Dispositivos de Bioinstrumentación

La bioinstrumentación es una disciplina que combina la biología, la ingeniería y la medicina para desarrollar instrumentos y dispositivos utilizados en la investigación, diagnóstico y tratamiento de procesos biológicos y médicos. Estos instrumentos son fundamentales para la monitorización de señales biológicas, la adquisición de datos fisiológicos y la realización de estudios clínicos.

Un poco de Historia

– La bioinstrumentación ha dado pasos agigantados sobre todo en el  siglo XX y ha ido creciendo a la par con los avances de la electrónica.

– En la década de 1950, se desarrollaron los primeros electrocardiógrafos para medir la actividad eléctrica del corazón.

– La llegada de la informática y la miniaturización de dispositivos electrónicos en las décadas siguientes impulsó el desarrollo de instrumentos más avanzados y precisos.

– La bioinstrumentación ha sido fundamental en el avance de la medicina moderna, permitiendo la monitorización en tiempo real de parámetros fisiológicos en entornos clínicos y de investigación, tiene sus raíces en el desarrollo de instrumentos médicos a lo largo de la historia.

Desde los primeros termómetros hasta los modernos equipos de resonancia magnética, la bioinstrumentación ha evolucionado significativamente a lo largo de los años. En el siglo XX, con los avances en la electrónica y la informática, esta disciplina experimentó un gran crecimiento, lo que permitió el desarrollo de dispositivos más precisos y sofisticados para la medicina.

Algunos Conceptos importantes

• Bioinstrumentos: Son dispositivos diseñados para medir, registrar o manipular señales biológicas, como la actividad eléctrica del corazón, la presión sanguínea, la temperatura corporal, entre otros. Estos dispositivos son diseñados para ser utilizados en aplicaciones biomédicas, biotecnológicas, ambientales u otras áreas donde se requiere la medición, detección, análisis o manipulación de componentes biológicos, como células, tejidos, proteínas, ácidos nucleicos, entre otros. Estos instrumentos son fundamentales en la investigación científica y en la práctica clínica, ya que permiten realizar mediciones precisas, realizar análisis complejos y obtener información valiosa sobre sistemas biológicos.

• Mensurando: Es la magnitud física, biológica o fisiológica que se desea medir. Por ejemplo, la temperatura corporal, la presión sanguínea, la actividad eléctrica del corazón (ECG), entre otros.

• Transductor: Este dispositivo se encarga de la conversión de energia es decir, transforma un tipo de energía en otro. En el contexto de la bioinstrumentación, un transductor convierte la señal proveniente del mensurando (por ejemplo, una señal fisiológica) en una señal eléctrica que puede ser procesada y medida.

• Sensor: Es el elemento captador que tiene como función transformar una magnitud física en electricidad. Por ejemplo, un sensor de temperatura convierte la temperatura en una señal eléctrica que puede ser medida.

• Acondicionador de señal: Es un circuito electrónico que se encarga de acondicionar la señal proveniente del sensor o transductor para que sea adecuada para su procesamiento. Esto puede incluir amplificación, filtrado, conversión de impedancia, entre otros procesos.

• Sistema de visualización: Es el componente que permite mostrar de manera gráfica o numérica la información obtenida a partir de la señal medida. Puede ser una pantalla, un gráfico en una computadora, un indicador LED, entre otros.

• Sistema de alarma: Es un sistema que se encarga de alertar al usuario en caso de que se detecte una condición anormal o peligrosa en la señal medida. Por ejemplo, en un monitor de signos vitales, un sistema de alarma puede activarse si la frecuencia cardiaca de un paciente está fuera de un rango seguro.

• Almacenamiento y transmisión de datos: Es la capacidad de un sistema o equipo de guardar los datos medidos con el fin de estudiarlos y analizarlos mas adelante, y luego poder compartirlos con otros equipos o sistemas para su procesamiento.

• Procesamiento de bioseñales analógicas a digitales: Consiste en convertir una señal analógica proveniente de un sensor o transductor en una señal digital que puede ser procesada por un sistema digital, como una computadora. Este proceso generalmente implica muestreo, cuantificación y codificación de la señal analógica.

Electrodos en Bioinstrumentación

Los electrodos son dispositivos principales en la captación de señales eléctricas en aplicaciones biomédicas. Estos dispositivos pueden medir la actividad eléctrica en el cuerpo humano, como la actividad cerebral (electroencefalografía – EEG), la actividad cardíaca (electrocardiografía – ECG) o la actividad muscular (electromiografía – EMG).

Existen varios tipos de electrodos utilizados, como electrodos de superficie, electrodos invasivos y electrodos no invasivos. Los electrodos deben ser diseñados para ser seguros, confiables y sensibles a las señales biológicas de interés.

Preamplificadores en Bioinstrumentación

Los preamplificadores son circuitos electrónicos que se utilizan para amplificar las débiles señales biológicas captadas por los electrodos antes de ser procesadas por equipos de adquisición de datos más avanzados. Estos dispositivos son esenciales para garantizar que las señales biológicas se amplifiquen correctamente y se puedan distinguir de cualquier ruido eléctrico no deseado.

Los preamplificadores en bioinstrumentación deben ser diseñados con alta impedancia de entrada, bajo nivel de ruido y alta ganancia para garantizar una amplificación precisa de las señales biológicas débiles. Además, deben ser capaces de filtrar eficazmente las frecuencias no deseadas para mejorar la calidad de las señales adquiridas.

Logros y avances

Uno de los logros más importantes ha sido el Desarrollo de dispositivos miniaturizados que brindan comodidad y Permiten la monitorización continua de pacientes en entornos no hospitalarios, esto se refuerza positivamente con los avances en la telemetría médica que permiten la transmisión remota de datos fisiológicos para su análisis y seguimiento.

Otro avance importante ha sido el desarrollo y mejora de biosensores para diagnóstico que Permiten la detección rápida y precisa de biomarcadores en muestras biológicas y ejecución de la medicina personalizada La bioinstrumentación contribuye a la individualización de tratamientos y terapias.

En el campo  de equipos de imagenología médica avanzada, ha sido fundamental en el desarrollo de tecnologías como la tomografía computarizada, la resonancia magnética y la ecografía, que han revolucionado el diagnóstico médico así como Aplicaciones en la neurociencia Instrumentos para el estudio de la actividad cerebral y el sistema nervioso.

Conclusiones

Esta disciplina interdisciplinaria está en constante evolución y juega un papel crucial en la investigación y la medicina moderna. Sus avances han permitido mejorar el diagnóstico, tratamiento y seguimiento de enfermedades, así como el entendimiento de los procesos biológicos a nivel molecular y sistémico. Con el continuo avance tecnológico, se espera que la bioinstrumentación siga desempeñando un papel fundamental en la medicina moderna, permitiendo avances significativos en la salud y el bienestar de las personas.

 El futuro de la bioinstrumentación promete seguir ofreciendo innovaciones tecnológicas que beneficien tanto a pacientes como a profesionales de la salud.

Por lo tanto, es importante seguir investigando y desarrollando nuevas tecnologías en el campo de la bioinstrumentación para mejorar la precisión, la sensibilidad y la fiabilidad de los dispositivos utilizados en aplicaciones biomédicas.

Referencias

• Wikipedia (2024) Instrumentación biomédica. https://es.wikipedia.org/wiki/Instrumentaciion
• Padilla, M (2023) Bioinstrumentación. https://www.icat.unam.mx/bioinstrumentacion/
• Torres, R., Ramírez, J. (2008). DESARROLLO DE LA LÍNEA DE BIOINSTRUMENTACIÓN, SEÑALES E IMÁGENES MÉDICAS EN EL PROGRAMA DE INGENIERÍA BIOMÉDICA DE LA EIA-CES. http://www.scielo.org.co/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S1909-97622008000100003#:~:text=La%20Bioinstrumentaci%C3%B3n%20se%20encarga%20de,relaci%C3%B3n%20con%20el%20cuerpo%20humano.