Universidad Pública de Navarra - Nafarroako Univertsitate Publikoa

Módulo/Materia

Módulo/Materia: Optatividad

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Descripción/Contenidos

Esta asignatura persigue que el estudiante aborde el diseño electrónico de un dispositivo biomédico específico completo, desde la adquisición, tratamiento de señales de sensores, su acondicionamiento a través del diseño de un PCB, conversión analógica digital, para procesarla con un microcontrolador y hasta él envió de estas señales a una central para analizar sus datos. La orientación de la asignatura es muy práctica, donde se irán presentando los diferentes conceptos usando elementos de hardware y software.

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Competencias genéricas

Básicas

CB2 - Que los estudiantes sepan aplicar sus conocimientos a su trabajo o vocación de una forma profesional y posean las competencias que suelen demostrarse por medio de la elaboración y defensa de argumentos y la resolución de problemas dentro de su área de estudio.

CB5 - Que los estudiantes hayan desarrollado aquellas habilidades de aprendizaje necesarias para emprender estudios posteriores con un alto grado de autonomía.

Genéricas

CG2 - Tener conocimientos básicos del uso y programación de los ordenadores, sistemas operativos, bases de datos y programas informáticos con aplicación en ingeniería.

CG4 - Comprender y dominar los fundamentos de procesado de señal y sistemas lineales y las funciones y transformadas relacionadas y su aplicación para la resolución de problemas propios de la ingeniería.

CG5 - Conocer los fundamentos de circuitos eléctricos, electrotecnia y electrónica de potencia y su aplicación para la resolución de problemas propios de la ingeniería.

CG6 - Comprender los conceptos básicos de circuitos y dispositivos electrónicos, principios físicos de los semiconductores y familias lógicas, diseño de sistemas electrónicos y su aplicación para la resolución de problemas propios de la ingeniería.

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Competencias específicas

CE5 - Ser capaces de realizar la especificación, implementación, documentación y puesta a punto de equipos y sistemas electrónicos, de instrumentación y de control, considerando tanto los aspectos técnicos como las normativas reguladoras correspondientes.

CE17 - Ser capaz de registrar y extraer información útil de señales biomédicas de distinta naturaleza.

CE18 - Conocer los principios físicos y saber utilizar las técnicas y los instrumentos de medida empleados más habitualmente en la medición de magnitudes fisiológicas del cuerpo humano.

CE23 - Conocer y emplear sensores, sistemas de adquisición, tecnologías de comunicaciones y estándares para el estudio, diseño y desarrollo de servicios de telemonitorización sociosanitarios.

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Resultados aprendizaje

R1. Interpretar diferentes tecnologías de sensores aplicados en el ámbito de la ingeniería biomédica, así como la extracción de sus parámetros principales usando sus hojas de especificaciones.

R2. Aplicar el proceso de integración de sistemas electrónicos de adquisición y digitalización básicos para conseguir dispositivos biomédicos.

R3. Explicar el flujo de diseño electrónico analógico y digital para conseguir dispositivos biomédicos.

R4. Evaluar las diferentes alternativas que nos aporta un diseño electrónico basado en un microcontrolador dentro de un entorno de telemonitorización.

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Metodología

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Idiomas

La docencia se imparte en castellano, aunque la mayoría de las referencias y los textos de lectura están escritos en inglés, ya que los proveedores habituales de sensores e instrumentación funcionan a nivel global. Es responsabilidad del alumnado acostumbrarse y adquirir la nomenclatura usada en este tipo de dispositivos, con independencia de si se ha conseguido la competencia lingüística o no.

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Evaluación

NOTAS ACLARATORIAS

La asignatura aplica buena parte de los conocimientos adquiridos en las sesiones prácticas. En este sentido, la no asistencia supone la pérdida de información valiosa para su seguimiento, así como de puntuación. Por ello, es altamente recomendable la asistencia.

1. Los exámenes teórico-prácticos consistirán en una combinación de preguntas de tipo test y de respuesta corta sobre las temáticas de la asignatura. Se podrán incluir cuestiones acerca de las prácticas, así como análisis de hojas de especificaciones, folletos de empresa y ejercicios.
2. Se plantearán pruebas parciales sencillas para realizar un seguimiento continuado de los conceptos adquiridos a lo largo de la asignatura.
3. Se prevé la entrega de 1-2 informes finales relacionados con el diseño analógico y digital de dispositivos electrónicos en medicina que podrán ser, además, evaluados parcialmente tras las sesiones de laboratorio.

Para promediar con el resto de calificaciones de la asignatura en cualquiera de sus convocatorias, es necesario obtener al menos 5 puntos en las 2 pruebas que conforman el 50% correspondiente a los exámenes teórico-prácticas. En caso de no superar la asignatura en cualquiera de los períodos de evaluación, la nota final será promediada hasta un máximo de 4,9.

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Temario

A lo largo del curso, se impartirán las siguientes temáticas, siguiendo un flujo de diseño electrónico:

1. Definiciones y caracterización de sistemas de medida.
2. Sensores de uso biomédico y sus hojas de especificaciones.
3. Acondicionamiento de señales biomédicas
3.1. Acondicionamiento primario: divisor de tensión y puente de Wheatstone.
3.2. Acondicionamiento secundario con amplificadores operacional y de instrumentación. Hojas de especificaciones.
3.3. Filtrado.
4. Mundo analógico vs mundo digital.
5. Conversión analógico digital (CAD): parámetros y hojas de especificaciones.
6. Procesamiento digital de señales biomédicas mediante el microcontrolador ESP32.
7. Presentación y/o comunicación de datos mediante ESP32.

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Programa de prácticas experimentales

Las sesiones prácticas serán la metodología habitual a lo largo de la asignatura. En este sentido, se prevén sesiones donde se manejen componentes electrónicos e instrumentación de laboratorio para aplicarla a la monitorización y caracterización de:

1. Sensores y actuadores.
2. Acondicionamiento de señal.
3. Empleo de amplificadores operacionales y de instrumentación.
4. Filtrado analógico.
5. Conversión analógico-digital y digital-analógica, actuadores, presentación de información
   biomédica, etc.

Asimismo, se prevé el desarrollo de un proyecto de diseño electrónico consistente en detectar
parámetros biomédicos y/o usarlos para producir algún efecto de actuación en un sistema. Se usará
la plataforma ESP32 para controlar el sistema analógico desarrollado mediante software, procesar las
señales obtenidas, interactuar con él y/o conectarse a otros dispositivos.

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Bibliografía

Acceda a la bibliografía que el profesorado de la asignatura ha solicitado a la Biblioteca.

Básica:

1. R. Pallás Areny, "Sensores y acondicionadores de señal".  4ta edición. Marcombo, Barcelona 2006.
2. M. A. Pérez García, "Instrumentación Electrónica. 230 problemas resueltos". Ibergarceta Publicaciones, Madrid 2012.
3. Analysis and Application of Analog Electronic Circuits to Biomedical Instrumentation by Robert B. Northrop, second edition. 2012

Complementaria:

1. Medical Devices and Human Engineering (The Biomedical Engineering Handbook, Fourth Edition) by Joseph D. Bronzino, Donald R. Peterson. 2015.
2. Designing Embedded Systems with Arduino A Fundamental Technology for Makers by Tianhong PanYi Zhu, Springer 2018

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Lugar de impartición

Teoría: Aula habilitada en el Aulario.

Prácticas: Laboratorios del Departamento de Ingeniería Eléctrica, Electrónica y de Comunicación de la UPNA.

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