UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DEL ESTADO DE MÉXICO LICENCIATURA EN BIOINGENIERÍA MEDICA PRESENTAN: ALBARRÁN DOMÍNGUEZ JESSICA AYALA BARAJAS DANIELA CORONA GUADARRAMA MARÍA GUADALUPE SÁNCHEZ DELGADILLO ANDREA
DISEÑO Y ELABORACIÓN DE UN ESTETOSCOPIO ELECTRONICO.
ASIGNATURA: INTRODUCCIÓN A LA INSTRUMENTACIÓN INSTRUMENTAC IÓN BIOMÉDICA.
Contenido OBJETIVO .........................................................................................................................................
2
INTRODUCCION ..............................................................................................................................
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MARCO TEORICO ...........................................................................................................................
3
CAPITULO I. CONCEPTOS GENERALES .............................................................................. 3 CAPITULO II. FUNCIONAMIENTO DEL ESTETOSCOPIO ELECTRÓNICO. .................. 4 CAPITULO III. FRECUENCIA CARDIACA Y SU RELACIÓN CON EL ESTETOSCOPIO ELECTRÓNICO. ........................................................................................................................... 4 CAPITULO IV. FILTROS Y AMPLIFICADORES ..................................................................... 5 Amplificador Amplificador de sonido ............................................................................................................
6
Filtro Pasa Banda .....................................................................................................................
7
Filtro Rechaza Banda (Filtro NOTCH)...................................................................................
7
CAPITULO V. ANTECEDENTES. .............................................................................................
8
ESTETOSCOPIO MECANICO ............................................................................................. 13 ESTETOSCOPIO ELECTRÓNICO .....................................................................................
20
ESTETOSCOPIO ELECTRÓNICO .....................................................................................
23
ESTETOSCOPIO ELECTRÓNICO 3M LITMANN 3200 .................................................. 24 EL ESTETOSCOPIO ELECTRÓNICO ELITE ................................................................... 26
DESARROLLO ...............................................................................................................................
30
Material .........................................................................................................................................
30
Amplificación ...............................................................................................................................
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Filtrado .........................................................................................................................................
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Filtro pasa banda ....................................................................................................................
31
Amplificación de sonido sonido .............................................................................................................
35
RESULTADOS ................................................................................................................................
37
CONCLUSIONES ...........................................................................................................................
43
BIBLIOGRAFIA ...............................................................................................................................
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Contenido OBJETIVO .........................................................................................................................................
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INTRODUCCION ..............................................................................................................................
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MARCO TEORICO ...........................................................................................................................
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CAPITULO I. CONCEPTOS GENERALES .............................................................................. 3 CAPITULO II. FUNCIONAMIENTO DEL ESTETOSCOPIO ELECTRÓNICO. .................. 4 CAPITULO III. FRECUENCIA CARDIACA Y SU RELACIÓN CON EL ESTETOSCOPIO ELECTRÓNICO. ........................................................................................................................... 4 CAPITULO IV. FILTROS Y AMPLIFICADORES ..................................................................... 5 Amplificador Amplificador de sonido ............................................................................................................
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Filtro Pasa Banda .....................................................................................................................
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Filtro Rechaza Banda (Filtro NOTCH)...................................................................................
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CAPITULO V. ANTECEDENTES. .............................................................................................
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ESTETOSCOPIO MECANICO ............................................................................................. 13 ESTETOSCOPIO ELECTRÓNICO .....................................................................................
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ESTETOSCOPIO ELECTRÓNICO .....................................................................................
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ESTETOSCOPIO ELECTRÓNICO 3M LITMANN 3200 .................................................. 24 EL ESTETOSCOPIO ELECTRÓNICO ELITE ................................................................... 26
DESARROLLO ...............................................................................................................................
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Material .........................................................................................................................................
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Amplificación ...............................................................................................................................
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Filtrado .........................................................................................................................................
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Filtro pasa banda ....................................................................................................................
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Amplificación de sonido sonido .............................................................................................................
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RESULTADOS ................................................................................................................................
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CONCLUSIONES ...........................................................................................................................
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BIBLIOGRAFIA ...............................................................................................................................
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OBJETIVO Diseñar y elaborar un prototipo de estetoscopio electrónico en un rango de frecuencias de 0.5 a 300 Hz. INTRODUCCION El estetoscopio también conocido como fonendoscopio, es un dispositivo acústico médico para la auscultación de los sonidos internos del cuerpo humano o animal. A menudo se utiliza para escuchar los sonidos del corazón, co razón, pulmones, intestinos y el flujo sanguíneo en las arterias y las venas. Por lo tanto es un instrumento de suma importancia y utilidad en el campo de la medicina. En el presente proyecto se plasma la estructura y procedimiento llevado acabo para el diseño y construcción de un prototipo de estetoscopio electrónico, que captura el sonido cardiaco convirtiéndolo en acústico, y además muestra la onda del latido cardiaco en un osciloscopio.
Para efectos de lo anterior se realizaron pruebas al prototipo en diferentes condiciones de sonido por mencionar algunas, el ruido ambiental y el latido del corazón. Así pues se presenta el esquema general de trabajo para la realización de un prototipo de estetoscopio electrónico. MARCO TEORICO CAPITULO I. CONCEPTOS GENERALES Estetoscopio. Un estetoscopio es un aparato usado en medicina, fisioterapia, enfermería, kinesiología y veterinaria, para la auscultación o para oír los sonidos internos del cuerpo humano o animal [5]. Estetoscopio electrónico. Estetoscopio diseñado y equipado para detectar y amplificar los ruidos corporales [5]. Prototipo. Estetoscopio diseñado y equipado para detectar y amplificar los ruidos corporales [5]. Frecuencia. Magnitud que mide el número de repeticiones por unidad de tiempo de tiempo de cualquier fenómeno o suceso periódico [5]. Amplificador. Es todo dispositivo que, mediante me diante la utilización de energía, magnifica la amplitud de un fenómeno [5]... Amplificador operacional. Se trata de un dispositivo electrónico (normalmente se presenta como circuito como circuito integrado) que integrado) que tiene dos entradas y una salida. La salida es la diferencia de las dos entradas multiplicada por un factor (G) (ganancia) [5]. Filtro pasa bajas. Filtro caracterizado por permitir el paso de las frecuencias más bajas y atenuar las frecuencias más altas [5]. Filtro pasa altas. Filtro altas. Filtro electrónico en cuya respuesta en frecuencia se atenúan las componentes de baja frecuencia pero no las de alta frecuencia [5]. Filtro pasa banda. Filtro electrónico que deja pasar un determinado rango de frecuencias de una señal y atenúa el paso del resto [5]. Filtro rechaza banda. Filtro electrónico que no permite el paso de señales de señales cuyas frecuencias cuyas frecuencias se encuentran comprendidas entre las frecuencias las frecuencias de corte superior e inferior [5]...
CAPITULO II. FUNCIONAMIENTO DEL ESTETOSCOPIO ELECTRÓNICO. El funcionamiento de un estetoscopio parte de tres fases fundamentales las cuales son: 1. Captación de la señal de interés. La captación de esta señal se realiza mediante un sensor el cual comúnmente es un micrófono. 2. Amplificación de la señal de interés. Esta atapa es fundamental para aumentar la amplitud de la señal ya que esta es regularmente muy pequeña para poder ser escuchada, y es realizada mediante la implementación de circuitos electrónicos. 3. Filtración de la señal: en esta etapa se pretende eliminar aquellas frecuencias indeseables, y el ruido que el ambiente puede generar. Los estetoscopios electrónicos requieren la conversión de las ondas sonoras acústicas en señales eléctricas que luego pueden ser amplificadas y procesadas para la escucha óptima. A diferencia de los estetoscopios acústicos, los cuales están basados en la misma física, transductores en estetoscopios electrónicos varían ampliamente. El método más simple de detección de sonido se logra mediante la colocación de un micrófono en la campana. Este método tiene la interferencia de ruido ambiente. Este diafragma responde a las ondas sonoras de forma idéntica a un estetoscopio acústico convencional, con los cambios en un campo eléctrico sustitución de los cambios en la presión del aire. Esto preserva el sonido de un estetoscopio acústico con los beneficios de la amplificación. Debido a que los sonidos se transmiten electrónicamente, un estetoscopio electrónico puede ser un dispositivo inalámbrico, puede ser un dispositivo de grabación, y puede proporcionar una reducción de ruido, la mejora de la señal, y la producción visual y de audio. Estetoscopios electrónicos también se utilizan con los programas de Auscultación asistido por ordenador para analizar el corazón grabado suena patológicos o inocente soplos cardíacos. Para obtener la señal que deseamos se deben poner ciertos componentes electrónicos que nos ayudan a acondicionar la señal. El resultado final de estas tres fases generara una señal limpia y amplificada la cual posteriormente podrá ser procesada y mostrada.
CAPITULO III. FRECUENCIA CARDIACA Y SU RELACIÓN CON EL ESTETOSCOPIO ELECTRÓNICO.
La escucha de los ruidos del cuerpo, generalmente con la ayuda de un estetoscopio, se denomina auscultación. Esta técnica ha sido una de las principales herramientas para el diagnóstico de enfermedades valvulares, debido a que el cierre de las válvulas se asocia con ruidos audibles [6]. La auscultación es la primera herramienta de análisis que se emplea para evaluar el estado funcional del corazón, y el primer indicador utilizado para remitir al paciente donde un especialista. En ella, el médico trata de identificar y analizar separadamente los diferentes ruidos que componen el ciclo cardiaco y realiza después una síntesis de las características extraídas [6]. Existen diferentes tipos de sonidos cardiacos en los cuales se debe enfatizar, estos son llamados primero y segundo tono cardiacos y son causados por el cierre de las válvulas auriculoventriculares (A-V) y semilunares respectivamente [6]. La duración de cada uno de los sonidos del corazón es ligeramente superior a 0.1s y la amplitud de frecuencias audibles comienza en la frecuencia más baja que el oído puede captar, alrededor de 40Hz y aumenta por encima de 500Hz [6]. Cuando se utiliza un dispositivo electrónico especial para registrar estos tonos, la mayor parte del ruido registrado se sitúa en frecuencias y niveles de sonido por debajo del intervalo audible, por este motivo, las partes principales de los tonos cardiacos pueden registrarse electrónicamente en fonocardiogramas. La frecuencia normal del corazón se encuentra comprendida en el rango de 0.01 Hz hasta 250 Hz, sin embargo, para fines de un estetoscopio electrónico se manejara un rango de frecuencias cardiacas que sean audibles para el oído humano desde la frecuencia cardiaca normal hasta las frecuencias de algunas patologías, por lo que se utiliza un rango comprendido entre 0.5 Hz y 300 Hz. Un fonocardiograma no solo puede captar la frecuencia cardiaca si no también la frecuencia pulmonar que se encuentra comprendida entre los 100Hz y los 500Hz sin embargo el proyecto se centra en el análisis de las frecuencias cardiacas. CAPITULO IV. FILTROS Y AMPLIFICADORES Un filtro es un sistema que permite el paso de señales eléctricas a un rango de frecuencias determinadas e impide el paso del resto. Se utilizan para:
Acondicionamiento de señal de entrada. Digitalización de señales. Acondicionamiento de señal producida.
En función a la función de transferencia se clasifican en:
Paso Bajo Paso Alto Paso Banda Eliminada Banda [1]
Amplificador diferencial con una ganancia de tensión elevada, acoplo directo y diseñado para facilitar la inclusión de una red de realimentación. El A.O. puede ser considerado como un bloque funcional analógico. Es un modelo matemático más que un circuito electrónico real. Idealmente debe tener impedancia de entrada: infinita, impedancia de salida: cero, ganancia de tensión en modo diferencial: infinita y ganancia de tensión en modo diferencial: infinita. Aplicaciones del Amplificador Operacional: Lineales
Amplificadores Amplificador inversor Amplificador no inversor y seguidor de tensión Sumador Amplificador diferencial Convertidor V-I y convertidor I-V Integrador y derivador
No Lineales
Rectificadores de media onda Rectificador de onda completa Recortadores [2]
Amplificador de sonido El circuito sumador inversor permite amplificar el sonido proveniente de una señal de entrada. [2]
Figura 1. Amplificador de sonido.
Filtro Pasa Banda Normalmente se usarían filtros paso-baja en serie con filtros paso-alta de los órdenes adecuados. [1]
Figura 2. Filtro Pasa Banda
Filtro Rechaza Banda (Filtro NOTCH) El filtro NOTCH se caracteriza por rechazar una frecuencia determinada que este interfiriendo a un circuito, en nuestro caso la frecuencia de 60Hz que es generada por la línea de potencia. El circuito se ve expuesto a ruido ambiental que proviene de las lámparas fluorescentes y otros dispositivos que emiten ruido a través de ondas de 60 Hz. El filtro NOTCH se encargara de rechazar exclusivamente el ruido de 60 Hz para entregar a la salida una señal completamente pura de distorsiones. [3]
Figura 3. Filtro Rechaza Banda NOTCH.
CAPITULO V. ANTECEDENTES. El estetoscopio es un dispositivo acústico que amplifica los ruidos corporales para lograr su mejor percepción y por lo tanto la integración de diversos signos, los cuales se auscultan principalmente en corazón, pulmones y abdomen y forman parte dela semiología de la Medicina General hasta las diversas especialidades. En algunos lugares se le conoce con el nombre de fonendoscopio. Desde antes de nuestra era existían referencias a los sonidos respiratorios están en el papiro de Ebers (1500 años a.n.e.), en los Vedas Hindúes (1400-1200 años ane) y en los escritos de Hipócrates.1 La auscultación fue enseñada y practicada por Hipócrates, que aconsejaba a los médicos a colocar el oído directamente sobre el tórax del paciente para poder percibir los sonidos diagnósticos. Desde entonces, la auscultación fue mencionada por Leonardo da Vinci, Ambrosio Paré, William Harvey, Giovanni Batista Morgani, William Hunter y muchos otros. [2] A finales del siglo XVIII y principios del siglo XIX se abandonó la auscultación directa, que fue sustituida por una nueva técnica diagnóstica: la percusión torácica. [1] Fue preciso el talento de uno de los grandes de la medicina de todos los tiempos, para que la auscultación recuperara y llegara a mostrar todo su valor mediante el uso de un instrumento cilíndrico recién inventado: el estetoscopio. El héroe de este descubrimiento fue un tímido médico francés, católico, introvertido, asmático y tuberculoso, llamado René Teófilo Jacinto Laennec (1781-1826), quien había aprendido la percusión con Covisart, pero para superar las limitaciones de esta
técnica, desarrolló la auscultación indirecta (mediata) utilizando el estetoscopio, inventado por él.[2] Laennec, anatomopatólogo, clínico y profesor de la Escuela de Medicina de París, al principio, auscultaba aplicando directamente la oreja al pecho del paciente (auscultación directa), pero un día del año 1816 fue llamado para atender a una joven afectada de una enfermedad torácica, y como la percusión del tórax era técnicamente difícil (debido al gran tamaño de las mamas de la mujer), y como la auscultación directa (colocando el oído sobre el tórax desnudo de la paciente) era inadmisible debido al sexo y a la poca edad de la paciente, Laennec recordó que algunos días antes, había visto a unos niños raspando un bastón de madera con un clavo y escuchando del otro lado. Imaginó que algo semejante podría ser usado para examinar el tórax de los pacientes, por lo que tomó un cuaderno de papel, lo enrolló como un cilindro, lo aplicó al tórax de la paciente y, para sorpresa suya, comprobó que Laennec y el estetoscopio podía oír mejor los sonidos pulmonares sin tocar a la paciente.[2] Laennec, que era habilidoso, fabricó un instrumento de madera semejante a una flauta, a la que llamó cilindro, y que más tarde bautizó su invención con el nombre de estetoscopio que en griego, significa inspector del tórax.[2]
Figura 4: Estetoscopio Laennec [4]
A través de los años se realizaron mejoras al fonendoscopio de Laennec, una de las más notables fue la de Pierre Adolphe Piorry in 1828, hecho de madera y marfil con forma de trompeta, se convirtió en el modelo a seguir a partir de 1830.
Jacques-Alexandre Lejumeau de Kergaradec fue el primer médico en utilizar el fonendoscopio para la auscultación fetal desde el vientre materno, así mismo se realizaron modificaciones para su utilización en pediatría. [3] El fonendoscopio monoaural fue utilizado de forma exclusiva por aproximadamente 30 años, hasta los finales del siglo 19, el cual fue remplazado por el fonendoscopio binaural. Sin embargo el primer fonendoscopio binaural fue descrito solo 10 años después del descrito por Laennec, por el Dr. Nicholas Comins en 1829. Para 1852 el Dr. George Camman produce y utiliza el primer reconocido fonendoscopio binaural. A partir de la invención de Camman se realizaron muchas modificaciones del fonendoscopio binaural, algunas bien curiosas como el fonendoscopio diferencial de Scott Alison (1860) que consistía de dos piezas independientes diseñadas para comparar los sonidos de dos áreas diferentes del tórax. Para 1885 se incluye una mejoría notable con la invención de la campana de Ford (Ford’s Bell), utilizando materiales como el acero, caucho y
marfil. [3] A finales del siglo 19, ante la necesidad de escuchar sonidos de alta frecuencia, el Dr. Robert C.M. Bowles (1894) desarrolla e incorpora el diafragma en el fonendoscopio. Para la segunda mitad del siglo 20 el Dr. W. Proctor Harvey realiza una mejora sustancial en el estetoscopio creando el estetoscopio de 2 y 3 cabezas, mejorando la auscultación de frecuencias bajas y altas. [3] las tablas 1 y 2 muestran la evolución de los estetoscopios monoaurales y binaurales respectivamente. Fonendoscopio de Laennec hecho en diferentes piezas de madera (1819)
Fonendoscopio de Piorry (1828), modificación mejorada del de Laennec, con una extensión adaptable.
Uno de los primeros fonendoscopios monoaurales flexibles (1835) derivado del fonendoscopio de Piorry.
Fonendoscopio de Hecker, con una extensión para un tubo flexible, utilizado para la enseñanza de la auscultación.
Fonendoscopio de 1890 de larga longitud para examinar pacientes con enfermedades infecto-contagiosas.
Fonendoscopio de Pinard de 1890, hecho en aluminio, todavía hoy en día utilizado en auscultación fetal.
Tabla 1: Fonendoscopios monoaurales [3]
Fonendoscopio de Camman de 1852, es el primer fonendoscopio binaural, utilizaba una campana y era de una corta longitud.
Fonendoscopio diferencial de Alison de 1860, diseñado para auscultar y comparar dos aéreas diferentes del tórax.
Fonendoscopio de Ford (1885), una mejoría en la campana y la utilización de materiales como el acero, caucho y marfil
Uno de los primeros modelos que utilizo el diafragma (1905), estaba enteramente hecho de metal . Fonendoscopio de Bowles, tenía piezas intercambiables (campana y diafragma)
Fonendoscopio de Harvey de 3 cabezas con diafragma plano y corrugado para la mejor auscultación de diferentes frecuencias de sonido
Tabla 2: Fonendoscopios binaurales. [3]
En 1961, el Dr. Littmann describió su estetoscopio "ideal". El dispositivo incluía una campana abierta para la apreciación de sonidos graves, una campana cerrada con un diafragma de plástico rígido para filtrar los sonidos agudos, una tubería rígida, un resorte con la tensión exacta para sostener el tubo del oído separado, ligero y conveniente para llevar y utilizar. Para 1970 ya había estetoscopios de acero inoxidable muy liviano y de aluminio,
oro-plateado y de tamaño pediátrico. El color de la tubería era o gris o negro, pero las longitudes eran de 22 a 28 pulgadas. Ya a fines de 1970, se podían conseguir 40 modelos diferentes. Pero no quedo ahí; el estetoscopio sufrió otra modificación, que fue llevada a cabo con la ayuda de un grupo de cardiólogos, los cuales diseñaron el estetoscopio de ensueño: dos tubos en uno, olivas más suaves y una campana más profunda que mejoraba la respuesta a la frecuencia baja. En 1987 se produjo la última mejora, llevada a cabo por la compañía 3M que represento un salto significativo en la tecnología e imagen, comparado con el estetoscopio que introdujo originalmente el doctor Littmann a principios de 1960. [4] Este modelo de estetoscopio cuenta con una campana de una sola cara que ofrece tecnología entonable para el diafragma. En comparación con los estetoscopios convencionales de dos caras o de combinación, el modelo de 3M puede capturar gamas del sonido de frecuencia alta y baja alternando la presión en la campana. [4] ESTETOSCOPIO MECANICO Descripción general El estetoscopio es un dispositivo acústico que amplifica los ruidos corporales para lograr su mejor percepción y por lo tanto la integración de diversos signos, los cuales se auscultan principalmente en corazón, pulmones y abdomen y forman parte de la semiología de la Medicina General hasta las diversas especialidades. En algunos lugares se le conoce con el nombre de fonendoscopio. [5] Bases físicas de estetoscopio El sonido se propaga en forma de ondas a través de un medio. Las ondas de sonido tienen una frecuencia. La frecuencia (número de ondas por unidad de tiempo) le da el tono al sonido, a mayor número de ondas por unidad de tiempo el tono es más alto (agudo), a menor número de ondas por unidad de tiempo el tono es más bajo (grave). Las ondas de sonido también tienen una amplitud. Mientras más amplias son las ondas, el sonido es más intenso (más perceptible por el oído humano). La unidad que usamos para medir la frecuencia son los Hertz (ondas por segundo). La
unidad que usamos para para medir la amplitud de las ondas es el dB (decibelio). [6] El oído humano es capaz de captar frecuencias desde los 20 hasta los 20000 Hertz. El estoscopio capta frecuencias entre los 50 a los 300 Hertz. Todos los ruidos cardíacos están en el rango de los 50 a 300 Hertz. Los ruidos pulmonares normales están entre los 100 y 2000 Hertz, mientras que los ruidos anormales están entre los 200 y 800 Hrtz. La membrana del estetoscopio capta las frecuencias más altas, del orden de los 300 Hertz (ruidos pulmonares y segundo ruido cardíaco), mientras que la campana capta las frecuencias más bajas (otros ruidos cardíacos). La campana, dependiendo de la fuerza que se ejerza sobre la piel, captará sonidos más graves (poca presión), hasta sonidos agudos (mucha presión). [6] Tipos de estetoscopio Los estetoscopios los podemos clasificar de acuerdo a la tecnología, pero también de acuerdo a la edad y/o condición del paciente:
a) Por la tecnología Es el estetoscopio que habitualmente utilizamos. Está compuesto por una membrana rígida y una campana que conforman una misma pieza, que al rotarla nos permite escuchar por una u otra. Un tubo de PVC que se conecta con dos tubos de acero inoxidable donde se insertan las olivas (también llamadas botones o auriculares) que irán a los oídos del examinador. Desde ahora, cuando nos refiramos a las características que debe poseer un estetoscopio o a la técnica de uso nos estaremos refiriendo a este tipo de estetoscopio.
1.
Acústico:
2.
M ag n é ti c o : Posee sólo una membrana. De acuerdo a la presión que
ejerzamos sobre esta, un imán la capturará y nos permitirá escuchar los sonidos más graves. Provistos de un micrófono y un sistema de amplificación. Se usa más en investigación.
3. Electrónico:
b) Por la edad del paciente o especialidad del evaluador:
1. 2. 3. 4.
Neonatológico. Pediátrico. Adulto. Cardiológico.
Características de un estetoscopio 1. 2. 3. 4.
La membrana debe ser rígida. La campana debe ser profunda para que no se llene de tejido. La campana debe abarcar un espacio intercostal. El borde de la campana debe ser de goma para permitir un cierre hermético. 5. La membrana y la campana deben ser sólidos para un ajuste adecuado a la pared a evaluar. 6. Los tubos de PVC deben ser rígidos, gruesos y resistentes en vez de flexibles, delgados y colapsables, así se conduce mejor el sonido. 7. La longitud de los tubos de PVC debe ser de 30,5 a 40cm, con una longitud total de 70 cm. Tubos más largos significan mayor distorsión del sonido. [6] Principios de operación En el mercado existen dos tipos de estetoscopios, los acústicos o mecánicos y los Electrónicos, sin embargo en esta guía solamente se hará referencia a los acústicos. [5] Dentro del grupo de los acústicos, se pueden distinguir dos tipos principalmente: 1) Estetoscopios Pinard.
También conocidos como estetoscopios fetales. Son usados exclusivamente para la auscultación de latidos cardíacos fetales. La principal diferencia entre un estetoscopio de Pinard y un convencional es que se puede escuchar el latido fetal de forma directa ya que en el estetoscopio Pinard el sonido pasa directamente del vientre materno al oído del auscultante, en cambio en los convencionales el latido es percibido a partir de vibraciones de una membrana. Está formado en una sola pieza con forma de dos conos unidos. El cono más grande o base, se coloca en el vientre materno, por el cual viajan los sonidos de los latidos cardíacos fetales, y el cono más pequeño es el que amplifica estos sonidos. En el mercado se pueden encontrar principalmente de metal, madera y plástico. [5]
2) Estetoscopio biauricular o convencional.
Los estetoscopios están conformados por las siguientes partes que, en conjunto, transfieren la información acústica desde la superficie corporal hasta los oídos del examinador: Partes del estetoscopio Pieza corporal o cabeza . Su función es captar y amplificar los ruidos corporales
de diferentes frecuencias (de 125 Hz a 3000 Hz). Existen dos tipos de cápsulas. 1. Cápsula de Campana. De forma cónica circular y con un arillo de plástico
semirrígido en el borde exterior. 2. Cápsula con Diafragma . La cápsula es de metal (acero inoxidable, bronce cromado o titanio), de forma circular y sus dimensiones están relacionadas con las del diafragma; el cual debe de ser de plástico semirrígido, nylon o fibra de vidrio, de forma circular sin grietas, burbujas, ralladuras o agujeros. Es de gran importancia que la cápsula cuente con la posibilidad de intercambiar diafragmas, esto para su limpieza y mantenimiento.[5] Los estetoscopios se dividen principalmente en dos tipos, dependiendo del tipo de cápsulas: 1. Sencillo . Solamente cuenta con una cápsula de diafragma y debe detener
un vástago fijo para su unión con el tubo flexible. 2. Múltiple. Pueden ser de dos o más cápsulas. Deben de tener una válvula
selectora fija, que permita seleccionar y operar sólo una de las cápsulas. Este tipo de válvula debe de tener una marca visible que con la cual se identifica la cápsula en uso. El estetoscopio de triple cabeza incorpora un diafragma corrugado que amplía la superficie de contacto y es específico para Cardiología. [5] 3. Tubo flexible . Este tubo usualmente es de PVC (cloruro de polivinilo),
plástico o de hule flexible, pudiendo ser sencillo (de una sola pieza) en su porción de la pieza pectoral hasta la división donde se dirige a cada uno de los tubos metálicos auriculares (en forma de “Y”), donde reduce su calibre esto obviamente en detrimento de la calidad acústica del sonido que se
percibe. Debe de tener un diámetro interior mínimo de 4.0 mm y una longitud mínima de 50 cm a partir de la parte final de la “Y”.
En los estetoscopios para cardiología, este tubo plástico es doble desde la pieza pectoral hasta los tubos metálicos garantizando la transmisión acústica completa a ambos oídos y por tanto facilitando la percepción adecuada de los ruidos cardiacos. 4. Muelle y tubos auditivos. De acero inoxidable, bronce cromado o titanio.
Los tubos auditivos deben de tener roscas, estrías o algún diseño adecuado para asegurar el correcto ensamble con las olivas, el tubo flexible y el muelle. 5. Olivas. Estas pueden ser de material suave o rígido, siendo más cómodas
las de material suave, pero ofreciendo un sello más hermético y por tanto una mejor transmisión acústica las de material rígido. Es recomendable que éstas puedan tenerse disponibles en diversos tamaños para adaptarse al canal auditivo del usuario. [5]
Cedulas de especificaciones técnicas
1. Estetoscopio de capsula doble
Figura 5. Especificaciones técnicas de estetoscopio de capsula doble. [5]
2. Estetoscopio de cápsula de doble pediátrico
Figura 6. Especificaciones doble pediátrico. [5]
3. Estetoscopio Pinard
técnicas de estetoscopio de cápsula de
Figura 7. Especificaciones de estetoscopio de Pinard. [5]
ESTETOSCOPIO ELECTRÓNICO
Los estetoscopios electrónicos son capaces de ofrecer la amplificación de la señal y otros beneficios más en comparación con estetoscopios tradicionales. Sin embargo, muchos estetoscopios electrónicos se basan en un ordenador personal para su procesamiento de la señal, lo que reduce la portabilidad y requiere una cantidad relativamente grande de energía [7]. Los estetoscopios electrónicos funcionan con baterías recargables, son muy prácticos y fáciles de entender, puede ser usado incluso para detectar ruidos de máquinas. Posee una mayor respuesta a la frecuencia, una mejor sensibilidad al sonido y un control de volumen para poder disminuir el nivel si el sonido es muy fuerte o molesto para el oído de los seres humanos. [8]
La sonda Se usa como receptor de sonidos, tenemos tres opciones: sonda por vibraciones, micrófono sonda y en caso de cardiógrafos por interferencia de luz.
Figura 8. Esquema de construcción del detector de la sonda
Para oír los latidos del corazón, es más adecuado el empleo preferentemente del micrófono sonda o en todo caso la interferencia del rayo de luz sobre el flujo sanguíneo. El ruido es recogido por la sonda, la mayor parte de sondas usan un pequeño elemento de micrófono como sonda que recoge sonidos del aire, los usados en clínicas de supervisión y cuidados intensivos, así como en quirófanos por su comodidad y fiabilidad utilizan una pinza sobre un dedo, en su interior un rayo de luz infrarroja es interceptado por el flujo de la corriente sanguínea y esto se amplifica y muestra mediante un contador.
En algunas aplicaciones con un micrófono, la sonda no tiene que ponerse en contacto directo con la fuente ruidosa. Para algunos ruidos, una sonda de micrófono es mejor, como se aplica cerca de la fuente de ruido, el sonido en los auriculares se hace más fuerte. En esta aplicación se usa una sonda micrófono, para el cual se emplea un 'electret' por su alta impedancia. El elemento de micrófono en la sonda de micrófono se conecta directamente a la entrada del preamplificador, mediante cable apantallado, la señal obtenida del micrófono ataca la entrada de muy alta impedancia del primer amplificador U1, requisito necesario en el proyecto por las características exigidas. Para escuchar los latidos del corazón, es necesario pensar que el cuerpo humano ejerce la función de absorber gran parte de los sonidos generados, así que a la hora de amplificar dichos sonidos se debe tener cuidado de plantear los filtros adecuados en cada paso y siempre que sea posible verificar mediante un osciloscopio si están bien aplicados. Existe un elemento decisivo: la campana captora, si se dispone de una, es donde aplicaremos el micrófono mediante un pequeño trozo de tubo de goma para que reciba los sonidos que la campana recoge y luego puedan amplificarse. Su construcción influye de gran manera en los resultados. En general es muy simple pero efectiva, el cuerpo es de metal, el diafragma es un disco de material elástico delgado rígido, el conducto, donde se conecta el tubo de goma y micrófono y además está la cámara que al ser cónica concentrará el sonido que le llega.
Figura 9.Campana captora
Ejemplos de estetoscopios electrónicos
ESTETOSCOPIO ELECTRÓNICO [10] Este instrumento varias en formas y tamaños para escuchar los sonidos o ruidos producidos por el funcionamiento de los diversos órganos (auscultación del tórax, abdomen y otras cavidades). Este circuito utiliza amplificadores para ampliar en gran medida un estetoscopio estándar, e incluye un filtro de paso bajo para eliminar el ruido de fondo. RECOMENDACIONES: 1. MIC1 es un montaje hecho de una cabeza de estetoscopio y micrófono electret. Cortar la cabeza del estetoscopio y el uso de un pequeño trozo de tubo de goma para unirse a la boquilla en la cabeza para el micrófono. 2. Es importante que tenga cuidado con el volumen, el nivel en exceso de puede dañar los oídos.
Figura 10. Circuito del estetoscopio electrónico
Lista de componentes
Capacitores: C1: 470 µF. electrolítico C2, C3, C4: 470 µF. cerámicos C5: 0.1 µF. cerámico. C6: 1000 µF. electrolítico Resistores: R1: 10 KΩ R2, R3, R9: 2.2 KΩ R4: 47 KΩ R5, R6, R7: 33 KΩ R8: 56 KΩ R10: 4.7 KΩ R11: 2.5 KΩ potenciómetro.
Semiconductores IC1, IC2, IC3, IC4, IC5: LM741 LED1: Diodo bicolor Otros MIC1: Micrófono electret. J1: Jack para conectar el auricular para escuchar los sondeos. B1, B2: Dos pilas de 9 voltios. 2 clips para conectar B1 y B1
ESTETOSCOPIO ELECTRÓNICO 3M LITMANN 3200 [11]
El estetoscopio electrónico 3M Litmann 3200 dispone de una tecnología que reduce el ruido ambiental un 85%, lo que mejora la calidad de audición del sonido de los ruidos corporales. Tiene un sistema que amplifica el sonido hasta 24 veces e incluye un software destinado al análisis y almacenamiento de las grabaciones obtenidas con este fonendoscopio. El estetoscopio electrónico 3M Litmann 3200, permite estar escuchando los sonidos del paciente al tiempo que se pueden ver en tiempo real en un ordenador
en forma de fonocardiograma, esta información se transmite a través del sistema Bluetooth. Los sonidos se quedarán almacenados en el ordenador y estas grabaciones de los sonidos, pueden pasar a ser parte del historial clínico del paciente. Gracias a su conectividad Bluetooth, podremos enviar la información al ordenador más cercano para su análisis.
Figura 11. Estetoscopio electrónico 3M Litmann 3200
Ventajas - Reducción del 85% del ruido ambiental que interfiere con la auscultación, pero sin eliminar los sonidos corporales vitales - Prestaciones un 10% mejor que los modelos anteriores - Olivas y aro acústicamente sellados (aislamiento óptimo del entorno) y fáciles de usar - Moderno sensor acústico diseñado conforme a estrictas especificaciones Produce un sonido similar al de los Estetoscopios cardiológicos de gama alta. El sensor, que se encuentra en la base del aro, canaliza el sonido hasta los oídos de forma más natural. - Reducción del ruido por fricción: si se compara con los Estetoscopios electrónicos anteriores, el diferente empleo de la membrana ayuda a reducir los ruidos producidos por la manipulación del aparato. Reduce al mínimo las distracciones y ayuda a centrar la atención en los sonidos importantes.
- Amplificación de sonidos hasta 24 veces. Útil en situaciones en las que el latido del corazón o el sonido de los pulmones son débiles, en casos de obesidad o cuando el paciente está vestido. - Botón de encendido/apagado - Botón para seleccionar el modo de campana o membrana - Botón (+) (-) de volumen - Reducción del ruido ambiental - Pantalla LCD con retroiluminación - El botón de menú proporciona comandos para personalizar el inicio de los ajustes de forma guiada en vídeo.
Ventajas de la pantalla - Indica el volumen programado y el modo de auscultación (campana o membrana). - Indica la carga residual de la batería. - El latido cardiaco del paciente se muestra en 5 segundos y se actualiza cada 2 segundos. - Una pulsación rápida del botón de encendido basta para activar la retroiluminación en situaciones de escasa visibilidad.
EL ESTETOSCOPIO ELECTRÓNICO ELITE [12] Características:
El botón de filtro de dos posiciones le permite seleccionar entre rango de frecuencias altas o bajas Las olivas y los auriculares binaurales ajustables garantizan la comodidad durante todo el día Cómodo de llevar alrededor del cuello o en el bolsillo Un año de garantía Pila de iones de litio de larga duración (hasta 140 horas)
Figura 12. Estetoscopio electrónico elite
La tecnología patentada SensorTech ha mejorado el proceso de registro, transmisión y amplificación de las ondas sonoras. El sensor detecta los sonidos del organismo sin enviar ninguna señal o energía al cuerpo del paciente. Además, los filtros de frecuencia predefinida del fonendoscopio facilitan la audición de los distintos tipos de sonidos que pueden mejorar su capacidad de diagnóstico. Situado en el centro de la pieza torácica del fonendoscopio para reducir el ruido ambiental, el sensor es un componente de reducidas dimensiones pero lo bastante potente como para detectar la señal más débil, incluso a través de una gruesa capa de tejido adiposo y de la ropa.
Figura 13. Comparación de fonendoscopios
El software Analyzer Almacena y analiza los sonidos detectados directamente en el PC. El Analyzer no sólo le permite enviar y recibir archivos de sonido en cualquier lugar, sino que además le permite descargar los archivos para archivarlos dentro de la carpeta de registros electrónicos del paciente para volver a escucharlos y analizarlo cuando más le convenga. El software combina un fonocardiograma con una señal de ECG sincronizada para poder documentar resultados anómalos o monitorizar la afección de un paciente con el tiempo. El sistema Distributor permite conectar varios fonendoscopios para impartir formación en la cabecera del paciente. Con la opción Distributor, nuestro distribuidor de sonidos, podrá conectar varios auriculares para una audición en grupo. El Distributor le permite a usted y a cuatro compañeros (o estudiantes) escuchar los sonidos del cuerpo del paciente al mismo tiempo permitiendo a cada usuario revisar la condición del paciente en el acto. Es la forma más rápida y fácil de enseñar a estudiantes y residentes técnicas de auscultación y diagnóstico físico.
Figura 14. Especificaciones del el estetoscopio electrónico elite
DESARROLLO Material Micrófono eletret Amplificador LM386 Amplificador operacional LM384 Amplificador operacional LM382 Cautín Weller modelo WES57. Protoboard. Cables de conexión. Fuente de poder Agilent E3631A (0-6V, 5A/0- 25V, 1A) triple output DC power supply. Cables de conexión de fuente. Resistencias Capacitores Audífonos
Amplificación En esta etapa se realizó el diseño de un circuito amplificador de señal con una ganancia de 100, para aumentar la amplitud de nuestra señal de entrada, mediante un amplificador inversor con el uso del amplificador operacional LM382 a continuación se muestra el diagrama y cálculos realizados para la obtención de dicho circuito. Cálculos. Ganancia= RF/R Proponiendo RF=100KΩ
R= RF/ganancia R=100KΩ/100 R=1KΩ
Figura 15: Circuito amplificador de señal con ganancia de 100 Filtrado Durante esta etapa se realizó el diseño de 3 filtros, un filtro pasa alta con una frecuencia de corte de 0.5Hz, un filtro pasa bajas con una frecuencia de corte de 300 Hz, que juntos formaran un circuito pasa banda el cual solo dejara pasar sonidos cutas frecuencias se encuentren comprendidas en el intervalo de 0.5 a 300 Hz, y por ultimo un circuito rechaza banda tipo Notch a una frecuencia de 60 Hz para eliminar señales no deseadas así como las señales de ruido producidas por la corriente eléctrica de los aparatos utilizados durante el proyecto, a continuación se muestran los cálculos y simulaciones de dichos circuitos. Filtro pasa banda El circuito pasa banda consta de una configuración de un filtro pasa alta, unido a un filtro pasa baja con frecuencias de corte de 0.5 Hz y 700Hz respectivamente. Cálculos para Filtro pasa altas
Fc=
Proponiendo capacitores C1 y C2 de 10µF
R1=R2= R1=R2=45KΩ RF=R1/2=22KΩ
Figura 16: Filtro pasa altas Cálculos para filtro pasa bajas
Fc=√ Proponiendo capacitores C1 de 10nF C2=C1x2=20nF
R1=R2=√ R1=R2=37.5KΩ RF=R1x2=75KΩ
Figura 17: Filtro pasa bajas
Cálculos para el filtro rechaza banda
Fc= Proponiendo C1=C2=47nF y con Fc=60Hz
R1=R2= R1=R2=56KΩ R3=R1/2=20KΩ
C3=C1*2=94nF
Figura 18: Filtro rechaza banda
Realizar la simulación del circuito en Multisim y verificar su funcionamiento.
Figura 19. Simulación de los filtros en Multisim.
Figura 20. Grafica en magnitud de la entrada
Figura 21. Grafica en fase de la salida
Figura 22. Grafica final del filtro, el azul es la salida y el rojo es la entrada
Amplificación de sonido En esta etapa fue utilizada la configuración más común de un amplificador se sonido con el amplificador LM386 con una ganancia de 200 y un potenciómetro de 100kΩ para la variación en su ganancia lo cual nos permitirá disminuir o elevar el volumen a la salida del circuito, la cual se encontrara conectada a unos audífonos para poder escuchar el latido cardiaco.
Figura 23. Amplificador LM386 con ganancia de 200 Una vez realizados los cálculos se precedio con el armado del circuito el cual incluye la etapa de captación se señal, amplificación, filtrado y amplificación de sonido, la imagen 1 muestra el circuito armado durante el desarrollo del proyecto.
Imagen 1: circuito de estetoscopio electrónico.
RESULTADOS Una vez realizados todos los calsulos y obtenido el circuito que servirá comp prototipo de un estetoscopio electronico se preocedio a realizar las pruebas correspondientes a este conectándolo a unos audífonos mediante la implemetacion de un Jack, que servirá como adaptación a estos, se conectó a un osciloscopio para obtener las señales del sonido en diferentes situaciones, con el ruido ambiental, el latido cardiaco, y el latido cardiaco mientras el sujeto de prueba se encontraba hablando a la vez las imágenes 2-6 muestran las diversas señales obtenida.
Imagen 2: Señal obtenida con el ruido ambiental del laboratorio de electrónica donde el circuito fue probado.
Imagen 3: señal obtenida mientras una persona hablaba muy cerca del micrófono electret usado como sensor para el prototipo.
Imagen 4: señal obtenida con el circuito cuando una persona coloca el sensor sobre su pecho para escuchar su latido cardiaco donde se observan ondas más prominentes que indican los latidos cardiacos.
Imagen 5: señal obtenida con el circuito cuando una persona coloca el sensor sobre su pecho para escuchar su latido cardiaco donde se observan ondas más prominentes que indican los latidos cardiacos.
Imagen 6: señal obtenida con el circuito cuando una segunda persona coloca el sensor sobre su pecho para escuchar su latido cardiaco donde se observan ondas más prominentes que indican los latidos cardiacos.
Imagen 7: señal obtenida con el circuito cuando una persona coloca el sensor sobre su pecho para escuchar su latido cardiaco donde se observan ondas más prominentes que indican los latidos cardiacos, y al mismo tiempo cuando la persona hablaba se observaba un cambio muy notorio en la gráfica.
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CONCLUSIONES
Durante el desarrollo de este proyecto se fueron presentado diversos problemas, desde la arquitectura de los filtros y los amplificadores hasta los sensores y componentes utilizados en el circuito. La arquitectura de los filtros represento un problema importante, pues debido a que los valores calculados y los componentes usados en el circuito no eran exactamente los mismos las frecuencias de corte de cada filtro tenían algunas variaciones las cuales nos hacían perder señales de interés o permitían el paso de frecuencias indeseadas, sin embargo ya que los componentes se buscaron lo más cercanos posibles, no fue un problema demasiado grave. Un problema más fueron las frecuencias de corte elegidas para los filtros pues en un principio el rango propuesto fue de 0.5 a 700Hz, lo cual representaba un ancho de banda demasiado amplio, pues este incluía también sonidos y patologías pulmonares, pero a su vez permitía la entrada de muchas frecuencias que atenuaban nuestra señal de interés el latido cardiaco, por lo que el rango de frecuencias fue reducido de 0.5 a 300 Hz. Uno de los problemas más graves estuvo representado por la última etapa que es la amplificación de sonido pues a pesar de que se cuenta con un amplificado con una ganancia de 200, los sonidos escuchados con los audífonos son aún muy débiles, por lo que la ganancia de este amplificador debe ser mejorada. Un problema más fueron los sensores, y algunos componentes en mal estado, pues estos provocaban la entrada de mucho ruido a la salida, por lo que cada uno de estos componentes den ser mejorados o sustituidos por unos de mejor calidad, con el fin de mejorar este proyecto.
