos

3. AMPLIFICADORES
3.1 Introdução
3.2 Tipos de amplificadores lineares
3.3 O amplificador operacional
3.4 Topologias básicas
3.4.1 Amplificador inversor
3.4.2 Amplificador não inversor
3.4.3 Conversor corrente-tensão
3.4.4 Amplificador somador
3.4.5 Amplificador de diferença
3.4.6 Amplificador diferencial
3.4.7 Ganho de modo comum e ganho diferencial
3.4.8 Comparador de tensão
Referências
Exercícios Propostos

4. FILTROS ATIVOS
4.1 Introdução
4.2 Conceito de filtragem e tipos de filtros
4.2.1 Função de transferência
4.2.2 Tipos de filtros
4.3 Filtros ativos de primeira ordem
4.3.1 Circuito integrador
4.3.2 Circuito diferenciador
4.3.3 Filtro passa-baixo com ganho
4.3.4 Filtro passa-alto com ganho
4.3.5 Deslocador de fase ou filtro passa-tudo
4.3.6 Filtro passa-banda
4.3.7 Filtro rejeita-banda
4.4 Filtros ativos de segunda ordem
4.4.1 Respostas de segunda ordem standard e fator de qualidade
4.4.2 Filtro passa-baixo de segunda ordem
4.4.3 Filtro passa-alto de segunda ordem
4.4.4 Filtro passa-banda
4.4.5 Filtro variável de estado
Referências
Exercícios Propostos
5. CONVERSORES DE DADOS
5.1 Introdução
5.2 Conversor digital-analógico (DAC)
5.2.1 Conversor digital-analógico de resistências ponderadas
5.2.2 Conversor digital-analógico baseado em escada de resistências R-2R
(ladder R-2R)
5.2.3 Métricas associadas aos DAC
5.3 Conversor analógico-digital (ADC)
5.3.1 Resolução e erro de quantização dos ADC
5.3.2 Métricas associadas aos ADC
5.3.3 Arquiteturas de ADC
5.3.3.1 ADC do tipo Flash
5.3.3.2 ADC do tipo aproximações sucessivas
5.3.3.3 ADC de rampa simples
5.3.3.4 ADC de dupla rampa
5.3.3.5 ADC sigma-delta (SD)
5.3.3.6 Comparação dos diversos tipos de ADC
Referências
Exercícios Propostos

6. BIOSSINAIS
6.1 Introdução
6.2 Tecido excitável e sinais bioelétricos
6.2.1 Neurónios e células gliais
6.2.2 Sistema nervoso
6.2.3 Potencial de repouso
6.2.4 Potencial de ação
6.3 Biossinais
6.3.1 Eletromiograma (EMG)
6.3.2 Eletrocardiograma (ECG)
6.3.2.1 Anatomia do coração
6.3.2.2 Eletrofisiologia cardíaca e eletrocardiograma
6.3.2.3 Potenciais de superfície e aquisição de sinais de ECG
6.3.3 Eletro-oculograma (EOG)
6.3.4 Eletroencefalograma (EEG)
6.3.4.1 Sistema 10-20 e montagem de elétrodos
6.3.4.2 Ritmos do eletroencefalograma
6.3.4.3 Diagnostico da epilepsia com EEG
Referencias
Exercícios Propostos

7. ELÉTRODOS E AQUISIÇÃO DE BIOPOTENCIAIS
7.1 Introdução
7.2 Eletrodos para aquisição de biopotenciais
7.2.1 A pele humana
7.2.2 Interface elétrodo-eletrólito
7.2.3 Elétrodos
7.2.3.1 Aquisição de biopotenciais
7.2.3.2 Materiais de revestimento de eletrodos
7.2.3.3 Comparação de vários materiais para elétrodos
7.2.4 Elétrodos secos com microagulhas
7.2.4.1 Fabrico
7.2.4.2 Características eletroquímicas
7.2.4.3 Características mecânicas
7.2.5 Elétrodos em SU-8 com agulhas independentes para estudos eletrofisiológicos em ratos
7.3 Amplificadores para aquisição de biopotenciais
7.3.1 Aspetos introdutórios
7.3.2 Quantificação e compensação das interferências
7.3.2.1 Correntes de interferência induzidas nos cabos que ligam os elétrodos ao amplificador de instrumentação
7.3.2.2 Correntes através do corpo humano
7.3.2.3 Correntes induzidas no amplificador
7.3.2.4 Interferências magnéticas
7.3.3 Compensação de interferências
7.3.3.1 Blindagem eletromagnética
7.3.3.2 Gaiola de Faraday
7.3.3.3 Circuito driven right leg
7.3.3.4 Redução dos 50 Hz e seus múltiplos com recurso a hardware
7.3.3.5 Aquisição de sinais de ECG em fetos
7.3.4 Amplificadores de isolamento
7.3.4.1 Alimentação por bateria
7.3.4.2 Acoplamento otico
7.3.4.3 Acoplamento magnético
Referências
Exercícios Propostos
José Higino Correia
Professor Catedrático no Departamento de Eletrónica Industrial da Universidade do Minho desde 2009. A sua atividade de I&D baseia-se na fabricação de microdispositivos (microssensores, microatuadores, microssistemas) para aplicações biomédicas. Licenciou-se em Engenharia Física – ramo de Eletrónica e Instrumentação – pela Universidade de Coimbra. Possui o Doutoramento na área de Microssistemas Óticos pela Universidade Técnica de Delft, Holanda. Coautor da obra Introdução às Microtecnologias no Silício, igualmente publicada pela Lidel.

João Paulo Carmo
Investigador Auxiliar na Universidade do Minho, onde desenvolve investigação ligada às tecnologias de micro/nano fabricação, circuitos mistos e de rádio frequência, sensores integrados de estado sólido, microatuadores e micro/nano dispositivos para utilização em aplicações biomédicas. Licenciado em Engenharia Eletrotécnica pela Universidade do Porto, possui o Doutoramento em Engenharia Eletrónica Industrial pela Universidade do Minho. A sua licenciatura encontra-se desde 2011 reconhecida no Brasil pela Universidade Federal de Pernambuco, Recife. Coautor da obra Introdução às Microtecnologias no Silício, igualmente publicada pela Lidel.

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