Circuitos Integrados de Bajo Consumo para Aplicación en Sistemas Biomédicos

205 Pages·2012·17.31 MB·Spanish

Universidad Nacional del Sur
Tesis Doctor en Ingenier(cid:19)(cid:16)a
Circuitos Integrados de Bajo Consumo para
Aplicaci(cid:19)on en Sistemas Biom(cid:19)edicos
Ing. Pablo D. Pareja Obrego(cid:19)n
Bah(cid:19)(cid:16)a Blanca Argentina
2012

Prefacio
Esta tesis se presenta como parte de los requisitos para optar al grado acad(cid:19)emico de Doctor
en Ingenier(cid:19)(cid:16)a de la Universidad Nacional del Sur, y no ha sido presentada previamente para la
obtenci(cid:19)on de otro t(cid:19)(cid:16)tulo en esta Universidad u otra. La misma contiene los resultados obtenidos
en investigaciones llevadas a cabo en el (cid:19)ambito del Departamento de Ingenier(cid:19)(cid:16)a El(cid:19)ectrica y de
Computadoras durante el per(cid:19)(cid:16)odo comprendido entre el 18 de Septiembre de 2007 y el 5 de
Diciembre de 2011, bajo la direcci(cid:19)on del Dr. Pedro Juli(cid:19)an.
Bah(cid:19)(cid:16)a Blanca, 5 de Diciembre de 2011
Pablo D. Pareja Obrego(cid:19)n
Departamento de Ingenier(cid:19)(cid:16)a El(cid:19)ectrica y de Computadoras
Universidad Nacional del Sur
Universidad Nacional del Sur
Secretar(cid:19)(cid:16)a General de Posgrado y Educaci(cid:19)on Continua
La presente tesis ha sido aprobada el ..../..../...... , mereciendo la
cali(cid:12)caci(cid:19)on de ......(........................)
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Resumen
La microelectr(cid:19)onica y las redes de sensores se encuentran entre las (cid:19)areas tecnol(cid:19)ogicas con
mayor diversidad de campos de aplicaci(cid:19)on. As(cid:19)(cid:16), dispositivos que antiguamente no requer(cid:19)(cid:16)an
nada de inteligencia, hoy en d(cid:19)(cid:16)a incorporan procesadores y otros sistemas que facilitan su uso
o le agregan funcionalidades, como permitir su accionamiento a distancia o veri(cid:12)car su estado.
En particular, la medicina es una de las disciplinas afectadas con mayor impacto asociado.
D(cid:19)(cid:16)a a d(cid:19)(cid:16)a, aplicaciones del campo de la tecnolog(cid:19)(cid:16)a e informaci(cid:19)on se expanden en hospitales
alrededor del mundo, encontrando desde dispositivos que permiten localizar un paciente dentro
delhospital,hastaredesdedatosquepermitenrevisarlahistoriacl(cid:19)(cid:16)nicadelpacienteau(cid:19)ncuando
sus tratamientos anteriores se hayan realizado en otros hospitales, cl(cid:19)(cid:16)nicas o incluso consultorios
privados.
La motivaci(cid:19)on del presente trabajo es realizar redes de sensores hospitalarias, que incluyan
diversos sistemas de medici(cid:19)on de variables m(cid:19)edicas en pacientes. Durante el trabajo realizado se
investigaron los dispositivos comerciales existentes para la medici(cid:19)on de una serie de par(cid:19)ametros
vitales b(cid:19)asicos y se decidi(cid:19)o abordar el disen~o de circuitos integrados de bajo consumo para tres
problemas en particular. El primero de ellos es un sensor destinado a la medici(cid:19)on de presi(cid:19)on
endotraquealenpacientesintubados.Elsegundosistemadisen~adotienecomofunci(cid:19)onlamedici(cid:19)on
de dosis de suero intravenoso en pacientes internados, as(cid:19)(cid:16) como el control de su dosi(cid:12)caci(cid:19)on.
Finalmente, el tercer circuito consta de un sensor basado en nanotubos de carbono, destinado a
la medici(cid:19)on de agentes biol(cid:19)ogicos y gases.
Todos los disen~os de circuitos integrados se realizaron utilizando herramientas de disen~o de
esquem(cid:19)aticos, simulaci(cid:19)on y realizaci(cid:19)on de m(cid:19)ascaras, y los circuitos fueron fabricados utilizan-
do un proceso de 0;5(cid:181)m. Los circuitos fueron veri(cid:12)cados en el Laboratorio de Micro y Nano
Electr(cid:19)onica de la Universidad Nacional del Sur.
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Abstract
Microelectronics and sensor networks are among the most diverse technological areas of
applied sciences. Devices that previously did not require any intelligence, nowadays incorporate
processors and other systems that facilitate their use or add features, such as allowing their
remote operation or checking their status. Medicine is one of the areas of science with greater
associated impact. Day by day, information and technology applications expand in hospitals
aroundtheworld,rangingfromdevicesthatlocateapatientwithinthehospital,todatanetworks
that allow the revision of the patient’s medical history, even when previous treatments were
performed at other hospitals, clinics or private practices.
The motivation of this work is to design hospital sensor networks, including systems to
measurehealthvariablesinpatients.Duringthiswork,existingcommercialdevicesformeasuring
a number of basic and vital parameters were investigated and it was decided to address the
design of low power integrated circuits for three particular issues. The (cid:12)rst is a sensor for the
measurement of pressure in endotracheal intubated patients. The second design is a system for
the measurement and control of the infusion of liquid substances in intravenous therapy. Finally,
the third circuit consists of a sensor based on carbon nanotubes, intended for the measurement
of biological agents and gases.
The integrated circuits designs were made using schematic design, simulation and layout
tools, and circuits were fabricated using a 0;5(cid:181)m process. The circuits were tested in the Labo-
ratorio de Micro y Nano Electr(cid:19)onica at the Universidad Nacional del Sur.
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