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CARRERA DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA

i

UNIVERSIDAD POLITÉCNICA SALESIANA


TÍTULO DEL PROYECTO

SISTEMA DE COMUNICACIÓN PARA PERSONAS CON SÍNDROME DE

CAUTIVERIO A TRAVÉS DE SEÑALES ELECTROMIOGRÁFICAS.

Autores:

Alex Marcelo Mogrovejo Mata.

Raúl Fernando Redrován Velasco.

Tutor:

Ing. Eduardo Guillermo Pinos Vélez M.Sc

CUENCA-ECUADOR

2016


ii

Alex Marcelo Mogrovejo Mata

Egresado de la carrera de Ingeniería Electrónica

Universidad Politécnica Salesiana

[email protected]

[email protected]

Raúl Fernando Redrován Velasco

Egresada de la carrera de Ingeniería Electrónica

Universidad Politécnica Salesiana

[email protected]

[email protected]

Dirigido por:

Ing. Eduardo Guillermo Pinos Vélez, M.Sc.

Ingeniero Electrónico en la Universidad Politécnica Salesiana del Ecuador.

Magíster en Gerencia y Liderazgo Educacional por la Universidad Técnica Particular de

Loja. Docente de la Carrera de Ingeniería Electrónica en la Universidad Politécnica Salesiana

- Sede Cuenca, Grupo De Investigación En Inteligencia Artificial y Tecnologías De

Asistencia [email protected]

Todos los derechos reservados.

Queda prohibida, salvo excepción prevista en la Ley, cualquier forma de reproducción, distribución, comunicación pública y

transformación de esta obra para fines comerciales, sin contar con autorización de los titulares de propiedad intelectual. La

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difusión de este texto con fines académicos investigativos por cualquier medio, con la debida notificación a los autores.

DERECHOS RESERVADOS

©2016 Universidad Politécnica Salesiana.

CUENCA – ECUADOR – SUDAMERICA

Mogrovejo Mata Marcelo y Redrován Velasco Raúl.

Datos de catalogación

bibliográfica Marcelo Mogrovejo Mata y Raúl Redrován Velasco

SISTEMA DE COMUNICACIÓN PARA PERSONAS CON SÍNDROME DE CAUTIVERIO

A TRAVÉS DE SEÑALES ELECTROMIOGRÁFICAS.

Universidad Politécnica Salesiana, Cuenca – Ecuador, 2016

INGENIERIA ELECTRONICA

Formato 210 x 297 mm Páginas: 50

mailto:[email protected]




iii

RESUMEN

Existe un problema general que comparten las personas que sufren de algún tipo de

discapacidad, el problema radica en que la mayoría de ellas necesitan de terceros

para realizar ciertas actividades imposibles de desarrollar por ellos mismo, por lo que

sistemas que ayuden a brindar autonomía a los mismos se encuentran en desarrollo y

tienen una amplia gama de opciones.

Lo que se plantea en el trabajo siguiente consiste en realizar un sistema de

comunicación para personas con el síndrome del cautiverio, las cuales presentan

cuadriplejia con anartría, pero habilidades cognitivas intactas; poniéndolo a prueba

en 10 sujetos jóvenes con edades entre los 19 y 25 años. Dicho sistema consta de una

matriz de 6x5 caracteres, donde se encontrarán las letras del abecedario y caracteres

especiales como espacio o borrado, en función de su uso en el idioma español. Cada

letra de la matriz tendrá un indicador luminoso, que servirá para la selección del

carácter mediante un barrido de filas y columnas. La selección se la realiza mediante

las señales electromiográficas del párpado, único músculo controlado

voluntariamente por el paciente.

La metodología aplicada en este proyecto técnico de grado, consta de varios pasos, la

primera etapa del proyecto consiste en investigar los diferentes mecanismos de

obtención de señales electromiográficas producidas por los músculos faciales, luego

se procede al filtrado de las mismas con la finalidad de obtener una señal de acuerdo

a los requerimientos del sistema; posteriormente se procede a realizar procesamiento

de la señal y la interfaz gráfica, por la cual el usuario interactúa con el sistema que

permite la comunicación.

A continuación se procede a la fase de adaptación del usuario al sistema, para lograr

así la destreza total en la comunicación; por último se toma los resultados de datos

útiles como el porcentaje de errores en la escritura y el tiempo que requiere una

persona para realizar la misma sin cometer fallos, demostrando la adaptación total al

sistema.

Los resultados obtenidos son indicadores del correcto funcionamiento del sistema

logrando que las personas se puedan comunicar de acuerdo a su capacidad muscular

limitada.

Lo que se tiene en mente a futuro es mejorar de ciertas maneras ya sea con otro

mecanismo de adquisición de señales, diferente tipo de procesamiento entre otras

alternativas que colaboren a desarrollar y hacer un proyecto cada vez más confiable y

rápido para facilitar la comunicación de los individuos.


iv

DECLARATORIA DE RESPONSABILIDAD

Los autores declaramos que los conceptos desarrollados, análisis realizados y las

conclusiones del presente trabajo, son de nuestra exclusiva responsabilidad y

autorizamos a la Universidad Politécnica Salesiana el uso de la misma con fines

académicos.

A través de la presente declaración cedemos los derechos de propiedad intelectual

correspondiente a este trabajo a la Universidad Politécnica Salesiana, según lo

establecido por la Ley de Propiedad Intelectual, por su reglamento y por la normativa

institucional vigente.

Cuenca, Mayo de 2016

…………………………………………….


030199598-1

……………………………………………


030158023-9


v

CERTIFICACIÓN

En calidad de DIRECTOR DE LA TESIS “Sistema De Comunicación Para Personas

Con Síndrome de Cautiverio a Través de Señales Electromiográficas.”, elaborada por

Marcelo Mogrovejo Mata y Raúl Redrován Velasco, declaro y certifico la

aprobación del presente trabajo de tesis basándose en la supervisión y revisión de su

contenido.

Cuenca, Abril del 2016

Ing. Eduardo Guillermo Pinos Vélez M.Sc

DIRECTOR DEL TRABAJO DE TITULACIÓN


vi

AGRADECIMIENTOS

Queremos expresar nuestro más sentido agradecimiento a nuestro tutor Ingeniero

Eduardo Guillermo Pinos Vélez M.Sc, por el apoyo brindando durante el desarrollo

de todo el proyecto de grado, además de guiarnos y encaminarnos para lograr

culminar de manera adecuada el mismo.

Agradecemos también a todas las personas que formaron parte de manera directa o

indirecta para lograr cumplir los objetivos planteados al inicio del proyecto.

Alex Marcelo – Raúl Fernando


vii

DEDICATORIA

A mis padres Raúl y María que han sido el soporte fundamental durante el tiempo

transcurrido en la Universidad, por brindarme siempre el apoyo requerido de manera

incondicional, a mis hermanos Santiago y Daniel que siempre estuvieron conmigo en

todo momento. A todos mis amigos de la Universidad con los cuales compartimos

buenos y malos momentos pero que siempre supimos salir adelante en lo que nos

proponíamos.


A Dios por sus abundantes bendiciones, a mis padres Fernando y Nila por su apoyo

incondicional en la consecución de mis metas, a mis abuelitos Homero (+), Julita y

Blanquita (+) por sus consejos y constante preocupación, a mi esposa Mónica y mi

hija Marcela, quienes son la motivación para seguir hacia adelante, a mis hermanos

Fernando, Javier y Katherine, a mis tías Germania y Ruth por todo el apoyo durante

mi carrera universitaria, a mis amigos de la universidad con los que ha sido un gusto

compartir todos estos años.



viii

INDICE GENERAL

INDICE FIGURAS ............................................................................................................................. x

INDICE TABLAS .............................................................................................................................. xi

INTRODUCCIÓN ............................................................................................................................. 1

INTRODUCCIÓN ......................................................................................................................... 2

OBJETIVOS ..................................................................................................................................... 4

General ...................................................................................................................................... 5

Específicos ................................................................................................................................. 5

MARCO METODOLÓGICO ............................................................................................................. 6

El Síndrome del Cautiverio ........................................................................................................ 7

Formas de comunicación para personas con Síndrome del Cautiverio. ................................... 7

EDITH. .................................................................................................................................... 8

Speller System. ...................................................................................................................... 8

Electromiografía. ....................................................................................................................... 8

Electrodos. ................................................................................................................................ 8

Equipos y Materiales. ................................................................................................................ 9

Circuito Obtención de Señales. ................................................................................................. 9

Obtención de Señales. .............................................................................................................. 9

Diseño Matriz de Letras. ......................................................................................................... 11

RESULTADOS ............................................................................................................................... 14

Prueba Uno. ............................................................................................................................ 15

Prueba Dos. ............................................................................................................................. 21

Prueba de Adaptación. ............................................................................................................ 23

Prueba Control de Adaptación. ............................................................................................... 26

CONCLUSIONES ........................................................................................................................... 27

CONCLUSIONES ....................................................................................................................... 28

RECOMENDACIONES ................................................................................................................... 29

RECOMENDACIONES ............................................................................................................... 30

TRABAJOS FUTUROS ................................................................................................................... 31

TRABAJOS FUTUROS ............................................................................................................... 32

REFERENCIAS ............................................................................................................................... 33


ix

ANEXOS ....................................................................................................................................... 34

Circuito completo para obtención de señales Electromiográficas ......................................... 36

Software Para filtrado de señales electromiográficas ............................................................ 36

Fichas de Evaluación Prueba 1 ................................................................................................ 37




x

INDICE FIGURAS

Figura 1. Esquema de Conexión Amplificador de Instrumentación AD620 [Datasheet

AD620an]. ..................................................................................................................................... 9

Figura 2. Ubicación de Electrodos en Paciente. ............................................................................ 9

Figura 3. Señal Obtenida del paciente sin filtrado en LabView.................................................. 10

Figura 4. Señal Obtenida Luego de la Etapa de Filtrado mediante LabView. ............................ 10

Figura 5. Diseño de Matriz de Letras en el Momento Inicial [LabView]. .................................. 12

Figura 6. Selección de Fila luego del parpadeo[LabView]. ........................................................ 13

Figura 7. Cuadro de Mensaje[LabView]. .................................................................................... 13

Figura 8. Tiempo en Segundos por cada Sujeto de Prueba en palabra Ayuda ( Primer

Intento). ....................................................................................................................................... 15

Figura 9. Tiempo Promedio para Escribir Palabra Ayuda en el Primer Intento. ........................ 16

Figura 10. Tiempo en Segundos por cada Sujeto de Prueba en palabra Ayuda ( Segundo

Intento). ....................................................................................................................................... 17

Figura 11. Comparación Entre Primer Intento y Segundo. ......................................................... 18

Figura 12. Errores Primer Intento palabra AYUDA. .................................................................. 18

Figura 13. Errores Segundo Intento Palabra AYUDA. ............................................................... 19

Figura 14. Tiempo en Segundos por cada Sujeto de Prueba en frase TENGO HAMBRE. ........ 21

Figura 15. Intentos Necesarios para Adaptarse al Sistema(Datos). ............................................ 23

Figura 16. Intentos Necesarios para Adaptarse al Sistema(Curva Característica). ..................... 23

Figura 17. Intentos Necesarios para Adaptarse por Segunda Ocasión. ....................................... 26

Figura 18. Curvas Características Primera Prueba vs Segunda Prueba de Adaptación. ............. 26


xi

INDICE TABLAS

Tabla 1. Porcentaje de Uso de letras en el Alfabeto Español. ..................................................... 11

Tabla 2. Tiempo de Acuerdo a Cada Persona en palabra AYUDA (Primer Intento). ................ 16

Tabla 3. Tiempo de Acuerdo a Cada Persona en palabra AYUDA (Segundo Intento). ............. 17

Tabla 4. Número de Errores de Acuerdo a cada Persona Primer Intento.................................... 19

Tabla 5. Número de Errores de Acuerdo a cada Persona Segundo Intento. ............................... 20

Tabla 6. Tiempo en Segundos por cada Sujeto de Prueba en frase TENGO HAMBRE. ........... 21

Tabla 7. Resultados Obtenidos en las Diferentes Pruebas. ......................................................... 22

Tabla 8. Intento para Adaptación al Sistema .............................................................................. 23


1

INTRODUCCIÓN


2

INTRODUCCIÓN

La comunicación entre personas ha sido una necesidad indispensable para la

adaptación y comprensión de las mismas, sin embargo existen personas con parálisis

parcial o total de las extremidades (cuadriplejia) e imposibilidad de articular sonidos

(anartría) con habilidades cognitivas intactas y un único musculo controlado de

forma voluntaria (músculo del parpado), cuadro clínico conocido como síndrome del

cautiverio[1].

Dada esta condición, existentes métodos para la comunicación de estas personas,

donde la enfermera o persona encargada muestra los caracteres de forma secuencial y

manual para que el paciente las seleccione a través de un parpadeo, se ha

determinado construir un sistema de comunicación que elimine la necesidad de una

persona como traductora del paciente [2].

El sistema consta de 4 etapas: medio físico para el transporte de las señales

electromiográficas, adquisición de las señales realizada mediante amplificador de

instrumentación, procesamiento de la señal y generación de comunicación.

MEDIO FISICO.- Consiste en obtener y transportar las señales mediante

electrodos y cables hacia el amplificador de instrumentación.

AMPLIFICADOR DE INSTRUMENTACIÓN.- En esta etapa se recibe la

señal obtenida por los electrodos al producir un movimiento del músculo y se

amplifica para ser enviada a la siguiente etapa.

PROCESAMIENTO DE LA SEÑAL.- Se procede a realizar el filtrado y

mejoramiento de la señal para que pueda ser utilizada.

MEDIO FISICO AMPLIFICADOR DE

INSTRUMENTACION

PROCESAMIENTO

DE LA SEÑAL

GENERACION DE

COMUNICACION


3

GENERACIÓN DE COMUNICACIÓN.- Consiste en el desarrollo de la

interfaz gráfica para que el paciente logre comunicarse, además se realizan

todas las pruebas.

La generación de comunicación se dará mediante una matriz de 6x5

caracteres, en donde cada posición se representa con caracteres que poseen

iluminación, de tal manera que el paciente proceda a la escritura de una letra

en dos tiempos, es decir a través de dos parpadeos.

El objetivo del documento es obtener estadísticas sobre el tiempo que una persona

necesita para escribir una palabra, el tiempo que necesita para una frase y el tiempo

para adaptarse al sistema e incrementar la velocidad del mismo.

Para un correcto uso del sistema y no obtener fallas se empieza con el sistema a una

velocidad que al paciente le parezca adecuada la misma se puede variar conforme el

usuario se vaya adaptando al mismo.


4

OBJETIVOS


5

OBJETIVOS

General.- Desarrollar un sistema de comunicación para personas que sufren de

síndrome de cautiverio mediante la obtención y procesamiento de señales

electromiográficas, producidas por el movimiento de los músculos requeridos en el

parpadeo.

Específicos.-

Obtener las señales electromiográficas mediante una tarjeta de adquisición

y un circuito amplificador de señales.

Diseñar la interfaz gráfica para que la persona pueda observar las letras en

un monitor.

Implementar el software de procesamiento de señales electromiográficas en

LabVIEW.


6

MARCO METODOLÓGICO


7

MARCO METODOLÓGICO

El Síndrome del Cautiverio, enclaustramiento o “Locked in Syndrome”.

Es una condición que describe a las personas intelectualmente funcionales pero que

sin embargo no tienen la capacidad de producir sonidos y además presentan parálisis

en todo el cuerpo excepto en los músculos que controlan el movimiento de los ojos y

párpados. La principal causa por la que se presenta esta condición es una lesión

aguda producida en el cerebro[3].

Formas de comunicación para personas con Síndrome del Cautiverio.

Las personas que padecen de ésta enfermedad generalmente solo tienen la

posibilidad de mover los párpados y en alguno de los casos pueden mover también

algunos músculos de la cara y otros músculos pero de manera muy limitada.

Conociendo dichas características, es decir que el paciente se encuentra totalmente

consciente de su entorno, el método más común de comunicación de estas personas,

es mediante el parpadeo, con lo que se genera un lenguaje donde la enfermera o

persona encargada que se convierte en su interlocutor, podría interpretar parpadeos

simples como un “si” o parpadeos dobles como un “no”, para tratar de emitir un

mensaje; mas sin embargo existe la necesidad de emitir ideas propias por lo que se

hace necesario otros métodos de comunicación[4].

Un sistema empleado consiste en que, el interlocutor realiza un barrido de cada letra

del abecedario y el paciente mediante parpadeos escoge el caracter deseado, logrando

redactar frases completas; así por ejemplo en 1997 el francés Jean-Dominique Bauby

logró “escribir” su libro “La escafandra y la mariposa”[5].

Existen estudios referentes a la calidad de vida de las personas con Síndrome de

Cautiverio, en las que se destaca su nivel de independencia y su rol en la sociedad;

estos índices pueden mejorar considerablemente con instrumentos o dispositivos de

comunicación, que permiten mayor interacción e independencia al momento de

expresarse[6].

En el campo de la ingeniería existen diferentes dispositivos, diseñados para permitir

la comunicación de personas con Síndrome de Cautiverio, diferenciadas en la manera

de adquirir las señales del paciente, su procesamiento y su presentación, mas con la

misma finalidad, poder mejorar la calidad de vida de estas personas.

En el año 2011 se presenta una opción de Interfaz Cerebro-Computadora, basada en

señales electroencefalográficas (EEG), que son las señales generadas por el cerebro,

y que al ser obtenidas y procesadas, pueden ser útiles para que personas con

discapacidades motoras controlen diferentes dispositivos como computadoras o

celulares, etc.


8

De esta manera se crea una interfaz que permite la obtención, filtrado y

procesamiento (MATLAB) de las señales EEG, la misma que es empleada en para la

selección de un caracter de un panel alfa-numérico, y proyectada en una pantalla [7].

EDITH.

Se trata de un interfaz humano-computadora para que personas con incapacidad de

comunicación verbal, puedan manejar interfaces gráficas.

Este interfaz de igual manera trabaja con las señales electroencefalográficas (EEG),

que son adquiridas y procesadas para que el paciente sea capaz de utilizar el mouse

virtual de una PC, y de esta manera poder escribir a través de un teclado virtual del

software denominado EDITH por sus siglas en inglés (Digital Teleaction

Environment for People with Disabilities), que es un programa de ayuda para la

comunicación y manejo de entorno multimedia [8].

Speller System.

Es una interfaz que permite la selección de caracteres de un panel que contiene letras

y números, y que son mostrados en un área de visualización colocada debajo de

dicho panel.

Esta interfaz puede ser utilizada en un computador que disponga de una cámara web,

ya que la detección del caracter deseado se logra mediante un algoritmo que calcula

el desplazamiento vertical de los ojos [9].

Electromiografía.

Electromiografía (EMG) es una técnica para la evaluación y registro de la actividad

eléctrica producida por los músculos durante el movimiento[10].

En una contracción muscular la fuerza de produce por constantes cambios en la

frecuencia de la actividad de las unidades motoras, por lo que la frecuencia de

disparo de los potenciales dependen tanto de la fuerza como de la velocidad de

contracción muscular. El EMG se desarrolla utilizando un instrumento médico

llamado electromiógrafo, para producir un registro llamado electromiograma[11].

Electrodos.

Un transductor tiene la finalidad de transformar el tipo de energía de entrada en otro

diferente a la salida, es utilizado para obtener información de nuestro medio y que la

misma sea trasmitida a un aparato electrónico para su procesamiento. En

bioelectricidad estos transductores son conocidos como electrodos, los mismos que

funcionan de manera que la energía producida por el tejido del cuerpo sea transferida

hacia algún dispositivo electrónico para obtener la información necesaria. Para lograr

un mejor contacto entre la piel y el electrodo se hace uso de una solución salina o un

gel electrolítico[12].

Existen dos tipos de electrodos, los de superficie y los invasivos; los de superficie se

colocan directamente en la superficie de la piel mientras que los invasivos son


9

insertados en el tejido para tomar de forma directa la variación de potencial que

existe entre la piel y la membrana celular[13].

Equipos y Materiales.

Para la obtención de las señales bioeléctricas se utiliza un amplificador de

instrumentación diseñado especialmente para obtención de señales con un nivel

mínimo, dicha señal se mejora mediante un filtro analógico que a su salida nos

entrega una señal más clara la misma que es adquirida mediante la tarjeta de

adquisición de datos DAQ para un posterior procesamiento mediante una plataforma

y entorno de desarrollo para diseño de sistemas (LabView), en el cuál se realiza la

matriz de caracteres y el software con la lógica necesaria para la comunicación.

Circuito Obtención de Señales.

En la Figura 1 se observa como está realizada la conexión del amplificador de

instrumentación.

Figura 1. Esquema de Conexión Amplificador de Instrumentación AD620 [Datasheet AD620an].

En el Anexo 1 podemos encontrar el sistema completo con las demás etapas tanto de

adaptación y amplificación de señales así como también la etapa de filtrado.

Obtención de Señales.

Ya que el paciente solo tiene movilidad de los músculos que rodean la zona de los

ojos, se procede a colocar los electrodos en esta área (ver Figura 2):

Figura 2. Ubicación de Electrodos en Paciente.


10

La señal que se obtiene en LabView sin pasar por el proceso de filtrado se la puede

observar a continuación (Figura 3):

Figura 3. Señal Obtenida del paciente sin filtrado en LabView.

Como se observa en la imagen los picos que se producen ocurre cuando el paciente

realiza un parpadeo, se observa también que la amplitud de la señal es muy pequeña

por lo que se procede a amplificarla para poder trabajar con la misma, además la

señal tiene una gran cantidad de ruido producidos por diferentes factores en el cual el

principal es la frecuencia producida por la red que esta entre 50 y 60 Hz.

Debido a que el rango de las frecuencias para estas señales esta entre los 100 a

10kHz, se procedió con el diseño de dos filtros Butteworth: un pasa banda para

frecuencias entre 100 y 10kHz, y un elimina banda para la frecuencia de red, que en

este caso es 60Hz [14].

Le elección del filtro Butteworth se debe a que su respuesta es más lineal al

compararlo con un Chebyshev, además de no presentar rizado en la banda de paso

[15].

El software de filtrado de la señal lo podemos observar en el Anexo 2.

La señal final obtenida luego de todo el proceso de filtrado para eliminar señales no

deseadas se observan en la siguiente imagen (ver Figura 4):

Figura 4. Señal Obtenida Luego de la Etapa de Filtrado mediante LabView.


11

Podemos observar la notable mejoría luego del proceso de filtrado y por ende esta

señal es la adecuada para poder ser utilizada en el respectivo procesamiento.

Diseño Matriz de Letras.

Se diseña una matriz en podemos observar todas las letras del abecedario incluyendo

opciones de espaciado, borrado y la de terminar frase que borra todo, dicha matriz se

encuentra ordenada de acuerdo a la frecuencia con que se utiliza cada letra en el

idioma español (ver Tabla 1)[16].

Tabla 1. Porcentaje de Uso de letras en el Alfabeto Español.

Letra Porcentaje (%) Letra Porcentaje

(%)

E 13.68 B 1.42

A 12.53 G 1.01

O 8.68 V 0.90

S 7.98 Y 0.90

R 6.87 Q 0.88

N 6.71 H 0.70

I 6.25 F 0.69

D 5.86 Z 0.52

L 4.97 J 0.44

C 4.68 Ñ 0.31

T 4.63 X 0.22

U 3.93 W 0.02

M 3.15 K 0.01

P 2.51


12

En el momento inicial cada una de las filas se enciende con un intervalo de tiempo

que se puede variar de acuerdo a la adaptación del usuario (Figura 5).

Figura 5. Diseño de Matriz de Letras en el Momento Inicial [LabView].

Cuando el paciente parpadea se selecciona la fila donde ocurrió el parpadeo y se

procede a hacer el barrido de cada una de las letras de dicha fila (Figura 6).


13

Figura 6. Selección de Fila luego del parpadeo[LabView].

Finalmente cuando el usuario quiere seleccionar la letra que desea realiza otro

parpadeo y la misma se muestra en el cuadro de mensaje (Figura 7).

Figura 7. Cuadro de Mensaje[LabView].


14

RESULTADOS


15

RESULTADOS

Seleccionamos personalmente para las pruebas la palabra AYUDA ya que

lógicamente personas con este tipo de problemas al no poder realizar nada por sus

propios medios necesitan llamar la atención de alguna manera y que mejor que esta

para ese cometido.

Prueba Uno.

Para la obtención de los resultados se realizaron una serie de pruebas, la primera de

ellas consistía en que cada uno de los sujetos de prueba introdujeran la palabra

“AYUDA” a la vez que se toman los datos de tiempo que se demora cada individuo

en escribir la misma y el número de errores cometidos; las personas que colaboraron

para las prácticas de funcionamiento del sistema son estudiantes aleatoriamente

tomados en la universidad, si bien dichas personas que actuaron como sujetos de

prueba no sufren del síndrome de cautiverio, su ayuda nos permite determinar

algunos datos sobre la respuesta que tienen las personas al sistema ya que las

capacidades motrices no intervienen en los resultados obtenidos.

Los resultados obtenidos en la primera prueba se muestran a continuación (Figura 8).

Figura 8. Tiempo en Segundos por cada Sujeto de Prueba en palabra Ayuda ( Primer Intento).


16

Tabla 2. Tiempo de Acuerdo a Cada Persona en palabra AYUDA (Primer Intento).

#

PERSONA EDAD

#

INTENTO

TIEMPO

(seg)

1 22 1 82

2 22 1 75

3 19 1 50

4 20 1 66

5 19 1 103

6 24 1 90

7 23 1 80

8 24 1 92

9 25 1 80

10 21 1 91

En Tabla 2 podemos observar el tiempo que le toma a cada sujeto escribir la palabra

“AYUDA” en el cuadro de mensajes, al obtener el promedio de todos estos tiempos

se observa que una persona tardaría aproximadamente 80,9 segundos (ver Figura 9)

en escribir la palabra en el primer intento.

Figura 9. Tiempo Promedio para Escribir Palabra Ayuda en el Primer Intento.


17

Una vez obtenidos estos datos se pidió a los sujetos que volvieran a escribir la misma

palabra con la finalidad de observar si existía mejoría en los tiempos con relación a

los del primero intento. (Figura 10).

Figura 10. Tiempo en Segundos por cada Sujeto de Prueba en palabra Ayuda ( Segundo Intento).

Tabla 3. Tiempo de Acuerdo a Cada Persona en palabra AYUDA (Segundo Intento).

#

PERSONA EDAD

#

INTENTO

TIEMPO

(seg)

1 22 2 70

2 22 2 55

3 19 2 40

4 20 2 51

5 19 2 81

6 24 2 65

7 23 2 71

8 24 2 74

9 25 2 69

10 21 2 73

Se puede observar (ver Tabla 3) que todas las personas experimentaron una

reducción bastante considerable del tiempo en relación a su primera prueba razón por

la cual el tiempo promedio para escribir la palabra “AYUDA” se redujo a 64,9


18

segundos lo que representa una mejoría del 19.778% con relación al primer intento

(ver Figura 11).

En la Figura 11 se puede observar la comparación entre el primer intento y el

segundo intento.

Figura 11. Comparación Entre Primer Intento y Segundo.

Además de obtener el tiempo empleado en escribir la palabra también se obtuvo el

número de errores que cada uno de los sujetos cometió tanto el primer como en el

segundo intento, dichos datos se observan en Figura 12:

Figura 12. Errores Primer Intento palabra AYUDA.


19

Tabla 4. Número de Errores de Acuerdo a cada Persona Primer Intento.

# PERSONA EDAD # ERRORES

1 22 5

2 22 4

3 19 2

4 20 1

5 19 6

6 24 2

7 23 2

8 24 3

9 25 3

10 21 4

De acuerdo a los datos obtenidos (ver Tabla 4) se tiene que en el primer intento la

media de errores es de 3,2 errores en escribir la palabra “AYUDA”.

Para el segundo intento se tomaron de la misma forma el número de errores

cometidos, tales resultados se pueden observar en Figura 13.

Figura 13. Errores Segundo Intento Palabra AYUDA.


20

Tabla 5. Número de Errores de Acuerdo a cada Persona Segundo Intento.

# PERSONA EDAD # ERRORES

1 22 2

2 22 2

3 19 1

4 20 0

5 19 3

6 24 0

7 23 1

8 24 1

9 25 2

10 21 2

Observando los resultados(ver Tabla 5) del segundo intento utilizado para escribir la

palabra “AYUDA” podemos concluir que el número de errores promedio se redujo a

1,4 por lo que en relación a los resultados del primer intento se observa una mejoría

considerable.


21

Prueba Dos.

La segunda prueba consistió en solicitar a los sujetos de prueba que escriban la frase

“TENGO HAMBRE”, se tomó en consideración el tiempo que cada persona ocupó

para terminar de escribir la misma.

En la Figura 14 se muestran los tiempos obtenidos para escribir la frase antes

mencionada:

Figura 14. Tiempo en Segundos por cada Sujeto de Prueba en frase TENGO HAMBRE.

Tabla 6. Tiempo en Segundos por cada Sujeto de Prueba en frase TENGO HAMBRE.

# Persona Edad Tiempo(seg)

1 22 126

2 22 112

3 19 140

4 20 130

5 19 150

6 24 135

7 23 150

8 24 120

9 25 136

10 21 142


22

De acuerdo a los datos obtenidos (ver Tabla 6), podemos observar que en promedio a

una persona le lleva alrededor de 134.1 segundos escribir la frase completa en el

sistema. Esto nos indica que para un total de 12 caracteres, el tiempo por caracter es

de 11.18 segundos lo que nos da una relación aproximada de 5 caracteres por minuto.

En la Tabla 7 se presenta un resumen de las pruebas realizadas teniendo en cuenta el

tiempo total para escribir la palabra “AYUDA” y la frase “TENGO HAMBRE”, así

como el tiempo por caracter en cada una de las pruebas.

Tabla 7. Resultados Obtenidos en las Diferentes Pruebas.

Tiempo(seg)

Palabra “AYUDA” intento #1 80.9

Palabra “AYUDA” intento #2 64.9

Tiempo por caracter intento #1 16.18

Tiempo por caracter intento #2 12.98

Frase TENGO HAMBRE 134.1

Tiempo por caracter en frase 11.18


23

Prueba de Adaptación.

La tercera prueba consistió en tomar en cuenta el número de intentos realizados por

dos sujetos de prueba hasta lograr que el número de errores en la escritura de la

palabra “AYUDA” sea cero tres veces consecutivas considerando así que la persona

se encuentra familiarizada con el sistema.

En la Figura 15 y 16 se observan los datos y la curva característica respectivamente

que representa la familiarización del individuo al sistema:

Figura 15. Intentos Necesarios para Adaptarse al Sistema(Datos).

Figura 16. Intentos Necesarios para Adaptarse al Sistema(Curva Característica).

Tabla 8. Intento para Adaptación al Sistema


24

# Persona # Intento # Errores

1

1 6

2 4

3 4

4 4

5 3

6 4

7 2

8 2

9 1

10 0

11 0

12 0

2

1 3

2 1

3 2

4 2

5 1

6 1

7 2

8 1

9 0

10 0

11 0


25

Como podemos observar en las Figuras 15 y 16 de acuerdo a los datos tomados, el

primer sujeto se adapta al sistema en el doceavo intento mientras que al segundo

sujeto lo realiza en once intentos.

De acuerdo con la Prueba Uno la media de escritura de la palabra “AYUDA” es de

64.9 segundos, se podría determinar que este tiempo es la diferencia entre sujetos

para adaptarse al sistema, el mismo que toma en promedio un tiempo de 746.35

segundos o alrededor de 12 minutos.


26

Prueba Control de Adaptación.

La cuarta y última prueba consistió en comprobar que el sujeto realmente se adaptó

al sistema, para lo cual se realizó una prueba pasado tres días desde que realizó la

primera adaptación al mismo.

Los resultados obtenidos se muestran en Figura 17 y 18:

Figura 17. Intentos Necesarios para Adaptarse por Segunda Ocasión.

Figura 18. Curvas Características Primera Prueba vs Segunda Prueba de Adaptación.

Como podemos observar en los resultados obtenidos, se tiene que luego de tres días

de haber realizado la primera adaptación el sujeto de prueba logra adaptarse al

mismo tan solo en el quinto intento a diferencia de la primera vez que lo realizó en el

intento número doce lo que significa una mejoría del 58.3%, y tomando en cuenta el

promedio de tiempo en escribir la palabra “AYUDA” que es de 64.9 segundos, se

puede decir que el sujeto necesita de aproximadamente cinco minutos para

readaptarse al mismo.


27

CONCLUSIONES


28

CONCLUSIONES

La escritura de la palabra AYUDA toma en promedio 80.9 segundos, en muestra de

10 sujetos donde el tiempo mínimo es de 50 segundos y el máximo de 103.

Para un segundo intento de la misma palabra, el tiempo promedio es de 64.9

segundos, obteniendo una mejora del 19.78%, con tiempos situados entre 40 y 81

segundos.

El tiempo mínimo en el cuál el sistema escribe la palabra AYUDA, es de 40

segundos, trabajando a 1 segundo entre cada interacción; Si el ojo humano puede

percibir 11 imágenes por segundo por separado, el tiempo menor con el cuál el

sistema escribiría la palabra AYUDA es de 3,63 segundos, con intervalos de 90.9ms

entre cada interacción.

La cantidad de errores presentes en la primera escritura, no supera el número 6, ni es

menor a 1; a diferencia de la segunda escritura que presentara como número máximo

de errores 3.

Frases que expresen deseo, sentimientos o emociones, como es el caso de TENGO

HAMBRE, tomaran un tiempo medio aproximado de 134 segundos, para ser escritos.

El tiempo promedio de escritura de un carácter es de 12.98 segundos, siempre que se

escriba una palabra o frase en donde los caracteres estén dispuestos en filas distintas

de la matriz, como es el caso de la palabra AYUDA.

El promedio de tiempo para un carácter, cuando se escribe una palabra o frase con

una disposición continua de caracteres (se encuentran en la misma fila), es de 11.18

segundos, como es el caso de 'M' y 'B', y 'R' y 'E' en la frase TENGO HAMBRE.

Un sujeto con habilidades cognitivas intactas, se puede adaptar al sistema de

comunicación aproximadamente a los 12 minutos de su uso, con dispersión del

8.69% o 64.9 segundos.

El sistema brinda un alto grado de autonomía a las personas que sufren el síndrome

del cautiverio, permitiéndoles formar oraciones e incluso frases, en tiempos

considerablemente aceptables.


29

RECOMENDACIONES


30

RECOMENDACIONES

Es recomendable para el paciente utilizar el sistema con intervalos de

descanso debido a que el uso continuo del mismo puede causar fatiga en la

visión así como dolor u ardor de los ojos, este intervalo depende de la

adaptación y resistencia de cada uno de los pacientes.

En cuanto a los electrodos se recomienda cambiar de dos a tres veces por

semana los mismos debido a que se produce un desgaste físico que deriva en

el fallo de la captación de las señales electromiográficas.

Para una mejor adaptación al sistema se debe iniciar desde una velocidad de

interacción menor y conforme vamos logrando escribir sin errores aumentar

la misma paulatinamente, hasta llegar a la velocidad máxima que el usuario

sea capaz de manejar de acuerdo a su adaptación.

Ante algún problema eventual se recomienda no tratar de corregirlo y esperar

que una persona capacitada sea la que observe y de solución al mismo ya que

caso contrario podríamos empeorar aún más el mismo complicando su

arreglo.


31

TRABAJOS FUTUROS


32

TRABAJOS FUTUROS

Uno de los principales trabajos que se han propuesto para desarrollar a futuro es

evitar el uso de los electrodos en el paciente y se pretende alcanzar dicho objetivo

mediante el uso de la visión artificial a través de una cámara con la que se reconocerá

cada uno de los parpadeos que genera el paciente.

Una vez realizado este avance ya no será necesario el uso del circuito con el

operacional de instrumentación y también se omitirá el uso de la tarjeta de

adquisición de datos.

Otro de los trabajos a realizar a futuro es manejar el software en java, en vista de que

se puede implementar este software como una aplicación en un Smartphone o una

Tablet que tenga el sistema operativo Android.

Se pretende implementar un predictor de palabras con el fin de que se agilite un poco

más la velocidad de comunicación.

Es adecuado también un sistema de audio en el software que mediante el cual se

pueda reproducir directamente las palabras o frases escritas por el paciente para que

pueda ser interpretada sin la necesidad de que alguien la lea.

También se implementara iconos de acceso rápido a las frases más usadas como:

“tengo frio”, “tengo hambre”, etc. para que el paciente tenga un breve acceso a éstas

palabras y pueda comunicarse de manera más rápida.


33

REFERENCIAS

[1] M. González Trullo, “Anatomía implicada en el Síndrome de Cautiverio,”

Sindrome de Cautiverio, vol. 3, 22-Nov-2011.

[2] S. Collado-Vázquez and J. M. Carrillo, “[Locked-in syndrome in literature,

cinema and television],” Rev. Neurol., vol. 54, no. 9, pp. 564–570, May 2012.

[3] G. Bauer, F. Gerstenbrand, and E. Rumpl, “Varieties of the locked-in syndrome,”

J. Neurol., vol. 221, no. 2, pp. 77–91, Aug. 1979.

[4] J. León-Carrión, P. van Eeckhout, and M. del R. Domínguez-Morales, “Review

of subject: The locked-in syndrome: a syndrome looking for a therapy,” Brain

Inj., vol. 16, no. 7, pp. 555–569, Jan. 2002.

[5] S. Laureys, F. Pellas, P. Van Eeckhout, S. Ghorbel, C. Schnakers, F. Perrin, J.

Berré, M.-E. Faymonville, K.-H. Pantke, F. Damas, M. Lamy, G. Moonen, and

S. Goldman, “The locked-in syndrome : what is it like to be conscious but

paralyzed and voiceless?,” Prog. Brain Res., vol. 150, pp. 495–511, 2005.

[6] D. Lulé, C. Zickler, S. Häcker, M. A. Bruno, A. Demertzi, F. Pellas, S. Laureys,

and A. Kübler, “Life can be worth living in locked-in syndrome,” Prog. Brain

Res., vol. 177, pp. 339–351, 2009.

[7] K. Ullah, M. Ali, M. Rizwan, and M. Imran, “Low-cost single-channel EEG

based communication system for people with lock-in syndrome,” in Multitopic

Conference (INMIC), 2011 IEEE 14th International, 2011, pp. 120–125.

[8] E. Naves, L. Rocha, and P. Pino, “Alternative communication system for people

with severe motor disabilities using myoelectric signal control,” in 2012 ISSNIP

Biosignals and Biorobotics Conference: Biosignals and Robotics for Better and

Safer Living (BRC), 2012, pp. 1–4.

[9] R. Zhang, Y. Yang, J. Wang, T. Ma, X. Lv, and P. Xu, “A speller system for

locked-in patient to communicate with friends,” in 2015 IEEE 28th Canadian

Conference on Electrical and Computer Engineering (CCECE), 2015, pp. 1203–

1206.

[10] R. Merletti and P. A. Parker, Electromyography: Physiology, Engineering,

and Non-Invasive Applications. John Wiley & Sons, 2004.

[11] J. R. Cameron and J. G. Skofronick, Medical physics. Wiley, 1978.

[12] S. Guevara, “Adquisición de señales electroencefalográficas para el

movimiento de un prototipo de silla de ruedas en un sistema BCI,” Universidad

Politécnica Salesiana, Cuenca, Ecuador, 2012.

[13] C. G. Irving Aaron, “DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE UN SISTEMA

PARA LA DETECCIÓN DE SEÑALES ELECTROMIOGRÁFICAS,”

Universidad Autónoma de Yucatán, México, 2010.

[14] X. Mendez, “Diseño y construcción de un sistema de control del cursor de un

computador mediante señales electro-oculográficas para personas con

discapacidad motriz,” thesis, Universidad Politécnica Salesiana, Cuenca,

Ecuador, 2013.

[15] R. Khandpur, Biomedical Instrumentation: Technology and Applications.

Mcgraw-hill, 2004.


34

[16] F. Pratt and A. C. Association, Secret and urgent: the story of codes and

ciphers. Blue Ribbon Books, 1942.

ANEXOS


35


36

ANEXO 1

Circuito completo para obtención de señales Electromiográficas:

ANEXO 2

Software Para filtrado de señales electromiográficas:


37

ANEXO 3

Fichas de Evaluación Prueba 1

Cuadro de Datos Obtenidos en Prueba 1.

# Persona

Edad

Tiempo Para Escribir Palabra Ayuda en Segundos

Errores Para Escribir Palabra Ayuda en Segundos

# Intento Tiempo

# Intento Tiempo

# Intento Errores

# Intento Errores

1 22 1 82 2 70 1 5 2 2

2 22 1 75 2 55 1 4 2 2

3 19 1 50 2 40 1 2 2 1

4 20 1 66 2 51 1 1 2 0

5 19 1 103 2 81 1 6 2 3

6 24 1 90 2 65 1 2 2 0

7 23 1 80 2 71 1 2 2 1

8 24 1 92 2 74 1 3 2 1

9 25 1 80 2 69 1 3 2 2


38

10 21 1 91 2 73 1 4 2 2

ANEXO 4



# Persona Edad

Tiempo Necesario para Escribir Frase"TENGO HAMBRE"

Tiempo en Segundos

1 22 126

2 22 112

3 19 140

4 20 130

5 19 150

6 24 135

7 23 150

8 24 120

9 25 136

10 21 142

ANEXO 5




39

Número de Intentos para Adaptarse al Sistema

# Intento

Persona 1 Persona 2

# Errores # Errores

1 6 3

2 4 1

3 4 2

4 4 2

5 3 1

6 4 1

7 2 2

8 2 1

9 1 0

10 0 0

11 0 0

12 0

universidad politÉcnica salesiana carrera de … · matriz de 6x5 caracteres, donde se...

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