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Capítulo 5. Sistema de Instrumentación y Monitorización Implantado.

5. SISTEMA DE INSTRUMENTACIÓN Y MONITORIZACIÓN IMPLANTADO.

5.1. INTRODUCCIÓN.

En el presente capítulo se desarrollan los diferentes bloques de los que consta el

sistema diseñado, realizando cada uno de ellos una función específica (figura 5.1.). Su

aplicación permite captar y registrar los diferentes parámetros cardíacos comentados en

el capítulo 3 (electrocardiograma, presión intraventricular y dP/dt) tras someter al

corazón a un protocolo de criopreservación, tenerlo almacenado durante un periodo de

tiempo y aplicarle la fase de recalentamiento para realizar un análisis médico de su

estado. Todo lo que se registra se almacena en soportes de memoria, lo que facilita el

estudio de los resultados.

Figura 5.1. Esquema general del sistema completo.

ESI. Universidad de Sevilla. 34


Los diferentes bloques que forman el sistema son los siguientes:

Bloque de captación de presiones. Es el instrumento físico construido para

captar las presiones intraventriculares. Fundamentalmente es un balón de

látex alojado en el interior del ventrículo izquierdo, y un transductor de

presión que traduce la presión soportada por el balón a una señal de tensión

analógica.

Bloque de exploración de electrocardiograma (ECG). Lo constituyen el

conjunto de cables y electrodos necesarios para realizar las medidas

eléctricas del órgano.

Bloque de acondicionamiento de señal. Consiste en un aparato llamado

Sirecust 302, que se encarga de recibir las señales procedentes de los bloques

anteriores y aplicarles un proceso de filtrado y amplificación. A la salida

ofrece las señales introducidas con una potencia adecuada y, prácticamente,

sin ruido.

Bloque de digitalización. Toma las señales analógicas enviadas por el bloque

anterior y las convierte a señales digitales, proporcionándolas a través de

puertos estándar de 9 pines.

Bloque de adquisición de datos. Lo forman el Screw-Panel, la tarjeta de

adquisición de datos, el PC y el software y drivers necesarios para su

intercomunicación. El Screw–Panel facilita la conexión de las señales

digitalizadas a la tarjeta, mientras que el PC se encarga de albergar el

programa necesario para la manipulación e interpretación de los datos.

Bloque de programación. Se presenta el programa CRYOCA diseñado en el

entorno que proporciona el software HP VEE en su versión 5.0. Su

interconexión con la tarjeta de adquisición le proporciona los datos medidos

y, mediante un sistema de menús de ventanas, permite elegir entre las

opciones de representación de datos nuevos o de datos previamente



almacenados, tanto para un electrocardiograma como para un registro de

presiones. De esta forma se proporciona al experimentador, mediante una

interfaz gráfica, un programa basado en menús de ventanas de fácil manejo.

Bloque de monitorización y presentación. Mediante un PC se ejecuta el

programa CRYOCA y los datos registrados se muestran al experimentador a

través del monitor. Al mismo tiempo es posible imprimir estos resultados.

Para el desarrollo del proyecto se trabaja de forma paralela en uno de los

Laboratorios de Física de la Escuela Superior de Ingenieros. Se colabora en la

instalación de equipos informáticos y la instalación de una red de área local (LAN), que

sirve como base a la fuente de información proporcionada por internet. La creación de

esta infraestructura permite al grupo desarrollar simultáneamente sus proyectos de

forma dinámica.

5.2. BLOQUE DE CAPTACIÓN DE PRESIONES.

Su misión consiste en capturar las presiones que, mediante un balón de látex

introducido en el ventrículo izquierdo, se registran. Para ello se cuenta con ayuda de un

transductor de presiones. Finalmente se envía la señal producida al siguiente bloque.

Para ello se construye una estructura rígida donde se localizan los distintos

componentes.



Figura 5.2. Balón intraventricular antes de ser introducido en un corazón

durante la fase de recuperación del protocolo de criopreservación.

5.2.1. BALÓN.

Se trata de un balón de látex para registro de presión intraventricular para

corazones (ver tabla 5.1.). Para poder introducirlo se realiza un corte en la aorta desde la

cual se accede a la aurícula izquierda y, posteriormente, a la válvula mitral para alojarlo

finalmente en el interior del ventrículo. Para facilitar este proceso se une el balón a una

cánula metálica conseguida mediante la adaptación de un catéter radiopaco metálico

modelo Abbocath-T 14G x 51 mm (figura 5.3). Esta cánula, además de facilitar la

introducción del balón a través de la aurícula, permite el paso de fluido hacia el balón y,

así, llenarlo hasta la obtención de una presión de referencia, por lo que cualquier

esfuerzo que se ejerce desde el exterior provoca un empuje en sentido ascendente a

través de la cánula. A su vez, la cánula está conectada hidráulicamente (tubos de

silicona y llaves de tres pasos) a un transductor de presiones que recibe los empujes

provocados por las presiones sobre el balón y a un sistema de inyección de líquido que

alberga el fluido que se introduce en el balón y en el transductor. Para las llaves de tres



paso se utiliza el modelo estándar suministrado por la marca Sendal. Para más

información a cerca del material se remite al Anexo I, donde aparece una relación de

productos y proveedores.

Figura 5.3. Balón sujeto a la cánula y conexión al transductor.

Balón en venizquierdo

Figura 5.4. Posición del balón en el interior del ventrículo

izquierdo para captación de presión isovolumétrica en un

corazón bajo protocolo de criopreservación.

ESI. Universidad de Sevilla.

Transductor

Cánula aórtica

trículo

38


A continuación se detalla en la tabla 5.1 la aplicación y caracterización del

conjunto de balones de látex según la especie animal y su peso.

Especie

animal

Peso del

animal (Kg) Nº Volumen (ml)

Dimensiones

d;l (mm)

0.05-0.1 3 0.03 3;7

0.1-0.2 4 0.06 4;8

0.3-0.4 5 0.1 5;9 Rata

0.5 6 0.2 6;10

0.7 8 0.35 8;12 Conejo

1.2 10 0.7 10;14

1.7 12 1.3 12;17

2.5 15 2.4 15;20 Gato

3.5 19 4.7 19;25

15-20 24 10 24;32 Perro

30 30 20 30;40

Tabla 5.1. Tamaños y aplicaciones de balones de látex asociados a medidas intraventriculares.

Es importante realizar todos los pasos siguientes antes de practicar una medida,

y se aplican según el protocolo de recuperación. Se resumen a continuación:

Se introduce la cánula en el balón y se sujetan.

Se realiza un corte en la aurícula.

Se introduce el balón en el ventrículo izquierdo a través de la aurícula

izquierda y la válvula mitral.

Se regula el conjunto de las llaves para llenar el sistema de líquido y purgar

el aire existente.

Una vez establecido el circuito, se procede al llenado del balón hasta la

obtención de la presión de referencia.



Se cambia la configuración de las llaves para establecer el circuito entre el

conjunto cánula-balón y el transductor.

Tras comprobar que se han realizado todos pasos, se activa el programa

asociado al registro de presiones. Con él se monitoriza y almacena el registro

obtenido.

Una vez finalizado el proceso, se vacía el balón y se extrae con sumo

cuidado del corazón.

Dada la posibilidad de almacenamiento del proceso, se pueden estudiar de

forma más detallada los resultados obtenidos.

5.2.2. TRANSDUCTOR DE PRESIÓN.

Un transductor es un dispositivo encargado de captar los valores de la variable a

medir y traducir sus variaciones a las de otra magnitud más manipulable. En particular,

en medicina, se utilizan con frecuencia los transductores eléctricos, es decir, traducen la

variable recogida a una variable eléctrica, en nuestro caso, a tensiones analógicas. Esto

se debe fundamentalmente a dos factores: por un lado, la gran cantidad de fenómenos

que alteran las propiedades eléctricas de los cuerpos; y por otro, la facilidad que

presentan las variables eléctricas para su transmisión y manipulación.

En medicina existen diversos tipos de transductores. Se expone, a continuación,

un resumen de los más utilizados, haciendo un especial análisis al transductor de

presión, al ser el empleado para el registro de la presión intraventricular:

• Transductores de temperatura.

El más conocido es el termómetro de mercurio, donde el volumen de una

masa determinada de mercurio varía, con gran exactitud, linealmente con la

temperatura.

Otro muy conocido es el termómetro de resistencia, de gran precisión,

que se basa en la variación de resistencias eléctricas de los cuerpos por efecto de



la temperatura. Así, para los metales, su resistencia varía con la temperatura

obedeciendo a una fórmula del tipo:

)1(0 tRR α+= Ecuación 5.1.

αα11

0

−= RR

t Ecuación 5.2.

en la cual R0 es la resistencia a 0ºC, R es la resistencia a t grados y α es un

coeficiente característico del metal

El termistor es otro termómetro que posee el mismo fundamento físico

que el termómetro de resistencia, con la diferencia de utilizar en vez de un metal,

un cuerpo semiconductor. Esto supone tres diferencias respecto al termómetro

de resistencia: primero, el coeficiente α es negativo, con lo cual, al aumentar la

temperatura disminuye la resistencia del semiconductor (ecuación 5.1); en

segundo lugar, para una misma variación de temperatura, la variación de

resistencia es bastante mayor, comparativamente, que para los metales, con lo

que se tiene más sensibilidad; y tercero, los semiconductores presentan mayor

resistividad que los metales, por lo que para una misma resistividad, el volumen

del semiconductor es menor que el de un metal. En definitiva, el termistor es de

menor tamaño y mayor sensibilidad que el termómetro de resistencia.

Por último, se puede hablar del termopar, basado en el efecto Seebeck, a

partir del cual una fuerza electromotriz aparece entre las soldaduras de metales

distintos. Si una de las soldaduras se mantiene a una temperatura fija de

referencia y con la otra soldadura se toca el cuerpo cuya temperatura se desea

medir, se producirá un desequilibrio entre las fuerzas electromotrices

correspondientes a cada soldadura, lo que dará lugar a una corriente eléctrica de

intensidad registrable por un galvanómetro y que será tanto mayor cuanto más

amplia sea la diferencia entre las temperaturas de las soldaduras. Las ventajas

que aporta un termopar son su facilidad de construcción y su alta velocidad de

respuesta.



• Transductores de sonido.

Son muy utilizados y no sólo en el campo de la medicina. Uno de ellos es

el llamado micrófono capacitor, basado en que la presión del sonido altera la

capacitancia entre una placa fija y un diafragma móvil.

Otro es el medidor de magnetostricción, donde son las propiedades

magnéticas las que se aprovechan al conocerse que cambian ante una presión de

sonido determinada.

Por último, el detector piezoeléctrico. Su principio de operación se

fundamenta en la generación de una fuerza electromotriz (fem) cuando una

fuerza externa se aplica a ciertos materiales cristalinos como, por ejemplo, el

cuarzo.

• Transductores de presión.

El utilizado en el proyecto corresponde a este tipo. Se pueden distinguir

dos tipos de manómetro: los de medida directa, que son aquellos en los que el

fluido actúa directamente sobre el elemento sensible del manómetro y los de

medida indirecta, en los que el fluido actúa sobre el manómetro, pero sin salir de

la propia cavidad que lo contiene ni introducir el manómetro en ella. El ejemplo

más claro de este último tipo es el esfigmomanómetro, sistema que utiliza

rutinariamente el médico para medir la presión sanguínea mediante un brazalete

hinchable y el fonendoscopio.

Casi todos los métodos de medida directa se basan en la medida de la

desviación que sufre un diafragma que se encuentra en el interior de una cámara,

en la cual actúa, por una parte, la presión de referencia y, por otra, el fluido cuya

presión se va a medir. En ausencia de presión la del fluido coincide con la de

referencia y el diafragma no sufre deformación. A medida que la presión del



fluido es mayor el diafragma se abomba. Según sea el tipo de transductor varía

el procedimiento utilizado para evaluar el desplazamiento del diafragma. En

particular, para el transductor utilizado en el proyecto, las variaciones de presión

que actúan provocan variaciones de forma y de resistencia.

Estas variaciones de forma tienen como consecuencia cambios en la

resistencia eléctrica. En los manómetros de semiconductores se disponen cuatro

trozos de material sobre el diafragma y se conectan eléctricamente entre sí y a

una fuente de tensión en la forma que se indica en la figura 5.5.

Figura 5.5. Configuración puente. La información se obtiene a

través de la diferencia de potencial entre los puntos A y B.

En base a esto, la diferencia de potencial entre los puntos A y B es:

+

−+

=

=+

−+

=−=

43

3

21

2

43

3

21

2

RRR

RRR

V

RRR

VRR

RVVVV BAAB

Ecuación 5.3.

En ausencia de deformaciones todas las resistencias son iguales, por lo

que se tiene VAB = 0. Si la presión en uno de los lados es mayor que en el otro,

dos de los trozos de semiconductor aumentarán su resistencia por estar

sometidos a un estiramiento (R2 y R4) mientras que los otros dos (R1 y R3) la

disminuirán por estar comprimidos. En este caso, a partir de la ecuación 5.3 se



comprueba que VAB aumenta, y se incrementa cuanto mayor es la presión que se

ejerce.

Para el estudio de sensibilidades y respuesta en frecuencia se supone que

la cámara del transductor es cilíndrica y de sección s, y que un desplazamiento

dx del diafragma se puede medir por el volumen del cilindro esa sección y altura

dx (lo cual es sólo una aproximación) como:

sdV

dxdxsdV 1=⇒⋅= Ecuación 5.4.

Llamando Φ al flujo (volumen de fluido por unidad de tiempo) se cumple

que:

dtdV ⋅Φ= Ecuación 5.5.

E igualando,

sdtdxdtdxs Φ

=⇒⋅Φ=⋅ Ecuación 5.6.

En un diafragma que posea gran sensibilidad, pequeños aumentos de

volumen dV provocarán desplazamientos dx relativamente grandes, por lo cual,

según la ecuación 5.4, interesa que la superficie del diafragma sea pequeña con

el fin de que su sensibilidad sea adecuada.

Además, para que el diafragma tenga una buena respuesta en frecuencia

debe ser capaz de sufrir desplazamientos dx relativamente grandes en intervalos

de tiempo dt muy pequeños. Desde el punto de vista de la respuesta en

frecuencia interesa, pues, que el coeficiente dx/dt sea lo mayor posible, es decir,

que , de acuerdo con la ecuación 5.6 la superficie del diafragma sea lo menor

posible y el flujo de fluido que ingresa en la cámara del transductor sea lo mayor

posible.



Dentro de este tipo de transductores, la gran mayoría funciona

manteniendo la cámara en el exterior del cuerpo y haciendo llegar el fluido

mediante un tubo muy estrecho o catéter introduciéndolo, en este caso, en

ventrículo cardíaco usando para ello un balón de látex.

Dado que el valor de Φ que llega a la cámara del transductor es pequeño,

la superficie del diafragma a de ser muy pequeña para obtener una sensibilidad

y respuesta en frecuencia buena.

El transductor que se utiliza en el sistema es el modelo Statham P23XL (figuras

5.6 y 5.7), que permite un rango de presión de entre –50 a +300 mmHg al alimentarlo

con una tensión dentro del intervalo de 2 a 10 V y que se construye a partir de

resistencias de valor nominal 350 omhs. El resto de las especificaciones se detallan en el

Anexo II.

Figura 5.6. Transductor de presión empleado en el sistema.

Permite traducir a tensiones continuas los pequeños cambios

de presión producidos en el balón.



Diafragma

Entrada de fluido

Salida de fluido y puesta a cero

Cables para señales eléctricas Carcasa

Figura 5.7. Dimensiones del transductor empleado.

5.3. BLOQUE DE EXPLORACIÓN DE ECG.

Está formado por el conjunto de cables y electrodos necesarios para realizar las

medidas eléctricas del órgano. Con el fin de evitar posibles interferencias en el

momento del registro, se han de seleccionar unos electrodos adecuados.

Existen electrodos de aguja con los que la exploración se realiza

introduciéndolos directamente en el músculo. Para evitar la toma de señales de una zona

demasiado amplia y recoger las correspondientes a una más localizada, se suele utilizar

una combinación coaxial de electrodos que consiste en un estrecho cilindro metálico

que contiene en su eje una fina aguja aislada eléctricamente de las paredes de éste. Todo

el conjunto va rodeado de una capa aislante, excepto en el extremo del cilindro. Otra

forma de captación se efectúa empleando una clase de electrodos que se unen al corazón

mediante succión.

En el proyecto se utiliza un total de tres electrodos de aguja (más fáciles de

obtener) que se colocan en contacto con el órgano formando un triángulo (figura 5.8).



Con ellos se recogen las diferencias de potencial eléctrico existentes en el miocardio,

siendo transmitidas por los cables blindados hasta el siguiente bloque.

Figura 5.8. Colocación de los electrodos en el corazón.

5.4. BLOQUE DE ACONDICIONAMIENTO DE SEÑAL.

Las señales provenientes del bloque de captación de presión y del bloque de

exploración de ECG son señales débiles, con apenas algunos milivoltios de amplitud y

acompañadas de ruido. Por ello, antes de ser digitalizadas se introduce un bloque de

acondicionamiento de señal que amplifica y filtra dichas señales registradas en el

miocardio hasta rangos adecuados.

Para ello se dispone entre el material suministrado por el Hospital Virgen del

Rocío de un registrador analógico de cabecera marca Siemens y modelo Sirecust 302.

Este equipo (figura 5.9) está capacitado para gestionar la adaptación de diversas

medidas, las cuales se detallan en los siguientes subapartados.

Dada la antigüedad del equipo, la escasez de documentación y medios

personales que permitiesen una rápida familiarización y conocimiento acerca del

alcance de su funcionamiento y funcionalidad, se dedicó un periodo de tiempo a

investigar con el equipo. Los resultados de este proceso de exponen a continuación.



Sección registro de presiones

Sección de monitorización

Sección registro de pulsaciones

Sección registro de E CG

Figura 5.9. Frontal del registrador analógico

de cabecera Sirecust 302 de Siemens.

5.4.1. SECCIÓN DE REGISTRO DE PRESIONES.

Posee una sección dedicada a registro de presiones. En ella existe la posibilidad

de seleccionar algunos parámetros del registro, como el tipo de presión a medir

(sistólica, diastólica o media) o la configuración de alarmas sonoras y visuales que

advierten de rangos alcanzados no deseados por el experimentador.

Para la conexión con el transductor de presiones, dispone de un conector de 5

pines, de los cuales únicamente se utilizan cuatro: dos para proveer de alimentación al

transductor con una señal de 6 V y otros dos a través de los cuales se recibe la

información que éste le proporciona.

El equipo permite la conexión de algún periférico (registradores de agujas)

mediante un conector de 37 pines desde el que se obtienen las señales analógicas de

información ya acondicionadas. La señal de presión se presenta desde el pin 23 (figura

5.10) dentro de un rango de tensiones positivas de 0 V a 5V.



Figura 5.10. Conector de Salida del Sirecust 302. La señal de presión

está disponible desde el pin 23 y el ECG desde el 36.

También posee un display ,basado en LEDs de siete segmentos, que proporciona

información numérica sobre la exploración. Sin embargo, muchos de estos segmentos

no funcionan correctamente, con lo que no resultan de utilidad.

5.4.2. SECCIÓN DE REGISTRO DE ECG.

Análogamente dispone de varios controles que permiten configurar el registro de

ECG. Para seleccionar el tipo de medida se habilita un conmutador de derivaciones, que

ofrece la posibilidad de cambiar continuamente de punto de derivación.

Para la conexión con el bloque de captación de electrocardiograma dispone, al

igual que para la sección anterior, de un conector de 5 pines, del que únicamente se

utilizan tres.



Al mismo tiempo, a través del conector de 37 pines anteriormente indicado, se

puede adquirir la señal registrada del ECG a través del pin 36 (anterior figura 5.10).

Para obtener el rango de tensiones que proporciona durante una exploración se conectó

el sistema a un corazón de conejo de 1,8 Kg. de peso, dando a la salida una onda dentro

del rango de –2 V a +2 V.

5.4.3. SECCIÓN DE REGISTRO DE PULSACIONES.

El equipo Sirecust 302 también permite captar y registrar pulsaciones. Al mismo

tiempo las representa mediante un display análogo al de presiones y con su mismo

problema. Sin embargo, este tipo de registros no son de utilidad para el grupo de

investigación, por lo que no se profundiza en sus características.

5.4.4. SECCIÓN DE MONITORIZACIÓN.

La posibilidad de visualizar de forma gráfica los procesos de exploración facilita

al experimentador un rápido reconocimiento del órgano. Se dispone de un monitor de

tubo de rayos catódicos. Para ello cuenta con dos canales que pueden emplearse al

mismo tiempo y unos conmutadores para seleccionar la señal a representar.

Debería mostrar las formas de ondas deseadas aunque, en ningún caso, ofrece

información numérica acerca de los rangos alcanzados (aspecto que suplirían los

displays). Una vez chequeado el equipo se comprueba que no funciona correctamente.

Tampoco permite almacenar los registros en soportes de memoria, con lo que precisa un

análisis “in situ”.

Por lo tanto, esta sección no resulta de utilidad según las especificaciones

demandadas por los investigadores, y es por esto por lo que se desarrollan los bloques

posteriores con el fin de crear un sistema que contemple esas características.



5.5. BLOQUE DE DIGITALIZACIÓN.

La información que suministra el bloque de acondicionamiento de señal se

transmite en forma de señal analógica. Sin embargo, el sistema de adquisición de datos,

que permite la introducción de los datos al ordenador, está basado en el tratamiento de

señales digitales. Se precisa, por lo tanto, un bloque de digitalización que convierta las

señales de información analógica en señales digitales.

5.5.1. REQUISITOS.

Antes de diseñar el sistema es necesario definir las necesidades de

funcionamiento: acondicionamientos adicionales de señal, tipos de conexiones,

requisitos de señales a introducir y a sacar del circuito, velocidad, niveles de

codificación, etc.

El Sirecust 302 ofrece a su salida tensiones analógicas filtradas y amplificadas

en un rango diferencial de 5 V. Sin embargo, dependiendo de la naturaleza de la señal,

este rango puede contener valores negativos de tensión (en el caso del ECG), con lo cual

se ha de reacondicionarla para situarla en rangos positivos de entre 0 V y 5 V.

Las señales a introducir en el circuito son:

Señales de alimentación constante de 5 V y 15 V. Para la alimentación de los

distintos dispositivos que componen el bloque.

Señal regulable de tensión. Necesaria para el reacondicionamiento de la

señal ECG.

Señales de información. Son las procedentes del Sirecust 302, y contienen la

información de los parámetros cardíacos.



En cuanto a las señales a extraer:

Señal digital de información relativa a presión intraventricular.

Señal digital de información relativa al electrocardiograma.

Señales de tierra.

Por lo tanto, los conectores necesarios para la introducción de señales han de

poseer dos entradas cada uno. En cuanto a los de salida se precisan conectores de 9

pines, 8 de los cuales están asignados a bits de datos y el noveno para la transmisión de

tierra.

Tras realizar medidas experimentales y analizar las formas de onda a convertir

se considera que velocidades de muestreo de 50 milisegundos son más que suficientes

para garantizar una señal digitalizada de gran calidad. Al mismo tiempo se determina

que conversores de 8 bits de salida (256 niveles de cuantización y codificación)

representan en buenas condiciones la forma de onda introducida.

5.5.2. CARACTERÍSTICAS DE UN CONVERSOR ANALÓGICO-DIGITAL.

Un convertidor analógico-digital (en lo sucesivo, ADC) es un dispositivo cuya

función consiste en convertir las señales analógicas que se le introducen a un formato

digital. El proceso que tiene lugar durante la conversión involucra a tres operaciones

distintas: muestreo, cuantización y codificación (figura 5.11). Un reloj permite que la

conversión comience y termine cada Tc segundos (Tc representa al periodo de

conversión). En este intervalo, una señal analógica a la entrada se convierte en una señal

codificada en binario a la salida.



Figura 5.11. Distintas fases que intervienen durante una

conversión AD. El circuito S/H suele venir incluido e los

sistemas de alto rendimiento.

• Muestreo.

Un ADC opera bajo la suposición de que la señal analógica a la entrada

no cambia durante el proceso de conversión. Para asegurar que esto es cierto, los

sistemas de ADC de alto rendimiento suelen incluir un circuito de sample-and-

hold. Un circuito de sample-and-hold (S/H) muestrea una señal analógica

(dependiendo de las especificaciones del circuito lo realiza en el flanco de

bajada o en el de subida de la señal de reloj) y mantiene el valor obtenido

durante el “tiempo de conversión” (Tc). Esto provee a la entrada del convertidor

la señal constante que se requiere. Por ejemplo, cuando la señal de salida es una

rampa, a la salida del circuito se obtiene una forma de onda similar a una

escalera (figura 5.12).



Figura 5.12. Versión muestreada de una rampa tras aplicarse un proceso

de sample and hold. En el eje de abcisas se muestran los intervalos y en el

eje de ordenadas la codificación correspondiente.

LSB define el tamaño del escalón y da lugar al error de discretización.

En este caso (como en el del ADC0804) el máximo error de discretización

posible se establece en 1 LSB.

Un posible circuito S/H se muestra en la figura 5.13. Dado el uso de

amplificadores aparece un “error de offset”. Este implica que ante una señal de

entrada nula al amplificador, se produzca un valor a la salida distinto de cero,

por lo que al aparecer amplificadores en cascada, no sólo se aumenta la señal,

sino también el error. Distintas configuraciones para el circuito S/H consiguen

reducir de forma drástica este error, por ejemplo mediante la conexión de la

salida del segundo amplificador con la entrada negativa del primero.

Figura 5.13. Circuito de muestreo y retención ( Sample & Hold). Se utilizan amplificadores

operacionales como seguidores de tensión para desacoplar del resto del circuito.



• Cuantización.

Consiste en asignar a cada intervalo de señal muestreado un número

entero en relación a su nivel de amplitud. En el ejemplo anterior (figura 5.12), a

cada escalón se le asigna un valor entre uno y ocho.

• Codificación.

El número de valores anteriormente comentado está directamente

relacionado con el número de bits disponibles para la codificación (ecuación

5.7).

nvaloresn 2º = Ecuación 5.7.

siendo n el número de bits disponibles por el codificador.

Finalmente, lo conseguido con el cuantizador se codifica en binario.

En los párrafos posteriores se presentan el resto de características y parámetros

de importancia para el análisis de un ADC.

La salida digital del ADC debe ser proporcional a la tensión de entrada

analógica. El valor digital en decimal que se obtiene a la salida del convertidor se

calcula a partir de la ecuación 5.8, mientras que en términos binarios se expresa desde la

ecuación 5.9.

⋅=

ref

inn

VV

D 2 Ecuación 5.8.

Ecuación 5.9. kn

kkbD 2

1

0∑

−

=

=



Lógicamente, Vin ha de ser menor que Vref para que la salida se pueda codificar

con n bits, de esta forma, el valor máximo D obtenible viene dado por 2n-1. Indicar, que

si la señal de entrada es mayor o igual a Vref, el sistema se satura, dando como resultado

a la salida el valor 2n-1.

El número de bits n a utilizar está íntimamente ligado a un parámetro llamado

“resolución”, que indica el incremento de señal analógica que se produce desde un valor

digital D hasta su valor inmediatamente superior. A menudo se llama resolución al

número de bits n disponibles a la salida.

La “velocidad de muestreo” determina la precisión con la que la secuencia de

códigos digitales representa la entrada analógica. Así, cuanto más muestras se toman en

una determinada unidad de tiempo, más precisa es la señal digital.

Por último, la “precisión” es una comparación entre la salida real de un ADC y

la salida esperada. Incluye varias fuentes de error (de linealidad, de offset, etc.) y se

expresa como un porcentaje de la tensión de salida respecto a la de fondo de escala. Los

errores que incluye esté término se clasifican en estáticos y dinámicos:

Errores estáticos: Son los errores lineales y no lineales.

Errores dinámicos: Son los que se introducen durante el proceso de muestreo

de la señal.

La mejor manera de medir la precisión es a partir de la relación señal-ruido

(SNR, Signal to Noise Ratio) medida en dB y que suministra el fabricante. Este

parámetro engloba los diferentes tipos de errores y con él se puede calcular el número

efectivo de bits (ENOB, Efective Number Of Bits) que debe tener el convertidor

mediante la expresión:

02.6

75.1−=

SNRENOB Ecuación 5.10.



5.5.3. TIPOS DE CONVERTIDORES.

Existen muchas diferencias entre un tipo y otro de convertidores. Una de ellas,

por ejemplo, puede estar en la tensión de alimentación necesaria; otra, en los

mecanismos internos de conversión; también, la calidad disponible de la conversión

puede ser muy dispar de un ADC a otro.

En cuanto a las técnicas de implementación se clasifican en convertidores de

bucle abierto y convertidores de bucle cerrado. Dentro de los primeros destacan el

paralelo, el de rampa simple y el de rampa doble, y se caracterizan por su rapidez. En

los segundos los métodos que se pueden destacar son el de rampa digital, el de

seguimiento y el de aproximaciones sucesivas. Los de bucle cerrado necesitan un

convertidor digital-analógico (DAC) para realimentar la salida digital a la entrada

analógica. Por lo tanto, la precisión de cualquiera de ellos (mayor que los de bucle

abierto) dependerá de la precisión alcanzada por el DAC. Se presenta una breve

introducción de los distintos tipos, profundizando en los de bucle cerrado dado su

mayor potencial.

• ADC paralelo (flash).

El paralelo está basado en la utilización de 2n-1 comparadores en un

conversor de n bits para confrontar tensiones de referencia con una tensión de

entrada analógica. De esta forma, cuando la señal analógica es superior a una

tensión de referencia, a la salida del comparador se establece un nivel alto.

Las tensiones de referencia se obtienen a partir de divisores de tensión.

Por otro lado, la salida de los comparadores se introducen en un codificador de n

bits, que se encarga de construir la señal digital final.

Su ventaja es la rapidez de conversión, y su inconveniente el número

elevado de comparadores necesarios para la digitalización de algunas señales.



• ADC de rampa simple.

Se utiliza un generador de rampa lineal para obtener una señal analógica

cuya curva es una recta de pendiente constante positiva y fijada por Vref. Para

ello se emplea un circuito integrador a partir de operacionales, resistencias y

condensadores. Precisamente, debido al deterioro de la resistencia y el

condensador empleados, la constante RC puede variar con el tiempo provocando

distorsiones a la salida.

• ADC de doble rampa.

Su funcionamiento es similar al de rampa simple, sólo que aquí se

introducen dos rampas, una positiva de pendiente fija y otra negativa de

pendiente variable. La introducción de la segunda rampa evita el problema de la

distorsión, ya que se consigue independizar al tiempo de conversión de la señal

analógica.

• ADC de rampa digital.

Este es el primero de los pertenecientes a los de bucle cerrado. También

es conocido como método de rampa en escalera o método contador. En la figura

5.14 se muestra el esquema del convertidor.



Figura 5.14. Convertidor AD tipo bucle cerrado de rampa digital.

Inicialmente el contador está a cero. El valor digital ataca al DAC que da

como salida el valor analógico más bajo. Por pequeña que sea la entrada

analógica, la salida del comparador será a nivel alto. EL reloj puede pasar a

contador y éste comienza a incrementarse, lo que hace que la salida del DAC

incremente su valor hasta que llegue un momento en que la salida del DAC sea

mayor que la entrada analógica (hasta entonces va dando uno en la salida). En

este instante, el comparador proporciona una salida a nivel bajo bloqueando el

reloj y parando el contador. La lógica de control carga la cuenta binaria en los

latches y pone a cero el contador para que pueda iniciar una nueva conversión.

El valor almacenado en los latches es la salida digital.

Presenta el problema de que el tiempo de conversión es variable y

dependiente de la señal de entrada, por lo que normalmente, convierte en

intervalos irregulares.

• ADC de seguimiento.

Este método utiliza un contador ascendente/descendente y es más rápido

que el método de rampa digital, porque el contador no se pone a cero después de



cada muestreo, sino que sigue a la entrada analógica. Se muestra en la figura

5.15.

Figura 5.15. Convertidor AD tipo bucle cerrado de seguimiento.

Si la salida digital, una vez convertida a analógica, es menor que la

entrada, el comparador da salida positiva para que la cuenta sea ascendente y

viceversa. El problema que presenta es que si la entrada analógica se mantiene

constante durante un intervalo de tiempo, la salida permanece oscilando entre

dos valores digitales entorno a la señal de entrada.

• ADC de aproximaciones sucesivas.

Es el método más usado de conversión AD. Tiene un tiempo fijo de

conversión para cualquier entrada analógica y además, es mucho menor que el

empleado en los otros métodos, a excepción del flash. La salida digital se busca

de forma dicotómica. La figura 5.16 muestra el esquema de un ADC por

aproximaciones sucesivas de 8 bits. Está formado por un DAC, un comparador y

una lógica de aproximaciones sucesivas.



Figura 5.16. Convertidor AD tipo bucle cerrado de aproximaciones sucesivas.

Su funcionamiento básico es el siguiente: inicialmente el bit más

significativo está a 1 y el resto a 0. El sistema utiliza n ciclos de reloj y en cada

uno de ellos se evalúa uno de los bits, comenzando por el más significativo.

Cuando se finaliza con un bit, se pone a nivel alto y se comprueba la salida que

genera el comparador para ese valor. Si la salida es 1 indica que ese bit mantiene

el nivel alto y si es 0 pasa a nivel bajo. Una vez que se ha fijado un bit del

registro se pasa a evaluar el siguiente menos significativo de la misma manera

hasta llegar al último.

5.5.4. CHIP ADC0804.

Aquí se describen las principales características técnicas del dispositivo

seleccionado para la conversión, el ADC0804 de National Semiconductor, aunque para

mayor información se remite al Anexo III que contiene con todo detalle estas

características de forma ampliada, así como las distintas opciones de uso,

configuraciones posibles, etc. Las razones de esta elección están basadas en las buenas

cualidades que posee con respecto a los requerimientos de velocidad y niveles de

cuantización del sistema físico. Se considera como valor añadido su reducido precio, ya

que, para otros dispositivos en el mercado con mayor velocidad de conversión el precio

se incrementa en demasía.



• Descripción.

Se trata de un conversor analógico-digital con 8 bits de salida, basado en el

método de aproximaciones sucesivas aceptando a la entrada tensiones diferenciales en

un rango de 0V a 5V. Los distintos pines de conexión se detallan en la figura 5.17.

Figura 5.17. Pines de conexión del ADC0804. Las

señales con barra superior se consideran activas a nivel

bajo, el resto lo están a nivel alto.

El pin de salida INTR indica la finalización del proceso de conversión. El chip

WR , activa los procesos de escritura. La entradaCS (chip select) permite la activación

de los circuitos internos en el chip. El pin de entrada RD (read) permite lecturas. Para

iniciar una conversión, los pines CS y RD deben estar a nivel bajo al mismo tiempo. La

entrada diferencial de datos se hace a través de Vin+ y Vin-, mientras que la salida de

datos digitalizados se proporciona desde el pin DB0 (bit menos significativo) al DB7

(bit más significativo). Con Vref /2 se elige el valor de fondo de escala (siempre con Vref

comprendida entre 0 y 5V), así, para una conversión de valores entre 0 y 4V, se

introduciría Vref /2 = 2.

Por último, el reloj se consigue a través de los distintos usos de CLK R y CLK

IN. Se utiliza para controlar los diferentes pasos dentro de un proceso de conversión



mediante aproximaciones sucesivas. El chip contiene en su interior un oscilador interno

que se habilita cuando en los dos pines anteriores se conectan un condensador y una

resistencia como en la figura 5.19. Estos dos componentes determinan la frecuencia del

reloj del ADC. También ofrece la posibilidad de introducir una señal de reloj externa

para obtener mayor precisión (no suele usarse desde que los chips incorporan la función

de notificar al PC cuándo finaliza el proceso de conversión).

De los distintos modos de funcionamiento que permite, se configura (mediante

circuitería) el llamado free-running mode, mediante el cual el conversor, desde que es

alimentado, comienza un proceso de digitalización continua de la señal analógica

introducida.

Una vez establecido el nivel de Vref/2, el valor digital en decimal correspondiente

viene dado por la siguiente ecuación:

⋅=

ref

in

VV

D 255 Ecuación 5.11

que en términos de salida binaria significa:

Ecuación 5.12. 00

55

66

77 2222 bbbbD ++++= K

• Funcionamiento.

La tensión analógica diferencial se introduce a través de los pines Vin+ y

Vin-. Cuando finaliza la conversión se transfiere el resultado a los latches de

salida y se activa la señal INTR a nivel bajo. El dispositivo se configura para

funcionar en free-running mode, conectando la salida INTR a la entrada de

escritura (WR ) y manteniendo la entrada de inicio de conversión (CS ) a nivel

bajo.



Cuando las entradas WR y CS están a nivel bajo, el ADC se encuentra en

un estado de RESET. En el momento que una de ellas conmute a nivel alto se

inicia un proceso de conversión.

Para leer el resultado de la conversión se ponen a nivel bajo las entradas

CS y RD . Cuando una de ellas pasa a nivel alto, las salidas digitales

DB0,..,DB7 pasan a triestado.

En la figura 5.18 se muestra el diagrama de tiempos que se produce

durante una conversión.

Figura 5.18. Diagrama de tiempos para distintos pines del ADC durante un proceso de conversión.

• Características.

Se recuerda que el Anexo III contiene las especificaciones completas del

dispositivo, así como distintas configuraciones dependiendo del tipo de interface

a utilizar. Se detallan aquí las características más importantes y que han influido

en la elección del dispositivo:



Modelo estándar de chip con 20 pines.

Alimentación con 5V.

Entrada diferencial en el rango de 0V a 5V.

Ajuste de cero no requerido.

Valor de referencia ajustable de hasta 5V.

8 bits de resolución.

Error total máximo de ±1 LSB.

Tiempo de conversión igual a 100µs.

Tasa de conversión en free-running mode entre 8870 y 9708 conv/s.

5.5.5. CIRCUITO DISEÑADO. MATERIAL NECESARIO.

La circuitería de este bloque tiene como fin captar señales analógicas a la

entrada (las relativas a presión y electrocardiograma) y proporcionar a la salida la

misma información, pero de forma digitalizada. Los valores de tensión referentes al

electrocardiograma y los relativos a presión intraventricular se introducen en el circuito

a través de conectores distintos, y pasan por circuitos paralelos para su conversión a

digital por lo que usaremos dos ADC0804.

Como se comenta anteriormente, los ADC empleados se configuran mediante

circuitería en el modo de conversión continua (free-running mode) conectando entre sí

los pines INTR y WR . La tensión de fondo de escala se activa a su valor máximo

permitido (+5V). Para un correcto funcionamiento, tras la activación del circuito se hace

necesaria la activación de un reset cuyo fin es puentear a tierra momentáneamente la

entrada WR . Para ello, se introduce un botón de reset que será necesario activar al

iniciar cualquier proceso de adquisición de datos.

Para la extracción de señales se emplean conectores estándar de 9 pines, unidos

mediante circuitería a las salidas de datos del ADC0804, es decir, desde los pines 18

(para el menos significativo) al 11 (para el más significativo).



El esquema del circuito de digitalización diseñado para las señales de presión se

presenta a continuación (figura 5.19):

Figura 5.19. Esquemático del circuito de digitalización para la señal de presión.

Para la parte del ECG se implementa un bloque previo de reacondicionamiento

de señal. Esto se debe a que las señales que provienen del Sirecust 302 relativas al ECG

de un corazón de conejo, lo hacen, aproximadamente, en un rango de tensiones de –2V

a +2V, mientras que el ADC0804 especifica para su entrada señales positivas de entre

0V y 5V. Para solucionarlo se incorpora un circuito sumador basado en los dos

amplificadores operacionales que proporciona el chip 747. Dada la incertidumbre en el

rango exacto a examinar se permite regular al experimentador la señal a sumar a la

tomada desde el Sirecust 302, elevándola de forma que el rango resultante esté dentro

de los márgenes permitidos por el ADC. Este proceso se realiza de forma sencilla una

vez ejecutado el programa de adquisición de ECG desde el ordenador y observando en

pantalla que la señal captada no ha sufrido ningún proceso de saturación. Además, para

los casos en los que la señal de entrada esté fuera del rango permitido se dispone de una

estructura tipo divisor de tensiones entre dos amplificadores operacionales, que la

desacopla del resto del circuito. El circuito resultante se muestra a continuación (figura

5.20). La identificación de los conectores del chip 747 se muestra en la figura 21.



Figura 5.20. Esquemático del circuito de digitalización para la señal de ECG. El chip 747 contiene

amplificadores operacionales, con los que se diseña, por un lado, un sumador regulable para elevar la

señal de ECG, y por otro, dos seguidores de tensión.

Figura 5.21. Descripción de patillas de conexión del chip 747.

Finalmente, y para una mejor manipulación se protege al circuito

introduciéndolo en una caja, donde se localizan en los laterales los conectores de 9 pines



de salida y todas las entradas necesarias. En la parte superior se dispone del botón de

reset.

5.6. BLOQUE DE ADQUISICIÓN DE DATOS.

Para monitorizar y poder almacenar todo el experimento se necesita un sistema

de adquisición de datos que permita introducir las señales digitalizadas por el bloque

anterior en el ordenador. Para ello, en el PC se instala una tarjeta de adquisición de

datos, modelo DT331 de Data Translation, de la cual, únicamente, se utilizan dos de sus

puertos digitales (puerto B y puerto C) configurados como puertos de entrada.

La tarjeta permite comunicar al programa diseñado en HP VEE 5.0 (subcapítulo

5.7) con el exterior, proporcionando una interfaz entre las señales digitalizadas

anteriormente (que representan a los parámetros coronarios medidos: presión

intraventricular y electrocardiograma) y el software diseñado, siendo capaz de

representar gráficamente los datos medidos y almacenarlos para un posterior

tratamiento.

Debido a la diversidad de requerimientos provenientes de los distintos proyectos

satélites que forman en proyecto global en su fase experimental, se precisa una tarjeta

que permita una gran polivalencia y que satisfaga las demandas de puertos de

comunicación necesarios. A saber: varios puertos digitales de entrada/salida, que

puedan ser configurados según el uso; y 4 puertos analógicos de salida, para el control

de las bombas en el sistema de perfusión. La introducción de una señal analógica en el

PC puede evitarse introduciéndola, previamente, en un bloque de digitalización, por lo

que no se considera necesaria la existencia de entradas analógicas.

En cuanto a los rangos de tensión requeridos para los distintos puertos, se

determina que los puertos digitales deben permitir un correcto funcionamiento para un

rango de entre 0 V y 5 V, mientras que los puertos de salida analógica han de ofrecer

un rango de tensión que permita controlar las bombas.



Por otro lado, para el diseño del software se establece que ha de realizarse sobre

HP VEE 5.0 (Hewlett Packard Visual Engineering Enviroment), por lo que la elección

de la tarjeta también queda determinada por la compatibilidad entre ambos.

Tras evaluar las ventajas e inconvenientes de las distintas soluciones existentes

en el mercado, se decide por la adquisición de la Tarjeta DT331, perteneciente a la serie

DT330 de Data Translation.

5.6.1. TARJETA DE ADQUISICIÓN DE DATOS DT331.

Pertenece, como se ha indicado anteriormente, a la familia de tarjetas de

adquisición de datos con múltiples canales de entrada-salida de la serie DT330 de Data

Translation y cubre los distintos objetivos que se planteaban en el proceso de selección

de material.

Consta de 4 canales de salida analógicos con una resolución de 12 bits, aunque

su principal virtud es la versatilidad que proporciona, al ofrecer una amplia gama de

rangos de tensiones disponibles y configurables vía software: De –10 V a +10V, de 0 V

a 10 V, de –5 v a +5 V y de 0 V a 5 V. Además, garantiza una intensidad de salida

mínima de 5 mA (para ver el resto de especificaciones técnicas se remite al Anexo IV).

El conjunto estos cuatro canales se destina, íntegramente, a controlar las 4 bombas

peristálticas dentro del sistema de perfusión, por lo que no se utilizan en el proyecto que

se presenta.

Ofrece 32 líneas digitales bidireccionales (es decir, de entrada/salida o I/O),

agrupadas en cuatro puertos de 8 líneas cada uno: puerto A, puerto B, puerto C y puerto

D. Cada uno de ellos puede ser configurado como entrada o como salida, ahora bien,

dentro de un mismo puerto no es posible tener líneas configuradas en sentidos distintos.

El rango de tensiones que permite es de 0 V a 5 V, garantizando una correcta

interpretación de niveles de entrada para cada uno de los cuatro puertos en función de lo

siguiente: un nivel alto de entrada, para tensiones por encima de 2 V; y un nivel bajo de

entrada, para tensiones por debajo de 0.8 V. Por otro lado, mientras que los puertos A, B



y C se utilizan con propósito general, el puerto D permite la generación de

interrupciones, mediante el cambio de estado de cualquiera de sus 8 líneas. Esta

característica es muy útil cuando se requiere supervisar señales críticas o cuando se

precisa indicar al ordenador la transferencia de datos a través de cualquiera de los

puertos restantes.

Para el proyecto se han utilizado 2 de los 4 puertos, ambos configurados como

canales de entrada de datos. El puerto B se destina a la adquisición de señales que

provienen del transductor de presiones, es decir, contiene información a cerca de las

presiones intraventriculares captadas. El puerto C se ocupa de adquirir las señales

procedentes de los electrodos, es decir, contiene el perfil del electrocardiograma. El

resto de puertos (A y D) quedan libres y disponibles para un posterior uso adicional,

como la captura de otra serie de parámetros coronarios o la realización de un bucle

cerrado para el control del sistema de perfusión.

5.6.2. INSTALACIÓN FÍSICA.

La conexión de las tarjetas de la serie DT330 y, en particular, de la DT331 a un

PC, se realiza a través de un bus PCI (figura 5.22). El diagrama de bloques de conexión

se muestra en la figura 5.23.

Tarjeta de la serie DT330

Conector de bus PCI

Figura 5.22. Instalación de la tarjeta de adquisición de datos a través del bus PCI.



Figura 5.23. Diagrama de bloques para la conexión de los puertos disponibles desde la tarjeta.

5.6.3. SOFTWARE NECESARIO.

Como se advierte anteriormente, la elección de la tarjeta de adquisición de datos

está condicionada a la compatibilidad con el software HP VEE 5.0 en el programa de

monitorización. Pero además de éste, se necesita un software para programar la tarjeta

DT331 y ajustarla a los requerimientos deseados, tal que pueda comunicarse con el HP

VEE y permita una correcta interpretación de datos durante el proceso de

comunicación. Por ejemplo, una señal de salida a nivel alto por la línea 1 del puerto A,

ordenada desde HP VEE a nivel gráfico, ha de provocar la misma situación a nivel

físico. El programa encargado de establecer dicha correspondencia se denomina DT

VPI, y la versión a usar es la 5.0.

No obstante, la adquisición de la tarjeta trae consigo una importante colección de

software y documentos adicionales que, en su mayor parte, no se llega a utilizar en el

proyecto:



• Contenidos del Data Acquisition CD OMNI.

DT330 Series Device Driver. Son los drivers necesarios para la serie DT330.

Deben ser instalados y cargados para poder usar la tarjeta con cualquiera de

los programas o utilidades que lo soporten.

The Quick Data Acq application. Esta aplicación permite una rápida puesta

en funcionamiento de la tarjeta y verificar sus características, así como

monitorizar y guardar datos en disco.

Calibration Utility. Permite calibrar las salidas analógicas.

Test PointTM, consiste en un sistema de desarrollo profesional orientado a

objetos con capacidades de arrastrar y dejar caer (drag-and-drop).

DT VPI 6.0., que no resulta válido, debido a que la versión disponible y

compatible con él de HP VEE, es la demo 6.0, cuyas características están

limitadas.

ScopeTM. Básicamente consiste en un emulador gráfico de varios

instrumentos, entre ellos un osciloscopio multicanal con display en tiempo

real y configurable tanto en tiempo como en frecuencia.

Versión demo de VEE 6.0. No resulta válido para la realización del

programa necesario, debido a las limitaciones que trae consigo.

Acrobat Reader 4.0. Para poder visualizar los documentos asociados a esto

programas.

• Otros programas y aplicaciones disponibles en el mercado.

DTx-EZTM para el uso de controles de ActiveX, para adquisición de datos y

ploteado de alta velocidad.

VEE ProTM con DT VPI y MATLAB.

Script, que es un entorno de programación gráfica para crear aplicaciones de

pruebas y medidas que soporta toda la funcionalidad de las tarjetas de Data

Translation.

VEE One Lab, versión reducida y de bajo coste de VEE Pro, para ingenieros

y científicos individuales.



DT-LV LinkTM, para los usuarios que utilicen como lenguaje de

programación el proporcionado por Lab View.

HP Instrument Drives. Permite actuar sobre un conjunto de dispositivos de

medida fabricados por la marca Hewlett Packard.

HP I/O Libraries for Instrument Control. En este caso, son equipos de

control los que pueden ser manipulados desde el PC.

Debido a las limitaciones de la versión demo HP VEE 6.0, se plantean dos

soluciones. Por un lado, la compra de la licencia de la versión completa, del alto coste

económico. Y por otro lado, la compra del software DT VPI 5.0, compatible con la

tarjeta y con la versión 5.0 de HP VEE (programa del que sí se dispone de la versión

completa, con su correspondiente de licencia).Tras un largo proceso de negociación se

adquiere el DT VPI 5.0 a coste cero, por lo que se convierte en la solución óptima y

definitiva.

Para una información más detallada se remite a los siguientes documentos:

The DT330 Series User´s Manual (UM-17416). Incluido en el CD OMNITM

de adquisición de datos proporcionado con las tarjetas de la serie DT330.

Describe las características de las tarjetas de la serie DT330 y su dispositivo

driver al detalle.

DataAcq SDK Getting Started Manual (UM-18326). Incluido en el CD

OMNITM de adquisición de datos proporcionado con las tarjetas de la serie

DT330. Describe como desarrollar un programa propio de aplicación

utilizando el compilador Microsoft C y como usar el DT-Open Layers

DataAcq SDKTM para acceder a las capacidades que ofrecen las tarjetas de

adquisición de datos de Data Translation.

DTx-EZ Getting Started Manual (UM-15428). Describe como usar los

controles del ActiveX proporcionados en DTx-EZTM para acceder a las

capacidades que ofrecen las tarjetas de adquisición de datos de Data

Translation utilizando Microsoft Visual Basic o Visual C++.

DT VPI User´s Manual (UM-16150). Describe como usar el DT VPITM y el

Agilent VEETM como lenguaje de programación visual para acceder a las

capacidades de las tarjetas de adquisición de datos de Data Translation.



DT-LV Link Getting Started Manual (UM-15790). Describe como usar el

DT-LV LinkTM con el lenguaje de programación gráfica para acceder a las

capacidades de las tarjetas de adquisición de datos de Data Translation.

5.6.4. SCREW-PANEL.

El conjunto de las señales disponibles en la tarjeta DT331 se suministran a través

del conector de 68 pines ubicado en la parte exterior. En las tablas 5.2 y 5.3 se

identifican cada uno de ellos.

• Salidas analógicas y alimentación:

Descripción Pin Descripción Pin

Salida +5 V 1 Tierra de alimentación 35

Salida DAC0 28 Retorno DAC0 27








Tabla 5.2. Identificación de pines relacionados con las salidas analógicas y alimentación de la tarjeta

DT331.



• Entradas-Salidas digitales:

Descripción Pin Descripción Pin

Tierra digital 57 Tierra digital 23

Puerto A, Línea 0 56 Puerto A, Línea 1 22





Puerto B, Línea 0 51 Puerto B, Línea 1 17





Puerto C, Línea 0 46 Puerto C, Línea 1 12





Puerto D, Línea 0 41 Puerto D, Línea 1 7





Tabla 5.3. Identificación de pines relacionados con las entradas/salidas digitales para tarjeta DT331.

• Pines no conectados:

2, 24, 25, 26, 36, 58, 59, 60.



Una vez identificados los distintos pines y las señales que suministran, se aprecia

la necesidad de separarlos físicamente, de forma que se pueda acceder a ellas mediante

conexiones independientes. Se construye, entonces, un dispositivo denominado Screw-

panel que facilita el acceso a los distintos grupos de señales usados en la fase

experimental del proyecto global. Es decir, puertos analógicos 1, 2, 3 y 4 (para el

control de las bombas peristálticas) y puertos digitales B y C (para la monitorización de

la presión intraventricular y el electrocardiograma, respectivamente), como se muestra

en la (figura 5.24).

Figura 5.24. Tarjeta de conexiones multipuerto o Screw-panel. Facilita

la conexión a los distintos puertos disponibles desde la tarjeta.

Así mismo, se precisa la implementación de un interfaz que conecte el sistema

digitalizador con el Screw-panel. Para ello se han fabricado cables con conectores

estándar de 9 pines (figura 5.25).



Figura 5.25. Cables de conexión entre Screw-panel y Bloque de digitalización

5.6.5. REQUISITOS DEL PC .

DT VPI 5.0 y HP VEE 5.0 necesitan:

Microprocesador 80386 a 33 MHz o superior, aunque se recomienda un PC

con procesador igual o superior al Pentium I.

Memoria RAM de, al menos, 8 MB. Se recomienda un mínimo de 16 MB.

Monitor SVGA 800x600. Se recomienda UltraVGA 1024x768.

Lector de CD ROM.

Al menos 100 MB. de espacio libre en el disco duro.

Hoy en día estos requisitos son fácilmente asumibles por cualquier organización

con infraestructura medianamente actualizada.

5.7. BLOQUE DE PROGRAMACIÓN. PROGRAMA CRYOCA.

En presente bloque tiene como fin último ofrecer al experimentador una interfaz

gráfica sencilla con el equipo de instrumentación (programa CRYOCA). Además, debe

representar los registros realizados en tiempo real, almacenarlos en memoria, permitir

recuperarlos posteriormente y poder seleccionar el tipo de exploración a realizar

(presión o ECG).



Los potentes programas existentes en el mercado permiten simular el panel

frontal de un instrumento de medida apoyándose, para ello, en dispositivos hardware

accesibles desde el ordenador (tarjetas de adquisición de datos, tarjetas DSP, etc.).

Todo esto da pie el control de instrumentación por ordenador, cuya gran expansión se

produjo en la década de los noventa tras la incorporación de procesadores de 16 y 32

bits a equipos accesibles.

La construcción de estos instrumentos virtuales se realizaba en lenguajes de

programación en modo texto y requerían de un arduo proceso de aprendizaje. Sin

embargo, con el tiempo han aparecido diversas herramientas de programación gráfica

que han simplificado notablemente su proceso de creación, potenciando,

particularmente, la reducción del tiempo de desarrollo. Ejemplos de esto programas son:

Lab View, de National Instruments; HP VEE, de Hewlett Packard; y Visual Designer,

de Burr Brown. Los dos primeros son los más utilizados actualmente y proporcionan

características similares. Como información adicional se remite al Anexo V donde se

ofrece una comparativa entre algunos de ellos.

Normalmente, el funcionamiento de estos programas está basado en la

utilización de dos ventanas. En una de ellas se implementa el panel frontal, es decir, el

lugar donde se localizarán los controles disponibles y los monitores para la

representación de variables de forma gráfica o numérica, representando el frontal de un

equipo físico de instrumentación. La segunda ventana se encarga de soportar en nivel de

programación y se puede decir que hace las veces del circuito impreso. Además, se

dispone de múltiples librerías que ofrecen todo tipo de controles, indicadores y

monitores ya diseñados, aunque el usuario siempre puede optar por el diseño y

realización de instrumentos totalmente personalizados.

5.7.1. HERRAMIENTA GRÁFICA DE PROGRAMACIÓN HP VEE.

Se establece como el software de programación a usar en el proyecto. Esto se

debe a la gran compatibilidad que presenta con las tarjetas de adquisición de datos

presentes en el mercado, la programación en alto nivel orientado a tareas que permite, y



su uso por otros grupos de investigación relacionados con el proyecto. Con él se

consigue simular un aparato de monitorización y almacenamiento de parámetros

cardíacos, mediante la creación de menús de ventanas que va guiando en todo momento

al usuario para la utilización del mismo.

En particular, HP VEE permite la importación de datos desde diversos

programas de aplicación (Excel, Word, MATLAB, etc.), lenguajes de programación

(Visual C++, Lab View, etc.) y equipos robotizados a través de la herramienta ActiveX.

De esta forma es posible utilizar la gran multitud de funciones preprogramadas que, por

ejemplo, ofrece Matlab.

Una vez arrancado el programa aparece en la parte superior la barra de

herramientas principal, a partir de la cual puede accederse a los distintos menús. Justo

debajo, se localiza una región configurable por el programador donde se pueden situar

accesos directos (mediante iconos) a las funciones más utilizadas (figura 5.26).

Figura 5.26. Barra de herramientas y algunos iconos disponibles como accesos directos a las funciones

más empleadas.

En HP VEE, el desarrollo de las distintas aplicaciones se realiza en la ventana de

programación (en HP VEE, Detail View), mediante la incorporación e interconexión de

objetos. Sin embargo, se puede crear un panel frontal (en HP VEE, Panel View) donde

sólo aparezcan los objetos del Detail View deseados.

Una vez finalizada la programación, se inicia una secuencia de ejecución,

mediante la cual se recorren todas estas conexiones y objetos. Estos objetos provienen

de las librerías disponibles en los múltiples menús e incluyen gráficos, displays,

funciones matemáticas avanzadas, procesamiento de señal y otra serie de características

de gran potencial. Mediante el objeto denominado UserObject se permite la creación de



objetos personalizados, añadiendo las entradas y salidas de datos requeridas e

incluyendo los objetos necesarios. Con esto se consiguen bloques de mayor entidad y

funcionalidad. Puede hacerse de forma manual o automática. Para la manual, se hace

creando un UserObject, ubicado en la barra de herramientas principal, en el menú

Device; para la automática, se seleccionan los objetos que se desean incluir y activando

Create UserObject dentro de Edit.

La gran ventaja de utilizar UserObject es que permite una programación

modular, de forma que pueden ser reutilizados a lo largo del programa si se convierten,

previamente, en UserFunction seleccionando Make UserFunction en el menú del

objeto. Así se pueden llamar las funciones tantas veces como se quiera dentro de un

programa.

Todos los objetos son de forma rectangular y a cada lado tiene un tipo de

conexión diferente. En la parte superior de cada objeto se dispone de un solo pin de

conexión, que representa la entrada de la secuencia. Con esta entrada se controla cuando

se quiere que se ejecute el objeto. De forma análoga, en la parte inferior del objeto se

tiene un único pin de conexión para la salida de la secuencia. Con esta salida se controla

que los objetos a los cuales esté conectada se ejecutan después del objeto. En la parte

izquierda del objeto puede haber un número variable de pins, que permiten la entrada de

datos al objeto. Por último, en la parte derecha, también puede ser configurado otro

número variable de pins para la salida de datos. Todo esto depende del tipo de objeto

seleccionado y de la aplicación que se le quiera dar en cada caso. Además, la conexión

de pins de secuencia es opcional, y sólo se utiliza cuando es necesario controlar el orden

de ejecución de los objetos. Además, un objeto puede verse de dos maneras: abierto o

cerrado. Si está abierto, nos muestra su contenido o la operación que realiza y la

identificación de los distintos pines; mientras que cerrado, únicamente muestra su

nombre y su icono. En la fase de programación es conveniente tener los objetos abiertos

para tener una visión real de todas sus posibilidades de configuración (figura 5.27). Una

vez creado e interconexionado el objeto se recomienda cerrarlo con el fin de simplificar

la presentación en pantalla y mejorar el tiempo de ejecución.



Figura 5.27. A la izquierda se muestra el objeto Function Generator en su formato cerrado. A la

derecha, el mismo objeto aparece abierto, apreciándose las distintas opciones de configuración,

dos de las cuales (Function y Amplitude) se realizan, a deseo del programador, a través del los

pines de entrada de datos.

Cada objeto dispone de su propio menú de edición donde se configuran sus

parámetros como el formato numérico, el título, el color, las escalas, etc., dependiendo

del objeto seleccionado. Este menú se activa haciendo clic con el botón derecho del

ratón en cualquier punto de la barra de título del objeto o las zonas de los terminales y

también haciendo clic con el botón izquierdo en el cuadro superior izquierdo del objeto

abierto. Se debe tener en cuenta que el menú puede ser diferente para un mismo objeto

dependiendo de que éste se encuentre abierto o cerrado.

Para la creación del Panel View, debe activarse Add to Panel en el menú Edit

una vez hayan sido seleccionados los objetos que se deseen tener en él. Una vez allí, se

pueden variar sus características (tamaño, escalas, colores, etc.), aun siendo los mismos

que en el Detail View y sin que varíen en este último. Si lo que se persigue es que un

objeto determinado aparezca en el Panel View mientras se ejecuta (por ejemplo, para

configurar parámetros del programa), se ha de activar Show Panel on Exec en el menú

del UserObject.



Por otro lado, para la ejecución y observación de resultados no se precisa la

creación del Panel View, aunque sí se recomienda si lo que se pretende es simplificar la

manipulación al usuario, de forma que no tenga que acceder al código.

5.7.2. CÓDIGO DEL PROGRAMA CRYOCA. DETAIL VIEW.

En este subapartado se explican cada una de las partes de las que consta la

estructura del programa mediante la identificación y justificación de todos los objetos

utilizados. Para más información se ha incorporado a la memoria del proyecto el Anexo

VI a modo de manual de programador donde se muestran, de forma detallada, las

definiciones, ubicaciones, funcionalidades y aplicaciones de cada uno de estos objetos.

El programa se diseña según un modelo de programación estructurada, con el

objetivo de obtener un resultado lo más claro y eficiente posible. Para ello se tiene un

especial cuidado a la hora de programar, simplificando el código en lo posible (en este

caso, el número de objetos a utilizar).

En la figura 5.28 se muestra un esquema básico que facilita el seguimiento a

través de los diferentes bloques de los que consta el programa. Éste es válido tanto para

el Detail View como para el Panel View.



SELECCIÓN TIPO DE

REGISTRO.

REGISTRO DE

ECG.

REGISTRO DE

PRESIONES.

LEER ANTIGUO REGISTRO DE

ECG.

CREAR NUEVO REGISTRO DE PRESIONES.

SELECCIÓN ORIGEN DE

DATOS

SELECCIÓN ORIGEN DE

DATOS LEER ANTIGUO REGISTRO DE PRESIONES.

CREAR NUEVO REGISTRO DE

ECG.

INICIO.

Figura 5.28. Conjunto de módulos que constituyen el programa CRYOCA.

• Inicio.

Es la ventana con la que comienza el programa (Main). En ella se decide

el tipo de registro que se desea realizar: un electrocardiograma o un registro de

presiones.

El objeto Inicio es uno de tipo Start, mediante el cual, una vez presionado

se activa la secuencia del programa.

El objeto Selección es un User Object, al igual que Registro de ECG y

Registro de presiones. Con ellos se diseñan los restantes bloques del programa.



Figura 5.29. Ventana inicial Main. Contiene los distintos User Object a partir de los cuales se

desarrolla el programa. Con el objeto Inicio se activa la ejecución.

Para contemplar el caso en el que se desee finalizar la ejecución del

proceso se introduce el objeto Fin, del tipo Stop.

Por último, el objeto Note Pad permite introducir texto informativo

adicional. En este caso se utiliza para indicar el autor del proyecto y el nombre

del grupo de investigación en el Panel View.

• Selección tipo de registro.

Realiza una captura desde teclado para optar entre las distintas opciones,

ECG o presiones. Para ello se configura el objeto Integer Input tal y como

aparece en la figura 5.30.



Figura 5.30. User Object Selección tipo de registro. Con Integer Input se realiza una captura desde

teclado para indicar la opción.

Registro de ECG, Registro de presión y Terminar son objetos tipo Label,

que permiten introducir una etiqueta de texto con el fin de utilizarlo en el Panel

View.

En cuanto al objeto If/Then/Else, se emplea para hacer efectiva la opción

requerida desviando la secuencia del programa hacia ella.

• Registro de ECG. Selección origen de datos.

Mediante este User Object se diseña el esquema que permite seleccionar

el origen de los datos que se desean monitorizar. Se basa en el empleo de otros

User Objects que se detallan más adelante: Selección origen de datos, Crear

nuevo registro de ECG y Leer antiguo registro de ECG.



Se dispone de un objeto Stop denominado Fin por si se desea acabar con

la aplicación.

Figura 5.31. Registro de ECG. Selección origen de datos. Ventana encargada de seleccionar el

origen de los datos de ECG que se desean monitorizar.

• Registro de presiones. Selección origen de datos.

Su aplicación y descripción es análoga que para el esquema de

programación adoptado en el caso del Registro de ECG. En este caso, los User

Objects empleados se denominan Crear nuevo registro de ECG y Leer antiguo

registro de ECG, y el objeto Stop nombrado como Fin.



Figura 5.32. Registro de presiones. Selección origen de datos. Ventana encargada de seleccionar

el origen de los datos de presión que se desean monitorizar.

• Selección origen de datos.

Es el mismo tanto para el registro de ECG como para el registro de

presiones (figura 5.33). Además, si se compara con el Detail View llamado

Selección tipo de registro (figura 5.30), se comprueba que su estructura es

similar, utilizando el mismo tipo de objetos: Label, para los textos de las

distintas opciones; Integer Input, para la captura desde teclado de la opción a

realizar; e If/Then/Else para distinguir entre los distintos caminos a tomar por la

secuencia.

El origen de estos datos puede provenir de dos fuentes distintas: de una

fuente de adquisición de datos en tiempo real, para la cual se utilizan todos los

bloques diseñados en el proyecto; o bien de una captura anterior almacenada en

memoria, ya sea de ECG o presión, que emplea únicamente el programa

software realizado a tal efecto.



Figura 5.33. Selección origen de datos. User Object que posibilita indicar al usuario el origen de los

datos a representar.

• Crear nuevo registro de ECG.

Pretende representar datos relativos al ECG en tiempo real y ofrecer la

posibilidad de almacenar el proceso en un archivo.

Es en este User Object y es los sucesivos donde existe una marcada

diferencia entre las funcionalidades del Detail View y del Panel View. En el

primero se programa todo lo relativo a la adquisición de los datos a representar,

el tratamiento de los mismos y se indican los objetos que han de representarse en

el Panel View. En el segundo se determina el aspecto visual de los objetos que se

han de mostrar al experimentador.



Figura 5.34. Esquema del User Object Crear nuevo registro de ECG.

La secuencia comienza en el objeto File Name Selection, mediante el

cual se indica al programa el nombre del fichero sobre el que se quiere actuar.

En el caso de una adquisición de datos desde el exterior ha de configurarse para

que dichos datos queden almacenados seleccionando, para ello, la opción

Writing. Otro parámetro importante a configurar es el directorio inicial sobre el

que se opera. En el caso de señalar para el proceso a un archivo ya existente se

alerta al usuario, debido a que los datos anteriormente almacenados se borran

dando paso a los nuevos.

Dado que se trata de la adquisición de nuevos datos se precisa de la

utilización de la tarjeta de adquisición disponible a tal efecto. Dicha tarjeta

disponía de cuatro puertos digitales de entrada/salida, dos de los cuales (puertos



B y C) se destinan a la adquisición de datos. El puerto que se dedica

exclusivamente a captura de datos de ECG es el C, y para su elección y

configuración se dispone del objeto Digital In Config. Una vez abierto aparece

un botón con el nombre de Configuration, a través del cual se le indica el puerto

desde el que debe tomar los datos.

Con Get Single Value se realiza una llamada a esta función mediante el

objeto Call. Require como entrada la salida del objeto Channel, establecida con

el valor 0 para un proceso digital. Se consigue adquirir desde la tarjeta el valor

que se encuentre a su entrada en ese instante.

Por lo tanto, para una adquisición continua de datos se precisa de un

objeto que realice esta operación de forma repetitiva y con ese fin se emplea On

Cycle. En él se define el periodo de adquisición, es decir, el tiempo tras el cual

se procede a la captura de un nuevo dato. Este valor se fija a 50 milisegundos.

Lo capturado se dispone a través del terminal de salida Value existente en Get

Single Value y su contenido se manipula con diferentes fines.

Por un lado, junto con el terminal de salida File Name de File Name

Selection, estos valores se almacenan en el fichero especificado con la ayuda del

objeto To File, cuyos parámetros han de configurarse como se muestra en la

figura 5.35. Esta configuración es muy importante debido a que To File permite

el almacenamiento de datos de formatos muy diversos.

Figura 5.35. Configuración del objeto To File para un correcto almacenamiento de los datos.



Por otro lado, los datos se tratan para su posterior representación a través

de distintos objetos incluidos a tal fin. Para acondicionar la representación

gráfica se introducen dos objetos Sliding Collector y Build Waveform. Con el

primero, los datos adquiridos se introducen en un array de dimensión

configurable con el parámetro Array Size. Los valores que se incorporan son

puestos en su terminal de salida Array tras un número determinado de datos

(parámetro Trigger Every). Con el segundo se crea una forma de onda a partir

de los valores del array, que determina la amplitud, y del parámetro Time Span

que indica el margen de tiempo en segundos en el cual se distribuyen los datos

del array. Por lo tanto, hay que tener el cuenta el valor que se fija en On Cycle.

Posteriormente, los datos se interpretan y representan gráficamente en el visor

que posee el objeto Waveform (Time) llamado Electrocardiograma, en el que se

disponen de multitud de características opcionales, la mayoría de las cuales se

activan en el Panel View ya que ahí es donde realmente se visualizan y analizan

los resultados.

Otra forma de representación de los datos adquiridos se realiza a través

del objeto display AlphaNumeric. Representa valores comprendidos entre 0 y

255 debido a que este intervalo es el que cubierto por un número digitalizado

con ocho bits.

Por último, para finalizar la captura aparecen Counter, Integer,

Conditional (If A==B) y Stop. Se va contabilizando el número de datos que se

adquiere (Counter) y cuando se llega al valor fijado en Integer, se cumple la

condición y se activa el objeto Stop deteniendo la ejecución.

• Leer antiguo registro de ECG.

En este caso, se supone que se desea analizar una captura previa de ECG

almacenada en memoria. Por este motivo, la parte asociada a la representación

no contiene objetos adicionales, siendo los relativos a la adquisición de datos los

que presentan variación.



Figura 5.36. Esquema de Leer antiguo registro de ECG. Las diferencias fundamentales con el de

nuevo registro se encuentran en los objetos que determinan el origen de los datos a representar.

En este caso, mediante File Name Selection se indica al programa el

nombre del fichero desde el cual se han de tomar los datos. Para incluir el

carácter de extracción de datos desde el archivo en cuestión se activa la opción

Reading (en lugar de Writing). Por su puesto se sigue contando con la

posibilidad de configurar el directorio inicial sobre el que se opera.

Ahora, el objeto destinado a leer estos datos se denomina From File y su

configuración se indica en la 5.37. Con ella se determina el formato de los datos

a tratar.



Figura 5.37. Configuración del objeto From File.

Debido a la manera en la cual se almacenan los datos, también se precisa

el objeto On Cycle para extraer la señal completa desde archivo.

• Crear nuevo registro de presiones.

Al igual que para el caso de ECG, se encarga de representar en tiempo

real un registro continuo de presión intraventricular.

Para una nueva captura de datos se emplea un esquema similar al

ultilizado para un nuevo registro de ECG en lo relativo a los objetos File Name

Selection, Digital In Config, Get Single Value, On Cycle, To File, Sliding

Collector, Build Waveform, AlphaNumeric, Counter, Integer, Conditional y

Waveform (Time).

Con Digital In Config, al comunicarse con la tarjeta de adquisición, ha de

imponer al puerto B como canal exclusivo de captura de presiones. Los datos

obtenidos indican, directamente, la presión intraventricular, sin embargo, a partir

de ella puede obtenerse una medida de la contractilidad cardíaca (véase Capítulo

3) a partir de la derivada con respecto al tiempo de la forma de onda que se

obtiene (dP/dt). Como se necesita representar ambos parámetros, los valores a la

salida del Build Waveform se emplean de dos formas distintas. Por un lado, se

conectan a la entrada de un display tipo Waveform (Time) llamado Presión para



representar a ésta como actividad intraventricular. Por otro lado y de forma

paralela los datos pasan por un objeto Formula que aplica una función

matemática establecida a su entrada. En este caso la función a emplear es la

derivada, por lo que se configura el objeto introduciendo como función

deriv(x,1) donde 1 equivale al orden de la derivada y x representa a la entrada. El

resultado es un array del mismo tamaño y forma que el de la entrada, lo que

facilita su representación al admitir ser conectado directamente a un display tipo

Waveform (Time), dP/dt.

También paralelamente a lo anterior se utilizan objetos tipo Formula para

calcular el máximo, el mínimo y la media de ambos para la presión, y la dP/dt

máxima y mínima registradas. Los máximos se calculan introduciendo la

función max(x) y los mínimos con min(x). Para el valor medio de presión la

función a utilizar es (A+B)/2, siendo A y B los valores máximos y mínimos de

presión en cada instante. Todos estos resultados se representan a través de

objetos AlphaNumeric.

La programación de esta ventana se completa con la introducción y

configuración de los objetos necesario para ajustar los datos que se obtienen y

representen los valores físicos reales. Para calibrar el eje y se vuelve a emplear el

objeto fórmula, aunque la función a realizar es distinta y se obtiene de los

resultados obtenidos de la calibración (subcapítulo 5.8). Para establecer la

correspondencia en el eje temporal (eje x) se configuran los objetos On Cycle,

Sliding Collector y Built Waveform (Time) de forma que el tiempo de

adquisición de un dato sea controlable, y se conozca en todo momento la

duración de una onda de un número de datos determinado.



Figura 5.38. Esquema de Crear nuevo registro de presiones. A partir de la onda de presión se calcula la

dP/dt, parámetro que se emplea para medir la contractilidad cardíaca. Para ello se insertan objetos tipo

Formula que permiten aplicar funciones matemáticas a una entrada determinada, conservando la longitud

del array y la forma de la onda a la salida.

• Leer antiguo registro de presiones.

Si se desea profundizar en el análisis de un registro almacenado en

memoria se dispone de un software análogo al de Leer antiguo registro de ECG

en lo que se refiere a la forma de adquirir los datos desde archivo. Lógicamente,

aparecen los objetos explicados en el punto anterior ya que la función a

desempeñar es la misma: calcular los máximos, mínimos y medias de presión, y

obtener la dP/dt junto con sus valores máximos y mínimos.



Figura 5.39. Leer antiguo registro de presiones. La secuencia de datos sufre el mismo proceso que

cuando el registro es nuevo.

5.7.3. REPRESENTACIÓN EN CRYOCA. PANEL VIEW.

Anteriormente se comentan las distintas funcionalidades que poseen el Detail

View y el Panel View. Con el primero se accede a la configuración de la tarjeta de

adquisición de datos y se programa para obtener los distintos resultados, y con el

segundo se ofrece al usuario una interfaz más sencilla a través de la cual puede acceder

a dichos resultados e incluso introducir parámetros determinantes que se le requieran

durante la ejecución.

La creación un Panel View está asociada a la existencia previa de un Detail

View. De esta forma, el primero contiene únicamente los objetos seleccionados desde el

segundo. Para la creación del Panel View se actúa con el botón derecho del ratón sobre

la zona mostrada en la figura 5.40. Esto activa un menú donde se marca la opción

Create Panel.



Figura 5.40. Creación del Panel View. El menú se surge al pulsar el botón derecho del ratón

sobre el frontal superior azul.

Una vez creado el Panel View, para la inserción de objetos en él basta con

seleccionarlos en el Detail View y, pulsando el botón derecho de ratón, activar el

comando Add to panel.

La programación asociada en este sentido se expone a continuación.

• Inicio.

La apariencia que con la que el programa se presenta al usuario (figura

5.41) se determina con la preselección y adición de los objetos necesarios.



El usuario comienza la ejecución del programa al pulsar Inicio. Por otro

lado, en la parte inferior derecha aparece el contenido del objeto Note Pad

previamente introducido en el Detail View.

Por último, existe la posibilidad de establecer como fondo del panel una

imagen o figura existente en la librería propia del HP VEE o bien una diseñada

por el programador. En este caso se ha escogido el primer diseño del logotipo

representativo del Grupo de Investigación Cryobiotech.

Figura 5.41. Ventana inicial Main. Contiene los objetos previamente seleccionados con Add to

panel.

• Selección de tipo de registro.

El procedimiento se repite sistemáticamente proporcionando de manera

continua al usuario una interfaz amena e intuitiva.



Figura 5.42. Selección tipo de registro. La ventana Integer Input posibilita la introducción

desde teclado de la opción.

Los objetos Label renombrados como Registro de ECG, Registro de

presión y Terminar se introducen en el panel, mientras que la programación del

objeto If/Then/Else permanece opaca al usuario.

La opción a introducir ha de ser un número entre 1 y 3. En otro caso

surge una ventana indicando el error.

• Registro de ECG. Selección origen de datos.

En este caso no se considera necesario incluir el Panel View asociado,

pues no aporta nada al usuario.



• Registro de presiones. Selección origen de datos.

De igual manera tampoco se crea su Panel View.

• Selección origen de datos.

Su estructura es muy similar a la que presenta la ventana de Selección

tipo de registro (figura 5.42), empleando los objetos Label e Integer Input y

ocultando el If/Then/Else.

De nuevo se facilita al experimentador personalizar el registro decidiendo

entre realizar una adquisición de datos en tiempo real, o bien obtener los datos

de un proceso anterior almacenado en memoria

Figura 5.43. Selección origen de datos. El usuario decide si realizar la captura de nuevos datos o

representar resultados de experimentos anteriores.



• Crear nuevo registro de ECG.

Como panel frontal aparece una pantalla a modo de osciloscopio. En ella

se hayan dos marcas que se utilizan para localizar y obtener las coordenadas

exactas de un punto determinado.

Figura 5.44. Crear registro nuevo de ECG.

Con Auto Scale la pantalla se ajusta según los valores máximos y

mínimos de la señal.

• Leer antiguo registro de ECG.

La ventana que surge es idéntica a la anterior (figura 5.44), puesto que la

diferencia está, exclusivamente, en el origen de los datos.



• Crear nuevo registro de presiones.

Para representar los datos obtenidos desde la presión de una manera

cómoda para el experimentador, se muestran en una misma ventana todos los

datos disponibles: gráficas de presión y dP/dt, presiones máximas, mínimas y

media, y dP/dt máxima y mínima.

Figura 5.45. Crear nuevo registro de presión. El experimentador dispone en una misma ventana de todos

los datos relacionados con la adquisición.

• Leer antiguo registro de presiones.

De forma análoga a lo que ocurría con el ECG, el Panel View también

coincide con el de adquisición de nuevo registro (figura 5.45).



5.8. AJUSTE Y CALIBRADO DEL SISTEMA.

Una vez construido y programado el sistema se procede a la fase de ajuste,

mediante la cual se adoptan las medidas oportunas para establecer una correcta relación

entre los valores físicos reales y los representados en las gráficas que el programa

proporciona. Para ello se busca el diseño de un montaje que permita obtener un perfil de

equivalencia mínimo para, posteriormente, interpolarlo a todo el rango de

funcionamiento.

5.8.1 SISTEMA DE REGISTRO DE ECG.

La información relevante en un electrocardiograma es, principalmente, la forma

de la onda y las amplitudes relativas que se obtienen. Así, el objetivo consiste en

identificar cada una de las ondas implicadas en la función cardíaca. Por ello únicamente

se ajustan los tiempos, que vienen representados en el eje x.

El ajuste de tiempos se explica anteriormente en el subcapítulo 5.7 y se realiza

programando correcta y coherentemente los objetos implicados en la captura y

formación de la onda.

5.8.2 SISTEMA DE REGISTRO DE PRESIONES.

La calibración de este bloque es bastante más compleja. En lo referente al eje x

(tiempo de captura), el proceso de ajuste se realiza de manera idéntica al sistema de

registro de ECG. Sin embargo, ahora es necesario conocer los rangos y valores en el eje

y, donde se representan las presiones en unidades de mmHg.

El montaje del transductor de presiones y el balón de látex introducido en el

corazón forma un sistema físico muy complejo donde intervienen multitud de fuerzas.

Además, la forma que adquiere el balón una vez introducido en el corazón y rellenado

de líquido, la resistencia elástica que ofrece y las peculiares características de



funcionamiento del transductor hacen que varios montajes, en principio válidos, no

proporcionen resultados satisfactorios.

Como solución final se adopta la utilización de un registrador de presiones HP

existente en el Hospital Universitario Virgen de Rocío que, unido a un bloque de

captación de presiones idéntico y paralelo al construido, proporciona un sistema

alternativo totalmente analógico. Dicho sistema se usa como patrón para el ajuste

conectando las distintas partes del sistema como se indica en al figura 5.46.

Introducción de una presión determinada en el recinto.

Sistema de llenado del circuito.

Transductor B

Transductor A

de

ES

Balón A

Ambo

presión d

I. Universida

Balón B

Figura 5.46. Montaje para calibración del sistema de registro de presiones.

s balones se introducen en un recinto cerrado donde se fuerzan situaciones

istintas. Las llaves de tres vías mantienen una comunicación permanente

d de Sevilla. 104


entre los dos sistemas, de forma que tanto volumen de líquido introducido en los

balones como las presiones soportadas en los transductores sean idénticas en ambos. Se

registran las distintas situaciones de presión impuestas durante la calibración, pero

mientras que el patrón las marca en unidades de mmHg, el otro sistema las ofrece en el

rango de valores de 0 a 255 (de acuerdo con el sistema digital de 8 bits). A partir de los

datos obtenidos (tabla 5.4) se calcula, mediante recta de regresión de mínimos

cuadrados (ecuación 5.13).

bxmy +⋅= Ecuación 5.13.

Medidas en el

sistema patrón

(mmHg)

Medidas en el

sistema a calibrar

(nº de pasos)

0 0

22 97

28 109

42 134

58 167

70 186

78 205

90 226

Tabla 5.4. Datos registrados en ambos sistemas durante la calibración.

Los datos medidos se obtienen dentro de un rango coherente para que posibles

desviaciones de la recta no afecten al conjunto. Con estos datos el valor de la pendiente

m es igual a 2,741365777, mientras que b toma el valor cero. Esta pendiente es la que se

introduce en el objeto Formula que precede al Sliding Collector en las figuras 5.38 y

5.39 (módulos de Crear registro nuevo de presiones y Leer registro antiguo de

presiones respectivamente).



5.9. OTRAS MEDIDAS DE IMPORTANCIA.

Los registros que se contemplan en el proyecto son el electrocardiograma, la

presión intraventricular izquierda y la dP/dt asociada a dicha presión. Además de estos

parámetros existen otras medidas adicionales, en algunos casos alternativas,

relacionadas con la función cardíaca y que ayudan a completar el análisis medico del

órgano.

En particular y asociada a las medidas de contractilidad, se puede aplicar otra

técnica quizás menos agresiva que la que implica la introducción del balón en el

ventrículo. Su principal ventaja es el montaje y la forma de capturar la señal,

permitiendo manipular corazones de menor tamaño a los requeridos por el sistema del

balón. Para ello se dispone de un transductor (galga extensiométrica) conectado

mediante un hilo al extremo inferior del miocardio. Así, los esfuerzos implican

movimientos del hilo que se traducen a señales de tensión y se tratan de forma similar

que las asociadas al resto de parámetros. El esquema se muestra en la figura 5.47.

Figura 5.47. Medidor de esfuerzos mediante técnica no invasora para medidas de contractilidad.



Si en lugar de conectar el hilo en el extremo inferior se sujeta a la parte lateral,

se obtienen gráficas relacionadas con las anteriores, pero con características propias. El

ventrículo izquierdo se fija a un arco de metal y el ventrículo derecho se conecta al

transductor. Con este montaje se consigue una distribución más circular del la fuerza

que es capaz de desarrollar el corazón (figura 5.48).

Figura 5.48. Medidor de esfuerzos desde la pared lateral del ventrículo izquierdo.


5. sistema de instrumentaciÓn y …ramonrd/proyecto_ismael/capitulo5.pdf · programa cryoca y los...

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