SISTEMA MONITOR DE SEÑALES DE USO MÉDICO

Transcripción

1 SISTEMA MONITOR DE SEÑALES DE USO MÉDICO Margarita Álvarez Cervera, Lanz Euán Oscar Armando, Pech Dzul José Joaquín Instituto Tecnológico de Mérida. RESUMEN Se trata de un dispositivo monitor de señal cardiaca y temperatura corporal, utilizadas para análisis clínico. El sistema agiliza el tiempo que lleva a los médicos la medición por separado de dichas señales, ya que se comunica con una PC o laptop a través de la tarjeta de audio, y despliega las señales finales a través de un software visual de computadora. ABSTRACT These devices monitor heart rate and body temperature signal, used for clinical analysis. The system speeds up the time it takes doctors a separate measurement of these signals, which communicates with a PC or laptop via the audio card, and displays the final signals through a visual computer software.. INTRODUCCIÓN El presente proyecto desarrolla un sistema que sensa e interpreta dos de las principales señales o signos vitales del cuerpo humano (temperatura corporal y señal cardiaca), presentándolas de una manera gráfica al especialista para que pueda dar un diagnóstico. Durante la revisión médica a un paciente, un especialista requiere de cierto número de instrumentos para medir un número determinado de signos vitales. Este proceso se puede convertir en tedioso, ineficiente y largo. La finalidad del presente sistema es agilizar el proceso de medida de las señales de temperatura y frecuencia cardiaca, mostrándolas, en tiempo real, a través de un monitor de computador mediante un software realizado en ambiente visual.. DESARROLLO DEL DISPOSITIVO El presente proyecto incluye el diseño de los circuitos electrónicos necesarios para la obtención de las respectivas señales (temperatura y ritmo cardiaco). Ambas con el uso de dispositivos electrónicos como amplificadores operacionales de instrumentación, resistores, termistores, entre otros. ECG (electrocardiograma) Un electrocardiograma es un registro de la actividad eléctrica del corazón llevado a cabo a partir de unos electrodos (conductores eléctricos) aplicados en la superficie de la piel, habitualmente en ambos brazos y piernas y sobre el tórax. Dentro del corazón minúsculos impulsos eléctricos controlan la función del corazón de expansión y contracción para bombear la sangre al cuerpo. Los electrodos colocados sobre la piel pueden detectar estos impulsos y transmitirlos al electrocardiógrafo por medio de cables. El ECG se estructura en la medición del potencial eléctrico entre varios puntos corporales. Las derivaciones I, II y III se miden sobre los miembros: la I va del brazo derecho al izquierdo, la II del brazo derecho a la pierna izquierda y la III del brazo izquierdo a la pierna izquierda. Para este proyecto es usada la derivación I 3. ETAPA DE ADQUISICIÓN DE LA SEÑAL CARDIACA

2 En la imagen siguiente se presenta el diagrama de bloques empleado para el acondicionamiento y digitalización de la señal cardiaca, en los párrafos siguientes se explica cada etapa..- Señales eléctricas de potenciales cardiacos.- Etapa de amplificación 5.- PC: etapa de graficación 4.- Etapa de adquisición de datos (conversión A/D) y transmisión a la PC 3.- Etapa de filtrado [,3] Figura.- Diagrama a bloques de acondicionamiento y digitalización de la señal cardiaca.- Como se puede ver la primera etapa del sistema consta del sensado de pulsos eléctricos del cuerpo mediante electrodos de uso médico conectados a un amplificador operacional de instrumentación muy útil debido a su alta impedancia de entrada, gran rechazo en modo común (CMRR) y ganancia configurable (AD6), en la figura se muestra lo anterior encerrado en cuadro con las numeraciones y 3, el cuadro con el número dos está constituido por un amplificador operacional de bajo ruido usado para minimizar el rechazo en modo común generado por el cuerpo humano (AD75).

3 6 Figura.- Aplicación ECG del AI AD6.- A la salida del AD6 le sigue la etapa de filtrado usando de nuevo amplificadores operacionales de precisión, debido a que la señal hasta esa etapa sigue siendo de magnitud pequeña, en esta etapa se usa un filtro activo Butterworth, este tipo de filtro consta a la vez de dos etapas la primera es un filtro pasa-altas (figura 3) y la segunda conectada en cascada es un filtro pasa-bajos (figura 4), formando entonces un filtro pasa bandas. El filtro Butterworth proporciona un ancho de banda plano en comparación con otros filtros activos, lo cual es conveniente para analizar una señal que de entrada posee mucho ruido debido a factores internos en el cuerpo humano como la respiración, pulsos neurológicos, entre otros. V3 V4 VOFF = V VAMPL = 7mV FREQ = khz V6 Vin 3 U 99 5 AD Vout R k R 8.3k Figura 3.- Filtro pasa altas

4 4 V- V+ 7 V V R 33k Vin V7 VOFF = V VAMPL =.3mV FREQ = Hz C u C u R3 33k R4 56k R 33k U 3 OPA64/BB Vout Figura 4.- Filtro pasa bajas 3.- posteriormente sigue la amplificación de la señal de salida del filtro para alcanzar un voltaje de V, el cual es el mínimo necesario para digitalizar la imagen como se muestra en la figura siguiente. V V4 Vin V3 VOFF = V VAMPL = 7.69mV FREQ = 5Hz U LCM6 OS OUT OS 5 6 Vout R5 k R 56k Figura 5.- Última etapa de amplificación 4.- Por último viene la adquisición de datos por medio de la tarjeta de audio de la PC y al final el entrono visual mostrado en la figura como el bloque número 5.

5 4. ETAPA DE ADQUISICIÓN DE LA SEÑAL TEMPERATURA CORPORAL La figura siguiente muestra el diagrama a bloques de la obtención y acondicionamiento de la señal de temperatura corporal..- Sensor de temperatura (termistor NTC).- Etapa de amplificación 4.- PC: etapa de graficación 3.- Etapa de adquisición de datos (conversión A/D) y transmisión a la PC [,3] Figura 6.- Diagrama a bloques de acondicionamiento y digitalización de la señal cardiaca Para la adquisición de la señal de temperatura se utiliza un termistor con una resistencia de kω, la cual disminuye a medida que la temperatura que se esta sensando aumenta, luego se establece el rango de temperatura en que se desea trabajar para realizar el diseño del circuito. El circuito consta de 3 etapas, la primera es un divisor de voltaje que se realiza entre el termistor y una resistencia variable, posteriormente se conecta un amplificador operacional en configuración seguidor de voltaje para amortiguar la salida del divisor de voltaje y disminuir el ruido que pudiera presentarse y por último está la etapa de amplificación de la señal con la cual se alcanza un voltaje en la salida que va de cero a cinco volts. Siendo V la temperatura mínima y 5V la temperatura máxima del rango

6 3 Figura 7.- Circuito de adquisición de la señal de temperatura ECG 5. RESULTADOS ESPERADOS Figura 8.-Amplificador operacional de instrumentación (morada: entrada, azul: salida) Figura 9.-Filtro pasa-altas (morada: entrada, azul: salida)

7 Figura.-Filtro pasa-bajos (morada: entrada, azul: salida) Figura.- Última etapa de amplificación (morada: entrada, azul: salida) 6. CONCLUSIÓN Con dicho sistema se reduce el tiempo de espera de los pacientes para obtener el resultado de sus respectivos análisis ya que unifica en un solo dispositivo la toma de señales vitales sin necesidad de realizarlas una por una. El precio de los electrocardiógrafos resulta elevado en comparación con el que se propone en este trabajo, en el cual sólo hace falta tener una computadora a la mano para visualizar los datos obtenidos. REFERENCIAS []Universidad Peruana de Ciencias Aplicadas (UPC). Proyectos electrónicos de los alumnos.[en linea]< consulta: 4 de octubre de ]

8 []Cristian Vidal Silva, Leopoldo Pavesi Farriol. DESARROLLO DE UN SISTEMA DE ADQUISICIÓN Y TRATAMIENTO DE SEÑALES ELECTROCARDIOGRÁFICAS. [PDF]. Univ. Tarapacá. < [consulta: 4 de octubre de ]. [3]Augusto Baldoceda, Carlos Burga, Andrés Rodriguez, Rudy Vivas. Sistema Automático de Monitoreo y Diagnóstico de Signos Vitales de Pacientes. [PDF]. Universidad Peruana de Ciencias Aplicadas. < [consulta: 4 de octubre de ]. [4]Augusto Baldoceda, Carlos Burga, Andrés Rodriguez, Rudy Vivas. Sistema Automático de Monitoreo y Diagnóstico de Signos Vitales de Pacientes. [PDF]. Universidad Peruana de Ciencias Aplicadas. < [consulta: 4 de octubre de ]. [5]Br. FRANCISCO ABRAHAM POOT MAZA, DR. FRANCISCO JOSÉ HEREDIA LÓPEZ. DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE UN ELECTROCARDIÓGRAFO DE UNA SOLA DERIVACIÓN. [Docx.]. Universidad autónoma de Yucatán. [6]Analog Devices. Low Cost, Low Power Instrumentation Amplifier AD6. Paginas: y. < [Consulta: de octubre de ]