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VISOR DE SEÑALES BIOMÉDICAS PARA EL FISIÓGRAFO
MK-III-P DE NARCO-SCIENTIFIC BIOSYSTEMS DIVISION
VIFIBIO

• Luis Carlos Suárez Trujillo

Director Sergio Mejía Muñetón, MD,
BME Director (e) Diego Cuartas Ramínez, IEO, MSc
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1. INTRODUCCIÓN

• Este proyecto nace ante la necesidad de
  digitalizar el fisiógrafo análogo que pertenece a
  la Facultad de Medicina de la Universidad
  Pontificia Bolivariana
• Esta es la segunda fase del proyecto macro
  DIGITALIZACIÓN DE UN FISIÓGRAFO TIPO MK-III-P
  NARCO SCIENTIFIC BIO-SYSTEM DIVISIONS se
  desarrolló un dispositivo que permite adquirir y
  procesar la señal ECG para su posterior
  visualización en una pantalla de cristal líquido
  sin necesidad de conectar el fisiógrafo a un
  computador.

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2. OBJETIVOS
Diseñar e implementar una interfaz de
visualización de señales electrocardiográficas de
un fisiógrafo tipo MK-III-P de Narco Scientific
Bio-Systems Divisions y a través de un software
permitir su posterior procesamiento.

• Objetivos Específicos
• Realizar la búsqueda bibliográfica necesaria para
  la selección de una pantalla de cristal líquido
  apropiada para los propósitos del proyecto.
• Estudiar el principio de funcionamiento de las
  pantallas gráficas de cristal líquido y construir
  su hardware controlador.
• Implementar una interfaz fisiógrafo LCD, la
  cual permita el acondicionamiento de la señal
  para su posterior procesamiento.

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2. OBJETIVOS

1. Implementar herramientas de procesamiento de
   señales tales como transformada rápida de
   Fourier, zoom a ciertas regiones de la señal,
   cambio en escala de frecuencia y amplitud y
   congelamiento de imagen a partir de la señal
   capturada del módulo de electrocardiografía del
   fisiógrafo tipo MK-III-P de Narco Scientific
   Bio-Systems Division.
2. Realizar una correcta distribución de la
   información a ser mostrada en la pantalla para
   que ésta sea clara y de fácil lectura.
3. Desarrollar una página WEB del proyecto, donde se
   exponga la documentación del trabajo al igual que
   los avances que se realicen.

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3. IMPORTANCIA DEL TRABAJO

• Este proyecto macro busca propiciar un uso
  asiduo de este equipo tanto en la investigación
  como en la docencia, habilitando el equipo para
  su uso en investigaciones tanto del Centro de
  Bioingeniería como de los grupos de la Facultad
  de Medicina, lo que se verá reflejado en un gran
  aporte a nivel académico.
• La digitalización del módulo de ECG es un gran
  avance en la digitalización total del fisiógrafo.
  La implementación de un fisiógrafo digital
  utilizando uno análogo ya existente, sin
  necesidad de importar, se refleja en un beneficio
  económico y científico.
• Este trabajo es el primer paso hacia la
  portabilidad del fisiógrafo, con lo cual se
  eliminaría la necesidad de conectar el equipo a
  un computador, con la comodidad y practicidad que
  ésto implica.

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3. IMPORTANCIA DEL TRABAJO

• Al realizar un procesamiento posterior a las
  señales adquiridas se puede hacer un análisis
  exhaustivo de la misma, especialmente al observar
  el espectro en el dominio de la frecuencia.
• Importancia del monitor ECG
• Investigaciones de señales biomédicas
• Morfología del ECG
• Periodicidad complejos
• Isquemias
• Arritmias
• Crecimiento de cavidades

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4. LA SEÑAL ECG

• La Señal Electrocardiográfica (ECG) es un
  registro de la actividad eléctrica cardiaca.
• En ECG, las derivaciones corresponden a la
  medición de la actividad eléctrica del corazón
  desde determinadas regiones del cuerpo humano.

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4. LA SEÑAL ECG

• Las señales que se pueden observar en un registro
  ECG normal son la onda P, el complejo QRS y la
  onda T.

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5. EL ELECTROCARDIÓGRAFO

• Es un instrumento sensible a las pequeñas
  diferencias de potencial que genera el corazón y
  las grafica en papel electrocardiográfico.
• El electrocardiógrafo dispone de transductores,
  acopladores, filtros, estiletes y amplificadores
  que permiten dibujar el registro ECG.

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5. EL ELECTROCARDIÓGRAFO

• El fisiógrafo usado para la realización de este
  trabajo posee una salida de monitoreo de señal
  ECG, la cual fue conectada al dispositivo
  VIFIBIO, quien es el que se encarga del proceso
  de adquisición, procesado y graficación de la
  señal ECG.

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6. DESCRIPCIÓN DE VIFIBIO

• General

Adquiere y digitaliza la señal ECG
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6. DESCRIPCIÓN DE VIFIBIO

• Hardware para los microcontroladores
• Se utilizaron dos microcontroladores MOTOROLA
  HC08GP32. El primero tiene por función la
  adquisición y digitalización de datos, al igual
  que la graficación en la pantalla. El segundo se
  usó exclusivamente para realizar procesamiento.
• Se usaron estos microcontroladores por su rápida
  velocidad de reloj que es de 8 MHz y su capacidad
  de almacenamiento de variables

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6. DESCRIPCIÓN DE VIFIBIO

• Hardware para la memoria MICROCHIP 24LC256
• Ambos microcontroladores descritos
  anteriormente se comunican con una memoria
  EEPROM, en la cual se guardan los datos
  adquiridos en el dominio del tiempo, los
  resultados intermedios de la función de
  procesamiento y el resultado final del espectro
  de la señal.

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6. DESCRIPCIÓN DE VIFIBIO

• Hardware para la Pantalla de cristal líquido
• La visualización de la gráfica de la señal ECG y
  su espectro se realizó en una pantalla de cristal
  líquido (LCD) marca Hyundai referencia HG25504.
• Esta pantalla cuenta con el controlador SED1330F.
  Gracias a este controlador se dispone de una gama
  de instrucciones que permiten mostrar texto y
  gráficos simultáneamente.

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6. DESCRIPCIÓN DE VIFIBIO

• Hardware para el acondicionamiento de la señal
• La señal procedente de la salida de
  monitoreo del fisiógrafo presenta rangos de
  voltaje variados.
• Se requiere de un circuito intermedio que
  acondicione la señal entre 0 voltios y 5 voltios,
  de tal forma que el microcontrolador que realiza
  el proceso de adquisición pueda realizarlo
  correctamente y no sufra daños.

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6. DESCRIPCIÓN DE VIFIBIO

• El circuito diseñado eleva el nivel de DC de la
  señal original, eliminando las partes negativas
  de la señal. Además de este circuito, también se
  incluye un filtro de para limitar el ancho de
  banda de la señal entre 0 y 150 Hz (señal ECG).

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6. DESCRIPCIÓN DE VIFIBIO

• Software Microcontrolador 1 Está programado en
  ASSEMBLER, lleva a cabo la adquisición de datos,
  la conversión A/D, la temporización por medio de
  TBM con el fin de validar el dato capturado y el
  reloj para el protocolo de comunicaciones I2C.

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6. DESCRIPCIÓN DE VIFIBIO

• Software microcontrolador 2 El microcontrolador
  2 está programado en lenguaje C (CodeWarrior) y
  trabaja sólo bajo orden directa del
  microcontrolador 1. Su función es realizar el
  algoritmo de procesamiento que permite hallar el
  espectro de la señal ECG almacenada en la
  memoria.

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6. DESCRIPCIÓN DE VIFIBIO

• Software de la Pantalla de Cristal Líquido
  (LCD) en el microcontrolador 1 se encuentran las
  rutinas referentes a la escritura de datos en la
  pantalla. Se diseñaron rutinas de borrado, de
  dibujado de la señal al igual que un algoritmo
  para dibujar el espectro. El tiempo de
  inicialización de la pantalla es corto, al igual
  que el proceso para dibujar cada píxel en la
  pantalla.

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6. DESCRIPCIÓN DE VIFIBIO

• Protocolo I2C por Software se implementó el
  protocolo de comunicaciones I2C para poder
  escribir y leer datos de la memoria EEPROM
  Microchip 24LC256. La memoria juega un papel muy
  importante en VIFIBIO, porque es donde se
  almacenan los resultados de la etapa de
  procesamiento.

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7. OPERACIÓN DE VIFIBIO

• Funciones de operación
• Modo Captura Simple
• Borrar pantalla
• Modo Captura Continua
• Pausa
• Espectro

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7. OPERACIÓN DE VIFIBIO

• Perillas

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8. RESULTADOS

• VIFIBIO como un todo

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8. RESULTADOS
V1
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Senoidal de 1 Hz muestreada a 204 Hz
Senoidal de 1 Hz muestreada a 1024 Hz
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(No Transcript)
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8. RESULTADOS
V3
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8. RESULTADOS
V2
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8. RESULTADOS
V4
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8. RESULTADOS
V5
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8. RESULTADOS
Videos de VIFIBIO en Funcionamiento
Video 1 Descripción del Fisiógrafo, módulo ECG y
salida MON-OUT
Video 2 Barrido de señal, circuito, conexiones.
Video 3 Señal senoidal
Video 4 Funcionamiento de selector de amplitud
con señal senoidal
Video 5 Funciones PAUSA, PARAR, BORRAR y UNA
CAPTURA POR PANTALLA
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8. RESULTADOS
Videos de VIFIBIO en Funcionamiento
Video 6 Señal cuadrada, señal senoidal. Selector
de frecuencia
Video 7 Señal ECG
Video 8 Señal ECG
Video 9 Señal ECG
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8. RESULTADOS
Página Web www.geocities.com/vifibio
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9. PROBLEMAS Y SOLUCIONES

• Problemas en hardware
• Fuente de CD a -9V El LCD necesita una fuente de
  voltaje negativo con el fin de manejar el
  contraste. Construir una fuente negativa a partir
  de una positiva fue una labor que involucró
  bastante investigación y pruebas.
• Protocolo de comunicación I2C Hubo problemas en
  la implementación del protocolo I2C. El chequeo
  con el osciloscopio del diagrama de tiempos
  acarreó falsas señales de aknowledge. La rutina
  de interrupción para cambiar de flanco creaba
  bloqueos.
• Pantalla LCD La resolución de la pantalla es
  limitada para presentar el espectro de la señal
  ECG. Este espectro se caracteriza por presentar
  líneas de pendiente abrupta, y la pantalla no es
  capaz de representarlas.

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9. PROBLEMAS Y SOLUCIONES
Problemas en software
Inicialización del LCD Problemas en la
determinación de los parámetros de
inicialización. Velocidad del bus de datos en
los microcontroladores La velocidad de bus era
muy lenta, lo que llevaba a una baja velocidad de
graficación. Se incrementó esta velocidad y el
proceso de graficación mejoró radicalmente.
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10. RECOMENDACIONES
A nivel de usuario

• Se debe verificar que el voltaje de alimentación
  de VIFIBIO sea de 7.5 voltios. Este voltaje es
  importante porque de él depende el circuito de
  acondicionamiento de señal y los demás sistemas.
• Se deben garantizar condiciones de bajo ruido en
  el ambiente a la hora de tomar los registros ECG,
  para que el sistema no adquiera señales
  indeseadas.
• Verificar la firme adhesión de los electrodos al
  cuerpo con el fin de reducir los efectos del
  ruido inducido por malas conexiones.

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10. RECOMENDACIONES
Futuras etapas del proyecto

• Sería muy útil usar un DSP que incorpore la
  transformada de Fourier Discreta como parte del
  set de instrucciones. Esto ayudaría a reducir el
  tiempo de procesamiento dada la eficiencia de
  este tipo de dispositivos.
• Se recomienda utilizar un LCD de mayor resolución
  en etapas posteriores de este proyecto macro, con
  el fin de obtener la calidad de la señal deseada
  contenida en un mayor número de períodos por
  pantalla.

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11. CONCLUSIONES

• Al implementar un sistema de monitoreo embebido
  de señales ECG, es importante considerar tanto la
  frecuencia de muestreo como la resolución de la
  pantalla graficadora, con el fin de obtener la
  calidad deseada.
• Los microcontroladores MOTOROLA HC08GP32 usados
  permiten llevar a cabo la adquisición,
  digitalización y procesamiento de señales ECG,
  obteniendo resultados satisfactorios.

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11. CONCLUSIONES

• La resolución del LCD empleado es adecuada para
  visualizar un periodo de la señal ECG pero no es
  suficiente si se desean observar varios periodos
  a la vez, al igual que para observar una señal en
  el dominio de la frecuencia.
• El protocolo I2C es muy útil para comunicar
  dispositivos de diferente clase y función.

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11. CONCLUSIONES

• La programación en CodeWarrior orientado a una
  plataforma embebida muestra una manera fácil y
  eficiente para elaborar programas en los cuales
  exista un alto nivel de cálculos y procesamiento.
• Lenguaje C/C es una vía adecuada para realizar
  el algoritmo de DFT y el cálculo del espectro del
  la señal ECG.

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11. CONCLUSIONES

• Las herramientas para variar amplitud y
  frecuencia de la señal ECG graficada son muy
  útiles.
• La etapa de acondicionamiento de la señal a
  graficar es muy importante, ya que de ésta
  depende la nitidez de la señal visualizada

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PREGUNTAS?
43
MUCHAS GRACIAS!