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CCAAPPIITTUULLOO IIVV

RESULTADOS

Universidad Dr. Rafael Belloso Chacín

CAPITULO IV. RESULTADOS DE LA INVESTIGACIÓN 71

RESULTADOS DE LA INVESTIGACIÓN

Los resultados de la investigación están dados por el diseño de un prototipo de

microscopio computarizado para el estudio de muestras a través de una interfaz

digital aplicada a un computador personal.

Para la elaboración de estos resultados, se tomó como referencia la

descripción operativa del Microscopio Computarizado, los objetivos del diseño, el

desarrollo de las fases de diseño y las conclusiones.

DESCRIPCIÓN OPERATIVA DEL DISEÑO

El diseño del prototipo consiste en el acople óptico entre un Microscopio y una

Cámara Digital, y una tarjeta electrónica diseñada para manejar el microscopio a

través del computador personal (Hardware), para, mediante este acople, enviar las

imágenes tomadas a través del microscopio al computador personal.

Estas imágenes tomadas por el microscopio computarizado pueden ser

almacenadas para su posterior uso o descartadas por el programa controlador

(Software) según el criterio o necesidad del usuario final.

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CAPITULO IV. RESULTADOS DE LA INVESTIGACIÓN

La interfaz entre el hardware y el software se realiza a través del bus de datos

de la computadora personal, el cual se rige por las instrucciones definidas de

antemano por el programador.

OBJETIVO GENERAL

Diseñar un prototipo de microscopio computarizado para la visualización de

muestras a través de una interfaz digital aplicada a un computador personal.

OBJETIVOS ESPECÍFICOS

• Obtener los datos básicos del paciente al cual se le esta realizando el estudio de

la(s) muestra(s).

• Visualizar las muestras tomadas al paciente para su estudio a través del prototipo

diseñado.

• Almacenar las imágenes resultado del estudio realizado a las muestras en una

pequeña Base de Datos para, de ser necesario, realizar futuras consultas a la

misma.

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DESARROLLO DEL HARDWARE

Para la construcción del Prototipo, y como se describió en la metodología de la

investigación, fue necesario cumplir con las siguientes fases:

1. - Definición de las especificaciones:

El prototipo desarrollado es capaz de captar imágenes fijas de muestras que

son captadas a través de un microscopio que posee una cámara digital acoplada

ópticamente, lo cual permite que las imágenes tomadas de las muestras puestas en

el microscopio a través de la cámara digital, sean vistas en el computador de la

misma forma como se verían en el microscopio.

Una vez vista la imagen de la muestra en el computador, esta se puede

almacenar, desechar o imprimir según sea la necesidad del usuario del prototipo en

ese momento.

2. – Esquema General del Hardware:

En esta fase se realizó un diagrama en forma de bloques con cada uno de las

fases que llevará a cabo el prototipo a construir, lo que permitirá visualizar y explicar

de manera más sencilla el funcionamiento del mismo, ya que cada bloque representa

cada uno de los pasos del prototipo.

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De manera muy general, cada uno de los bloques que componen el prototipo a

construir, y que se encuentran contemplados en el diagrama, funcionan de la

siguiente manera:

• Muestra:

Es la sustancia, tejido o material, entre otras, que va a ser observado a

través del microscopio.

• Microscopio:

Es el aparato óptico que se encarga de aumentar el tamaño en la visión de

las muestras para permitir su observación de manera mas detallada.

• Cámara Digital:

Es el dispositivo electrónico con propiedades ópticas que se encarga de

captar imágenes observadas por el microscopio, a través de un computador

personal.

• Computador Personal (PC):

Es la máquina de naturaleza digital por medio de la cual se van a observar

las muestras situadas en el microscopio y a manipular los motores encargados

del enfoque de los lentes del microscopio.

• Motor Paso a Paso:

Son los dispositivos electromecánicos que permiten el ajuste óptico de las

lentes del microscopio a través de señales enviadas desde el computador

personal.

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• Tarjeta Controladora:

Es un dispositivo electrónico que se encarga de interpretar las señales

enviadas por el computador para manipular los motores Paso a Paso, y que

estos realicen los movimientos deseados.

FIGURA No. 1

DIAGRAMA DE BLOQUES FUNCIONALES

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Fuente: Balestra y Hadad. “Desarrollo de un prototipo de Microscopio Computarizado para la visualización de muestras a través de una interfaz digital aplicada a un Computador Personal”

3. - ORDINOGRAMA GENERAL

Durante esta fase se procedió a realizar un diagrama general a través del cual

se logre explicar de forma explícita el funcionamiento básico del prototipo. El

diagrama escogido para este fin, fue un diagrama tipo HIPO (Input-Process-Output),

el cual representa una metodología que es utilizada para organizar las estructuras y

el funcionamiento de lo que en si conforma el software. Así mismo se realizó la tabla

visual de contenido (VTOC), por medio de la cual se especifica cada componente del

diagrama general HIPO.

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FIGURA NO. 2

DIAGRAMA GENERAL INPUT-PROCESS-OUTPUT (HIPO)


FIGURA NO. 3

TABLA VISUAL DE CONTENIDO (VTOC)


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1.0 PROCESO DEL PROTOTIPO DE MICROSCOPIO COMPUTARIZADO:

En este módulo de procesos se enlazan tres procesos necesarios para la

realización del estudio de las muestras.

2.0 FICHA DEL PACIENTE:

Durante este proceso se recopilan datos básicos del paciente (nombre y

apellido, dirección de habitación, número telefónico, entre otros.) y el tipo de

estudio que se le va a realizar a las muestras tomadas. Datos que luego serán

ingresados al sistema de requerirse así.

3.0 ESTUDIO DE LA MUESTRA:

Aquí, se realiza el estudio necesario a las muestras, comenzando por la

recolección de la muestra (entrada) y terminando con la muestra de los

resultados por pantalla y/o impresora (salida).

4.0 RESULTADOS DEL ESTUDIO:

En este proceso se realiza el informe de los resultados del estudio

realizado, y de ser necesario son almacenados en el sistema para su posterior

estudio y/o discusión.

Para llegar a conocer mejor el funcionamiento de estos procesos, se realizó un

diagrama de cada uno de ellos, en el cual se explica de manera general, los datos

que entran, como se procesan y cuales son sus salidas.

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FIGURA NO. 4

2.0 FICHA DEL PACIENTE


FIGURA NO. 5

3.0 ESTUDIO DE LA MUESTRA


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FIGURA NO. 6

4.0 RESULTADOS DEL ESTUDIO


4. - ADAPTACIÓN ENTRE HARDWARE Y SOFTWARE

Este prototipo consta de dos partes fundamentales, las cuales deben estar

acopladas perfectamente entre sí para su correcto y efectivo funcionamiento. Dichos

componentes son el hardware y por el software.

El hardware viene representado por una tarjeta electrónica que se encarga del

manejo del microscopio computarizado y de la comunicación entre el microscopio

computarizado y el computador personal.

El software viene representado por un programa controlador, el cual tiene

entre sus tareas manejar la base de datos donde estarán incluidos los datos de los

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pacientes y el resultado de sus estudios, además de controlar en funcionamiento de

la tarjeta electrónica.

5. - ORDINOGRAMAS MODULARES Y CODIFICACIÓN DE PROGRAMAS

Durante el desenvolvimiento esta fase se procedió al desarrollo del software de

aplicación. Para ello se utilizó como herramienta de programación principal el

programa Microsoft Visual Basic, un componente del paquete Microsoft Visual

Estudio, el cual está destinada a crear aplicaciones con una interfaz gráfica amigable

al usuario capaces de dar soluciones efectivas. Así mismo se desarrolló una pequeña

base de datos donde se almacenarían tanto los datos básicos del paciente como la

imagen fija tomada de la muestra de estudio. Para la elaboración de la base de datos

se utilizó el software Microsoft Access, componente del paquete Microsoft Office, por

su sencilla integración con la herramienta de programación utilizada y su eficacia en

el manejo de bases de datos sencillas.

La técnica utilizada para la programación, fue la programación modular

descendente. Todo el control de la aplicación lo posee la pantalla principal, en la cual,

por medio de un menú, puede manejarse el resto de las aplicaciones con que cuenta

el software.

Este software busca, no sólo proporcionar el control sobre el funcionamiento

del prototipo del Microscopio Computarizado, sino que también sea una herramienta

valiosa para el uso interno de consultorios y/o laboratorio médicos o investigación.

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6. - IMPLEMENTACIÓN DEL HARDWARE

Para esta fase se procedió al acople óptico entre el microscopio y la cámara

digital, además de la construcción del circuito que conforma la interfaz electrónica

entre el computador y los motores paso a paso que manejan el microscopio.

Para ello primero se realizó una selección de los componentes electrónicos más

apropiados para conformar los circuitos de cada uno de los bloques del hardware;

posteriormente se realizaron montajes específicos de cada uno de estos bloques.

TARJETA CONTROLADORA DE LOS MOTORES PASO A PASO Y DE LA

LUZ DEL MICROSCOPIO COMPUTARIZADO:

En esta etapa se hace posible la comunicación entre los motores paso a paso,

la luz del microscopio y la computadora personal. Para su diseño se utilizaron los

circuitos integrados PIC 16F84 y MAX-232, Transistores Darlington ECG 253,

Condensadores de 20 pF, Resistencias de 5 Ω y 5 W, un Cristal de 4MHz, entre otros.

• Microcontrolador PIC 16F84:

El "PIC 16F84" es un Microcontrolador programable con memoria de

tipo FLASH, lo que representa una gran ventaja, ya que debido a su

arquitectura, las instrucciones y los datos pueden trabajar en memorias

separadas, por lo que sus longitudes pueden ser distintas. Debido a esto, se

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hace posible la superposición de los ciclos de búsqueda y la ejecución de las

microinstrucciones, lo que se ve reflejado en la velocidad del microcontrolador.

Este microcontrolador posee las siguientes características:

• Posee una Memoria de Programa de 1 KB con palabra de 14Bits.

• No necesita de un Borrador de Luz Ultravioleta para borrar su contenido.

• Tiene una capacidad de direccionamiento de 8K x 14, pero solo se

encuentra implementado el primer 1k X 14 (000h hasta 03FFh).

• Puede direccionar 128 posiciones en memoria RAM, aunque solo tenga

implementado las primeras 80 posiciones

• Posee un contador de programas de 13Bits.

El microcontrolador PIC 16F84 posee 18 pines y se encuentran

distribuidos como se muestra en la figura No. 7.

FIGURA NO. 7

MICROCONTROLADOR PIC 16F84

Fuente: ECG Semiconductor Master Replacement Guide

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Estos pines trabajan con un rango de tensión de 0 V a 5 V y pueden ser

configurados como entrada o salida, y su función se describe a continuación:

Puerto A:

RA0 = Pin de Entrada/Salida (TTL).




RA4/TOCKI = Pin de Entrada/Salida o entrada de Reloj Externo para el TMR0,

Puerto B:

RB0/INT = Pin de Entrada/Salida o entrada de interrupción externa. (TTL/ST).

RB1 = Pin de Entrada/Salida (TTL).



RB4 = Pin de Entrada/Salida con Interrupción por cambio de Flanco (TTL).

RB5 = Pin de Entrada/Salida con Interrupción por cambio de Flanco (TTL).

RB6 = Pin de Entrada/Salida con Interrupción por cambio de Flanco (TTL/ST).

RB7 = Pin de Entrada/Salida con Interrupción por cambio de Flanco (TTL/ST).

Pines Adicionales:

MCLR = Pin de Reset del Microcontrolador (Master Clear).

Vss = Ground o Tierra

VDD = Fuente Positiva (+5V)

OSC2/CLKOUT = Entrada del Oscilador del Cristal.

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OSC1/CLKIN = Entrada del Oscilador del Cristal / Entrada de reloj de una

Fuente Externa.

• Transistor Darlington ECG253:

El Darlington ECG-253 es un transistor de silicon del tipo NPN cuya

función es la de amplificar señales. La enciclopedia virtual Microsoft Encarta

(1998) define a un amplificador como un dispositivo para aumentar la amplitud

o potencia de una señal eléctrica. Existen muchas aplicaciones para esta clase

de dispositivos, entre las cuales se tiene la de amplificar la señal eléctrica débil

captada por la antena de un receptor de radio, la débil emisión de una célula

fotoeléctrica, la atenuada corriente de un circuito telefónico de larga distancia,

entre muchas otras aplicaciones.

FIGURA NO. 8

TRANSISTOR DARLINGTON ECG253

Fuente: ECG Semiconductor Master Replacement Guide

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FIGURA NO. 9

TRANSISTOR DARLINGTON ECG253

Fuente: Fairchild Semiconductor International

• Integrado MAX-232:

Una interface RS232 esta compuesta por un circuito transmisor que

convierte la señal de bajo voltaje empleado por el equipo lógico a los niveles

de voltaje alto que se necesitan en la línea de transmisión, y de un receptor

que realiza la función inversa.

El envío de niveles lógicos a través de cables o líneas de información

necesita la conversión de voltaje apropiados.

Esta conversión es realizada por el circuito integrado MAX-232, que trabaja

como una interfaz que convierte los niveles de tensión TTL, es decir 0 V. DC a

5 V. DC a niveles RS-232, de -11V DC a 11V DC. Este, trabajará como puerto

de comunicación serial entre el circuito controlador y el computador personal.

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FIGURA NO. 10

INTEGRADO MAX-232

Fuente: http://www.maxim-ic.com,

CUADRO NO. 1

FUNCION DE LOS PINES DE MAX-232

Fuente: http://www.maxim-ic.com,

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7. - Depuración del Software

Durante esta etapa del diseño se procedió a realizar las pruebas necesarias al

software para comprobar su correcto funcionamiento y encontrar y corregir todos los

errores y fallas cometidos durante la fase de codificación con la finalidad de obtener

resultados óptimos al momento de integrarlo con el hardware.

Para ello primero se ejecutaron pruebas en cada uno de los módulos de

trabajo con que cuenta el programa, logrando así verificar y corregir los errores que

presentó cada uno durante su ejecución.

Una vez comprobado y corregido el funcionamiento de cada uno de los

procesos internos del software, se procedió a realizar una prueba general, integrando

todos los módulos de trabajo. Esto permitió modificar el programa ajustándolo a los

objetivos trazados para el proyecto, logrando así obtener un desempeño favorable del

software.

Una vez concluida esta fase, el programa controlador del prototipo del

Microscopio Computarizado se considero listo para su integración con la interfaz

electrónica (hardware).

8. - Integración del Hardware con el Software:

En esta fase del diseño del prototipo se procedió a realizar la integración entre

las dos partes escenciales del prototipo, como lo son el Hardware y el Software, para

mediante este proceso, lograr constatar el correcto funcionamiento del prototipo.

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Después de haber realizado las pruebas necesarias a los principales módulos

del software controlador, se logró constatar el correcto funcionamiento del prototipo.

FIGURA NO. 11

VENTANA DE PRESENTACION DEL SOFTWARE CONTROLADOR


En la figura No. 11 se muestra la ventana de presentación del software

controlador SIMICOM, siglas de Sistema de Microscopio Computarizado, la cual se

carga al ejecutar el software.

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FIGURA NO. 12

MODULO MENÚ PRINCIPAL


El módulo principal del SIMICOM, como se muestra en la Figura No. 12, esta

constituido por el menú principal, desde donde se puede controlar el resto de los

módulos del software

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FIGURA NO. 13

MODULO BARRA DE HERRAMIENTAS


El manejo del microscopio se realiza a través de la barra de tareas, como se

muestra en la figura no. 13, en donde se puede realizar el enfoque de los objetivos

del microscopio y el cambio de los lentes de aumento que son de 100X, 400X y 900X.

Desde este mismo módulo se puede hacer el llamado de la ventana de Notas (Figura

no. 14), en caso de que el usuario necesite tomar ciertos apuntes acerca del estudio.

También se controla el encendido y apagado de la luz del microscopio.

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FIGURA NO. 14

MODULO NOTAS


En el módulo de Guardar (Figura No. 15), tiene como principal función la de

solicitar la información básica acerca del paciente y del estudio realizado antes de

almacenar la imagen tomada de la muestra.

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FIGURA NO. 15

MODULO GUARDAR


9. - Construcción del Prototipo Definitivo y pruebas finales:

Una vez realizadas las pruebas preliminares y comprobado el funcionamiento

del prototipo, se procedió a su construcción final. Para ello se utilizaron superficies

perforadas (baquelitas) sobre las cuales se armó cada una de los componentes que

integran la tarjeta electrónica.

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Así mismo se le dieron los últimos toques al software para su final integración

con el hardware.

Una vez terminado el proceso de integración final entre hardware y software,

se realizaron pruebas con la finalidad de comprobar que el prototipo funcionaba

satisfactoriamente.

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