Detección Del Ciclo Respiratorio Basado en Bioimpedancia

7/26/2019 Deteccin Del Ciclo Respiratorio Basado en Bioimpedancia

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Ingeniera Mecatrnica

Electrnica

Deteccin de ciclo respiratoriobasado en anlisis de

BIOIMPEDANCIA

20 de mayo del 2015


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Introduccin

La frecuencia respiratoria (FR constituye uno de los par!metros fisiolgicos

m!s importantes a ser considerados en la determinacin primaria del estado

patolgico del paciente y a su "e# es un indicador primordial del funcionamiento

del aparato respiratorio$ La frecuencia respiratoria representa los ciclos de

in%alacin y e&%alacin 'ue una persona reali#a por minuto se suele medir en

estado de reposo y presenta una gran dependencia con la edad del paciente$ La

monitori#acin de la frecuencia respiratoria puede ser lle"ada a ca)o utili#ando

t*cnicas de auscultacin por parte del personal asistencial o por medio de

e'uipamiento )iom*dico destinado para tal fin$ En el primer caso se pueden

presentar imprecisiones en el registro de la "aria)le de inter*s dado 'ue este

m*todo no permite esta)lecer con certe#a el inicio o el final de un ciclo respiratorio

y su relacin con el tiempo$ +or su parte la tecnologa )iom*dica e&istente no slo

se limita a proporcionar informacin con respecto a la acti"idad respiratoria del

paciente sino tam)i*n pro"ee otro tipo de signos "itales cuya monitori#acin co)ra

importancia en unidades de cuidados intensi"os y salas de emergencia$ En casos

en donde se re'uiera e&clusi"amente monitorear la frecuencia respiratoria o lle"ar

a ca)o este procedimiento de forma remota y personal por parte del paciente

mismo y fuera del am)iente %ospitalario la utili#acin de los e'uiposcon"encionales tendera a ser impr!ctica e incon"eniente y generara adem!s

costos ele"ados para el usuario$


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Tabla 1 Edad contra Frecuencia de Respiracin por minuto

Los procedimientos e&istentes para registrar la acti"idad respiratoria incluyen

"ariados principios tales como la deteccin de los cam)ios de temperatura del gas

inspirado y espirado por medio de un termistor introducido en una fosa nasal las

"ariaciones de la resistencia el*ctrica en una galga e&tensiom*trica presente en

un )anda a,ustada alrededor del tra& del paciente y el registro de los potenciales

electromiogr!ficos pro"enientes de los m-sculos intercostales$ Las molestias

pro"ocadas ,unto con la suscepti)ilidad de estos procedimientos a los mo"imientos

del paciente 'ue causan artefactos y por ende resultados indeseados conlle"an a'ue su uso no sea tan e&tendido en el am)iente clnico$ +or su parte el M*todo de

Impedancia .ranstor!cica constituye un procedimiento fundamentado en t*cnicas

de )ioimpedancia el cual se )asa en el principio de 'ue la Impedancia / del

tra& "ara con cada respiracin$ La t*cnica consiste en detectar las "ariaciones

en la impedancia tor!cica producto de los cam)ios de "olumen originados por el

ciclo respiratorio$ onsiderando la Fig$ 1 durante la inspiracin la ca"idad tor!cica

se e&pande y el aire es conducido %acia los pulmones por medio de la tr!'uea

todo lo cual conlle"a a un aumento en el mdulo de la impedancia de este

compartimiento$


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Figura 1 Sistema de electrodos tetra polar. La corriente ingresa al trax a travs de loselectrodos ms externos: Los cambios en la impedancia al fujo de la corriente en el trax son

detectados por los electrodos ms internos.

Desarrollo

Etapas re'ueridas para el desarrollo del proyecto

Etapa 3:

ompro)acin del

funcionamiento del

on"ertidor I y

/mplificador de

Etapa :!lculos

analticos para el dise3o

e implementacin fsica

del /mplificador de

Instrumentacin$

Etapa !: !lculos

analticos para el dise3o

e implementacin fsica

del on"ertidor I$

Etapa ": 4ise3o eimplementacin

fsica de la etapa de

Eliminacin de

ffset$

Etapa #: ompro)acindel funcionamiento del

Filtro +asa 6anda de orden

2 7 20 89# y Filtro +asa

6a,as de orden : 7 10 9#$

Etapa $: 4ise3o eimplementacin fsica del

Filtro +asa 6anda de orden

2 7 20 89# y Filtro +asa

6a,as de orden : 7 10 9#$

Diagrama 1. Diagrama a bloues con todas las etapasdel pro!ecto

Etapa !%: +rue)as

reali#adas instrumentando

al su,eto de prue)as$

Etapa &: +rue)as

reali#adas en el on"ertidor

I y /mplificador de

Instrumentacin "ariando

R;$

Etapa &:


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Diagrama ". #tapas simpli$cadas del %ro!ecto

+ara el dise3o de los filtros de esta pr!ctica se utili# un soft=are online de .e&as

Instruments 'ue cuenta con "arias %erramientas llamado >?ational @E6E?9

.oolsA dic%o programa cuenta con una serie de %erramientas online gratuitas para

reali#ar dise3os electrnicos$ 4ic%as %erramientas fueron presentadas inicialmente

en 1BBB con el o),eti"o de )rindar una r!pida solucin al dise3o de fuentes de

alimentacin$ 4el mismo modo nos permite crear circuitos indi"iduales o m-ltiples

con la posi)ilidad de anali#ar su comportamiento o)tener simulaciones as como

diagramas es'uem!ticos etc$ permitiendo as comparar los dise3os y elegir en'ue me,or nos con"enga$

&lustracin 1. '#(#)*+ Design *enter


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!)* Con+ertidor

V

+

V

IL=V

X

M1

=

Proponemos IL=1mA

V

+

V

R1=

1

[ vp ][10]

1.4147mAp=7.13K

R1=

RG=

49.4 K

G1

RG=

49.4 K

101=5.488K

)* Etapa de aisla,iento)

En la etapa de aislamiento no se necesit de nada de)ido a 'ue no era necesaria

para *sta aplicacin de)ida a 'ue solo se trata)a de un prototipo pero para

alguna aplicacin me,or esta etapa es necesaria$

3)* Etapa del a,pli-icador de instru,entacin)


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+ara esta etapa utili#amos el integrado /4C20 (figura D$1 el cual es un

amplificador de instrumentacin especialmente dise3ado para *sta y otras

aplicaciones como el con"ertidor de I solamente 'ue en *sta parte solamente

se utili#a para amplificar el "olta,e$


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Figura D$1 Es'uemtico del /4C20$

La configuracin utili#ada se puede "er en la figura D$2 donde se decidi utili#ar

una ganancia de 2 por lo 'ue se emple una R; de 50 8$

$

Figura D$2 4iagrama es'uem!tico de cone&iones para el amplificador de

instrumentacin$

a)e mencionar 'ue en la figura D$2 las entradas a las patas no in"ersora e

in"ersora respecti"amente corresponden a la salida del electrodo y el otro a tierra

al igual la referencia "a conectada a tierra

La frmula a utili#ar es la de la figura D$D

Figura D$D Frmula de ganancias$

$)* .iltro Pasa Banda

Especificaciones

fc G 20 89# G 20000 9#


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rden G C

Respuesta del filtro G 6utter=ort%

Hupply oltage G J 12 "olts

Res$ .olerance G E12 (10K

ap$ .olerance G E12 (10K

1

1 a c

0 d c

< 1

+ / M +

I

< .

< 2

+ / M +

I

< .

< D

+ / M +

I

< .

R 1

1 1 0

R 2

2 2 0

R D

1 1 0

R

D 0

R 5

1 1 0

R C

D 0

R B

D 0 0

R 1 0

1 5 0 R 1 1

1 5 0

1

1 n 2

1 n D

1 n

5

1 n C

1 n N

1 n

00 0

0

00

0

Diagrama ,. Diagrama #suemtico del Filtro %asa (anda de - orden

/r$ca 1. /r$ca de la Simulacin del Filtro %asa (anda de - 0rden


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#)* De,odulador

+ara el demodulador se utili# el diagrama mostrado en la figura 5$1 en la cual se

decidi colocar las D resistencias de 108%ms solamente 'ue para el c!lculo del

capacitor se utili# la relacin 'ue dice 'ue

RC< 1

2PiFmax

riginalmente se %a)a decidido poner una frecuencia m!&ima de 10 9# pero

como ocasion pro)lemas lo disminuimos por lo 'ue o)tu"imos un capacitor de

2$2Microfaradios$

< 1

+ / M +

I

< .

R 1

1 0

R 2

1 0

1

2 $ 2 u

4 1

4 1 ? 0 0 2

0

0

0

R D

1 0

1

F R E O G 2 8 9 #

/ M + L G 1

F F G 0

/ G 0

4 2

4 1 ? 0 0 2

Diagrama . *ircuito del Demodulador


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/r$ca ". /r$ca de la Simulacin de la #tapa de Demodulacin

")* .iltro Pasa Ba/as

Especificaciones

fc G 10 9#

rden G :

Respuesta del filtro G 6utter=ort%

Hupply oltage G J 12 "olts

Res$ .olerance G E12 (10K

ap$ .olerance G E12 (10K


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< 1

+ / M +

I

< .

< 2

+ / M +

I

< .

< D

+ / M +

I

< .

<

+ / M +

I

< .

R 1

1 0

R 2

2 2 R D

1 0

R

1 5 R 5

: $ 2

R C

1 0 R N

2 $ :

R :

D $ B 1

1 u 2

1 u D

1 u

1 n

5

1 u

C

1 $ 5 u

N

D $ D u

:

2 2 u

0

0

0

0

0

11 a c

0 d c

1

Diagrama 2. Diagrama #suemtico del Filtro %asa (ajas de 3 orden

/r$ca ,. /r$ca de la Simulacin del Filtro %asa (anda de 3 0rden

Circuito i,ple,entado -0sica,ente con sus respecti+as etapas

En la ilustracin 2 se pueden o)ser"ar D etapas del proyecto encerrada en un

recuadro ro,o se puede o)ser"ar la etapa del on"ertidor I el recuadro a#ul

encierra la etapa de/mplificacin de la Halidade donde se "a a medir la se3al y el

recuadro "erde encierra la etapa de Eliminacin de ffset$


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&lustracin ". #tapa del *onvertidor 45& ! su 6mpli$cacin7 #tapa de 08set

4el mismo modo en la ilustracin D se pueden o)ser"ar cuatro etapas del

proyecto encerrada en un recuadro caf* la etapa del Filtro +asa 6anda 7 20

89# el cuadro "erde encierra la etapa del Filtro +asa 6a,as 7 10 9# el recuadro

a#ul encierra la etapa del 4emoduladory el recuadro amarillo la del /mplificador

de Instrumentacin$

+or -ltimo el recuadro "erde encierra una etapa de /mplificacin para el Filtro

+asa 6a,as 7 10 9# y el recuadro gris la etapa de /mplificacin para el filtro pasa

6anda 7 20 89#$

&lustracin ,. #tapa del Filtro %asa (ajas 9 1 +;7 Filtro %asa (anda 9 "


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Conclusiones

La resolucin del proyecto final %a sido satisfactoria tras compro)ar y acreditar

cada una de las etapas adem!s de todo el circuito en su con,unto$

9a sido una gran e&periencia ya 'ue con el conocimiento "isto durante el cursode electrnica 1 pudimos implementar una aplicacin tan interesante$ La

com)inacin de conceptos m*dicos y electrnicos es muy atrayente a nuestra

"isin ya 'ue es una aplicacin creciente en nuestro medio para un perfil como lo

es el de un ingeniero en mecatrnica$

?os gust )astante poder lle"ar a ca)o el proyecto y aun'ue en ocasiones surgen

dudas o pro)lemas en la lectura de las se3ales se pudieron resol"er gracias a la

participacin acti"a de todos los integrantes del e'uipo$ reemos 'ue una parte

muy importante en el armado y prue)a de un circuito es la paciencia orden y

conocimiento acerca de esteP ya 'ue si no se cuenta con el tiempo de)ido y unespacio adecuado de implementacin se tiende a cometer pe'ue3os errores

%umanos$

Finalmente fue muy interesante o)ser"ar la reaccin de la se3al pasando por

cada etapa desde la inyeccin al cuerpo %umano %asta la salidaP sa)emos 'ue el

osciloscopio representa realmente una %erramienta de suma importancia en

nuestra trayectoria y en esta ocasin fue de gran importancia "erificar cada etapa

con ayuda de este$ La medicin de 6ioimpedancia es muy interesante adem!s es

muy necesario mantener los cuidados e&tras 'ue se de)en tener en la aplicacin

ya 'ue in"olucran a un ser "i"o$

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