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ESCUELA SUPERIOR POLITÉCNICA DEL LITORAL Tópicos Especiales de Graduación en Electrónica Médica.

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Presentación del tema: "ESCUELA SUPERIOR POLITÉCNICA DEL LITORAL Tópicos Especiales de Graduación en Electrónica Médica."— Transcripción de la presentación:

1 ESCUELA SUPERIOR POLITÉCNICA DEL LITORAL Tópicos Especiales de Graduación en Electrónica Médica

2 Proyecto: Equipo de uso público para la adquisición de parámetros fisiológicos: presión sanguínea, frecuencia cardíaca, estatura y peso Integrantes: Ángel Arias A. Jaime Inga M. Dany Riofrío G. Director: Ing. Miguel Yapur A. UNIDAD BIOMÉDICA RAI

3 Unidad Biomédica RAI Objetivos: Diseñar e implementar el prototipo de un equipo de adquisición de los parámetros fisiológicos establecidos. Adquirir conocimientos y destreza en la utilización de sensores. Crear un documento que sirva como material de consulta en el campo de Electrónica Médica y una posterior actualización del proyecto.

4 Unidad Biomédica RAI Introducción El presente trabajo trata sobre el diseño y construcción de una unidad de medición de parámetros fisiológicos (presión sanguínea, frecuencia cardíaca, peso y estatura). Cabe recalcar que mediante esta unidad no se pretende evitar o sustituir la visita periódica de las personas a la auscultación médica. El presente proyecto tiene como característica realzar la importancia de la relación estrecha que existe entre la Medicina y la Electrónica. El adelanto de la tecnología siempre va en función del confort y seguridad de los pacientes.

5 Módulo 1: Presión Sanguínea Presión sanguínea Método Auscultatorio y Oscilométrico Transductor de presión MPX5050GP Curva de transferencia

6 Unidad Biomédica RAI Presión Sanguínea La presión sanguínea es el índice cardiovascular más utilizado en la actualidad. Una historia clínica de las medidas de la presión sanguínea ha salvado a muchas personas de una muerte prematura. Métodos de medición: – Invasivos (cateterismo). – No invaisvos (auscultatorio y oscilométrico).

7 Unidad Biomédica RAI Método Auscultatorio. Este método consiste en colocar un brazal arriba del codo, a nivel del corazón y colocando el estetoscopio sobre la arteria braquial. Donde el ruido comience a aumentar su amplitud se lee el manómetro y en este punto se halla la presión sistólica. La presión diastólica se encuentra donde se dejen de percibir los ruidos. Estos sonidos son llamados Ruidos de Korotkoff.

8 Unidad Biomédica RAI Método Oscilométrico. Este método es utilizado por la mayoría de equipos con medición no-invasiva. El transuctor de presión se coloca junto con el brazal. A medida que el flujo sanguíneo se reestablece, las paredes de las arterias comienzan a vibrar. Cuando las oscilaciones aumentan su amplitud, se registra la presión sistólica; en el instante en que disminuyen su amplitud se regsitra la presión diastólica, la presión media se encuentra en el punto donde se registra la oscilación de mayor amplitud.

9 Unidad Biomédica RAI Método Oscilométrico.

10 Unidad Biomédica RAI Método Oscilométrico. El método oscilométrico solamente brinda con exactitud el valor de la presión media. La relación entre las amplitudes de las oscilaciones, de la presión media (Am) con la sistólica (As) y diastólica (Ad) son las siguientes:

11 Unidad Biomédica RAI Curva de presión del brazal

12 Unidad Biomédica RAI Curva de oscilaciones del filtro amplificador

13 Unidad Biomédica RAI

14 Características del transductor de presión MPX5050GP Error máximo del 2,5% en un rango de temperatura de 0°C hasta 85°C. Diseñado para ser usado con sistema de microcontroladores y microprocesadores. Compensación sobre temperatura en el rango de -40°C hasta 125°C Contiene galgas extensiométricas de silicio y una cubierta de un elemento epóxico durable. Incluye circuitos de acondicionamiento de la señal

15 Unidad Biomédica RAI Curva de transferencia.

16 Unidad Biomédica RAI

17 Módulo 2: Estatura Sensor Infrarrojo SHARP GP2D02 Principio de funcionamiento Curva de transferencia

18 Unidad Biomédica RAI Principio de funcionamiento Básicamente su modo de funcionamiento consiste en la emisión de un pulso de luz infrarroja. El LED infrarrojo del emite el haz de luz a través de una pequeña lente convergente

19 Unidad Biomédica RAI Principios de funcionamiento El sensor infrarrojo utilizado en el proyecto para realizar la detección y medición de la distancia de los personas pertenece a la familia IR SHARP. Básicamente su modo de funcionamiento consiste en la emisión de un pulso de luz infrarroja.

20 Unidad Biomédica RAI Tiempos de Lectura del IR SHARP GP2D02

21 Unidad Biomédica RAI Características del sensor. Rango de medición: 10 a 80 cm, El consumo máximo de corriente es de 35 mA. El consumo mínimo de corriente cuando esta en estado inactivo o en reposo (3 uA). La tensión de funcionamiento es de 5V. La temperatura de funcionamiento está en el rango de -10 a 60ºC.

22 Unidad Biomédica RAI Curva de transferencia. El byte con la distancia medida no corresponde con la distancia real. D = 0.2 m X = 114 D= 0.5 m X = 75

23 Unidad Biomédica RAI Cálculo de constantes

24 Unidad Biomédica RAI Tiempos de Lectura del IR SHARP GP2D02 Valor binario Distancia real (cm) Distancia mediante ecuación (16) (cm) ERROR (%) ,070, , ,230, ,621, , ,091,55 Tabla 2.3 Valores de distancias reales y calculadas por el sensor.

25 Unidad Biomédica RAI Conexión PIC-GP2D02

26 Módulo 3: Peso Galgas extensiométricas Amplificador de instrumentación IC Ad620BN

27 Unidad Biomédica RAI Galgas extensiométricas La galga extensiométrica es un dispositivo comúnmente usado en pruebas y mediciones mecánicas su nombre se deriva del inglés Strain Gage. Si un hilo conductor es sometido a un esfuerzo de tracción, éste se alarga, aumentando su longitud en ΔL. La disposición general de una galga extensiométrica consiste en un hilo resistivo (normalmente con un diámetro de 0,025 mm) doblado en forma de rejilla

28 Unidad Biomédica RAI Puente de Wheatstone Z3T = R + R

29 Unidad Biomédica RAI Amplificador de Instrumentación

30 Unidad Biomédica RAI CI AD620BN. Rango de alimentación (+/-2.3 V a +/- 18 V).. Mayor rendimiento que la configuración 3 amplificadores individuales.. Máximo consumo de corriente 1.3 mA. Excelente desempeño en nivel DC.. Voltaje de desvío V OFFSET 50 V.. Variación del V OFFSET con respecto a la temperatura 0.6 V/°C.. Fácil manejo.. Manejo de la ganancia mediante resistencia externa (rango de 1 a 10000).

31 Módulo Digital: Microcontrolador PIC Criterios de selección Ventajas y desventajas Recursos

32 Unidad Biomédica RAI Procesamiento de datos (velocidad) Entrada / Salida (número de pines) Consumo Memoria Ancho de palabra Diseño de la placa Criterios para la selección del PIC

33 Unidad Biomédica RAI Diagrama de bloques Configuración de pines

34 Unidad Biomédica RAI Ventajas El microcontrolador integra en un solo encapsulado. Disminución en el volumen del hardware y del circuito impreso. Aumento de la fiabilidad del sistema. Desventajas Otro inconveniente, se requiere de una herramienta o medio de desarrollo para la respectiva programación del mismo (MPLAB IDE 6.10). El tipo de memoria a utilizar ROM a utilizar (ROM con máscara, OTP, EPROM, EEPROM, FLASH).

35 Unidad Biomédica RAI Características generales del PIC16F877A Características16F877A Frecuencia máximaDX-20MHz Memoria de programa Flash palabra de 14 bits 8KB Posiciones RAM de datos368 Posiciones EEPROM de datos256 Puertos E/SA,B,C,D,E Número de pines40 Interrupciones14 Timers3

36 Unidad Biomédica RAI Características16F877A Comunicaciones SerieMSSP, USART Comunicaciones paraleloPSP Líneas de entrada de ADC de 10 bits 8 Juego de instrucciones35 Instrucciones Longitud de la instrucción14 bits ArquitecturaHarvard CPURisc Canales PWM2 Características generales del PIC16F877A

37 Unidad Biomédica RAI Instrucciones orientadas a byte ADDWFf,dSumar W y fC, DC, Z ANDWFf,dFunción AND entre W y fZ CLRFfAclarar fZ CLRW-Aclarar WZ COMFf,dComplementar fZ DECFf,dDecrementar fZ DECFSZf,dDecrementar f saltar si es '0' INCFf,dIncrementar fZ INCFSZf,dIncrementar f saltar si es '0' IORWFf,dFunción OR entre W y fZ MOVFf,dMover fZ MOVWFfMover W a f NOP--- RLFf,dRotar a la izquierda a través del carryC RRFf,dRotar a la derecha a través del carryC SUBWFf,dRestar W de fC, DC, Z SWAPFf,dIntercambiar nibbles de f XORWFf,dFunción OR exclusiva entre W y fZ

38 Unidad Biomédica RAI Instrucciones orientadas a control ADDLWkSumar literal k a WC, DC, Z ANDLWkFunción AND entre literal k a WZ CALLkLlamar la rutina k CLRWDT-Aclarar WDTTO, PD GOTOkSaltar a la dirección k IORLWkFunción OR entre k y WZ MOVLWkCargar a W el literal de k RETFIE-Retornar de la interrupción RETLWkRetornar y cargar a W con k RETURN-retornar de una subrutina SLEEP-Ir al modo de bajo consumoTO, PD SUBLWkRestarle k a WC, DC, Z XORLWkFunción OR exclusiva entre k y WZ

39 Unidad Biomédica RAI Instrucciones orientadas a bit BCFf,bAclarar el bit b de f BSFf,bActivar el bit b de f BTFSCf,bProbar el bit b de f, saltar si es '0' BTFSSf,bProbar el bit b de f, saltar si es '1'

40 Módulo de Visualización: LCD Tiempos de ejecución Tabla de caracteres Descripción de pines Inicialización del módulo

41 Unidad Biomédica RAI Tiempos de ejecución Diagrama de tiempo para leer un dato. Diagrama de tiempo para ejecutar una instrucción.

42 Unidad Biomédica RAI Diagrama de tiempo para escribir un dato. Matriz de puntos

43 Unidad Biomédica RAI Caracteres que se pueden representar en el módulo LCD

44 Unidad Biomédica RAI Tabla 2.8 Descripción de los pines del módulo LCD. Pin N-. SimbologíaNivelI/OFunción 1V SS --0 V CC Tierra ( GND ). 2V CC -- 5 V DC. 3Vee = Vc--Ajuste del Contraste. 4RS0/1I 0= Escribir en el módulo LCD. 1= Leer del módulo LCD 5R/W0/1I 0= Entrada de una Instrucción. 1= Entrada de un dato. 6E1IHabilitación del módulo LCD 7DB00/1I/OBUS DE DATO LINEA 1 ( LSB ). 14DB70/1I/OBUS DE DATO LINEA 8 (MSB). 15A--LED (+) Back Light 16K--LED (-) Back Light.

45 Unidad Biomédica RAI Inicialización

46 Unidad Biomédica RAI Tabla 2.11 Abreviaturas utilizadas NomenclaturaVariable = 1Variable = 0 I/DI/D=1 Incrementa el Cursor en una posiciónI/D=0 Decrementa el Cursor en una posición. DD=1 Pantalla EncendidaD=0 Pantalla Apagada. CC=1 Cursor Encendido.C=0 Cursor Apagado. BB=1 Intermitencia del cursor encendida.B=0 Intermitencia del cursor apagado S/CS/C=1 Mover todo el texto.S/C=0 Mover el cursor. R/LR/L=1 Mover todo el texto a la izquierda.R/L=1 Mover todo el texto a la derecha. DLDL=1 Bus de datos de 8 Bits.DL=0 Bus de datos de 4 Bits. SS=1 Desplazamiento del texto.S=0 No desplazamiento del texto BFBF=1 Operación Interna en progreso.BF=0 No puede aceptar instrucción FF=1 Matriz para el carácter de 5 X 10 dotsF=0 Matriz del carácter de 5 x 7 Dost NN=1 Activación de dos líneas.N=0 Activación de 1 línea

47 Módulo de Impresión Tecnología de Impresión Puerto Paralelo Formato de impresión

48 Unidad Biomédica RAI Tecnologías de impresión La operación se inicia calentando diminutas resistencias para crear una burbuja. Las gotas son expulsadas mediante boquillas cuyo tamaño es aproximadamente 70 micras. Las gotas que expulsan contienen de 8 a 10 picolitros. La velocidad de impresión es fundamentalmente una función de la frecuencia con la que las boquillas pueden disparar la tinta (aprox MHZ por pulgada – 4 a 8 ppm). a. Tecnología térmica

49 Unidad Biomédica RAI b. Tecnología Piezo-eléctrica La cabeza de impresión de una impresora de inyección de tinta piezoeléctrica utiliza un cristal en la parte posterior de un diminuto depósito de tinta. Una corriente se aplica al cristal, con lo que el cristal se deforma hacia adentro. Cuando la corriente se interrumpe, el cristal regresa a su posición original y una pequeña cantidad de tinta sale por la boquilla. Las cabezas de impresión piezoeléctricas utilizan tinta que se seca con mayor rapidez.

50 Unidad Biomédica RAI Puerto Paralelo Puerto de datos (Pin 2 al 9): Es el PORT 888 y es de solo escritura, por este registro solo se envía señal desde el PIC a la impresora. Puerto de estado (Pin 15, 13, 12, 10 y 11): Es el PORT 889 y es de solo lectura, por aquí se envían señales al ordenador (bit 7, 6, 5, 4 y 3) el bit 7 funciona en lógica negativa. Puerto de control (Pin 1, 14, 16 y 17): Es el correspondiente al PORT 890, es de lectura/escritura, es decir, se pueden enviar o recibir señales eléctricas (bit 0, 1, 2 y 3) con Los bits 0, 1, y 3 están en lógica negativa.

51 Unidad Biomédica RAI Tabla 2.7 Configuración de pines del puerto paralelo estándar. Nombre de la señalPin Nombre de la señalPin -Strobe1-Auto FDXT14 Información 02-Error15 Información 13-Init16 Información 24-Slctin17 Información 35Ground (tierra)18 Información 46Ground (tierra)19 Información 57Ground (tierra)20 Información 68Ground (tierra)21 Información 79Ground (tierra)22 -ACK (acknowled ge)10Ground (tierra)23 Busy (ocupada)11Ground (tierra)24 Paper out (sin papel)12Ground (tierra)25 +Select13

52 Unidad Biomédica RAI ESCUELA SUPERIOR POLITÉCNICA DEL LITORAL FACULTAD DE INGENIERIA EN ELECTRICIDAD Y COMPUTACIÓN TÓPICO DE GRADUACIÓN DE ELECTRÓNICA MÉDICA UNIDAD BIOMÉDICA RAI Formato de impresión

53 Unidad Biomédica RAI Esquemático general

54 Interpretación de las mediciones Presión Sanguínea Frecuencia Cardíaca Índice de Masa Corporal

55 Unidad Biomédica RAI Tabla A.1 Clasificación de la presión arterial en adultos Categoría Presión arterial sistólica (mmHg) Presión arterial diastólica (mmHg) Óptimamenos de 120menos de 80 Normalmenos de 130menos de 85 Normal altaentre 130 y 139entre 85 y 89 Hipertension Nivel 1 (leve)Entre 140 y 159Entre 90 y 99 Nivel 2 (moderada)Entre 160 y 169Entre 100 y 109 Nivel 3 (grave)Entre 170 y 179Entre 110 y 119 Nivel 4 (muy grave)Mayor a 180Más de 119

56 Unidad Biomédica RAI Tabla A.2 Frecuencia Cardíaca en reposo. Mujeres EdadMalNormalBienExcelente o menos o menos o menos o menos Hombres EdadMalNormalBienExcelente o menos o menos o menos o menos

57 Unidad Biomédica RAI Índice de Masa Corporal (IMC) Tabla A.3 Clasificación de los valores del IMC. Clasificación I.M.C. (Kg/ m 2 ) Riesgo Rango Normal Promedio Sobrepeso Aumentado Obesidad grado I Moderado Obesidad grado II Severo Obesidad grado III=/>40Muy severo

58 Unidad Biomédica RAI Costo de producción Materiales$ 446,77 Montaje$ 200,00 Herramienta de desarrollo$ 150,00 $796.77

59 Unidad Biomédica RAI Equipos similares PARAMETRO DE MEDICIÓN: PRESION ARTERIAL locaciónmarcaprecio Baumanómetro Bolsillo CITIZENmuñecaCITIZEN$1.349,0 MEDIDOR DE PRESIÓN ARTERIAL VmuñecaBRAUN$960,0 BAUMANOMETRO DE MUNECA BP1650 VITAL SCAN PLUS. muñecaBRAUN$1.029,0 MEDIDOR DE PRESION EW 3003WmuñecaPANASONIC$69,9 BAUMANÓMETRO DIGITAL CITIZEN Mod. CH-432BbrazoCITIZEN$689,0 PARAMETRO DE MEDICIÓN: PRESION ARTERIAL, PESO, ESTATURA, IMC, IG Equipo de mediciónkeito$4.032,0

60 Unidad Biomédica RAI Conclusiones : El manejo de los microcontroladores constituye un avance en el control de procesos, en la actualidad la funcionalidad y características de estos circuitos integrados hacen que estos dispositivos sean utilizados por la mayoría de los programadores. El control médico es indispensable y sólo la auscultación oportuna previene enfermedades cardiovasculares, denominadas silenciosas que no presentan síntomas hasta un grado avanzado y crítico de la enfermedad. La aplicación de los conocimientos adquiridos en el desarrollo del proyecto, resalta la versatilidad y la relación entre cada una de los campos estudiados, por lo cual la formación de los futuros profesionales no debe centrarse en una especialización específica. Entre las mejoras que se deben realizar al equipo, son el aumento del número de parámetros de medición; por ejemplo: índice de grasa corporal, ingreso de edad, sexo, registro histórico, etc., para ello se requiere de mayor capacidad de memoria y circuitos adicionales.

61 Unidad Biomédica RAI Conclusiones : El manejo de los microcontroladores constituye un avance en el control de procesos, en la actualidad la funcionalidad y características de estos circuitos integrados hacen que estos dispositivos sean utilizados por la mayoría de los programadores. El control médico es indispensable y sólo la auscultación oportuna previene enfermedades cardiovasculares, denominadas silenciosas que no presentan síntomas hasta un grado avanzado y crítico de la enfermedad. La aplicación de los conocimientos adquiridos en el desarrollo del proyecto, resalta la versatilidad y la relación entre cada una de los campos estudiados, por lo cual la formación de los futuros profesionales no debe centrarse en una especialización específica. Entre las mejoras que se deben realizar al equipo, son el aumento del número de parámetros de medición; por ejemplo: índice de grasa corporal, ingreso de edad, sexo, registro histórico, etc., para ello se requiere de mayor capacidad de memoria y circuitos adicionales.

62 Unidad Biomédica RAI Conclusiones : El manejo de los microcontroladores constituye un avance en el control de procesos, en la actualidad la funcionalidad y características de estos circuitos integrados hacen que estos dispositivos sean utilizados por la mayoría de los programadores. El control médico es indispensable y sólo la auscultación oportuna previene enfermedades cardiovasculares, denominadas silenciosas que no presentan síntomas hasta un grado avanzado y crítico de la enfermedad. La aplicación de los conocimientos adquiridos en el desarrollo del proyecto, resalta la versatilidad y la relación entre cada una de los campos estudiados, por lo cual la formación de los futuros profesionales no debe centrarse en una especialización específica. Entre las mejoras que se deben realizar al equipo, son el aumento del número de parámetros de medición; por ejemplo: índice de grasa corporal, ingreso de edad, sexo, registro histórico, etc., para ello se requiere de mayor capacidad de memoria y circuitos adicionales.

63 Unidad Biomédica RAI Conclusiones : El manejo de los microcontroladores constituye un avance en el control de procesos, en la actualidad la funcionalidad y características de estos circuitos integrados hacen que estos dispositivos sean utilizados por la mayoría de los programadores. El control médico es indispensable y sólo la auscultación oportuna previene enfermedades cardiovasculares, denominadas silenciosas que no presentan síntomas hasta un grado avanzado y crítico de la enfermedad. La aplicación de los conocimientos adquiridos en el desarrollo del proyecto, resalta la versatilidad y la relación entre cada una de los campos estudiados, por lo cual la formación de los futuros profesionales no debe centrarse en una especialización específica. Entre las mejoras que se deben realizar al equipo, son el aumento del número de parámetros de medición; por ejemplo: índice de grasa corporal, ingreso de edad, sexo, registro histórico, etc., para ello se requiere de mayor capacidad de memoria y circuitos adicionales.


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