circuito pulsooximetrioa

5/11/2018 circuito pulsooximetrioa - slidepdf.com

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XV CONGRESO ARGENTINO DE BIOINGENIERIA: 036IC

OXIMETRO DE PULSO PORTATIL CONPIC16F877 Y LCD 16 X 2

Raymundo Luyo, Fernando Rodolfo, Ing. Rolando Pérez Barriga Universidad Ricardo Palma, Lima Perú, [email protected]

Resumen- La necesidad que hay en el Perú de equipos en

los hospitales estatales, y a la poca adquisición de losmismos, nos ha llevado a crear Equipos Médicos

Peruanos , de allí esperamos satisfacer las necesidades de

nuestros hospitales. Es una propuesta de bajo costo que

forma parte de un proyecto integral que la UniversidadRicardo Palma en convenio con Instituciones del Sector

salud. EL equipo de oximetría de pulso que se desarrollo,

esta basado en una tarjeta OEM III (NONIN), que

mediante un PIC16F877 se procesa los datos (SPO2 y HR),se puede visualizarlos en una pantalla LCD. Este equipo es

portátil, el uso es muy simple para los nuevos usuarios, es

decir están en idioma español y estamos interesados en

incluir mejoras de acuerdo al interés de los médicos de

nuestro país.

Palabras claves- Pic16F877, LCD, OEM III.

I. INTRODUCCIÓN

l equipamiento medico con que cuenta la mayorparte de los hospitales de salud del sector publico de

nuestro país, presenta deficiencias de servicio, a estaproblemática se suma el alto costo que tiene laactualización del equipamiento medico. Lo cual essimilar en alguna parte de nuestro continente. Se puede

observar en cualquier hospital que hay mas pacientes enuna sala de emergencia o de cuidados intensivos queequipos para realizar este trabajo, (por equipos demonitoreo), similarmente hay casos en los cuales hayhospitales que no cuentan con estos equipos, porque supresupuesto es muy limitado.

Debido a esto el CENTRO DE INVESTIGACIÓN YDESARROLLO EN INGENIERIA BIOMEDICA de laUniversidad Ricardo Palma viene desarrollando unOxímetro de Pulso portátil, cuenta a su vez con unatarjeta OEM de la firma NONIN, y por medio de unPIC16F877 se puede hacer un procesamiento de losdatos y visualizarlos en una pantalla LCD, los valores

correspondientes a la SPO2 y la HR, ingreso de alarmasmediante un teclado y sonidos de dichas alarmas.

El pulso arterial, es el elemento al cual tomamosreferencia en este trabajo, es uno de los signos vitalesmás examinados en la practica médica, pero hay unadeficiencia pues la mayoría de los examinadores lotoman a nivel de la arteria radial, sólo para informarse desu frecuencia y ritmo, pasando por alto la forma de ondadel pulso y de su amplitud, siendo ellos los datos másimportantes y específicos de este examen , pues con ellos

nos puede ilustrar mejor sobre el vaciamiento delventrículo izquierdo .

Para alcanzar esta meta, hemos analizado lasespecificaciones de la tarjeta de adquisiciones de la firmaNonin, una de la más prestigiosa marca de oximetría depulso a nivel mundial. Esta tarjeta mediante un sensor dela misma firma podrá capturar las señales provenientedel cuerpo humano en forma no invasiva , esto debido aque utiliza Sensores ópticos y mediante los principios deabsorción de luz y la ley de Lamber Beer se tiene losvalores de Frecuencia Cardiaca y Saturación de oxigenoen la sangre.

Cabe indicar que existen numerosas fabricantes en elmundo que en base a la tecnología OEM realizan equiposlos cuales son vendidos como equipos originales, estetrabajo pretende incorporar en nuestra sociedad conproductos comerciales de bajo costo.

Una estimación inicial indica que la reducción en elcosto de inversión de estos equipos es de 3 a 1, con loque estos Equipos se hacen accesibles a la mayoría delos sanatorios y hospitales del país y de Latinoamér ica.En este informe se presentan el primer prototipo deprueba recientemente desarrollado.

I.1 Marco teórico

El cuerpo genera señales las cuales nosotros por mediode equipos podemos adquirirlos y de alli nos podemosenterar el estado de las personas. Los cuatro signosvitales principales SON LOS SIGUIENTES:

La temperatura del cuerpo.

El pulso.

Las respiraciones (la frecuencia respiratoria)

La presión de la sangre (La presión de la sangreno se considera un signo vital, pero se suelemedir junto a ellos).

Entre las técnicas que nos ayudan a monitorizar losórganos y tejidos se encuentran la Fotopletismografía.

I.1.1 Fotopletismografía:

Al tratar un área seleccionada de la piel, con estemétodo se puede determinar las características ópticas de

E



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esa región, para lograr esto la luz infrarroja no-visible seemite a la piel. Al absorber una cantidad de luz (puedeser mas o menos luz), dependiendo del volumen de lasangre de la piel. Ver Fig. 1. El retorno de la luzcorresponde con la variación del volumen de la sangre.De allí , los cambios de volumen de la sangre puedenentonces ser determinados midiendo la luz reflejada.

Fig. 1

Fig. 2

I.1.2 Análisis De la Onda Del Pulso

La onda arterial del pulso tiene una amplitud muy bajay se superpone en los cambios de volumen de la sangrevenosa, esta medida de la onda del pulso es medible enmuchas localizaciones incluyendo la cabeza y

extremidades como los dedos.. Ver Fig. 3.

Fig. 3: Este cuadro nos muestra como la onda medida del pulso escambiada por las diferentes enfermedades.

El análisis de la onda del pulso se puede utilizar para:

Diagnosis y reconocimiento temprano dearteriosclerosis, de enfermedades vascularesarteriales crónicas y/o agudas, y de disturbioscirculatorios funcionales.Supervisando a pacientes de alto riesgo talescomo diabéticos, fumadores, y pacientes máscon edad superior a 50 años.Chequeos postoperatorios después deoperaciones quirúrgicas vasculares.Determinación del impacto de productosfarmacéuticos en el sistema vascular.

II Materiales y Objetivos A. Sensor

Nosotros usamos un sensor de marca NONIN que usala tecnología PureLight, estos producen un espectroligero puro de alta intensidad que elimina variaciones enlecturas de paciente-a-paciente y del sensor-a-sensor.

Fuentes de luz rojas e infrarrojas son esenciales para

este oxímetro. Las medidas del LED rojo son de lahemoglobina desoxigenada.Las medidas del LED infrarrojas son de lahemoglobina oxigenada

La tecnología que usa se describió en el marco teórico.Ver Fig. 1 y Fig.2

B. Modulo OEM III

El módulo del OEM III, ver Fig. 4, es un dispositivopequeño, de baja potencia que se pueda integrarfácilmente en un equipo. El módulo mide la saturaciónfuncional del oxígeno de la hemoglobina arterial(%SpO2) y del pulso (BPM) para el adulto, pediátrico, ypacientes neonatales.

Fig. 4: Modulo OEM III.

C. PIC16F877

Microcontrolador de MICROCHIP, que nos ayuda a la

adquisición de datos y la visualización de ellos en elLCD.

D. OBJETIVOS

Se muestra los objetivos alcanzados al realizar estetrabajo:

Desarrollo de un Sistema de adquisición dedatos del protocolo serie de la tarjeta Nonin. Desarrollo de un sistema de tratamiento yvisualización con PIC16F877 de los datosadquiridos. Desarrollo de un Equipo de Fácil uso para elpersonal técnico y usuario.

Desarrollo de un equipo portátil.

III.- METODOS

Finalmente al ver la necesidad de hacer algo portátil,se enfoco todo la aprendido en las siguientes etapas a finde lograr el requerimiento final que es un Oxímetro dePulso portátil, es decir sin necesidad de PC en dondepodamos Mostar los datos en una pantalla LCD o endisplay de 7 segmentos, esto gracias a la potencia delPIC16F877 y otros circuitos periféricos.




III.1. ETAPA N° 1:

PROTOCOLO DE COMUNICACION

Según las especificaciones de la tarjeta OEM se tiene3 tipos de formato serial, los cuales cuentan con unamisma característica de transmisión serial como semuestra en la figura 5.

Formato Serial CONEXIÓN J1-9

# 1 0 626 Ohms

# 2 > 297Kohms

# 7 4.3 Kohms ± 5%

Fig. 5: Características de la transmisión serial.

El formato de la comunicación es el siguiente:

Velocidad de Transmisión: 9600 BaudiosBits de Datos: 8 Paridad: No

Bits Parada: 1 Control de Flujo: No

Al comprender los parámetros de la tarjeta,empezamos a analizar los formatos que tiene esta tarjetade adquisición.

Formato #1:

El primer byte es de estado y unos 2 bit de HR. VerTabla I. El segundo byte nos habla acerca de los valoresque faltan para completar los datos de HR recib idos de latarjeta. Ver Tabla II. El tercer byte son los datos deSPO2. Ver Tabla III.

Los tres bytes de datos son transmitidos una vez por

segundo. TABLA I

BIT7 BIT6 BIT BIT4 BIT BIT BIT1 BITO

1 S N S D OO T L P R F M P R F A R TF HR 8 HR

STATUS BYTE 1

NOTA: BIT 7 SIEMPRE 1

TABLA II

B IT7 BIT6 BIT BIT4 BIT BIT BIT1 BITO

0 HR 6 HR HR H R 3 H R 2 HR HR

S T A T U S B Y T E 2


TABLA III

B IT 7 B IT 6 BIT BIT B I T 3 BIT BIT BITO

0 SP 6 SP SP 4 SP PS SP SP

STATUS BYTE 3


Los siguientes si están activos están en alto ó 1 lógico:

SNSD: Sensor desconectado. OOT: No hay consecutividad en la señal. LPRF: Baja calidad de señal. MPRF: Media calidad de señal. ARTF: Intervalo del pulso actual disparejo. HR8 HR0: Pulsaciones por minuto. SP6 SP0: Saturación de oxigeno.

Este formato al ser de pocos bytes es fácilmente usadoen el hardware externo el cual funciona sin ningunaconexión con la PC el cual lo hace portátil al Oxímetro.

III.2. ETAPA N° 2

SISTEMA DE OXIMETRO CON PIC16F877

Se puede apreciar el esquemático de bloques con PICy la tarjeta OEM ver Fig. 6.

Fig. 6: Diagrama de bloques del oxímetro portátil.

Al colocarlo en un envase en el cual se va poder usaren los diferentes centros hospitalarios se mostraría deesta manera. Ver Fig. 7 Procesador de datos yTransmisor serial

Fig. 7

Se Puede notar que el envase contiene la Tarjetaadquisidora de datos con la OEM III, y en el siguientegrafico se muestra lo que realmente se va poder utilizaren los hospitales, se muestra también un sensor.

III.3. Diagrama Esquemático del sistema usando el

PIC16F877

Se puede notar que las conexiones entre el PIC y latarjeta NONIN son solo por un par de cables. Y lapantalla LCD esta conectada en forma de bus de datos.Ver Fig. 8.

Fig. 8




III.4. DIAGRAMA DE FLUJO PARA EL PROGRAMA

En forma muy resumida se muestra el diagrama deflujo que funciona dentro del PIC 16F877, y de allí nacela forma de visualizar en un LCD ò Displays de 7segmentos. Ver Fig. 9.

Fig.9: Diagrama de flujo del algoritmo del PIC.

Los primeros algoritmos no tenían una buenasincronización con la tarjeta OEMIII, realizando variaspruebas se logro dicha sincronización, luego se pudovisualizar los datos en la pantalla del LCD è ingresar losdatos para las alarmas mediante un teclado.

IV.- RESULTADOS Equipo portátil de bajo costo. Decodificación del protocolo de comunicaciónde la tarjeta OEM III. Comunicación entre los dispositivos, PIC,tarjeta Nonin y pantalla LCD. Visualización de datos con LCD 16 X 2,alfanumérico. Ingreso de datos de las alarmas mediante unteclado. Fuente de alimentación con batería de 9 V.

V.- CONCLUSIONES

La monitorización de estos signos vitales ayudaa los doctores a describir como se encuentra elpaciente, con esta ayuda se puede detectar eldescenso de los niveles de saturación deoxígeno antes de que ocurra daño y queaparezcan los signos físicos de un modo NOINVASIVO. Contar con herramientas de programación comoel ASEMBLER y el BASIC para los pic`s,hacen mas fácil el poder diseñar laprogramación del microcontrolador.

VI.- RECOMENDACIONES

Tener una adecuada sincronización entre PIC ytarjeta OEM para evitar perder datos.Tener adecuadamente colocado el sensor paraevitar discontinuidad en la señal.Usar baterías recargables de larga duración. Según la hoja de datos es preferible trabajar con

el sensor de la marca NONIN. TRABAJOS FUTUROS

Utilizar una pantalla LCD grafica. Utilizar sus otros protocolos de la tarjetaOEMIII. Usar banco de memorias para almacenar datosen un determinado tiempo. Tener una interface serial RS232, paracomunicarse con otro equipos.

AGRADECIMIENTO

Mis agradecimientos al Jefe de Laboratorio de

Sistemas Digitales Dip. Ing. Gustavo Rosello Moreno, dela Universidad Ricardo Palma, Lima Perú; por el apoyobrindado durante el desarrollo del proyecto y de losProyectos que se realiza en el Centro de Investigación yDesarrollo en Ingeniería Biomédica.

VII.- REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS

[1] Barea Navarro R., Instrumentación

Biomédica . Universidad de Alcalá,Departamento de Electrónica.

[2] Del Águila C., Electromedicina , EditorialHASA-Nueva Librería, 2da Ed. 1994.

[3] www.nonin.com

(Hoja de datos de la tarjeta

OEM) [4] Medline plus http://medlineplus.gov

[5] PULSE WAVE ANALYSIS http://www.medis-

de.com/en/ipg.html#pulse

[6] MICROCHIP hoja de datos de PIC 16f877. [7] MEDSPAIN

http://www.medspain.com/lista_02.htm

1° Autor: Fernando Rodolfo Raymundo Luyo. Dirección: Calle las magnolias 145, Urb. Entel Perú, San Juan deMiraflores, Lima, Peru. Teléfono: (051)4661837, (051)98735578 Email: [email protected].

Institución: Centro de Investigación y desarrollo en Ingeniería Biomédica (CIDIB-URP) www.cidib.galeon.com

Facultad de Igenieria Eletronica Universidad Ricardo Palma Lima Perú.

http://www.cidib.galeon.com/

http://www.medspain.com/lista_02.htm

http://de.com/en/ipg.html#pulse

http://www.medis-/

http://medlineplus.gov/

http://www.nonin.com/



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