Trabajo: Sistema de medida no invasivo de la presión arterial PDF

Preview

Summary

Download Trabajo: Sistema de medida no invasivo de la presión arterial PDF

Description

!!

UNIVERSITAT! POLITÈCNICA! DE! ! CATALUNYA!!

! ! !

SISTEMA! DE! MEDIDA! NO! INVASIVO! DE!LA!PRESIÓN!ARTERIAL!

Sensores!y!Acondicionadores!de!señales!biomédicas!

Sistema(de(medida(no(invasivo(de(la(presión(arterial(

!

Índice 1.! INICIO!..................................................................................................................................................................!3! 1.1.!

Contenidos!.......................................................................................................................................................!3!

1.2.!

Introducción!....................................................................................................................................................!3!

1.3.!

Tensiómetros!..................................................................................................................................................!5!

2.! ESPECIFICACIONES!TÉCNICAS!................................................................................................................!7! 2.1.!

Descripciones!del!sistema:!........................................................................................................................!7!

2.2.!

Especificaciones!físicas!y!operacionales:!............................................................................................!7 !

2.2.1.!

BIOPAC!.....................................................................................................................................................!7!

2.2.2.!

PLACA!....................................................................................................................................................!11!

3.! REQUERIMIENTOS!DEL!SISTEMA!........................................................................................................14 ! ! 4.! EQUIPO!DE!PROYECTO!Y!PLANIFICACIÓN!.......................................................................................!15! 4.1.!

Lista!de!tareas!..............................................................................................................................................!15!

4.2.!

Agrupación!de!tareas:!...............................................................................................................................!16!

4.3.!

Actas!.................................................................................................................................................................!16!

5.! DOCUMENTACIÓN!SOBRE!EL!DISEÑO!DEL!SISTEMA!.................................................................!18! 5.1.!

Esquemáticos!de!circuitos:!Sensor!de!presión!y!piezoeléctrico!............................................!18!

5.1.1.!

Sensor!de!presión!.............................................................................................................................!19!

5.1.2.!

Sensor!piezoeléctrico!......................................................................................................................!20!

5.2.!

Componentes!...............................................................................................................................................!22!

6.! IMPLEMENTACIONES!DEL!SISTEMA!..................................................................................................!24! 6.1.!

Sensor!de!presión!.......................................................................................................................................!24!

6.2.!

Sensor!piezoeléctrico!...............................................................................................................................!25!

6.3.!

Placa!final!.......................................................................................................................................................!26!

6.4.!

Estudio!del!mercado:!Resistencias!y!condensadores!.................................................................!27!

7.! CARACTERIZACIÓN!DEL!SISTEMA!Y!RECOGIDA!DE!MEDIDAS!...............................................!31! 7.1.!

Configuración!canales!..............................................................................................................................!31!

7.2.!

Registros!........................................................................................................................................................!33!

8.! AMPLIACIONES!.............................................................................................................................................!36! 9.! PRESUPUESTO!...............................................................................................................................................!37! 10.!

CONCLUSIONES!Y!REFLEXIONES!FINALES!..................................................................................!39!

11.!

REFERENCIAS!...........................................................................................................................................!41!

ANEXO!1!.....................................................................................................................................................................!42! !

2!

Sistema(de(medida(no(invasivo(de(la(presión(arterial(

!

INICIO O 1.!INICI 1.1.! Contenidos ! El!proyecto!que!se!presenta!a!continuación!tiene!como!objetivo!principal!el!diseño!de!un! sistema!de!medida!no!invasiva!de!la!presión!arterial.!Para!realizarlo,!se!ha!utilizado!como! base!el!modelo!que!se!ha!utilizado!a!lo!largo!de!las!tres!primeras!prácticas!de!la!asignatura! "Sensores!y!Acondicionadores!de!Señales!Biomédicas".! ! En! primer! lugar,! el! proyecto! contiene! una! breve! introducción! con! algunos! conceptos! teóricos!de!gran!importancia!para!seguir!el!desarrollo!de!todo!el!trabajo.!! ! El!proyecto!se!ha!estructurado!de!la!siguiente!manera:! •! Apartados!2!y!3!especificaciones!técnicas!de!BIOPAC!y!requerimientos! •! En!el!apartado!4!distribución!y!planificación!del!proyecto.! •! En!los!apartados!5!y!6!son!dedicados!a!la!circuitería.!El!primero!es!el!montaje!para! el!posible!registro!y!el!segundo!es!a!las!implementaciones!llevadas.! •! A! continuación,!en! el! apartado!7,! realizamos!la! configuración! y!la! recogida!de! las! señales!de!interés.! •! Ya! por! último! computamos! un! presupuesto! del! coste! total! del! proyecto! y! las! conclusiones.! ! !

1.2.! Introducción ! El!objetivo!es!proponer!un!sistema)de)medida)no)invasiva)de)la)presión)arterial! basado!en!la! integración!de!los!siguientes!elementos:!un!manguito!o!esfigmomanómetro,!una!placa!que! implementa!un!sensor!de!presión!y!un!sensor!piezoeléctrico!junto!con!un!sistema!Biopac.! ! La! medida! está! basada! en! dos! aspectos! básicos:! en! primer! lugar! encontramos! la! interpretación! de! la! variación! de! la! presión! arterial! en! función! de! cómo! de! inflado! se! encuentre! el! manguito! situado! en! la! parte! superior! del! brazo.! A! partir! de! un! inflado! mecánico! éste! se! hincha! y! transmite! su! presión! hacia! la! piel! y! hacia! la! arteria.! En! consecuencia,! el! lumen! arterial! (el! espacio! por! donde! circula! flujo! sanguíneo)! se! abre! y! cierra! según! la! diferencia! entre! la! presión! intravascular! y! la! intersticial,! y! éstas! varían! gradualmente!según!la!presión!del!manguito.! ! El! segundo! aspecto! que! se! ha! tenido! en! cuenta! ha! sido! la! detección! de! los! sonidos! de! Korotkoff.! Estas! ondas! acústicas! son! generadas! mientras! la! presión! del! manguito! se! mantiene! entre! las! presiones! sistólicas! y! diastólicas.! Los! orígenes! que! producen! estos! sonidos! son! aún! desconocidos,! aunque! algunos! mecanismos! físicos! y/o! fisiológicos! tales!

3!

Sistema(de(medida(no(invasivo(de(la(presión(arterial(

! como! la! turbulencia,! agitaciones! de! los! vasos! sanguíneos! u! oscilaciones,! tienen! gran! relevancia!en!su!generación.! ! !!! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! Imagen)1:)Esquema)de)la)circulación)sanguínea)y)valores)de)las)presiones)parciales)de)O2)y)CO2)

! En!la!figura!anterior!se!puede!observar!cómo!varían!las!presiones!parciales!de!Oxígeno!y! de!Dióxido!de!Carbono! a!lo!largo!de! todo!el!recorrido!por!el! cuerpo,!desde!que! la!sangre! sale! del! cuerpo! impulsada! por! el! corazón,! el! cual! actúa! como! una! bomba,! hasta! que! ésta! devuelve.! ! ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) )

! )

Imagen)2:)Sistema)típico)de)medida)no)invasiva)de)la)presión)arterial)y)sonidos) )

La! sístole! y! la! diástole! determinan! las! fases! en! las! que! el! las! aurículas! y! los! ventrículos! cardíacos!se!contraen!y!se!relajan! después!de!la!expulsión!de!la!sangre,!respectivamente.! En!el!proceso!de!medición!de!la!presión!de!forma!indirecta,!el!primer!sonido!de!Korotkoff! que! se! detecta,! indica! la! presión! sistólica.! A! medida! que! la! presión! en! el! manguito! va! disminuyendo,!tal!y!como!se!muestra!en!la!figura!número!2,!los!sonidos!de!Korotkoff!pasan! por!cinco!fases:!el!período!o!transición!de!la!fase!4!a!la!5,!la!de!silencio,!separa!la!presión! diastólica.! !

4!

Sistema(de(medida(no(invasivo(de(la(presión(arterial(

! Para!desarrollar!el!proyecto!se!han!marcado!varios!propósitos:! •! Reducir!o!simplificar!el!circuito!al!máximo!y,!por!lo!tanto,!su!coste.! •! Realizar! un! buen! registro! de! las! señales! de! interés,! mediante! una! buena! praxis! y! filtrado!debido!a!la!debilidad!de!las!señales!biomédicas.!! !

1.3.! Tensiómetros Como!se!ha!mencionado!en!el!apartado!1.1!nuestro!objetivo!principal!es!obtener!la!señal!de! presión!arterial!y! los!sonidos!de!Korotkoff!de!un! sujeto!mediante!una! placa!que!contiene! amplificadores!que! implementan!la! entrada!de! dos!sensores;! de!presión! y!piezoeléctrico.! Como! es! sabido,! este! sistema! de! medida! no! invasiva! es! comúnmente! utilizado.! Por! ello,! hemos!realizado!un!estudio!sobre!qué!tipos!de!sistemas!ofrece!el!mercado.!!! ! La! presión! arterial! se! mide! mediante! un! aparato! denominado! tensiómetro! o!esfingomanómetro.! Estos! aparatos! están! compuestos! por! un! manguito! de! tela! que! incorpora!una!goma!hinchable!y!un!sistema!de!medición!en!contacto!con!este!manguito.!Se! pueden!distinguir!diferentes!tipos!de!tensiómetros:! ! •! De! mercurio:! Consiste! en! una! cubeta! que! contiene!mercurio!conectada!a!un!tubo!vertical! de! cristal! con! un! extremo! abierto! por! donde! sube! el! mercurio! al! inflar! el! manguito.! En! el! tubo! hay! una! escala! que! va! desde! los! 0! y! los! 300! mmHg.! El!sistema! va! conectado!mediante! un!tubo! de!goma!al! mecanismo!de! inflado!que! consiste! en! una! pera! y! una! válvula!que! regula! el! paso!del! aire.! Durante! su!uso! debe! estar! en! posición!vertical!sobre! una! mesa! horizontal!o,! mejor! aún,! colgado! de!una! pared.! Su! precio!es! de!unos!40!€.! Imagen)3:)Tensiómetro)de)mercurio))

! ! •! Aneroide:! se! trata! de! un! mecanismo! a! resorte! que! se! moviliza! a! una! presión! determinada! y,! de! forma! proporcional! a! esta,! mueve!una! aguja! en! una! esfera! graduada! en! mmHg.! Aunque! vienen! bien! calibrados! de! fábrica,! son! sensibles! a!la! temperatura! y! la!humedad! por! lo! que! es! conveniente! recalibrarlos! cada!6!meses.!Su!precio!es!de!unos!10!€.! Imagen)4:)Tensiómetro)aneroide)

!

5!

Sistema(de(medida(no(invasivo(de(la(presión(arterial(

! •! Oscilométrico:! Es! un! aparato! electrónico! basado! en! el! análisis! de! la! onda! del! pulso.! Algunos! equipos! que! llevan! este! tipo! de! esfigmomanómetro! pueden! ser! muy! sofisticados,! siendo! programables! y! permitiendo! el! inflado! automático! del! manguito.! Incluso! algunos! se! han! desarrollado! como! periféricos! para!conectar!a!un!PC.!!En!los!más! sencillos! y! baratos,! el! inflado! es! manual.! Su! precio! oscila!entre! los! 25!y!30!€! Imagen)5:)Tensiómetro)oscilométrico)

! Hoy!en!día!el!tipo!de!tensiómetro!más!usado!es!el!último!debido!a!calidad/precio.!Además! el! visualizador! permite! que! la! lectura! del! registro! sea! más! fácil! y! no! conlleva! a! posibles! errores.! ! !

6!

Sistema(de(medida(no(invasivo(de(la(presión(arterial(

!

2.!ESPECIFICACIONES TÉCNICAS 2.1.! Descripciones del sistema: ! El! sistema! para! realizar! la! medida! de! presión! de! forma! no! invasiva! está! formado! por! diferentes! componentes,! entre! los! que! distinguimos;! el! Biopac,! la! placa! que! contiene! las! conexiones! con! el! circuito! impreso,! el! manguito! junto! con! los! sensores,! de! presión! y! piezoeléctrico! que! nos! permite! captar! la! presión! arterial! y! los! sonidos! de! Korotkoff,! respectivamente.!! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! Imagen)6:)Montaje)de)la)placa,)el)sensor)piezoeléctrico,)el)sensor)de)presión)y)el)manómetro)

!

2.2.! Especificaciones operacionales:

físicas

y

!

2.2.1. !BIOPAC ! El! Biopac! constituye! la! herramienta! de! enlace! entre! la! placa! con! el! circuito! impreso! y! el! programa!con!el!que!se!obtendrán!y!se!procesan!las!diferentes!medidas.! Para! una! correcta! obtención! de! datos! se! han! de! tener! en! cuenta! las! siguientes! características.! En! primer! lugar,! Biopac! presenta! diferentes! entradas! de! Hardware,! channels,! en! las! que! será!conectada!cada!tipo!de!sensor.! !

7!

Sistema(de(medida(no(invasivo(de(la(presión(arterial(

!

! Imagen)7:)esquema)de)conexiones)de)los)puertos)del)Biopac)

! No! todas! las! entradas! son! iguales! por! lo! que! hay! que! tener! en! cuenta! sus! propiedades! dependiendo!su!fin.! ! !!! !!!! ! ! ! ! ! ! ) )

) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) )

8!

Sistema(de(medida(no(invasivo(de(la(presión(arterial(

!

) Imagen)8:)Información)de)las)entradas)del)Biopac)

! Una!vez!se!han!establecido!las!diferentes!conexiones!a!los!respectivos!channels!,!el!Biopac! presenta!la!característica!de!determinar!qué!tipo!de!sensor!o!de!señal!se!capta!en!cada!uno.! En!este!caso,!se!seleccionan!dos:!presión!arterial!y!sonidos!de!Korotkoff.! ! Cuando!se!selecciona!una!opción!de!los!Presets!analógicos,!esta!configura!automáticamente! algunos!de!los!valores!más!adecuados!como!el!de!Ganancia!o!Filtrado!para!el!tipo!de!señal! que!se!quiere!registrar.!Estos!valores!son!considerados!un!buen! punto!de!partida!para!la! correcta!obtención!de!las!medidas,!pero!siempre!se!pueden!modificar!y!ajustar.! ! A!continuación!se!muestra!la!tabla!con!los!diferentes!Presets!analógicos!de!los!que!dispone! el!Biopac:! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! Imagen)9:)Presets)analógicos)de)los)que)dispone)el)Biopac)

9!

Sistema(de(medida(no(invasivo(de(la(presión(arterial(

! Por! último,! hay! que! tener! en! cuenta! la! disposición! interna! del! Biopac,! formado! por! diferentes!filtros!y!convertidores!que!realizan!la!conversión!de!la!señal!analógica,!captada! por! los! sensores,! en! señal! digital! procesable.! Todo! ello! se!debe! tener! en! cuenta! también! para!determinar!los!valores!correctos!de!ganancia,!frecuencia!de!muestreo!para!los!filtros…! ! !! ! ! ! ! ! ! ! Imagen)10:)esquema)interno)del)Biopac)y)recorrido)de)la)señal)de)entrada)hasta)la)de)salida)

! ! Filtro!de!Hardware!ajustable! Este!tipo!de!filtro!está!implementado!por!resistencias!y!condensadores!en!la!primera!parte! del! circuito! interno! del! Biopac.! Se! puede! determinar! el! tipo! de! corriente! con! el! que! se! quiere!implementar,!es!decir,!continua!o!alterna,!teniendo!en!cuenta!el!tipo!de!señal!que!se! quiere! medir,! ya! que! AC! es! el! adecuado! para! ECG,! EEG,! EMG,! EOG,! PPG! y! Respiración;! mientras!que!DC!es!la!adecuada!para!medir!temperatura,!GSR,!flujo!de!aire,!presión!fuerza.! Hay!que!tener!en!cuenta!también!las!diferencias!técnicas!entre!AC!y!DC:!! •! Las!señales!en!AC!están!centradas!en!cero,!así!que!el!Offset!no!se!puede!considerar!un! factor.!Hay!que!tener!en!cuenta!también!que!con!corriente!alterna!se!permite!tener!un! valor!de!Ganancia!mayor,!obteniendo!una!mayor!resolución.!Las!opciones!de!0.05!Hz!/! 0.5!Hz!/!5!Hz!del!filtro!pasaFaltas!sólo!están!disponibles!con!corriente!alterna.! •! Las! señales! en! DC! normalmente! tienen! un! Offset! con! amplitud! distinta! de! cero,! y! pueden!ser!calibradas!directamente!para!la!compensación!del!Offset.! ! Filtro!de!Hardware!fijo! Para!reducir!el!ruido!a!grandes!frecuencias!hay!un!filtro!fijo!paso!bajo!situado!a!20!kHz.! ! Filtro!antiraliasing! Este! tipo! de! filtro! asegura! que! no! se! produzcan! alias,! por! eso! la! unidad! del! Biopac! implementa! un! filtro! FIR! (Respuesta! impulsional! Finita)! de! alto! orden! anterior! al! convertidor!Analógico!/!Digital.!La!frecuencia!de!este!tipo!de!filtro!depende!de!la!magnitud! de!la!frecuencia!de!muestreo.! ! Filtros!digitales! ! La!unidad!MP3X!permite!configurar!tres!filtros!diferentes,!de!segundos!orden!y!de!tipo!IIR! (Respuesta!Impulsional!Infinita).!!

10!

Sistema(de(medida(no(invasivo(de(la(presión(arterial(

! Estos! tipos! de! filtros! normalmente! se! prerconfiguran! automáticamente,! pero! también! se! pueden!configurar!manualmente.!El!ajuste!del!parámetro! Q!se!refiere!a!la! inclinación!del! filtro,! cuyo! valor! por! el! filtro! óptimo! es! de! 0.707.! En! algunos! casos! puede! ser! deseable! cambiar! este! parámetro! en! función! de! los! requerimientos! del! sistema! que! se! quiere! implementar!el!Biopac.! ! Además! del! filtro! antiraliasing,! algunos! de! estos! filtros! digitales! contribuyen! a! la! eliminación!de!los!ruidos!situados!a!60!Hz!para!la!red!eléctrica!estadounidense,!oa!los!50! Hz!para!la!europea.!Otros!de!estos!filtros!digitales!están!disponibles!para!limitar!el!rango! de!la!frecuencia!con!que!se!trabaja,!eliminando!las!primeras!oscilaciones!en!la!medida!en! bajas!frecuencias.! ! Particularmente,!la!unidad!MP36!muestrea!internamente!a!los!rangos!de!20!kHz,!25! kHz,! 50!kHz!oro!100!kHz,!dependiendo!de!la!frecuencia!de!muestreo!elegida.! !

2.2.2. !PLACA La!placa!contiene!el!circuito!impreso!para!la!obtención!de!la!señal!analógica!de!la!presión! arterial!y!de!los!sonidos!de!Korotkoff.!Así!pues,!presenta!una!parte!destinada!al!sensor!de! presión!y!otra!para!el!sensor!piezoeléctrico:! !! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! !!!!! ! ! ! ! Imagen)11:)placa)para)la)conexión)de)los)sensores)de)presión)y)piezoeléctrico) )

En!la!parte!superior!se!puede!observar!los!diferentes!componentes!que!se!utilizan!para!la! detección!de! la!presión!arterial,!mientras!que! en!la! parte!inferior!se!pueden!observar!los! que!son!necesarios!para!la!obtención!de!los!sonidos!de!Korotkoff!que!ayudan!a!determinar! la!presión!diastólica.!

11!

Sistema(de(medida(no(invasivo(de(la(presión(arterial(

! ! Hay! que! tener! en! cuenta,! por! tanto,! las! características! electrónicas! de! los! diferentes! componentes!para!cada!sensor,!las!cuales!se!especifican!a!continuación:! ! ! Presión!arterial! Sensores!de!presión!!!!(MPX2050)! Parámetro! Valor! Fondo!de!escala!(entrada! 50!Kpa!(entrada),! y!salida)! 40mV!(salida)! 0.8!mV/Kpa!=!0.107! Sensibilidad! mV/mmHg! ±!1!mV!=!9.34!mmHg! Error!de!cero! ! Error!de!linealidad!!!!!!!

±0,25!%FE!

Amplificador!!(AD623)! Parámetro! Valor! Tensión!de!alimentación!(máxima)! Disipación!interna!de! potencia! Rango!de! temperaturas!!

650!mW! r40oC!a!+85oC!

Tensión...