ESCUELA SUPERIOR POLITÉCNICA DEL LITORAL Tópico de Graduación en Electrónica Médica Unidad Biomédica RAI ESCUELA SUPERIOR POLITÉCNICA DEL LITORAL Tópicos Especiales de Graduación en Electrónica Médica

Tópico de Graduación en Electrónica Médica Unidad Biomédica RAI Proyecto: “Equipo de uso público para la adquisición de parámetros fisiológicos: presión sanguínea, frecuencia cardíaca, estatura y peso” “UNIDAD BIOMÉDICA RAI” Integrantes: Ángel Arias A. Jaime Inga M. Dany Riofrío G. Director: Ing. Miguel Yapur A.

Tópico de Graduación en Electrónica Médica 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. Unidad Biomédica RAI

Tópico de Graduación en Electrónica Médica 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. Unidad Biomédica RAI

Módulo 1: Presión Sanguínea Tópico de Graduación en Electrónica Médica Unidad Biomédica RAI Módulo 1: Presión Sanguínea Presión sanguínea Método Auscultatorio y Oscilométrico Transductor de presión MPX5050GP Curva de transferencia

Tópico de Graduación en Electrónica Médica 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). Unidad Biomédica RAI

Tópico de Graduación en Electrónica Médica 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”. Unidad Biomédica RAI

Tópico de Graduación en Electrónica Médica 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. Unidad Biomédica RAI

Tópico de Graduación en Electrónica Médica Unidad Biomédica RAI Método Oscilométrico. Unidad Biomédica RAI

Tópico de Graduación en Electrónica Médica 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: Unidad Biomédica RAI

Curva de presión del brazal Tópico de Graduación en Electrónica Médica Unidad Biomédica RAI Curva de presión del brazal Unidad Biomédica RAI

Curva de oscilaciones del filtro amplificador Tópico de Graduación en Electrónica Médica Unidad Biomédica RAI Curva de oscilaciones del filtro amplificador Unidad Biomédica RAI

Unidad Biomédica RAI

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 Unidad Biomédica RAI

Curva de transferencia. Tópico de Graduación en Electrónica Médica Unidad Biomédica RAI Curva de transferencia. Unidad Biomédica RAI

Unidad Biomédica RAI

Tópico de Graduación en Electrónica Médica Unidad Biomédica RAI Módulo 2: Estatura Sensor Infrarrojo SHARP GP2D02 Principio de funcionamiento Curva de transferencia

Principio de funcionamiento Tópico de Graduación en Electrónica Médica 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 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. Unidad Biomédica RAI

Tiempos de Lectura del IR SHARP GP2D02 Tópico de Graduación en Electrónica Médica Unidad Biomédica RAI Tiempos de Lectura del IR SHARP GP2D02 Unidad Biomédica RAI

Características del sensor. Tópico de Graduación en Electrónica Médica 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. Unidad Biomédica RAI

Curva de transferencia. Tópico de Graduación en Electrónica Médica 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 Unidad Biomédica RAI

Cálculo de constantes Unidad Biomédica RAI

Tiempos de Lectura del IR SHARP GP2D02 Tópico de Graduación en Electrónica Médica Unidad Biomédica RAI Tiempos de Lectura del IR SHARP GP2D02 Valor binario Distancia real (cm) Distancia mediante ecuación (16) (cm) ERROR (%) 178 10 10,07 0,70 114 20 0,00 92 30 30,23 0,76 81 40 40,62 1,55 75 50 71 60 59,09 Tabla 2.3 Valores de distancias reales y calculadas por el sensor. Unidad Biomédica RAI

Conexión PIC-GP2D02 Unidad Biomédica RAI

Tópico de Graduación en Electrónica Médica Unidad Biomédica RAI Módulo 3: Peso Galgas extensiométricas Amplificador de instrumentación IC Ad620BN

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 Unidad Biomédica RAI

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

Amplificador de Instrumentación 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 VOFFSET 50 V. . Variación del VOFFSET con respecto a la temperatura 0.6 V/°C. . Fácil manejo. . Manejo de la ganancia mediante resistencia externa (rango de 1 a 10000). Unidad Biomédica RAI

Módulo Digital: Microcontrolador PIC Tópico de Graduación en Electrónica Médica Unidad Biomédica RAI Módulo Digital: Microcontrolador PIC Criterios de selección Ventajas y desventajas Recursos

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

Configuración de pines Diagrama de bloques Unidad Biomédica RAI

Ventajas 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). El microcontrolador integra en un solo encapsulado. Disminución en el volumen del hardware y del circuito impreso. Aumento de la fiabilidad del sistema. Unidad Biomédica RAI

Características generales del PIC16F877A Frecuencia máxima DX-20MHz Memoria de programa Flash palabra de 14 bits 8KB Posiciones RAM de datos 368 Posiciones EEPROM de datos 256 Puertos E/S A,B,C,D,E Número de pines 40 Interrupciones 14 Timers 3 Unidad Biomédica RAI

Características generales del PIC16F877A Comunicaciones Serie MSSP, USART Comunicaciones paralelo PSP Líneas de entrada de ADC de 10 bits 8 Juego de instrucciones 35 Instrucciones Longitud de la instrucción 14 bits Arquitectura Harvard CPU Risc Canales PWM 2 Unidad Biomédica RAI

Instrucciones orientadas a byte ADDWF f,d Sumar W y f C, DC, Z ANDWF Función AND entre W y f Z CLRF f Aclarar f CLRW - Aclarar W COMF Complementar f DECF Decrementar f DECFSZ Decrementar f saltar si es '0'   INCF Incrementar f INCFSZ Incrementar f saltar si es '0' IORWF Función OR entre W y f MOVF Mover f MOVWF Mover W a f NOP RLF Rotar a la izquierda a través del carry C RRF Rotar a la derecha a través del carry SUBWF Restar W de f SWAPF Intercambiar nibbles de f XORWF Función OR exclusiva entre W y f Unidad Biomédica RAI

Instrucciones orientadas a control ADDLW k Sumar literal k a W C, DC, Z ANDLW Función AND entre literal k a W Z CALL Llamar la rutina k   CLRWDT - Aclarar WDT TO, PD GOTO Saltar a la dirección k IORLW Función OR entre k y W MOVLW Cargar a W el literal de k RETFIE Retornar de la interrupción RETLW Retornar y cargar a W con k RETURN retornar de una subrutina SLEEP Ir al modo de bajo consumo SUBLW Restarle k a W XORLW Función OR exclusiva entre k y W Unidad Biomédica RAI

Instrucciones orientadas a bit BCF f,b Aclarar el bit b de f BSF Activar el bit b de f BTFSC Probar el bit b de f, saltar si es '0' BTFSS Probar el bit b de f, saltar si es '1' Unidad Biomédica RAI

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

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

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

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

Tabla 2.8 Descripción de los pines del módulo LCD. Pin N-. Simbología Nivel I/O Función 1 VSS - 0 VCC Tierra ( GND ). 2 VCC 5 VDC. 3 Vee = Vc Ajuste del Contraste. 4 RS 0/1 I 0= Escribir en el módulo LCD. 1= Leer del módulo LCD 5 R/W 0= Entrada de una Instrucción. 1= Entrada de un dato. 6 E Habilitación del módulo LCD 7 DB0 BUS DE DATO LINEA 1 ( LSB ). 14 DB7 BUS DE DATO LINEA 8 (MSB). 15 A LED (+) Back Light 16 K LED (-) Back Light. Unidad Biomédica RAI

Inicialización Unidad Biomédica RAI

Tabla 2.11 Abreviaturas utilizadas Nomenclatura Variable = 1 Variable = 0 I/D I/D=1 Incrementa el Cursor en una posición I/D=0 Decrementa el Cursor en una posición. D D=1 Pantalla Encendida D=0 Pantalla Apagada. C C=1 Cursor Encendido. C=0 Cursor Apagado. B B=1 Intermitencia del cursor encendida. B=0 Intermitencia del cursor apagado S/C S/C=1 Mover todo el texto. S/C=0 Mover el cursor. R/L R/L=1 Mover todo el texto a la izquierda. R/L=1 Mover todo el texto a la derecha. DL DL=1 Bus de datos de 8 Bits. DL=0 Bus de datos de 4 Bits. S S=1 Desplazamiento del texto. S=0 No desplazamiento del texto BF BF=1 Operación Interna en progreso. BF=0 No puede aceptar instrucción F F=1 Matriz para el carácter de 5 X 10 dots F=0 Matriz del carácter de 5 x 7 Dost N N=1 Activación de dos líneas. N=0 Activación de 1 línea Unidad Biomédica RAI

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

Tecnologías de impresión a. Tecnología térmica  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. 12.5 MHZ por pulgada – 4 a 8 ppm). 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. Unidad Biomédica RAI

Puerto Paralelo Unidad Biomédica RAI 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. Unidad Biomédica RAI

Tabla 2.7 Configuración de pines del puerto paralelo estándar. Nombre de la señal Pin -Strobe 1 -Auto FDXT 14 Información 0 2 -Error 15 Información 1 3 -Init 16 Información 2 4 -Slctin 17 Información 3 5 Ground (tierra) 18 Información 4 6 19 Información 5 7 20 Información 6 8 21 Información 7 9 22 -ACK (acknowledge) 10 23 Busy (ocupada) 11 24 Paper out (sin papel) 12 25 +Select 13   Unidad Biomédica RAI

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

Esquemático general Unidad Biomédica RAI

Interpretación de las mediciones Tópico de Graduación en Electrónica Médica Unidad Biomédica RAI Interpretación de las mediciones Presión Sanguínea Frecuencia Cardíaca Índice de Masa Corporal

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

Tabla A.2 Frecuencia Cardíaca en reposo. Mujeres Edad Mal Normal Bien Excelente 20-29 96+ 78-94 72-76 70 o menos 30-39 98+ 80-96 72-78 40-49 100+ 80-98 74-78 72 o menos 50+ 104+ 84-102 76-82 74 o menos Hombres Edad Mal Normal Bien Excelente 20-29 86+ 70-84 62-68 60 o menos 30-39 72-84 64-70 62 o menos 40-49 90+ 74-88 66-72 64 o menos 50+ 76-88 68-74 66 o menos Unidad Biomédica RAI

Índice de Masa Corporal (IMC) Tabla A.3 Clasificación de los valores del IMC. Clasificación I.M.C. (Kg/m2) Riesgo Rango Normal 19 - 24.9 Promedio Sobrepeso 25 - 29.9 Aumentado Obesidad grado I 30 - 34.9 Moderado Obesidad grado II 35 - 39.9 Severo Obesidad grado III =/>40 Muy severo Unidad Biomédica RAI

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

Equipos similares PARAMETRO DE MEDICIÓN: PRESION ARTERIAL locación marca precio Baumanómetro Bolsillo CITIZEN muñeca CITIZEN $1.349,0 MEDIDOR DE PRESIÓN ARTERIAL V BRAUN $960,0 BAUMANOMETRO DE MUNECA BP1650 VITAL SCAN PLUS. $1.029,0 MEDIDOR DE PRESION EW 3003W PANASONIC $69,9 BAUMANÓMETRO DIGITAL CITIZEN Mod. CH-432B brazo $689,0 PARAMETRO DE MEDICIÓN: PRESION ARTERIAL, PESO, ESTATURA, IMC, IG Equipo de medición keito $4.032,0 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. 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. 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. 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. Unidad Biomédica RAI