escuela superior politÉcnica del litoral

ESCUELA SUPERIOR POLITÉCNICA DEL LITORAL

Tópicos Especiales de Graduación en

Electrónica Médica

Proyecto: “Equipo de uso público para la adquisición de parámetros fisiológicos: presión sanguínea, frecuencia cardíaca, estatura y peso”

Integrantes: Ángel Arias A. Jaime Inga M. Dany Riofrío G.

Director: Ing. Miguel Yapur A.

“UNIDAD BIOMÉDICA RAI”

Unidad Biomédica RAI

Objetivos:

Diseñar e implementar el prototipo de un equipo de adquisición de los parámetros fisiológicos establecidos.

Adquirir conocimientos y destreza en la utilización de sensores.

Crear un documento que sirva como material de consulta en el campo de Electrónica Médica y una posterior actualización del proyecto.


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.

Módulo 1: Presión Sanguínea

Presión sanguínea

Método Auscultatorio y Oscilométrico

Transductor de presión MPX5050GP

Curva de transferencia


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).


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”.


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.



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:

55.0m

S

A

A85.0

m

d

A

A


Curva de presión del brazal


Curva de oscilaciones del filtro amplificador


1 2 3 4

A

B

C

D

4321

D

C

B

ATitle

Number RevisionSize

A4

Date: 9-Sep-2006 Sheet of File: C:\Documents and Settings\Usuario XP\Mis documentos\MyDesign1.ddbDrawn By:

A3

LM324N

A4

OPAMP

R20

250

C11

0.1 uF

C12

0.33 uF

R15

150 K

R17

24 K

R18

10 K

R161 M

+5 Vdc

+5 Vdc

+5 Vdc

Vo1 (P1 del PIC16F877A)

Vo2 (P2 del PIC16F877A)

123

IC4

MPX5050GP

+5 Vdc

Sensor de Presión

C17

47 uF


Características del transductor de presión MPX5050GP

Error máximo del 2,5% en un rango de temperatura de 0°C hasta 85°C.

Diseñado para ser usado con sistema de microcontroladores y microprocesadores.

Compensación sobre temperatura en el rango de -40°C hasta 125°C

Contiene galgas extensiométricas de silicio y una cubierta de un elemento epóxico durable.

Incluye circuitos de acondicionamiento de la señal


Curva de transferencia.

mmHgkPa PP *1333.0

04.0*018.0* PVV Sout

666.16*633986.1 BINARIOmmHg VP

255

*5 BINARIOOUT

VV


1 2 3 4 5 6

A

B

C

D

654321

D

C

B

A

Title

Number RevisionSize

B


1234567891011121314

LCD 2x16

IC2

11

22

33

44

55

66

77

88

99

1010

1111

1212

1313

1414

1515

1616

1717

1818

1919

2020

2121

2222

A23

B24

C25

D 26

E27

F 28

G29

H30

J31

K32

L 33

M34

N 35

P36

R37

S38

T39

U 40

V41

W 42

X43

Z44

PIC16F877A

IC1

R7

3,9 k

LED1

6 MHz

CRYSTAL

R4

300

C2

20 pF

C1

20 pF

R520 k

B1

RESETR6

220

+5 Vdc

+5 Vdc

+5 Vdc

+5 Vdc

Q2

D1191

Q1

2N3904

R10

1 K

R11

1 K

L1

BO

BIN

A D

E L

A V

ÁLV

UL

A

A

-

+M1

MOTOR

Vcc

BATERIA

D4

1N4007

D3

1N4007

P1 (Vo MPX505GP)

P2 (Vo filtro)

START

B2R12

1.2 K

Módulo 2: Estatura

Sensor Infrarrojo SHARP GP2D02

Principio de funcionamiento

Curva de transferencia


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


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.


Tiempos de Lectura del IR SHARP GP2D02


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.


Curva de transferencia.

KoX

KgD

El byte con la distancia medida no corresponde con la distancia real.

D = 0.2 m X = 114D’= 0.5 m X = 75


Cálculo de constantes

13

)5.02.0(

)2.0)(5.0)(11475(

G

G

K

K

49

)2.05.0(

)114*2.0()75.0*75.0(

O

O

K

K


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.


Conexión PIC-GP2D02

Módulo 3: Peso

Galgas extensiométricas

Amplificador de instrumentación

IC Ad620BN


Galgas extensiométricas

La galga extensiométrica es un dispositivo comúnmente usado en pruebas y mediciones mecánicas su nombre se deriva del inglés Strain Gage.

Si un hilo conductor es sometido a un esfuerzo de tracción, éste se alarga, aumentando su longitud en ΔL.

La disposición general de una galga extensiométrica consiste en un hilo resistivo (normalmente con un diámetro de 0,025 mm) doblado en forma de rejilla

A

ρLR

AA

LL

R


Puente de Wheatstone

42

4

31

3*ZZ

Z

ZZ

ZVV CCO

R

R

V

V

CC

O

4

Z3T = R + R


Amplificador de Instrumentación


CI AD620BN

14.49

GR

kG

. 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).

Módulo Digital: Microcontrolador PIC

Criterios de selecciónVentajas y desventajasRecursos


• Procesamiento de datos (velocidad)

• Entrada / Salida (número de pines)

• Consumo

• Memoria

• Ancho de palabra

• Diseño de la placa

Criterios para la selección del PIC


Diagrama de bloques

Configuración de pines


Ventajas

El microcontrolador integra en un solo encapsulado.

Disminución en el volumen del hardware y del circuito impreso.

Aumento de la fiabilidad del sistema.

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).


Características generales del PIC16F877A

Características 16F877A

Frecuencia máxima DX-20MHz

Memoria de programa Flashpalabra 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


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

Características generales del PIC16F877A


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


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


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'

Módulo de Visualización: LCD

Tiempos de ejecución

Tabla de caracteres

Descripción de pines

Inicialización del módulo


Tiempos de ejecución

Diagrama de tiempo para leer un dato.

Diagrama de tiempo para ejecutar una instrucción.


Diagrama de tiempo para escribir un dato.

Matriz de puntos


Caracteres que se pueden representar en el módulo

LCD


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 I0= Escribir en el módulo LCD.

1= Leer del módulo LCD

5 R/W 0/1 I0= Entrada de una Instrucción.

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.


Inicialización


Tabla 2.11 Abreviaturas utilizadas

Nomenclatura Variable = 1 Variable = 0

I/D I/D=1 Incrementa el Cursor en una posición I/D=0 Decrementa el Cursor en una posición.

D D=1 Pantalla Encendida D=0 Pantalla Apagada.

C C=1 Cursor Encendido. C=0 Cursor Apagado.

B B=1 Intermitencia del cursor encendida. B=0 Intermitencia del cursor apagado

S/C S/C=1 Mover todo el texto. S/C=0 Mover el cursor.

R/L R/L=1 Mover todo el texto a la izquierda. R/L=1 Mover todo el texto a la derecha.

DL DL=1 Bus de datos de 8 Bits. DL=0 Bus de datos de 4 Bits.

S S=1 Desplazamiento del texto. S=0 No desplazamiento del texto

BF BF=1 Operación Interna en progreso. BF=0 No puede aceptar instrucción

F F=1 Matriz para el carácter de 5 X 10 dots F=0 Matriz del carácter de 5 x 7 Dost

N N=1 Activación de dos líneas. N=0 Activación de 1 línea

Módulo de Impresión

Tecnología de Impresión

Puerto Paralelo

Formato de impresión


Tecnologías de impresión

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).

a. Tecnología térmica


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.


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.


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





-ACK (acknowled

ge) 10 Ground (tierra) 23

Busy (ocupada) 11 Ground (tierra) 24

Paper out (sin papel) 12 Ground (tierra) 25

+Select 13


ESCUELA SUPERIOR POLITÉCNICA DEL LITORAL

FACULTAD DE INGENIERIA EN ELECTRICIDAD Y COMPUTACIÓN

TÓPICO DE GRADUACIÓN DE ELECTRÓNICA MÉDICA

UNIDAD BIOMÉDICA RAI

Formato de impresión

Peso………………… 168 lbs. Estatura.-…………….. 176 cm. Presión arterial Sistólica………. 135 mmHg Diastólica………. 85 mmHg Frecuencia cardíaca 60 bpm Índice de Masa Corporal 24.65 kg/m2

Favor consultar con su médico de confianza Los valores de presión sanguínea y frecuencia cardíaca pueden variar. El presente recibo no es un certificado médico.

RANGOS NORMALES Presión Sanguínea (mmHg) Máxima Mínima Normal 140 90 Alta 141-159 91-94 Hipertensión + de 160 + de 95 Peso normal (lbs) Aprox. 170 Índice de Masa Corporal (kg/m2) Entre 20 y 24.9


Esquemático general

1 2 3 4 5 6

A

B

C

D

654321

D

C

B

A

Title

Number RevisionSize

B


RA02

RA13

RA24

RA35

RA4/T0CKI6

RA5/SS7

RB0/INT33

RB134

RB235

RB336

RB437

RB538

RB639

RB740

RC0/T0OSO/T1CKI15

RC1/T0OSI 16

RC2/CCP117

RC3/SCK/SCL 18

RC4/SDI/SDA23

RC5/SDO24

RC625

RC726

RD0/PSP0 19

RD1/PSP120

RD2/PSP2 21

RD3/PSP322

RD4/PSP427

RD5/PSP528

RD6/PSP629

RD7/PSP7 30RE0/RD8

RE1/WR9

RE2/CS10

MCLR/VPP1 OSC1/CLKIN

13OSC2/CLKOUT

14IC1

PIC16F877A

162738495

DB9

1142

153

164

175

186

197

208

219

2210231124122513

DB25

1

2

3

4

5

6

7

8

IC3

AD620BN

Y1

6 MHz

L1

BOBINA

IN1+3 IN1-2

IN2+5

IN2-6

IN3+10

IN3-9

IN4+12

IN4-13

OUT11

OUT27

OUT3 8

OUT414

IC2

LM324N S2

RESET

D5

1N4007

D4

1N4007

D11N4007

A

-

+

M1MOTOR

1234567891011121314

LCD 2x16

IC3R173.9 K

VCC

+ C610 uF

R1 IN13

R2 IN8

T1 IN11

T2 IN10

R1 OUT 12

R2 OUT9

T1 OUT14

T2 OUT7

C1+1

C1 -3C2+

4

C2 - 5

IC5

SP232ACP

+ C710 uF

V+

V-

VC

C

GN

D2

615

16

+ C810 uF

VCC C10

10 uF

+C910 uF

11 1232 31

C1120 pF

C1220 pF

R13

560

R410 k

VCC

Q12N3904

Q2D1191

R191 k

VCC

S3

ACEPTAR

R151.2 K

R1612 K

VCC

VCC

VCC

- VCCR2150

R3

1 K

R1

120

C10.1 uF

C20.1 uF

1 23 4

GALGA

BORNERAS

VCC

VCCR181 K

D3

LEDR12

470VCC

VC

CV

CC

GN

DG

ND

1 23 4

IR SHARP GP2D02

BORNERAS

VERDE

AM

AR

ILL

O

RO

JON

EG

RO

VCC

ROJO

NEGRO AMARILLO

VERDE

D2

1N4148

C30.1 uF

R4

250

R5

24 K

R6

10 K

R71 M

VCC

C40.33 uF

R17

150 K

R8

1 K

C5

CAP

411

VCCVCCGND

123

MPX5050GP

VCC

S1 REPETIR

R101.2 K

R1112 K

VCC

CANCELAR

IC4

J1

J2

IC6

Interpretación de las mediciones

Presión SanguíneaFrecuencia CardíacaÍndice de Masa Corporal


Tabla A.1 Clasificación de la presión arterial en adultos

Categoría

Presión arterial sistólica (mmHg)

Presión arterial diastólica (mmHg)

Óptima menos de 120 menos de 80

Normal menos de 130 menos de 85

Normal alta entre 130 y 139 entre 85 y 89

Hipertension

Nivel 1 (leve) Entre 140 y 159 Entre 90 y 99

Nivel 2 (moderada) Entre 160 y 169 Entre 100 y 109

Nivel 3 (grave) Entre 170 y 179 Entre 110 y 119

Nivel 4 (muy grave) Mayor a 180 Más de 119


Tabla A.2 Frecuencia Cardíaca en reposo.

Mujeres

Edad Mal Normal Bien Excelente

20-29 96+ 78-94 72-76 70 o menos

30-39 98+ 80-96 72-78 70 o menos

40-49 100+ 80-98 74-78 72 o menos

50+ 104+ 84-102 76-82 74 o menos

Hombres

Edad Mal Normal Bien Excelente

20-29 86+ 70-84 62-68 60 o menos

30-39 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


Índice de Masa Corporal (IMC)

metrosEstatura

kgPesoIMC 2

Tabla A.3 Clasificación de los valores del IMC.

Clasificación

I.M.C. (Kg/m2)

Riesgo

Rango Normal 19 - 24.9 Promedio

Sobrepeso 25 - 29.9 Aumentado

Obesidad grado I 30 - 34.9 Moderado

Obesidad grado II

35 - 39.9 Severo

Obesidad grado III

=/>40 Muy severo


Costo de producción

Materiales $ 446,77

Montaje $ 200,00

Herramienta de desarrollo $ 150,00

$796.77


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

Equipo de medición keito $4.032,0


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.