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Implementación de un pulsometro diagnosticador de SPO2 y HR con interfase USB Carlos M. Raymundo Luyo y Luis A. Gonzales Vargas Universidad Ricardo Palma CIDIB-URP ,[email protected].

Resumen— En búsqueda de los bajos costos de la implementación de equipos de diagnóstico para los hospitales nacionales sobre todo rurales, la Universidad Ricardo Palma junto con CIDIB-URP ha desarrollado equipos biomédicos que pueden satisfacer las necesidades de estos en el Perú. El pulsómetro implementado tiene la capacidad de cuantificar las señales de SPO2 y HR usando un microcontrolador PIC16F877 y una pantalla LCD para la visualización de los datos. Por otro lado, se implementó un circuito de comunicación USB para transmisión de datos a la PC. Con este trabajo esperamos poder cubrir las necesidades del país en cuanto a equipamiento de diagnóstico. Palabras clave— Pulsímetro, Interfase USB , Microcontrolador .

I. INTRODUCCIÓN

D

ebido a la gran necesidad de equipos de diagnósticos en nuestro país y a la falta de mantenimiento de estos, se crea un gran vacío de calidad médica para los pacientes .Por otro lado, se puede observar que en cualquier hospital hay mas pacientes en una sala de emergencia o de cuidados intensivos que equipos para realizar este trabajo, similarmente hay casos tan críticos en los cuales hay hospitales que no cuentan con estos equipos, porque su presupuesto es muy limitado sobre todo en lugares de mayor pobreza y zonas alejadas del Perú-.

USB y SERIAL lo que hace más versátil con cualquier equipo de procesamiento de datos. Esta tarjeta mediante un sensor podrá capturar las señales proveniente del cuerpo humano en forma no invasiva , esto debido a que utiliza Sensores ópticos y mediante los principios de absorción de luz y la ley de Lamber Beer se tiene los valores de Frecuencia Cardiaca y Saturación de oxigeno en la sangre. II. OBJETIVOS Se muestra los objetivos alcanzados al realizar este trabajo:  Desarrollo de un Sistema de adquisición de datos con la implementación de un circuito para este fin.  Desarrollo de un sistema de tratamiento y visualización con PIC16F877 de los datos adquiridos.  Desarrollo de un Equipo de Fácil uso para del personal técnico y usuario.  Desarrollo de un equipo portátil. III. DESARROLLO DEL TRABAJO SISTEMA DE PULSOMETRO CON PIC16F877 El esquemático del diagrama de bloques con PIC y la tarjeta de adquisición Ver Fig. 2

Figura 1.- Pulsómetro Debido a esto el CENTRO DE INVESTIGACIÓN Y DESARROLLO EN INGENIERIA BIOMEDICA de la Universidad Ricardo Palma viene desarrollando un Pulsómetro (Ver Figura 1) que cuenta a su vez con la implementación tarjeta para la adquisición de datos como el SPO2 Y HR, y por medio de un PIC16F877 se puede hacer un procesamiento de los datos y visualizarlos en una pantalla LCD, los valores correspondientes a la SPO2 y la HR, ingreso de alarmas mediante un teclado y sonidos de dichas alarmas. Además, acorde con los avances en tecnología de transmisión de datos se implementó una etapa en la cual este equipo puede comunicarse con una PC mediante la interfase

Figura 2.- Diagrama de bloques del Pulsómetro Al colocarlo en un estructura en el cual se va poder usar en los diferentes centros hospitalarios. Se mostraría de esta manera. Ver Figura 3 Procesador de datos y Transmisor serial/USB

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Figura 3.- Sensor y el pulsímetro como se muestra como producto final DIAGRAMA ESQUEMÁTICO USANDO EL PIC16F877

DEL

SISTEMA

En este grafico se muestra la interacción del sensor pasando por el adquisidor de datos y la entrada del PIC en esta etapa se hace la conversión de los datos para luego mostrarlo en una pantalla LCD y el teclado como entrada para la alarmas. Finalmente se muestra en conversor SERIAL/USB lo que hace que estos datos puedan ser enviados a cualquier Procesador de datos. Ver Figura 4

Figura 5.- Diagrama de flujo del programa

DISEÑO DE PCB Se muestra la etapa finalizada de los circuitos diseñados. En la Figura 6 se aprecia el circuito que se encarga de la etapa de conversión Serial/USB y en la Figura 7 se ve la placa correspondiente al Circuito de adquisición de datos.

Figura 4.- Diagrama Esquemático del sistema. Se llama la atención al conversor Serial/USB DIAGRAMA DE FLUJO PARA EL PROGRAMA En forma resumida se muestra el diagrama de flujo que funciona dentro del PIC 16F877, y de allí nace la forma de visualizar en un LCD ò Displays de 7 segmentos. Ver Figura 5

Figura 6.- Circuito convertidor Serial/USB

Los primeros algoritmos no tenían una buena sincronización con la tarjeta OEMIII, realizando varias pruebas se logro dicha sincronización, luego se pudo visualizar los datos en la pantalla del LCD E ingresar los datos para las alarmas mediante un teclado.

Figura 7.- Circuito de adquisición de datos FOTOS DEL PROYECTO Las placas fueron realizadas en fibra de vidrio, que es un material mucho mas resistente que la baquelita, como se puede apreciar en la Figura 6 esta la placaque se encargara de la conversión Serie/USB y en la Figura 7 la tarjeta para la adquisicion de datos.

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Figura 8.- Placa correspondiente al circuito

Figura 11.- Detección de la tarjeta Serie/USB.

Figura 9.- Placa correspondiente al circuito convertidor serie /USB de adquisición de dato.

IV. RESULTADOS Etapa de adquisición de datos: En la Figura 8 se observa la prueba de la adquisición de datos, con un sensor para el dedo casero que posteriormente es reemplazado por uno de mejor calidad. Las señales obtenidas fueron las esperadas con una ligera perturbación producida por el sensor, lo cual llevo a que este fuera cambiado.

Figura 12.- Conexión de la tarjeta Serie/USB

Union de todas las etapas:

Figura 13.- Todas las etapas unidas y simulación. Figura 10.- Prueba de la tarjeta de adquisición de datos. Etapa Serie/USB: En esta etapa se consiguió los resultados esperados, sin mayores inconvenientes, como se aprecia en la Figura 9 el dispositivo es detectado y en la Figura 10 se muestra la conexión correspondiente.

Prueba General: En esta parte ya se obtuvieron los resultados generales donde se pusieron a prueba todas las etapas, comprobando su funcionamiento y comparándolo con la simulación.

Figura 14.- Resultados finales

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APÉNDICES APÉNDICE A Hoy en día, gracias a la pulsioximetría, la determinación de la Saturación de Oxígeno (SO) se puede realizar de forma inmediata, continua e incruenta, convirtiéndose en el mayor avance tecnológico en la monitorización cardiorespiratoria de los últimos 10 años. La principal indicación de la monitorización de la SO, es reconocer los estados subclínicos de hipoxemia. Figura 15.- Resultados finales (Simulación)

     

Equipo portátil de bajo costo. Decodificación del protocolo de comunicación sensor y tarjeta de adquisición de datos Comunicación entre los dispositivos, PIC, tarjeta de adquisición y pantalla LCD. Visualización de datos con LCD 16 X 2, alfanumérico. Ingreso de datos de las alarmas mediante un teclado. Fuente de alimentación con batería de 9 V.

Fundamentos técnicos de la medida de la SaO2 por pulsioximetría, la SpO2 La forma de medir la SaO2 mediante la pulsioximetría está basada en los principios que rigen la absorción de la luz por la sangre arterial de un vaso pulsátil, de manera que cuando la Hb no está oxigenada, esta absorbe más luz roja (600 a 750 nm), y cuando lo está, la absorberá en la región infrarroja (850 a 1000nm). La medida de la SpO2 se lleva a cabo ópticamente mediante un haz de luz que es enviado desde una fuente de luz infrarroja, y es recogida por un detector fotosensible, colocado habitualmente en el dedo de la mano.

IV. CONCLUSIONES • La monitorización de estos signos vitales ayuda a los doctores a describir como se encuentra el paciente, con esta ayuda se puede detectar el descenso de los niveles de saturación de oxígeno antes de que ocurra daño y que aparezcan los signos físicos de un modo NO INVASIVO. • Contar con herramientas de programación como el ASEMBLER y el BASIC para los pic’s, hacen mas fácil el poder diseñar la programación del microcontrolador. En las conclusiones debería presentarse una revisión de los puntos clave del artículo con especial énfasis en el análisis y discusión de los resultados que se realizó en las secciones anteriores y en las aplicaciones o ampliaciones de éstos. No debería reproducirse el resumen en esta sección.

Indicaciones: Sus indicaciones en Urgencias son cada vez más amplias, las más habituales son:  

V. RECOMENDACIONES 

 

Tener una adecuada sincronización entre PIC y tarjeta de adquisición para evitar perder datos. Tener adecuadamente colocado el sensor para evitar discontinuidad en la señal. Usar baterías recargables de larga duración. Según la hoja de datos es preferible trabajar con el sensor de la marca reconocida aunque se puede trabajar con uno universal. TRABAJOS FUTUROS

  

Utilizar una pantalla LCD grafica. Usar banco de memorias para almacenar datos en un determinado tiempo. Mostrar las señales en tiempo real.



Valoración de la gravedad y tratamiento de los cuadros respiratorios. Monitorización del paciente que impresiona de gravedad, convulsiones, coma, politraumatismos, sepsis, etc. Monitorización de los procedimientos de urgencias que requieren sedoanalgesia.

Contraindicaciones: No tiene contraindicaciones absolutas, pero pierde fiabilidad en pacientes con SO < 70%, como es el caso de los niños con ciertas cardiopatías congénitas o hipertensión pulmonar. Hay otras situaciones que afectan la fiabilidad de la pulsioximetría:        

Luz ambiental brillante. Movimiento excesivo del sensor. Hipotensión. Infusión de vasopresores. Metahemoglobinemia. La infusión de colorantes como el azul de metileno. Intoxicación por monóxido de carbono. Hipotermia y alcalosis.

5



Esmalte de uñas.

APÉNDICE B 7

USBDP

I/O

8

USBDM

I/O

9

GND

Pwr

10

SLEEP#

11

RXLED#

12

TXLED#

FT232BM El integrado FT232BM es una solución ideal para reemplazar el puerto RS232 por el USB en los nuevos diseños. Viene con drivers libres de royalties para la mayoría de los sistemas operativos, nosotros lo hemos probado en Windows y Linux. Características:            



Un único chip maneja tanto el USB como la tranferencia serie asíncrona. La UART admite 7/8 bits de datos, 1/2 stop bits y Odd/Even/Mark/Space/No Parity. Tasa de tranferencia de 300 Baudios a 3M Baudio (TTL). Tasa de tranferencia de 300 Baudios a 1M Baudio (RS232). Timeout ajustable para el buffer Rx. Soporte para USB suspend/resume a través de los pines SLEEP# y RI#. Soporte para alimentar dispositivos directamente del bus USB a través del pin PWREN#. Circuito Power-On-Reset incluido. Tensión de alimentación 4,35V a 5,25V. Compatible con el controlador de host UHCI/OHCI/EHCI. Compatible con USB 1.1 y USB 2.0. USB VID, PID, número de serie y descripción del producto almacenado en una memoria EEPROM externa. Encapsulado pequeño 32-LD LQFP o QFN-32.

Este documento se distribuye bajo licencia FDL por lo que se permite su copia, modificación y distribución, siempre y cuando se mantenga esta nota. Descripción de los pines Pin

Nombre EESK

2

EEDATA

3

VCC

4

RESET#

5

RSTOUT#

6

3V3OUT

Tipo

Descripción Sennal de Clock para la Out EEPROM Conexión de datos hacia la I/O EEPROM Tensión de alimentación PWR (+4,4V a +5,25V) Pin para poder realizar un In reset desde el exterior. Si no se utiliza, se conectará a VCC. Out Salida del regulador Out L.D.O.integrado de 3,3V. Este pin debe conectarse a un

Pin de masa Estado bajo mientras esté Out en USB Suspend Mode. Indicador LED de Out recepción de datos. Nivel bajo cuando se recibe algún dato. Indicador LED de transmisión de datos. Nivel Out bajo cuando se transmite algún dato. Especifica los niveles de tensión utilizados en la Pwr interfaz UART (3.0V 5,25V). Nivel bajo, alimentado el FT232BM desde el bus USB. In Nivel alto alimentado mediante conexión externa. Nivel bajo cuando se ha configurado el FT232BM mediante USB. Nivel alto durante el periodo de suspensión del bus USB. Se Out puede usar para controlar la alimentación de dispositivos externos alimentados directamente desde el bus USB mediante un MOSFET P-Channel.

13

VCCIO

14

PWRCTL

15

PRWEN#

Pin

Nombre

Tipo

16

TXDEN

Out

17 18 19 20 21 22 23 24 25

GND RI# DCD# DSR# DTR# CTS# RTS# RXD TXD

Pwr In In In Out In Out In Out

26

VCC

Pwr

27 28

XTIN XTOUT

In Out

29

AGND

Pwr

Licencia

condensador cerámico de 33nF. Sennal positiva datos USB (requiere una ressitencia de pull-up de 1,5K conectada a 3V3OUT o RSTOUT#) Sennal negativca datos USB

Descripción Habilita la transmisión de datos para RS485. Pin de masa. Ring Indicator. Data Carrier Detect. Data Set Ready. Data Terminal Ready. Clear To Send. Request To Send. Pin de recepción. Pin de transmisión. Tensión de alimentación (+4,4V a +5,25V). Entrada al oscilador de 6MHz. Salida del oscilador de 6MHz. Gnd analógico para el multiplicador x8 del reloj interno.

6

30

AVCC

Pwr

31

TEST

In

32

EECS

I/O

VCC analógico para el multiplicador x8 del reloj interno. Pone al FT232BM en modo test, debe de conectarse a GND para un funcionamiento normal. EEPROM-Chip select.

3.

Importamos el archivo *.hex que deseamos grabar.

4.

Seleccionamos el PIC que vamos a usar

5.

Finalmente hacemos clic en el botón PROGRAM

APÉNDICE C Pasos para grabar un PIC con el programador PICSTART-PLUS 1.

2.

Seleccionar el grabador de PIC, en este caso PICSTART PLUS

Habilitar el Quemador

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REFERENCIAS [1] [2] [3] [4] [5] [6]

Barea Navarro R., Instrumentación Biomédica. Universidad de Alcalá, departamento de Electrónica. Del Águila C., Electromedicina, Editorial HASA-Nueva Librería, 2da Ed. 1994. Mireya Fernandez Chimeno, Miguel Ángel García González, Instrumentació biomèdica Pràctiques de laboratori, UPC-Departament d’Enginyeria Electrònica Primavera 2006 PULSE WAVE ANALYSIS http://www.medisde.com/en/ipg.html#pulse MICROCHIP hoja de datos de PIC 16f877.