ESCUELA SUPERIOR POLIT

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
UNIDAD BIOMÉDICA RAI

• Integrantes Ángel Arias A.
• Jaime Inga M.
• Dany Riofrío G.
• Director Ing. Miguel Yapur A.

3
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
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
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
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
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
Método Oscilométrico.
10
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
Curva de presión del brazal
12
Curva de oscilaciones del filtro amplificador
13
(No Transcript)
14
Características del transductor de presión
MPX5050GP

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

15
Curva de transferencia.
16
(No Transcript)
17
Módulo 2 Estatura

• Sensor Infrarrojo SHARP GP2D02
• Principio de funcionamiento
• Curva de transferencia

18
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
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
Tiempos de Lectura del IR SHARP GP2D02
21
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
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
Cálculo de constantes
24
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 20 0,00
92 30 30,23 0,76
81 40 40,62 1,55
75 50 50 0,00
71 60 59,09 1,55

Tabla 2.3 Valores de distancias reales y
calculadas por el sensor.
25
Conexión PIC-GP2D02
26
Módulo 3 Peso

• Galgas extensiométricas
• Amplificador de instrumentación
• IC Ad620BN

27
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 ?L.
• 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
Puente de Wheatstone
Z3T R ?R
29
Amplificador de Instrumentación
30
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).

31
Módulo Digital Microcontrolador PIC

• Criterios de selección
• Ventajas y desventajas
• Recursos

32
Criterios para la selección del PIC

• Procesamiento de datos (velocidad)
• Entrada / Salida (número de pines)
• Consumo
• Memoria
• Ancho de palabra
• Diseño de la placa

33
Configuración de pines
Diagrama de bloques
34
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.

35
Características generales del PIC16F877A
Características 16F877A
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
36
Características generales del PIC16F877A
Características 16F877A
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
37
Instrucciones orientadas a byte
ADDWF f,d Sumar W y f C, DC, Z
ANDWF f,d Función AND entre W y f Z
CLRF f Aclarar f Z
CLRW - Aclarar W Z
COMF f,d Complementar f Z
DECF f,d Decrementar f Z
DECFSZ f,d Decrementar f saltar si es '0'  
INCF f,d Incrementar f Z
INCFSZ f,d Incrementar f saltar si es '0'  
IORWF f,d Función OR entre W y f Z
MOVF f,d Mover f Z
MOVWF f Mover W a f  
NOP - - -
RLF f,d Rotar a la izquierda a través del carry C
RRF f,d Rotar a la derecha a través del carry C
SUBWF f,d Restar W de f C, DC, Z
SWAPF f,d Intercambiar nibbles de f  
XORWF f,d Función OR exclusiva entre W y f Z
38
Instrucciones orientadas a control
ADDLW k Sumar literal k a W C, DC, Z
ANDLW k Función AND entre literal k a W Z
CALL k Llamar la rutina k  
CLRWDT - Aclarar WDT TO, PD
GOTO k Saltar a la dirección k  
IORLW k Función OR entre k y W Z
MOVLW k Cargar a W el literal de k  
RETFIE - Retornar de la interrupción  
RETLW k Retornar y cargar a W con k  
RETURN - retornar de una subrutina  
SLEEP - Ir al modo de bajo consumo TO, PD
SUBLW k Restarle k a W C, DC, Z
XORLW k Función OR exclusiva entre k y W Z
39
Instrucciones orientadas a bit
BCF f,b Aclarar el bit b de f
BSF f,b Activar el bit b de f
BTFSC f,b Probar el bit b de f, saltar si es '0'
BTFSS f,b Probar 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
Tiempos de ejecución
Diagrama de tiempo para ejecutar una instrucción.
Diagrama de tiempo para leer un dato.
42
Diagrama de tiempo para escribir un dato.
Matriz de puntos
43
Caracteres que se pueden representar en el módulo
LCD
44
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.
4 RS 0/1 I 1 Leer del módulo LCD
5 R/W 0/1 I 0 Entrada de una Instrucción.
5 R/W 0/1 I 1 Entrada de un dato.
6 E 1 I Habilitación del módulo LCD
7 DB0 0/1 I/O BUS DE DATO LINEA 1 ( LSB ).
14 DB7 0/1 I/O BUS DE DATO LINEA 8 (MSB).
15 A - - LED () Back Light
16 K - - LED (-) Back Light.
45
Inicialización
46
Tabla 2.11 Abreviaturas utilizadas


Nomenclatura Variable 1 Variable 0
I/D I/D1 Incrementa el Cursor en una posición I/D0 Decrementa el Cursor en una posición.
D D1 Pantalla Encendida D0 Pantalla Apagada.
C C1 Cursor Encendido. C0 Cursor Apagado.
B B1 Intermitencia del cursor encendida. B0 Intermitencia del cursor apagado
S/C S/C1 Mover todo el texto. S/C0 Mover el cursor.
R/L R/L1 Mover todo el texto a la izquierda. R/L1 Mover todo el texto a la derecha.
DL DL1 Bus de datos de 8 Bits. DL0 Bus de datos de 4 Bits.
S S1 Desplazamiento del texto. S0 No desplazamiento del texto
BF BF1 Operación Interna en progreso. BF0 No puede aceptar instrucción
F F1 Matriz para el carácter de 5 X 10 dots F0 Matriz del carácter de 5 x 7 Dost
N N1 Activación de dos líneas. N0 Activación de 1 línea
47
Módulo de Impresión

• Tecnología de Impresión
• Puerto Paralelo
• Formato de impresión

48
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).

49
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
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
Tabla 2.7 Configuración de pines del puerto
paralelo estándar.
Nombre de la señal Pin 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 Ground (tierra) 19
Información 5 7 Ground (tierra) 20
Información 6 8 Ground (tierra) 21
Información 7 9 Ground (tierra) 22
-ACK (acknowledge) 10 Ground (tierra) 23
Busy (ocupada) 11 Ground (tierra) 24
Paper out (sin papel) 12 Ground (tierra) 25
Select 13    
52
Formato de impresión
ESCUELA SUPERIOR POLITÉCNICA DEL
LITORAL FACULTAD DE INGENIERIA EN ELECTRICIDAD Y
COMPUTACIÓN TÓPICO DE GRADUACIÓN DE ELECTRÓNICA
MÉDICA UNIDAD BIOMÉDICA RAI
53
Esquemático general
54
Interpretación de las mediciones

• Presión Sanguínea
• Frecuencia Cardíaca
• Índice de Masa Corporal

55
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
56
Tabla A.2 Frecuencia Cardíaca en reposo.
Mujeres Mujeres Mujeres Mujeres Mujeres
Edad Mal Normal Bien Excelente
20-29 96 78-94 72-76 70 o menos
30-39 98 80-96 72-78 70 o menos
40-49 100 80-98 74-78 72 o menos
50 104 84-102 76-82 74 o menos
Hombres Hombres Hombres Hombres Hombres
Edad Mal Normal Bien Excelente
20-29 86 70-84 62-68 60 o menos
30-39 86 72-84 64-70 62 o menos
40-49 90 74-88 66-72 64 o menos
50 90 76-88 68-74 66 o menos
57
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 /gt40 Muy severo
58
Costo de producción
Materiales 446,77
Montaje 200,00
Herramienta de desarrollo 150,00
796.77
59
Equipos similares
PARAMETRO DE MEDICIÓN PRESION ARTERIAL
locación marca precio
Baumanómetro Bolsillo CITIZEN muñeca CITIZEN 1.349,0
MEDIDOR DE PRESIÓN ARTERIAL V muñeca BRAUN 960,0
BAUMANOMETRO DE MUNECA BP1650 VITAL SCAN PLUS. muñeca BRAUN 1.029,0
MEDIDOR DE PRESION EW 3003W muñeca PANASONIC 69,9
BAUMANÓMETRO DIGITAL CITIZEN Mod. CH-432B brazo CITIZEN 689,0

PARAMETRO DE MEDICIÓN PRESION ARTERIAL, PESO, ESTATURA, IMC, IG PARAMETRO DE MEDICIÓN PRESION ARTERIAL, PESO, ESTATURA, IMC, IG PARAMETRO DE MEDICIÓN PRESION ARTERIAL, PESO, ESTATURA, IMC, IG
Equipo de medición Equipo de medición keito 4.032,0
60
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
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
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
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.