Strumentazione biomedica

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1 Strumentazione biomedica Progetto e impiego dei sistemi di misura Capitolo 7 Guido Avanzolini DEIS - Università di Bologna La Misura della Pressione Arteriosa 05/11/014

2 La Misura della Pressione Arteriosa Il metodo indiretto Vantaggi: a) Non invasività; b) Automatizzabile. Svantaggi: a) Misura solo la pressione massima e minima; b) Bassa frequenza di ripetizione; c) Misura poco precisa. Metodi: a) Ascultatorio; b) Oscillometrico; c) Ad ultrasuoni. 1

3 La Misura della Pressione Arteriosa Il metodo indiretto: lo sfigmomanometro e stetoscopio Componenti dello sfigmomanometro: a) Fascia con pompetta per il gonfiaggio ed ago per lo sgonfiaggio; b) Manometro a mercurio o aneroide. 1

4 La Misura della Pressione Arteriosa Il metodo auscultatorio: Principio di funzionamento 1

5 La Misura della Pressione Arteriosa Il metodo oscillometrico: Principio di funzionamento 1 MAP = diastolica +1/3(sistolica-diastolica)

6 La Misura della Pressione Arteriosa Il metodo ad ultrasuoni: Principio di funzionamento 1

7 La Misura della Pressione Arteriosa Il metodo diretto Vantaggi: a) Misura continua (forma d onda); b) Precisione superiore ai metodi indiretti. Svantaggi: a) Invasività; b) ischi (embolia, danno ai vasi, infezione, aritmie. Metodi: a) percutaneo (ago o corto catetere): sensore esterno; 1 b) cateterismo: sensore esterno o in punta.

8 La Misura della Pressione Arteriosa Il metodo diretto: principio di funzionamento 1

9 La Misura della Pressione Arteriosa Il sensore di pressione (comportamento statico) Determinare: a) la Sensibilità = G d G e G p ; b) la Deriva termica dello zero e della sensibilità; c) una compensazione della deriva di sensibilità. p l/l Diaframma G d Elemento sensibile primario / Estensimetro Ponte di Wheatstone G e G p Elemento di conversione V u

10 Il sensore di pressione Il guadagno del Diaframma, G d La deformazione misurata può essere: a) la freccia al centro; b) le deformazioni radiali e/o tangenziali. Diaframma circolare, caricato uniformemente. Orifizi Diaframma Estensimetri Cupola trasparente Equipaggio mobile

11 Deformazioni Il sensore di pressione Le deformazioni radiali e tangenziali. 1 Deformazioni radiali e tangenziali ( r) r ( r) t 3p(1 )( a 8Es 3p(1 )( a 8Es 3r r ) ) et t er r raggio normalizzato

12 Il sensore di pressione Il guadagno del Diaframma, G d 3 Nota: Esiste un valore del raggio, r a /, per cui risulta: ) (0). Quattro estensimetri attivi. r ( r t G d : t (0) 3(1 ) a p 8Es Esempio: E=190 GPa; 0,3; a= mm; s=0,1mm. G d = 30,91 () 8 1 9,510 ( mmhg ) / (0,1)

13 Il sensore di pressione L estensimetro ed il ponte. L estensimetro. : / G (1 ) l / l t eo ae Esempio: G eo =106; a e = C -1. Il ponte. G G e p : Vu / V Esempio: uo =1kW; a = C -1. A ; ( 1a t) u uo Complessivamente: S o G G d eo G p / V A 9, V /( mmhgv) 10V /( mmhgv)

14 Il sensore di pressione Deriva termica dello zero (DTZ). dv dt dv dt u d dt V u ( p) V ( t) u ( t) a a 1 a a 3 4 u V A i ( t) 4 a t; i a i a o a i Caso peggiore (1. a i =a max ;. segni tali da sommarsi): DTZ= 1 V A dv dt u a Esempio: a /a = 0,1%; a = C -1 ; DTZ=5V/(V C)

15 Il sensore di pressione Deriva termica della sensibilità (DTS). Sistema non compensato: S ( t) G G (1 a t) V d eo e A ds dt ( t) a G G e d eo V A Esempio: G eo =106; a e = C -1. Esempio: a e = C -1 ; G d = 9, (mmhg) 1 G eo =106; V A = 10V ds dt ( t) , V /( mmhgc) 0,3V /( mmhgc)

16 Il sensore di pressione Compensazione della Deriva di sensibilità (DTS). Si sfrutta la crescita della resistenza dell estensimetro con la temperatura per realizzare una tensione di alimentazione funzione crescente della temperatura. S( t) G d G e (1 a t) V e A s o (1 a t) (1 a t) ove o (1+a t) è la resistenza dell estensimetro. o 4 S V A 1 3 V u

17 Il sensore di pressione Compensazione della Deriva di sensibilità (DTS). Si adotta il valore di S che annulla la deriva di sensibilità per t=0. a S o a e a e Si noti che, considerando S variabile con la temperatura secondo l espressione S ( t) So( 1a St), con procedimento analogo si ottiene: ae So o a a a E, quindi, vantaggioso usare per S un termistore (cioè con a S negativo). S e

18 Comportamento dinamico Il sensore di pressione Specifiche. a) Misura della pressione: 0 Hz (10 armoniche, Hz la fondamentale); b) misura di indici di contrattilità (anche la derivata della pressione): 40 Hz (0 armoniche).

19 Il sensore di pressione Comportamento dinamico dv dt dv dp dp dt dp C dt q p p V p l dq 8 p q l A dt A 1 l p 1 G( s) : ( s) p 1 Cs s LC n A lc C lc L A 4 3 Nota: La complianza, C, è anche detta spostamento volumetrico. Deve essere piccola, per avere n grande.

20 Il sensore di pressione Lo spostamento volumetrico Il volume, V, è approssimabile dal cono avente come base il diaframma e come altezza la freccia al centro, w: w 3p(1 ) a 3 16 Es 4 V= a w(p)/3 C=dV/dp= a 3 (1-v )(a/s) 3 /(16E) Nota: a) Il rapporto a/s determina il valore di G d ; b) Il valore di a determina ol valore di C.

21 Il sensore di pressione Un po di storia

22 I Sistemi di Monitoraggio della pressione arteriosa Sistema catetere+sensore + monitor (con amplificatore). Analogo del sistema catetere + sensore. Inertanza del catetere, L esistenza del catetere, Monitor C b Complianza del diaframma C Al paziente Sensore