Universidad Tecnológica de Querétaro

Firmado digitalmente por Universidad Tecnológica de Querétaro Nombre de reconocimiento (DN): cn=Universidad Tecnológica de Querétaro, o=Universidad Tecnológica de Querétaro, ou, [email protected], c=MX Fecha: 2013.01.21 10:54:31 -06'00'

UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA DE QUERÉTARO

Nombre del proyecto: “ENSAMBLE Y PRUEBAS DE UN CARDIORITMOMETRO”. Empresa: UTEQ

Memoria Que como parte de los requisitos para obtener El titulo de Técnico Superior Universitario en Mecatronica Área Automatización.

Presenta Daniel De León De Santiago

Ing. Jorge Ramiro Alvarado De La Vega

IE. Manuel Meléndez Romero

Asesor de la organización

Profesor asesor

Santiago de Querétaro, Qro, Enero 2013.

Resumen. La empresa HEMODINAMICS solicito a la institución de la UTEQ, la innovación de baumanometro, orientada al ámbito medico, así mismo pidiendo algunos factores más que contribuyeran a la revisión de los pacientes, reduciendo así tiempo e instrumentos, realizando más precisa la medición de signos vitales en el ritmo cardiaco, y presión. Los signos vitales comprenden el ritmo cardíaco, la frecuencia respiratoria, la temperatura y la presión arterial. Estos signos se pueden observar, medir y vigilar para evaluar el nivel de funcionamiento físico de un individuo. Los signos vitales normales cambian con la edad, el sexo, el peso, la tolerancia al ejercicio y la enfermedad. Los rangos normales de los signos vitales para un adulto sano promedio mientras está en reposo son: •

Presión arterial: 90/60 mm/Hg hasta 120/80 mm/Hg

•

Respiración: 12 a 18 respiraciones por minuto.

•

Pulso: 60 a 100 latidos por minuto

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Abstract. The company HEMODINAMICS ask the institution UTEQ, sphygmomanometer innovation, oriented to the doctor, asking himself some factors that contribute to the review of patients, reducing time and tools, making accurate measurement of vital signs heart rate, and pressure.

Vital signs include heart rate, respiratory rate, temperature and blood pressure. These signs can be observed, measured and monitored to assess the level of physical functioning of an individual.

Normal vital signs change with age, sex, weight, exercise tolerance and disease. The normal ranges of vital signs for the average healthy adult while at rest are:

• Blood pressure: 90/60 mm / Hg to 120/80 mm / Hg

• Breathing: 12-18 breaths per minute.

• Pulse: 60-100 beats per minute

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Dedicatorias. La siguiente memoria está dedicada a mi madre que a pesar de lo que pasamos hemos logrado estar hasta aquí, a mi hijo Santiago por darme la serenidad de seguir adelante, y a Dios especialmente por darme día a día la oportunidad de seguir adelante, La sabiduría y entendimiento, a todos mis amigos y compañeros que al igual han pasado muchas cosas juntos y hemos podido superar las trabas que se nos han interpuesto en nuestra estancia en la escuela, así mismo a todos los profesores que me ayudaron a llegar hasta este punto de mi vida, desde el kínder hasta la universidad. A todos y cada uno de ellos Gracias por el apoyo.

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Índice.

Pagina

Resumen……………………………………………………………………………..…...1 Abstract………………………………………………………………………………..…..2 Dedicatorias……………………………………………………………………………....3 Indice……………………………………………………………………………………....4 I.- Introducción…………………………………………………………….……………...6 II.- Antecedentes de Esfigmanometro ó Baumanometro…………………………….7 III.- Antecedentes históricos…………………………………………………………….10 IV.- Funcionamiento……………………………………………………………………..13 V.- Medida de la tención………………………………………………………………..14 VI.- Procedimiento de medida………………………………………………………….15 VII.- Factores que alteran la medida……………………………………………….….16 VIII.- Presión sanguínea………………………………………………………….……..18 IX.- Clasificación de presión arterial………………………………………..………….20 X.- Medición……………………………………………………………....………………21 XI.- Medición no invasiva……………………………………………….……………….21 XII.- Métodos de auscultación…………………………………...……………………..22 XIII.- Medición invasiva………………………………………...………………………..23 4

XIV.- Desarrollo del proyecto.................................................................................25 14.1.- Microchips……………………………………………………………………….26 14.2 Resistencias…………………………………………………………………........32 14.3 Capacitores ó condensadores…………………………………………………..33 14.4 Potenciómetro………………………………………………………………........36 14.5 Diodos……………………………………………………………………………..38 14.6 Diodo rectificador como elemento de protección………………………….….40 14.7 Buzer……………………………………………………………………………….43 14.8 Cristal………………………………………………………………………….......44 14.9 Transistores……………………………………………………………………….45 14.10 Ensamble………………………………………………………………………...47 XV.- Resultados obtenidos………...………………………………………………..... 52 XVI.- Conclusión………………………………………………………….……………...52 XIX.- Plan de actividades……………………………………………………………….53 XVII.- Referencias bibliográficas………………………………………………………55 XVIII.- Biografía……………………………………………………………….………....56

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Introducción. Esta memoria está compuesta de información recopilada en investigaciones hechas para la realización del proyecto llamado Cardiontimometro, realizada para la empresa HEMODINAMICS. Reúne los antecedentes históricos así como las innovaciones del mismo para dar mejora de este instrumento para la medicina de nuestros tiempos actuales y exigentes que tenemos hoy en día. El desarrollo de un nuevo instrumento medico, así como cada una de las piezas el cual da la importancia del Cardiontimometro, con el cual podremos calcular con exactitud la frecuencia cardiaca y la presión arterial. Este documento tiene la finalidad de explicar como funciona desde el interior y el exterior de este nuevo instrumento Con este instrumento de nueva generación será más precisa la información médica que nos proporcionen, y para los que lo utilicen serán más exactos sus medidas.

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II.-Antecedentes De ESFIGMOMANOMETRO ó BAUMANOMETRO La evolución del esfigmomanómetro va ligada a la historia de la medida de la presión arterial. Los médicos egipcios ya tomaban el pulso mediante palpación de las venas. No obstante la medición de la presión arterial se comenzó a realizar a mediados del siglo XIX, siendo el primero el doctor Stephen Hales que realizó los primeros experimentos para medir la presión sanguínea. Para realizar esta operación canalizó por primera vez la arteria de una yegua con un tubo de vidrio y observó cómo la columna de sangre ascendía con cada latido del corazón. El fisiólogo francés Poiseuille fue el primero en emplear una columna de mercurio como primera idea de instrumento de medición de la presión arterial, en 1828 gana una medalla en la Academia de Medicina de París por dichas investigaciones. Un año antes Samuel Siegfried Karl Ritter von Basch inventó el esfigmomanómetro de columna de agua. Las ideas de Poiseniulle permiten al doctor/ingeniero Carl Ludwig desarrollar el kimografo en 1847. Los métodos desarrollados

por

estos

investigadores

eran invasivos y consistían en la

introducción de una cánula directamente en el sistema circulatorio. Hasta 1855 no se comenzaron a vislumbrar formas de medición "no invasiva", y uno de sus precursores fue el fisiólogo alemán Vierordt(con su precursor denominado esfigmógrafo). Sus ideas eran buenas pero obtuvo el éxito esperado hasta que Etienne Jules Marey en 1860 mejora el instrumental y diseña un esfigmomanómetro portátil y no intrusivo. Su instrumento gana adeptos poco a poco en el mundo médico de finales del siglo XIX. El avance de las técnicas no invasivas fue determinante con las mejoras realizadas a los esfigmomanómetros y

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una de las más relevantes fue la que en 1896 realiza Scipione RivaRocci inventando el esfigmomanómetro de columna de mercurio. En 1905 el médico ruso Nikolai Korotkov descubre un método "no invasivo" capaz de medir fácilmente la presión arterial mediante auscultación. Comunica su descubrimiento en una simple nota de 207 palabras a la Academia de Ciencias Médicas de San Petersburgo.

Y

en

1915

William

A.

Baum inventa

el

baumanometro

esfigmomanómetro tal y como se conoce a comienzos del siglo XXI, su avance permite medir la tensión con un instrumento portable. En la década de los años setenta se comenzó a introducir en los ambientes hospitalarios los esfigmomanómetros digitales capaces de realizar medidas automáticas. Los avances en la miniaturización de los componentes electrónicos, y su continuo abaratamiento, lograron que a finales del siglo XX fuese posible adquirir un instrumento de medida y realizar las medidas sin la asistencia de personal cualificado. A comienzos del siglo XX es un electrodoméstico que se puede adquirir en farmacias. Los esfigmomanómetros de mercurio se han ido retirando paulatinamente debido a que no parece ser biodegradables y por motivos medioambientales no son adecuados. El mercurio contenido en las ampollas es un contaminante no degradable, bioacumulable, que pasa al medio ambiente por evaporación o a través de las aguas residuales, y se deposita en el fondo marino, en el suelo y en sedimentos que pueden entrar posteriormente en la cadena alimentaria.

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III.- Antecedentes Históricos. También conocido como Esfigmomanómetro o tensiómetro, es un instrumento médico empleado para la medición indirecta de la presión arterial, que la suele proporcionar en unidades físicas de presión, por regla general en milímetros de mercurio (mmHg o torr).

La

palabra

proviene

etimológicamente

del griego sphygmós que significa pulso y de la palabra manómetro (que proviene del griego y se compone de, ligero y, medida). También es conocido popularmente como tensiómetro o baumanómetro aunque correctamente es manómetro. Se compone de un sistema de brazalete hinchable, más un manómetro (medidor de la presión) y un estetoscopio para auscultar de forma clara el intervalo de los sonidos de Korotkoff (sistólico y diastólico). La toma de la tensión arterial es una de las técnicas que más se realiza a lo largo de la vida de una persona, e igualmente resulta ser una de las técnicas de atención primaria o especializada más habitualmente empleadas. Forma parte de las inspecciones rutinarias. Aportando a los facultativos un dato imprescindible para saber cómo una persona se encuentra en relación a su supervivencia (generalmente asociado a función circulatoria) Cumpliendo una misión fundamental en la medicina preventiva. El esfigmomanómetro proporciona una medida indirecta de la presión arterial, la medida directa se realiza en algunos casos clínicos por métodos de cateterismo arterial (o canulación). A parte del intra arterial o directo tras formas de medición de la tensión arterial se pueden clasificar en: cambio de color capilar, a través del pulso,

auscultatorio,

oscilométrico,

ultrasónico/doppler.

Existen

diversos

esfigmomanómetros en la actualidad: los tradicionales de columna de mercurio,

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los aneroides (de aguja empujada por resortes interiores, en lugar de la columna de mercurio) y los esfigmomanómetros digitales. Cada uno de los sistemas posee características propias, siendo los más precisos los de columna de mercurio (desde comienzos del siglo XXI en desuso en Europa.). La precisión de los esfigmomanómetros de manómetro de dial dependerá del radio del dial, es decir de su tamaño. Los digitales poseen menos precisión que los de mercurio, pero son automáticos y fáciles de operar. El dispositivo con carácter no invasivo que se conoce en la actualidad fue inventado por Samuel Siegfried Karl Ritter von Basch en el año 1881. El científico Scipione Riva-Rocci introdujo una versión del instrumento más sencilla en 1896. En el año 1901, Harvey Cushing modernizó el dispositivo y lo popularizó dentro de la comunidad médica. El médico ruso Korotkoff aportó en 1905 el método a sus cultatorio a la esfigmomanometría. Es por esta razón por la que este instrumento ha cumplido ya sus cien años de uso.

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IV.- FUNCIONAMIENTO En el ciclo de bombeo el corazón y el sistema circulatorio pasa por un máximo de presión que coincide con el bombeo de sangre (sístole o contracción), tras este punto de máxima presión el corazón se relaja y se llena de sangre procedente de las venas, alcanzando un mínimo de presión (diástole o relajación). Completando de esta forma un ciclo cardíaco. El esfigmomanómetro se emplea como instrumento de medida de estos valores extremos de presión debidos al flujo sanguíneo, es decir de la presión sistólica (de contracción del corazón, o de bombeo) y de presión diastólica. Medida habitualmente en milímetros de mercurio (mmHg o torr) así como en kPa (kilo-Pascales). Los modelos suelen indicar un rango que va desde los 0 mmHg a los 300 mmHg (que es rango de la presión arterial medible en los humanos), existiendo modelos que permiten medir sólo hasta los 260 mmHg. El esfigmomanómetro consiste en un brazalete (también llamado brazal) que hincha con una perilla manual, o cualquier otro dispositivo que bombee aire, hinchando el brazalete hasta que oprime en brazo. La presión dentro del aire del brazalete se mide mediante un manómetro que es el instrumento de medida que finalmente indica la presión sanguínea. El manómetro y el brazalete se encuentran unidos por un manguito de goma. La opresión del brazo se eleva hasta que, por oclusión, cesa el tránsito de sangre por la arteria braquial (denominada también arteria humeral) en su fosa cubital, esta oclusión ocurre a unos 250 mmHg aproximadamente. La perilla, o dispositivo de bombeo, posee una válvula de purga (o válvula de aeración o en algunos casos válvulas Check) que permite

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descender la presión del brazalete de una forma controlada. La colocación del estetoscopio en la arteria braquial permite auscultar los intervalos de audición de los sonidos de Korotkoff.7 Realizando las anotaciones que proporcione el anemómetro incorporado.

V.- MEDIDA DE LA TENCION La parte superior de los brazos se encuentra a la altura del corazón y es un lugar muy adecuado para la colocación del brazalete neumático. O por encima del pliegue del codo a unos dos centímetros aproximadamente. Alrededor del brazo y a

la

altura

del

corazón es

el

lugar

elegido

para

poner

el brazalete

hinchable (generalmente se sella mediante un velcro). Suele preferirse el brazo cercano al corazón (izquierdo) que el derecho, pero no suele haber diferencias en las medidas con la precisión que da el esfigmomanómetro. A veces se suele tomar la presión en ambos brazos y si se encuentra una diferencia superior a 10 mmHg se valora la diferencia. A veces se realizan dos tomas de la presión arterial separadas entre sí por 2 minutos y se promedian los valores obtenidos. En los casos de arritmia se suele tomar la presión al menos cinco veces por consulta. El paciente debe estar sentado en una silla y relajado durante al menos quince minutos antes de la medición. Las posturas aconsejadas son decúbito supino o en sedestación con el brazo a explorar a la altura del esternón y apoyado (sin tensión muscular). Para realizar la medida se recomienda que el sujeto permanezca relajado, en una habitación tranquila y con temperatura confortable. En instante de colocar el brazalete la mano debe reposar en una superficie con la palma hacia

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arriba y en posición relajada. El aparato, en el caso de columnas de mercurio, debe estar a la altura de los ojos del observador.

VI.- Procedimiento de medida Se comienza palpando el brazo en busca del pulso de la arteria braquial, lugar en el que se colocará el diafragma del estetoscopio. Dicha arteria se sitúa entre los músculos bíceps braquial y braquial; en su trayecto inferolateral acompaña al nervio mediano. El brazalete se coloca anteriormente y se eleva la presión con la perilla hasta ocluir la arteria, se sabe cuando se realiza la oclusión cuando no hay pulso. Generalmente a 30 mmHg por encima de la desaparición del punto radial. Se coloca el diafragma del estetoscopio y se libera la presión del brazalete lentamente (a unos 3 mmHg/s aproximadamente) hasta que la presión del brazalete llega a un punto ligeramente inferior a la presión sistólica. Al de la purga de aire no se oye nada, pero a medida que disminuye la presión comienza a hacerse perceptible mediante auscultación de los primeros ruidos de Korotkoff (fase I). Al estar ocluida ligeramente la arteria la velocidad del flujo sanguíneo es elevada en los periodos de latido y su flujo es turbulento, la arteria permitirá caudal en la sístole y el ruido que se oye por el estetoscopio es similar al del latido. En ese momento se toma la presión sistólica (o presión de bombeo). Se continúa descendiendo la presión lentamente mientras se van escuchando los cinco tipos de sonidos de Korotkoff por el estetoscopio. Algunos de ellos son similares a los murmullos. Cuando se escuchan los últimos latidos antes del silencio. Se anota la presión diastólica (mínima). La flujo por debajo de la presión diastólica es perceptible como un continuo ruido de fondo, debido a las

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turbulencias del flujo sanguíneo (generalmente las fases IV y V de los ruidos de Korotkoff), pero se distinguen de los característicos cinco fases de los ruidos de Korotkoff en que no se detectan ya latidos, ni murmullos periódicos debido a que la arteria permanece abierta durante todo el ciclo del corazón.

VII.- Factores que alteran la medida Los niveles de tensión arterial varían a lo largo del día, suele recomendarse que se tome periódicamente a la misma hora y en el mismo lugar. Cualquier variación en el entorno favorece los cambios en la medida. La temperatura de la habitación afecta a la medida, aumentando los valores unas unidades de mmHg si la habitación es fría y bajando la tensión si la habitación se encuentra caliente. Es ideal que se encuentre en torno a los 20ºC. En algunas personas el stress emocional que supone estar en hospitales o centros de salud eleva los niveles de tensión en lo que se denomina hipertensión de bata blanca. La ingesta previa en un plazo previo no superior a la media hora de cualquier bebida alcohólica, o excitante como puede ser el café altera las medidas, pudiendo llegar a subir una decena de mmHg. El tamaño del brazalete y su ubicación en el brazo puede ofrecer dispersión de medidas realizadas con un mismo aparato, si se ubica lejos de la arteria que debe comprimir para impedir el paso de la sangre, previamente tiene que comprimir otros tejidos y esto hace que aumente la cifra de la presión arterial. Existen tablas con diámetros de brazaletes en función de la edad del paciente. La ubicación del brazalete sobre la ropa, siendo aconsejable que el brazo se encuentre desnudo. Siendo posible además que el aparato de medida pueda estar/o no correctamente calibrado. Un error de 5 mmHg permitirá decidir a un facultativo, por error, que un porcentaje de los pacientes sea diagnosticado 16

erróneamente como hipertenso/hipotenso. Es por esta razón por la que este instrumental debe estar correctamente calibrado. En los ambientes hospitalarios de urgencia puede haber entornos de nivel de ruido elevado y esta situación puede alterar la medición si se realiza auscultación. Las medidas que realizan sobre sí mismas las personas (auto-auscultación) pueden verse sometidas a sesgos que falseen la medida: generalmente sesgo de auto-confirmación y puede que los pacientes hipertensos tiendan a leer bajas medidas, mientras que los hipotensos las eleven. Al posible déficit de audición, se añaden errores comunes en la medición como puede ser el redondeo de cifras o preferencia por determinados dígitos [0 y 5], olvido de la lectura, influencia de lecturas previas, etc. Figura 1.1

Figura 1.1

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VIII.- PRECIÓN SANGUINIA La presión sanguínea es la fuerza de presión ejercida por la sangre circulante sobre las paredes de los vasos sanguíneos, y constituye uno de los principales signos vitales. La presión de la sangre disminuye a medida que la sangre se mueve a través de arterias, arteriolas, vasos capilares, y venas; el término presión sanguínea generalmente se refiere a la presión arterial, es decir, la presión en las arterias más grandes, las arterias que forman los vasos sanguíneos que toman la sangre que sale desde el corazón. La presión arterial es comúnmente medida por medio de un esfigmomanómetro, que usa la altura de una columna de mercurio para reflejar la presión de circulación (ver Medición no invasiva más abajo). Los valores de la presión sanguínea se expresan en kilo pascales (kPa) o en milímetros del mercurio (mmHg), a pesar de que muchos dispositivos de presión vascular modernos ya no usan mercurio. La presión arterial varía durante el ciclo cardíaco de forma semejante a una función sinusoidal lo cual permite distinguir una presión sistólica que es definida como el máximo de la curva de presión en las arterias y que ocurre cerca del principio del ciclo cardíaco durante la sístole o contracción ventricular; la presión arterial diastólica es el valor mínimo de la curva de presión (en la fase de diástole o relajación ventricular del ciclo cardíaco). La presión media a través del ciclo cardíaco se indica como presión sanguínea media; la presión de pulso refleja la diferencia entre las presiones máxima y mínima medidas. Los valores típicos para un ser humano adulto, sano, en descanso, son aproximadamente 120 mmHg (16 kPa) para la sístólica y 80 mmHg (11 kPa) para 18

la diastólica (escrito como 120/80 mmHg, y expresado oralmente como "ciento veinte sobre ochenta"). Estas medidas tienen grandes variaciones de un individuo a otro. Estas medidas de presión sanguínea no son estáticas, experimentan variaciones naturales entre un latido del corazón a otro y a través del día (en un ritmo circadiano);

también

cambian

en

respuesta

al

estrés,

factores

alimenticios, medicamentos, o enfermedades. La hipertensión se refiere a la presión sanguínea que es anormalmente alta, al contrario de la hipotensión, cuando la presión es anormalmente baja. Junto con la temperatura del cuerpo, la presión sanguínea es el parámetro fisiológico más comúnmente medido. Aunque a la presión sanguínea se la confunde con la presión arterial, se puede distinguir dos tipos de presión sanguínea:

Presión venosa Presión arterial: Tiene dos componentes o medidas de presión arterial que son: 1. Presión sistólica o la alta. 2. Presión diastólica o la baja.

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IX.-CLASIFICACION DE PRECION ARTERIAL Clasificación Optima

Presión Arterial Presión Arterial sistólica(mmHG) Diastólica (mmHg) Menos de 120 Menos de 80

Normal

120-129

70-80

Pre-Hipertensión

130-139

80-89

Hipertensión grado 1

140-159

90-99

Hipertensión grado 2

160-179

100-110

Hipertensión grado 3

Más de 180

Más de 110

Hipertensión sistólica Más de 140 aislada

20

Menos de 90

X.-Medición La presión arterial puede ser medida no invasiva o invasivamente (penetrando la piel y midiendo dentro de los vasos sanguíneos). La segunda, generalmente está restringida a las instalaciones de un hospital.

XI.- Medición no invasiva La mediciones no invasivas por auscultación (del latín escuchar) y oscilo métrica, son más simples y más rápidas que las mediciones invasivas, requieren menos pericia para llevarlas a cabo, virtualmente no tienen complicaciones, y son menos desagradables y dolorosas para el paciente. Sin embargo, las mediciones no invasivas pueden tener una exactitud algo más baja y pequeñas diferencias sistemáticas en los resultados numéricos. Los métodos de medición no invasivos son más comúnmente usados para exámenes y monitoreos rutinarios. Un valor sistólico mínimo puede ser estimado aproximadamente por palpación, sin ningún equipo, un método usado más frecuentemente en situaciones de emergencia. La palpación de un pulso radial indica una presión sanguínea mínima de 80 mmHg (11 kPa), un pulso femoral indica por lo menos 70 mmHg (9,3 kPa), y un pulso en la arteria carótida un mínimo de 60 mmHg (8,0 kPa). Sin embargo, un estudio indicó que este método no era lo suficientemente exacto y con frecuencia sobrestimaba la presión sanguínea sistólica del paciente.7 Un valor más exacto de la presión sanguínea sistólica puede ser obtenido con un Esfigmomanómetro y palpando para cuando retorna un pulso radial.8 Debido a que una presión diastólica no puede ser obtenida con este método, las presiones arteriales obtenidas por la palpación se anotan como " 21

XII.- Métodos de auscultación El método auscultorio usa un estetoscopio y un esfigmomanómetro. Esto abarca un brazalete inflable (Riva-Rocci) que se coloca alrededor de la parte superior del brazo izquierdo (puede ser tomada en el derecho pero sería erróneo pues la medición obtenida no sería exacta debido al recorrido propio de las arterias), arriba del codo, a aproximadamente la misma altura vertical que el corazón, que va conectado a un manómetro de mercurio o aneroide. El manómetro de mercurio, que se considera el estándar de oro para la medición de la presión sanguínea, mide la altura de una columna del mercurio, dando un resultado absoluto sin la necesidad de calibración, y por lo tanto no sujeto a los errores y a la posible inexactitud de la calibración que afectan a otros métodos. El uso de los manómetros de mercurio es a menudo requerido en pruebas clínicas y para la medición clínica de la hipertensión en pacientes de riesgo elevado, como las mujeres embarazadas. Un brazalete del tamaño apropiado es ajustado e inflado manualmente al apretar repetidamente un bulbo de goma hasta que la arteria braquial es ocluida totalmente. Escuchando con el estetoscopio la arteria radial en el codo, el examinador libera lentamente la presión en el brazalete. Cuando la sangre apenas comienza a fluir en la arteria, el flujo turbulento crea un "silbido" o palpitación (primer sonido de Korotkoff). La presión en la cual este sonido se oye primero es la presión sanguínea sistólica. La presión del brazalete sigue liberándose hasta que no se puede oír ningún sonido (quinto sonido de Korotkoff) en la presión sanguínea diastólica. A veces, la presión es palpada (sentida a mano) para conseguir una estimación antes de la auscultación. 22

XIII.- Medición invasiva La presión sanguínea arterial (BP) es más precisamente medida invasivamente a través de una línea arterial. La medición invasiva de la presión arterial con cánulas intra-vasculares implica la medición directa de la presión arterial colocando

una

aguja

de

cánula

en

una

arteria

(usualmente

las

arterias radial, femoral, dorsal del pie o braquial). Esto es hecho en un hospital generalmente por un anestesiólogo o un cirujano. La cánula se debe conectar con un sistema lleno de fluido estéril, que está conectado con un transductor de presión electrónico. La ventaja de este sistema es que la presión está constantemente supervisada latido por latido, y puede ser exhibida una forma de onda (un gráfico de presión versus tiempo). Esta técnica invasiva es regularmente empleada en la medicina humana y veterinaria de cuidados intensivos, anestesiología, y para propósitos de investigación. La canulación para el monitoreo invasivo de la presión vascular está frecuentemente

asociada

a

complicaciones

como trombosis,

infecciones,

y hemorragia. Los pacientes con monitoreo arterial invasivo requieren una supervisión muy cercana, pues hay un peligro de hemorragia severa si la línea llega a desconectarse. Es generalmente reservada para los pacientes donde son anticipadas variaciones rápidas en la presión arterial. Los monitores invasivos de presión vascular son sistemas de monitoreo de presión diseñados para adquirir la información de la presión para la exhibición en una pantalla y el procesamiento. Hay una variedad de monitores invasivos de presión vascular para trauma, cuidado intensivo, y usos en la sala de operaciones. Éstos incluyen los de presión simple, presión dual, y el de multi-parámetro (es decir 23

presión/temperatura). Los monitores pueden ser usados para la medida y el seguimiento de la presión arterial, venosa central, arterial pulmonar, auricular izquierda, auricular derecha, arteria femoral, de la vena o arteria umbilical, e intracraneal. Los parámetros de la presión vascular son derivados en el sistema de microcomputador del monitor. Generalmente, las presiones sistólicas, diastólicas, y media son exhibidas simultáneamente para formas de onda pulsátiles (es decir, arterial y pulmonar arterial). Algunos monitores también calculan y exhiben la presión de perfusión cerebral (CPP). Normalmente, una tecla de cero en el frente del monitor hace que la presión se ponga en cero extremadamente rápida y fácilmente. Los límites de la alarma se pueden ajustar para asistir al profesional médico responsable de observar al paciente. Las alarmas altas y bajas pueden ser ajustadas en los parámetros de la temperatura exhibidos.

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XIV.- Desarrollo del proyecto. En el desarrollo de Cardiontimometro se fue empleado revisando los factores que debía llevar así como las piezas que fueran necesarias para su ensambla miento y buen funcionamiento de este instrumento tan importante,, para el cual se tomaron en consideración varias cosas como los componentes que debía llevar la tarjeta que almacenaría los diferentes componentes, la tarjeta quedo de la siguiente manera,

como

muestra

Figura 2.1

25

la

foto

2.1

En los componentes que formarían a este circuito se eligieron los siguientes componentes:

14.1.-Microchip Microchip PIC 18F4550-1/P. Figura 2.2.

Figura 2.2

Este Micro chip se eligió por ser el que cumpliría las necesidades de el Cardiontimometro en las siguientes imágenes se muestra como está constituido por dentro y como se debería hacer sus conexiones adecuadas de acuerdo con el datasheet.

26

Figura 2.3

27

Conexiones de acuerdo al Datasheet.

Figura 2.4

Estructura Interna de acuerdo con el Datasheet.

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Un micro

controlador (abreviado µC, UC o MCU)

es

un circuito

integrado programable, capaz de ejecutar las órdenes grabadas en su memoria. Está compuesto de varios bloques funcionales, los cuales cumplen una tarea específica. Un micro controlador incluye en su interior las tres principales unidades funcionales

de

una computadora: unidad

central

de

procesamiento, memoria y periféricos de entrada/salida. Algunos micro controladores pueden utilizar palabras de cuatro bits y, funcionan a velocidad de reloj con frecuencias tan bajas como 4 kHz, con un consumo de baja potencia (mW o microvatios). Por lo general, tendrá la capacidad para mantener la funcionalidad a la espera de un evento como pulsar un botón o de otra interrupción, el consumo de energía durante el sueño (reloj de la CPU y los periférico de la mayoría) puede ser sólo nanovatios, lo que hace que muchos de ellos muy adecuados para aplicaciones con batería de larga duración. Otros micro controladores pueden servir para roles de rendimiento crítico, donde sea necesario actuar más como un procesador digital de señal (DSP), con velocidades de reloj y consumo de energía más altos. Al ser fabricados, la memoria ROM del micro controlador no posee datos. Para que pueda controlar algún proceso es necesario generar o crear y luego grabar en la EEPROM o equivalente del micro controlador algún programa, el cual puede ser escrito en lenguaje ensamblador u otro lenguaje para micro controladores; sin embargo, para que el programa pueda ser grabado en la memoria del micro controlador, debe ser codificado en sistema numérico hexadecimal que es finalmente el sistema que hace trabajar al micro controlador cuando éste es

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alimentado con el voltaje adecuado y asociado a dispositivos analógicos y discretos para su funcionamiento

Los micros controladores son diseñados para reducir el costo económico y el consumo de energía de un sistema en particular. Por eso el tamaño de la unidad central de procesamiento, la cantidad de memoria y los periféricos incluidos dependerán de la aplicación. El control de un electrodoméstico sencillo como una batidora utilizará un procesador muy pequeño (4 u 8 bits) porque sustituirá a un autómata finito. En cambio, un reproductor de música y/o vídeo digital (MP3 o MP4) requerirá de un procesador de 32 bits o de 64 bits y de uno o más códecs de señal digital(audio y/o vídeo). El control de un sistema de frenos ABS (Antilock Brake System) se basa normalmente en un micro controlador de 16 bits, al igual que el sistema de control electrónico del motor en un automóvil. Los micro controladores representan la inmensa mayoría de los chips de computadoras vendidos, sobre un 50% son controladores "simples" y el restante corresponde a DSPsmás especializados. Mientras se pueden tener uno o dos microprocesadores de propósito general en casa (Ud. está usando uno para esto), usted tiene distribuidos seguramente entre los electrodomésticos de su hogar una o dos docenas de micro controladores. Pueden encontrarse en casi cualquier dispositivo

electrónico

como automóviles, lavadoras, hornos

microondas, teléfonos, etc. Un micro controlador difiere de una unidad central de procesamiento normal, debido a que es más fácil convertirla en una computadora en funcionamiento, con

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un mínimo de circuitos integrados externos de apoyo. La idea es que el circuito integrado se coloque en el dispositivo, enganchado a la fuente de energía y de información que necesite, y eso es todo. Un microprocesador tradicional no le permitirá hacer esto, ya que espera que todas estas tareas sean manejadas por otros chips. Hay que agregarle los módulos de entrada y salida (puertos) y la memoria para almacenamiento de información. Un micro controlador típico tendrá un generador de reloj integrado y una pequeña cantidad de memoria de acceso aleatorio y/o ROM/EPROM/EEPROM/flash, con lo que para hacerlo funcionar todo lo que se necesita son unos pocos programas de control y un cristal de sincronización. Los micro controladores disponen generalmente también de una gran variedad de dispositivos de entrada/salida, como convertidor analógico digital, temporizadores, UARTs y buses de interfaz serie

especializados,

integrados

pueden

como I2C y CAN. ser

controlados

Frecuentemente, por

instrucciones

estos de

dispositivos procesadores

especializados. Los modernos micro controladores frecuentemente incluyen un lenguaje de programación integrado, como el lenguaje de programación BASIC que se utiliza bastante con este propósito. Los micro controladores negocian la velocidad y la flexibilidad para facilitar su uso. Debido a que se utiliza bastante sitio en el chip para incluir funcionalidad, como los dispositivos de entrada/salida o la memoria que incluye el micro controlador, se ha de prescindir de cualquier otra circuitería.

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Resistencias de 4.7kΩ, 100kΩ, 1MΩ. 1K, 330Ω, 150 K Ω 1.2K Ω

14.2.-Resistencias La resistencia eléctrica de un objeto es una medida de su oposición al paso de corriente. Descubierta por Georg Ohm en 1827, la resistencia eléctrica tiene un parecido conceptual a la fricción en la física mecánica. La unidad de la resistencia en el Sistema Internacional de Unidades es el ohmio (Ω). Para su medición en la práctica existen diversos métodos, entre los que se encuentra el uso de un ohmnímetro. Además, su cantidad recíproca es la conductancia, medida en Siemens. La resistencia de cualquier objeto depende únicamente de su geometría y de su resistividad, por geometría se entiende a la longitud y el área del objeto mientras que la resistividad es un parámetro que depende del material del objeto y de la temperatura a la cual se encuentra sometido. Esto significa que, dada una temperatura y un material, la resistencia es un valor que se mantendrá constante. Además, de acuerdo con la ley de Ohm la resistencia de un material puede definirse como la razón entre la caída de tensión y la corriente en dicha resistencia

Símbolo de la resistencia

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Este bombillo / foco que todos tenemos en nuestros hogares es una resistencia. Las resistencias se representan con la letra R y el valor de éstas se mide en Ohmios (Ω). Figura 2.5

Figura 2.5

Las resistencias o resistores son fabricadas en una amplia variedad de valores. Hay resistencias con valores de Kilohmios (KΩ), Megaohmios (MΩ).

Capacitores de 1 µF, 4700µF y 0.1 µF.

14.3.- Capacitores ó Condensadores Un condensador ó capacitor (en inglés, capacitor, nombre por el cual se le conoce frecuentemente en el ámbito de la electrónica y otras ramas de la física aplicada), es

un

dispositivo pasivo,

utilizado

en electricidad y electrónica,

capaz

de

almacenar energía sustentando un campo eléctrico. Está formado por un par de superficies conductoras, generalmente en forma de láminas o placas, en situación de influencia total (esto es, que todas las líneas de campo eléctrico que parten de una van a parar a la otra) separadas por un material dieléctrico o por el vacío. Las placas, sometidas a una diferencia de potencial, adquieren una determinada carga eléctrica, positiva en una de ellas y negativa en la otra, siendo nula la variación de carga total.

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Aunque desde el punto de vista físico un condensador no almacena carga ni corriente

eléctrica,

sino

simplemente energía

mecánica latente;

al

ser

introducido en un circuito se comporta en la práctica como un elemento "capaz" de almacenar la energía eléctrica que recibe durante el periodo de carga, la misma energía que cede después durante el periodo de descarga. Figura 2.6 y 2.7

Figura 2.6

Condensadores axiales ó eléctricos.

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Figura 2.7

Condensadores eléctricos de tantalio. Figura 2.8

Figura 2.8

Símbolo de condensadores ó capacitores

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Potenciómetro de precisión de 5K y de 10K.

14.4- Potenciómetro Un potenciómetro es un componente electrónico similar a los resistores pero cuyo valor de resistencia en vez de ser fijo es variable, permitiendo controlar la intensidad de corriente a lo largo de un circuito conectándolo en paralelo ó la caída de tensión al conectarlo en serie. Un potenciómetro es un elemento muy similar a unreostato , la diferencia es que este último disipa más potencia y es utilizado para circuitos de mayor corriente, debido a esta característica, por lo general los potenciómetros son generalmente usados para variar el voltaje en un circuito colocados en paralelo, mientras que los reostatos se utilizan en serie para variar la corriente .

Un potenciómetro está compuesto por una resistencia de valor total constante a lo largo de la cual se mueve un cursor, que es un contacto móvil que divide la resistencia total en dos resistencias de valor variable y cuya suma es la resistencia total, por lo que al mover el cursor una aumenta y la otra disminuye. A la hora de conectar un potenciómetro, se puede utilizar el valor de su resistencia total o el de una de las resistencias variables ya que los potenciómetros tienen tres terminales, dos de ellos en los extremos de la resistencia total y otro unido al cursor.

Se pueden distinguir varios tipos de potenciómetros. •

Según la forma en la que se instalan: para chasis o para circuito impreso.

•

Según el material: de carbón, de alambre ó de plástico conductor.

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•

Según su uso: de ajuste,, normalmente no accesibles desde el exterior, ó de mando,, para que el usuario pueda variar parámetros de un aparato, estos

a su vez

pueden ser: rotatorios,,

se controlan girando su

eje, deslizantes, cuya pista resistiva es recta y el cursor cursor se mueve en línea recta ó múltiples. múltiples •

Según

su

respuesta

al

movimiento

del

cursor

pueden

ser: lineales, logarítmicos, logarítmicos sinusoidales yantilogarítmicos. •

Potenciómetros digitales digitales: son circuitos integrados con un funcionamiento func similar a un potenciómetro analógico.

Los usos más comunes del potenciómetro son los referidos a al control de funciones de equipos eléctricos, como el volumen en los equipos de audio y el contraste ó el brillo en la imagen de un televisor. Figura 2.9

Figura 2.9

Símbolo de potenciómetro

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Diodos 4001

14.5- Diodos DIODOS METAL-SEMICONDUCTOR. Los más antiguos son los de germanio con punta de tungsteno o de oro. Por el tipo de unión que tiene posee una capacidad muy baja, así como una resistencia interna en conducción que produce una tensión máxima de 0,2 a 0,3v. El diodo Schottky es un tipo de diodo cuya construcción se basa en la unión metal conductor con algunas diferencias respecto del anterior. s DOS METALSEMICONDUCTOR.-La conexión se establece entre un metal y un material semiconductor con gran concentración de impurezas, de forma que solo existirá un movimiento de electrones, ya que son los únicos portadores mayoritarios en ambos materiales. Al igual que el de germanio, y por la misma razón, la tensión de umbral cuando alcanza la conducción es de 0,2 a 0,3v. Igualmente tienen una respuesta notable a altas frecuencias, encontrando en este campo sus aplicaciones más frecuentes. Un inconveniente de esto tipo de diodos se refiere a la poca intensidad que es capaz de soportar entre sus extremos. El encapsulado de estos diodos es en forma de cilindro, de plástico o de vidrio. De configuración axial. Sobre el cuerpo se marca el cátodo, mediante un anillo serigrafiado. Diodo de punta de germanio Diodo Schottky

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DIODOS RECTIFICADORES. Su construcción está basada en la unión PN siendo su principal aplicación como rectificadores. Este tipo de diodos (normalmente de silicio) soportan elevadas temperaturas (hasta 200ºC en la unión), siendo su resistencia muy baja y la corriente en tensión inversa muy pequeña. Gracias a esto se pueden construir diodos de pequeñas dimensiones para potencias relativamente grandes, desbancando así a los diodos termoiónicos desde hace tiempo. Sus aplicaciones van desde elemento indispensable en fuentes de alimentación como en televisión, aparatos de rayos X y microscopios electrónicos, donde deben rectificar tensiones altísimas. En fuentes de alimentación se utilizan los diodos formando configuración en puente (con cuatro diodos en sistemas monofásicos), o utilizando los puentes integrados que a tal efecto se fabrican y que simplifican en gran medida el proceso de diseño de una placa de circuito impreso. Los distintos encapsulados de estos diodos dependen del nivel de potencia que tengan que disipar. Hasta 1w se emplean encapsulados de plástico. Por encima de este valor el encapsulado es metálico y en potencias más elevadas es necesario que el encapsulado tenga previsto una rosca para fijar este a un radiador y así ayudar al diodo a disipar el calor producido por esas altas corrientes. Igual le pasa a los puentes de diodos integrados.

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14.6-

DIODO

RECTIFICADOR

COMO

ELEMENTO

DE

PROTECCION. La desactivación de un relé provoca una corriente de descarga de la bobina en sentido inverso que pone en peligro el elemento electrónico utilizado para su activación. Un diodo polarizado inversamente cortocircuita dicha corriente y elimina el problema. El inconveniente que presenta es que la descarga de la bobina es más lenta, así que la frecuencia a la que puede ser activado el relé es más baja. Se le llama comúnmente diodo volante. DIODO RECTIFICADOR COMO ELEMENTO DE PROTECCION DE UN DIODO LED EN ALTERNA. El diodo LED cuando se polariza en c.a. directamente conduce y la tensión cae sobre la resistencia limitadora, sin embargo, cuando se polariza inversamente, toda la tensión se encuentra en los extremos del diodo, lo que puede destruirlo. DIODOS ZENER. Se emplean para producir entre sus extremos una tensión constante e independiente de la corriente que las atraviesa según sus especificaciones. Para conseguir esto se aprovecha la propiedad que tiene la unión PN cuando se polariza inversamente al llegar a la tensión de ruptura (tensión de zener), pues, la intensidad inversa del diodo sufre un aumento brusco. Para evitar la destrucción del diodo por la avalancha producida por el aumento de la intensidad se le pone

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en serie una resistencia que limita dicha corriente. Se producen desde 3,3v y con una potencia mínima de 250mW. Los encapsulados pueden ser de plástico o metálico según la potencia que tenga que disipar. APLICACIONES La aplicación de estos diodos se ve en los Reguladores de Tensión y actúa como dispositivo de tensión constante (como una pila). Símbolo: Característica Su gráfica es de la siguiente forma: Un diodo normal también tiene una zona de ruptura, pero no puede funcionar en él, con el Zener si se puede trabajar en esa zona. La potencia máxima que resiste en la "Zona de Ruptura" ("Zona Zener"): En la zona de ruptura se produce el "Efecto Avalancha" ó "Efecto Zener", esto es, la corriente aumenta bruscamente. Para fabricar diodos con un valor determinado de tensión de ruptura (Vz) hay que ver la impurificación porque Vz es función de la impurificación (NA ó ND), depende de las impurezas. Figura 2.10 y 2.11 La zona de ruptura no es una vertical, realmente tiene una inclinación debida a Rz:

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Figura 2.10

Figura 2.11

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14.7- Buzer Es una pieza que en electrónica se utiliza más que nada para avisar que una acción Se está stá realizando, este componente es empleado principalmente en alarmas, ya que su sonido es detectado tado con facilidad, el buzer buzer es unipolar, esto quiere decir que funciona como si fuera un diodo porque solo sonara cuando la pata positiva este conectada al positivo de la fuente. Pueden hacer un experimento conectando un buzer a corriente alterna, con un transformador de 12 volt y tendrán una idea más clara de las revoluciones por segundo (Hz) que contiene dicha corriente, las cuales como ya sabrán, án, son 60 Hz. Figura 2.12

Buzer y símbolo Figura 2.12

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14.8- Cristal Cristal de 20 MHz un IN4148 Esos capacitores constituyen una carga para que el cristal oscile a su frecuencia de

trabajo.

Si se pueden cambiar por otros valores que no afecten ni su oscilación ni su frecuencia, e incluso puedes colocar un capacitor variable para ajustar la frecuencia de oscilación del cristal, a su valor más cercano. Figura 2.13

Figura 2.13

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14.9- Transistores Transistores 2N3904, 1 7805, 1 LM317. El transistor es un dispositivo electrónico semiconductor que cumple funciones de amplificador, oscilador, conmutador o rectificador. El término «transistor» es la contracción

en inglés de transfer

resistor («resistencia de

transferencia»).

Actualmente se encuentran prácticamente en todos los aparatos electrónicos de uso diario. De contacto puntual Llamado también transistor de punta de contacto, fue el primer transistor capaz de obtener ganancia, inventado en 1947 por John Bardeen y Walter Brattain. Consta de una base de germanio, semiconductor para entonces mejor conocido que la combinación cobre-óxido de cobre, sobre la que se apoyan, muy juntas, dos puntas metálicas que constituyen el emisor y el colector. La corriente de base es capaz de modular la resistencia que se «ve» en el colector, de ahí el nombre de «transfer resistor». Se basa en efectos de superficie, poco conocidos en su día. Es difícil de fabricar (las puntas se ajustaban a mano), frágil (un golpe podía desplazar las puntas) y ruidoso. Sin embargo convivió con el transistor de unión (W. Shockley, 1948) debido a su mayor ancho de banda. En la actualidad ha desaparecido.

Con el desarrollo tecnológico y evolución de la electrónica, la capacidad de los dispositivos semiconductores para soportar cada vez mayores niveles de tensión y 45

corriente ha permitido su uso en aplicaciones de potencia. Es así como actualmente los transistores son empleados en conversores estáticos de potencia, controles para motores y llaves de alta potencia (principalmente inversores), aunque su principal uso está basado en la amplificación de corriente dentro de un circuito cerrado. Figura 2.14

Figura 2.14

Tipos de transistores.

En el ensamble de todos los dispositivos, concluimos con la tarjeta que solo es el primer paso para obtener el Cardiontimometro. En la programación se encargo el 46

14.10 Ensamble Ingeniero Manuel Meléndez y el alumno Oscar segura, esta programación se creó a base de formulas especificadas por la empresa HEMODINAMIC’S,

ya

que

en todo instrumento medico es indispensable las mediciones de cualquier tipo en este caso es para tomar la presión sanguínea, ya que este instrumento permitirá saber el ritmo cardiaco así mismo la frecuencia cardiaca. En el diseño de este instrumento participaron tanto como docentes y alumnos para la recopilación de ideas, ya que se trataba de un instrumento medico muy importante, tanto como para el uso médico y la innovación de la tecnología, ya que este instrumento en un paso más a la medicina tecnológica de hoy en día demanda la sociedad y el mundo digital. Como lo muestra la siguiente imagen es la conclusión de la tarjeta y sus componentes

ya

antes

47

mencionados.

La pantalla que nos mostrara las indicaciones de uso resultados del Cardiontimometro es la siguiente como lo muestra en la imagen siguiente: figura 2.15

Figura 2.15

En la continuación del ensamble de los dispositivos, se montaron a una caja, con la carcasa respectiva a la empresa HEMODINAMIC’S. Para esta caja se monto la pantalla azul la cual será la que nos mostrara los datos que requerimos y el uso que se dará, como tal se montaron 4 botones para el manejo de este instrumento, en la siguiente figura se muestra como y cuáles son sus funciones, figura 2.16

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Figura 2.16

Siguiendo con el ensamble del Cardiontimometro en la base de la caja se conecto el motor el cual se encargara de inflar el brazalete. Como en la siguiente imagen se muestra: figura 2.17

Figura 2.17 49

El brazalete el cual deberá inflar será como la siguiente imagen: figura 2.18

Figura 2.18

Este brazalete es el que se conectara en el brazo para de ahí tomar las presión y la frecuencia del paciente que lo requiere.

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En el siguiente diagrama se muestra en cada lugar de todos los instrumentos utilizados y mencionados anteriormente como lo muestra en la figura 2.19

Figura 2.19

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XV.-Resultados obtenidos La empresa HEMODINAMIC’S fue totalmente satisfecha del instrumento obtenido ya que presentaba todas las especificaciones que se necesitaba y un poco más de lo que pidió al presentar este instrumento fue todo un éxito para el mundo de la medicina en México, este instrumento será de gran ayuda a todos los que lo utilicen y más fácil la medición cardiaca además de ser muy exacta en sus mediciones.

XVI.- Conclusión. El termino de este proyecto en la Universidad Tecnológica de Querétaro concluyo con éxito ya que se obtuvo lo que se quería y lo que se pretendía con la empresa HEMODINAMICS, obteniendo así un instrumento de larga duración y desempeño para el mundo de la medicina.

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XVII.-Planeación de actividades

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XVIII.-Referencias bibliográficas http://www.nlm.nih.gov http://es.wikipedia.org http://www.unicrom.com http://www.microchip.com http://www.forosdeelectronica.com

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XIX.-Biografía: http://www.nlm.nih.gov http://es.wikipedia.org http://www.unicrom.com http://www.microchip.com http://www.forosdeelectronica.com

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