1 ESCUELA POLITECNICA DEL EJÉRCITO   DEPARTAMENTO DE ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA   CARRERA DE INGENIERÍA EN ELECTRÓNICA, AUTOMATIZACIÓN Y CONTROL       Diseño e implementación de un dispositivo electrónico de lectura de signos vitales con ubicación geográfica y monitoreo remoto de datos en tiempo real. Fase 1. JUAN CARLOS MOYA JIMENEZ

2 OBJETIVOS Analizar el funcionamiento de las variables fisiológicas establecidas para el proyecto. Analizar el funcionamiento de los dispositivos electrónicos e instrumentación a implementar. Diseñar e implementar el dispositivo de signos vitales con los requerimientos planteados, de manera que no afecte al paciente y que el equipo no sea invasivo ni intrusivo.

3 Enfermedades cardiovascularesLas enfermedades cardiovasculares son el principal problema de salud en la población adulta en general Datos de la Federación Mundial del Corazón indican 17.5 millones de muertes al año. La Organización Mundial de la Salud calcula que el 2008 murieron millones de personas. Instituto Nacional de Estadísticas y Censos INEC Enfermedades cardiovasculares

4 Descripción del dispositivoEl dispositivo estará conformado por un sistema de Instrumentación biomédica operado por baterías, para la medición de signos Vitales y ubicación geográfica mediante tecnología GPS.

5 Esquema del proyecto Fase I y Fase II

6 Fundamentos fisiológicosPara el desarrollo del proyecto se necesitó conocer conceptos fisiológicos básicos, que permitiesen saber el funcionamiento de los signos vitales en el organismo del ser humano.

7 Sistema circulatorio El sistema o aparato circulatorio es el encargado de transportar, llevándolas en la sangre, las sustancias nutritivas y el oxígeno por todo el cuerpo

8 Funcionamiento del corazónEs un órgano musculado cuyo funcionamiento se puede comparar al de dos bombas acopladas trabajando en perfecta sincronía La actividad cardiaca se encuentra regida por el denominado latido cardiaco

9 Actividad eléctrica del corazónLa contracción del miocardio o musculo del corazón es controlada por el sistema de conducción cardiaco, este está formado principalmente por el nódulo sinodal o sinoauricular (SA) que está constituido por un grupo de células especializadas, también llamado marcapasos natural. Actividad eléctrica del corazón

10 PULSACIONES POR MINUTOFrecuencia cardiaca La frecuencia cardiaca es el número de veces que se contrae el corazón durante un minuto, que se expresa en latidos por minuto EDAD PULSACIONES POR MINUTO Recién Nacido Lactante Menor Lactante Mayor Niños de 2 a 4 anos Niños de 6 a 8 anos Adulto

11 PRESION SISTOLICA mmHg PRESION DIASTOLICA mmHgPresión arterial Es la presión que ejerce la sangre contra la pared de las arterias CATEGORIA PRESION SISTOLICA mmHg PRESION DIASTOLICA mmHg Presión Arterial Normal Inferior a 130 Inferior a 85 Presión Arterial Elevada Normal Hipertensión leve Fase 1 90 -99 Hipertensión moderada Fase 2 Hipertensión grave Fase 3 Hipertensión muy grave Fase 4 Igual o superior a 210 Igual o superior a 120

12 Temperatura corporal EDAD TEMPERTURA °C Recién Nacido 36,1 - 37,7Lactante 37,2 Nino de 2 a 8 anos 37,0 Adulto 36,0 - 37,8 La temperatura corporal es una condición vital necesaria para mantener la intensidad de los procesos bilógicos y es la resultante de un balance entre la producción de calor y su perdida.

13 electrocardiograma Es el dispositivo que monitorea la actividad eléctrica del corazón. La generación del ECG depende de cuatro procesos electrofisiológicos: La formación del impulso eléctrico en el marcapasos principal del corazón. La transmisión de este impulso a través de las fibras especializadas en la conducción. La activación o despolarización del miocardio. La recuperación o re polarización del miocardio. Onda P= paso de la corriente eléctricas por las aurículas. Complejo QRS= Es la suma de la onda Q, la onda R y la onda S, y refleja el paso de corriente por los ventrículos. Onda T= fase de re polarización de los ventrículos. Refleja el período de descanso de los ventrículos entre las contracciones.

14 Para le medición de la señal eléctrica del corazón se utiliza electrodos y cables especiales para este tipo de aplicaciones Los electrodos transforman el potencial creado en el interior del tejido vivo y los transforman en potenciales eléctricos

15 Métodos para medir la presión arterialPara la medición de la presión sanguínea existen varios métodos clasificados en dos grupos: invasivos y no invasivos. Los métodos no invasivos se dividen en dos: el método ausculatorio y el método oscilométrico

16 Transductor de presión mpx5050gpEntre las características relevantes tenemos: Error máximo del 2,5% en un rango de temperatura de 0°C hasta 85°C. Diseñado para ser usado con sistema de microcontroladores y microprocesadores. Compensación sobre temperatura en el rango de -40°C hasta 125°C. Contiene galgas extensiométricas de silicio y una cubierta de un elemento epóxico durable. Incluye circuitos de acondicionamiento de la señal. el rango de medición de transductor va de 0mmHg a 375mmHg, con una señal de voltaje de 0.2 VDC a 4.7 VDC Transductor de presión mpx5050gp

17 Método para medir la temperatura corporalTEMPERATURA AXILAR Es la más cómoda y segura, aunque la menos exacta (temperatura externa). Por el primero de los motivos es por la cual se va aplicar este método para el dispositivo usando un sensor de temperatura electrónico. Características principales: Factor de escala: 10mV/ºC Rango de utilización: -55ºC < T < 150ºC

18 SISTEMA DE POSICIONAMIENTO GPSEl GPS trabaja bajo el protocolo NMEA (National Marine Electronics Asociation), utilizado para la comunicación y transmisión de datos. FORMATO NOMBRE $GPGGA Arreglo de datos del GPS $GPGSA Datos del satélite global $GPGSV Datos del satélite detallados $GPRMC Datos de navegación recomendados para GPS $GPVTG Curso y velocidad $GPZDA Fecha y tiempo Formato de las sentencias NMEA

19 Análisis de las tramas mas importantesARGUMENTOS DESCRIPCION $GP Titulo del Protocolo GGA Datos Fijos 123519 Hora en 12:35:19 UTC , Latitud 48 grados ' N/S Norte/Sur 01131,000. Longitud 11 grados ' E/O Este/Oeste 1 Calidad fija 0 = Invalido 1 = GPS fijo (SPS) 2 = DGPS fijo 08 Numero de satélites siendo rastrados 0.9 Dilución horizontal de posición 545.4,M Altitud, Metros, sobre el nivel del mar 46.9,M Altura de geoide (nivel del mar) *47 Datos del Checksum (Verificación) Las tramas NMEA más importantes incluyen la GGA la cual provee datos fijos corrientes, la RMC la cual provee las tramas de información mínima GPS, y la GSA la cual provee el dato de estado del Satélite. Las variables a utilizarse son latitud, longitud y altitud. $GPGGA,123519, ,N, ,E,1,08,0.9,545.4,M,46.9,M,*47 Análisis de las tramas mas importantes

20 Receptor gps skm53 Principales características:Sensibilidad ultra alta: -165dBm Protocolos de NMEA (velocidad del defecto: 9600bps) Batería y salida de reserva internas Un puerto serial y puerto del USB (opción) Antena encajada del remiendo 18.2 x 18.2 x 4.0 milímetros Gama de temperaturas de funcionamiento: -40 a 85 ºC Factor de forma minúsculo 30m m x20mm x 11.4m m Receptor gps skm53

21 Diseño e implementación

22 Fuente de alimentaciónLa fuente de alimentación es una etapa que debe ser prestada con mucha atención ya que es fundamental para el buen funcionamiento y conservación del dispositivo..

23 Acondicionamiento de la frecuencia cardiaca

24 acondicionamiento La ubicación puede depender del tipo del paciente y del criterio del profesional a cargo.

25 Preamplificador de instrumentacionLa señal bioeléctrica que se obtiene es una señal de muy baja amplitud que se encuentra alrededor de los 0.5 a 4mV

26 Filtrado de la señal Según la Asociación Americana de Electrocardiografía se especifica que el ancho de banda de una señal cardiaca esta dentro del rango de 0.5 a 100Hz

27 Pasa Alto Pasa Bajo

28 Filtro Notch de 60Hz

29 Amplificador de InstrumentaciónAjuste de Nivel DC

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31 Acondicionamiento de la presión arterial

32 Diseño del brazalete La mini bomba y la electroválvula son alimentadas con 3V y son las encargadas de la automatización del medidor de presión.

33 FILTRADO DE LA señal El transductor registra la presión que se ejerce en el brazalete, esta señal es usada con dos propósitos, una es para medir la presión del mismo brazalete y la otra para obtener el valor de la presión arterial

34 Según la Sociedad Europea de Hipertensión la señal de oscilación de la presión arterial es de aproximadamente de 1Hz, esta señal se encuentra sobrepuesta en la señal de presión del brazalete que es menor a 0.04Hz Filtro Butterworth Pasa Alto de 0.04Hz Filtro Butterworth Pasa Bajo de 4.8Hz

35 AMPLIFICACION Amplificador y ajuste de nivel DC

36 ACONDICIONAMIENTO DE LA TEMPERATURA CORPORAL

37 Para tener una mejor medición con el sensor de temperatura se tomó un rango de medición que está entre 0°C a 45 °C, límites que están en el rango de temperaturas a medir.

38 GPS Pin No. Pin Name I/O Description Remark UART Port 1 VCC PModule Power Supply VCC: 5V ±5% 2 GND G Module Power Ground Reference Ground 3 NC O Not Open Leave Open 4 RST I Module Reset (Active Low Status) 5 TXD TTL:VOH≥0.75 *VCC VOL≤0.25VCC Leave Open in not used 6 RXD TTL:VOH≥0.7 *VCC VOL≤0.3VCC

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40 TARJETA DE ADQUISICION

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43 CONCLUSIONES Diseñar e implementar un sistema de captación de variables fisiológicas no es una tarea sencilla, ya que es un sistema delicado y sensible a ruidos e interferencias sobre todo a la hora de medir la frecuencia cardiaca. Pero una vez culminado puede ser operado por cualquier persona sin necesidad de tener conocimientos de medicina o electrónica, su uso es fácil y no precisa de más de una persona para realizar las mediciones. La mayor dificultad que presenta la determinación de los signos vitales es que las personas estamos expuestas a cambios en nuestras condiciones físicas y emocionales que pueden provocar que los signos cambien rápidamente provocando un poco de dificultades en la validación de los valores. El receptor GPS que fue utilizada en este proyecto es un dispositivo extremadamente rápido y sensible, con una capacidad de recepción de datos menor a un segundo junto con el pequeño tamaño lo hace ideal para muchas aplicaciones.

44 RECOMENDACIONES El proyecto puede ser usado como equipo de aprendizaje de sensores para el laboratorio de electrónica, puede ser mejorado tanto en hardware como en software, de igual manera permitiendo mejorar la interfaz grafica en la presentación de resultados. Se recomienda colocar el módulo GPS del sistema en algún sitio donde no sufra maltratos como golpes, derramamiento de líquidos, calor excesivo entre otros. Para una mejor recepción de las señales satelitales, además de colocarlo en un lugar con vista directa al cielo.   La finalidad el proyecto no trata de acabar con todos los desplazamientos a los hospitales, ya que hay equipos médicos que no son sustituibles por sistemas de ayuda para al diagnóstico; además el trato personal entre el médico y el paciente, revela muchos aspectos vitales para el diagnóstico, pero sí, se plantea disminuir estas visitas para beneficiar tanto al paciente como al especialista.