universidad tecnolÓgica...
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UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA EQUINOCCIAL
FACULTAD DE CIENCIAS DE LA INGENIERÍA
CARRERA DE INGENIERÍA MECATRÓNICA
EQUIPO BIOMÉDICO DE AYUDA A PACIENTES DIABÉTICOS
PARA EL MONITOREO Y CONTROL DE LA ENFERMEDAD EN
BASE A TECNOLOGÍA TFT
TRABAJO PREVIO A LA OBTENCIÓN DEL TÍTULO
DE INGENIERO MECATRÓNICO
FABRICIO MIGUEL PEÑAFIEL SALAZAR
DIRECTOR: ING. ANÍBAL MANTILLA, MSC
Quito, Enero 2015
© Universidad Tecnológica Equinoccial. 2015
Reservados todos los derechos de reproducción
DECLARACIÓN
Yo FABRICIO MIGUEL PEÑAFIEL SALAZAR, declaro que el trabajo aquí
descrito es de mi autoría; que no ha sido previamente presentado para
ningún grado o calificación profesional; y, que he consultado las referencias
bibliográficas que se incluyen en este documento.
La Universidad Tecnológica Equinoccial puede hacer uso de los derechos
correspondientes a este trabajo, según lo establecido por la Ley de
Propiedad Intelectual, por su Reglamento y por la normativa institucional
vigente.
_____________________
Fabricio Miguel Peñafiel Salazar
C.I. 1715982631
CERTIFICACIÓN
Certifico que el presente trabajo que lleva por título “Equipo biomédico de
ayuda a pacientes diabéticos para el monitoreo y control de la enfermedad
en base a tecnología TFT”, que, para aspirar al título de Ingeniero
Mecatrónico fue desarrollado por Fabricio Peñafiel, bajo mi dirección y
supervisión, en la Facultad de Ciencias de la Ingeniería; y cumple con las
condiciones requeridas por el reglamento de Trabajos de Titulación artículos
18 y 25.
____________________
MSc. Aníbal Mantilla
DIRECTOR DEL TRABAJO
C.I. 1711996122
DEDICATORIA
A mi Madre a quien se lo debo todo por darme lo mejor durante toda mi vida,
en ella tengo la fuerza y el apoyo continuo para poder llevar a cabo este
trabajo en particular y la vida en general, por animarme a no tener miedo y a
afrontar los retos por más difíciles que pudieran parecer, por encontrar
siempre una palabra de aliento y cariño.
AGRADECIMIENTO
Quisiera dedicar las primeras palabras a expresar mi más profundo
agradecimiento a todos los maestros que me han transmitido su
conocimiento durante mis años de estudio para mi formación profesional, sin
su colaboración o apoyo personal no hubiese sido posible su culminación.
Agradecimiento para mi Director de Tesis M.S.c Aníbal Mantilla por todo el
asesoramiento, apoyo y conocimientos proporcionados durante mis años de
estudios y posteriormente en la realización de esta Tesis; creo que fue la
primera persona que confió que este proyecto fuera posible y él quien pensó
que yo podría ser capaz para realizarlo.
A mi Novia un agradecimiento especial por ofrecerme siempre su ayuda,
comprensión y paciencia durante estos años.
El establecimiento de comportamientos saludables, de hábitos de cuidado no
solo depende del “saber”, de que esa persona sepa que es bueno y
aconsejable para la salud; también dependen del “querer”, de que esa
persona decida adoptar determinados comportamientos de salud; y por
último una vez que se toma la decisión depende del “poder”, de que tenga
a su alcance los medios necesarios para realizar dicho comportamiento.
“Dr. Manuel Salvador Rodríguez Oliva”
“Investigador Médico, Autor de 5 publicaciones”
i
ÍNDICE DE CONTENIDO PÁGINA
RESUMEN ..................................................................................................... ix
ABSTRACT .................................................................................................... xi
1. INTRODUCCIÓN ................................................................................. 1
OBJETIVOS ................................................................................................ 2
OBJETIVO GENERAL ............................................................................. 2
OBJETIVOS ESPECÍFICOS .................................................................... 3
2. MARCO TEÓRICO ............................................................................... 7
2.1 HISTORIA DE LA DIABETES .............................................................. 7
2.2 GENERALIDADES DE LA DIABETES ................................................. 8
2.2.1 DEFINICIÓN DE DIABETES ......................................................... 9
2.2.2 TIPOS DE DIABETES ................................................................... 9
2.2.3 HIPERGLUCEMIA ........................................................................ 11
2.2.4 HIPOGLUCEMIA .......................................................................... 11
2.2.5 COMPLICACIONES DE LA DIABETES ...................................... 12
2.2.6 DIABETES EN EL ECUADOR ...................................................... 12
2.3 NUTRICIÓN Y ALIMENTACIÓN ........................................................ 13
2.3.1 GLUCOSA POSPRANDIAL ......................................................... 14
2.3.2 ÍNDICE GLUCÉMICO .................................................................. 14
2.3.3 ALIMENTACIÓN .......................................................................... 15
2.4 VALORACIÓN DEL ESTADO NUTRICIONAL .................................... 16
2.4.1 ANTROPOMETRÍA NUTRICIONAL ............................................. 17
2.4.2 REQUERIMIENTO NUTRICIONAL DE UNA PERSONA ............. 19
2.5 IMPORTANCIA DEL NORMOPESO .................................................. 21
2.6 ACTIVIDAD FÍSICA ............................................................................ 22
ii
2.6.1 INTENSIDAD DE UN EJERCICIO ................................................ 22
2.7 EDUCACIÓN DEL PACIENTE DIABÉTICO ........................................ 23
2.7.1 AUTOMONITORIZACIÓN DE LA GLUCOSA ............................... 23
2.8 INGENIERÍA BIOMÉDICA ................................................................... 24
2.8.1 LA ELECTRÓNICA EN LA MEDICINA ......................................... 24
2.8.2 MICRODISPLAYS ....................................................................... 25
2.9 BALANZA ELECTRÓNICA ................................................................. 29
2.9.1 GALGA EXTENSIOMÉTRICA ...................................................... 30
2.9.2 CELDA DE CARGA ..................................................................... 30
2.9.3 ACONDICIONADOR DE SEÑAL ................................................. 31
2.10 MICROCONTROLADOR ................................................................... 32
2.10.1 MICROCONTROLADOR AVR .................................................. 33
3. METODOLOGÍA ................................................................................. 35
3.1 INVESTIGACIÓN PRELIMINAR ........................................................ 39
3.1.1 DESARROLLO TECNOLÓGICO ACTUAL PARA EL
TRATAMIENTO DE LA DIABETES ....................................................... 40
3.1.2 INTERGRACIÓN DE LA TECNOLOGÍA TFT .............................. 40
3.2 ESPECIFICACIÓN DE REQUERIMIENTOS DEL SISTEMA
Y PROTOTIPADO. ............................................................................. 42
3.2.1 REQUERIMIENTOS DEL HARDWARE ...................................... 42
3.2.2 REQUERIMIENTOS DE SOFTWARE .......................................... 51
3.2.3 REQUERIMIENTOS DE LA APLICACIÓN ................................... 53
3.3 DISEÑO DEL SISTEMA .................................................................... 56
3.3.1 DISEÑO ELECTRÓNICO ............................................................ 58
3.3.2 GALGA EXTENSIOMÉTRICA ...................................................... 61
3.3.3 DISEÑO DEL PCB Y PLACA ...................................................... 61
iii
3.3.4 DISEÑO DE LA APLICACIÓN DEL SOFTWARE ........................ 63
3.3.5 DISEÑO DEL HMI O INTERFAZ DE USUARIO .......................... 71
3.3.6 EQUIPO BIOMÉDICO .................................................................. 74
3.4 PRUEBAS Y FUCNIONAMIENTO ...................................................... 75
3.4.1 FUNCIONAMIENTO DE LAS LIBRERÍAS ................................... 75
3.4.2 FUNCIONAMIENTO DE LA BALANZA ELECTRÓNICA .............. 76
3.4.3 FUNCIONAMIENTO DE LA PANTALLA ...................................... 77
3.4.4 FUNCIONAMIENTO DE LA APLICACIÓN ................................... 79
3.4.5 INTERACCIÓN DEL SISTEMA CON EL USUARIO ..................... 79
3.4.6 INTERACCIÓN DEL SISTEMA CON MÉDICOS .......................... 80
4. ANÁLISIS DE RESULTADOS ............................................................ 82
4.1 ANÁLISIS DE RESULTADOS DEL FUNCIONAMIENTO DE
LAS LIBRERÍAS ................................................................................. 82
4.2 ANÁLISIS DE RESULTADOS DEL FUNCIONAMIENTO DE
LA BALANZA ELECTRÓNICA ........................................................... 82
4.3 ANÁLISIS DE RESULTADOS DEL FUNCIONAMIENTO DE
LA PANTALLA .................................................................................... 82
4.4 ANÁLISIS DE RESULTADOS DEL FUNCIONAMIENTO DE
LA APLICACIÓN ................................................................................ 83
4.5 ANÁLISIS DE RESULTADOS DE LA INTERACCIÓN DEL
SISTEMA CON EL USUARIO ............................................................ 84
4.6 ANÁLISIS DE RESULTADOS DE LA INTERACCIÓN DEL
SISTEMA CON MEDICOS ................................................................. 84
5. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIÓNES ..................................... 86
5.1 CONCLUSIONES ................................................................................ 85
5.2 RECOMENDACIONES ...................................................................... 86
GLOSARIO ................................................................................................... 88
iv
BIBLIOGRAFÍA ............................................................................................. 89
ANEXO ......................................................................................................... 93
v
ÍNDICE DE TABLAS
PÁGINA
Tabla 2.1 Clasificación de IMC según OMS ............................................... 19
Tabla 3.1 Datos técnicos de la pantalla TFT ............................................... 44
Tabla 3.2 Datos técnicos del módulo de pesaje.......................................... 46
Tabla 3.3 Características de módulo LM2596s ........................................... 48
Tabla 3.4 Tabla de elementos seleccionados en el diseño ......................... 57
Tabla 3.5 Pruebas realizadas en las librerías .............................................. 76
Tabla 3.6 Constantes para la calibración de la balanza ............................. 77
Tabla 3.7 Comparación de peso entre las balanzas .................................... 77
Tabla 3.8 Colores usados en la presentación de datos e imágenes ............ 78
Tabla 3.9 Tipos de letra usada en la presentación de datos ........................ 78
Tabla 3.10 Velocidad de respuesta del touch .............................................. 78
Tabla 3.11 Calificación del usuario y recomendaciones para el equipo ....... 80
vi
ÍNDICE DE FIGURAS
PÁGINA
Figura 2.1 Estructura de una pantalla TFT-LCD .......................................... 28
Figura 2.2 Balanza electrónica marca Carmy .............................................. 30
Figura 2.3 Fotografía de la galga extensiométrica con la celda de carga .... 31
Figura 2.4 Modulo de pesaje modelo HX711 ............................................... 32
Figura 2.5 Microcontrolador ATMEGA AVR ................................................. 33
Figura 3.1 Áreas disciplinarias en la Mecatrónica ........................................ 35
Figura 3.2 Esquema de la Metodología Mecatrónica ................................... 36
Figura 3.3 Metodología estructurada con modelo en cascada para el
desarrollo de software. .................................................................................. 37
Figura 3.4 Etapas a seguir en el modelo de prototipo. ................................. 38
Figura 3.5 Arquitectura de integración en función de la pantalla. ................ 41
Figura 3.6 Fotografía de parte posterior de la pantalla TFT con el
controlador SSD1963 .................................................................................... 43
Figura 3.7 Distribución de pines de la pantalla TFT ..................................... 45
Figura 3.8 Diagrama interno del sensor de pesaje HX711 .......................... 46
Figura 3.9 Módulo convertidor de voltaje LM2596s mini .............................. 48
Figura 3.10 Microcontroladores ................................................................... 50
Figura 3.11 Diagrama de bloques y pines de salida y entrada .................... 51
Figura 3.12 Arquitectura de sistema en función de todos los elementos
utilizados ....................................................................................................... 57
Figura 3.13 Prototipo inicial ......................................................................... 58
Figura 3.14 Microcontrolador y la placa de acoplamiento al protoboard ...... 58
Figura 3.15 Pantalla de cristal líquido TFT de 7 pulgadas ........................... 59
Figura 3.16 Diagrama del circuito electrónico del sistema. ........................... 60
Figura 3.17 Diagrama de bloques de la galga y el módulo de pesaje .......... 61
Figura 3.18 Diagrama del diseño del PCB realizado en el programa
PROTEUS..................................................................................................... 62
Figura 3.19 Placa electrónica del sistema ................................................... 62
Figura 3.20 Diagrama de flujo general de la operación del sistema ............ 64
Figura 3.21 Diagrama de flujo de datos generales ...................................... 65
vii
Figura 3.22 Diagrama de flujo de consumo de comidas .............................. 66
Figura 3.23 Diagrama de flujo de control de glucemia ................................. 67
Figura 3.24 Diagrama de flujo de control de peso ....................................... 68
Figura 3.25 Diagrama de flujo de gráficos de peso y glucemia .................... 69
Figura 3.26 Diagrama de flujo de consumo de calorías. .............................. 70
Figura 3.27 Interfaz gráfica de presentación del equipo biomédico ............. 71
Figura 3.28 Interfaz gráfica para datos generales ........................................ 72
Figura 3.29 Interfaz de consumo de alimentos ............................................ 73
Figura 3.30 Interfaz del teclado .................................................................... 74
Figura 3.31. Equipo Biomédico y sus partes ................................................. 74
viii
ÍNDICE DE ANEXOS
PÁGINA
Anexo I Manual de usuario .......................................................................... 93
Anexo II Tablas de índices glucémicos ...................................................... 102
Anexo III Valor nutricional de los alimentos ............................................... 105
Anexo IV Datasheet del microcontrolador .................................................. 109
Anexo V Datasheet lm1117 de regulador de voltaje .................................. 115
Anexo VI Datasheet hx711 sensor de peso ............................................... 116
Anexo VII Datasheet lm2596 regulador de voltaje ..................................... 117
Anexo VIII Datasheet ssd1963 Solomon Systech ...................................... 118
Anexo IX Fotografía del equipo biomédico ................................................ 122
ix
RESUMEN
La diabetes mellitus es una enfermedad crónica que afecta
aproximadamente a 366 millones de personas en el mundo y la enfermedad
causa la muerte de un paciente cada 7 segundos, siendo en el Ecuador la
primera causa de muerte y su característica principal son los altos niveles de
concentración de glucosa en la sangre producidos por una deficiente o nula
producción de insulina. Esta enfermedad puede producirse por sobrepeso,
mala nutrición, estilo de vida sedentario, predisposición genética, entre otras
causas. Ello produce numerosas complicaciones, como retinopatía, pie
diabético, insuficiencia renal, y otras más. El paciente es el principal
responsable del control de su enfermedad, influye en esto su experiencia y
conocimiento, sin embargo esta tarea es minuciosa y muy compleja pues la
rigurosidad de los controles basados en una hoja de papel o electrónica en
la cual se ingresa el valor del glucómetro, no consigue satisfacer todas las
necesidades de forma completa y eficiente. Los avances tecnológicos en
sistemas de visualización han impulsado el desarrollo de pantalla de alta
calidad como las TFT a color y hoy en día son implementadas en los equipos
electrónicos. En el presente trabajo se presenta el desarrollo de un equipo
biomédico innovador para el monitoreo y control de la diabetes en base a
tecnología TFT siendo esta la más actual en el mercado mundial. Se analizó
los parámetros que influyen en la enfermedad, para determinar las
principales variables a ser evaluadas, afectaciones en el organismo por el
desconocimiento en el manejo de la enfermedad y falta de una herramienta
que ayude a disminuir estas falencias, componentes electrónicos a ser
usados en el desarrollo del equipo que se acoplen de una manera íntegra
entre el hardware, software y la aplicación. Dada la complejidad de la
pantalla, el uso de componentes adicionales dependieron de la misma,
tomando en cuenta la factibilidad de encontrarlos en mercado local y usando
una metodología de diseño Mecatrónico basado en el modelo de prototipado
que permitió el diseño, construcción e implementación óptimos del equipo.
Sin duda, este presenta una alternativa para afrontar de mejor manera los
x
retos sobre el control de la diabetes. Además el proyecto desarrollado
coadyuva a alcanzar las metas del estado en el área de salud y
específicamente en la calidad de vida referente a la nutrición y el ejercicio de
los ecuatorianos. Se logró desarrollar un equipo que cumple los objetivos
propuestos de confiabilidad y precisión.
xi
ABSTRACT
Diabetes mellitus is a chronic disease affecting 366 millions of people in the
world and kills one person every 7 seconds. In Ecuador it is the first cause of
death, and the main characteristics are high levels of glucose in the blood,
caused by a deficient or null production of insulin. The disease can be
caused by overweight, malnutrition, sedentary life style, genetic
predisposition, among other causes. It causes numerous complications, such
as retinopathy, diabetic foot, renal insufficiency, and others. The patient is
the main responsible for the disease, for which, his/her experience and
background are relevant; however, such task is detailed and complex,
controls are rigorous and based on an electronic sheet that contains glucose-
meter values, not always fully and efficiently meets all needs. Technologic
advances in viewing systems have promoted development of high quality
screens, such as color TFT, and nowadays are used in electronic equipment.
In the current work contains development of innovating biomedical equipment
to monitor and control of diabetes based on TFT technology, which is the last
one in the world’s market. Main parameters acting in the disease were
analyzed technologist, in order to determine the main variables to be
evaluated, affectations of the organism, due to lack of information on the
management of the disease and the absence of a tool that decreases such
failures, electronic components to be used in the development of the
equipment that fully match between hardware, software and the application.
Taking into account complexity of the screen and the use of additional
components, it was taken as a base, and the feasibility of getting them in the
local market and using a Mecatronic-design technology based on prototype
model that allowed design, construction and optimum implementation of the
equipment. No doubt, it is an alternative to better face challenges for the
control of diabetes. Additionally the project is an adjuvant to reach State’s
goals in health, and specifically life quality in respect to nutrition and exercise
of Ecuadorian inhabitants. Finally, the equipment that complies with
objectives proposed on reliability and precision was developed.
1. INTRODUCCIÓN
1
La diabetes está agrupada en dos categorías: La mellitus tipo 1 y la mellitus
tipo 2. La primera también conocida como diabetes insulinodependiente o de
desencadenamiento juvenil, que generalmente aparece antes de los 30 años
de edad. Ésta es causada por una falla en el sistema inmunológico, que
conlleva a una deficiencia absoluta de insulina por falta de las células β
conocidas como Islotes de Langerhans, estas células fabrican insulina, una
hormona esencial para la distribución de la glucosa (azúcar sanguínea) a las
células de todo el organismo, para que se pueda convertir en energía; al
tener los Islotes dañados o destruidos, el azúcar sanguíneo aumenta
peligrosamente a niveles elevados y, como resultado, daña el tejido en la
totalidad del cuerpo. Las personas con diabetes tipo 1 requieren inyecciones
diarias de insulina.
La diabetes más común es la mellitus tipo 2 o no insulinodependiente, ataca
con más frecuencia a adultos obesos, por razones aún desconocidas, en
éste caso las células del organismo se vuelven menos receptivas a la
insulina. Las personas con diabetes tipo 2 generalmente no requieren
inyecciones de insulina; de hecho, muchas veces pueden controlar la
enfermedad por medio de un programa de ejercicios, control del peso
corporal y la modificación de la dieta, que también puede beneficiar a los
pacientes del tipo 1.
Para el año 2000, se estimó que alrededor de 171 millones de personas eran
diabéticas en el mundo y que llegarán a 370 millones en 2030. Este
padecimiento causa diversas complicaciones, dañando frecuentemente
ojos, riñones, nervios sanguíneos. Sus complicaciones agudas
(hipoglucemia, cetoacidosis, coma hiperosmolar no cetósico) son
consecuencia de un control inadecuado de la enfermedad, mientras sus
complicaciones crónicas (cardiovasculares, nefropatías, retinopatías,
neuropatías y daños microvasculares) son consecuencia del progreso de la
enfermedad.
Según datos de la OMS, es una de las 10 principales causas de muerte en el
mundo.
2
Según datos del Instituto Nacional de Estadísticas y Censos (INEC), la
diabetes es la primera causa de muerte general del país (2011).
De lo mencionado anteriormente se entiende que la enfermedad puede ser
tratada en base a una dieta y ejercicio, y esto podría ayudará a mejorar la
calidad de vida del paciente.
La dieta y el ejercicio son la base fundamental del plan terapéutico y, en
algunos casos, la única intervención necesaria. Los objetivos de la
alimentación del diabético son: proporcionar un buen estado nutricional y
contribuir a tratar las complicaciones, tanto agudas como crónicas. Una
alimentación correcta conseguirá el objetivo de ayudar a alcanzar la
normalidad bioquímica (glucemia y lípidos plasmáticos), minimizar las
fluctuaciones de glucemias postprandiales, conseguir el normopeso.
De esta forma por medio del control de la alimentación del paciente se
puede evitar o disminuir los efectos de esta enfermedad, para ello se plantea
la creación de esta aplicación, la cual permitirá monitorear la cantidad de
alimentos que se va a ingerir, y a su vez llevar un control de la enfermedad,
en base a los registros que el paciente ingresará a la aplicación.
OBJETIVOS
OBJETIVO GENERAL
Desarrollar un equipo biomédico con una aplicación en la cual el paciente
ingrese datos específicos como: peso, edad, glucosa, actividad física,
alimento a ingerir, y en una pantalla TFT se presente como resultado el valor
nutricional del alimento como: índice glucémico, peso del alimento, calorías.
3
OBJETIVOS ESPECÍFICOS
Analizar y realizar la integración de los elementos electrónicos
necesarios para el funcionamiento de la pantalla TFT.
Desarrollar el sistema de cálculo para analizar los datos
ingresados y mostrar los datos nutricionales de los alimentos.
Desarrollar una función donde el usuario pueda determinar la
cantidad de calorías quemadas según la actividad física.
Sistematizar el proceso del software que de origen a la aplicación
a ser mostrada en la pantalla TFT.
Construir e integrar los distintos elementos de hardware para el
funcionamiento del equipo.
El alcance final del presente estudio será el desarrollo de la aplicación y la
construcción del equipo, mismo que tendrá las siguientes características:
El equipo biomédico con la aplicación permitirá mostrar el peso del alimento
a ser ingerido, con el valor nutricional del mismo como: calorías,
carbohidratos, en función del peso del alimento no mayor a 3 Kg por
medición, para que el paciente monitoree la cantidad a ser ingerida según su
dieta, la forma de pesaje se realizará por medio de una balanza electrónica
(diseñada y acoplada para esta aplicación) que se encontrará conectada al
equipo.
La aplicación permitirá el ingreso de datos del paciente como son, edad,
peso, estatura, concentración de la glucosa en sangre (glucómetro), para
realizar el monitoreo del peso del paciente, niveles de glucosa y serán
mostrados en forma de texto o gráfico según sea el caso, los cuales servirán
para tener un control y monitoreo del comportamiento de los niveles de
glucosa y peso.
La aplicación mostrará la cantidad de calorías a ser ingeridas y la cantidad
de calorías desgastadas según la actividad física que se realice, por medio
de parámetros ya establecidos se calcularán estas calorías, de esta forma se
4
tendrá conocimiento de las calorías que han sido desgastadas,
contribuyendo al monitoreo.
El equipo contará con una base de datos de alimentos; como: frutas,
verduras, carnes, etc., ya que estos se encuentra en una enorme variedad
de tipos y subtipos, esta base de datos será limitada a aquellos alimentos
que más frecuentemente consumen los ecuatorianos, y dada su gran
diversidad será necesario limitarlos por tipo de alimento para la aplicación.
Esta aplicación almacenará los datos introducidos, el paciente podrá
catalogar si se está excediendo en la cantidad calorías ingeridas, basándose
en la dieta o estudios que su médico le ha recomendado.
Esta información será mostrada por medio de gráficas o texto en la pantalla
TFT de 7 pulgadas.
Con el proyecto se intenta coadyuvar a un adecuado proceso de monitoreo y
control de esta enfermedad, tanto así que en el Ecuador hay 700.000
diabéticos y apenas 100.000 han sido diagnosticados, ya que en muchos
casos esta enfermedad silenciosa, se nutre de los malos hábitos y de las
incorrecciones de la vida moderna, entre los factores que se combinan para
desencadenar esta enfermedad son: la obesidad, el sedentarismo, el estrés;
todos estos males del mundo actual acentuados por el ritmo de vida.
Esto hace que muchas personas tengan predisposición a la diabetes, por
causa del sedentarismo, y la mala alimentación. Pero es posible prevenirla
por medio de un estilo de vida saludable (diabetes tipo 2) o mantener
controlada la enfermedad mediante hábitos saludables (diabetes tipo 1).
De esta forma es posible prevenir o reducir los efectos dañinos de esta
enfermedad, mediante la prevención, atenuar sus efectos en caso de
poseerla o evitar posibles consecuencias relacionados con el estilo de vida.
El Dr. M. Ruíz, jefe del servicio de Diabetes del Hospital de Clínicas “José
de San Martin” en la ciudad de Buenos Aires, declaró en una entrevista lo
siguiente:
5
“El tratamiento de la diabetes se basa en cuatro pilares: un plan de
alimentación, la actividad física, la educación diabetológica, y si fuera
necesario, la medicación; esta última, únicamente en el caso de que la
práctica adecuada y fiel de los tres primeros no hubiera dado resultado”.
El Dr. Julio Libman, ex presidente de la Sociedad Argentina de Diabetes
declaró:
“En el tratamiento de la diabetes no insulinodependiente, los pilares son: la
educación diabetológica, cambios en el estilo de vida mediante la
implementación de plan alimentario racional y de un programa adecuado de
actividad física; todo orientado por el equipo de salud. La función clave del
paciente es, estar familiarizado con los elementos del plan alimentario,
efectuar el automonitoreo (control de la glucosa sanguínea) y tomar las
medidas adecuadas en caso de hiper o hipoglucemia importantes.
La dieta y el ejercicio son la base fundamental del plan terapéutico y, en
algunos casos, la única intervención necesaria. Los objetivos de la
alimentación del diabético son: proporcionar un buen estado nutricional y
contribuir a tratar las complicaciones, tanto agudas como crónicas. Una
alimentación correcta conseguirá el objetivo de ayudar a alcanzar la
normalidad bioquímica (glucemia y lípidos plasmáticos), minimizar las
fluctuaciones de glucemias postprandiales y conseguir el normopeso".
De esta forma por medio del control alimenticio del paciente se podría evitar
o disminuir los efectos de esta enfermedad, para ello se plantea la creación
de esta aplicación, la cual permitirá monitorear la cantidad de alimentos que
se va a ingerir, como también permitirá llevar un control de la enfermedad,
en base a los registros que el paciente ingresará a la aplicación y a futuro
ayudará a médicos especialistas a desarrollar nuevos tratamientos basados
en este tipo de información que será recopilada.
Con esta aplicación se va educando progresivamente al paciente sobre la
información de los alimentos que ingiere, el comportamiento de la glucosa
según el alimento que ha ingerido, desgaste de calorías según el tipo de
6
actividad física realizada, el comportamiento del peso en el transcurso del
tiempo hasta lograr alcanzar su normopeso.
2. MARCO TEÓRICO
7
El presente capítulo comprende la base teórica requerida para el desarrollo
del proyecto, entre lo cual se encuentra la introducción a la diabetes, el
ejercicio, alimentación y nutrición, normopeso y sus derivados, los elementos
tecnológicos aplicados para el desarrollo del trabajo práctico como: pantalla
TFT, microcontrolador, convertidor de señal.
2.1 HISTORIA DE LA DIABETES
La diabetes mellitus era ya conocida antes de la era cristiana. En el papiro
de Ebers descubierto en Egipto, correspondiente al siglo XV antes de cristo,
ya se describen síntomas que parecen corresponder a la diabetes. Fue
Areteo de Capadocia quien, en el siglo II de la era cristiana, le dio a esta
afectación el nombre de diabetes, que significa en griego sifón, refiriéndose
al signo más llamativo que es la eliminación exagerada de agua por el riñón,
expresando que el agua entraba y salía del organismo del diabético sin
fijarse en él. En el siglo II Galeno también se refirió a la diabetes. En los
siglos posteriores no se encuentran información en los escritos a esta
enfermedad hasta que, en el siglo XI, Avicena describe con clara precisión
este padecimiento en su famoso Canon de la Medicina.
Tras muchos años sin referencias de esta enfermedad fue Tomás Willis
quien, en 1679, hizo una descripción magnífica de la diabetes, quedando
desde entonces reconocida por su sintomatología como entidad clínica. Fue
él quien, refiriéndose al sabor dulce de la orina, le dio el nombre de diabetes
mellitus (sabor a miel). En 1775 Dopson identificó la presencia de glucosa en
la orina. La primera observación necrópsica en un diabético fue realizada por
Cawley y publicada en el “London Medical Journal” en 1788. Casi en la
misma época el inglés Rollo consiguió mejorías notables de pacientes con
esta enfermedad con un régimen rico en proteínas y grasas, limitando en
hidratos de carbono. Los primeros trabajos experimentales relacionados con
el metabolismo de los glúcidos fueron realizados por Claude Bernard quien
descubrió, en 1848, el glucógeno hepático y provocó la aparición de la
glucosa en la orina excitando los centros bulbares. En la segunda mitad del
8
siglo XIX el clínico francés Bouchardat señalo la importancia de la obesidad
y de la vida sedentaria en el origen de la diabetes y marco las normas para
el tratamiento dietético, basándola en la restricción de los glúcidos y el bajo
valor calórico de la dieta. Los trabajos clínicos y anatomopatológicos
adquirieron gran importancia a fines del siglo pasado, en manos de Frerichs,
Cantania, Naunyn, Lanceraux, entre otros. Y culminaron con las
experiencias de pancreatectomía, en el perro, realizadas por Mering y
Minkowski en 1889. La búsqueda de la presunta hormona producida por las
células descritas en el páncreas, en 1869 por Langerhans, se inició de
inmediato. Hedon, Gley, Laguesse y Sabolev estuvieron muy cerca del
ansiado triunfo, pero éste correspondió, en 1921, a los jóvenes canadienses
Banting y Best, quienes consiguieron aislar la insulina y demostrar su efecto
hipoglucemiante. Este descubrimiento significó una de las más grandes
conquistas médicas del siglo XX, porque transformó el porvenir y la vida de
los diabéticos y abrió amplios horizontes en el campo experimental y
biológico para el estudio de la diabetes y del metabolismo de los glúcidos.
(Turnes, 2007)
2.2 GENERALIDADES DE LA DIABETES
La mayor fuente de energía que ingresa al cuerpo humano proviene de un
hidrato de carbono en particular, la glucosa. Para su correcto uso en el
organismo, existe la insulina, una hormona secretada por el páncreas que,
además de retirar de circulación los excedentes de la glucosa, se encarga de
facilitar su entrada a las células de hígado y los músculos donde se deposita
en forma de glucógeno, y de que penetre a las células adiposas para
almacenarse como grasa. De esta manera, el cuerpo reserva energía.
El glucógeno es un polisacárido formado por moléculas de glucosa unidas
entre sí de una forma especial que confiere a la molécula una estructura
arbórea, que permite acumular millones de moléculas de glucosa.
El glucógeno se sintetiza y almacena en los tejidos hepático y muscular, los
niveles pueden variar notablemente en ambos tejidos, como consecuencia
9
de la alimentación y los estímulos hormonales. En el hígado su misión es
mantener la glucemia, y alcanzar una concentración de 70 mg/g de tejido,
superior a la del músculo, 15 mg/g de tejido, dónde se utiliza para la
obtención de energía durante la contracción muscular.
2.2.1 DEFINICIÓN DE DIABETES
Según la OMS, la diabetes mellitus “es un estado de hiperglucemia crónica
producida por diversos factores; genéticos, alimenticios, etc. La hormona
insulina secretada por las células Beta del páncreas es el principal regulador
de la concentración de azúcar en la sangre. Cuando esta hormona no se
produce eficientemente la concentración de azúcar se incrementa”.
La diabetes es una enfermedad metabólica que se caracteriza por elevados
niveles de glucosa en la sangre, seguida por una alteración absoluta de la
secreción de insulina y/o a una alteración de la acción de dicha hormona en
los tejidos insulino dependientes. La hiperglucemia crónica se acompaña de
modificaciones del metabolismo de carbohidratos, lípidos y proteínas
(Murrillo, Fernández, & Tuneu, 2010).
2.2.2 TIPOS DE DIABETES
EN 1979, la ” National Diabetes Data Group” (NDDG) constituido por un
grupo de expertos de la Asociación Americana de Diabetes clasificó la
enfermedad en dos grandes grupos Diabetes tipo 1 o insulino dependiente y
Diabetes tipo 2 o no insulino dependiente. Esta clasificación fue aceptada
por el Comité de Expertos en Diabetes de la OMS. Pero en 1997, los
estudios y el consiguiente avance en el conocimiento de la enfermedad
llevaron al NDDG a volver a recalificar la enfermedad.
La clasificación actual está definida en 4 grupos, Diabetes tipo 1 o insulino
dependiente, Diabetes tipo 2 o no insulino dependiente, Diabetes gestacional
y otros tipos de diabetes.
10
2.2.2.1 DIABETES TIPO I O INSULINO DEPENDIENTE
Pude presentarse a cualquier edad, pero generalmente se inicia en la
infancia, la adolescencia o la juventud. En ella, las células beta del páncreas
ya no producen insulina porque el sistema inmunológico del cuerpo las ha
atacado y destruido. El tratamiento para este tipo de diabetes se realiza
aplicando inyecciones de insulina, y seleccionando muy bien la comida,
realizando ejercicio con regularidad, y controlando la tensión arterial y
colesterol.
2.2.2.2 DIABETES TIPO II O NO INSULINO DEPENDIENTES
Se presenta en la edad adulta, aunque puede aparecer en la niñez. Este tipo
de diabetes presenta una resistencia a la insulina, en la cual las células
adiposas (células de grasa), musculares, y hepáticas no utilizan la insulina
adecuadamente. Al principio, el páncreas produce más insulina. Con el
tiempo, sin embargo, pierde la capacidad de secretar suficiente insulina
como respuesta a las comidas. Esta diabetes es más dócil debido a que
puede ser controlada con medicamentos, con un programa de ejercicios y
con una dieta balanceada que restringen la producción de glucosa a niveles
manejables, ya que todavía existe una ligera producción de insulina por
parte del páncreas. Salvo en situaciones muy críticas se hace uso de dosis
de insulina y una vez alcanzado los niveles adecuados de glucosa, se
puede prescindir de ella.
2.2.2.3 DIABETES GESTACIONAL
Se presenta en algunas mujeres durante el embarazo. Este tipo de diabetes
se produce por una intolerancia a la glucosa durante el embarazo con
niveles superiores a 150 mg/dL (miligramos/decilitro). Los niveles de glucosa
en la sangre retornan a la normalidad después del parto, razón por la cual es
llamada también diabetes transitoria. Una mujer que haya presentado este
11
tipo de diabetes, debe acatar medidas de prevención, de lo contrario es muy
probable que en los próximos años desarrolle totalmente una diabetes tipo II.
(Puebla, 2007)
2.2.2.4 OTROS TIPOS DE DIABETES
Entre los distintos tipo de diabetes se tienen por presentan por varias
causas, entre estos se tiene:
Defectos genéticos en las células beta: llamada Diabetes de tipo maduro de
inicio en jóvenes, se caracteriza porque se produce una disminución de la
secreción de la insulina, sin que esto tenga mucha repercusión en su efecto
fisiológico.
Defectos genéticos en la acción de la insulina: producida por mutaciones en
el gen receptor de la insulina.
Entre otras enfermedades las cuales producen o pueden ser causantes de
diabetes se tiene: endocrinopatías, por fármacos, substancias químicas o
síndromes genéticos que se pueden asociar a la diabetes.
2.2.3 HIPERGLUCEMIA
La hiperglucemia se genera como consecuencia del aumento máximo de la
gluconeogénesis hepática producida por el glucagón, así como por la
disminución de la utilización periférica de la glucosa. La hiperglucemia
provoca una diuresis osmótica que produce la pérdida de líquidos, dando
lugar a la deshidratación del paciente.
2.2.4 HIPOGLUCEMIA
Se considera hipoglucemia a valores menores de 70 mg/dL. La hipoglucemia
suele ser sintomática a partir de 40 mg/dL, y por debajo de 20 mg/dL se
suele asociar a desmayos y probablemente coma. (Murrillo, Fernández, &
Tuneu, 2010).
12
2.2.5 COMPLICACIONES DE LA DIABETES
Los problemas cardiovasculares e infartos de miocardio son las
complicaciones que con mayor prevalencia padecen los pacientes
diabéticos. Son varios los factores de riesgo relacionados con los problemas
cardiovasculares que hay que tener muy en cuenta en pacientes diabéticos
como: hiperglucemia, dislipemias, sobrepeso y obesidad, hipertensión
arterial, estrés oxidativo y problemas de coagulación.
Entre los posibles problemas y enfermedades en las que la diabetes está
ligada fuertemente se pueden nombrar las siguientes:
Insuficiencia renal.
Daño de los pequeños vasos sanguíneos (macroangiopatía).
Daño de los nervios periféricos (polineuropatía).
Pie diabético: heridas difícilmente curables y mala irrigación
sanguínea de los pies.
Daño de la retina (retinopatía diabética).
Daño renal (nefropatía).
Hígado graso o Hepatitis graso (Esteatosis hepática).
Daño de los vasos sanguíneos grandes (macroangiopatía): trastorno
de las grandes venas.
2.2.6 DIABETES EN EL ECUADOR
La diabetes es actualmente la primera causa de muerte en el Ecuador, al
mismo tiempo, el sobrepeso y la obesidad entre los ecuatorianos han llegado
a niveles alarmantes, Según datos publicados por el Ministerio de Salud, en
noviembre del 2013, hasta el 2011 se registraron 4455 defunciones por
diabetes, 4381 por hipertensión, y 3930 por enfermedades cerebro
vasculares, según la información del Instituto Nacional de Estadísticas y
Censos (INEC).
En el 2013 se registraron 63.104 defunciones generales, las principales
causas de muerte son la diabetes mellitus con 4695, según la información
13
del Anuario de Nacimientos y Defunciones publicado por el Instituto Nacional
de Estadísticas y Censos. (Telégrafo, 2011)
Según otros datos en el Ecuador hay alrededor de 500 mil personas que
sufren de diabetes, pero apenas 100 mil reciben tratamiento adecuado.
El Ministerio de Salud Pública frente a esta situación, realiza un seguimiento
y evaluación de pacientes diabéticos, a través de la implementación de clubs
de diabéticos, que cuenta con médicos, enfermeras y nutricionistas que
brindan atención integral.
El estado Ecuatoriano ha establecido la obligatoriedad de que los productos
alimenticios tengan codificación de colores (semáforo) para indicar los
niveles de azúcar, sal y grasa, las empresas están obligadas a etiquetar sus
productos hasta el 28 de noviembre del 2014. Se realizan campañas para
promover una mejor alimentación y actividad física deportiva que tiendan a
mantener y mejorar la salud.
2.3 NUTRICIÓN Y ALIMENTACIÓN
Los hábitos alimenticios de una población constituyen un factor determinante
de su estado de salud. Los hábitos inadecuados se relacionan con
numerosas enfermedades de elevada prevalencia y mortalidad, como son
las enfermedades cardiovasculares, la obesidad y la diabetes mellitus. Estas
enfermedades crónicas son la principal causa de muerte en el mundo.
La evidencia que relaciona la dieta con la aparición de este tipo de
patologías se ha incrementado en forma exponencial y, si bien los hallazgos
han sido a veces contradictorios, el mejor conocimiento de su fisiopatología
de dichas enfermedades, junto con la realización de estudios
epidemiológicos ha facilitado el conocimiento, pero todavía existen vacíos.
En este sentido, se han estudiado los cambios en la calidad y cantidad de la
grasa, sin embargo el papel que desempeña los hidratos de carbono (HC o
carbohidratos) son menos conocido.
Debido al hecho que los HC constituyen en general el principal componente
de la dieta, existe controversia acerca de cuáles deben ser recomendados
14
para el consumo. Los HC difieren en su habilidad para influir en la respuesta
metabólica a corto y largo plazo, ya que influye en la glucemia posprandial y
en la secreción de la insulina. Una forma de evaluar los HC podría ser
clasificar los alimentos y los patrones dietéticos según su índice glucémico
(IG) y su carga glucémica (CG). (Meneses, 2011)
2.3.1 GLUCOSA POSPRANDIAL
Se denomina glucemia posprandial a la detección de los niveles de azúcar
en la sangre después de la comida. La cantidad, el tipo y la velocidad con la
que se digieren los HC son los determinantes primarios que influyen en la
glucosa posprandial y la respuesta insulínica. (Merino, y otros, 2007)
2.3.2 ÍNDICE GLUCÉMICO
EN 1997, la OMS y la FAO revisaron la evidencia disponible sobre la
importancia de los HC en la nutrición humana y en la salud. El comité aprobó
el uso de IG para clasificar a los alimentos ricos en HC y recomienda que
dichos valores sean usados junto con la información de la composición de
los alimentos.
El IG es, por tanto, un parámetro que permite clasificar a los alimentos en
función de su capacidad para incrementar la glucemia. Esta escala compara
los HC gramo en alimentos individuales, proporcionando un índice numérico
(entre 0 y 100). Estos están agrupados en 3 categorías: IG alto ≥ 70,
intermedio 56-69, IG bajo de 0-55. Los alimentos con un alto IG se digieren y
absorben rápidamente y dan lugar a fluctuaciones marcadas en los niveles
de glucosa sanguínea. Los alimentos con bajo IG son digeridos y absorbidos
lentamente, produciendo un aumento gradual de la glucosa sanguínea y del
nivel de insulina. Entonces, cuanto menor sea el IG, menor será el efecto del
alimento sobre los niveles posprandiales de glucosa.
Un grupo de investigadores de la Universidad de Harvard (1997), definieron
el concepto de CG. La carga glucémica (CG) de un alimento es un concepto
15
matemático que corresponde al producto de su IG por la cantidad de HC,
dividido por 100. Representa la cantidad y calidad de los HC consumidos.
Los valores resultantes han sido categorizados en CG alta > 120, CG media
80-120 y CG baja < 80.
En el anexo 3 se observa la tabla de índices glucémicos de los principales
alimentos.
Ludwing desarrolló una pirámide de la alimentación basada en el IG. La base
(alimentos con bajo IG) la forman las verduras y frutas; el segundo escalón
la forman los lácteos bajos en grasa, proteínas sin grasa (pollo, pescado),
los frutos secos y las legumbres; el tercer escalón, los cereales no refinados
y la pasta; y el nivel más alto, son los cereales, las papas y los dulces.
2.3.3 ALIMENTACIÓN
La alimentación consiste en la obtención, preparación e ingestión de
alimentos. Por el contrario, la nutrición es el conjunto de procesos
fisiológicos mediante el cual los alimentos ingeridos se transforman y se
asimilan. Otro concepto vinculado a la alimentación, sin ser sinónimo, es la
dieta.
La calidad de la alimentación está en función de la información de su valor
nutritivo y de acuerdo a este se puede cambiar, modificar y decidir cuánto
consumir.
Hay que tener presente que, la alimentación de un paciente diabético deber
ser: equilibrada y variada es decir que incluya todos los nutrientes y grupos
de alimentos en las porciones adecuadas.
En la actualidad el tratamiento farmacológico han logrado que una persona
diabética, tenga un estado parecido al fisiológico.
2.3.3.1 VALOR NUTRICIONAL DE LOS ALIMENTOS
El valor nutritivo de los alimentos viene dado por la cantidad de nutrientes
que aportan al organismo cuando son consumidos. Estos nutrientes pueden
16
ser lípidos, glúcidos, proteínas, vitaminas, minerales, etc. El valor nutritivo es
diferente en cada grupo de alimentos, algunos poseen más o menos
nutrientes que otros.
Los alimentos tienen diferentes funciones en el organismo como:
energéticos, reparadores, reguladores.
Los energéticos son aquellos que dan la energía necesaria para realizar las
distintas actividades y nos proporciona calor. El valor energético o valor
calórico de un alimento depende de la cantidad de energía que puede
proporcionar al quemarse en presencia de oxígeno. Este valor se mide en
calorías que es la cantidad de valor necesario para aumentar en un grado
Hay un tipo de alimento llamados reparadores, plásticos o constructores.
Son los que ayudan a crecer, reconstruir y reparar los tejidos dañados del
cuerpo. Los alimentos más importantes de este grupo son las proteínas que
se encuentran en las carnes, pescado, huevos, leche, frutos secos,
legumbres, cereales completos, etc.
Los reguladores contienen sustancias que el organismo utiliza para asimilar
correctamente los alimentos. Se considera que estos alimentos no aportan
calorías al organismo. En este grupo se encuentran las vitaminas A, C, D, E,
K y el complejo B que se encuentran en las verduras, hortalizas, frutas,
leche, huevos, pescado, etc.; también se incluyen los minerales como el
hierro, fósforo, calcio, zinc, yodo, etc., y el agua. (Meneses, 2011)
2.4 VALORACIÓN DEL ESTADO NUTRICIONAL
Las personas que padecen diabetes necesitan un correcto equilibrio de
todos los alimentos ya que un exceso de estos alimentos produciría un
aumento de azúcar en la sangre (hiperglucemia) o por el contrario una
alimentación deficiente produciría una hipoglucemia.
Los requerimientos nutricionales de cada persona diabética son distintos,
estos deben ser determinados por un nutricionista o un endocrinólogo, esto
va a variar de acuerdo a la edad, sexo, peso, actividad física, etc.
17
El estado nutricional refleja en cada momento, si la ingestión, absorción y
utilización de los nutrientes son adecuadas a las necesidades del organismo.
La evaluación del estado de nutrición debe formar parte del examen rutinario
de la persona sana y es una parte importante de la exploración clínica de un
paciente enfermo. Para que la valoración sea completa, se debe analizar la
situación clínica de la persona como también el proceso de la nutrición de
manera que se conozcan datos como: si la ingesta es adecuada, la
absorción, utilización de nutrientes y el estado nutricional. (Arcodia, 2005)
2.4.1 ANTROPOMETRÍA NUTRICIONAL
La evaluación clínica del estado nutricional pretende mediante técnicas
simples, obtener una aproximación de la composición corporal de un
individuo. La evaluación del estado nutricional incluye antropometría,
algunos parámetros bioquímicos, indicadores de independencia funcional y
actividad física, de igual forma se evalúan patrones de alimentación, ingesta
de energía y nutrientes. (Calvo, 2010)
2.4.1.1 MÉTODOS ANTROPOMÉTRICOS
La exploración antropométrica parte de un conjunto de mediciones
corporales que permite conocer los diferentes niveles y grado de nutrición de
un individuo. La antropometría tiene como ventajas la sencillez en la
selección de los datos y su reproducción. Por ello, la evaluación de la
composición corporal se ha convertido en un procedimiento importante en
las valoraciones nutricionales.
Las mediciones antropométricas más comunes son: peso, talla, pliegues
tricipital, circunferencia de brazo, cintura, cadera y diámetro de muñecas y
rodilla. Se usa algunas de estas combinaciones de estas variables, para
obtener un cuadro general del estado nutricional de los pacientes. Una de
las combinaciones de variables antropométricas de uso generalizado es el
índice de Quetelet o índice de masa corporal (IMC), esta ayuda a estudios
18
nutricionales y epidemiológicos como indicadores de composición corporal y
para evaluar tendencias en estado nutricional. (Calvo, 2010)
2.4.1.2 PESO Y TALLA
El peso y la talla han sido las mediciones más comúnmente utilizadas, estos
son buenos indicadores del estado nutritivo global. El peso es un indicador
necesario pero no suficiente para medir la composición corporal; sin
embargo, la comparación del peso actual con pesos previos permite estimar
la trayectoria del peso, estableciendo puntos de corte adecuados. (Calvo,
2010)
2.4.1.3 IMC
El Índice de masa corporal (IMC) o (índice de Quételet, de Kaup o BMI [Body
Mass Índe. es un indicador notable y de gran utilidad en la evaluación
antropométrica del estado nutricional. Se obtiene, mediante el cociente del
peso (en Kg) por la talla al cuadrado ( ). Sin duda, tiene un claro
antecedente en las teorías formativo-descriptivas de Quetelet (considerado
el primer antropometrista), hacia 1883. El cambio de nombre se produce en
1953, debido a las publicaciones de Keys y Brozek.
El IMC constituye actualmente el método de referencia como parámetro de
obesidad.
Fórmula de Quetelet para calcular el IMC de una persona mostrado en la
fórmula 2.1
metrosTalla
KgPesoIMC
2
[2.1]
Dónde:
IMC: índice de masa corporal Peso: peso del sujeto en Kilogramos Talla: estatura del sujeto en metros
19
2.4.1.4 CLASIFICACIÓN DEL IMC
La OMS y la Sociedad Española para el Estudio de la Obesidad (SEEDO)
considera valores normales para el IMC los comprometidos entre 18,5 y
24,9. Se clasifica como obesas las personas con un IMC ≥ 30. La SEEDO
considera como sobrepeso los valores del IMC > 25 y también considera un
intervalo de riesgo para los valores entre 27 y 29,9.La clasificación de la
obesidad para los distintos valores de IMC según OMS. (Puebla, 2007)
Tabla 2.1 Clasificación de IMC según OMS
CLASIFICACIÓN IMC
Normal o normopeso 18.5 – 24.9
Sobrepeso o preobesidad 25 – 29.9
Obesidad 30 – 34.9
Obesidad grave 35 – 39.9
Obesidad mórbida ≥ 40
2.4.2 REQUERIMIENTO NUTRICIONAL DE UNA PERSONA
Las calorías que contienen los alimentos, aportan al cuerpo humano la
energía necesaria y son el combustible que necesita para llevar a cabo todas
sus funciones y a la vez, conservar su temperatura corporal.
Una CALORÍA es una medida de calor y físicamente consiste en la cantidad
de calor necesaria para elevar en un grado centígrado, a un gramo de agua.
Una kilocaloría (Kcal) es la cantidad de calor necesaria para elevar un
kilogramo de agua en un grado centígrado y es igual a 4.184 kilojoules
Carbohidratos: proporcionan 4 Kcal por gramo
Proteína: proporcionan 4 Kcal por gramo
Grasa: proporciona 9 Kcal por gramo
Para poder establecer el aporte calórico en una dieta se debe determinar
previamente el estado nutricional mediante el cálculo del índice de masa
20
corporal. El GEDAPS propone que para calcular las necesidades calóricas
se puede utilizar, en lugar del peso ideal, el peso máximo aceptable de cada
persona.
En la mujer: peso máximo aceptable = 25 x (talla en metros cuadrados).
En el varón: peso máximo aceptable = 27 x (talla en metros cuadrados).
El aporte calórico debe ser suficiente para mantener el peso en sus valores
normales, su determinación será individualizada para una mejor intervención
con el principal objetivo de mantener y/o recuperar el peso de una persona.
Conocer la tasa metabólica basal (TMB) es la clave para saber la cantidad
de calorías que se debe consumir al día. La TMB es la cantidad mínima de
calorías que el cuerpo necesita a diario para realizar sus funciones básicas
(por ejemplo, respirar, dormir, mantener el corazón latiendo o regular su
temperatura interna).
La ecuación de Harris Benedict es utilizada para estimar el metabolismo
basal de un apersona en función de su peso corporal, estatura y edad, es
manejada en conjunto con factores de actividad física, para calcular la
recomendación de consumo diario de calorías.
La fórmula de Harris Benedict fue publicada en 1918, y revisada por Roza y
Shigal en 1984, posteriormente fue estudiada por Mifflin y St Jeor en 1990 y
es la que se utiliza en la actualidad.
Fórmula de Harris Benedict para hombres
TMB= (10 x peso en Kg) + (6,25 x altura en cm) – (5 x edad en años) + 5
Fórmula de Harris Benedict para mujeres
TMB= (10 x peso en Kg) + (6,25 x altura en cm) – (5 x edad en años) – 161
Para el cálculo de la ingesta diaria de calorías recomendada según el
principio de Harris Benedict para mantener su peso actual y realizando una
determina actividad física es necesario multiplicar la TMB por una constante
que varía según la intensidad del ejercicio realizado. (wikipedia, Ecuación de
Harris Benedict, 2014)
21
Poco o ningún ejercicio; Calorías diarias necesarias = TMB x 1,2
Ejercicio ligero; Calorías diarias necesarias = TMB x 1,375
Ejercicio moderado; Calorías diarias necesarias = TMB x 1,55
Ejercicio fuerte; Calorías diarias necesarias = TMB x 1,725
Ejercicio muy fuerte; Calorías diarias necesarias = TMB x 1,9
2.5 IMPORTANCIA DEL NORMOPESO
De acuerdo a la primera ley de la termodinámica, la obesidad es el resultado
del desequilibrio entre el consumo y el aporte de energía. La energía que el
organismo utiliza proviene de tres fuentes: carbohidratos, proteínas y grasas.
La capacidad de almacenar carbohidratos en forma de glucógeno, igual que
las proteínas es limitada. Solo los depósitos de grasa se pueden expandir
con facilidad para dar lugar a niveles de almacenamiento superiores a las
necesidades. Los alimentos que no se consumen como energía almacenada
se trasforma en grasa y, por lo tanto, es la grasa la principal fuente de
almacén y origen a la obesidad. Todo exceso de energía introducida produce
modificaciones orgánicas transformándose en energía química almacenada
en el tejido graso. Un ingreso energético mayor que el gasto o consumo
energético total, inevitablemente causará un aumento del tejido adiposo.
Éste último siempre será acompañado del incremento de grasa, así como
también el peso corporal.
La obesidad va ligada a un aumento en la resistencia periférica de insulina,
por lo cual el objetivo primordial de los diabéticos con obesidad es la
reducción del peso. El restablecimiento del peso adecuado en obesos
diabéticos recupera en muchos casos el nivel glicémico, por mejor tolerancia
a la glucosa, consecuencia de una menor resistencia a la insulina.
Para disminuir la obesidad es necesario que el balance energético diario sea
negativo, lo que implica disminuir la ingesta calórica y/o aumentar el gasto
de calorías a través del incremento de actividad física.
22
2.6 ACTIVIDAD FÍSICA
Fue definida por Caspersen en 1985 como “cualquier movimiento corporal
producido por los músculos esqueléticos que resulta en gasto energético “.
El ejercicio regular es particularmente importante para las personas
diabéticas, porque ayuda a controlar la glucemia, a perder peso y controlar la
hipertensión arterial. Los diabéticos que hacen ejercicio tienen menor
probabilidad de experimentar un ataque cardíaco o un accidente cerebro
vascular, que los que no lo realizan con regularidad. (Núñez, 2011)
Es importante tener algunas consideraciones al realizar un régimen de
ejercicio.
Verificar con su médico antes de empezar un nuevo programa de
ejercicios.
Utilizar un calzado correcto.
Escoger una actividad física apropiada para su actual nivel físico.
Hacer ejercicio todos los días y a la misma hora, de ser preferible.
Controlar los niveles de glucemia antes y después de hacer ejercicio.
Tener cerca alimentos que contengan carbohidratos de rápida acción
durante el ejercicio.
Beber líquidos que no contengan azúcar antes, durante y después del
ejercicio.
2.6.1 INTENSIDAD DE UN EJERCICIO
Un MET equivale al número de calorías que el cuerpo consume mientras
está en reposo. A partir de este estado, se incrementa los METs en medida
que aumenta la intensidad de la actividad.
El tiempo necesario para gastar una cantidad de energía varía según el peso
del individuo y la intensidad con la que el ejercicio es realizado.
Una vez que se conoce el gasto de cada actividad se tiene que transformar
en gasto calórico (Kcal) mediante esta fórmula 2.2.
23
Gasto de calorías = (METs x 3.5 x Peso Kg / 200) x tiempo [2.2]
El ejercicio físico debe ser lo suficientemente exigente para conseguir subir
la frecuencia cardiaca máxima hasta un nivel que se encuentre entre el 55 y
70 % de frecuencia cardiaca máxima para esa persona mostrado en la
fórmula 2.3. (Fonteboa)
La frecuencia cardiaca máxima (FMC) = 220 – edad (latido/minuto) [2.3]
2.7 EDUCACIÓN DEL PACIENTE DIABÉTICO
El objetivo de la educación del paciente diabético es proporcionar al paciente
la información y adiestramiento necesario para responsabilizarse del control
de su enfermedad y favorecer su autonomía. Según muchos expertos en el
tema la educación diabetológica, es la base del tratamiento y la medida
terapéutica con mayor impacto en la reducción de comas diabéticos,
amputaciones y días de hospitalización.
2.7.1 AUTOMONITORIZACIÓN DE LA GLUCOSA
El objetivo del control glucémico en pacientes con diabetes incluye alcanzar
glucemias lo más próximas a la normalidad, siempre que no se provoquen
efectos no deseados que perjudiquen al paciente. La frecuencia de
automonitorización sigue sin estar completamente definida. La American
Diabetes Association (ADA, 2008) recomienda una frecuencia de tres o más
veces al día para pacientes con diabetes tipo 1 y embarazadas, pero en
pacientes con diabetes tipo 2 la frecuencia recomendada no se específica.
Por el contrario, se recomienda “las suficientes para alcanzar las metas
glucémicas deseadas”.
En el 2005 se propuso una serie de recomendaciones sobre la frecuencia
de automonitorización: al menos 3-4 veces al día para personas con
diabetes tipo 1 y 2 que siguen tratamiento intensivo. Para los pacientes sin
tratamiento al menos 2 veces al día si no alcanzan sus objetivos glucémicos,
24
al menos 1 vez al día si están dentro de los objetivos y al menos una vez a
la semana cuando no reciben tratamiento farmacológico.
2.8 INGENIERÍA BIOMÉDICA
La ingeniería biomédica es el resultado de la aplicación de los principios y
técnicas de la ingeniería al campo de la medicina. Se dedica
fundamentalmente al diseño y construcción de productos sanitarios y
tecnologías sanitarias tales como equipos médicos, prótesis, dispositivos
médicos, dispositivos de diagnóstico y de terapia. También interviene en la
gestión o administración de los recursos técnicos ligados a un sistema de
hospitales. Combina la experiencia de la ingeniería con las necesidades
médicas para obtener beneficios en el cuidado de la salud.
La tecnología sanitaria (o tecnología de la salud) es una amplia gama de
productos para el cuidado de la salud y que, en una u otra forma, se utiliza
para diagnosticar, vigilar o tratar cada enfermedad o condición que afecte a
los seres humanos. Estas innovadoras tecnologías (aplicación de la ciencia y
tecnología) están mejorando la calidad de la atención sanitaria administrada
y los resultados de los pacientes a través del diagnóstico precoz, con
opciones de tratamiento no invasivos, la reducción del tiempo en el hospital y
los periodos de rehabilitación. (Wikipedia, Ingeniería Biomédica, 2014)
“La tecnología de la salud es: Cualquier intervención que pueda ser utilizada
para promover la salud, a fin de prevenir, diagnosticar o tratar una
enfermedad o para la rehabilitación a la atención a largo plazo. Esto incluye
los productos farmacéuticos, productos sanitarios, procedimientos y
sistemas organizativos utilizados en la atención de la salud”.
Health technology
2.8.1 LA ELECTRÓNICA EN LA MEDICINA
Desde la aparición de la electrónica en la vida diaria, los ingenieros,
científicos han tratado de aplicarla en beneficio de la salud como también
25
para la investigación del cuerpo humano. El uso de equipos como:
desfibriladores y marcapasos son instrumentos eléctricos (electrónicos) para
diferentes tratamientos; los electrobisturís y los laser permiten cirugías con
menores riesgos y equipos como tomógrafos o ultrasonidos entregan datos
importantes para la detección de diferentes anomalías en el cuerpo humano.
Para la enfermedad de la diabetes también se cuenta con equipos e
insumos, los cuales a base de la ingeniería han sido de gran ayuda para
brindarle al paciente una mejor calidad de vida, plantilla para pie diabético, el
glucómetro, bomba de insulina, etc.
En la medicina se tiene una gran variedad de equipos médicos para tratar
distintas afectaciones del cuerpo humano, muchos de estos con algo en
común esta es la electrónica y una innumerable cantidad de elementos
electrónicos en su interior como: pantallas, microcontrolador, sensores, etc.,
que funcionando en conjunto hacen que estos dispositivos se conviertan en
equipos biomédicos.
2.8.2 MICRODISPLAYS
Los avances en diferentes tecnologías relacionadas con los proyectos de
video y aplicaciones Nera-to-eyes (NTE) han intensificado el interés en los
microdisplays. El término de microdisplays se utiliza para describir a los
displays compactos diseñados para ser utilizados con magnificación óptica,
distinguiéndolos de aquellos displays miniatura como pueden ser los
displays de relojes de pulsera.
Las aplicaciones de los microdisplays pueden separarse en dos campos. El
primero es el mercado comercial masivo, donde los displays son utilizados
en moduladores espaciales de luz de amplitud, como proyectos de video,
televisores y aplicaciones NTE. El segundo campo con menor demanda es
el campo científico, donde los microdisplays además de ser utilizados como
moduladores de amplitud, encuentran también su aplicación como
moduladores de fase comerciales. (Santos, 2011)
26
2.8.2.1 CARACTERÍSTICAS GENERALES
Las características principales de los microdisplays son:
Tamaño (Displays Size): Corresponde a las dimensiones totales del área
activa del display. Por lo general, se indican las dimensiones, alto, ancho del
display, en milímetros o, en otros casos, se indica la longitud diagonal del
display en pulgadas junto con la relación de aspecto.
Resolución espacial: Representa la cantidad de píxeles en alto y ancho del
display.
Tamaño del píxel: Indica el tamaño de cada uno de los píxeles. Salvo
algunas excepciones, los píxeles suelen ser cuadrados y su tamaño se
indica en un único valor. Actualmente el tamaño de los píxeles ronda los
10µm.
Factor de llenado (Fill Factor): Indica el porcentaje del área del píxel que
realmente logra la modulación del haz de luz.
2.8.2.2 TECNOLOGÍA ACTUAL
Durante las últimas décadas se produjo una gran actividad de ingeniería y
desarrollo de pantallas planas, con muchas tecnologías compitiendo en
diferentes aplicaciones. En la actualidad, la industria de las pantallas se ha
simplificado considerablemente, puesto que ésta tecnología está abarcando
casi todo el mercado mundial.
Existen diferentes tecnologías basadas en efectos electro-ópticos que
pueden ser utilizados para generar una imagen: Electroiluminación, OLED
Organic Light-Emitting Diode, Cristales líquidos, Espejos deformables, Micro-
espejos digitales (DMD), Tinta electrónica (E-ink). Los más utilizados para el
desarrollo de microdisplays son los Cristales Líquidos, DMD y OLED.
Entre todas ellas se destaca sin duda las de cristal líquido (LCD), la gran
diversidad de mezclas sintetizadas, alineamientos y métodos de fabricación
las ha dotado de velocidades de respuesta, contaste y gamas cromáticas de
calidad suficiente para acaparar sectores importantes del mercado, sin
27
desmerecer a las otras mencionados. La evolución de los LCD ha sido
espectacular han dominado sucesivamente los mercados de las pantallas
portátiles, de monitores de ordenadores de sobremesa y, recientemente, las
pantallas de TV de gran área, en directa competencia de con las pantallas
de plasma, hasta el punto que ésta última tecnología podría quedar relegada
a un segundo plano en pocos años.
En los últimos años, la mayor parte de los proyectos aprobados para
desarrollo de investigación se ha centrado en pantallas TFT (Thin Film
Transistor), para sectores concretos como el de las micropantallas y los
moduladores espaciales. (Merino, y otros, 2007).
2.8.2.3 DISPLAY DE CRISTAL LÍQUIDO
Una de las variantes más comunes de display son los microdisplays TN-
LCD, llamados así por sus siglas en inglés Twisted Nematic Liquid Cristal
Display. En estas pantallas el cristal líquido se encierra entre dos placas de
polímero pulido en una dirección particular. Estas placas llamadas placas de
alineación, establecen una dirección predefinida para las moléculas en
contacto con ellas, logrando que el eje de dirección de las moléculas se
alinee paralelamente con la dirección del pulido. Las dos placas de
alineación son pulidas en diferentes direcciones, usualmente ortogonales
entre sí. La alineación de las moléculas en contacto con las placas de
alineación y la tendencia de las moléculas a permanecer alineadas entre
ellas (por ser un cristal líquido nemático) son las dos propiedades que da
lugar a un cristal líquido donde el eje director va girando (twist) gradualmente
a lo largo del material.
La estructura de los displays TNLCD, es conocida como LCD de matriz
activa TFT (Thin Film Transistor), donde el cristal líquido es encerado entre
dos placas de vidrio, una de ellas posee una delgada lámina con un
transistor por píxel, construido por deposición química.
Las pantallas de cristal líquido se constituyen encerrando una fina capa de
material cristal líquido entre dos obleas de vidrio, en cuyas caras internas se
28
han depositado anteriormente electrodos transparentes para su
direccionamiento.
Cuando se trata de pantallas de alta resolución, esta ha de ser multiplexado.
El multiplexado puede ser pasivo, cuando los electrodos forman una matriz
simple de filas y columnas, o activo, cuando además de incluir una matriz
activa usualmente formada por transistores de capa delgada (TFT) cuyos
elementos, formados por un condensador de almacenamiento y un transistor
que regula la tensión aplicada, se encargan de mantener la transmisión de
cada píxel durante el tiempo de cuadro.
Las pantallas de cristal líquido se pueden dividir en dos categorías en
función de sus prestaciones: las pantallas de matriz activa (AMLCDs o TFT-
LCDs mostrado en la figura 2.1 y las de matriz pasiva. Las primeras emplean
un transistor de capa delgada por píxel, que se encarga de mantener la
tensión del píxel (información de nivel de gris) durante el tiempo del cuadro.
Las segundas han perdido mercado por sus bajas prestaciones en pantallas
de gama alta, estas pantallas utilizan una rejilla conductora que suministra
corriente a los cristales líquidos en la zona de destino.
Figura 2.1 Estructura de una pantalla TFT-LCD
Fuente: (Santos, 2011)
29
2.9 BALANZA ELECTRÓNICA
La balanza o báscula es un instrumento utilizado para conocer la masa de
un cuerpo, a través de la medición de la fuerza de gravedad que la tierra
ejerce sobre éste, es decir el peso. Realiza la medición basándose en las
leyes de la mecánica y funciona equilibrando dos fuerzas que pueden ser de
diferente naturaleza, siendo una de éstas es el peso.
No existe diferencia entre los términos balanza y báscula, sin embargo se
tiende a usar la expresión báscula para designar a una balanza de mayor
capacidad como son las balanzas para ganado o camiones.
La balanza puede clasificarse según su tipo de funcionamiento en balanzas
mecánicas y balanzas electrónicas. Casi en su totalidad las balanzas
electrónicas utilizan como sensor a la celda de carga de galgas
extensiométricas en diferentes disposiciones según la necesidad de
capacidad de la aplicación.
Sea cual fuera el mecanismo sensor de peso en una balanza electrónica, la
característica básica es que entrega una señal de voltaje o frecuencia que
debe ser acondicionada para su posterior visualización.
Los elementos de una balanza mostrado en la figura 2.2, estarán orientados
a soportar el peso para el que fue diseñado el equipo y a proporcionar el
rango de medición requerido en la aplicación, como elementos se tiene:
(Otero)
Bandeja de pesaje
Sensor de peso
Acondicionador de señal
Elemento de visualización
30
Figura 2.2 Balanza electrónica marca Carmy
Fuente: (http://www.elvolcan.cl/prodsel.php?cod=1246)
2.9.1 GALGA EXTENSIOMÉTRICA
Es un transductor pasivo que aplicada sobre un elemento flexible (celda de
carga), mide la presión o el esfuerzo a partir de la deformación producida por
la fuerza de compresión, tracción o flexión. La deformación provoca
variación de la longitud y el diámetro de la sección de la galga, por lo tanto,
de la resistencia eléctrica fórmula 2.4.
[2.4]
Dónde:
R: Resistencia
: Resistividad L: Longitud A: Área
2.9.2 CELDA DE CARGA
La celda de carga es el sensor de peso de la balanza, una celda de carga de
galga extensiométricas no es más que el transductor que nos provee de la
señal eléctrica en microvoltios, con respecto a la deformación que sufre la
superficie de la galga debido a la presión que se le aplica a la misma. En
31
figura 2.3 se muestra la fotografía de la galga extensiométrica con la celda
de carga.
Figura 2.3 Fotografía de la galga extensiométrica con la celda de carga
Fuente: (http://5hertz.com/tutoriales/?p=690)
2.9.3 ACONDICIONADOR DE SEÑAL
El voltaje diferencial del puente de Wheatstone conformado por la galga
extensiométrica en la celda de carga requiere ser amplificado con un
amplificador de instrumentación, ya que la señal es muy pequeña.
En general los amplificadores de instrumentación cuentan con una alta
relación de rechazo en modo común, impedancia de salida casi nula,
ganancia regulable y alta impedancia de entrada. Estas cualidades los hacen
apropiados para la amplificación de estas señales pequeñas.
La manera más conocida y clásica de implementar un amplificador de
instrumentación es con tres amplificadores; sin embargo, en el mercado
existen circuitos integrados como el AD620, pero no es la única opción,
existe en el mercado el módulo de pesaje HX711 que es un sensor de peso
amplificado, y consiste en un amplificador y un convertidor de precisión de
24 bits de análogo a digital, diseñado para aplicaciones de control industrial
para interconectarse con el sensor del puente (celda de carga). En la figura
32
2.4 se muestra el módulo HX711 en cual será tratado en los capítulos
posteriores.
Figura 2.4 Modulo de pesaje modelo HX711
Fuente: (http://imall.iteadstudio.com/hx711-dual-channel-weighing-sensor-
module.html)
2.10 MICROCONTROLADOR
Un microcontrolador es un Circuito Integrado con muy alta escala de
integración, cuenta con más de 10.000 transistores. Internamente contiene
una Unidad Central de Proceso (CPU, Central Processing Unit), memorias
para código, memorias para datos, temporizadores, fuentes de interrupción y
otros recursos necesarios para el desarrollo de aplicaciones, por lo general
con un propósito específico.
El microcontrolador mostrado en la figura 2.5 es un circuito integrado
programable capaz de ejecutar las órdenes grabadas en su memoria, el cual
está compuesto en su interior de varios bloque (Anexo IV, pág. 110) y cada
uno ejecuta una tarea específica , memorias EEPROM, RAM y ROM, líneas
de entrada y salida o llamados puertos. El nombre indica sus principales
características, micro por ser pequeño y controlador por utilizarlo para el
control de otros elementos como dispositivos electrónicos, mecánicos entre
otros, en los años 80 aproximadamente los fabricantes iniciaron la difusión
33
de un circuito integrado con aplicaciones de control, medición e
instrumentación, que fue llamado “microcomputador en un solo chip” o lo que
es conocido hoy en día por microcontrolador. (Contreras, Alaya, &
Valdivieso, 2013)
Figura 2.5 Microcontrolador ATMEGA AVR
Fuente: (http://www.kimaginations.com/product_cat.php?c=6&sc=59)
2.10.1 MICROCONTROLADOR AVR
Los AVR son una familia de los microcontroladores RISC (Reduced
Instruction Set Computer) de 32 bits, recientes en el mercado, estos
contienen herramientas internas que facilitan en software como hardware,
entre las herramientas que posee son: la comunicación de interfaces SPI,
I2C, UART, USB, 1WIRE, 2WIRE. Además están integrados con
conversores analógicos y digitales, RTC (reloj interno en tiempo real),
oscilador interno RC, memoria no volátil EEPROM.
La familia de microcontroladores AVR, pertenecientes al fabricante
estadounidense ATMEL cuenta con bastantes aficionados debido a su
diseño simple y facilidad de programación. Se los pueden dividir en los
siguientes grupos: AT90S obsoletos o en desuso son los AVR clásicos,
AT90CAN con controlador de bus CAN, AT90USB integrado con controlador
USB, ATtiny con 0.5 a 8 KB de memoria flash y encapsulado de 6 a 20
pines, ATmega con 4 a 256 KB de memoria y encapsulado de 28 a 100
pines, Atxmega procesador muy potente con 16 a 384 KB de memoria flash
34
programable, encapsulado de 44, 64 y 100 pines. Todos ellos se fabrican
con el mismo proceso y los mismos niveles de implantación, esto quiere
decir, que los dispositivos varían en densidad de memoria. (Wikipedia,
Microcontroladores AVR, 2013)
3. METODOLOGÍA
35
La metodología Mecatrónica es usada en proyectos donde intervienen
conjuntamente, la electrónica, la tecnología de computación, la ingeniería de
control y la mecánica, y se pueden establecer entre ellas muchas
interrelaciones de las áreas de ingeniería que la conforman, según las
necesidades en el desarrollo de un proyecto como se muestra en la figura
3.1. Haciendo referencia a los sistemas mecatrónicos y su metodología de
desarrollo expresada en el libro Mecatrónica de Bolton, se establece un
marco de referencia para el desarrollo del presente proyecto, donde; la galga
extensiométrica es el sensor el cual envía la medición a un convertidor de
señales, este a su vez se comunica con un microcontrolador el cual
producirá una lectura del peso en un visualizador, que será la pantalla de
cristal líquido TFT.
Figura 3.1 Áreas disciplinarias en la Mecatrónica
Fuente: (http://www.saberesyciencias.com.mx)
La Empresa National Instrument para el desarrollo de sus proyectos utiliza
una metodología mecatrónica en particular como se muestra en la figura 3.2,
esta puede servir como guía en desarrollo de un proyecto, siempre y cuando
se ajuste a las necesidades requeridas para el mismo. En el caso del
proyecto propuesto, ésta metodología no será usada, como primera
36
diferencia se tiene el prototipo virtual paso 3, que en este proyecto no es
posible desarrollarlo, porque no existen las herramientas necesarias de
software para virtualizarlo y simularlo. Otra de las diferencias es el prototipo
físico que es el paso número 4, se intercambiaría con el paso número dos,
seguido de la manufactura y la prueba de diseño del sistema y así
sucesivamente, estas variantes hacen que la metodología usada por la
National Instrument no sea de utilidad para el desarrollo del proyecto
propuesto.
Figura 3.2 Esquema de la Metodología Mecatrónica
Fuente: (Nationalinstrument, 2010)
El desarrollo de aplicaciones también está dentro del campo de la
mecatrónica, como una herramienta de interacción entre el usuario y la
máquina, siendo una herramienta de control destinada a realizar ciertas
tareas específicas, donde; están involucradas la parte del sistema de control
(software) y la parte física (hardware) esta última en muchos casos es solo
implementada y no desarrollada, es ideal para medir el alcance del producto.
La metodología usada normalmente en el desarrollo de la aplicaciones
(software) para proyectos, es la estructurada mostrada en la figura 3.3, en la
cual el hardware esta implementado completamente casi en su totalidad y la
aplicación depende directamente del desarrollo exclusivamente del software,
37
ésta metodología permite explicar detalladamente las diferentes etapas que
se desarrollaron en la aplicación basada en software, tiene un modelo de
desarrollo tipo cascada, la cual empieza con una visión general del problema
y desciende a niveles de abstracción más sencillos y en cada nivel se
definen el procesos y funciones especializadas permitiendo que el producto
evolucione a través de una secuencia de etapas ordenadas de forma lineal,
permitiendo interacciones al estado anterior, esta metodología se acerca
mucho para el desarrollo del proyecto, pero existe otra más que se ajusta
mucho mejor a lo que se requiere para el proyecto en cuestión.
Figura 3.3 Metodología estructurada con modelo en cascada para el desarrollo de software.
Fuente: (Sigwart)
Otro modelo que puede aplicarse a proyectos de software es el “modelo de
prototipado”, este permitiendo la construcción del prototipo para comprender
la factibilidad de implementar los elementos y aclara aspectos que aseguren
que el desarrollador, cliente y el usuario estén de acuerdo en lo que se
necesita para desarrollarlo, en este intervienen el desarrollo del hardware y
desarrollo de software.
38
A partir de esto se estructura el desarrollo del modelo del prototipo del
proyecto propuesto. De ésta forma se enfocó el desarrollo del proyecto
mecatrónico con la intervención de las áreas que la conforman figura 3.1,
usando como guía las etapas para la elaboración del modelo de prototipo
mostrado en la figura 3.4, para dar comienzo al sistema. Estas etapas fueron
enfocadas según las necesidades presentadas en función de lo propuesto
en el plan de proyecto y con la aplicación de los criterios de los círculos de
calidad fueron optimizadas para los requerimientos planteados.
Para el proyecto propuesto fue necesario el desarrollo del hardware
(prototipo) y posteriormente el desarrollo de la aplicación.
Figura 3.4 Etapas a seguir en el modelo de prototipo.
39
Además de la metodología que se utilizó, fue el estudio de documentos
médicos con respecto a la enfermedad (Murrillo, Fernández, & Tuneu, 2010),
y estudios de documentos técnicos de proyectos con la pantalla TFT, los que
ayudaron en la etapa inicial al desarrollo del proyecto propuesto.
3.1 INVESTIGACIÓN PRELIMINAR
Para el presente proyecto se requirió un análisis de los parámetros
específicos para determinar y valorar el estado nutricional de una persona, el
valor nutricional de los alimentos, calorías consumidas y calorías
desgastadas en función de su actividad y cuál fue la forma de presentar los
datos para el monitoreo del peso y glucosa. Todo esto fue orientado con
base a las posibles necesidades de las personas diabéticas, según
recomendaciones de médicos especialistas en el tema, cabe aclarar que
estas recomendaciones y datos fueron tomados de libros para el tratamiento
de la diabetes. Otro análisis muy importante fueron los materiales y equipos
disponibles en el mercado para el desarrollo del hardware. Para la
recolección de dicha información se aplicó la observación indirecta.
De manera contigua se requirió un estudio muy detallado del funcionamiento
de las pantallas TFT, sus limitaciones, características y programación de la
misma, facilidad de adquisición en el mercado y factibilidad de integración
con otros componentes, para esto se requirió una amplia observación de
campo y uso de la investigación de documentos en la red.
Una vez analizados esos estudios se requirió una metodología a seguir para
el desarrollo del proyecto propuesto, en ese caso se determinó que la más
adecuada que se ajusta al desarrollo realizado fue la del modelo de
prototipado.
40
3.1.1 DESARROLLO TECNOLÓGICO ACTUAL PARA EL TRATAMIENTO
DE LA DIABETES
En el mercado existen varias tecnologías para el seguimiento y control de la
enfermedad del paciente diabético, que han sido puestas a disposición del
mismo, algunos orientados para ser manejados por médicos y otros por
pacientes, entre las más recientes o usadas son: la bomba de insulina,
implantes subcutáneos para monitorización de la glucosa, Glucowatch,
glucómetro, etc.
Una de las tecnologías más destacadas en la telemedicina es el DIACRONO
que evolucionó en un sistema más complejo, denominado DIABTel que fue
diseñado para el cuidado del paciente diabético, el cual permitía la
telemonitorización de las variables como: dieta, terapia de insulina y
actividad física, finalmente el sistema evoluciono en el DIABTel Multiacceso
(2001), y este cuenta con un asistente personal en una PDA (personal digital
asistant), un glucómetro con un módem para enviar datos desde cualquier
teléfono fijo y diferentes modos de acceso para teléfonos móviles para enviar
y consultar datos, todos los datos son enviados a una PC que es
monitoreada por el médico.
La información acerca del sistema (DIABTel) no se encuentra con mucha
facilidad (búsqueda en la red) y con mayor dificultad encontrar el dispositivo
físico en el país, el precio de estos productos no se especifican, uno de los
más comunes es el glucómetro que sí se lo encuentra en el país, varía entre
100 y 150 dólares, del resto no se puedo encontrar datos referenciales y su
información es muy escasa.
3.1.2 INTERGRACIÓN DE LA TECNOLOGÍA TFT
Para el presente proyecto se planteó el uso de tecnología TFT (pantalla de
cristal líquido) expuesta en el marco teórico, por esta razón la generación de
posibles soluciones estuvo siempre en función de esta pantalla, para todos
los elementos que fueron usados en el desarrollo y funcionamiento de la
41
misma, para lograr los objetivos planteados. Para ello se realizó un análisis
de las características de los mismos y su compatibilidad.
La arquitectura de integración en función de la pantalla se muestra en la
figura 3.5, se observa como los diferentes elementos que conforman el
sistema van integrándose, en el caso del microcontrolador se tiene también
una relación directa con el software, esta dependencia tuvo correlación con
las librerías del controlador de la pantalla (SSD1963) ya que su
funcionamiento depende de la factibilidad de encontrarlos y modificarlos.
Una vez que la pantalla, el microcontrolador y el software de librerías,
tuvieron la compatibilidad deseada, se seleccionaron las especificaciones y
características necesarias de cada elemento requerido para el desarrollo del
software (aplicación) y el hardware (equipo biomédico en prototipo).
Figura 3.5 Arquitectura de integración en función de la pantalla.
42
3.2 ESPECIFICACIÓN DE REQUERIMIENTOS DEL SISTEMA Y
PROTOTIPADO.
Una vez determinadas las variables específicas para los diferentes
parámetros de valoración, cálculo y presentación de la información, se
seleccionó los requerimientos técnicos de los materiales y equipos
adecuados que dieron comienzo al sistema, en función de los objetivos
planteados, el alcance propuesto y siempre tomando en cuenta las
limitaciones de los mismos.
A continuación se detallará las especificaciones técnicas de los equipos y se
realizará una analogía entre ellas para fortalecer la decisión de cada
elemento.
3.2.1 REQUERIMIENTOS DEL HARDWARE
Los materiales de mayor relevancia para el desarrollo físico del sistema
cómo la apantalla de cristal líquido TFT a color, constituida por un sistema
embebido, que en su interior consta del controlador SSD1963 para su
funcionamiento, este como uno de los principales componentes de la
pantalla. La balanza como dispositivo sensor que permite determinar el
peso de los alimentos, constituida en su interior con una galga
extensiométrica. El cerebro (microcontrolador) donde se encuentra la
aplicación, cuya función es la de manejar los pines de control a la pantalla,
galga, etc., y con suficiente capacidad de almacenamiento (memoria flash)
que dé cabida a la aplicación completa.
3.2.1.1 CONTROLADOR (SSD1963) Y TFT
La SSD1963 (Solomon Systec) es un controlador inteligente para displays
LCD de alta resolución, se encarga de generar las señales necesarias para
el display TFT, la imagen a enviar al display se aloja en una RAM interna de
1,2 MB (1215 Kbytes). La interfaz de conexión entre el SSD1963 y el
43
procesador host, se puede elegir por medio de software entre el formato
Motorola 6800 utilizado en display alfanuméricos y el del Intel 8080 utilizado
en displays gráficos. El bus de datos externo puede utilizarse de 8 a 24 bits,
pero el display presenta una interfaz fija interna de comunicación de fábrica
de 8 o 16 bits. La configuración de este dispositivo es compleja, pero existe
información en la red que es de mucha ayuda, si se tiene conocimientos
avanzados de programación.
La primera diferencia entre el panel LCD estándar y un panel TFT, es que
cada segmento en el panel tiene un transistor conectado directamente a ella,
lo que permite un número mucho mayor de segmentos sin pérdida de
calidad, esto permite la visualización de la información a todo color y cada
uno puede mostrar una gama de intensidades diferentes lo que no sucede
en la LCD estándar. (Santos, 2011)
Figura 3.6 Fotografía de parte posterior de la pantalla TFT con el controlador SSD1963
Fuente:(http://www.nyplatform.com/index.php?route=product/product&produc
t_id)
44
Una segunda diferencia es la interfaz, los LCD organizan los segmentos en
una matriz pasiva, requiriendo el suministro de voltaje de polarización con
múltiples pasos de voltaje para permitir la visualización de cada segmento,
La TFT utiliza arreglo de matriz pasiva pero con transistores de película fina,
estas con mejores prestaciones de iluminación, que se podría asemejar al
bus en paralelo con niveles de voltaje CMOS y mejor resolución de
imágenes de hasta 262.144 colores.
La TFT cuenta con un control dinámico de retroiluminación (DBC) LED de
ahorro de energía de luz de fondo, es una característica única del SSD 1961/
2/3 ofreciendo una solución equilibrada entre el ahorro de energía, calidad
de imagen y el costo del hardware.
En la tabla 3.1 se presenta las principales características de la pantalla TFT.
Tabla 3.1 Datos técnicos de la pantalla TFT
Modelo ITDB02-7
Tamaño del Display 7”
Resolución de Display 800 (RGB)x480
Interfaz del Display Paralelo 16 bits
Expansión SD Card Socket Touch Screen
Dimensiones del modulo 186x106x23 mm
Area Activa 154x91 mm
Separación de Pixeles 0,1905mmx0,1905 mm
Peso del modulo 270 gramos
Controlador SSD1963QL9
Interfaz Bus paralelo 16 bits
Color PCB Azul
Voltaje de alimentación 1.2 a 3.3 Voltios Max rango 4.6 V
Voltaje Retroiluminación 5 Voltios
Temperatura de operación Min -30 ºC Max 85 ºC
Optima 25ºC
Pines 40
La vida útil de la pantalla TFT está estimada en 4300 horas, esto quiere decir
que la pantalla podría trabajar durante 5 años seguidos ininterrumpidamente,
45
siempre que se cumplan las especificaciones de operación sugeridas por el
fabricante.
Figura 3.7 Distribución de pines de la pantalla TFT
(Datasheet, TFT)
3.2.1.2 MÓDULO DE PESAJE
Existen diferentes formas de diseñarlo, con un amplificador de
instrumentación o un sensor electrónico de peso, el primero a más de usar
un amplificador AD620, requiere de un hardware adicional a su salida, se
coloca un filtro RC para evitar el ruido, y adicionalmente es necesario
colocar un diodo zener para protección del microcontrolador. Con el sensor
electrónico de pesaje como el HX711, que consta de un C.I. análogo-digital
de 24 dígitos, alta integración, respuesta rápida, inmunidad de ruido, todo
46
esto más una interfaz directa de conexión al microcontrolador se puede
simplificar el diseño.
En la tabla 3.2 se observa las especificaciones más relevantes del módulo
de pesaje.
Tabla 3.2 Datos técnicos del módulo de pesaje
Módulo HX711
Error integral 0.05 %
Sensibilidad 1 0,1 (mv / v)
Salida en cero 0,1 (mv / v)
Voltaje de polarización 5 V
Rango de temperatura 10 – 15 ºC
Dimensiones 3.7cm x 2.1cm x 0,3cm
Corriente < 10 mA
Frecuencia de actualización 80 Hz
Peso 2.5 gramos
En la figura 3.8 se observa el diagrama interno de los elementos que
conforman el sensor de pesaje HX711
Figura 3.8 Diagrama interno del sensor de pesaje HX711
Fuente: (Datasheet Hx711)
47
3.2.1.3 REGULADOR DE VOLTAJE
El circuito integrado LM317 es uno de los reguladores de voltaje ajustables
usado tradicionalmente para obtener una tensión variable estabilizada, Este
CI con encapsulado simple de tres terminales, es capaz de suministrar hasta
1.5 amperios en un rango de voltaje de 1.2 hasta 37 voltios. Históricamente
el primer regulador en aparecer fue el LM117, luego apareció el LM137 con
salida negativa, estos con gran simplicidad de uso con característica
especial, este C.I. dispone de protección por limitación de corriente y exceso
de temperatura.
El mercado proporciona módulos completos que cuentan con la resistencia
ajustable y todos los componentes necesarios para funcionar como
regulador de voltaje, reduciendo al mínimo el uso de componentes externos
y simplificando el diseño de las fuentes de alimentación, conocidos como
Converter Adjustable Step down Power Supply (convertidor de fuente de
alimentación de bajada). Este permite regular el voltaje a partir de una fuente
de alimentación con un voltaje mayor, está basado en el regulador DC-DC
Step down LM2596 que es un C.I. monolítico usado para fuentes de
alimentación tipo buck (reductor de voltaje) y es capaz de conducir corrientes
de hasta 3 amperios.
El módulo convertidor LM2596s mostrado en la figura 3.9 es una fuente de
alimentación conmutada, está disponible con voltajes de salida ajustables,
su eficiencia es significativamente mayor en comparación con los
reguladores lineales de tres terminales, especialmente con tensiones de
entrada superiores.
48
Figura 3.9 Módulo convertidor de voltaje LM2596s mini
Fuente: (http://it.aliexpress.com/store/713769)
El LM2596s maneja una carga con una excelente regulación en línea y bajo
voltaje de rizado, modo de espera en baja potencia, apagado térmico.
En la tabla 3.3 se muestra las características del módulo convertidor
LM2596s mini
Tabla 3.3 Características de módulo LM2596s
Módulo LM2596s
Voltaje de entrada 3.2 – 40 V
Voltaje de salida 1.25 – 35 V ajustable
Corriente de salida 3A corriente nominal Max
Frecuencia de conmutación 150 KHz
Rizado de salida < 30 mV
Eficiencia 92 %( máximo V)
Temperatura de funcionamiento – 40 ºC hasta 85 ºC
Tamaño 22 x 17 x 4 mm
3.2.1.4 PROGRAMADOR DE MICROCONTROLADORES
Se tiene en el mercado una variedad de programadores para
microcontroladores uno de ellos es el AVRISP mkII de Atmel, este,
combinado con un compilador puede programar todos los Atmel AVR de 8
bits y nueva familia ATxMega por medio de ISP, PDI o TPI. En el Ecuador la
facilidad de encontrar estos programadores es escasa, ya que una vez
llegados al almacén son adquiridos rápidamente, pero existen clones de
49
estos programadores fabricados en el país que tienen las mismas funciones
del original. Una de las empresas dedicada a esto es ATR (Advantage
Technology RISC) distribuidora de ATMEL en Ecuador. Usado la misma
tecnología y componentes ya que en la red se encuentra el diagrama y el
software para su configuración, todo esto sin costo alguno.
El programador AVR mkII funciona con compiladores como AVR Studio 4
AVR Studio 5 y Atmel Studio 6, y también con otros compiladores como
Codevision AVR.
Características:
Atmel Estudio compatibles
Soporta todos los dispositivos Atmel AVR con ISP, PDI o interfaz TDI
Programación de memoria Flash y EEPROM
Actualizable para soporte de dispositivos futuros
Soporta los fusibles y programación de bloqueo
Velocidad de programación ISP ajustable (50Hz a 8MHz SCK
frecuencia )
Soporta rangos de voltaje de 1.8V a 5.5V
No requiere fuente de alimentación externa
Protección de interfaz Target
Protección contra cortocircuitos
Compatible con USB 2.0 (velocidad 12Mbps)
3.2.1.5 MICROCONTROLADOR
Como ya se mencionó anteriormente la TFT, el software y el
microcontrolador usado tiene una relación directa para el desarrollo del
proyecto, de esta forma se conoce que la pantalla TFT puede ser usada con
PIC, AVR, Arduino, ARM, STM32, todos con grandes prestaciones y
capacidades.
50
Cabe aclarar que Arduino no es un microcontrolador, es una placa de
desarrollo basada en un microcontrolador ATmega de Atmel.
El microcontrolador al ser en elemento muy importante en el desarrollo un
proyecto en sistemas embebidos es necesario conocer algunos puntos de
importancia.
Un microcontrolador a más de tener su arquitectura, posee ciertas
características como: su lenguaje de programación, el IDE (Ambiente
Integrado de Desarrollo) para la estructura del programa, la forma en que es
programada la memoria, el hardware necesario para realizar esta
programación, estas diferencia fueron tomadas en cuenta al momento de la
elección del microcontrolador. A más de estos, uno de los requerimientos
importantes al elegir el microcontrolador, es contar con las librerías de la
pantalla ya que cada familia tiene sus propias herramientas de
programación, lenguaje e IDE, depende del conocimiento del diseñador la
elección de uno u otro, y tomando en consideración la disponibilidad,
gratuidad o paga de las herramientas.
Figura 3.10 Microcontroladores
51
El detalle de pines del microcontrolador Atxmega D3 se muestra en la figura
3.11, con sus funciones extras de cada pin.
Figura 3.11 Diagrama de bloques y pines de salida y entrada
(Datasheet, Atmel)
3.2.2 REQUERIMIENTOS DE SOFTWARE
En esta sección se tratará sobre los programas o librerías necesarias para la
utilización de los diferentes elementos que conformaron el sistema.
52
La necesidad de un software de control (librerías) para el funcionamiento de
la pantalla, que permita el desarrollo de la aplicación, con el objetivo de
alcanzar los parámetros deseados y la confiabilidad de la más alta calidad es
de gran importancia para el desarrollo de la aplicación.
Este software capaz de ser modificado y configurado para ajustarse a las
características de los materiales usados, siempre y cuando el diseñador
conozca el ambiente integrado de desarrollo (IDE), lenguaje de
programación, estructura del programa y hardware necesario para el
desarrollado, siendo estos uno de los parámetros usados para determinar el
software usado en la elaboración de la aplicación.
3.2.2.1 BASCOM AVR
La herramienta BASCOM AVR fue desarrollada por la empresa MCS
Electronics, sirve para realizar programas de alto nivel para
microcontroladores AVR, el cual posee un compilador y un ensamblador que
traduce las instrucciones estructuradas en lenguaje de máquina.
Bascom AVR ofrece aceptables librerías de forma libre, pero si se adquiere
las licencia estas vienen completas con en el instalador, en el caso de las
librerías para pantalla de cristal líquido no están incluidas, pero existen
librerías para la TFT en la red en lenguaje Basic, las más completas se
encuentran en el programa Bascom AVR.
3.2.2.2 AVR Studio 4
AVR Studio es el software soportado por la propia empresa Atmel para
trabajar con sus microcontroladores de 8 bits, este entorno integrado de
desarrollo (IDE) ayuda a escribir y depurara aplicaciones de AVR, en este
software de diseño se puede realizar la depuración del código, y
posteriormente descargarlo al microcontrolador, ya que soporta casi todos
los dispositivos conocidos como: el USB-ISP, STK 600, STK 500, AVRISP
mkII, AVR Dragon, etc.
53
3.2.2.3 PROTEUS
Proteus es una aplicación CAD (Diseño Asistido por computadora),
compuesta por tres módulos.
1. ISIS (Intelligent Schematic Input System): diseñado para realizar diseños
esquemáticos con los diferentes elementos que proporciona la aplicación
(pantallas, resistencias, microcontroladores, etc.).
2. VSM (Virtual System Modelling): Este es el módulo de simulación,
incluyendo PROSPICE.
3. ARES (Advanced Routing and Editing Software): es el modulo para la
realización de circuitos impresos (PCB).
Para el proyecto propuesto el programa PROTEUS no cuenta con los
elementos como la pantalla TFT, sensor de peso y regulador de voltaje para
ser simulado, pero se pueden crear elementos para realizar la placa PCB.
3.2.3 REQUERIMIENTOS DE LA APLICACIÓN
Aquí se detalla las distintas características que debe contener la aplicación
para que esta cumpla con lo propuesto, de manera que ayude al monitoreo y
control de la enfermedad.
Antes de la realización de la aplicación fue necesario encontrar las librerías
del controlador SSD1963 de la pantalla TFT y que estas se acoplen al
microcontrolador usado.
En función de los parámetros establecidos fue necesario desarrollar una
aplicación que contenga, ingreso de datos del paciente, presentar los
cálculos del valor nutricional, estado nutricional, calorías de los alimentos,
calorías desgastadas y presentación de gráficas para el monitoreo de
glucosa y peso.
54
3.2.3.1 VALORACIÓN NUTRICIONAL DEL PACIENTE
Para determinar la valoración nutricional del paciente es necesario conocer
el IMC, ya que este tiene relación directa con el grado de obesidad, para
cuantificarlo se utilizó la tabla de grado de obesidad de la OMS.
Es necesario para este cálculo conocer los parámetros estatura y peso, en
función a esto se conocer según la tabla de la OMS el grado de obesidad de
la persona.
Otro valor que es necesario conocer para la valoración nutricional es el peso
máximo aceptable en la persona, este valor determina el límite al cual una
persona puede llegar a pesar en función de su contextura física (estatura) y
sexo.
Según recomendaciones médicas tomado de libros de medicina
especificados en la bibliografía, es necesario que un paciente con obesidad
controle su peso al menos cada 15 días, en el caso de pacientes con
diabetes es muy frecuente encontrar obesidad y es necesario que este
control se lo realice como mínimo 2 veces al mes.
3.2.3.2 TASA METABÓLICA BASAL
La tasa metabólica basal es un término utilizado para determinar la cantidad
de calorías que el cuerpo necesita para su normal funcionamiento (respirar,
pensar, etc.), este valor está en función de: edad, peso, estatura, sexo.
Existen fórmulas para este cálculo y así se podrá conocer el requerimiento
nutricional de la persona.
De igual forma para determinar el requerimiento nutricional de la persona es
necesario conocer el tipo de actividad física que realiza, por lo tanto es
necesario conocer la cantidad de calorías que son necesarias ingerir
diariamente y es mucho más importante conocer este valor, sí la persona es
diabética.
55
3.2.3.3 FRECUENCIA CARDÍACA
La frecuencia cardiaca de un individuo al realizar una actividad física no
debe exceder entre el 55 y 70 % del valor máximo, este cálculo está en
función de la edad de la persona, cuando se realiza un ejercicio esta
frecuencia aumenta, sí este valor sobrepasa los porcentajes determinados la
persona puede llegar a tener complicaciones cardíacas.
3.2.3.4 VALOR NUTRICIONAL DE LOS ALIMENTOS
Se recomienda tener una dieta equilibrada y saludable tanto para personas
sanas o con problemas de diabetes, el médico siempre recomendará
cantidades precisas de comida, para ello es necesario saber el peso del
alimento que será ingerido y su valor nutricional en función de los principales
componentes, carbohidratos, proteínas y grasas, a partir de estos nutrientes
se puede determinar la cantidad de calorías que suministra el alimento al ser
ingeridos por el organismo.
Un valor muy importante que debe tenerse en cuenta al ingerir un alimento
es el índice glucémico (IG), este determinará de qué forma variará la
cantidad de azúcar en la sangre una vez que el alimento esté en el
organismo. Para una persona diabética es muy importante saber el IG, de
esta forma se puede valorar el grado de IG que se encuentra el alimento.
3.2.3.5 MONITOREO DE LA GLUCOSA
En personas con diabetes es fundamental el control de la concentración de
la glucosa en la sangre, por lo general el médico será quien recomiende el
número de mediciones que deben realizarse, éstas pueden ser antes de
ingerir alimentos o después, el médico es el encargado de valorar esta
cantidad y el paciente con esta enfermedad debe ser muy riguroso ya que de
esto dependerá su estado de salud.
56
Estas mediciones deben ser anotadas, para observar el comportamiento de
la glucosa para corregir y mejorar el tratamiento de la diabetes.
3.2.3.6 ACTIVIDAD FÍSICA
La actividad física es recomendada para mantener el estado saludable de
una persona.
Siempre será necesario cuantificar el número de calorías que son
desgastadas al realizar una actividad física, desde la más simple hasta
ejercicios donde se requiera una actividad muy fuerte o extrema, en el caso
de personas con diabetes el ejercicio está recomendado por expertos y en
muchos casos esta actividad es muy específica por ejemplo caminar o
nadar.
3.3 DISEÑO DEL SISTEMA
Una vez que se ha tomado en cuenta todos los requerimientos de software,
hardware y de control, se detallará a continuación el desarrollo del diseño,
como primer punto el diseño del hardware (prototipo) seguido del diseño
electrónico, diseño de la aplicación y diseño del HMI.
En la figura 3.12 se presenta la arquitectura de diseño en función de los
elementos seleccionados, se tomara en cuenta en la arquitectura los
elementos usados desde el prototipo inicia hasta contar con el equipo final
del proyecto, en el caso de la pantalla se utilizó la de 4.3” y posteriormente la
de 7”, en el microcontrolador la necesidad de contar con mayor capacidad de
memoria se utilizó desde el Atxmega 64 hasta llegar al Atxmega 256.
57
Figura 3.12 Arquitectura de sistema en función de todos los elementos utilizados
Para el diseño del hardware se presentan los elementos finales usados en el
desarrollo del proyecto, mostrados en la tabla 3.4, cabe resaltar que dentro
del diseño del hardware (prototipo) está el diseño del desarrollo electrónico y
diseño de placas electrónicas.
Tabla 3.4 Tabla de elementos seleccionados en el diseño
Elemento Descripción
Microcontrolador Atmel Atxmega 256 d3
Regulador de voltaje Lm2596s
Módulo de pesaje Hx711
Pantalla TFT a color 7 pulgadas
Galga extensiométrica Peso máx. 5Kg
La etapa inicial de diseño del hardware consistió en montar los
componentes principales en el protoboard mostrado en la figura 3.13, en ese
caso se utilizó las resistencias, capacitores del tamaño natural y para el
microcontrolador se utilizó una placa adicional que ayuda a insertarlo en el
protoboard figura 3.14.
58
Figura 3.13 Prototipo inicial
Figura 3.14 Microcontrolador y la placa de acoplamiento al protoboard
3.3.1 DISEÑO ELECTRÓNICO
La unidad electrónica de control (microcontrolador) tiene la función de recibir
las señales del sensor de peso (Hx711) y de la pantalla TFT (touch), con el
fin de que la aplicación analice las señales recibidas y muestre los
resultados en las ventadas desarrolladas en la aplicación.
59
Los microcontroladores usado en el prototipo fueron el xmega64 y
xmega192, estos con un flash de memoria de programación de 64Kbytes y
192KBytes respectivamente, y para el equipo final se usó el xmega256 de
256Kbytes de memoria.
La pantalla usada en el prototipo inicial fue la TFT de 4.3” y posteriormente
cambiada por una TFT de 7” con las mismas características principales pero
de mayor tamaño su fotografía se muestra en la figura 3.15.
El sensor de peso que se utilizó es el dispositivo ya mencionado
anteriormente (HX711), como también el regular de voltaje (Lm2596).
Figura 3.15 Pantalla de cristal líquido TFT de 7 pulgadas
En la figura 3.16 se tiene el diseño del circuito electrónico con todos los
elementos que conforman el sistema, realizado en el programa PROTEUS
(ISIS), se aclara que solo el microcontrolador Atxmega existe en la librería
de programa, el resto de elementos fueron creados con sus medidas exactas
(sensor de peso Hx711, reloj tiempo real DS3231, TFT, regulador de voltaje
dc-dc Lm2596s). Los elementos como resistencias, diodos, capacitores
fueron tomados de la librería del programa PROTEUS, estos tienen una
características todos son elementos en miniatura.
60
Figura 3.16 Diagrama del circuito electrónico del sistema.
61
3.3.2 GALGA EXTENSIOMÉTRICA
En los temas tratados anteriormente se detalló el uso del módulo de pesaje
HX711, la ventaja de no tener que usar circuitería adicional para su
funcionamiento simplifica sus conexiones, en la figura 3.17 se muestra las
conexiones de la galga con el módulo de pesaje.
La galga extensiométrica va conectada directamente al módulo de pesaje,
en los terminales de entrada (E+, E-, A+, A-) respectivamente como se
muestra en la figura 3.17, esta señal es procesada por el modulo y enviada a
los pines de salida DT y SCK . Las salidas DT y SCK son conectadas
directamente con el microcontrolador y la polarización del sensor de 3.3 V.
Figura 3.17 Diagrama de bloques de la galga y el módulo de pesaje
3.3.3 DISEÑO DEL PCB Y PLACA
Una vez que el prototipo funcionó y se realizaron las correcciones y
modificaciones correspondientes, se procedió a la creación de la placa en el
ARES, es necesario crear los componentes, estos con el número de pines y
dimensiones exactas de tal forma que coincidan con los reales, en la figura
3.18 y 3.19 se muestra respectivamente el diseño final de la placa.
62
Figura 3.18 Diagrama del diseño del PCB realizado en el programa PROTEUS
A continuación se fabricó la placa de tal forma que sea del mismo tamaño de
la pantalla TFT de 7 pulgadas.
Figura 3.19 Placa electrónica del sistema
63
3.3.4 DISEÑO DE LA APLICACIÓN DEL SOFTWARE
En esta parte del diseño, el hardware construido (Prototipo en protoboard) ya
contenía casi en su totalidad todos los elementos definitivos, la excepción es
el microcontrolador Atxmega que fue cambiado según se realizaba la
implementación de las actividades de la aplicación (rediseño de los
elementos).El software para las librerías del controlador SSD1963 fueron
modificadas y reestructuradas para que se ajuste a la pantalla de 7
pulgadas, todo esto en el programa BASCOM AVR.
La etapa de acondicionamiento de señales de entrada al microcontrolador se
encontraba ya finalizadas, de esta forma se tenían los datos para que la
aplicación realice los cálculos necesarios según sea función deseada.
A continuación se muestra la lógica de programación de control, los
diagramas de flujo de las rutinas y subrutinas implementadas para la
aplicación.
3.3.4.1 LOGICA DE CONTROL DEL SISTEMA
En los diagramas de flujo se representan el funcionamiento del sistema
biomédico, con las diferentes actividades que realizan cada una de ellas.
64
Figura 3.20 Diagrama de flujo general de la operación del sistema
INICIO
PRESENTACIÓN
MENU
INICIO
PRESIONAR
DATO
PRESIONAR
CONSUMO
PRESIONAR
GLUCEMIA
PRESIONAR
PESO
PRESI0NNAR
GRAFICO
PRESIONAR
CALORÍAS
PANTALLA
INGRESO DE
DATOS
PANTALLA
SELECIÓN DE
ALIMENTO
PANTALLA
CONTROL DE
GLUCEMIA
PANTALLA
CONTROL DE
PESO
PANTALLA
GRAFICOS DE
PESO Y
GLUCEMIA
PANTALLA
CONSUMO DE
CALORÍAS
SI
SI
SI
SI
SI
SI
NO
NO
NO
NO
NO
NO
1.2
1.1
1.3
1.4
1.5
1.6
1
65
Figura 3.21 Diagrama de flujo de datos generales
1.1
PANTALLA DE
DATOS
GENERALES
PRESIONAR
TECLADO
AUTORIZACIÓN
DE INGRESO DE
DATOS
PRESIONAR
DESCARGAR
PC
PRESIONAR
CRAGA DE
DATOS
DESPLIEGUE
TECLADO
INGRESO:
EDAD
PESO
ESTATURA
SEXO
ACTIVIDAD
CAMPOS
LLENOS
PRESIONAR
CALCULO DE
RESUMEN
VISUALIZACIÓN
DE RESUMEN
PRESIONAR
GUARDAR
PRESIONAR
SALIR
RECUPERAR
DATOS DE LA
SD
RECUPERAR
DATOS DE
LA SD
ENVIO DE
DATOS AL
PC
GUARDAR
EN LA SD
NONO NO
SI
SISI SI
NO
NO
SI
SI
SI
SI
NO
NO
NO
FIN
1
66
Figura 3.22 Diagrama de flujo de consumo de comidas
1.2
PA
NT
AL
LA
CO
NS
UM
O
AL
IME
NT
OS
PR
ES
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EN
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EN
LA
SD
LA
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RÍA
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FIN
1
SI
NO
SI
SI SI
SI
SI
NO
NO
NO
NO
NO
NO
NO
SI
NO
NO
NO
NO
NO
SI
SI
SI
SI
SI
67
1.3
PANTALLA
CONTROL DE
GLUCEMIA
TABLA DE
CONTROL
DE
GLUCEMIA
CARGAR DATOS
DE LA MEMORIA
SD
DETECCIÓN
DEL TOUCH
POSICION
PRESIONAR
POSICION
Xn, Yn EN LA
TABLA
IMPRIME VALOR
POSICION Xn,Yn
COLOCAR
VALOR EN EL
TECLADO
GUARDA
VALOR EN
LA SD
PRESIONAR
SALIR
FIN
1
NO
SI
Figura 3.23 Diagrama de flujo de control de glucemia
68
Figura 3.24 Diagrama de flujo de control de peso
1.4
PANTALLA
CONTROL DE
PESO
TABLA DE
CONTROL
DE PESO
CARGAR DATOS
DE LA MEMORIA
SD
DETECCIÓN
DEL TOUCH
POSICIÓN
PRESIONAR
POSICIÓN
Xn, Yn EN LA
TABLA
IMPRIME VALOR
EN LA
POSICIÓN Xn,Yn
COLOCAR
VALOR EN EL
TECLADO
GUARDA
VALOR EN
LA SD
PRESIONAR
SALIR
FIN
1
NO
SI
NO
SI
69
1.5
PANTALLA
SELECIÓN DE
GRAFICO
PRESIONAR
PESO
PRESIONAR
GLUCOSA
PANTALLA
GRAFICO
PESO
CARGAR
DATOS DE
LA SD
DIBUJAR DATOS
EN
Xn,Yn
PRESIONAR
SALIR
PANTALLA
GRAFICO DE
GLUCOSA
SELECCIÓN
DE DIA : #n
LUNES
MARTES
MIERCOLES
JUEVES
VIERNES
CARGAR
DATOS DÍA
GUARDADO
EN LA SD
DIBUJAR DATOS
EN PUNTOS
Xn,Yn
DÍA
PRESIONAR
SALIR
PREESIONAR
SALIR
FIN
1
NO
SI
NO
SI
NO
SI
SI
NO
SI
NO
NO
SI
Figura 3.25 Diagrama de flujo de gráficos de peso y glucemia
70
1.6
PANTALLA
QUEMA DE
CALORÍAS
TABLA DE
ACTIVIDAD
FÍSICA
INGRESO DE:
EDAD
METS
TIEMPO
PRESIONAR
CALCULAR
IMPRESIÓN DE
VARIABLE
PRESIONAR
SALIR
FIN
1
NO
NO
SI
SI
Figura 3.26 Diagrama de flujo de consumo de calorías.
71
3.3.5 DISEÑO DE LA INTERFAZ DE USUARIO O HMI
La interfaz gráfica se implementó con ayuda de programas de diseño con los
que cuenta Microsoft Office (Paint, InfoPath Designer), estos HMI se
encuentran grabados en la memoria SD, y son llamados según la ventana
que ha sido seleccionada.
En la figura 3.27 se muestra la interfaz de presentación del equipo
biomédico, donde la balanza, la medición que nos brinda el glucómetro, los
alimentos y el peso corporal, encierran al paciente haciendo que este
entorno lo coloque dentro del normopeso mejorando su calidad de vida.
Figura 3.27 Interfaz gráfica de presentación del equipo biomédico
La figura 3.28 muestra la interfaz gráfica con el usuario, en la cual se ingresa
los datos generales de la persona. El usuario ingresa sus datos en los
recuadros.
72
Figura 3.28 Interfaz gráfica para datos generales
La interfaz de consumo de alimentos mostrado en la figura 3.29, cuanta con
varias ventanas, y estas corresponden al alimento a ser consumido, y según
el alimento seleccionado esta ventana puede ser, fruta, carne, desayuno,
verduras y varios, mostrando en cada sección una variedad de hasta 9
alimentos o menor.
Se muestra a continuación la interfaz gráfica del teclado para el ingreso de
los datos de forma numérica en la figura 3.30.
73
Figura 3.29 Interfaz de consumo de alimentos
74
Figura 3.30 Interfaz del teclado
La interfaz usada para graficar el peso y glucemia se las realizo mediante
programación en el BASCOM. Como también la interfaz de quema de
colorías.
3.3.6 EQUIPO BIOMÉDICO
El equipo cuenta con 3 partes principales; la base, placa y pantalla, que se
muestran en la figura 3.31, en el anexo IX se muestra la fotografía del equipo
ensamblado.
Figura 3.31. Equipo Biomédico y sus partes
75
3.4 PRUEBAS Y FUCNIONAMIENTO
Una vez que el diseño del prototipo y del sistema se llevó a cabo, fue
necesario realizar las pruebas para corroborar el funcionamiento del
hardware y software, las pruebas fueron realizadas en el prototipo con los
diferentes elementos electrónicos que lo conforman y según se avanzó en el
diseño de la aplicación se las realizo en el sistema. Para ello se realizaron
las siguientes pruebas.
Funcionamiento de las librerías del controlador
Funcionamiento de la balanza electrónica
Funcionamiento de la pantalla TFT
Funcionamiento de la aplicación
Interacción del sistema con usuarios
Interacción del sistema con médicos
3.4.1 FUNCIONAMIENTO DE LAS LIBRERÍAS
Las librerías encontradas para el uso del controlador SSD1963 son en
lenguajes BASIC, la complejidad de la modificación de librerías para la
pantalla se manejó en el programa Bascom, donde; sé tiene 6 librerías y
cada una con una función en especial.
AVR_DOS_declaration.inc, ayuda al manejo de las librerías para que
Bascom pueda interpretar los códigos de programación, compatible con
Windows 7
Sd_card_declaraion.inc, se determina los pines que serán usados para la
comunicación SPI, puertos del microcontrolador para manejar el touch y la
memoria SD
Sd_card_routines.inc, inicialización de la tarjeta Sd, reconocimiento de la
capacidad de la memoria.
76
SSD1963_declarations.inc, configuración de pines del microcontrolador
para comunicación y datos con la pantalla, pines del touch, configuración de
colores para la pantalla, subrutinas de trabajo de la pantalla.
SSD1963_funcion.inc, configuración de BMP para extracción de imágenes
de la memoria SD, configuración del tamaño de la pantalla, pixeles, etc.,
tipos de letra, tamaño y forma, configuración de la posición (x, y) del touch
en la pantalla, configuración de la inicialización del ssd1963 y códigos de
funcionamiento de la pantalla.
SSD1963_register.inc, configuración de los códigos para el uso de la
pantalla.
Una vez configuradas las librerías se realizaron pruebas de compilación para
descartar errores en los códigos, mostrado en la tabla 3.5. En la primera
columna se muestra la librería, segunda columna la prueba a ser realizada,
y finalmente se muestra con un sí o no, la compilación de la librería.
Tabla 3.5 Pruebas realizadas en las librerías
Librería Prueba Detalle
AVR_DOS_declaration.inc Compilación Si
Sd_card_declaraion.inc Compilación Si
Sd_card_routines.inc Compilación Si
SSD1963_declarations.inc Compilación Si
SSD1963_funcion.inc Compilación Si
SSD1963_register.inc Compilación Si
3.4.2 FUNCIONAMIENTO DE LA BALANZA ELECTRÓNICA
La balanza usada en el proyecto consta de tres elementos importantes para
su funcionamiento estos son: el hardware de una balanza electrónica, la
galga extensiométrica y el sensor de peso HX711, trabajando en conjunto
permiten tener una balanza para determinar el peso de los alimentos.
El primer paso fue la calibración de la galga extensiométrica, encontrando la
constante de la celda de carga mediante la medición de peso referidos a un
77
patrón. Para estos patrones de peso 1= 3000 gramos, se encontró el factor
de determinación de la constate, en la tabla se muestra los porcentajes de
error según las constantes encontradas para la calibración de la balanza.
Tabla 3.6 Constantes para la calibración de la balanza
Peso de comparación Constante Porcentaje de error
Peso 1 = 3 Kg 834.178 0.3% - 1.2%
Peso 1 = 3 Kg 836.765 0% - 1%
Peso 1 = 3 Kg 837.634 0.3% - 1.5%
Una vez encontrada la constante se comparó con varios pesos la veracidad
de la información proporcionada por la balanza construida, con una balanza
comercial de marca CAMRY. En la tabla 3.7 se muestra los datos de
comparación de la balanza electrónica con la balanza del sistema, como
también el porcentaje de error entre los pesos.
Tabla 3.7 Comparación de peso entre las balanzas
Alimento Balanza
Comercial Balanza del
sistema Porcentaje de
variación
Naranja 238 gr 237 gr 0.42%
Manzana 136 gr 135 gr 0.73%
Frutilla 26 gr 26 gr 0%
Mango 376 gr 374 gr 0.53%
3.4.3 FUNCIONAMIENTO DE LA PANTALLA
Para verificar el funcionamiento de la pantalla se realizaron varias pruebas
como: tamaños de imagen, reconocimiento las imágenes, velocidad de
presentación de imágenes, formato de imagen, tipos de letra mostrado en la
tabla 3.9. Estas pruebas se las realizo progresivamente mientras se
desarrollaba la aplicación, dando lugar al tamaño presentado en cada HMI
para interactuar con el usuario, de igual forma los colores de las tablas para
la presentación de datos y gráficas, fueron probadas de manera que el uso
de varios tonos de colores sirvan para distinguir los diferentes tipos de
información a ser presentada mostrado en la tabla 3.8.
78
Tabla 3.8 Colores usados en la presentación de datos e imágenes
Tabla 3.9 Tipos de letra usada en la presentación de datos
Tipos de letra Tamaño de letra
Font5x5 5x5
Font6x8 6x8
Smallfont8x8 8x8 reducida
Font8x8 8x8
Font12x16 12x16
My12_16 12x12
Font25x32 25x32
Font32x32 32x32
Otra de las pruebas realizadas fue la velocidad del touch, según la pantalla
en la que se encuentra, en la tabla 3.10se presenta los tiempos de respuesta
del touch de la pantalla TFT en cada una de las funciones.
Tabla 3.10 Velocidad de respuesta del touch
Pantalla Tiempo de respuesta
Ingreso de datos 1 segundo
Consumo de alimentos 2 segundo
Glucemia 1 segundo
Peso 1 segundo
Muestra grafica 1 segundo
Quemar calorías 1 segundo
Colores de la pantalla
Transparent
Red rojo
Green verde
Blue azul
White blanco
Black negro
Yellow amarillo
Cyan celeste
Magenta rosado
Brown café
Olive verde intermedio
Orange naranja
Violet violeta
Gold oro
Chocolate Chocolate
Darkgreen verde oscuro
79
3.4.4 FUNCIONAMIENTO DE LA APLICACIÓN
Una vez que todo el sistema es compatible hardware, software se realizó la
aplicación con los requerimientos planteados, y se procedió a comprobar su
funcionamiento.
Comprobación de ingreso de datos generales, cálculo de la valoración
nutricional del usuario con todos los parámetros ya mencionados en
capítulos anteriores, todos estos comprobados manualmente para verificar la
veracidad de los cálculos realizados por la aplicación.
Comprobación de cálculo del valor nutricional del alimento, comprobación de
la cantidad de calorías en función de las constantes de cada alimento.
Comprobación del ingreso de datos para el control del peso y glucemia,
comprobación de estos datos guardados para su posterior uso en las
gráficas.
Comprobación de la extracción de los datos de glucemia y peso, para ser
graficadas según corresponda, con los datos que se han guardado para
cada respectivo gráfico.
Se comprobó el cálculo de la cantidad de calorías que son desgastadas
según el ejercicio realizado en función de los paramentos establecidos
anteriormente en función de la fórmula para el desgaste de calorías.
3.4.5 INTERACCIÓN DEL SISTEMA CON EL USUARIO
Para la realización de las pruebas del sistema con el usuario, se permitió
ingresar los datos personales, los de glucemia y peso, como también
manipular la balanza para ver el valor nutricional del alimento. En la tabla
3.11 se muestra los parámetros calificados por el usuario al manipular el
equipo, donde; 1 será la calificación más baja y 10 la calificación más alta.
80
Tabla 3.11 Calificación del usuario y recomendaciones para el equipo
Usuario Facilidad de
manejo
Interés en el
equipo
Repetición de instrucciones
Recomendación
Sr. F. Almeida 9 10 2 Cantidad de azúcar en el
alimento
Dr. D. Torres 10 10 2 Mayor alcance en la gráfica de
glucemia
Dra. M. Simbaña
9 10 1 Consumo de
calorías totales en el día
Sra. F. Salazar 10 10 2
Cálculo del valor nutricional del alimento en
100 gr
Sr. J. Acosta 9 10 1 Sin
recomendación
3.4.6 INTERACCIÓN DEL SISTEMA CON MÉDICOS
Se realizó pruebas del equipo con médicos generales, quienes han tratado la
enfermedad de forma indirecta ya sea con familiares o amigos y son testigos
de los problemas de monitoreo y control. Una de las observaciones del
médico al realizar el chequeo del sistema fue que con este dispositivo se
puede mejorar el tratamiento de la cantidad de insulina a ser inyectada al
paciente, ya que es necesario realizar la curva de comportamiento de la
glucosa en la sangre con datos exactos de peso, glucemia en ayunas,
glucemia más alta en el día y cantidad de calorías consumidas.
Otra observación fue la ayuda al paciente a determinar la cantidad de
calorías consumidas y desgastadas, ya que el paciente debe tener una dieta
muy rigurosa y controlar las calorías desgastadas en el ejercicio realizado.
En el presente capitulo se ha detallado la metodología usada en el proyecto,
como también el desarrollo del diseño del sistema con los distintos
componentes que conforman el mismo, se indica la lógica de funcionamiento
del sistema mediante los diagramas de flujo y posteriormente se ha indicado
81
los bloques que conforman la interfaz gráfica desarrollada para interactuar
con el usuario.
Finalmente se realizan las pruebas al sistema para verificar su
funcionamiento y la detalla la interacción del quipo con el usuario.
En el siguiente capítulo se realiza el análisis de resultados en función de las
pruebas realizadas, para verificar el cumplimiento de los objetivos
planteados.
4. ANÁLISIS DE RESULTADOS
82
4.1 ANÁLISIS DE RESULTADOS DEL FUNCIONAMIENTO DE
LAS LIBRERÍAS
Una vez realizadas las pruebas de compilación de las librerías del
controlador, se refleja en la tabla que el funcionamiento fue completamente
exitoso. Esto se realizó en el prototipo construido con la pantalla TFT de 4.3”
y el microcontrolador Atxmega 64D3, posteriormente fue cambiando a un
apantalla de 7” con el Atxmega 192D3, donde se realizaron las mismas
pruebas de compilación para finalmente elegir un microcontrolador de mayor
memoria que fue el Atxmega 256D3.
4.2 ANÁLISIS DE RESULTADOS DEL FUNCIONAMIENTO DE
LA BALANZA ELECTRÓNICA
Una vez que la balanza se encontró calibrada y se realizaron las pruebas
para comprobar la exactitud de medición para obtener el peso de los
alimentos con la constante de 836.765, se tiene un porcentaje de error que
varía desde 0 % al 1 %, esto quiere decir que el objeto a pesar tendrá un
porcentaje de error del 1% en función del valor medido, comparado con el
valor de una balanza comercial.
Este porcentaje será el mayor en el caso que el peso llegase a ser el
máximo 3 Kg, pero la función de la balanza es determinar el peso de la
ración del alimento a ingerir, de tal forma que una ración de alimento con un
peso de 500 gr, daría un porcentaje de error máximo de 1%, es decir;
reflejaría un aumento de 5 gr con respecto a la balanza comercial
4.3 ANÁLISIS DE RESULTADOS DEL FUNCIONAMIENTO DE
LA PANTALLA
La velocidad de respuesta del touch de la pantalla es de aproximadamente 1
segundo como se observa en la tabla 3.8, pero existe un valor de respuesta
83
de 2 segundos cuando la aplicación se encuentra en el consumo de
alimentos, esto quiere decir que la velocidad con la que reacciona es menor,
a próximamente al doble, esto se debe a la detención de los datos enviados
desde la balanza ya que estos son leídos continuamente mientras se
encuentra en esta.
Con las pruebas de tamaño de imagen de hasta 800x480 pixeles, que es el
tamaño de la pantalla, se comprobó el reconocimiento de las mismas sin
ningún problema, en el caso de usar una imagen de mayor pixeles esta se
superpone en el extremo inicial de la pantalla dando lugar a una distorsión
en la imagen presentada.
El formato de imágenes para ser presentadas en la pantalla debe ser BMP a
24 bits, este es el único formato que reconoce el controlador.
En la tabla 3.8 se muestra la gama de colores que muestra la pantalla
incluidas en las librerías, es decir se tiene una gama de 15 colores,
excluyendo al transparente ya que este elimina los colores dejando la
pantalla en su estado natural como una imagen de televisión sin
sintonización de canal. El uso de colores para las personas que usan
anteojos ayuda a distinguir mejor las letras en caso de las más pequeñas.
En la tabla 3.9 se muestra los 8 tipos de letra usada en la presentación de
datos, cada una con un su tamaño predefinido por su librería, fue necesario
la búsqueda de las librerías de todos estos tipos letras para mejorar la
presentación de los datos principalmente en las gráficas.
4.4 ANÁLISIS DE RESULTADOS DEL FUNCIONAMIENTO DE
LA APLICACIÓN
Se realizó la comprobación de: el ingreso de datos generales, los cuales son
guardados en la memoria SD, el cálculo de la valoración nutricional del
usuario, el cálculo del valor nutricional del alimento, el cálculo de la cantidad
de calorías en función de las constantes de cada alimento obteniendo como
resultado el mismo valor y verificando que en la memoria SD están
84
guardados todos los datos que fueron ingresados y calculados por la
aplicación.
Para el ingreso de datos en el control del peso y glucemia, se corroboró de
igual forma que se encuentren almacenados en la memoria SD para ser
usados en las gráficas de glucemia y control de peso.
4.5 ANÁLISIS DE RESULTADOS DE LA INTERACCIÓN DEL
SISTEMA CON EL USUARIO
Una vez que fueron implementadas las recomendaciones de los usuarios
entre las cuales fueron agregadas: el cálculo de la cantidad de calorías
ingerías durante todo el día, la cantidad de azúcar que tienen cada alimento
y se propuso aumentar un botón el cual permita realizar el cálculo del valor
nutricional del alimento en 100 gramos, de esta forma se puede conocer la
cantidad de calorías ingeridas sin colocar el alimento en la balanza.
Y por último la recomendación de que la gráfica de glucemia tenga mayor
escala en el eje (y), se debió a que en los instrumentos de laboratorios y en
los equipos para medir la cantidad de azúcar en la sangre (glucómetro), se
tiene una escala de hasta 600 mg/dl, a partir de eso solo marca como High.
Al manipular la pantalla se observa la rapidez de familiarización, una vez que
el usuario maneja tecnología touch la velocidad de aprendizaje se remite a
repetir la instrucciones de uso solamente a dos veces.
4.6 ANÁLISIS DE RESULTADOS DE LA INTERACCIÓN DEL
SISTEMA CON MEDICOS
Entre los usuarios que manejaron el equipo se encontraron dos médicos,
uno de los cuales trato la enfermedad indirectamente con un familiar cercano
y el segundo medico está familiarizado con las consecuencias de esta
enfermedad por paciente (SOLCA). A final los médicos concordaron que el
85
equipo biomédico podría llegar a ser una ayuda a pacientes diabéticos,
contribuyendo en su alimentación, monitoreo de peso y recopilación de
información la cual el medico necesita para su tratamiento.
5. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIÓNES
85
Finalmente luego del proceso de diseño, construcción y desarrollo de la
aplicación del sistema biomédico para el monitoreo y control de la diabetes,
se puede citar las siguientes conclusiones y recomendaciones.
5.1 CONCLUSIONES
Una vez terminado el proyecto, se puede concluir que los objetivos
propuestos al inicio del mismo, no solo que fueron alcanzados con
éxito, sino que se superó las expectativas inicialmente planteadas
para el mismo.
El equipo biomédico construido verdaderamente constituye una
herramienta útil de ayuda a pacientes diabéticos para el monitoreo y
control de su enfermedad en base a tecnología TFT. Gracias a esto
se mejora muy significativamente la calidad de vida de los enfermos
de diabetes presentando una alternativa para afrontar de mejor
manera los retos que conlleva el control de la diabetes, coadyuvando
también a alcanzar las metas del estado en el área de salud y
específicamente en la calidad de vida referente a la nutrición y el
ejercicio de los ecuatorianos.
Siguiendo el ciclo Deming para mejora continua de calidad, al
planificar, ejecutar, verificar, y corregir o actuar, en apego a la
metodología mecatrónica, seleccionando componentes de calidad, se
logró integrar el hardware y software, para dar origen a un equipo
biomédico de calidad para ayuda en el tratamiento de la diabetes.
Con el desarrollo del proyecto se aporta significativamente al
bienestar de la sociedad ecuatoriana, puesto que según datos
estadísticos en cada familia por lo menos una persona tiene esta
afectación o pudieron haber sufrido pérdidas familiares a causa de la
misma.
86
A pesar de que el equipo es muy versátil y desarrollado pensando en
su facilidad de uso, no se puede asegurar que el usuario obtenga el
máximo provecho del equipo, pues esto está ligado a su experiencia
en el manejo de tecnologías de información y comunicación, y
específicamente pantallas táctiles.
5.2 RECOMENDACIONES
RECOMENDACIONES AL TÉCNICO
En el caso de necesitar ampliar o elevar las capacidades del equipo
biomédico, usar un microcontrolador con mayor capacidad de
memoria, o directamente un microprocesador si es que es posible
migrar hardware y software.
Acciones de reproducción, cambio o mantenimiento de componentes
y partes, requieren como acción previa verificar la facilidad de adquirir
en el mercado nacional o internacional, componentes con las mismas
prestaciones y calidad.
Para un futuro diseño del equipo biomédico, se recomienda la
posibilidad de incorporar un sistema de energía a base de baterías
recargables, de modo que el equipo pueda ser portátil.
RECOMENDACIONES AL USUARIO DEL EQUIPO
Para los pacientes con esta afectación que tengan la posibilidad de
manejar el equipo para el control y monitoreo de la enfermedad, es
necesario comprender que el equipo no reemplazará el uso de
medicamentos o los chequeos de rutina al médico, pero si ayudará a
mejorar el control de la enfermedad.
87
El uso del equipo por personas que no padecen diabetes, les ayudará
a disminuir al menos uno de los factores de riesgo de padecer esta
enfermedad.
Como recomendación especial al médico nutricionista quien tenga la
posibilidad de manejar la enfermedad de un paciente que cuente con
este equipo, impulsar posibles investigaciones de nutrición en base a
este equipo desarrollado, para brindar cambios a los tipos de
alimentos que cuenta la aplicación.
RECOMENDACIONES AL ESTUDIANTE
Si un estudiante tiene la necesidad de utilizar esta tecnología TFT
para el uso de proyectos, para encontrar información la puede
buscarla por medio del controlador de la pantalla “SSD1963
Solomon”.
El estudiante debe enfocar el desarrollo de proyectos en el campo de
la aplicación , buscando con ellos ayudar a mejorar la calidad de vida
de las personas, ya que hoy en día el estado ecuatoriano tiene
muchos interés en la investigación y mejor aún si es dirigido a la
salud, se puede buscar el apoyo o inversión del mismo.
RECOMENDACIONES A LA UNIVERSIDA
Continuar fomentado el desarrollo de proyectos que sirvan como base
para futuros proyectos de investigación, desarrollados en el país y
directamente en la Universidad Tecnológica Equinoccial, realzando
los altos niveles de enseñanza con que cuenta esta institución.
Mantener la difusión de los proyectos realizados en la universidad
dentro y fuera del país, y si es posible financiarlos para alcanzar
mejores estándares en el desarrollo de los mismos, siempre con el fin
de demostrar las capacidades adquiridas por los estudiantes.
88
GLOSARIO
OMS Organización mundial de la salud
HC Hidratos de carbono o Carbohidratos
IG Índice Glucémico o Glicémico
CG Carga Glucémica o Glicémica
FAO Organización de las Naciones Unidas para la Alimentación y la Agricultura
Kcal Unidad de medida de las calorías en kilogramos
Kilojoule Cantidad internacional para medir la energía.
IMC Índice de masa corporal
GEDAPS Grupo para el Estudio de la Diabetes en Atención Primaria
mg/dL miligramos/decilitro
89
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92
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de Octubre de 2014, de es.wikipedia.org
ANEXO
93
Anexo I Manual de usuario
1. PRECAUCICONES DE SEGURIDAD
LIMPIEZA
Desenchufe el equipo de la corriente antes de proceder a limpiarlo. Puede
utilizar productos de limpieza como limpia pantalla y espuma limpiadora;
pase un paño suave y seco por la pantalla y la carcasa para límpialo del
polvo. Si es necesario use un líquido limpiador y pase el paño suavemente
por la superficie.
La pantalla cuenta con una mica de protección para evitar rayones.
ACCESORIOS
El equipo cuenta con un adaptador de corriente, balanza electrónica y
pantalla.
AGUA Y HUMEDAD
No coloque el equipo cerca del agua; baño, fregadero de cocina, lavadora,
sótanos húmedos, piscinas o similar.
CALOR
Mantenga el equipo lejos de fuentes de calor tales como radiadores, estufas,
etc.
94
UBICACIÓN
No coloque el equipo sobre superficies inestables; puede caer y ocasionar
su ruptura y/o daños personales. Utilice el soporte diseñado por el
fabricante.
ENERGÍA
Este equipo debe ser alimentado únicamente con el tipo de fuente indicado
por el fabricante. Adaptador de corriente de hasta 40 voltios dc.
CALOR, HUMEDAD, POLVO, VIBRACIONES
Posicione el equipo de forma que la luz directa del sol no alcance la pantalla.
El equipo no debe ser expuesto a humedad, polvo o vibración.
No moje ni salpique la unidad.
OBJETOS EXTRAÑOS
No introduzca objetos extraños, tales como agujas, monedas o herramientas
por las ranuras del equipo.
No cubra las ranuras del equipo de la parte izquierda, posterior o inferior.
TORMENTAS ELÉCTRICAS
Es recomendable que apague y desenchufe su equipo de la red en caso de
tormentas eléctricas.
MANTENIMIENTO
No abra el panel anterior del equipo, pues puede correr el riesgo de dañarlo.
Si el aparato no funciona correctamente, desenchúfelo y contacte a su
fabricante.
2. VISIÓN GENERAL DEL EQUIPO
1. Entrada USB de la balanza
2. Pines de programación del microcontrolador (PDI, Reset, GND)
3. Pines adicionales
4. Pantalla TFT de 7 pulgadas
95
5. Memoria SD
6. Conexión adaptador de corriente DC
7. Interruptor encendido/ apagado
3. OPERACIONES DEL EQUIPO
3.1 Encendido
Una vez que el equipo esté conectado a la fuente de energía y la memoria
SD se encuentre colocada, pulse el interruptor tanto para encender como
para apagarlo.
El equipo pasa a un saludo inicial donde se muestra el tema de tesis y los
autores durante 5 segundos, y continua con la pantalla principal donde se
tiene una imagen que representa todo las funciones del equipo y a la
derecha el menú principal, acompañado de un bip.
Una vez que se ha presionado en la pantalla esta será acompañada de un
bip para indicar que se ha presionado una tecla.
96
3.1 Usando el menú
En la parte inferior de la palabra MENU se encuentran las teclas
enmarcadas en recuadro de color blanco, donde se tiene las 6 funciones del
equipo
3.1.1 INGRESO DE DATOS
Pulse el recuadro inferior TECLADO se desplegará el teclado para iniciar el
ingreso de datos.
Ingrese pulsando las teclas del 0- 9, aparecerán en la parte superior,
si está seguro del numero ingresado, toque la pantalla en la casilla
junto a la palabra donde será ingresado (edad, peso, estatura)
Presione la pantalla donde aparece la palabra actividad, se
desplegara un recuadro con información adicional, elija una de las 5
opciones, ingréselo en el teclado y nuevamente presiona la casilla
junto a la palabra actividad.
Marque la casilla según su género (M= masculino, F= femenino).
una vez lleno todos los casilleros presione la tecla donde dice
GUARDAR, espere unos segundo y su información personal estará
almacenada
97
Presione la tecla CALCULAR RESUMEN, se desplegara la
información de la VALORACION NUTRICIONAL del paciente que ha
ingresado sus datos
En el caso de que quiera repetir el ingreso presione la tecla BORRAR
y repita los pasos desde el principio.
Presionar la tecla SALIR y volverá a la pantalla del menú principal
Si Ya se tiene guardado los datos del usuario, solo presione la tecla en la
parte derecha de la pantalla CARGAR.
Si desea descargar esta información a la PC presione la tecla DESCARGAR
3.1.2 CONSUMO DE COMIDA
Una vez que ingresa a la función de consumo de alimentos se desplegara un
set de indicaciones, sigua las instrucciones para manejar el equipo.
Existe dos recuadros marcados en color rojo, cual se presiona sobre estos
se encera la información que se tiene guardada.
98
3.1.3 GLUCEMIA Y PESO
En el control de glucosa y en la del peso, para el ingreso de los datos se
tiene el teclado en la parte derecha de la pantalla.
Coloque el número que marca el glucómetro o la báscula, aparecerá
en el recuadro de color blanco, una vez que este seguro del dato
presione en los recuadros de la tabla en la parte izquierda.
El dato será guardado inmediatamente después de que se borre dela
pantalla del recuadro blanco
Para obtener el promedio mensual del control de peso, presionar en
la cuarta casilla de la tabla.
Presionar la tecla SALIR y volverá a la pantalla del menú principal
99
3.1.4 MUESTRA GRÁFICA
Cuando presione la tecla MUESTRA GRÁFICA se desplegara una pantalla
con la opción para ingresar a la GRÁFICA PESO o GRÁFICA GLUCOSA.
100
Una vez presionado una de las opciones se desplegara la función donde
aparecerá la gráfica de glucosa u peso respectivamente.
Presionar la tecla SALIR y volverá a la pantalla de MUESTRA GRAFICA
En la parte inferior derecha se tiene los botones para elegir el día que será
graficado.
Presionar la tecla SALIR y volverá a la pantalla de MUESTRA GRAFICA
101
3.1.5 QUEMA DE CALORÍAS
En la parte inferior derecha se encuentran tres recuadros para el ingreso de
datos (METs, peso, Tiempo).
Elija una opción de tabla donde se encuentra la actividad física a realizar
Ingrese el equivalente en METs en el primer recuadro
Ingre se su peso corporal en Kg en el segundo recuadro.
Ingrese el tiempo que durara su actividad física en segundos.
Presione el Botón rojo que dice CALCUALAR.
Aparecerá en la parte inferior de la pantalla la cantidad de calorías a ser
desgastadas.
Para encerar el valor de calorías desgastadas presione la pantalla el número
de las calorías por ejemplo 788.
102
Anexo II Tablas de índices glucémicos
103
104
105
Anexo III Valor nutricional de los alimentos
106
107
108
109
Anexo IV Datasheet del microcontrolador
110
111
112
113
114
115
Anexo V Datasheet lm1117 de regulador de voltaje
116
Anexo VI Datasheet hx711 sensor de peso
117
Anexo VII Datasheet lm2596 regulador de voltaje
118
Anexo VIII Datasheet ssd1963 Solomon Systech
119
120
121
122
Anexo IX Fotografía del equipo biomédico