MOMENTO #3 DISEÑO DE UN SISTEMA DE INSTRUMENTACIÓN DIAGNOSTICA.
Presentado por:
Profesor: SAULO ANDRES
Asignatura: INSTRUMENTACION MÉDICA
UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA MEDELLIN COLOMBIA 2016
INTRODUCCION
La temperatura es considerada un signo vital, es decir, el valor de esta variable es un indicador medico importante a la hora de determinar el estado de salud del paciente. Por lo tanto, es necesario desarrollar sistemas electrónicos exactos y confiables para medirla y registrarla. La fiebre es una alteración del “termostato" corporal, ubicado en el hipotálamo, que conduce a un aumento de la temperatura corporal sobre el valor normal. Éstos pueden ser causados por: Enfermedades Infecciosas Bacterianas, Lesiones Cerebrales, Golpes de Calor. Enfermedades infecciosas bacterianas: Es el caso de las bacterias que generan toxinas, que afectan al hipotálamo, aumentando la temperatura. Esto afecta a los mecanismos de ganancia de calor, los cuales se activan. Los compuestos químicos que generan aumento de temperatura son los pirógenos. Lesiones cerebrales: Al practicar cirugías cerebrales se puede causar daño involuntariamente en el Hipotálamo, el cual controla la temperatura corporal. Esta alteración ocurre también por tumores que crecen en el cerebro, específicamente en el Hipotálamo, de manera que el termostato corporal se daña, desencadenando estados febriles graves. Cualquier lesión a esta importante estructura puede alterar el control de la temperatura corporal ocasionando fiebre permanente. Golpes de calor: El límite de calor que puede aumentar el humano, está relacionado con la humedad ambiental. Así, si el ambiente es seco y con viento, se pueden generar corrientes de convección, que enfrían el cuerpo. Por el contrario, si la humedad ambiental es alta, no se producen corrientes de convección y la sudoración disminuye, el cuerpo comienza a absorber calor y se genera un estado de fiebre. Esta situación se agudiza más aún si el cuerpo está sumergido en agua caliente. En el ser humano se produce una aclimatación a las temperaturas altas, así nuestra temperatura corporal puede llegar a igualar la del medio ambiente sin peligro de muerte. Los cambios físicos que conducen a esta aclimatación son: el aumento de la sudoración, el incremento del volumen plasmático y la disminución de la pérdida de sal a través del sudor. Cambios térmicos en el cuerpo: 36 °C: Temperatura normal del cuerpo, ésta puede oscilar entre 36-37,5 ºC. 38 °C: Se produce un ligero sudor con sensación desagradable y un mareo leve. 39 °C: Pirexia, existe abundante sudor acompañado de rubor, con taquicardias disnea. Puede surgir agotamiento. Los epilepticos y los niños pueden sufrir convulsiones llegados a este punto. 40 °C: Mareos, vértigos, deshidratación, debilidad, náuseas, vómitos, cefalea y sudor profundo. 41 °C: Urgencia. Todo lo anterior más acentuado, también puede existir confusión, alucinaciones, delirios y somnolencia. 42 °C: Además de lo anterior, el sujeto puede tener palidez o rubor. Puede llegar al coma, con hiper o hipotensión y una gran taquicardia. 43 °C: Normalmente aquí se sucede la muerte o deja como secuelas diversos daños cerebrales, se acompaña de continuas convulsiones y shock. Puede existir el paro cardiorrespiratorio. 44 °C ó superior: La muerte es casi segura, no obstante, existen personas que han llegado a soportar 46 °C. 35 °C: Se llama hipotermia cuando es inferior a 35 °C. Se presenta temblor intenso, entumecimiento y coloración azulada/gris de la piel.
34 °C: Temblor severo, pérdida de capacidad de movimiento en los dedos, cianosis y confusión. Puede haber cambios en el comportamiento. 33 °C: Confusión moderada, adormecimiento, arreflexia, progresiva pérdida de temblor, bradicardia, disnea. El sujeto no reacciona a ciertos estímulos. 32 °C: Urgencia. Alucinaciones, delirio, gran confusión, muy adormilad pudiendo llegar incluso al coma. El temblor desaparece, el sujeto incluso puede creer que su temperatura es normal. Hay arreflexia, o los reflejos son muy débiles. 31 °C: Existe coma, es muy extraño que esté conciente. Ausencia de reflejos, bradicardia severa. Hay posibilidad de que surjan graves problemas de corazón. 28 °C: Alteraciones graves de corazón, pueden acompañarse de apnea e Incluso de aparentar o incluso estar muerto. 26-24 °C ó inferior: Aquí la muerte normalmente ocurre por alteraciones cardiorrespiratorias, no obstante, algunos pacientes han sobrevivido a bajas temperaturas aparentando estar muertos a temperaturas inferiores a 14 °C. Un diseño de un sistema de instrumentación diagnostica es una herramienta guía, utilizada para entender el comportamiento de la temperatura en el cuerpo humano, es uno de los primeros elementos de trabajo del médico en el diagnóstico de una enfermedad cuando proviene de los cabios de temperatura. Estos equipos están compuestos por una serie de elementos de electrónica que nos permiten procesar una información y poder determinar un diagnóstico médico. La característica de este trabajo es la investigación, fortaleciendo los conocimientos adquiridos en el estudio de la primera unidad instrumentación diagnostica donde hacemos un recorrido por los diferentes modos de hacer instrumentación médica. El trabajo está pensado en tres momentos: la investigación por medio de las TIC´S, el aporte de los compañeros al foro colaborativo y la guía del tutor del curso. El método utilizado es el que nos recomienda la guía de Momento # 3 y plasmarlos en este trabajo.
OBJETIVOS
Entender y comprender los conceptos de la unidad 1 Instrumentación diagnostica.
Diseñar un sistema de instrumentación diagnostica
Aplicar los conceptos y temas vistos en la unidad 1 mediante el desarrollo de las actividad propuesta.
Participar y trabajar en grupo
DESARROLLO DE LA ACTIVIDAD El grupo debe desarrollar el diseño electrónico y el software de programación de un microcontrolador en lenguaje asembler o lenguaje C, aplicado al módulo de termometría clínica del capítulo 5, numeral 5.5, figura 67
Que cumpla con las siguientes condiciones: a. Temperatura mínima: 32 °C, Vo4(t) = 0V. b. Temperatura maxima: 42 °C, Vo4(t) = 5V. c. Si la temperatura es mayor a 36 °C y menor a 38 °C, en el display debe aparecer “Normal” y encenderse el Led Verde. d. Si la temperatura es menor a 36 °C, en el display debe aparecer “Hipotermia” y encenderse y apagarse el Led amarillo 2 veces por segundo y activarse el zumbador. e. Si la temperatura es mayor a 38 °C, en el display debe aparecer “Hipertermia” y encenderse y apagarse el Led rojo 2 veces por segundo y activarse el zumbador. f. El microcontrolador será el PIC16FXXX. (Cualquier microcontrolador de la empresa microchip de la serie PIC16F). g. Debe simularse con Proteus.
CIRCUITOS PROPUESTOS POR EL COMPAÑERO OSCAR ANDRES SOTO Acondicionador de Señal...
Amplificador de señal…
Amplificador de Instrumentación….
Filtro Pasa Baja…
Circuito Completo….
CIRCUITOS PROPUESTOS POR EL COMPAÑERO SERGIO DE JESUS ZAPATA
Para este proyecto que es bastante interesante propongo iniciar con un equipo digital de temperatura o termómetro digital, para control de dicha variable en pacientes que presenten cuadros febriles, el diseño es bastante sencillo utilizando un transistor bastante conocido como lo es el LM 35.adjunto ficha técnica de datasheet: Rango de medida: -55 a 150 grados Celsius Función de transferencia: 10 mv/grados Voltaje de alimentación 4 a 30v
Sensor de temperatura Inicialmente nombraremos el sistema de detección de la temperatura o el sensor térmico que sería el primer componente a tener en cuenta en el diseño del instrumento. Después de indagar en la red y en el comercio local por tipos de sensores de temperatura escogimos el LM35 DZ por su bajo costo, aunque las desventajas estarían relacionadas a su forma física y resolución, sin embargo la idea de este proyecto básicamente se trata de adquirir las habilidades y el conocimiento de lo que se requiere para diseñar un instrumento de diagnóstico, por lo tanto nos sirve perfectamente como medio de aprendizaje. Se relacionan las características principales del sensor y se adjunta el archivo con su ficha técnica. El LM35 es un sensor de temperatura digital. A diferencia de otros dispositivos como los termistores en los que la medición de temperatura se obtiene de la medición de su resistencia eléctrica, el LM35 es un integrado con su propio circuito de control, que proporciona una salida de voltaje proporcional a la temperatura. El sensor se presenta en diferentes encapsulados de igual forma que un típico transistor con 3 pines, dos de ellos para alimentarlo (VCC y GND) y el tercero (VOUT) nos entrega un valor de tensión proporcional a la temperatura medida por el dispositivo. Características Precisión de 0.5ºC garantizados a 25ºC. Baja corriente de alimentación (60uA). Amplio rango de funcionamiento (desde -55º a + 150ºC). Bajo costo. Baja impedancia de salida. Factor de escala lineal de 10mV/ºC Su tensión de salida es proporcional a la temperatura, en la escala Celsius. No necesita calibración externa. Funciona en el rango de alimentación comprendido entre 4 y 30 voltios. La baja impedancia de salida, su salida lineal y su precisa calibración Inherente hace posible una fácil instalación en un circuito de control. El sensor de temperatura LM35 responde a variaciones de 10 mV por cada grado centígrado. Si el sensor detecta 1 grado centígrado a la salida del sensor obtendríamos 10 mV. Ejemplo: 34.0ºC = 340 mV = 0.340 V. Tenemos que el convertidor de analógico a digital es de 10 bits de resolución, los valores variarán entre 0 y 1023, entonces Vout= (5V*Dato)/1023 siendo ( 0 < Dato < 1023 ) y para ajustar la escala a grados centígrados: Vout = ((5V*Dato)*100)/1023. Según el datasheet el sensor sigue una función lineal, de tal forma que su recta característica se podrá expresar de la siguiente forma: Vd= Ss Tª. Y sabiendo que aumenta 10 mv con cada grado Centígrado, podremos deducir que su función característica mostrada en la Fig. Sigue la siguiente ecuación: Vd(v)= 0,01 (v/ºC) x Tª(ºC)
Microcontrolador Este dispositivo es el encargado de recibir la señal del LM35 atreves del circuito A/D que está integrado en el mismo Pic y luego transmitirla a un visualizador para poder observar dichos datos, el dispositivo seleccionado es el ATMEGA 328P que hace parte de la plataforma de arduino UNO, aparte de que ya contábamos con dicho componente nos parece que es bastante fácil la programación de dicho Pic por la cantidad de información que se encuentra en la red sobre su lenguaje.
Características-Arduino.rar Visualizador El dispositivo que nos permitirá observar los datos registrado será una pantalla LCD de 16*2 de referencia TC1602A-08B el cual ya hemos utilizado en proyectos anteriores, se adjunta imagen y archivo con sus características
Caracteristicas LCD.rar
CIRCUITOS PROPUESTOS POR EDWIN ALBERTO HERNANDEZ
Circuito Adecuador de señal: Se mide corrientes y voltaje. La corriente es menos a 100uA para evitar el calentamiento de la NTC que es de 2.252Ω y la RP de 1.355Ω
Amplificador: Siguiendo el montaje la etapa amplificador
Desventajas: El proteus no tiene una buena librería, el amplificador de instrumentacion INA 114 no lo tiene. Esta es su estructura interna:
Los que tiene el programa proteus son el INA103, 117, 122, 134, 138,168 y 213. Tienen diferente estructura interna al INA 114 hay que crear un amplificador operacional de instrumentación. El circuito de Calibración, el amplificador que nos proponen el INA 114 no lo tiene mi proteus, para reemplazar y seguir con la práctica construyo un amplificador de instrumentación con amplificadores TL084
Hasta ahí llevaba un voltaje de 1.55 después del amplificador debe salir una señal de 5 voltios y solo consigo 3,45 voltios en salida, que van alimentar el microcontrolador. La etapa de microcontrolador ya fue montada no tiene programación pues no hay buena señal de entrada análogo digital, también el cambio de la NTC donde debo tener la calibración de temperatura mínima de 33°C no es posible con este tipo de resistencia simulada. El software que se utilizara es el MPLAB...
Haciendo la simulación de un sistema de instrumentación diagnostica se encuentra lo siguiente El montaje total de los circuitos propuestos en el módulo de Instrumentación Medica presentan deficiencias en diseño para ser simulados en proteus porque: En el circuito adecuador de señal, el termistor no se deja manipular para simular cambio de temperatura, se intenta con resistencia variable pero desconocemos el rango de corriente en cada punto de cambio de temperatura solo con la información del valor de Rp , se toma como el valor de la resistencia del NTC a la mitad del rango de temperatura medido.
CONCLUSIONES
Este trabajo deja conocimiento basico en la simulacion y posible construccion de un termometro clinico, se encontro mucha informacion que sirve para seguir formandose en el manejo de esta clase de instrumentacion medica.. Es una gran herramienta de aprendizaje, permitiendo la exploración de diferentes situaciones, facilitando la comprensión de conceptos y la solución de preguntas planteadas para este trabajo esto lo digo en la manipulación del Proteus y la programación del PIC. Este trabajo practico deja huella de sacrificio, investigación y satisfacción, un abre bocas a la Instrumentación Médica. Desventajas: En el mercado no se encuentra el amplificador INA114, volvemos a encontrar un tropiezo en la construcción de un termómetro con rasgos clínicos y más como lo propone el manual de Instrumentación Medica
Referencias
Bioepro. (16 de Julio de 2011). Amplificador de Instrumentacion con TL084 y celda de carga. Obtenido de https://www.youtube.com/watch?v=d7nBYoedA2g MICROCHIP. (1998). Mplab X IDE. Obtenido de http://www.microchip.com/mplab/mplab-xide ST Microelctronics GROUP OF COMPANIES. (2001). Ampilificador Operacional TL084. Obtenido de https://www.egr.msu.edu/eceshop/Parts_Inventory/datasheets/tl084cn.pdf U:S Sensor Corp. (2016). ULTRA PRECISION INTERCHANGEABLE THERMISTORS 0.05°C ACCURACY. Obtenido de http://www.ussensor.com/products/thermistors/leadedthermistors/interchangeable-thermistors/ultra-precision-interchangeable-thermistor
