PROTOTIPO FUNCIONAL DE UN SISTEMA DE TRANSMISIÓN DE...

PROTOTIPO FUNCIONAL DE UN SISTEMA DE TRANSMISIÓN DE SEÑALES EEG (ELECTROENCEFALOGRÁFICAS) UTILIZANDO

TELEFONÍA MÓVIL CELULAR.

EMILLY TATIANA MORENO GIRALDO

E-mail: [email protected] Celular:310 5771681

MARTHA CATALINA GALINDO CÁRDENAS E-mail:[email protected]

Celular: 312 2879924

UNIVERSIDAD SAN BUENAVENTURA FACULTAD DE INGENIERÍA

PROGRAMA DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA BOGOTÁ D.C.

2007

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EMILLY TATIANA MORENO GIRALDO

MARTHA CATALINA GALINDO CÁRDENAS

UNIVERSIDAD SAN BUENAVENTURA FACULTAD DE INGENIERÍA

PROGRAMA DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA BOGOTÁ D.C.

2007



EMILLY TATIANA MORENO GIRALDO MARTHA CATALINA GALINDO CÁRDENAS

Proyecto de grado como requisito para optar al titulo de Ingeniero Electrónico

Asesores Temáticos Ing. Hugo Herley Malaver Guzmán M.Sc.

Ing. Carlos Andrés Lozano M.Sc. (c)

UNIVERSIDAD SAN BUENAVENTURA

FACULTAD DE INGENIERÍA PROGRAMA DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA

BOGOTÁ D.C. 2007

Nota de aceptación

_____________________ _____________________ _____________________ _____________________ _____________________ _____________________

___________________________ Firma del presidente del jurado

___________________________ Firma del jurado

___________________________ Firma del jurado

Bogotá D.C., Lunes 26 de Noviembre de 2007.

Este trabajo está dedicado principalmente a papá Dios es el que me ha ayudado, dado la sabiduría y fuerzas en momentos difíciles, por ser mi creador, por amarme tanto, por

consolarme en momentos de angustia, por ser mi apoyo. Quiero que sigas en mi corazón y que cada día me llenes de mucha sabiduría y gracia.

A mis padres Gloria Giraldo, Alberto Moreno, gracias por su amor, la fortaleza, el cuidado, sus cariños. Les quiero decir que los amo mucho gracias por todos los valores inculcados, por estar en mi vida ayudándome a crecer espiritualmente, moralmente y emocionalmente, porque

gracias a ustedes dos hoy en día soy una mujer con muchos valores. Los sacrificios de ustedes dos por mi no son en vano, todo esfuerzo tiene su recompensa y más adelante ustedes recogerán

el fruto que sembraron en mi. A mi hermanito Nicolás Moreno te amo y todo lo que hago en la vida es para ti y por ti,

este triunfo no es solo mío, es de esta hermosa familia que me ha dado Dios. A Nicolás Gómez, por su paciencia, su amor y por estar acompañándome siempre.

Emilly TatianaEmilly TatianaEmilly TatianaEmilly Tatiana Moreno Moreno Moreno Moreno

Este trabajo está dedicado principalmente a Dios, que me ha dado las fuerzas, la sabiduría, las oportunidades y sobre todo el amor de mis padres quienes a través de sus enseñanzas me he convertido en la mujer que soy, gracias a papá y mamá por su entrega, por sus sacrificios, por su amor, por su apoyo incondicional, gracias por creer en mi y por los mil regalos que nos

han dado. A mis hermanos, compañeros de pequeñas aventuras, gracias por todos los momentos que hemos compartido juntos, los admiro por ser los hombres que se han convertido y se que cada paso que darán será firme como los árboles de ceibo y que éstos darán grandes

frutos, recuerden que el que no arriesga no gana y que soñar no cuesta nada, las oportunidades están en el lugar y en el momento menos esperado, yo estaré a su lado como desde el primer día que supe que nacerían. A mis abuelos, a mis tíos, primos, a mi sobrino, gracias por su amor, por regalarme momentos de alegría, por ser mis ángeles terrenales, por sus oraciones, gracias a todos, los amo. Al amor de mis amores, gracias por tu apoyo, por tu

confianza, por ser el hombre maravilloso que eres. Catalina GalindoCatalina GalindoCatalina GalindoCatalina Galindo

AGRADECIMIENTOS

Ingeniero Gustavo Quiroga: Gracias por impartirnos tus conocimientos, gracias por enseñarnos cada día a ser mejores estudiantes, gracias por dar nos un pedacito de ti. Te queremos mucho profe y siempre vas a estar en nuestros corazones y en nuestra mente. Gracias por apoyarnos en momentos difíciles y en momentos de angustia. Ingeniero Carlos Lozano, Ingeniero Hugo Malaver: gracias por ayudarnos, por apoyarnos, aceptarnos como sus pupilas. Sin la ayuda de Dios a través de ustedes los resultados de este proyecto de grado no sería un éxito, Patricia Carreño: Gracias por tus correcciones y tu ayuda en la redacción del documento. A la universidad de San Buenaventura, especialmente al departamento de Relaciones Institucionales, al grupo de IAESTE, quienes nos permitieron vivir una las experiencias más enriquecedoras de nuestras vidas tanto en lo profesional como en lo personal. Al Ingeniero Mr.P.R. Venkateswaran, Por su apoyo, sus enseñanzas. A todas las personas que ayudaron a que este proyecto fuera un hecho.

TABLA DE CONTENIDO

INTRODUCCIÓN ..........................................................................................................15

2 PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA ...............................................................16

1.1 ANTECEDENTES ...................................................................................16 1.2 DESCRIPCIÓN Y FORMULACIÓN DEL PROBLEMA.............................18 1.3 JUSTIFICACIÓN .....................................................................................18 1.4 OBJETIVOS ............................................................................................19 1.4.1 OBJETIVO GENERAL.................................................................................19 1.4.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS ........................................................................19 1.5 ALCANCES Y LIMITACIONES ................................................................20 1.5.1 ALCANCES..............................................................................................20 1.5.2 LIMITACIONES ....................................................................................20

3 MARCO DE REFERENCIA ..................................................................................21

2.1 MARCO CONCEPTUAL-TEÓRICO ........................................................21 2.1.1 CEREBRO. EL CEREBRO ..........................................................................22 2.1.2 CORTEZA CEREBRAL.. .............................................................................25 2.1.3 ELECTROENCEFALOGRAMA.. ...................................................................25 2.1.4 ELECTRODOS .........................................................................................28 2.1.5 SEÑALES CEREBRALES. ..........................................................................29 2.1.6 MÉTODO DE TRANSMISIÓN.......................................................................35 2.2 MARCO LEGAL O NORMATIVO.............................................................36 2.2.1 NORMAS:................................................................................................36 2.2.2 ESTÁNDARES BIOMÉDICOS .......................................................................39

4 METODOLOGÍA ...................................................................................................41

3.1 ENFOQUE DE LA INVESTIGACIÓN .......................................................41 3.2 LINEAS DE INVESTIGACION .................................................................41 3.3 TÉCNICAS DE RECOLECCIÓN DE INFORMACIÓN..............................41 3.4 POBLACIÓN Y MUESTRA ......................................................................41 3.5 HIPÓTESIS .............................................................................................42 3.6 VARIABLES.............................................................................................42 3.6.1 VARIABLES INDEPENDIENTES....................................................................42 3.6.2 VARIABLES DEPENDIENTES ......................................................................42

5 DESARROLLO INGENIERIL...............................................................................43

4.1 ANÁLISIS DE LAS SEÑALES ELECTROENCEFALOGRÁFICAS...........44 4.1.2 PATRONES DE COMPORTAMIENTO DE SEÑALES EEG................................46 4.2 DETERMINACION DE LOS PATRÓNES A TRANSMITIR..................47 4.2.1 IDENTIFICACIÓN DE LAS CARACTERÍSTICAS DE TRANSMISIÓN EN GPRS......47 4.2.2 DISEÑO DE LA TRAMA A TRANSMITIR........................................................48 4.3 DISEÑO E IMPLEMENTACIÓN DE DISPOSITIVOS DE HADWARE DE

TX 50

4.3.1 ETAPA DE CAPTURA DE DATOS ELECTROENCEFALOGRAMA

(IMPLEMENTACIÓN): .........................................................................................50 ENTRADA EN EL CONVERSOR ANÁLOGO DIGITAL Y LA FRECUENCIA DE TRABAJO.....50 4.3.2 DISEÑO DE LA ETAPA DE PROCESAMIENTO ................................................65 4.4 DISEÑO E IMPLEMENTACIÓN DEL APLICATIVO DE SOFTWARE RX

94 4.4.1 MAPA DE NAVEGACIÓN.. ..........................................................................95 4.4.2 MODELAMIENTO APLICATIVO UML ............................................................96 4.4.3 IDENTIFICACIÓN DE CLASES, OBJETOS Y ATRIBUTOS .................................103 4.4.4 DIAGRAMAS DE CLASE.. .........................................................................105 4.4.5 DIAGRAMA DE INTERACCIÓN. ..................................................................106 4.4.3 DIAGRAMA DE BLOQUES.........................................................................107 4.4.4 ADQUISICIÓN DE DATOS.. ......................................................................108 4.4.5 INTERFAZ GRÁFICA.. .............................................................................109 4.4.6 INICIO DE ETAPA DE DESARROLLO ...........................................................109 4.5 BASE DE DATOS .............................................................................112

6 PRUEBAS Y AJUSTES .......................................................................................114

5.1 DISEÑO DEL PLAN DE PRUEBAS .......................................................114 5.2 APLICACIÓN DEL PLAN DE PRUEBAS ...............................................115 5.2.2 AJUSTES Y ANÁLISIS DE RESULTADOS EN PROCESAMIENTO PARA TX..........119

7 CONCLUSIONES ................................................................................................133

8 RECOMENDACIONES.......................................................................................135

9 BIBLIOGRAFIA ..................................................................................................136

10 PAGINAS WEB CONSULTADAS .....................................................................137

11 GLOSARIO ......................................................................................................139

TABLA DE ANEXOS

12 ANEXOS ..........................................................................................................143

ANEXO A. CIRCUITO DE PRUEBA DESARROLLADO ..............................143 ANEXO B. CIRCUITO BASE PARA DISEÑO DE CANAL DE EEG..............143 ANEXO C. COMANDOS AT ........................................................................143 ANEXO D. CÓDIGO PARA VISUALIZACIÓN DE IMÁGENES ....................143 ANEXO E. CÓDIGO IMPLEMENTADO PROGRAMA SERVER SOCKET ..143 ANEXO F. PROGRAMA DE LECTURA Y ESCRITURA POR PUERTO

SERIAL .......................................................................................................143 ANEXO G. PROGRAMA PARA LEER SETRAM Y CONVERTIRLO EN

CARACTER.................................................................................................143 ANEXO H. CÓDIGO DE PROGRAMACIÓN VISUAL BASIC LECTURA DE

PUERTO SERIAL........................................................................................143 ANEXO I. DIAGRAMA DE CIRCUITO DE AMPLIFICACIÓN Y EXPLICACIÓN

DE ESTE MISMO. .......................................................................................143 ANEXO J. TABLAS DE RESULTADOS DE PRUEBAS. ..............................143 ANEXO L. ESQUEMA FINAL DEL PROTOTIPO DE RX. .............................143

TABLA DE FIGURAS FIGURA 1 Diagrama de bloques del sistema ..................................................22 FIGURA 2 Diagrama de Ubicación de cada una de las partes del cerebro .....24 FIGURA 3 Corteza Cerebral ............................................................................25 FIGURA 4 Clasificación de las Ondas de acuerdo a su forma y frecuencia ....29 FIGURA 5 Morfología: Ondas sinusoidales .....................................................30 FIGURA 6 Morfología: Ondas agudas .............................................................30 FIGURA 7 Morfología: Ondas simétricas.........................................................31 FIGURA 8 Morfología: Ondas asimétrica abrupta............................................31 FIGURA 9 Ondas Delta monomorfas...............................................................31 FIGURA 10 Actividad delta polimorfa ..............................................................31 FIGURA 11 Punta rápida duración inferior a 50 microvoltios...........................32 FIGURA 12 Punta rápida duración inferior a 50 microvoltios...........................32 FIGURA 13 Puntas monofásicas positivas ......................................................32 FIGURA 14 Punta difásica...............................................................................32 FIGURA 15 Acceso paroxístico .......................................................................33 FIGURA 16 Complejo punta – onda ................................................................33 FIGURA 17 Complejo K...................................................................................34 FIGURA 18 Paroxismo ....................................................................................34 FIGURA 19 Sistema GPRS .............................................................................35 FIGURA 20 Estándar 10/20 (10 y 20 se refieren al 10% y 20% de la distancia entre los electrodos) .........................................................................................40 FIGURA 21 Diagrama de implementación del dispositivo de transmisión de señales EEG.....................................................................................................43 FIGURA 22 Diseño de la trama de transmisión. ..............................................49 FIGURA 23 Diagrama de conexión de pines de TL 084 ..................................52 FIGURA 24 AD620 ..........................................................................................53 FIGURA 25 Amplificador de instrumentación...................................................53 FIGURA 26 Circuito base realizado en California (Institute of the Arts)...........54 FIGURA 27 Filtro Activo pasa bajas ................................................................56 FIGURA 28 El circuito con: Frecuencia: 16Hz, voltaje de entrada de 20µv, Escala 200µv. ...................................................................................................57 FIGURA 29 Circuito con: Frecuencia: 20Hz Hz, voltaje de entrada de 20µv, Escala 200µV....................................................................................................57 FIGURA 30 Circuito con: Frecuencia: 33.1 Hz, voltaje de entrada de 20µv, Escala 200µV....................................................................................................58 FIGURA 31 Comportamiento de Filtro pasa altas con una frecuencia de 0.2 Hz...........................................................................................................................59 FIGURA 32 Comportamiento de Filtro pasa altas a frecuencia de 0.1Hz ........59 FIGURA 33 EEG – David Rosemboom ..........................................................60 FIGURA 34 Comportamiento del electroencefalograma a una frecuencia de 0.2 Hz .....................................................................................................................60 FIGURA 35 Comportamiento de la señal a una frecuencia de 16 Hz. .............60 FIGURA 36 CIRCUITO DISEÑADO – Etapa de procesamiento......................62 FIGURA 37 FILTRO PASA ALTAS..................................................................63 FIGURA 38 ETAPA DE AMPLIFICACION.......................................................64

FIGURA 39 DGND...........................................................................................65 FIGURA 40 Representación típica de un multiplexor.......................................66 FIGURA 41 Diagrama de Pines de HCF4051B ...............................................67 FIGURA 42 Diagrama de Conexionado entre los 8 Canales de EEG y el multiplexor.........................................................................................................68 FIGURA 43 Diagrama de Pines Microcontrolador 68HC908AP16...................69 FIGURA 44 Conversor análogo digital.............................................................70 FIGURA 45 Configuración del teclado matricial...............................................72 FIGURA 46 Teclado Matricial ..........................................................................73 FIGURA 47 Filas y Columnas del teclado........................................................74 FIGURA 48 Configuración pines de LCD.........................................................74 FIGURA 49 DB9 ..............................................................................................75 FIGURA 50 Comportamiento en la etapa de procesamiento...........................76 FIGURA 51 Configuración del microcontrolador ..............................................77 FIGURA 52 Inicialización .................................................................................78 FIGURA 53 Declaración de un byte.................................................................78 FIGURA 54 Establecimiento de parámetros para el ADC................................79 FIGURA 55 Configuración del display .............................................................80 FIGURA 56 Configuración de las líneas del display ........................................81 FIGURA 57 Plantilla para visualización ...........................................................81 FIGURA 58 Variables de almacenamiento de teclado.....................................82 FIGURA 59 Detección de teclado ....................................................................82 FIGURA 60 Configuración de teclado..............................................................83 FIGURA 61 Configuración de caracteres decimal para visualización en LCD.83 FIGURA 62 Configuración de entradas en el multiplexor – salidas digitales ...84 FIGURA 63 Configuración de puerto serial......................................................85 FIGURA 64 Establecimiento del nombre de la máquina de estados ...............86 FIGURA 65 Configuración de los estados ........................................................86 FIGURA 66 Configuración del número de tareas.............................................87 FIGURA 67 Configuración de datos boléanos ................................................87 FIGURA 68 Inicialización – Inicializa. Comienzo de la máquina......................88 FIGURA 69 Aplicación – Principal ...................................................................88 FIGURA 70 Estado Principal – arranque .........................................................89 FIGURA 71 Estado principal arranque.............................................................89 FIGURA 72 Rutina rotar_id – Trama de transmisión .......................................91 FIGURA 73 Estado principal – transmite .........................................................91 FIGURA 74 Estado_principal – carga _ datos .................................................92 FIGURA 75 Estado principal – cambiar _ canal...............................................92 FIGURA 76 Módem GR64 ...............................................................................94 FIGURA 77 Mapa de navegación. ...................................................................96 FIGURA 78 Diagrama: Casos de Uso .............................................................97 FIGURA 79 Diagrama de secuencia del Sistema ..........................................102 FIGURA 80 Diagramas de Estados ...............................................................103 FIGURA 81 Diagrama de Clases ...................................................................106 FIGURA 82 Diagrama de Interacción ............................................................107 FIGURA 83 Diagrama de Bloques .................................................................108 FIGURA 84 Pantalla de Presentación............................................................110 FIGURA 85 Menú principal ............................................................................111

FIGURA 86 Emulación FP1 EEGL.................................................................115 FIGURA 87 Análisis de señal electroencefalográfica emulada......................116 FIGURA 88 Señal electroencefalográfica Frontal – Parietal 1 .......................117 FIGURA 89 Señal electroencefalográfica – Temporal T3. .............................117 FIGURA 90 Señal electroencefalográfica Sienes – F3 ..................................118 FIGURA 91 Señal de salida con etapa de amplificación................................118 FIGURA 92 Ventana de ejecución del programa para lectura de RS232 ......119 FIGURA 93 Resultados Prueba 1 ..................................................................126 FIGURA 94 PRUEBA 2..................................................................................126 FIGURA 95 Prueba 3.....................................................................................127 FIGURA 96 Prueba 4.....................................................................................127 FIGURA 97 Ajustes en la frecuencia de operación........................................128 FIGURA 98 Trama de transmisión.................................................................129 FIGURA 99 Prueba 5 con señal sinusoidal....................................................129 FIGURA 100 Prueba 6 con señal sinusoidal y componentes DC. .................130 FIGURA 101 Muestreo de una señal electroencefalográfica real. .................130 FIGURA 102 Adquisición de datos por puerto serial......................................131

INDICE DE TABLAS

TABLA 1 Terminología de la fase del sueño (*) ................................................27 TABLA 2 Clasificación de las Ondas según el voltaje, la región y el Estado ....30 TABLA 3 Patrones de las señales cerebrales...................................................44 TABLA 4 Morfología de las Ondas y Ubicación en el cerebro. .........................45 TABLA 5 Características de las principales ondas cerebrales..........................46 TABLA 6 Características TL 080… 5 ................................................................51 TABLA 7 RELACION ENTRE GANANCIA Y RESISTENCIA AD620 ...............53 TABLA 8 Valores para la ganancia de Voltaje de acuerdo a las variaciones de RF .....................................................................................................................55 TABLA 9 PRUEBA DE GANANCIA EN CIRCUITO BASE A UNA ESCALA DE 0.2 V .................................................................................................................61 TABLA 10 PRUEBA DOS GANANCIA DE VOLTAJE ESCALA 0.2V ...............61 TABLA 11 Selección de datos. .........................................................................67 TABLA 12 Función de pines de LCD ................................................................75 TABLA 13 Numeración de pines para RS232...................................................76 TABLA 14 Pasos a seguir según su condición .................................................98 TABLA 15 Contratos de Operaciones.............................................................101 TABLA 16 Ingreso al Sistema.........................................................................112 TABLA 17 Llenar Formato ..............................................................................112 TABLA 18 Records .........................................................................................113 TABLA 19 Resultados Prueba 1 .....................................................................120

INTRODUCCIÓN En los últimos años se han realizado diferentes estudios a partir de los patrones de comportamiento mentales, los cuales han sido apoyados por la electrónica y han permitido incursionar con novedosas soluciones en el campo de la medicina, es así como han surgido nuevas áreas de conocimiento como la Telemedicina, la cual permite, el uso de las tecnologías de información y comunicaciones (TICs) al servicio de la medicina. Este proyecto está dividido en tres partes: Adquisición, transmisión y recepción de señales electroencefalográficas. Cada una de las cuales está conformada por un conjunto de actividades y sub-actividades que serán desarrolladas en el transcurso de cada mes. La etapa de adquisición, inicialmente está basado en la elección de electrodos sensibles que permitan obtener las señales electroencefalográficas, los cuales son ubicados según el estándar 10/20. Seguidamente está conformado por un dispositivo que consta de 8 canales, llamado electroencefalograma, el cual permite amplificar 8 señales cerebrales diferentes. Una vez amplificadas las señales, éstas pasarán por una etapa de miltiplexación y quedarán listas para ser transmitidas a través de la trama de comunicación. El método de transmisión, hace referencia al diseño de la trama de comunicación, el cual contiene: 1 byte de identificación de paciente, 4 bits de identificación de canal, 1 byte de muestras por canal. Esta trama es la que ingresa por puerto serial a un módem GPRS y es tomada por el sistema de recepción. La etapa de recepción abre un socket que permite que los datos viajen hacia un software diseñado en Netbeans y en lenguaje Java, para así a futuro visualizar las señales electroencefalográficas transmitidas en tiempo real. Son muchas aplicaciones que puede tener el proyecto en el campo de la medicina y de la electrónica; entre ellas se puede mencionar el sistema de tele – monitoreo para pacientes con alteraciones neurológicas, una atención más rápida a los mismos por parte de especialistas y el desarrollo de sistemas de control por medio de señales cerebrales, haciendo un análisis previo del comportamiento de cada una de estas, entre otros.

1 PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA 1.1 ANTECEDENTES Dentro de la bibliografía y las páginas de Internet que se han consultado para construir un marco de referencia que delimita este estudio, se tuvo la oportunidad de encontrar los siguientes trabajos de grado e investigaciones realizadas a nivel Nacional e Internacional con respecto al análisis y desarrollo de sistemas para transmisión de señales EEG. Cabe aclarar que algunas de estas investigaciones, se encuentran aún en curso y no han llegado a su conclusión final, Por lo tanto en algunas de éstas se citan únicamente sus resultados parciales. Internacional

• En un proyecto elaborado en México, el cual propone, un sistema de amplificación y acondicionamiento de señales de electroencefalográficas (EEG), así como un sistema de telemetría capaz de transmitir al menos 16 señales de este tipo. Éste está diseñado para que el paciente tenga libertad de movimiento cuando se está registrando la señal de EEG, y se divide en dos partes principales: un sistema de acondicionamiento de la señal y un sistema de telemetría1. Los resultados obtenidos permitieron construir un total de 16 canales para completar el sistema de adquisición señales. Aunque éstas se hayan amplificado 9000 veces, la señal registrada permaneció dentro del rango característico de la señal EEG.

• En una monografía realizada por Darío Geisinger, estudia los electrodos implantables en el cerebro para aplicación de prótesis neurales; los cuales son usados para obtener señales cerebrales. Comienza con una explicación sobre la necesidad de usar micro-electrodos, las reacciones que presenta el cerebro ante implantes y por habla acerca de los electrodos usados actualmente, junto con los resultados obtenidos en las últimas investigaciones.2 Se llega a la conclusión de que el desarrollo de prótesis neurales, requiere electrodos que puedan estar implantados en forma crónica en la corteza cerebral.

• Los neurobiólogos han desarrollado un nuevo acercamiento a la interpretación de los electroencefalogramas (EEG), que proporciona una visión sin

1 RAMOZ Díaz, E; PONOMARYOV, V; BADILLO Malacara, L. Diseño e implementación de amplificadores multicanal y sistema de radio telemetría en un encefalógrafo portátil. Instituto Politécnico Nacional, ESIME, U.P. Culhuaca. México, D.F. (2005)

2 GEISINGER Darío. Electrodos implantables en el cerebro en aplicaciones de prótesis neurales. Facultades de medicina e ingeniería. Universidad de la República Oriental del Uruguay. Uruguay. 2005. http://www.nib.fmed.edu.uy/Seminario2005/monografias2005/Geisinger.pdf

precedentes del pensamiento en acción. Los nuevos métodos de tratamiento y visualización de la información permiten seguir la activación de diversas áreas del cerebro dinámicamente.3 La finalización de esta investigación permitió, encontrar una técnica matemática llamada Análisis de Componentes Independientes, la cual, separa cada señal o voz en el cerebro tratando las voces como fuentes separadas de información, pero sin otro conocimiento previo sobre de cada voz.

• Un estudio de la Universidad de Alcalá, plantea la extracción de las

características de las señales electroencefalográficas con el objetivo de ser capaces de diferenciar dos tareas mentales: acción o imaginación motora por un lado y reposo por otro.4 Se llegó a concluir que la combinación de las transformadas de Fourier y la transformada de Wavelet, permite alcanzar tasas de acierto parcial (en señales de acción o de reposo) superiores a los mejores resultados obtenidos para las transformadas aplicadas de forma independiente Nacional:

• La universidad Católica de Manizales, presentó un informe acerca de la captura de variables eléctricas del cuerpo humano, transmitiéndolas inalámbricamente por medio de radio frecuencias en la banda de FM, y hace una visualización gráfica en el computador5. Se llegó a concluir que las señales son débiles e inestables y que requieren de elementos altamente sensibles. Los dispositivos electrónicos que se implementaron en este proyecto generaron ruido e interferencia.

• En la universidad Antonio Nariño, se realizó un prototipo de un sistema digital portátil de electroencefalografía (PEP8), desarrollado con el fin de obtener mayor cantidad de información para el diagnóstico de neuropatologías, principalmente la epilepsia6. Éste está formado por tres unidades: unidad de adquisición, unidad de procesamiento y transmisión y unidad de visualización y procesamiento digital de señales. El PEP8 está diseñado para registrar la

3 MAKEIG, Scott. Desconstruyendo ondas cerebrales: ver el pensamiento en acción. 'Swartz Center for

Computational Neuroscience of the Institute for Neural Computation' de la Universidad de California. San Diego -UCSD. (2004). http://www.sccn.ucsd.edu 4 MARTIN, Jose; PALAZUELOS, Sira; BOQUETE, Luciano; MAZO, Manuel; PROVENCIO, David. Estudio de la

transformada de Fourier y transformada de Wavelet como herramienta de análisis y clasificación de señales EEG. Departamento de electrónica. Escuela Politécnica. Universidad de Alcalá. Madrid. http:// www.depeca.uah.es/personal/sira/Documentos/Ponencia%20CASEIB02.pdf – 5 MEJÍA Mejía, Ximena; MEJÍA SALAZAR, Maria Alejandra; Captura de variable eléctrica del cuerpo humano electroencefalograma (EEG), Transmisión inalámbrica por medio de radio frecuencias en la banda de FM, y visualización gráfica en el computador. Universidad Católica de Manizales, Ingeniería de Telemática, Manizales. Colombia 6 HUERTAS, Z; MARDONES, E; NIÑO, P; Diseño e implementación de un prototipo de sistema de EEG portátil PEP8. Universidad Antonio Nariño. Bogotá D.C. Colombia.

actividad eléctrica cerebral durante periodos prolongados. Se concluyó que la recepción de las señales EEG eran de buena calidad y bajo nivel de ruido.

• Un estudio de la Asociación Colombiana de Neurología hace un comparativo

entre el EEG con privación de sueño y el EEG seriado convencional para pacientes con epilepsia; el objetivo del estudio fue evaluar la utilidad, del electroencefalograma con privación de sueño frente al convencional seriado de vigilia en el diagnóstico de la epilepsia. El estudio concluye que el electroencefalograma con privación de sueño y el tercer EEG seriado de vigilia duplican la sensibilidad del segundo EEG de vigilia, el primero tiene una especificidad similar a la de un tercer EEG seriado de vigilia y probabilidades muy superiores de evidenciar la actividad epileptiforme interictal con una menor tasa de falsos positivos, y mejores VPP, VP, PPP.7

1.2 DESCRIPCIÓN Y FORMULACIÓN DEL PROBLEMA

Cada día las enfermedades neuronales se hacen más comunes; y lo difícil es encontrar una solución para ellas. Los pacientes con problemas cerebrales están expuestos a presentar crisis en cualquier momento independientemente del sitio en el que se encuentren, quedando así expuestos a daños físicos y psicológicos permanentes por falta de un diagnóstico oportuno y manejo adecuado (falta de asistencia a tiempo). ¿Cuáles son las características funcionales de un dispositivo electrónico que permita la captura y transmisión de señales electroencefalográficas para monitoreo remoto de un paciente? 1.3 JUSTIFICACIÓN Este proyecto está dirigido a grupos de investigación que deseen mejorar los servicios médicos y/o instituciones especializadas en monitorear las señales eléctricas del cerebro en pacientes que sufren enfermedades cerebrales como: la demencia, la epilepsia, tumores, entre otros.

El EEG, permite detectar y registrar patrones de la actividad eléctrica y verificar la presencia de anomalías. Cabe resaltar, que aunque en general el EEG8 ha sufrido en los últimos 20 años un notable "desprestigio" por parte de la comunidad neurológica debido a la introducción con gran fuerza de las técnicas

7 SIEGE Silva; A Federico; POMBO Lorenzana. Estudio comparativo del EEG con privación de sueño y el EEG convencional seriado en pacientes con diagnóstico de epilepsia. Asociación Colombiana de Neurología. Bogotá. 2001. http://bases.bireme.br/cgibin/wxislind.exe/iah/online/?IsisScript=iah/iah.xis&src=google&base=LILACS&lang=p&nextAction=lnk&exprSearch=307259&indexSearch=ID 8 ORTS CASTRO, Emilio. et al. (s.f.). Estudios de EEG en una unidad de neurología – epilepsia. Recuperado el 25 de

Marzo de 2005, de http://svneurologia.org/congreso/h-general-11.html

modernas y revolucionarias de neuro-imagen estructural y funcional; continúa siendo y será una técnica complementaria fundamental en el estudio del sistema nervioso neurológico, además de todas las técnicas existentes para captura de señales cerebrales, es la que menor cantidad de información demanda para una transmisión por redes de TMC que son las más difundidas en la actualidad.

El método de transmisión de datos que se propone utilizar como medio de transporte de información es un sistema GPRS que lo diferencia de otros ya que éste no posee un alto índice de interferencia, garantiza buena velocidad y seguridad en la transmisión de las señales cerebrales.

Para el desarrollo de este proyecto, se cuenta con el apoyo del semillero de telemedicina de la Universidad de San Buenaventura y con la orientación de algunos médicos especialistas en el tema. 1.4 OBJETIVOS

1.4.1 Objetivo general Desarrollar un prototipo de un sistema de transmisión de señales electroencefalográficas (EEG) entre un Terminal móvil y un centro especializado de neurología, por medio de un sistema de telefonía móvil celular usando tecnología GPRS. 1.4.2 Objetivos específicos 1. Analizar las características y patrones de comportamiento de las señales

EEG para determinar los parámetros de transmisión. 2. Analizar las características y fundamentos técnicos de la transmisión de

datos a través de la tecnología GPRS. 3. Determinar los ajustes necesarios para una correcta transmisión y

recepción de señales EEG. 4. Implementar los elementos de hardware y software requeridos para la

puesta en funcionamiento del prototipo. 5. Definir el esquema de telecomunicaciones (arquitectura funcional) del

prototipo de transmisión de señales ELECTROENCEFALOGRÁFICAS. 6. Implementar el prototipo funcional del sistema de transmisión, como de

recepción de señales ELECTROENCEFALÓGRAFICAS.

1.5 ALCANCES Y LIMITACIONES

1.5.1 Alcances Se desarrollará una aplicación para hacer constante monitoreo de las personas que se encuentran con enfermedades neurológicas, y ante una recaída puedan ser monitoreadas y diagnosticadas a distancia. Este prototipo estará constituido por una etapa de transmisión en la cual se adquirirá la señal desde un EEG y se transmitirá por la red de TMC, así como por una etapa de recepción e interpretación de las señales EEG transmitidas Los resultados de este proyecto será la base para abrir nuevas investigaciones con el fin de mejorar los servicios Hospitalarios, de clínicas de reposo y consultorios, dándole prioridad a los pacientes con anomalías neurológicas independientemente del lugar en el que se encuentren.

1.5.2 Limitaciones • Una de las limitaciones se ve reflejada en el tipo de electrodo, que gracias a

sus características permiten una mejor captura de las señales EEG. Entre ellos se encuentran electrodos de estaño puro, plata pura, oro, aguja, de copa y autoadhesivos; todos son para toma de señales en tiempos prolongados.

• La identificación de señales asociadas a cada uno de los posibles estados neurológicos, entre ellos están: tranquilidad, la sensibilidad, la felicidad y la ensoñación (alfa 8-12Hz); la irritación, enojo, temor, frustración, preocupación, tensión nerviosa (Beta 13-18Hz); el sueño profundo o estados de hipnotismo (Delta 0.2-3.5Hz); la incertidumbre, lo irreal, ambiguo (Teta 3.5-7.5Hz), entre otros.

• El sistema estará diseñado para transmitir de 1 a 8 canales. Las características del prototipo son: 120Hz de ancho de banda, 9600Hz de velocidad de transmisión. Las dimensiones del prototipo son: de ancho y largo 20cm y de alto 15cm.

• El dispositivo es sensible a ruidos blancos, de impulso, de intermodulación, de amplitud por los componentes pasivos utilizados, capacitancias parasitas, entre otros.

• Los recursos de comunicaciones a utilizar en este proyecto estarán

supeditados a los que se encuentren disponibles en el semillero de telemedicina de la Universidad de San Buenaventura.

2 MARCO DE REFERENCIA

2.1 MARCO CONCEPTUAL-TEÓRICO En la etapa de captura de la señal se encuentran los electrodos que corresponden a un elemento conductor, en este caso, hacen contacto con la corteza cerebral, consiste en una capa de tejido nervioso que cubre la superficie del cerebro y emite una corriente eléctrica, la cual va ser transmitida al electroencefalógrafo (Sistema de adquisición), un dispositivo que extracta la frecuencia y las señales eléctricas gráficamente de la superficie cerebral. Este sistema de adquisición permite capturar la información para realizar un análisis y hacer el desarrollo de las etapas siguientes. La siguiente fase es el tratamiento de señales conformada por amplificadores de alta ganancia y bajo ruido está formado por filtros los cuales dejan pasar las frecuencias que se requieren. Otra forma de adquisición de las señales cerebrales, es emular patrones de señales electroencefalográficas, que se encuentren dentro de un rango de frecuencia y voltaje igual al de las señales cerebrales A continuación se encuentra la etapa de transmisión, conformada por un esquema integrado por un sistema GPRS, que consiste en un servicio de conmutación de paquetes sobre redes GSM (tecnología digital y tiene una conexión de datos para que el usuario use su teléfono móvil como módem), teniendo en cuenta lo anterior GPRS es un método para transmitir datos sobre la red GSM. En la etapa de recepción se encuentra un Aplicativo de software en el que se pueden visualizar e interpretar las señales recibidas, así como transmitirlas hacia dispositivos móviles de visualización (Teléfonos celulares y/o PDAs).

FIGURA 1 Diagrama de bloques del sistema

2.1.1 Cerebro. El cerebro [Figura 2] es uno de los órganos más importantes y complejos del ser humano, puesto que es el único órgano central capaz de controlar el movimiento voluntario del cuerpo; en el se encuentran las fuentes de visión audición; coordina funciones sensoriales; ajusta y mide por comparación los latidos del corazón, la presión sanguínea y la temperatura corporal etc. Y por ser un órgano de control sobre el cuerpo humano, lo convierte en el centro motor de los pensamientos, emociones y sensaciones. El cerebro se encuentra ubicado en la parte superior del encéfalo y está protegido por los huesos y el cráneo. De igual manera está formado por una sustancia gris en su capa (por fuera) en el que se encuentran ubicadas las células y una cantidad igual a 30 billones de neuronas; y por dentro una sustancia blanca que está constituida por fibras nerviosas y cuerpo calloso. También se encuentra divido por dos hemisferios: el hemisferio derecho y el hemisferio izquierdo, que se encuentran unidos por millones de fibras nerviosas. Cada hemisferio se encuentra divido en cuatro partes:9

• Lóbulo Frontal: este lóbulo que a la vez se subdivide en dos partes:

Anterior: controla la personalidad, las emociones, razonamiento. Cuando se lesiona produce trastornos en las funciones psíquicas, intelectuales, y emocionales, con cambios del humor y carácter, confusión en el espacio y el tiempo, desorientación, trastornos en el juicio, perturbación alegre y cínica del humor, trastornos demenciales, amnesia (se le olvidan las cosas), y diferentes clases de alucinaciones visuales, auditivas, olfatorias, con falsa percepción de olores nauseabundos o de perfumes, también con trastornos de la masticación, salivación, deglución, tartamudeos, incoordinación como cerebelosas. También ocasiona una epilepsia especial.

9 DOMÍNGUEZ, J. (11 de Septiembre de 2004). Cerebro. Recuperado el 7 de abril de 2007. http://biblia.com/maravillas/cerebro.htm.

Posterior: junto al Lóbulo Parietal, está encargado de mover los músculos. Cuando se lesiona, da parálisis de la pierna y el brazo del lado opuesto.

Los sentidos pocos desarrollados en los humanos como el sabor y el olor están representados en áreas pequeñas de los lóbulos temporal y frontal

• Lóbulo Parietal: Recibe las sensaciones de calor. Frío tacto, presión y

coordina el balance. Cuando se lesiona, anestesia el brazo y pierna del lado opuesto, a veces con dolores y epilepsias sensitivas, y desequilibrios de balance. La lesión del lado izquierdo produce trastornos en el leguaje y dificultad para leer.

• Lóbulo Temporal: Encargado de la audición, lenguaje. El Lenguaje está

localizado en el Hemisferio izquierdo, en las personas que usan la mano derecha, y por eso en los derrames del lado izquierdo del cerebro pierden el lenguaje. En los derrames del lado derecho del cerebro no pierden el lenguaje.

• Lóbulo Occipital: Encargado de la visión. Su lesión produce una ceguera especial, con alucinaciones visuales en forma de centelleos, bolas o puntos luminosos, y agnosia visual que consiste en que ve los objetos pero no los reconoce.

Muchas epilepsias se deben a cicatrices o trastornos de los lóbulos temporales.

• El Cerebelo: Está situado detrás del cerebro y es más pequeño (120

gramos). Cuando se lesiona las personas caminan mareadas, temblores, movimientos exagerados, desmesurados, demasiado cortos o largos. Al escribir da golpes con el lapicero en el papel.

• Diencéfalo: Está encargado de controlar y coordinar las emociones de

gozo, tristeza, miedo, agresión dulzura... y muchos movimientos automáticos. Su lesión genera temblores como el Parkinson, y tremendos trastornos emocionales.

• El Bulbo Raquídeo: Regula el funcionamiento del corazón, músculos respiratorios, masticación, tos, estornudo, vida sexual. Una lesión en el Bulbo produce la muerte instantánea por paro cardio-respiratorio irreversible.

FIGURA 2 Diagrama de Ubicación de cada una de las partes del cerebro

FUENTE: DOMÍNGUEZ, J. (11 de Septiembre de 2004). Cerebro. Recuperado el 7 de abril

de 2007. http://biblia.com/maravillas/cerebro.htm.

• Funcionamiento general: El cerebro usa energía bioquímica

procedente del metabolismo celular como desencadenante de las reacciones neuronales.10 Las neuronas pertenecen a una región de un conjunto de reacciones químicas que efectúan constantemente las células de los seres vivos con el fin de sintetizar sustancias complejas a partir de otras simples (este proceso llamado metabolismo); y se encarga de compensar la escasez o la abundancia de cargas en otras neuronas. Por este proceso algunos científicos han hecho “comparaciones” entre un computador y el cerebro.

La neurona se comporta como un microprocesador que recibe información verdadera o falsa y la transmite, cabe destacar que cuando hay intercambio de información para la ejecución de un proceso, los resultados y reacciones producidas son transmitidos por “neurotransmisores” (por medio de neuronas que llevan información) afectan directamente a las neuronas que pertenecen a la misma región, a la región de proceso inicial y/o global de todo el sistema nervioso. Lo anterior es importante para el prototipo funcional en desarrollo debido a que cuando hay activación de las neuronas, hay un intercambio de energía que se transmite por todo el cerebro, y gracias a ello se pueden identificar diferentes tipos de anomalías, y reacciones a distintos estados neuronales (como reacciones sensitivas motoras etc.)

10 CEREBRO. Recuperado el 7 de abril de 2007. http://es.wikipedia.org/wiki/Cerebro

2.1.2 Corteza cerebral. Es una delgada capa de materia gris, de seis neuronas de espesor y ocupa unos 2500cm². Es un manto de tejido nervioso que cubre los hemisferios; y se encuentra constituida por multitudes de clases de neuronas; como se decía anteriormente una cantidad igual a 30 billones de neuronas. En la corteza cerebral se encuentran las neuronas que están en constante intercambio de información donde expiden bastante cantidad de energía. Por esto es importante tener en cuenta este concepto, porque electrodos que se encuentran ubicados en la capa de la corteza cerebral, van a capturar esta información en forma de energía eléctrica con sus respectivas frecuencias, y finalmente van a ser llevadas a un EEG (electroencefalograma) para un óptimo manejo y una posible interpretación de las señales. FIGURA 3 Corteza Cerebral

FUENTE: CORTEZA CEREBRAL. Recuperado 07 de abril de 2007 http://es.wikipedia.org/wiki/Corteza_cerebral.

2.1.3 Electroencefalograma11. Un Electroencefalograma (EEG) es un estudio que mide la actividad eléctrica del cerebro. Permite diagnosticar la presencia y tipo de trastornos convulsivos, buscar la causa y evaluar los tumores, infecciones, y alteraciones metabólicas que afectan al cerebro. Algunas enfermedades que se pueden diagnosticar por medio del EEG son:

• Epilepsia • Encefalopatía • Coma • Diagnóstico de muerte encefálica • Tumores cerebrales y otras lesiones ocupantes de espacio • Demencia • Enfermedades degenerativas del sistema nervioso central • Enfermedad cerebrovascular • Traumatismo craneoencefálico

11 Electroencefalograma. University of Maryland Medical Center (UMMC). United States Meryland (2006). Recuperado el 7 de abril. http://www.umm.edu/esp_ency/article/003931.htm.

• Cefalea • Vértigo • Trastornos psiquiátricos

El EEG es también usado para evaluar trastornos del sueño y para investigar períodos de pérdida del conocimiento. El EEG puede realizarse para confirmar la muerte cerebral.

El sueño es un estado del organismo, regular, recurrente y fácilmente reversible, que se caracteriza por una relativa tranquilidad y por un gran aumento del umbral o de la respuesta a los estímulos externos en relación con el estado de vigilia. El sueño es un estado biológico y conductual12.

• Sueño normal: Cuando una persona se duerme, sus ondas cerebrales experimentan ciertos cambios característicos, clasificados como fases 1, 2, 3 y 4. El EEG vigilia se caracteriza por ondas de 8 a 12 cps (ciclos por segundo) y una actividad de bajo voltaje de frecuencia mixta. Cuando la persona se duerme, empieza una desaparición de la actividad. La fase 1, considera la etapa de sueño más ligero, se caracteriza por actividad regular de bajo voltaje de 4 a 6 cps. Tras unos segundos o minutos, esta fase deja paso a la fase 2, una pauta que muestra trazados frecuentes en forma de huso de 13 a 15 cps (huso del sueño) y ciertas puntas de alto voltaje conocidas como complejos K. Poco después, hacen su aparición las ondas : actividad de alto voltaje de 0,5 a 2,5 cps (fase 3). Eventualmente, en la cuarta fase, estas ondas ocupan la mayor parte del registro. La división del sueño en las fases 1 a 4 es una división algo convencional de un proceso continuo.

El sueño es cíclico, con cuatro o cinco períodos de emergencia de las fases 2, 3 y 4 a una etapa similar a la fase 1. Las personas despertadas durante estos períodos de emergencia, frecuentemente -entre 60 y 90% de las veces- afirman haber estado soñando. Estos períodos se caracterizan no sólo por pautas de EEG de fase 1, sino también por movimientos rápidos y conjugados de los ojos (REM) y por muchos otros factores distintivos, incluyendo la irregularidad del pulso, del ritmo respiratorio y de la presión arterial, erecciones del pene parciales o totales, y atonía muscular generalizada interrumpida por movimientos esporádicos de los grupos de músculos pequeños. Estos períodos difieren marcadamente del sueño típico de fase 1, así como de las otras tres fases. En razón de sus características distintivas y de su carácter neurofisiológico y químico específico, estos períodos se consideran casi universalmente con constituyentes de un estado de sueño independiente. Esta idea está reforzada por el hecho de que se hallan períodos similares de sueño que difieren del resto en casi todos los mamíferos y pájaros estudiados.

12 TRASTORNOS DEL SUEÑO: HIPERSOMNIAS E HIPOSOMNIAS. CLINICA, DIAGNOSTICO, EVALUACION Y TRATAMIENTOS. Recuperado el 10 de abril http://www.psicologia-online.com/formacion/.

Este estado diferenciado de sueño se conoce como sueño D (sueño desincronizado o de ensoñación), y el resto del sueño, como sueño S (sueño sincronizado). Estas dos etapas del sueño se conocen también con sueño REM (de movimientos oculares rápidos) y sueño NREM (de movimientos oculares no rápidos), como sueño paradójico y sueño ortodoxo y como sueño activo y sueño tranquilo. Véase la tabla 1, para conocer los diferentes términos que describen las fases del sueño. En esta sección utilizamos de forma intercambiable D y REM, y S y NREM.

TABLA 1 Terminología de la fase del sueño (*)

Sueño sin movimientos Sueño con movimientos rápidos de los ojos rápidos de los ojos

También conocido como:

También conocido como:

Sueño NREM Sueño REM

Sueño S Sueño D

Sueño S Sueño D

Estado S Estado D

Sueño ortodoxo Sueño paradójico

Sueño de ondas lentas Sueño rápido

Sueño tranquilo Sueño activo

(*) S = sincronizado; D= desincronizado o con ensoñación.

Hay que destacar varias características importantes del sueño nocturno típico. Ante todo, hay cuatro o cinco períodos D (o períodos REM) durante la noche, y el tiempo total que ocupan estos períodos (tiempo D) es aproximadamente una hora y media, un poco más del 20% del tiempo de sueño total. El primer período D ocurre entre los 70 y 120 minutos posteriores al comienzo del sueño; el intervalo puede ser más largo en algunas personas normales, pero es significativamente más breve en algunas condiciones clínicas y experimentales anormales.

La naturaleza cíclica del sueño es bastante regular y predictible; un período D ocurre cada 90-100 minutos durante la noche. El primer período D suele ser el más corto, habitualmente menos de 10 min.; los períodos D posteriores pueden durar 15 a 40 min. cada uno. La mayor parte del tiempo D ocurre en el último tercio del sueño, mientras que la mayor parte de la fase 4 de sueño tiene lugar durante la primera tercera parte de la noche.

El sueño S (sueño sincronizado NREM o sueño sin ensoñación), puede ser organizado fácilmente según su profundidad; la fase 1 es la etapa más superficial, y la fase 4 es la etapa más profunda, medida por el umbral de activación y por el aspecto del EEG.

Las características regulares y constantes de una noche de sueño normal son sensibles indicadores de una alteración. Pueden ser utilizadas para estudiar las alteraciones asociadas con diversas formas de patología o producidas por diversos fármacos.

En las personas normales, el sueño S es un estado apacible en relación con el estado vigilia. El pulso es típicamente lento, entre 5 y 10 ppm. Menos que el ritmo normal de vigilia en reposo, y el pulso durante el sueño S es muy regular. La respiración se comporta de la misma forma, y la presión arterial también tiende a ser baja, con algunas variaciones de minuto a minuto. El potencial de reposo muscular de la musculatura corporal es inferior en el sueño S que en la vigilia. No hay movimientos rápidos de ojos, o hay pocos, y raras erecciones del pene. También es ligeramente menor el flujo de sangre en la mayoría de los tejidos, incluyendo el flujo de sangre en el cerebro.

El sueño REM, es considerablemente diferente. Muchas mediciones poligráficas muestran pautas irregulares próximas en ocasiones a las pautas de activación vigil. El pulso, la respiración y la presión arterial en las personas son elevados durante el sueño REM -mucho más que durante el sueño NREM y frecuentemente más elevados que durante el estado de vigilia. Incluso más sorprendente que el nivel o el ritmo, es la variabilidad de minuto a minuto. El sueño REM va asociado también con los movimientos rápidos conjugados de ambos ojos.

2.1.4 Electrodos. El concepto fue implementado por el científico Faraday, procede de la palabra griega elektrón, que significa ámbar. Es un conductor utilizado para hacer contacto con una parte no metálica de un circuito, por ejemplo un semiconductor13. Los electrodos se usan para:

• Electrodos para fines médicos, como EEG, EKG, ECT. • Electrodos para técnicas de Electrofisiología en investigación biomédica. • Electrodos para ejecución en silla eléctrica. • Electrodos para galvanoplastia. • Electrodos para soldadura. • Electrodos de protección catódica. • Electrodos inertes para hidrólisis (hechos de platino).

En electromedicina el término electrodo, es un conductor que en contacto con una superficie como la piel, (en este caso la corteza cerebral), lleva o recibe corriente eléctrica. Los electrodos en medicina son usados para electrocardiogramas, electroneumogramas, electroencefalogramas, entre otros.

Su uso se hace necesario debido a los bajos voltajes y frecuencias que se quieren medir en el cuerpo.

13 Electrodo. Recuperado el 06 DE ABRIL DEL 2007 http://es.wikipedia.org/wiki/Electrodo.

Los electrodos para el registro del EEG pueden ser:

• De aguja. • De copa de oro. • De copa de plata. • De estaño. • De aguja. • Autoadhesivos.

Cada uno de estos electrodos se usa para periodos prolongados. En este proyecto se eligieron electrodos de copa recubiertos de oro.

2.1.5 Señales cerebrales14: El cerebro se encuentra en constante funcionamiento, debido a diferentes estados neurológicos, sea el sueño, cansancio, reacciones a los estímulos físicos o neurológicos, etc. Para cada una de estos efectos, el cerebro responde de una manera diferente; y a veces se torna algo complicado de entender ya que por ejemplo cuando la persona se encuentra en estado de sueño profundo y está escuchando ruidos, existe una cierta combinación de las frecuencias. Es por ello que se debe aprender a identificar cada una de las señales teniendo en cuenta sus características como la forma, el voltaje y la frecuencia de ellas. A continuación se muestran las diferentes clases de ondas cerebrales de acuerdo a su frecuencia, como se muestra en la figura 4. FIGURA 4 Clasificación de las Ondas de acuerdo a su forma y frecuencia

FUENTE: FISCHGOLD, H. Un electroencefalograma. Madrid, Barcelona: Eds Daimon, 18p.

14 FISCHGOLD,H. Un electroencefalograma. Madrid; Barcelna; México: Eds Daimon, Pág. 23,24,25.

TABLA 2 Clasificación de las Ondas según el voltaje, la región y el Estado

TIPO VOLTAJE (µv) REGION ESTADO ALFA 5-10 Occipital, parietal Despierto, relajado, ojos cerrados.

BETA 2-20 Percentral, parietal Despierto, quieto.

DELTA 20-20 Variable Profundamente dormido.

TETA 5-100 Frontal Despierto con vigilancia reducida.

La amplitud de las ondas se mide en microvoltios o millonésimas de voltios, la amplitud de cada figura se aprecia por la calibración. La amplitud de cada figura varía de 10 a 500 y aún 1000 microvoltios; los elementos se amplifican cuando la frecuencia se disminuye pero existen numerosas excepciones a esta regla. Morfología: Cada elemento tiene su morfología propia. Ver: [Fig 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14]. FIGURA 5 Morfología: Ondas sinusoidales

FUENTE: FISCHGOLD, H. Un electroencefalograma. Madrid, Barcelona: Eds Daimon, 19p. FIGURA 6 Morfología: Ondas agudas

FUENTE: FISCHGOLD, H. Un electroencefalograma. Madrid, Barcelona: Eds Daimon 19p

FIGURA 7 Morfología: Ondas simétricas

FUENTE: FISCHGOLD, H. Un electroencefalograma. Madrid, Barcelona: Eds Daimon,19p. FIGURA 8 Morfología: Ondas asimétrica abrupta

FUENTE: FISCHGOLD,H. Un electroencefalograma. Madrid, Barcelona: Eds Daimon,19p. FIGURA 9 Ondas Delta monomorfas

FUENTE: FISCHGOLD,H. Un electroencefalograma. Madrid, Barcelona: Eds Daimon, 19p.

FIGURA 10 Actividad delta polimorfa

FUENTE: FISCHGOLD,H. Un electroencefalograma. Madrid, Barcelona: Eds Daimon, 20 p.

FIGURA 11 Punta rápida duración inferior a 50 microvoltios

FUENTE: FISCHGOLD,H. Un electroencefalograma. Madrid, Barcelona: Eds Daimon, 20 p. FIGURA 12 Punta rápida duración inferior a 50 microvoltios


FIGURA 13 Puntas monofásicas positivas

FUENTE: FISCHGOLD,H. Un electroencefalograma. Madrid, Barcelona: Eds Daimon, 20p. FIGURA 14 Punta difásica


La sucesión de las figuras elementales en el tiempo da lugar en su agrupamiento en:

• Actividades: Definidas por su frecuencia rítmicas o arrítmicas: ritmo alfa, ritmos lentos monoformos; actividades beta, theta, delta poliforme.

FIGURA 15 Acceso paroxístico


Acceso paroxístico (Cuando se intensifica los efectos o reacciones de una enfermedad en este caso cerebral), la amplitud aumenta o disminuye regularmente. FIGURA 16 Complejo punta – onda


Complejo punta – onda: Compuesto de una punta aguda seguida de una onda más lenta.

FIGURA 17 Complejo K


Complejo K: compuesto de una o dos oscilaciones amplias y lentas, seguidas de un acceso paroxístico (Cuando se intensifica los efectos o reacciones de una enfermedad en este caso cerebral) más rápido; el complejo K representa la respuesta durante el sueño a un estímulo exterior. FIGURA 18 Paroxismo


Paroxismo: grupo de figuras anormales que se destacan bruscamente por su gran amplitud sobre el ritmo de base. El paroxismo es cuando se intensifican los efectos de una enfermedad, y la forma de la señal es la reacción. La reactividad del trazado consiste en la respuesta eléctrica del cerebro a los estímulos externos, espontáneos o provocados (apertura de ojos, estimulación luminosa intermitente, ruidos etc.) estando a su vez la reactividad y la respuesta influenciada, de un modo fundamental por el estado de atención. Hay que tener en cuenta que cada una de estas figuras elementales son de bastante importancia para el desarrollo del prototipo; ya que más adelante ayudarán a describir un conjunto de trazados, para después interpretar un contexto clínico dependiendo del paciente sobre el cual se hagan las pruebas. Es importante saber que el trazado de un niño, no es igual al trazado de un adulto; en un adulto la forma del trazado es de frecuencias alfa, y con el paso de los años estas frecuencias se van volviendo más estables. Al nacer el trazado carece de ritmo, aparecen poco a poco cuando se empiezan a ampliar los elementos gráficos.

2.1.6 Método de transmisión. Después de haber explicado cada una de las características del cerebro y de cómo se comportan las señales, que se capturan a través de electrodos y son procesadas como señales por medio de un EEG, se presentan los métodos y medios que se van a usar para la transmisión de estas señales. • GSM (Global System for Mobile communications). Anteriormente era

llamada Group Special Mobile estándar creado por la CEPT y posteriormente y fue desarrollado por la ETSI como un estándar para teléfonos móviles Europeos.

• Canales de voz y los datos son digitales. • El tipo de modulación es digital, GMSK (Gaussian Minimum Shift Keyin),

obtenida a partir de la modulación MSK que es un tipo especial FSK. GMSK, controla el ancho de banda y la resistencia a las interferencias, es el producto del ancho de banda de 3dB por la duración de un bit (T).15

• Las bandas de frecuencias son: GSM-850, GSM-900, GSM-1800 y GSM-1900. GSM-900 (900 MHz) y GSM-1800 (1,8 GHz).

• GPRS (General Packet Radio Service). En la figura 19. Se muestra el diagrama de funcionamiento del sistema GPRS.

FIGURA 19 Sistema GPRS

Pertenece a la generación 2.5 de la red GSM, GPRS es una modificación de la forma de transmitir datos de la red GSM, ya que la red GSM, transmite por conmutación de circuitos (implica un camino dedicado mientras dure la 15 Codificación del canal. (s.f.). Recuperado el 8 de abril de 2007. http://www.alsitel.com/tecnico/gsm/TEORIA%20(II).htm.

comunicación entre las estaciones así no se estén transfiriendo información. En este camino existen varios nodos que conforman la red – es dedicado solo al usuario que lo necesita); GPRS transmite por conmutación de paquetes (los datos que van a ser transmitidos van a ser enviados en forma de paquetes, cada paquete lleva la dirección de origen y destino; y en el punto de llegada vuelven a ser ensambladas en un solo paquete; cuando se hallan transmitido los datos, el canal será usado por otros usuarios). GPRS tiene una velocidad de transmisión de (9.6Kb y 115 Kb) esto permite a los usuarios realizar llamadas (voz – conmutación por circuitos) y hacer transmisión de datos (conmutación por paquetes); es posible también hacer conexión entre terminales de recepción con cuatro canales simultáneos y dos canales de transmisión.

2.2 MARCO LEGAL O NORMATIVO

2.2.1 Normas:

En este decreto se menciona, el apoyo del gobierno frente a las investigaciones que ayuden a mejorar la calidad de vida de un paciente que puede ser susceptible a enfermedades que afecten al sistema nervioso. Este es un proyecto de investigación, que se hace para obtener un diagnóstico rápido, evitar daños en el cerebro y en un futuro, podría tener el aval no solo del gobierno Colombiano sino de las organizaciones a nivel mundial, porque se está tratando un tema prioritario de las políticas de salud e investigación, como lo son las enfermedades neurológicas su prevención y diagnóstico a tiempo. • Decreto 1521 de 1992 Considerando: El cerebro es el órgano que se encarga de organizar, comunicar y dirigir a todo organismo humano y que es, además, susceptible de múltiples enfermedades en el mundo entero y particularmente en nuestro país. Que las labores de prevención, investigación, tratamiento y rehabilitación de las enfermedades que afectan al sistema nervioso deben ser objeto de especial atención, acorde con la magnitud del desastre que causan al ser humano y a la sociedad en su conjunto; Que los representantes de los países y organismo internacionales que participaron en la Primera Conferencia Panamericana sobre la Prevención y Tratamiento de las Enfermedades Neurológicas, reunida en Quito, Ecuador, entre el 26 y el 27 de marzo de 1991, suscribieron un acuerdo en el que se considera, para la presente década, a las enfermedades neurológicas como tema prioritario de las políticas de salud e investigación de los países andinos.

El siguiente decreto, desde el artículo 1, hasta el artículo a, se toman en cuenta en la realización del proyecto, porque el gobierno Colombiano a poya todo lo que tiene que ver con investigación en la parte de neurología. Esta norma se aplica al proyecto porque de una u otra forma está aprobando las Investigaciones que se hacen acerca de las enfermedades cerebrales, ya que el gobierno, está reconociendo que el cerebro es uno de los órganos principales del cuerpo humano. Avala el proyecto de Investigación y permite todo tipo de pruebas que ayuden a una mejora de la calidad de vida de las personas con problemas neurológicos. Decreta: Artículo 1° Adherir, en nombre del Gobierno de la República de Colombia, a la celebración de la Década del Cerebro, de conformidad con lo determinado en la Primera Conferencia Panamericana sobre la Prevención y Tratamiento de las Enfermedades Neurológicas. Artículo 2° El sector oficial del Sistema de Salud del País, en coordinación con las entidades del sector privado que deseen participar propondrá y estimulará la realización de programas y proyectos relacionados con la prevención, la investigación básica la educación continua y el tratamiento especializado con respecto a las enfermedades que afectan el cerebro. Artículo 3° Para el desarrollo de las labores de que trata el artículo anterior, constitúyase una comisión integrada por los siguientes miembros: --El Ministro de Salud o su delegado, quien la presidirá. --El Director del Instituto Nacional de Salud o su delegado. --El Presidente de la Sociedad Neurológica de Colombia. --El Presidente de la Asociación Colombiana de Neurología. • Un representante de la Asociación Colombiana de Facultades de Medicina

(Ascofame). • Un representante de la Corporación de Neurología. Artículo 4° El presente Decreto rige a partir de la fecha de su publicación. • DECRETO 1900 de 1990 Título I Disposiciones Generales:

Artículo 3º. Las telecomunicaciones deberán ser utilizadas como instrumentos para impulsar el desarrollo político, económico y social del país, con el objeto de elevar el nivel y la calidad de vida de los habitantes en Colombia.

Las telecomunicaciones serán utilizadas responsablemente para contribuir a la defensa de la democracia, a la promoción de la participación de los

colombianos en la vida de la Nación y la garantía de la dignidad humana y de otros derechos fundamentales consagrados en la Constitución, para asegurar la convivencia pacífica.

El Artículo 3 señala que las comunicaciones son Herramientas de desarrollo económico y social; al hacer una aplicación para el sistema neurológico humano, se está haciendo una contribución al desarrollo social del País porque se está ofreciendo una solución a un problema que cada vez es más fuerte como lo son las enfermedades del cerebro.

El decreto 1900 de 1990 también define las telecomunicaciones como un servicio que `permite la transmisión de las señales entre dos ó más puntos de una red de telecomunicaciones a través de redes conmutadas por circuitos y redes conmutadas por paquetes y no conmutadas.16

CAPITULO II El servicio prestado mediante el sistema GPRS es un servicio de valor agregado y por tanto están reguladas bajo esta normatividad. El estado autoriza o restringe a las empresas que prestan el servicio de telecomunicaciones móviles, para hacer la transmisión de datos. Licencia para la prestación de servicios de Valor Agregado y Telemáticos Artículo 3. Licencia. Los servicios de Valor Agregado y Telemáticos podrán Prestarse mediante licencia otorgada por el Ministerio de Comunicaciones que se hará constar en resolución motivada, la cual comprenderá todos aquellos servicios que cumplan con las características de los servicios de Valor Agregado y Telemáticos. Parágrafo. La licencia para la prestación de servicios de Valor Agregado y Telemáticos involucra, si fuere el caso, el permiso para el establecimiento, uso y explotación del servicio soporte. Sin prestación del servicio soporte a terceros de manera independiente al servicio objeto de la licencia.

• DECRETO 575 de 2002:

Los artículos anteriores dan a conocer que la red de comunicaciones móviles tiene un gran cubrimiento Nacional, y que no es un impedimento realizar la transmisión de las señales cerebrales por dichas redes.

Artículo 2°. Definición. Los Servicios de Comunicación Personal-PCS-son servicios públicos de telecomunicaciones, no domiciliarios, móviles o fijos, de ámbito y cubrimiento nacional, que se prestan haciendo uso de una red

16 El sector de las comunicaciones… (Decreto 1900 de 1990)

terrestre de telecomunicaciones, cuyo elemento fundamental es el espectro radioeléctrico asignado, que proporcionan en sí mismos capacidad completa para la comunicación entre usuarios PCS y, a través de la interconexión con las redes de telecomunicaciones del Estado, con usuarios de dichas redes.

Los Servicios de Comunicación Personal-PCS-permiten la transmisión de voz, datos e imágenes tanto fijas como móviles.

Artículo 3°. Cubrimiento de los servicios de comunicación personal. Los Servicios de Comunicación Personal-PCS-son de ámbito y cubrimiento nacional, y se deben prestar tanto en zonas urbanas como rurales, en condiciones para que la mayoría de los habitantes del territorio nacional puedan tener acceso a estos servicios y su prestación se hará de acuerdo con el cubrimiento y los criterios generales establecidos en los planes de expansión de que trata el Título Segundo del presente decreto. Para efectos de los planes de expansión se tomarán en cuenta los criterios definidos en la Ley 555 de 2000, en este decreto y los contenidos en el pliego de condiciones.

Artículo 16. Comunicación entre usuarios PCS dentro del territorio nacional. La comunicación entre usuarios PCS dentro del territorio nacional, podrá hacerse sin recurrir a la utilización de otras redes de la Red de Telecomunicaciones del Estado, sin perjuicio de las condiciones de compatibilidad establecidas en este decreto para cada una de las redes. En caso de requerirse la utilización de otras redes de la Red de Telecomunicaciones del Estado, los operadores de ellas no podrán oponerse a su utilización según las reglas que fije la Comisión de Regulación de Telecomunicaciones. 2.2.2 Estándares biomédicos • Estándar Biomédico 10/20: Este estándar describe la posición de los

electrodos en la corteza cerebral. El cerebro se divide por zonas donde se encuentran los lóbulos los cuales son identificados por letras y números. Las letras F (frontal),T (temporal), C (central), P (pariental) y O (occipital); no hay lóbulo central pero este es usado como referencia. Los números pares 2,4,6,8, hacen referencia al hemisferio derecho y los números 1,3,5,7 hacen referencia al hemisferio izquierdo. La letra Z indica un electrodo central.17

17 Neuroscience For Kids 10- 20 System of electrode Placement. (s.f.). Recuperado el 8 de abril de 2007 http://faculty.washington.edu/chudler/1020.html.

FIGURA 20 Estándar 10/20 (10 y 20 se refieren al 10% y 20% de la distancia entre los electrodos)

FUENTE: Neuroscience For Kids 10- 20 System of electrode Placement. (s.f.). Recuperado el 8 de abril de 2007 http://faculty.washington.edu/chudler/1020.html.

• ONDA P300. Normas para su uso en afecciones neuropsíquicas. La Onda P 300 es un componente positivo de los potenciales evocados relacionados con eventos que aparecen más allá de los 300 milisegundos después de producirse un estímulo asociado a un evento cognitivo. Son respuestas robustas dependientes, fundamentalmente, de la relevancia del estimulo, su latencia expresa velocidad de procesamiento de información, y su amplitud indica la concentración de la atención de los sujetos en estudio. Por ser un método de investigación no invasivo, puede repetirse varias veces, si es necesario, lo que permite una investigación evolutiva a sujetos sanos y enfermos, efectos de medicamentos, entre otros.

Es una prueba auxiliar diagnóstica de estudio, que puede complementar los resultados de exámenes psicológicos y del electroencefalograma, e indica una posible alteración funcional u orgánica de una persona con trastornos de la cognición.

Por todo lo antes expuesto, se realiza un estudio de la Onda P 300 para obtener el rango de valores normales de esta onda cerebral por derivaciones, y luego poder aplicar estudios posteriores a pacientes con afecciones neurocognitivas, y establecer comparaciones estadísticas con sujetos enfermos. 18

18 AQUINO, Cías; LINEROS, R; ROJAS ZUAZNABAR, L. (s.f.). El electroencefalograma y la Onda P – 300 en psiquiatría. Recuperado el 8 de Marzo de 2007.

3 METODOLOGÍA

3.1 ENFOQUE DE LA INVESTIGACIÓN

El enfoque de ésta investigación es Empírico-Analítico, puesto que en este proyecto se desarrollará un modelo de transmisión de señales EEG, por medio de un sistema de telefonía móvil celular que trabaja con tecnología GPRS.

3.2 LINEAS DE INVESTIGACION Según la Articulación de la línea de Investigación que plantea la Universidad San Buenaventura se deduce que este proyecto abarca lo siguiente:

• Línea de Investigación Institucional: Tecnologías Actuales y Sociedad.

• Sub-líneas de la Facultad:

o Sistemas de Información y Comunicación. o Procesamiento de Señales

• Campos Temáticos del Programa:

o Comunicaciones. o Análisis y procedimiento de señales.

3.3 TÉCNICAS DE RECOLECCIÓN DE INFORMACIÓN La recolección de información acerca de la estructura y funcionamiento del EEG y de la caracterización de las señales cerebrales, se hace a partir de documentos, artículos y manuales existentes en bibliotecas de otras instituciones universitarias; para así encontrar el sistema de transmisión y recepción más adecuado e implementarlo sobre la red de GPRS. Algunas entrevistas con doctores y especialistas ayudarán a determinaran las características de los pacientes. Las pruebas iníciales se realizarán en personas que se consideran normales.

3.4 POBLACIÓN Y MUESTRA Se toman varias señales electroencefalográficas en diferentes tipos de funcionamiento. El funcionamiento del prototipo no varía de la zona, morfología, voltaje de la frecuencia de la señal electroencefalográfica que se desea transmitir.

3.5 HIPÓTESIS Con el diseño e implementación del dispositivo, los pacientes que sufren alguna anomalía cerebral, tendrán la posibilidad de una atención rápida y eficaz, debido a que es un dispositivo móvil transmite las señales electroencefalográficas por red de telefonía móvil celular, una red TMC ofrece muchos beneficios como lo son la rapidez en la transmisión; los datos pueden llegar a diferentes puntos de recepción. Se espera diseñar un sistema de adquisición de datos (EEG o electroencefalógrafo) o emular las señales de transmisión. El dispositivo quedará listo para hacer transmisión de ocho canales de señales electroencefalográficas, inicialmente el dispositivo de captura de señales EEG se emulará si no se obtiene la respuesta esperada en la etapa de adquisición de datos.

3.6 VARIABLES

3.6.1 Variables independientes

• Tasa de muestreo: Adquisición de señales. • Tasa de transferencia: Corresponde a la velocidad media con que los

datos son transferidos durante períodos de tiempo determinado. • Cantidad de bit por trama: Hace referencia a la capacidad de la trama.

3.6.2 Variables dependientes

• Ondas del EEG (densidad espectral): Beta: 13-30 Hz. Consciente concentrado. Baja dosis de

sedación. Alfa: 13-30 Hz: Alerta relajado. Anestesia ligera. Theta: 4-7 Hz: Anestesia general. Delta < 4Hz: Anestesia profunda. Sobredosis, Isquemia. Despierto: Bajo voltaje y alta frecuencia. Dormido: Alto voltaje y baja frecuencia. Crisis convulsiva: Alto voltaje y alta frecuencia.

• Señal del EEG que varía entre 10-200 micro-voltios. • Retardo de tiempo de transmisión: Depende de la cantidad de bit a

transmitir por trama.

4 DESARROLLO INGENIERIL El dispositivo electrónico para transmisión de señales EEG mediante TMC está conformado por tres etapas: Etapa de adquisición y procesamiento de señales en la cual se utilizan amplificadores de instrumentación, amplificadores operacionales (para los filtros) y amplificadores de alta ganancia y bajo nivel de ruido esta etapa puede ser obviada mediante emulación de señales electroencefalográficas. Etapa de Transmisión en la que se tratan las señales para ajustarlas al servicio GPRS mediante un módem19. Etapa de recepción donde las señales llegan a una estación de trabajo en red remitidas desde la red de TMC para su visualización mediante un aplicativo de software. En la figura 21 se ve el diagrama de implementación del dispositivo de transmisión de señales EEG.

FIGURA 21 Diagrama de implementación del dispositivo de transmisión de señales EEG.

EEG 8 CH MUX Signalprocessing

GPRS

Nurse or specialized person

Start an EEG test

Or emulated signal

El sistema quedará listo para transmitir ocho señales o las que el usuario desee transmitir. En este espacio se mostrará el diseño y construcción del prototipo con cada uno de los parámetros que se tuvieron en cuenta.

19 El sistema también tiene la posibilidad de transmisión serial RS232.

4.1 ANÁLISIS DE LAS SEÑALES ELECTROENCEFALOGRÁFICAS Las formas de las señales electroencefalográficas varían dependiendo de las personas a las cuales se les está tomando la muestra. El EEG (Electroencefalograma) muestra variaciones rítmicas de potenciales de células nerviosas, el potencial de reposo de una célula nerviosa se encuentra entre -70 y -90 mV.20 Las señales manejan un rango de frecuencia entre 0.5 – 60 Hz. En el cerebro hay varios tipos de onda: Alfa, Beta, Theta, Delta entre otras. La siguiente tabla muestra algunas de las características de este tipo de ondas: TABLA 3 Patrones de las señales cerebrales.21

RITMO CARACTERISTICAS ZONAS SEGÚN ESTANDAR 10/20 ALFA Ondas regulares, monomorfas,

similares unas a otras, aspecto fusiforme o sinusoidal.

P3 - O1 y P4 - O2 (Occipitales y parietales) y en las región temporal media incluso en regiones frontales (F3, F4).

MU Menos Sinusoidal y más agudo que el ritmo alfa forma: en arcos.

Regiones centrales o rolándicas, también es llamada ritmo alfa rolándico.

BETA Simétrica, regiones homólogas de los hemisferios.

Regiones Anteriores y centrales.

DELTA Estado profundo de sueño y ondas lentas.

No se asocian a una región cerebral determinada.

THETA Actividad regular e irregular; tiene diversas morfologías.

Regiones temporales.

KAPA Cambios de voltajes en el EEG cuando se registran movimientos oculares.

Ritmo de apariencia Alfa en las sienes. Frecuencia de 8-12 Hz

V Agudas, electropositivas; bifásicas y de forma triangular.

Regiones Occipitales y vertex. (se generan por movimiento ocular).

4.1.1 Tipos de señales eeg. La morfología de las señales electroencefalográficas, depende de factores como la ubicación de los electrodos, como la edad, y el tipo de patologías que se puedan encontrar en el cerebro. Tabla 4.

20 SOLER L, Fernando; Ingeniería Biomédica; pag 126. 21 CARACTERISTICAS DEL EEG NORMAL. Consultado el 02 de Septiembre de 2007. http://www.viguera.com/pdf/muestra/8485424557.pdf

TABLA 4 Morfología de las Ondas y Ubicación en el cerebro.22

Onda Sinusoidal: Esta morfología de onda se puede presentar en ritmos como: ALFA, MU y THETA.

Ondas Agudas: Se puede presentar en ritmos como MU, TEHETA, V.

Onda Simétrica: Ritmos Beta.

Onda Delta monomorfa: Actividad Delta.

Onda asimétrica abrupta: THETA.

Actividad Delta polimorfa: Ritmo Delta.

Punta rápida duración a 50 microvoltios: En cualquiera de los ritmos ya nombrados.

Punta monofásica positiva.

Punta difásica.

Acceso Paroxístico: La sucesión de figuras elementales en el tiempo da lugar en su agrupamiento. El acceso paroxístico se da cuando se intensifican los efectos de

22 FISCHGOLD,H. Un electroencefalograma. Madrid; Barcelna; México: Eds Daimon Pág. 19.

una enfermedad cerebral. Ritmo THETA.

Complejo punta onda: Compuesto de una punta aguda seguida de una onda más lenta. Puede ser una onda tipo ALFA pero no son muy sinusoidales.

Complejo K: compuesto de una o más oscilaciones rápidas y lentas seguidas de un acceso paroxístico. Más rápido. Son muy comunes en ritmos V.

Paroxismo: Ritmo THETA o V.

4.1.2 Patrones de comportamiento de señales EEG. La actividad eléctrica del cerebro, en condiciones normales, varía de acuerdo a diversos factores internos, como: edad, sexo, vigilia – sueño, estado psicoafectivo y metabólicos, y factores externos como: la estimulación luminosa, la hiperventilación, factores ambientales, procedimientos de activación, toma de fármacos, entre otros.

A continuación se muestra una tabla de valores de las características de 4 tipos de ondas principales en el cerebro, su voltaje y frecuencia; estas serán comparadas en la etapa de pruebas y ajustes con las señales que se tomarán desde en el EEG. Ver Tabla 5. TABLA 5 Características de las principales ondas cerebrales

TIPO VOLTAJE (µv) FRECUENCIA ESTADO ALFA 5-10 8-12Hz Despierto, relajado, ojos

cerrados BETA 2-20 14-30Hz. Despierto, quieto

DELTA 20-20 0.5-3Hz Profundamente dormido

THETA 5-100 4-7Hz Despierto con vigilancia reducida

4.2 DETERMINACION DE LOS PATRÓNES A TRANSMITIR El dispositivo a desarrollar tiene como función, transmitir señales electroencefalográficas previamente tratadas y procesadas, con un número de identificación de paciente y por medio de la red TMC. Se transmitirán señales electroencefalográficas con diferentes morfologías de señal como las que se mencionan en la Tabla 5., no se puede especificar ningún tipo de morfología a transmitir ya que estas se pueden encontrar en cualquier parte del cerebro dependiendo del estados y la anomalía cerebral; este prototipo está calibrado para transmitir cualquier tipo de señal cerebral, que ha sido previamente tratada y amplificada. La frecuencia de las señales no incide en la transmisión de estas, debido a que en el cerebro se pueden encontrar diferentes tipos de señales a diferentes frecuencias y diferentes amplitudes. Sin embargo estas frecuencias no tienen un rango de valores estándar definidos, puede variar de acuerdo a la anomalía cerebral; la frecuencia de corte más baja que se puede obtener es de 0.2Hz. Hay que tener en cuenta que un electroencefalograma debe ser hecho o tomado por un experto, y de acuerdo al estándar 10/2023 para evitar posibles errores en la transmisión de los datos de las señales electroencefalográficas. En este prototipo funcional, se transmitirá de una a dos señales electroencefalográficas, tomadas directamente desde el cerebro, para ejemplificación y muestra del funcionamiento del prototipo, se opta por transmitir un solo canal debido a que los amplificadores para el sistema de adquisición de señales son de muy alto costo. Pero el prototipo queda listo para transmitir 8 canales de electroencefalografía, la identificación de cada uno de los canales que se está transmitiendo, y la identificación de paciente. Como se muestra a continuación el la siguiente parte del documento el desarrollo de cada uno de estos procesos.

4.2.1 Identificación de las características de transmisión en GPRS

• La velocidad teórica que puede alcanzar GPRS es 171.2 kbit/seg. Este módem es el adecuado para transmisión de 8 señales electroencefalográficas, debido a que por cada 3 segundos se transmiten 1000 muestras; esto quiere decir que por cada segundo se pueden transmitir aproximadamente: 333.333 bits/seg. El módem puede alcanzar una velocidad de transmisión de 171.2 Kbit/seg.

• Por usuario, la velocidad de acceso que tiene un usuario normalmente en el enlace descendente es de 40kbit/seg. y en el enlace ascendente 9.6 kbit/seg.24 Cada segundo se transmiten 333.333 bits osea que 120

23 Este estándar describe la posición de los electrodos en la corteza cerebral… 24 TECNOLOGIA MOVIL: GSM, GPRS Y UMTS. Consultado el 07 de Octubre de 2007. http://www.radioptica.com/Radio/telefonia_movil.asp

usuarios pueden transmitir una señal electroencefalográfica al mismo tiempo.

• Con respecto a GSM tiene una mayor velocidad de transmisión, conexión permanente, y la tarificación por tráfico.

• GPRS también tiene la ventaja de acceso a los equipos de oficina. • Los terminales permanecen conectados, incluso si pierden cobertura. • Pago por bit. • Pago por sesión. • Tarifa Plana. • Permiten tener conversaciones sin parar la transmisión de los datos.25

Esto puede ser una gran ventaja, debido a que la persona puede ser diagnosticada a distancia, esto se puede dar si hay alguien a cargo de esa persona.

• Ofrece dos tipologías de servicio diferente: punto a punto y multipunto. Puede ser transmitida a diferentes centros de diagnóstico o a uno solo.

• Otra de las mayores ventajas de transmisión de datos por GPRS es que es por conmutación de paquetes (los datos se dividen en pequeñas cantidades cada una con su información de destino), esto permite a los usuarios compartir diferentes tipos de rutas; a diferencia de la red telefónica que usa conmutación por circuitos (cada conexión requiere una única y dedicada ruta física de datos, y además que depende de la disponibilidad de la ruta, impiden que otros usuarios usen la misma ruta mientras que la llamada esté activa.

4.2.2 Diseño de la trama a transmitir: Este es el diseño de la trama de transmisión de la señal electroencefalográficas, primero se inserta el número de identificación del paciente, en la etapa de procesamiento se diseña como un número entero de 16 bits, 1000 muestras por canal, 997 son de la conversión A/D de la señal EEG (electroencefalográfica); 2 de ID de paciente y una es la del canal que se está transmitiendo; hay que destacar, que en la transmisión de cada canal se demora 3 segundos, entonces en total sería 24 segundos en 8 canales y 8000 muestras en 8 canales, conversor análogo digital 10 bits: inicio, muestreo y finalización. Y la Resolución se encuentra en 1023. Estos fueron los parámetros escogidos en la etapa de procesamiento para el diseño de la trama de transmisión.

25 TECNOLOGIAS. Consultado el 07 de Octubre de 2007. es.computers.toshiba-europe.com

FIGURA 22 Diseño de la trama de transmisión.

ENVIO DEDATOS POR

GPRS.

Capa deaplicación Ubicación dirección TX?

Capa detransporte

Capa de Red

Capa de enlacede datos

Capa física

GPRS

UBICACION RX?

Local Server

Envía petición en paquetes

ID. PACIENT EEG SIGNAL IP ADRESS

Enví o de pertición de transmis ión en paquetes (Di rec ciñon IP )

Destino Dato Dato

Dirección -Ubicación IP ID. PACIENTE

Señal DigitalEEG

Send Messsage broken into Frames (variousprotocols)

Com ando ID Can al Señ al

EEG FIN

Inicio 2MUES TRAS

1MUESTRA

997M UESTR

ASFIN de T x

Modem

ANCHO DE BANDA 850/900/1800/1900

Diagrama de enlace de datos

GPRS

FEC

FEC

FEC

FEC

FEC

FEC

Fm= 10044

Resolucion=10023

4.3 DISEÑO E IMPLEMENTACIÓN DE DISPOSITIVOS DE HADWARE DE Tx

4.3.1 Etapa de captura de datos electroencefalograma (implementación):

Esta fase se basa en el estudio e implementación de un canal de electroencefalografía, teniendo en cuenta que a partir de este y con todo lo que anteriormente se ha descrito, se encontrará en óptimo funcionamiento para la emular la adquisición de la señal electroencefalográfica. En el desarrollo del canal de electroencefalografía, se tienen en cuenta varios circuitos encontrados en la red, que se relacionan con sistemas de adquisición de señales EEG a partir de estos circuitos se desarrolla un nuevo canal con un diseño de ganancia de voltaje y frecuencia de trabajo diferentes para una debida operación de acuerdo a las condiciones de trabajo como lo son la ganancia necesaria de entrada en el conversor análogo digital y la frecuencia de trabajo. Uno de los circuitos base para el desarrollo de este canal de electroencefalografía, es un diseño realizado en: California (Institute of the Arts) entre el año 2003 y 2004; por David Rosemboom. Cada una de las partes de este circuito se analizarán matemáticamente a continuación. Al final se dará una conclusión del por que este circuito no fue tomado como opción para el desarrollo del prototipo funcional en la parte de adquisición de datos; después de esto, se hará el estudio a partir de este diseño para el desarrollo del prototipo funcional. El circuito base para la realización del canal de adquisición de señales electroencefalográficas desarrollado en California (Institute of the Arts) se encuentra en el ANEXO A. Los amplificadores que se usan en esta implementación, son: TL 084 (Por su bajo costo y ofrecimiento de condiciones necesarias para el desarrollo de la etapa de adquisición de datos) y AD 620 (Su gran desempeño y un funcionamiento óptimo en lo que refiere a sistemas de adquisición de señales biomédicas). A continuación se mencionarán algunas de las características de estos amplificadores. TL 08426: El amplificador operacional no es otra cosa que una aproximación al ideal, que sería un amplificador con resistencia de entrada infinita, resistencia de salida nula, y ganancia infinita, sobre una banda de frecuencias infinitamente ancha, que no presenta efecto alguno de temperatura, ni ruido propio, ni desfase, que precise una compensación en frecuencia. Un TL 084 es un amplificador que en su etapa de entrada utiliza amplificadores de efecto de campo JFET (junction field effect transistor), estos transistores necesitan dos tensiones de polaridad opuesta, es decir, en el caso de un canal

26 COUGHLIN, Robert F. Amplificadores operacionales y circuitos integrados lineales. México. Ed. Prentice Hall Hispanoamericana [1996]. Pág 1-40.

“N”, una tensión positiva de alimentación del drenaje y una tensión negativa de polarización de puerta. Ver tabla 6, Fig. 23. El TL 084 se encuentra entre la clasificación de amplificadores BIFET, que combina transistores JFET con transistores bipolares.

• El JFET ocupa, sobre un sustrato de silicio, menos sitio que un transistor bipolar. Por consiguiente, este sustrato podrá tener unas dimensiones más reducidas, mejorando así el comportamiento y reduciendo el precio y el coste.

• Los JFET canal “P” no poseen excelentes características, resultando notablemente afectados por una corriente de fuga de puerta relativamente elevada. La tecnología correspondiente al canal “N” permite reducir este efecto, pero resulta también más cara.

TABLA 6 Características TL 080… 5

TIPO ALIMENTACION DECALAJE Y DERIVA +/- U (V)

I (mA) U (mV) ∆U (µv/ºC)

I (pA) I polar (pA)

GANANCIA (V/mV)

2.5 A 18

1.4 (< 2.5)

5 (<10) 10 30(<200) 30(<400) 200(>25)

ANCHURA DE BANDA CON GANANCIA

UNITARIA (Mhz)

RUIDO PARA IKhz

(nV/√Hz)

“SLEW RATE” (V/µS)

FABRICANTE CAPSULA

TL 080…5

3 25 13 TI D…I

• La tensión de alimentación: es la que se utilizará en un funcionamiento simétrico. Si por ejemplo los límites de esta tensión han sido establecidos entre 5 y 18V, el amplificador podrá funcionar, en un montaje con alimentación única, con una tensión comprendida entre 10 y 36V.

• Magnitud de declaje y de deriva: describen la diferencia aparente, en tensión o intensidad, entre las dos entradas del amplificador. Algunos tipos están provistos de dos conexiones “declaje nulo”, sobre las cuales puede conectarse un potenciómetro, con el cual se puede compensar la tensión de declaje.

• La intensidad de polarización (Ipolar). No es otra cosa que la intensidad de fuga de puerta de los transistores de entrada, la cual aumenta considerablemente con la temperatura.

• La ganancia: se especifica, en ausencia de contra – reacción, en V/mV, es decir, en millares de unidades.

• La anchura de banda con ganancia unitaria: es utilizable cuando no se requiera una amplitud de salida mayor a 1V.

• La tensión de ruido: puede calcularse multiplicando el valor indicado (expresado en nV) por la raíz cuadrada de la anchura de banda útil.

• Slew rate. La velocidad de excursión máxima en tensión que es capaz de desarrollar el amplificador.

• Fabricante: Texas Instruments.

FIGURA 23 Diagrama de conexión de pines de TL 084

AD 62027: Al implementar un amplificador de instrumentación con componentes discretos, es muy difícil encontrar componentes que sean “del mismo valor” como es el caso de las resistencias, o bien que el voltaje de offset sea muy cercano a cero en el caso de los amplificadores operacionales. Los componentes fueron diseñados para tener solo pequeñas variaciones, las cuales hacen que el circuito funcione de manera adecuada en amplios rangos de ganancia y voltajes de operación. Un amplificador de alta relación costo/desempeño, es el amplificador AD620 del cual se mencionan las siguientes características enerales:

• La ganancia de voltaje es de 1 a 10,000 • La ganancia se coloca utilizando una sola resistencia • Opera con voltajes BIPOLARES de +- 2.3 a +- 18 volts • Disponible en empaquetado de 8 pines • Consumo de 1.3 mA • El desempeño en DC es excelente ya que solo tiene un máximo de 50

uV de offset • Desvío máximo de 0.6 uV/°C • En AC tiene un ancho de banda de 120 Khz. con una ganancia de 100

Dentro de las aplicaciones donde se utiliza se encuentran:

• Instrumentación médica • Basculas electrónicas • Amplificación de transductores

27 27 TECNOLOGIA MOVIL: GSM, GPRS Y UMTS. Consultado el 07 de Octubre de 2007. http://www.radioptica.com/Radio/telefonia_movil.asp

FIGURA 24 AD620

La ganancia del amplificador de instrumentación AD 620 es muy fácil determinarla con tan solo poner una resistencia entre las dos entradas de RG como se muestra en la figura 25; entre los pines 1 y ocho del amplificador; en la tabla 7, se muestra una relación entre la ganancia de voltaje y la resistencia de entrada con su respectiva fórmula: FIGURA 25 Amplificador de instrumentación

FUENTE: MOYANO DRAKE, José María. (Santander 2005); Instrumentación electrónica de Comunicaciones; Consultado el 14 de Agosto de 2007. www.unican.es TABLA 7 RELACION ENTRE GANANCIA Y RESISTENCIA AD620

1

4.49

−

Ω=

G

KRG (2)

La fórmula 2, muestra la relación entre la ganancia y la resistencia RG, a mayor ganancia menor resistencia.

• Análisis de Características de Voltaje de entrada: Como se ha mencionado anteriormente, las señales del electroencefalograma, son del orden de los microvoltios (µv), se hace un estudio de cada una de las características de amplificación del electroencefalograma prácticamente a una frecuencia determinada y con una variación de voltaje entre (µv y v) para verificar los parámetros de amplificación del circuito por etapas.

Etapas analizadas para la adquisición de datos:

• Etapa de preamplificación-Circuito Amplificador de instrumentación Circuito base realizado en: California (Institute of the Arts). Análisis general de la salida ideal de este amplificador. El circuito analizado se encuentra en la Figura 26.

FIGURA 26 Circuito base realizado en California (Institute of the Arts).

U1A

TL084CN

3

2

11

4

1

U2A

TL084CN

3

2

11

4

1

R1

470kΩ

R2

470kΩR316kΩ

2

4

R4

5.1kΩ

R5

5.1kΩ

R6

510kΩ3

1

C1

5.6uF

R7

470kΩ

U4A

TL084CN

3

2

11

4

1

0

R8

1MΩ_LINKey = A

50%

U5A

TL084CN

3

2

11

4

1

R9

39kΩ

C2120nF

R10

39kΩ

C3120nF

R1139kΩ

R1256kΩ

10

0

0

13

12

11

6

5

U6A

TL084CN

3

2

11

4

1

C4

3.3uF

R13

200kΩ

R14200kΩ

C5

3.3uF

R1556kΩ

R1639kΩ

0

17

0

16

15

U6C

TL084CN

3

2

11

4

1

7

14

8

R17510kΩ

9

0

El circuito de la Figura 26 se compone de varias etapas: la primera etapa hace de amplificador diferencial (configurado como amplificador de instrumentación); este a su vez está formado por un separador de entrada diferencial. Cada señal de entrada se aplica directamente al terminal no inversor, hay una resistencia de acople entre el separador de entrada diferencial y el amplificador diferencial. Este circuito principalmente es usado comúnmente como acondicionadores de señales de bajo nivel (a menudo de cd) inmersa en grandes cantidades de ruido.28

28 RASHID H,Muhamad; Análisis de circuitos microelectrónicas: Análisis y diseño; pag 290

La siguiente etapa, está compuesta por un amplificador no inversor; como su nombre lo indica, el amplificador inversor es aquel que toma la señal presente en su entrada y la entrega a su salida amplificada, pero con fase invertida.29

Es una configuración sencilla de los amplificadores operacionales, y consiste en aplicar una señal de voltaje a la entrada inversora (negativa del amplificador) y la entrada no inversora se encontrará puesta a tierra. La fórmula para el cálculo de la ganancia del amplificador no inversor se muestra en la ecuación (3).

11

R

RfAf += (3)

De acuerdo con la ecuación 3, la ganancia se encuentra relacionada con la resistencia RF y R1, como RF es un potenciómetro, se calculan los valores de la ganancia de voltaje, al hacer una variación del potenciómetro; estos valores se pueden ver en la tabla 8. TABLA 8 Valores para la ganancia de Voltaje de acuerdo a las variaciones de RF

Rf AF 250kΩ 1.53 260kΩ 1.553 350kΩ 1.744

1.25MΩ 3.65 La siguiente etapa del diseño realizado por David Rosemboom es un filtro pasa bajas de segundo orden, de segundo orden, deja pasar las frecuencias por encima de 0 y por debajo de la frecuencia de corte Fc. Cabe destacar que no produce desfase en la banda pasante; esto es importante, cuando la señal que se encuentra siendo filtrada no es sinusoidal. Este diseño está configurado para trabajar en una frecuencia de corte de 33.17 Hz, un buen rango de frecuencia para un EEG (electroencefalograma) normal. La frecuencia y la ganancia de voltaje calculadas para este circuito se encuentran en las ecuaciones 4 y 5.

29 EVER. Amplificador Inversor. http://electronica.tecnobita.com/2007/06/amplificador-inversor/. Consultado el 02 de Octubre de 2007.

RCFo

Π=

2

1(4)

De (4):

HznFkRC

Fo 17.33123*39*2

1

2

1=

ΩΠ=

Π=

La ganancia de voltaje se determina de la siguiente forma:

1+=Ri

RfAv (5)

De (5):

43.239

561 =

Ω

Ω=+=

k

k

Ri

RfAv

La frecuencias de trabajo se encuentran emuladas de la siguiente forma: FIGURA 27 Filtro Activo pasa bajas

El circuito está siendo simulado con los siguientes parámetros: Frecuencia: 16Hz; voltaje de entrada de 20µv. Escala 200µv. Señal roja: voltaje de entrada; señal azul: voltaje de salida.

FIGURA 28 El circuito con: Frecuencia: 16Hz, voltaje de entrada de 20µv, Escala 200µv.

El circuito está siendo simulado con los siguientes parámetros: Frecuencia: 20Hz Hz; voltaje de entrada de 20µv. Escala 200µV. FIGURA 29 Circuito con: Frecuencia: 20Hz Hz, voltaje de entrada de 20µv, Escala 200µV

El circuito está siendo simulado con los siguientes parámetros: Frecuencia: 33.1 Hz; voltaje de entrada de 20µv. Escala 200µV.

FIGURA 30 Circuito con: Frecuencia: 33.1 Hz, voltaje de entrada de 20µv, Escala 200µV

El circuito está siendo simulado con los siguientes parámetros: Frecuencia: 40 Hz; voltaje de entrada de 20µv. Escala 200µV. En la anterior figura, se puede observar como la señal comienza a atenuarse con una frecuencia por encima de 33.17 Hz. Por eso este circuito que toma EEG normales. (que van dentro de los parámetros de medición y análisis neurológicos del comportamiento del cerebro en estado normal). En la figura 41. Se ve el diseño del circuito EEG hasta la etapa de filtro pasa bajos. La última etapa que se analizará en este diseño es el filtro pasa altas, que deja pasar todas las frecuencias por encima de 0Hz. Un filtro ideal paso alto tiene una atenuación infinita en la banda eliminada, atenuación 0 en la banda pasante y una transición vertical, la banda eliminada comprende las frecuencias entre 0 y la fc. Un buen rango de frecuencia para que el electroencefalograma trabaje en condiciones normales EEG (normal) sin presentar atenuaciones, el circuito se encuentra diseñado para manejar un rango de frecuencias por encima de los 0.2Hz.

FIGURA 31 Comportamiento de Filtro pasa altas con una frecuencia de 0.2 Hz.

El circuito está siendo simulado con los siguientes parámetros: Frecuencia: 0.2 Hz; voltaje de entrada de 20µv. Escala 200µV. Señal de entrada: roja; señal de salida: azul. FIGURA 32 Comportamiento de Filtro pasa altas a frecuencia de 0.1Hz

El circuito está siendo simulado con los siguientes parámetros: Frecuencia: 0.1 Hz; voltaje de entrada de 20µv. Escala 200µV. En la anterior figura, se puede observar como la señal comienza a atenuarse con una frecuencia por debajo de 0.2 Hz. Por eso este circuito que toma EEG normales (que van dentro de los parámetros de medición y análisis neurológicos de el comportamiento del cerebro en estado normal).

• Señales de salida en Circuito EEG (simulaciones) FIGURA 33 EEG – David Rosemboom

U1A

TL084CN

3

2

11

4

1

U2A

TL084CN

3

2

11

4

1

R1

470kΩ

R2

470kΩR316kΩ

2

4

R4

5.1kΩ

R5

5.1kΩ

U3A

TL084CN

3

2

11

4

1

R6

510kΩ

9

3

1

8

C1

5.6uF

7R7

470kΩ

U4A

TL084CN

3

2

11

4

1

0

R8

1MΩ_LINKey = A

50%

U5A

TL084CN

3

2

11

4

1

R9

39kΩ

C2120nF

R10

39kΩ

C3120nF

R1139kΩ

R1256kΩ

10

0

0

13

12

11

6

5

U6A

TL084CN

3

2

11

4

1

C4

3.3uF

R13

200kΩ

R14200kΩ

C5

3.3uF

R1639kΩ

0

17

0

16

15

FIGURA 34 Comportamiento del electroencefalograma a una frecuencia de 0.2 Hz

FIGURA 35 Comportamiento de la señal a una frecuencia de 16 Hz.

Se puede notar que en las simulaciones anteriores, la ganancia se está comportando de manera ideal; pero en el montaje real, la ganancia que se

obtiene es muy baja, esto puede ser debido al valor inexacto de los componentes, las capacitancias de algunos dispositivos que no se han tenido en cuenta etc. Los valores obtenidos a partir de mediciones reales hechas en este canal de electroencefalografía, se enuncian a continuación en las tablas 9 y 10. TABLA 9 PRUEBA DE GANANCIA EN CIRCUITO BASE A UNA ESCALA DE 0.2 V

Separador de entrada

diferencial

Amplificador Diferencial

Amplificador Inversor

Pasa bajas

Pasa Altos

Vint 0.212v Vout 0.472v 0.942v 0.954 v (max

resistencia) 0.954 0.956v

VA1 0.954v VA2 0.046v

Vout:Vod 0.942V TABLA 10 PRUEBA DOS GANANCIA DE VOLTAJE ESCALA 0.2V


diferencial

Amplificador Diferencial

Amplificador Inversor

Pasa bajas

Pasa Altos

Vint 1.130v Vout 0.908v 0.886v 1.376 v (max

resistencia) 1.376 3.39v

VA1 1.378v VA2 1.388v

Vout:Vod 0.886V Con la fórmula 6, se calcula la ganancia de voltaje para cada una de estas pruebas y se obtiene:

Vin

VoutAv = (6)

La ganancia para las pruebas mostradas en la tabla 1 es 4.5 y para la tabla 2 es de 3. Como se puede ver, la ganancia real de este circuito es muy baja, para el circuito de entrada del conversor análogo digital; por ello hubo la necesidad de diseñar un nuevo canal de adquisición de señales EEG la cual se analiza a continuación.

DISEÑO DE CANAL DE EEG: Circuito Diseñado se encuentra en la figura 36: FIGURA 36 CIRCUITO DISEÑADO – Etapa de procesamiento

U1

AD620AN

3

2

6

7 1 8

54

R1150Ω

1

C1

100nF

VDD

5V

2VDD

3

00

C2100nF

C3100nF

4

U2A

TL084CN

3

2

11

4

1

5

GND

GND

R31.0kΩR4

2.2kΩ

6

R5

1.0kΩ7

U3A

TL084CN

3

2

11

4

1

C4

100nF

R6

4.7kΩ

8

C51.0uF

9

R71.0kΩ

R8

1.0kΩ

11

GND

0

U4A

TL084CN3

2

11

4

1GND

R910kΩ

R1010kΩ

12

GND

GND

VDD

5VVDD

0

10

R2

1.0MΩ

Tomando en cuenta el circuito hecho por David Rosemboom, analizado anteriormente, se determina que la etapa de amplificador diferencial, puede ser reemplazado por un amplificador de Instrumentación como lo puede ser el AD620, este ofrece una alta impedancia de entrada, un alto CMRR esta característica es muy útil para recibir señales pequeñas inmersas en voltajes de offset grandes o en ruido. Este circuito principalmente es usado comúnmente como acondicionadores de señales de bajo nivel (a menudo de cd) inmersa en grandes cantidades de ruido.30 Otra de sus características es que solo necesita una resistencia para cuadrar su ganancia, el bajo nivel de ruido, el bajo nivel de potencia hace que este sistema sea lineal para hacer adquisición de señales biomédicas tales como ECG y EEG. Se tuvo en cuenta la ecuación 7 y la tabla 2 para determinar la ganancia de de la primera etapa de entrada que es un amplificador de instrumentación usado AD620: Haciendo un despeje de la ecuación (2) se obtiene lo siguiente:

14.49

+Ω

=RG

KG (7)

Por lo tanto con una resistencia de 150Ω la ganancia es la siguiente:

30 RASHID H,Muhamad; Análisis de circuitos microelectrónicas: Análisis y diseño; pag 290

33.3301150

4.49=+

Ω

Ω=

KG (8)

La siguiente etapa del diseño, está formada por un filtro pasa altos como se muestra en la figura 37. FIGURA 37 FILTRO PASA ALTAS

C2100nF

C3100nF

GND

R2

1.0MΩ

GND

2

1

La frecuencia para este filtro se calcula de acuerdo a la fórmula 4; el valor de esta es la siguiente:

HznFMRC

Fo 795.0200*1*2

1

2

1=

ΩΠ=

Π=

Este es un filtro de primer orden y es pasivo porque no lleva componentes como amplificadores operacionales; se diseña así porque no es necesario limitar tanto la frecuencia de corte; porque si en el cerebro se encuentran señales menores de 0.7 Hz las deje pasar y no las atenúe. Se más que todo para filtrar ruidos parásitos. La tercera etapa de este diseño, es una etapa de amplificación, realmente es muy pequeña la amplificación que hay en esta etapa pero es la necesaria para que las señales puedan ser visualizadas.

FIGURA 38 ETAPA DE AMPLIFICACION

U2A

TL084CN

3

2

11

4

1

GND

R31.0kΩR4

2.2kΩ

GND

4

3

2

La ganancia está determinada por la fórmula 5. Es la siguiente:

2.311

2.21 =+

Ω

Ω=+=

k

k

Ri

RfAv (9)

La última etapa que se desarrolla en este circuito es un filtro pasa bajos, el cálculo de la frecuencia de corte, está determinado por la ecuación 4, y la frecuencia de corte para este filtro es de 338.62 Hz. La ganancia total del circuito, se puede determinar multiplicando la fórmula (8) y (9). La ganancia es de 1056. Los anteriores cálculos hechos para el diseño de este canal de adquisición de datos, fueron cálculos teóricos, a continuación se muestra una tabla de valores, que fueron tomados en tiempo real para verificar los cálculos:


diferencial

Filtro pasa altas

Amplificador Pasa bajas

Vint 200µv Vout 0.07v 0.224 Fo 0.6Hz 350Hz

Con otras pruebas hechas, la ganancia de voltaje oscila entre 1000 - 1120. Prácticamente es una buena ganancia de voltaje para que el conversor análogo - digital, acepte todos los rangos de valores de entrada de la señal EEG. Si se desea obtener más ganancia es recomendable que en la etapa 3 (refiérase a la figura 38), la resistencia de RF sea reemplazad por un potenciómetro lineal de 1MΩ. Aunque pueden presentarse desventajas como lo puede ser la saturación del amplificador operacional, y obtención de una señal recortada. Por último, este circuito es diseñado para la entrada del conversor análogo digital; por ende hay que tener en cuenta que como las señales

electroencefalográficas poseen niveles AC, es necesario subir la señal para que todos los valores de voltaje de señal puedan ser leídos; para ello, se proporciona un nivel DC a la señal EEG por medio de un divisor de voltaje diseñado con dos resistencias de 10KΩ. Como se muestra a continuación en la figura 39. FIGURA 39 DGND

U4A

TL084CN3

2

11

4

1

R910kΩ

R1010kΩ

VDD

5V

0

VDD

5

4.3.2 Diseño de la etapa de procesamiento

• Multiplexación de las señales EEG (electroencefalográficas): Esta etapa se encuentra diseñada para dirigir la información que procede del electroencefalógrafo (entradas) a una única línea de salida.

Un multiplexor básico posee varias líneas de entrada de datos y una única línea de salida. También posee entradas de selección de datos, que permiten conmutar los datos provenientes de cualquier entrada hacia la línea de salida. A los multiplexores también se les conoce como selectores de datos. A continuación en la Figura 40 se explicará con un ejemplo el funcionamiento del multiplexor:

FIGURA 40 Representación típica de un multiplexor

FUENTE: Circuitos electrónicos Digitales E.T.S.I. Comunicación. Universidad Politécnica de Madrid. Recuperado el 03 de Octubre de 2007. www.upm.es Se puede notar en la figura anterior que el multiplexor posee entradas de selección de datos, estas entradas van a permitir seleccionar para visualizarla en la salida. Por ejemplo si el multiplexor tuviera dos entradas de selección de datos, y cuatro señales de entrada entonces: si (S1= 0 y S0=0), los datos de la entrada D0 aparecerán en la línea de datos de salida; si (S1= 0 y S0=1), los datos de la entrada D1, aparecerá en la salida de datos. Si se aplica un dos binario, se tendrá una salida de datos D2, si se aplica un 3 binario se obtendrán los datos de la entrada D3 en la salida. Se debe tener en cuenta en el funcionamiento de los multiplexores, que una entrada ENABLE es la que permite o evita que una señal pase a la salida dependiendo del estado en el que se encuentre alto o bajo. Por lo general un nivel BAJO en la entrada de habilitación ENABLE permite al dato de la entrada seleccionado pasar a la salida y cuando hay un nivel alto en la entrada ENABLE ocurre lo contrario. Por tiempo trabajo y economía se usa un MUX/DEMUX análogo HCF 4051B en este caso de ocho entradas, tres líneas de entrada de selección de datos A,B,C y el ENABLE (INHIBIT) que con un nivel bajo a la entrada, permite que los datos de entrada seleccionados pasen a la salida. Ver figura 51.

FIGURA 41 Diagrama de Pines de HCF4051B

FUENTE: HCF4051B. Recuperado el 03 de Octubre de 2007. www.alldatasheet.com En la siguiente tabla se puede observar el comportamiento en la salida cuando se activan las entradas de selección de datos: Ver Tabla 11. TABLA 11 Selección de datos.

La selección de canales en la salida del multiplexor se hace manualmente de pendiendo de la señal que se desee transmitir. Un aspecto que se debe tener en cuenta a la hora de decidir que señal es la que se debe transmitir, es tener en cuenta que el estándar 10/20 que es el que habla acerca de la ubicación de los electrodos en la corteza cerebral, puede haber diferentes formas de colocación de los electrodos dependiendo la zona del cerebro que se desea examinar. A continuación se observa la gráfica de conexionado entre la salida de los ocho canales del electroencefalograma (EEG) y el multiplexor, esta es una configuración de prueba, configuración inicial del multiplexor, mas adelante el microcontrolador se encarga de poner un BIT de activación del ENABLE y un código en la entrada de selector de canales para habilitar el paso de cada una de los canales de entrada del EEG (electroencefalograma).

FIGURA 42 Diagrama de Conexionado entre los 8 Canales de EEG y el multiplexor.

• Programación Microcontrolador 68HC908AP16: El software escogido para el desarrollo del prototipo en transmisión de señales electroencefalográficas es MICROGRADES este es una plataforma constituida por un conjunto de herramientas de alta productividad que involucra el desarrollo de software y hardware y metodologías de diseño en el proceso de desarrollo, fabricación e implementación de dispositivos microelectrónicos. Ver Figura 54.

Entre las características de este software se encuentra:

No requiere especialización ni un conocimiento profundo de todo lo que tiene que ver con programación, como otros software de programación que requieren de conocimiento del código.

Al programar no hay que estar cambiando el chip de lugar. Las variables se interconectan en forma automática para evitar errores

en la sintaxis de ensamble. Permite que el programador se concentre exclusivamente en los detalles

de la aplicación y no en los detalles de chip. Permite que las aplicaciones sean robustas y escalables.

Por estas características se decide escoger este software para la aplicación de transmisión de señales electroencefalográficas en transmisión.

El microcontrolador fue escogido por facilidades de programación, la cantidad de entradas, y algunas características como:

• Manejo de 16,384 bytes para memoria flash. • Interfase de comunicación serial módulo 1 (SCI). • 8 Canales diez bit de conversión análogo digital. • 32 Pines de propósito general entrada salida (I/O). • Entrada de reloj:

Oscilador RC Oscilador de Cristal de 1-8 Mhz.

FIGURA 43 Diagrama de Pines Microcontrolador 68HC908AP16

FUENTE: 68HC908AP16. Recuperado el 03 de Octubre de 2007 www.alldatasheet.com La configuración dada al microcontrolador es:

Entrada de Teclado por el puerto: Salida LCD puerto: Salita Cable serial puerto: Entrada A/D: puerto.

Conversión Análoga Digital. En teoría un conversor análogo digital es un dispositivo capaz de convertir una señal analógica en digital; es decir es capaz de transformar un voltaje en un valor binario, proporciona una interfase entre las señales análogas y las digitales. Ver Figura 44.

FIGURA 44 Conversor análogo digital

FUENTE: CONVERSION ANALOGA DIGITAL. Consultado el 03 de Octubre de 2007. http://www.dliengineering.com/vibman-spanish/conversindeanlogoadigital2.htm

La señal de entrada se muestrea en intervalos periódicos que están determinados por el tiempo de muestreo Ts, asignando un número binario de bits a cada muestra. El número binario de bits es una fracción binaria que representa la relación que existe entre el voltaje de entrada y el voltaje de escala completa Vfs del convertidor.31 Por ejemplo para n=3 cada fracción binaria es:

82

VfsVfsn

= (10) Donde Vfs es el voltaje de escala completa del convertidor.

Un error de cuantización se presenta cuando conforme aumenta el voltaje de entrada, la salida binaria proporcionará un error negativo y luego un error positivo. Este error de cuantización se puede reducir si se aumenta el número de bits n. En resumen el error de cuantización se puede definir como el voltaje más pequeño que puede cambiar el bit menos significativo de la salida binaria 0 a 1. El error de cuantización también se conoce como la resolución del convertidor, se encuentra determinado por la siguiente expresión:32

n

VSFVerrorVLSB

2== (11)

Donde VSF es el voltaje de mayor escala del convertidor. Por ejemplo el Voltaje VLSB para un convertidor de 8 Bits es:

mvVFS

VLSBn

53.192

5

2 8=== (12)

En microgrades, la señal muestreada es asignada un código binario de ocho bits, por cada una en un intervalo de tiempo se obtiene un valor de 256 valores

31 RASHID H,Muhamad; Análisis de circuitos microelectrónicas: Análisis y diseño; pag 5 32 RASHID H,Muhamad; Análisis de circuitos microelectrónicas: Análisis y diseño; pag 6

posibles. Al recibir una señal de cero tensión el código fijado es cero; si se recibe la máxima tensión permitida 5v el código fijado es 255. Esta correspondencia entre la muestra medida y el número asignado es llamado Valor medido desde el ADC. Las características del microcontrolador cuando opera en conversión análoga – digital son las siguientes:

• Ocho canales con entradas multiplexadas. • Buffer de alta impedancia de entrada. • Resolución a 10 Bits. (1023 bits) • Conversión única o continua. • Reloj seleccionable de ADC.

El ADC proporciona 8 pines de fuentes externas como los pines PTA0/ADC0 – PTA7-ADC7. Un multiplexor análogo que permite seleccionar de los ocho canales de ADC. El VDAIN se convierte como una aproximación sucesiva de registros basados en un conversor análogo digital. Conversión de voltaje. Cuando la entrada de voltaje del ADC iguala el voltaje de referencia VREFH, el ADC convierte la señal a $3FF (full scale); si la entrada de voltaje iguala VREFL el ADC convierte a $000. La entrada de voltaje entre VREFH y VREFL, son líneas rectas (conversiones lineales). La conversión comienza después de la escritura en el ADSCR. Una conversión tomará desde 16 y 17 ciclos de reloj. Por lo tanto: El tiempo de conversión:

ADCFrecuencia

ciclosADCanversiónTiempodeco

1716= (13)

ebusrecuenciadnversiónxFTiempodecosclosenelbuNúmerodeci =´ (14)

El tiempo de conversión del ADC está determinado por el tiempo de reloj elegido dividido entre la velocidad seleccionada.

• Teclado matricial. Un teclado de este tipo consta de 16 teclas (matriz 4 X 4). Por cada fila y cada columna de la matriz hay un "cable" que pasa por detrás de las teclas, que se encuentran en las intersecciones entre filas y columnas.

Así, la columna 1 (COL1) es un "cable" que pasa por debajo del 1, del 4, del 7 y del *; la fila 1 (FIL1) pasa debajo de la A, 3, 2 y 1.Filas y columnas no están conectadas entre si. Cuando se pulsa una tecla se conecta la columna y la fila que pasa por debajo de dicha tecla. Por ejemplo, si se pulsa el 1 se conecta la

COL1 con FIL1; si se pulsa el 8 se conecta la COL2 con FIL3, y así sucesivamente con el resto de las teclas. Como se muestra en la figura 45. Esta forma estratégica de colocar todas las teclas y conexiones permite manejar 16 pulsadores con solo llevar 8 cables.33 FIGURA 45 Configuración del teclado matricial

FUENTE: TECLADO MATRICIAL HEXADECIMAL. Consultado el 03 de Octubre de 2007. http://perso.wanadoo.es/chyryes/circuitos/teclado.htm Este teclado es usado para insertar el número de paciente y dar el comando de envío de la señal; los números de identidad de paciente van del 0-9 la tecla “*” será usada por si se presenta algún tipo de error en la inserción de identificación de paciente; la tecla “#” se usa como instrucción para envío de datos, es un comando muy especial porque a través de el se da inicio al código que se generará en los selectores y el enable del multiplexor para que cada señal pase por un determinado periodo de tiempo, de acuerdo al código que se genera en la entrada del multiplexor por lo tanto y de acuerdo a esto la señal siempre será transmitida una tras otra. Por último la tecla “A” se usará para darle “STOP” a la señal que se encuentra siendo enviada. En la figura 46 se muestra una caracterización del teclado que se está trabajando.

33 DÍAZ, Carlos. Teclado Matricial Hexadecimal. http://perso.wanadoo.es/chyryes/circuitos/teclado.htm. Consultado el 02 de Octubre de 2007.

FIGURA 46 Teclado Matricial

FUENTE: MODULO TECLADO MATRICIAL. Consultado el 03 de Octubre de 2007. http://www.disca.upv.es/aperles/web51/modulos/teclado/index.html Configuración del teclado: A través del desarrollo del módulo del teclado para el proyecto se identificaron muchas formas para determinar de una manera muy fácil la configuración del teclado; aunque hay muchas formas más en este documento solo se nombrarán dos:

• Continuidad. Es la fórmula más fácil para determinar las filas y las columnas del teclado, aunque no se escuche el sonido, se puede determinar mediante la resistencia que se presentan entre estas dos uniones (Filas y Columnas) al pulsar una tecla.

• Circuito serie Resistencia – Led. es un método más sencillo para determinar la configuración del teclado.

También se debe tener en cuenta que de acuerdo a lo anterior, los pulsadores o teclas del teclado se vuelven a reconfigurar para que sea más fácil a la hora de hacer el cableado al microcontrolador; la configuración final del teclado es la que se muestra en la figura 47.

FIGURA 47 Filas y Columnas del teclado

• LCD (Liquid Crystal Display). La función que tiene la pantalla de Cristal

líquido LCD, es la de visualización, simplemente se representa lo que se hace con el teclado; se puede ver el número tecleado para identificación de paciente, se visualiza información de cómo borrar un ID incorrecto y con que comando se puede hacer el envío de la señal electroencefalográfica. En la figura 48 se muestra la configuración de pines de la LCD.

FIGURA 48 Configuración pines de LCD

TABLA 12 Función de pines de LCD

• Interfaz RS232 (DB9). Es un estándar propuesto por la asociación de Industrias electrónicas EIA, se usa para comunicaciones entre dos terminales. En la figura 49 se observa el diagrama de pines del DB9.

FIGURA 49 DB9

FUENTE: DB9. Consultado el 03 de Octubre de 2007. http://www.area48.com/cable49/mesp.html En la siguiente tabla se muestra la configuración y función de cada pin que se encuentra en el terminal RS232.

TABLA 13 Numeración de pines para RS232

El RS232 en el prototipo funcional, es usado como interfaz para comunicación de datos entre la salida de señal que fue convertida a digital y la entrada del módem GPRS o computador para la transmisión de datos digitalizados.

• Estructura de Programación. A continuación muestra un diagrama de flujo – estados que es el que indica de una manera muy superficial el comportamiento en la etapa de procesamiento de la señal. Cada una de los periodos será explicada a lo largo del desarrollo de la etapa de estructura de programación. Ver figura 50.

FIGURA 50 Comportamiento en la etapa de procesamiento

START (ARRANQUE)ESTADO DE

REPOSO

DIAGRAMA DE ESTADOS ETAPA DE PROCESAMIENTO

TRANSMITA

FIN

yes

1

ROTE

ID_PACIENTE

yes

yes

1

1

CARGUE DATOS

ID_PACIENTE,

SEÑAL EEG

yes

1

CAMBIAR CANAL

CADA 3 SEG

PARE OSIGA

SIGA

PAREyes 1

MUX COD.

yes

1

yes1

yes1

AR R ANQUEINIC IO R EPOS O

Periodo de latarea

Tiempo trans currido

R otar ID

tR ANS MITA

1/ 0

C a rg ue Datos C ambie de C hs

T ec la fi n

F IN

tecl ado

Orden cargar datos

A/D, ID PACIENTE, CH TRAMA

ORDEN TECLA * FIN DE LA TX

0/0

1/0

1/0

1/1 1/1

CH 1-8

1/0

1/1

1. El primer paso que se debe dar a la hora de programar en microgrades

es configurar el microcontrolador y las características de los dispositivos físicos con los cuales se va a trabajar. Inicialmente para configurar el microcontrolador se puede hacer desde archivo donde se escoge el microcontrolador y el mismo programa carga los datos por default; o en configura/parte/esquema, se puede configurar los datos del microcontrolador y hardware para programación. Ver figura 51.

FIGURA 51 Configuración del microcontrolador

2. Se debe activar el recurso; en configuración/núcleo/estructura, se establece el número de entradas análogas y los puertos donde se van a encontrar las salidas digitales que se van a emplear, en la tarea en la que se va a realizar el muestreo de la señal, en este mismo paso se activa teclados matriciales y display para visualización de la aplicación. De la siguiente forma:

FIGURA 52 Inicialización

1. Declarar un Byte para almacenar el resultado e la conversión A/D y el de ID del paciente que se inserta a través del teclado; una vez se tienen datos de identificación del paciente se da paso a la transmisión de los datos pero primero hay que seguir una serie de rutinas y configurar el programa de tal forma que el hardware anteriormente mencionado para la implementación tenga un correcto desempeño. La declaración del byte almacenado se hace en: configura/datos/variables; de la siguiente forma:

FIGURA 53 Declaración de un byte

2. Se establecen los parámetros de la señal análoga que entra; se

establece el número de integraciones, el valor medido desde el ADC y el valor a presentar para el ADC. En configura/interfaz/análogo de la siguiente forma:

FIGURA 54 Establecimiento de parámetros para el ADC

Las integraciones se realizan en un ciclo de tarea. Si la frecuencia de tarea se establece en 6002 Hz se trabajaría con una integración cada 166.61 µseg. De acuerdo a lo siguiente:

segseg

egraciones

Tegraciónseg

fT µ

µµ 61.166

1

61.166

intint161.166

6002

11===→=== (15)

Y la resolución se determina de la siguiente forma:

mvV

solución 887.41023

5Re == (16)

Esta es la resolución o nivel de cuantización de la señal, se toma 5v porque el conversor A/D del microcontrolador solo permite hasta un máximo voltaje de entrada de 5v y un mínimo de 0v. Aunque esto no es general porque para el diseño hubo la necesidad de diseñar una etapa más de amplificación y aún así el A/D no permite todos los valores de la señal en la entrada del A/D. El valor de la señal electroencefalográfica oscila entre 2µv a 200µv y la amplificación de cada señal en la etapa de procesamiento oscila entre 1000-1200 veces el valor de la entrada de la señal EEG. En el proceso anterior no se usaron los ocho canales de entrada A/D porque no se tiene una manejo claro del AP16

3. La pantalla de configuración del display se encuentra dividida en tres grupos:

• DISPLAY DOT MATRIX 1_X/2_X • DISPLAY DOT MATRIX 3_X/4_X

Especifican El número de líneas del display con respecto a su número de caracteres. Por ejemplo para una LCD de 16 columnas y dos filas 16*2=32 caracteres se digita el número de caracteres en la respectiva columna; por ejemplo en esta aplicación el valor es 32 y se pone en la segunda columna por tener dos líneas en: configuración/interfaz/display como se puede ver en la figura 66: FIGURA 55 Configuración del display

Una vez se tengan los datos anteriores, se configura el teclado la salida RS232 y la LCD.

4. Se deben configurar los bits de trabajo de la LCD en la fila que señala BIT/PUERTO DE SELECCIÓN DISPLAY. Como primer parámetro se establece el bit, y como segundo, el puerto del bit que corresponde al pin ENABLE. La casilla BIT/ PUERTO DE MODO DEL DISPLAY declara el modo de trabajo del display o RS. El puerto de datos seriales del display, muestra por que puerto deben ser enviados los datos al display. La función máscara para datos del display, es el orden de los segmentos o máscara que se le da a un display de 7 segmentos. Esto se puede hacer desde configuración/interfaz/display. Como se muestra en la siguiente figura:

FIGURA 56 Configuración de las líneas del display

5. Hay que crear una plantilla para visualizarla en el módulo; cuando se configura una LCD, hay dos tipos de plantillas:

• Fija: mensajes estáticos en la pantalla. • Variable: Pueden cambiar conforme cambia una variable o un

proceso durante la ejecución de un programa. Esto se hace en configura/tablas/formatos como se muestra en la figura 57: FIGURA 57 Plantilla para visualización

6. Se declaran las variables para almacenar la codificación del teclado: en

configura/datos/variables; se detecta por medio de las variables NIVEL H, NIVEL L, CODIGO TECLA, VALOR TECLA como se muestra en la siguiente figura:

FIGURA 58 Variables de almacenamiento de teclado

7. Se configura el driver del teclado activado en configuración/interfaz/teclado; como se puede ver en la figura 69 este programa que se está usando para la aplicación trabaja en registro alto, medio, base y bajo. Y se definen tres formas de detección de teclado: por nivel, por flanco ascendente y por flanco descendente. La configuración del teclado se puede ver en la figura 59.

FIGURA 59 Detección de teclado

8. En la casilla frecuencia de operación, se establece la frecuencia de operación del teclado, y se indica con un número entre 0 y siete veces; este número será dividido por la frecuencia de la tarea en la cual se configuró el teclado para que trabajara. También en este paso se precisa el puerto de barrido del teclado, en este caso es el puerto B, los bits de barrido del teclado, la lógica que va a usar el teclado; en este caso se digita un uno lo cual quiere decir que va a usar lógica positiva, la lógica de retorno del teclado, como se está haciendo con lógica positiva este se hace con lógica positiva como se muestra en la figura 60.

FIGURA 60 Configuración de teclado.

9. La tabla de teclado se configura en formato decimal, de la misma forma en el programa se configura para que al insertar la identificación del paciente la pantalla para visualización lea en formato decimal, las teclas y números quedan configuradas de la siguiente manera:

FIGURA 61 Configuración de caracteres decimal para visualización en LCD

10. Para el multiplexor: se activan cuatro salidas en: configura/i9nterfaz/E/S digital; estas salidas son las entradas del enable y los tres selectores del multiplexor, que son los que van a permitir pasar las señales electroencefalográficas a la entrada A/D. La configuración de las cuatro salidas que entran al multiplexor se configuran como se muestra en la siguiente figura:

FIGURA 62 Configuración de entradas en el multiplexor – salidas digitales

Este código se activa una vez se permite el paso de la señal con la tecla # del teclado matricial.

11. En configuración/interfaz/serial_SCI, se configura todo el puerto serial, se encuentran las variables de contador de recepción, variables que dan paso a la transmisión, el buffer de recepción, entre otras características como lo muestra la siguiente figura:

FIGURA 63 Configuración de puerto serial.

Se debe tener en cuenta que cuando se nombre en el programa banderas o flags son contenedores temporales de un valor, también son bits que manejan valores boléanos e indican al programa que ocurrió algo.

El buffer de transmisión cuando termina de transmitir carga otro dato y lo transmite.

12. Las máquinas de estado son estructuras secuenciales o que trabajan en serie; un circuito lógico secuencial está constituido por una sección de lógica combinacional y una sección de memoria.

En un tiempo dado la memoria se encuentra en un estado presente, y avanza al siguiente estado en un pulso de reloj, determinado por las condiciones en la línea de excitación. Las variables de estado con las entradas determinan las condiciones de salida del sistema. En la figura 64. se configuran las salidas digitales A,C como la acción que actúa después de haber establecido un procedimiento para ejecutar la máquina

de estado; en este caso la máquina de estado se da inicio al pulsar la tecla # del teclado matricial. Se establece el nombre de la máquina de estados en configura/estructura: NOMBRE DEL PROCESO 1/ RUTINAS ASM 1/9:

FIGURA 64 Establecimiento del nombre de la máquina de estados

13. La tarea principal que se debe hacer en configuración/núcleo/estados es declarar el número de estados que se van a tener para el desarrollo del prototipo; claro que con un previo diseño de diagrama de estados las variables se encuentran configuradas como se muestra en la figura 65.

FIGURA 65 Configuración de los estados

El diagrama de estados diseñado para esta aplicación se encuentra en la figura 61.

14. En configuración/núcleo/tareas, se establece el número de tareas necesarias para llevar a cabo esta aplicación. Las tareas establecidas se presentan en la figura 66:

FIGURA 66 Configuración del número de tareas

15. En configuración/datos/booleanos lo que se hace es almacenar datos boléanos que se encuentran en el programa como son las variables de transmisión (TX), temporizador de tres segundos, y los canales que se están tomando del multiplexor. Esta configuración se puede ver en la siguiente figura:

FIGURA 67 Configuración de datos boléanos

Después de haber configurado las variables de entrada, salida, temporizadores, estados el siguiente paso a dar es establecer la estructura del programa de una manera organizada tal que se cumpla el propósito propuesto para una correcta transmisión de datos. La aplicación se configura de la siguiente forma:

16. En inicialización, se tiene un selector de estados de proceso que es el que le da la rutina de dirección al estado que debe operar en un momento determinado. La variable de entrada indica el nombre que se le asignó al estado, en este caso es EST_PRINCIPAL_EEG, y la variable de salida es la que le da paso a la máquina de estados para que empiece a operar. Como se muestra en la siguiente figura:

FIGURA 68 Inicialización – Inicializa. Comienzo de la máquina

Antes de seguir explicando la máquina de estados para el programa se hará una leve descripción de lo que se encuentra en la ventana principal en la ventana de la tarea. Se muestra en la siguiente figura:

FIGURA 69 Aplicación – Principal

El proceso que se muestra en la figura 69 se explica de la siguiente manera: Si el temporizador es igual a tres segundos, visualice, la identificación del paciente, envíe canal, y vuelva al estado principal. Si vuelve al estado principal, y se ejecuta el bit # entonces contabilice tres segundos, active el enable del multiplexor y vuelva al estado de reposo.

17. Estado/ estado_principal/arranque: es el punto de inicialización de la máquina de estados. Se configura con un retardo de tiempo constante que trabaja de la siguiente forma: la salida permanece apagada mientras la constante de tiempo no haya transcurrido una vez transcurrido este tiempo, la salida se activa y la variable contador es la que lleva el registro de cuanto tiempo ha transcurrido. La salida, llama “reposo” de la máquina de estados. La estructura de la máquina de estados se encentra en la figura 50.

FIGURA 70 Estado Principal – arranque

18. Estados/estado_pricipal/reposo: el estado reposo es cuando se insertan

los números de identificación del paciente. Dentro de este programa se llama a una rutina rotar que se muestra en la figura 84 y a medida que se inserta el valor de identificación de paciente esta rutina es la que permite desplazar todos los bytes de longitud fija cuatro veces hacia la izquierda.

El estado de reposo al detectar la tecla transmitir, permite que se habilite el enable del multiplexor y genera un código para la entrada de los selectores del multiplexor. Para después permitir el paso de la señal. Después de la estructura de programación descrita anteriormente, el programa pasa a un estado de transmisión. FIGURA 71 Estado principal arranque

19. Rutina rotar id – Trama de transmisión: esta es una de las estructuras

más importantes en el código de programación; ya que este es el que determina como se deben transmitir los datos y con cuantas muestras se deben transmitir. Cada muestra de señale electroencefalográfica se transmite con el número de identificación de paciente y con el número de canal, este paso puede ser re configurable porque al momento de transmitir el número de identificación de paciente y el número de canal por cada muestra, se pueden perder valores de la señal; pero inicialmente esta etapa queda configurada como se muestra en la figura 72.

FIGURA 72 Rutina rotar_id – Trama de transmisión

20. Estados/estado_pricipal/transmite: este estado es una rutina en el apuntador de estados. La entrada habilitadora, es un booleano que determina cuando opera el dispositivo o no. En caso de no existir variable habilitadora, implica la ejecución incondicional del dispositivo.

Esta estructura se puede ver en la figura 73. FIGURA 73 Estado principal – transmite

En esta parte del programa, se llama un estado de nombre: carga_datos, el estado se describe a continuación.

21. Estados/estado_pricipal/carga _ datos: toma el contenido del bloque de bytes de identificación de paciente y lo copia en otro bloque; este bloque se llama buffer _ Tx que cundo termina de transmitir un dato, toma otro

dato y lo transmite. Cada señal está transmitiendo durante 3 segundos. Después de hacer este proceso, llama un estado cambiar canal. La estructura de este programa se muestra en la siguiente figura:

FIGURA 74 Estado_principal – carga _ datos

22. Estados/estado_principal/cambiar _ canal: este estado toma lo que se encuentra en el conversor análogo digital, debido a que el enable del multiplexor se activa, y genera un código en la entrada de los selectores del canal del multiplexor, esto permite que la señal pase una tras otra en serie. La estructura del programa se muestra en la siguiente figura:

FIGURA 75 Estado principal – cambiar _ canal

• Elección de módem. A continuación se nombran algunas características que posee este módem y que se tuvieron en cuenta a la hora de elegirlo. Uno de los factores que se tuvieron en cuenta es la velocidad de transmisión de este módem, los puertos para comunicación; también tiene conversores análogo digital que es una de las ventajas más importantes porque si ocurre algún evento con la etapa de conversión análogo digital puede la señal electroencefalográfica puede ser enviada manualmente o ser conectada a través del conversor análogo digital del módem. El peso es otra de las grandes ventajas y hacen que este dispositivo de transmisión de señales electroencefalográficas se vuelva un módulo portable.

Otra ventaja de este módem, es la unidad de almacenamiento de los eventos cuando no hay disponibilidad de red y los envía automáticamente.

Es un módem rápido y potente, habilita procesos complejos y aplicaciones críticas en el tiempo.

Optimizado para comunicaciones globales M2M. Proporciona un amplio rango de características para transmisión

de voz y datos. Su TCP/IP intrínseco habilita al usuario un uso efectivo del GPRS. Amplia memoria y potente procesador, es ideal para un ancho

espectro de soluciones de comunicaciones M2M. Banda cuádruple (850/900/1800/1900).

GSM 850/900 potencia clase 4 (33dBm). GSM 1800/1900 potencia clase 1 (30dBm).

Compatible con 3GPP. Alimentación 3.2 – 4.5 VDC. Dimensión toral (excluyendo conectores):

50x33x3.2 mm Rango de temperatura:

-30ºC a +75ºC (operacional). -40ºC a +90ºC.

Peso: 9 gramos. Entrada dual de micrófono y salida de altavoz. 15 IN/OUT programables de propósito general. 4 entradas de conversión análoga digital. Interfase SPI. Reloj en tiempo real con alarma de salida. 2 UARTs (Transmisor-Receptor Asíncrono Universal).

Velocidad de 1200 a 460,800 bits/seg. Paridad, datos y bit de parada programable.

Conector de RF MMCX (miniatura). Sistema de conexión de 60 pines. Control por comandos AT ANEXO C. Protocolo TCP/IP:

Comandos AT que dan acceso al TCP/IP. Múltiples sockets.

Protocolo IPv4. Archivo Histórica Los últimos 1200 eventos se almacenan en

memoria para consulta por usuario. Archivo Store & Forward, 1200 eventos. La unidad almacena

hasta 1200 eventos cuando no hay disponibilidad de red y los envía automáticamente cuando encuentra red GPRS.

El módem que se usará se muestra en la figura 75. FIGURA 76 Módem GR64

El tarjeta lista para transmisión contiene:

• Modulo GR64. • Antena. • Cable de conexión. • Porta Simcard. • Conector de 60 pines. • Fuente de Alimentación. • Software de comandos AT y en C para programación del MODEM. • Componentes pasivos.

4.4 DISEÑO E IMPLEMENTACIÓN DEL APLICATIVO DE SOFTWARE Rx El diseño e implementación del aplicativo de software comienza, con un mapa de navegación, en el cual se plantea una idea general del sistema a desarrollar. El proceso a seguir esta formado por una serie de actividades y sub-actividades, cuya realización se van repitiendo a lo largo del proyecto con el fin determinar las características del sistema, sus clases, objetos, atributos y la interacción de los mismos.

Las fases a seguir para ésta aplicación son: • Desarrollo de Mapa de Navegación, para dar una idea general del sistema. • Modelamiento de aplicativo UML, el cual permite un análisis detallado del

sitema. A continuación se plantea sus actividades a realizar: - Planificación y especificación de requisitos - Casos de Uso - Fase de Construcción: Diseño de Alto Nivel - Fase de Construcción: Diseño de Bajo Nivel

• Diseño del aplicativo de recepción de señales EEG (Mediante Sockets,

RPCs, vía Web). • Diseño de las interfaces. • Diseño de el esquema de Base de Datos (Modelo Entidad/Relación) • Análisis de diferentes motores de Base de Datos (MySQL, Postgress,

Oracle, DB2, SQLServer, etc) para seleccionar el más adecuado. • Implementación del aplicativo de recepción y de visualización con las

herramientas seleccionadas

4.4.1 Mapa de navegación. En la figura 76, se muestra la forma global en que se desarrolla ésta fase del proyecto, y la relación que existe en cada una de sus instancias, las cuales podrán ir cambiando a lo largo del análisis de sus clases, objetos, métodos y atributos. Por consiguiente se concluye del primer análisis que al ingresar al sistema se puede validar el número de identificación del paciente o de lo contrario se puede crear uno nuevo. Dentro de las opciones del usuario este podrá visualizar los antecedentes del paciente, los controles que lleva y en la opción imágenes se podrá iniciar la recepción y visualizar las señales.

FIGURA 77 Mapa de navegación.

4.4.2 Modelamiento aplicativo UML

• Fase de planificación y especificación de requisitos. Esta fase corresponde a la especificación de requisitos basados en un modelo conceptual y la definición de casos de uso de alto y bajo nivel. Para ello se debe desarrollar un plan de actividades, el cual se expone a continuación:

Planeación:

1. Ingresar número de Identificación. 2. Validar número de Identificación. 3. Toma de datos del paciente. 4. Almacenamiento de datos. 5. Historial / Control. 6. Imágenes de su examen.

Requisitos: 1. Almacenar los datos 2. Crear una interfaz (datos-imagen)

• Casos de uso: En los casos de uso se exponen los requisitos funcionales del sistema.

Diagrama de Casos de uso En el diagrama de casos de uso se representa el sistema como una caja rectangular. Los casos de uso están al interior de la caja y los actores fuera de ella. FIGURA 78 Diagrama: Casos de Uso

Caso de Uso: Alto Nivel Describe el proceso de forma global y generalizada, y da a entender el grado de complejidad del sistema. • Caso de uso: Digitar número de identificación. • Actores: Paciente, Doctor. • Tipo: Primario . • Descripción: Se digita el número de identificación del paciente para ingresar

a su menú el cual ofrecerá las opciones de iniciar la transmisión, vicualizar estado del paciente y antecedentes familiares.

Caso de Uso: Alto Nivel Expandido Describe el proceso de forma expandida, incluyendo un curso típico de eventos. • Caso de uso: Digitar número de Identificación • Actores: Paciente, Doctor. • Tipo: Primario y esencial. • Propósito: Recibir la señal transmitida, acceder a la información del

paciente. • Visión General: Un paciente desea hacerse un examen EEG, se prepara el

sistema para acceder a su número de identificación, si el paciente existe se activará una alarma modo de captura imagen. Se almacena la imagen, se visualiza la imagen. Como panel de herramientas se podrán ver los antecedentes del paciente. Si no existe se tendrá la opción de ingresar un nuevo usuario con validación de una persona autorizada (Doctor).

TABLA 14 Pasos a seguir según su condición

Si Existe Si No Existe Ingreso del número Identificación Crear un nuevo usuario

Toma de imagen Llenar planilla con información general

Almacenamiento de Imagen

Almacenamiento de la información

Alerta de registro Nuevo Crear Historial/ Antecedentes Digitalización de Diagnostico Toma de imagen Almacenamiento de cambios Almacenamiento de Imagen Salir Alerta de registro Nuevo

Digitalización de Diagnóstico Almacenamiento de cambios

Salir

Curso típico de eventos

1. Este comienza cuando se desea hacer un examen de EEG. 2. Se pide un número de identificación de usuario (en este caso será el

número 1). 3. Introduce el número, y el sistema valida su existencia. 4. Se prepara el sistema para recibir la transmisión. 5. Almacenamiento de imagen. 6. Alerta de registro nuevo. 7. Visualización de la Imagen.

8. Digitalización de Diagnóstico, según la imagen tomada. 9. Almacenar cambios. 10. Salir del sistema.

Cursos Alternativos: En la línea 3, si el usuario no existe, se agregará una línea en la cual se crea un nuevo usuario y seguirá a la línea 4.

Caso de uso: Real 1. Este caso empieza cuando el usuario ingresa su número de identificación

por medio de un teclado (en este caso será el numero 1). 2. El sistema comprueba si existe el usuario. 3. Se prepara el sistema para iniciar la recepción. 4. Inicio de la transmisión. 5. Fin de la recepción. 6. Captura y almacenamiento de la imagen. 7. Activación de la alarma (Nuevo registro). 8. Digitalización del Diagnóstico . 9. Guardar cambios. 10. Salir del sistema. Curso Alternativo: En la línea 2, si el usuario no existe, se agregará una línea nueva en la cual se creará un nuevo usuario (formato) y seguirá a la línea 3.

• Fase de construcción: diseño de alto nivel En esta fase, se dará a conocer todos los conceptos relacionados con el subconjunto de casos de uso. Se llegará a una buena compresión del problema más no a la solución del mismo, ni se hablará de su implementación. Para ello se plantea un conjunto de actividades a desarrollar que consisten en actualizar los modelos que se tengan según lo analizado anteriormente. Las actividades a desarrollar son las siguientes: 1. Identificación de conceptos. 2. Creación de Modelo Conceptual (Lista de conceptos). 3. Identificación de atributos. 4. Diagrama de Secuencia del sistema. 5. Definir Contratos de Operación. 6. Definir Diagrama de Estados.

Desarrollo de las Actividades Lista de conceptos: • Teclado. • Paciente. • Validación del número de identificación. • Ingreso del número de Identificación. • Validación al sistema. • Inicio de la transmisión y recepción. • Fin de la transmisión. • Almacenamiento de imagen y datos.

Atributos: • Inicio:

- Validación del número de identificación. • Nuevo usuario:

- Primer nombre. - Segundo Nombre. - Primer apellido. - Segundo apellido - Edad. - Dirección. - Número de Identificación. - Género. - Fecha de nacimiento.

• Control:

- Primer control. - Crear un control nuevo.

• Historial:

- Antecedentes del paciente.

• Almacenamiento de imágenes: - Frecuencia. - Amplitud. - Fecha de la toma de imagen .

Contratos de Operaciones: En el Contrato de operaciones se determina por medio de una tabla el comportamiento esperado del sistema y un diagrama de secuencia del sistema. Sus características son: Nombre, Responsabilidad, Excepción, Pre-Condición y Post- Condición. TABLA 15 Contratos de Operaciones

Nombre Responsabilidad Excepción Pre- condición Post- Condición

Digitar numero de Id.

Validar la existencia del Numero

Si el número no existe, Ninguna

Inicio de la transmisión

se debe crear un nuevo usuario y recepción

Nuevo Usuario Llenar los datos del paciente Ninguna

Si y sólo si el paciente

Una vez almacenado los datos

no existe

Se podrá iniciar la Tx y Rx

Inicio de Transmisión y Recepción

Almacenar las señales Ninguna

Se debe validar el numero de Id.

Almacenar información

Digitar Diagnóstico

Almacenar información Ninguna

Al finalizar la Tx y Rx Finalizar

Se debe determinar un Dx Sistema

Finalizar sistema Guardar cambios Ninguna Antes de salir de sistema preguntar Finalizar

FIGURA 79 Diagrama de secuencia del Sistema

Diagrama de Estados:

Los diagramas de estados se basan el la combinación de casos de uso y muestran la secuencia permitida de eventos externos que pueden ser reconocidos y tratados por el sistema, en este Caso un evento externo es del número de identificación del paciente, el cual es la clave de inicio para ingresar a su menú y así poder iniciar la transmisión y recepción de las señales EEG.

FIGURA 80 Diagramas de Estados

• Fase de construcción: diseño de bajo nivel En esta fase se crea una solución a nivel lógico para satisfacer los requisitos planteados anteriormente en la fase de Diseño de Alto Nivel. Para tal fin se diseñan dos diagramas claves: Diagramas de Interacción y Diagrama de Clase de Diseño. En los diagramas de interacción se muestra el intercambio de mensajes entre las instancias del modelo de clases para cumplir las post-condiciones establecidas en el contrato de operaciones; y en el diagrama de Clase de Diseño se definen los elementos que forman parte del sistema orientado a objetos (clases y objetos).

4.4.3 Identificación de clases, objetos y atributos

Las clases son: • Clave

• Nuevos Datos

• Antecedentes

• Imagen

Los objetos y sus atributos son: • Número de id: Clave.

• Llenar Formato: Nuevos Datos.

• Historial: Antecedentes.

• Control: Antecedentes.

4.4.4 Diagramas de clase. El diagrama de clases describe la forma en que los objetos se relacionan y y se comportan entre ellos. A continuación en la figura 81 se observa el diagrama de clases y las divisiones de niveles que hay entre ellas.

FIGURA 81 Diagrama de Clases

4.4.5 Diagrama de interacción. Los diagramas de interacción se utilizan para moldear los aspectos dinámicos de un sistema el cual permite ver sus componentes, nodos y los mensajes enviados entre ellos. En la figura 82 se visualiza el diagrama de interacción para este proyecto.

FIGURA 82 Diagrama de Interacción

4.4.3 Diagrama de bloques. En la figura 83, se muestra el diagrama de bloques de la arquitectura del sistema de recepción, el cual consiste en un sistema de control de adquisición y una interfase gráfica por medio de NetBeans 5.5.

FIGURA 83 Diagrama de Bloques

4.4.4 Adquisición de datos. La adquisición de datos se hará por medio de sockets. Los sockets son puntos finales de enlaces de comunicaciones entre procesos. Los procesos los tratan como descriptores de archivos, de forma que se pueden intercambiar datos con otros procesos transmitiendo y recibiendo a través de sockets. El tipo de sockets describe la forma en la que se transfiere información a través de ese socket.

Tipos de Sockets

• Sockets Stream (TCP): son un servicio orientado a conexión, donde los datos se transfieren sin encuadrarlos en registros o bloques. Si se rompe la conexión entre los procesos, éstos serán informados de tal suceso para que tomen las medidas oportunas.

El protocolo de comunicaciones con streams es un protocolo orientado a conexión, ya que para establecer una comunicación utilizando el protocolo TCP, hay que establecer en primer lugar una conexión entre un par de sockets. Mientras uno de los sockets atiende peticiones de conexión (servidor), el otro solicita una conexión (cliente). Una vez que los dos sockets estén conectados, se pueden utilizar para transmitir datos en ambas direcciones. Este tipo de sockets gracias a sus características es el utilizado en este proyecto. El Stream recibirá la trama eeg que se está transmitiendo desde el microcontrolador mediante un modem GPRS por una red TMC.

• Sockets Datagrama (UDP): son un servicio de transporte sin conexión. Son más eficientes que TCP, pero en su utilización no está garantizada la fiabilidad. Los datos se envían y reciben en paquetes, cuya entrega no está garantizada. Los paquetes pueden ser duplicados, perdidos o llegar en un orden diferente al que se envió.

El protocolo de comunicaciones con datagramas es un protocolo sin conexión, es decir, cada vez que se envíen datagramas es necesario enviar el descriptor del socket local y la dirección del socket que debe recibir el

datagrama. Como se puede ver, hay que enviar datos adicionales cada vez que se realice una comunicación, aunque tiene la ventaja de que se pueden indicar direcciones globales y el mismo mensaje llegará a muchas máquinas a la vez.

• Sockets Raw: son sockets que dan acceso directo a la capa de software de red subyacente o a protocolos de más bajo nivel. Se utilizan sobre todo para la depuración del código de los protocolos34

En el ANEXO E. se encuentra el código implementado para el programa SERVER SOCKET.

A continuación se hace una breve explicación del código de programación del programa SERVER SOCKET:

Utiliza un objeto de la clase ServerSocket (HServerSocket), que sirve para esperar las conexiones en un puerto determinado (PUERTO), y un objeto de la clase Socket que sirve para gestionar una conexión con cada cliente. Mediante un bucle for y la variable datoAct se restringe el número de clientes; cada vez que en el puerto de este servidor aparezca un cliente, se atiende y se incrementa el contador. Para atender a los clientes se utiliza la primitiva accept() de la clase ServerSocket, que es una rutina que crea un nuevo Socket (HClientSocket) para atender a un cliente que se ha conectado a ese servidor. Se asocia al socket creado (HClientSocket) un flujo (flujo) de salida DataOutputStream de escritura secuencial, en el que se escribe el mensaje a enviar al cliente. Mediante la excepción getMessage().solo se captura e imprime el mensaje

4.4.5 Interfaz gráfica. Graphical User Interface (GUI), es un tipo de interfaz que utiliza un conjunto de imágenes y objetos gráficos para representar la información y acciones disponibles en la interfaz. Se utiliza GUI dentro del aplicativo de NetBeans IDE, el cual es un entorno de desarrollo, es una herramienta para programadores pensada para escribir, compilar, depurar y ejecutar programas. Está escrito en Java, pero puede servir para cualquier otro lenguaje de programación. 35 4.4.6 Inicio de etapa de desarrollo

• Algoritmo. Desarrollar un sistema de recepción para visualizar señales EEG. Se debe crear un socket que reciba la señal que viaja a través de la trama de transmisión, se reciben 10 bits uno de inicio, 8 de datos y uno de finalizar la trama, este valor está entre 0 y 255; donde 0 es cero voltios y 255 equivale a 5 voltios. Por otro lado las personas autorizadas para ingresar al sistema serán: dos administradores, el cual no tiene restricción alguna dentro del sistema. La cantidad de pacientes dentro

34 http://www.itapizaco.edu.mx/paginas/JavaTut/froufe/parte20/cap20-3.html 35 http://www.netbeans.org/index_es.html

de la base de datos inicialmente serán tres, aunque se maneje sólo uno. Se debe validar el número de identificación de cada paciente, si este no existe de debe llenar un formato con su información general, de lo contrario podrá acceder al menú principal del paciente, en el cual, se podrá ver su historial, sus antecedentes, las imágenes transmitidas. De igual manera debe haber una opción que permita recibir la señal sin necesidad de hacer validación del número de identificación del paciente como caso de emergencia y asistencia rápida. El sistema quedará listo para realizar transmisión y recepción por medio de GPRS, sin embargo como alternativa y debido a la adquisición del modem también existirá la opción de recibir la trama por medio de puerto serial utilizando como software Labview.

• Herramientas de desarrollo

Netbeans IDE 5.0 JDK 1.6 JCreator Labview

Pantalla de presentación. Se da inicio de sesión únicamente a las personas autorizadas por medio de un nombre de usuario y contraseña. Esto se puede visualizar en las figuras 84 y 85.

FIGURA 84 Pantalla de Presentación

Menú Principal:

En la figura 95 se muyes el menú principal el cual permite ingresar los datos de un nuevo paciente, abrir el socket y escribir la patología y historial que tiene el También hay una pestaña que permite graficar la señal recibida. FIGURA 85 Menú principal

En el ANEXO D., se encuentra el código para visualización de imágenes.

4.5 BASE DE DATOS

MySQL versión 5.5, es un sistema que controla Base de Datos (DBMS, DataBase Management System), y permite crear interfaces entre los lenguajes de programación como lo son PHP, Perl, o Java.

Antes de iniciar con la creación de la base de datos, se debe identificar las keys. El concepto de Key se extrae de la normalización que fue desarrollada por IBM y creada por el investigador E.F Codd, quien determinó una serie de reglas llamadas: normal forms, los cuales ayudan a definir la organización del diseño de la base de datos. 36

La Base de Datos para este proyecto es denominada “eeg”. Se determina que cada paciente es reconocido por un número único de identificación el cual es conocido como cedula de ciudadanía, éste será el primary key. Cada vez que el paciente asiste a un examen de EEG o en su defecto a una sesión psicológica se almacena un número de registro, el cual significa las veces que ha asistido a control y éste número cumplirá el papel de foreign key.

Las tablas son: Llenar Formato, Número de Record, Ingreso al sistema. Las señales recibidas se almacenan en la Base de Datos de forma temporal.

TABLA 16 Ingreso al Sistema

Log Admón. Username Password Function

Cata 12345 admon Emy 54321 admon Dr. Adriana Montoya dam1 dra Dr. Jorge Anaya dja3 dr Dr. Jaime Restrepo djr2 dr Invitado Invite secretary

TABLA 17 Llenar Formato

Fill Form id (primary Key)

Name Contact Number Mobile Number

Address Gender

Birth

36 ULLMAN Larry, MySQL, Segunda Edition. Pearson Education. 2007. pag 58 en adelante

TABLA 18 Records

Records Id_r(Foreign Key)

Type of Exam File

En el ANEXO G se encuentra el código del programa para leer stream y convertirlo en carácter con su respectiva explicación.

5 PRUEBAS Y AJUSTES A continuación se nombran los procedimientos que se tuvieron en cuenta a la hora de hacer las pruebas del prototipo.

5.1 DISEÑO DEL PLAN DE PRUEBAS Las pruebas consisten en hacer un estudio detallado de cada una de las etapas del prototipo funcional.

• La primera prueba, consiste en hacer un análisis de cada una de las etapas de adquisición de datos, este módulo es un electroencefalógrafo que se encuentra diseñado; solo se va hacer la implementación de este. Estas pruebas consisten en un análisis de frecuencia y voltaje por etapas, para determinar si es viable o no tomar las muestras del electroencefalógrafo implementado y transmitir las señales que se están capturando en tiempo real ó si hay la necesidad de emular las señales electroencefalográficas que se han tomado a pacientes reales. Esta última posibilidad se puede presentar debido al alto nivel de ruido que se presenta en el electroencefalógrafo implementado o una baja ganancia en este; presentándose una baja ganancia en el EEG el conversor A/D del microcontrolador no tomaría todos los niveles de cuantización de la señal EEG y por lo tanto en recepción la señal no se vería completa. Se cuentan con escasos recursos a la hora de implementar el circuito de electroencefalograma debido a que los amplificadores de instrumentación son de alto costo, por ello se trabaja con TL 084, habiendo hecho un previo estudio de las características de este amplificador.

• La segunda parte consiste en hacer la implementación del multiplexor, hacer el estudio de la salida cuando análogamente se selecciona el canal que se va a trabajar, estos multiplexores por ser análogos, introducen mucho ruido en la salida de la señal que ha sido seleccionada, a partir de esto se hará un estudio y un análisis de ruido de la salida del multiplexor y se determinará si es viable o no la transmisión de esta señal así sea con muy bajo nivel de ruido.

• La tercera prueba es el estudio que se hace en la etapa de procesamiento. Como la señal está siendo decodificada, como es el comportamiento de la señal decodificada; si hay una conversión análogo – digital completa o si hay que re diseñar el módulo de la etapa de procesamiento para la conversión de la señal, y si no es esto entonces si hay la necesidad de emular la señal electroencefalográfica debido a que en la etapa de adquisición no se obtuvo una señal con una amplificación suficiente o una señal con mucho ruido.

• La cuarta etapa es el diseño de implementación y aplicativo de software el cual comienza, con un mapa de navegación, donde se plantea una idea general del sistema. En él se realiza una breve planificación y se mencionan los requisitos necesarios para el inicio del desarrollo.

Seguidamente por medio de la construcción de los casos de uso alto y bajo nivel se determinan, las clases, los objetos y los atributos.

• La quinta fase hace referencia a la creación de la interfaz gráfica, la cual es implementada dentro de los aplicativos de NetBeans. Para ello se debe tener cierto conocimiento de programación orientada a objetos. Paralelo a esto se crea la Base de Datos, en MySQL. Paralelamente a ello se deben ir realizando pruebas utilizando puerto serial y visualizar las inmagenes tranmitidas en labview.

• La sexta parte es la creación de sockets, el cual permite unir la comunicación entre los dos procesos (Hardware y software).La señal transmitida es recibida a través del stream, la señal digital es recibida y graficada, por medio de las clases que java ofrece como lo son Read byte y Line Graphic.

5.2 APLICACIÓN DEL PLAN DE PRUEBAS 5.2.1 Ajustes y análisis de resultados en la etapa de captura de datos EEG. Se tienen dos opciones para emular la transmisión de la señal electroencefalográfica; estos se mencionan a continuación:

• Emular señales electroencefalográficas que previamente han sido tomadas a diferente clases de personas; estas señale se descargaron de la siguiente página de Internet: http://www.icad.org; son señales que previamente fueron estudiadas, se encuentran en formato MP3; el análisis de electroencefalografía fue tomada según el estándar 10/20 y la morfología de sus ondas es la siguiente:

FIGURA 86 Emulación FP1 EEGL.

Las frecuencias para esta zona puede ser de tipo TETA que se encuentran entre los 5-100 Hz. Haciendo el análisis con ADOBE AUDITION la señal que proporciona cada una de estas muestras de señales electroencefalográficas se muestra en la figura 86. FIGURA 87 Análisis de señal electroencefalográfica emulada

Como se puede ver en la figura 87, haciendo un análisis de frecuencia de la señal electroencefalográfica emulada, esta tiene una frecuencia de trabajo del orden de los HZ, trabaja en un rango promedio de 43 Hz. Esta señal puede ser transmitida y visualizada en recepción. Es una señal que no tiene componentes AC porque se encuentra digitalizada, de manera que al hacer un muestreo por medio de la etapa de procesamiento tomará todos los niveles de valores de voltaje. Con lo anterior una de las formas de emular la transmisión de la señal electroencefalográfica es con señales que han sido tomadas a diferentes pacientes, estas señales no se exceden en su frecuencia y la etapa de procesamiento toma todos los valores de esta señal, porque tiene un buen rango de voltaje en el orden de los voltios.

• Etapa de adquisición de datos; toma de señales electroencefalográficas: A partir del electroencefalograma construido en el ítem 4.3.1 se hizo una toma de señales electroencefalográficas a diferentes pacientes en diferentes zonas del cerebro y los resultados de la toma de esta señal se ilustran a continuación en las figuras de la 103 a la 106.

FIGURA 88 Señal electroencefalográfica Frontal – Parietal 1

La figura 88 se asocia con una señal electroencefalográfica frontal – parietal 1 FP1 de acuerdo con el estándar 10/20. FIGURA 89 Señal electroencefalográfica – Temporal T3.

De acuerdo con el estándar 10/20 el electrodo para esta zona se ubicó en la región T3. Esta señal se puede asociar con una morfología ondas agudas por lo general se presenta en regiones temporales. Por lo general las ondas agudas pertenecen a actividades regulares e irregulares; tiene diversas morfologías.

FIGURA 90 Señal electroencefalográfica Sienes – F3

De acuerdo con el estándar 10/20 el electrodo para esta zona se ubicó en la región F3 Sienes. Esta señal se puede asociar con una morfología ondas agudas por lo general se presenta en regiones temporales. Sin embargo, las señales electroencefalográficas anteriores necesitan de más amplificación para que la etapa de procesamiento tome todos los valores de la señal que se está muestreando. Para ello se elabora una nueva de etapa de amplificación. El diseño de esta etapa se encuentra en el ANEXO J. Con sus respectivas explicaciones. La señal de esta etapa de amplificación implementada es la siguiente: FIGURA 91 Señal de salida con etapa de amplificación.

5.2.2 Ajustes y análisis de resultados en procesamiento para Tx.

• Se hacen varios análisis por etapas para verificar la respuesta del circuito de adquisición de datos o señales electroencefalógrafo, y se obtiene que:

• Etapa de procesamiento de las señales: Inicialmente se hacen pruebas

para saber si se está obteniendo un correcto muestreo y nivel de cuantización de la señal. Para ello se desarrolla un programa en Visual Basic de lectura de puerto serial, el código y estructura del programa se encuentra en el ANEXO H.

La ventana de ejecución del programa se muestra en la figura 92. FIGURA 92 Ventana de ejecución del programa para lectura de RS232

Este programa, toma las señales digitales que provienen de la etapa de procesamiento de señales. Prueba 1: La primera prueba al aplicarle una señal electroencefalográfica de entrada arroja los siguientes resultados:

TABLA 19 Resultados Prueba 1

ID PACIENTE CANAL CONVERSION A/D CONVERSION HEXA

10 0 0 0 0

10 0 0 11 17

10 0 0 4 4

10 0 0 0 0

10 0 0 1 1

10 0 0 0 0

10 0 0 1 1

10 0 0 1 1

10 0 0 6 6

10 0 0 0 0

10 0 0 0 0

10 0 0 0 0

10 0 0 5 5

10 0 0 0 0

10 0 0 0 0

10 0 0 16 22

10 0 0 0 0

10 0 0 1 1

10 0 0 0 0

10 0 0 8 8

10 0 0 0 0

10 0 1 2 2

10 0 1 8 8

10 0 1 4 4

10 0 1 1 1

10 0 1 0 0

10 0 1 10 16

10 0 1 6 6

10 0 1 0 0

10 0 1 0 0

10 0 1 1 1

10 0 1 0 0

10 0 1 0 0

10 0 1 0 0

10 0 1 0 0

10 0 1 4 4

10 0 1 0 0

10 0 1 4 4

10 0 1 0 0

10 0 1 0 0

10 0 1 4 4

10 0 2 0 0

10 0 2 0 0

10 0 2 0 0

10 0 2 15 21

10 0 2 7 7

10 0 2 4 4

10 0 2 0 0

10 0 2 7 7

10 0 2 4 4

10 0 2 5 5

10 0 2 5 5

10 0 2 0 0

10 0 2 0 0

10 0 2 1 1

10 0 2 3 3

10 0 2 0 0

10 0 2 6 6

10 0 2 2 2

10 0 2 6 6

10 0 2 0 0

10 0 3 6 6

10 0 3 0 0

10 0 3 2 2

10 0 3 0 0

10 0 3 4 4

10 0 3 0 0

10 0 3 0 0

10 0 3 0 0

10 0 3 0 0

10 0 3 12 18

10 0 3 3 3

10 0 3 4 4

10 0 3 0 0

10 0 3 0 0

10 0 3 0 0

10 0 3 1 1

10 0 3 0 0

10 0 3 0 0

10 0 3 2 2

10 0 3 0 0

10 0 0 0 0

10 0 0 4 4

10 0 0 0 0

10 0 0 0 0

10 0 0 0 0

10 0 0 7 7

10 0 0 0 0

10 0 0 1 1

10 0 0 6 6

10 0 0 0 0

10 0 0 0 0

10 0 0 0 0

10 0 0 E 14

10 0 0 0 0

10 0 0 0 0

10 0 0 E 14

10 0 0 1 1

10 0 0 0 0

10 0 0 0 0

10 0 0 C 12

10 0 1 0 0

10 0 1 0 0

10 0 1 7 7

10 0 1 2 2

10 0 1 0 0

10 0 1 0 0

10 0 1 8 8

10 0 1 1 1

10 0 1 0 0

10 0 1 B 11

10 0 1 3 3

10 0 1 0 0

10 0 1 0 0

10 0 1 0 0

10 0 1 0 0

10 0 1 7 7

10 0 1 0 0

10 0 1 1 1

10 0 1 0 0

10 0 1 0 0

10 0 1 3 3

10 0 2 6 6

10 0 2 0 0

10 0 2 0 0

10 0 2 17 23

10 0 2 0 0

10 0 2 0 0

10 0 2 0 0

10 0 2 1 1

10 0 2 0 0

10 0 2 0 0

10 0 2 3 3

10 0 2 0 0

10 0 2 0 0

10 0 2 0 0

10 0 2 1 1

10 0 2 0 0

10 0 2 0 0

10 0 2 0 0

10 0 2 0 0

10 0 2 0 0

10 0 3 9 9

10 0 3 0 0

10 0 3 0 0

10 0 3 0 0

10 0 3 0 0

10 0 3 0 0

10 0 3 0 0

10 0 3 0 0

10 0 3 0 0

10 0 3 11 17

10 0 3 A 10

10 0 3 4 4

10 0 3 0 0

10 0 3 0 0

10 0 3 4 4

10 0 3 0 0

10 0 3 0 0

10 0 3 0 0

10 0 3 4 4

10 0 3 0 0

10 0 0 0 0

10 0 0 2 2

10 0 0 A 10

10 0 0 0 0

10 0 0 0 0

10 0 0 5 5

10 0 0 4 4

10 0 0 0 0

10 0 0 6 6

10 0 0 0 0

10 0 0 1 1

10 0 0 0 0

10 0 0 E 14

10 0 0 0 0

10 0 0 0 0

10 0 0 D 13

10 0 0 6 6

10 0 0 0 0

10 0 0 0 0

10 0 0 9 9

10 0 1 0 0

10 0 1 0 0

10 0 1 7 7

10 0 1 0 0

10 0 1 4 4

10 0 1 0 0

10 0 1 3 3

10 0 1 1 1

10 0 1 0 0

10 0 1 0 0

10 0 1 0 0

10 0 1 0 0

10 0 1 2 2

10 0 1 0 0

10 0 1 0 0

10 0 1 B 11

10 0 1 0 0

10 0 1 0 0

10 0 1 0 0

10 0 1 0 0

10 0 1 0 0

10 0 2 6 6

10 0 2 0 0

10 0 2 0 0

10 0 2 17 23

10 0 2 0 0

10 0 2 0 0

10 0 2 0 0

10 0 2 0 0

10 0 2 0 0

10 0 2 0 0

10 0 2 1 1

10 0 2 0 0

10 0 2 0 0

10 0 2 0 0

10 0 2 2 2

10 0 2 0 0

10 0 2 0 0

10 0 2 0 0

10 0 2 2 2

10 0 3 0 0

10 0 3 10 16

10 0 3 0 0

10 0 3 3 3

10 0 3 0 0

10 0 3 0 0

10 0 3 0 0

10 0 3 8 8

10 0 3 D 13

10 0 3 0 0

10 0 3 11 17

10 0 3 B 11

10 0 3 0 0

10 0 3 5 5

10 0 3 0 0

10 0 3 6 6

10 0 3 6 6

10 0 3 0 0

10 0 3 0 0

10 0 3 4 4

Como se puede ver, esta tabla, son los datos de la prueba 1, la tabla que se encuentra bordeada de color negro es el primer canal, el segundo canal, el que se encuentra bordeado de color rojo. Para demostración solo se pusieron los datos de los canales 1 y dos, porque se haría muy extenso colocar los datos de más canales. La primera y segunda columna de la tabla, es el número de identificación de paciente que corresponden la primera a los dos primeros dígitos y la segunda a los dos últimos dígitos de la identificación del paciente. La tercera columna en cierta parte muestra el canal de procesamiento y el estado o tiempo en el que se encuentra este canal de procesamiento. La tercera columna indica los datos que arroja el conversor al hacer su proceso interno dentro del microcontrolador, estos datos se encuentran en formato hexadecimal y la conversión de los datos de hexadecimal a decimal se hace a través de una tabla en Excel digitando el siguiente código para conversión:

; HEX2DEC (# DE COLUMNA)

Se puede notar que la conversión análogo digital que se encuentra haciendo el microcontrolador está en la columna 3 y a través de estos datos, se dibuja una señal donde se ilustra el nivel de muestreo y cuantización de la señal, esta prueba se hace en el primer diseño de electroencefalograma propuesto, para el proceso del proyecto este esquema, es el que fue desarrollado en el Instituto de Arte de California y se encuentra en el ANEXO B.

FIGURA 93 Resultados Prueba 1

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

1 9 17 25 33 41 49 57 65 73 81 89 97 105

113

121

129

137

145

153

161

169

177

185

193

201

209

217

225

233

241

249

257

265

273

281

289

297

305

313

321

329

337

345

353

361

369

377

385

393

401

409

417

425

433

441

449

457

465

473

481

489

497

505

513

521

529

537

545

553

561

569

577

585

593

601

609

617

625

633

641

649

657

665

673

681

689

697

705

713

721

729

737

745

753

761

769

777

785

793

801

809

817

825

833

841

849

857

865

873

881

889

897

Serie1

Prueba 2: Algunas tablas de resultados de las pruebas s encuentran en el ANEXO J y las gráficas que arrojan son las siguientes: FIGURA 94 PRUEBA 2

0

50

100

150

200

250

300

1 34 67 100 133 166 199 232 265 298 331 364 397 430

Esta tabla fue tomada de acuerdo a unas reformas que se le hicieron a la etapa de amplificador inversor, se cambia la resistencia de RF por un potenciómetro de 1MΩ, y la resistencia R1 de entrada por 1KΩ; aún así se nota que hay un error de cuantización que se presenta cuando el voltaje más pequeño cambia del bit menos significativo al mas significativo, la salida binaria va de 0 a 1.

0

10

20

30

40

50

1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25 27

Prueba 3: FIGURA 95 Prueba 3

0

50

100

150

200

250

300

1 6 11 16 21 26 31 36 41 46 51 56 61 66 71 76 81 86 91 96 La prueba 3 fue efectuada con el cambio hecho al filtro pasa bajo y pasa altos del electroencefalograma. Se cambian por frecuencias de 0.2 y 33 Hz sobre el circuito base que se encuentra en el ANEXO B. Prueba 4: FIGURA 96 Prueba 4.

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25 27 29

Las pruebas de las figuras 113, se hace bajo las reformas nombradas anteriormente, prueba de electroencefalograma. En este diagrama, se puede ver que aún no se está haciendo un muestreo correcto de la señal, ya que la señal está variando desde valores muy bajos; el conversor análogo digital no está tomando todos los valores de la señal electroencefalográfica que se desea muestrear. Para descartar errores de muestreo, se hacen unas reformas en la programación del microcontrolador, estas reformas se muestran en ajustes en la etapa de procesamiento para transmisión. Ajuste en la etapa de procesamiento para transmisión: Después de haber efectuado la prueba 4, para descartar posibles errores en la etapa de procesamiento, se hacen ajustes en la frecuencia de trabajo en el programa y

en la configuración del modo de transmisión; se supone que hay datos que se están perdiendo, porque por cada dato o muestra en cada canal se estaban transmitiendo el número de identificación de paciente y el canal, por ello la señal está tomando niveles muy altos o muy bajos el ajuste en la señal de electroencefalografía:

1. Se cambia la frecuencia de operación: este cambio se hace en: CONFIGURACION/NUCLEO/ESTRUCTURA y se realiza el cambio como se encuentra en la figura 97.

FIGURA 97 Ajustes en la frecuencia de operación.

2. En la figura 98. se muestra el re configuración de la rutina rote_id, para

que no halla pérdida en los valores de la señal que se está muestreando. Queda configurada de la siguiente forma: Transmisión de ID de paciente (2 muestras); Canal que se está transmitiendo (1 muestra); (997 muestras) de la señal electroencefalográfica que se está muestreando.

FIGURA 98 Trama de transmisión.

A partir de estos cambios se hace un nuevo muestreo de la señal; esta vez se prueba con una señal sinusoidal puesta directamente desde el generador de frecuencias la prueba 5 se muestra en la figura 99. Prueba 5: Señal puesta directamente desde el generador de frecuencias con una amplitud de voltaje de 1.5v y una frecuencia de 12 Hz. La señal se muestra a continuación en la figura 99. FIGURA 99 Prueba 5 con señal sinusoidal.

0

10

20

30

40

50

60

1 14 27 40 53 66 79 92 105

118

131

144

157

170

183

196

209

222

235

248

En la figura 99, se puede ver que la señal está saliendo recortada porque esta tiene componentes AC y por lo tanto el conversor análogo digital solo toma componentes DC de la señal, par ello se cuadra la señal sinusoidal que pueda tomar componentes DC y al hacer las pruebas la señal de salida se muestra en la figura 100. Prueba 6: prueba de muestreo de señal sinusoidal con componentes DC. El comportamiento de esta prueba se puede ver en la figura 99.

FIGURA 100 Prueba 6 con señal sinusoidal y componentes DC.

0

50

100

150

200

250

1 9 17 25 33 41 49 57 65 73 81 89 97 105

113

121

129

137

145

153

FIGURA 101 Muestreo de una señal electroencefalográfica real.

Con los resultados obtenidos en la figura 99 Y 100 Se concluye el análisis de pruebas y resultados de esta etapa. El prototipo queda listo para transmitir señales electroencefalográficas.

No se han podido hacer pruebas de recepción con los módems debido a que hasta la fecha no se han adquirido por parte de la universidad, las pruebas de recepción se han hecho mediante puerto serial como se puede ver en la figura 100, esta prueba se hizo mediante un software hecho en labview toma las señales por medio del puerto serial del PC. La ventana de ejecución se puede ver y se explica a continuación en la figura 101.

FIGURA 102 Adquisición de datos por puerto serial

En la figura 102, se encuentra el puerto de lectura de la señal (Puerto read), se puede escoger entre el puerto COM 1, COM 3 y LPT1. La velocidad de muestreo BAUD RATE, que depende de la velocidad máxima y mínima que maneje el microcontrolador y cual es la velocidad máxima que este microcontrolador permite para la entrada por puerto serial. El número de bits de datos, depende del microcontrolador que se está utilizando. Se encuentran también los bits de control de parada, bits de control de flujo y el número de bytes a leer. 5.2.3 Resultados obtenidos en Recepción. El único cambio en recepción fue el de habilitar el puerto RS232, para recepción de datos entre el prototipo – Interfase RS232 – Recepción. Para hacer pruebas y ajustes. El código del RS232 se encuentra en el ANEXO F se encuentra con su respectiva explicación.

5.2.4 Resultados obtenidos en visualización. Se hacen reformas en el código de visualización de la señal, debido a que el número de muestras que se estaban tomando en visualización, no corresponde al número de muestras que tomaba la etapa de procesamiento, el código finadle visualización se encuentra en el ANEXO D.

5.2.5 Evaluación integral del sistema. El sistema queda listo para transmitir ocho señales electroencefalográficas por medio de la red de telefonía móvil celular, sin embargo para la muestra solo se emularan las señales electroencefalográficas o se implementará una etapa de adquisición de datos

con uno dos canales de electroencefalografía. La etapa de multiplexación queda implementada para la transmisión de ocho canales de electroencefalografía, y la habilitación del enable y de los selectores del multiplexor se hace a través del microcontrolador en la etapa de procesamiento de las señales.

La etapa de visualización y recepción queda lista para recepción de ocho canales de señales electroencefalográficas, visualización de ID de paciente y visualización del canal que se está transmitiendo.

6 CONCLUSIONES

• El amplificador operacional no amplifica de la misma manera para todo el rango de frecuencias. Conforme la frecuencia de la señal a amplificar aumenta, la capacidad del Amplificador Operacional para amplificar disminuye.

• Se encontró la necesidad de rediseñar el circuito de

electroencefalograma sobre el cual se está trabajando porque no cumplía las condiciones mínimas de frecuencia en la que un electroencefalógrafo normal trabaja.

• Se emularon señales electroencefalográficas, para comprobar un

funcionamiento correcto en la etapa de procesamiento de datos, debido a que la etapa de adquisición de datos, presenta ruido y la señal a veces tiende a perderse; esto se puede dar por la saturación de los amplificadores que se están trabajando TL084. Para solucionar el problema, hubo la necesidad de emular las señales electroencefalográficas que trabajan en la misma frecuencia y voltaje que las señales para un electroencefalograma normal. Pero el sistema ya se encuentra listo para transmitir las señales de un electroencefalógrafo ya previamente diseñado usado en hospitales y laboratorios.

• A la hora de tomar muestras de señales cerebrales EEG, es necesario

tener en cuenta que el electrodo que se coloca en la corteza cerebral, no esté tomando muestras de señales electrocardiográficas, debido a su mala ubicación. Se debe tener en cuenta de cómo saber que el electrodo que se está ubicando no se encuentra en una vena de la corteza cerebral?. Aún si se está usando el estándar 10/20.

• También se debe tener en cuenta que el electrodo que se está ubicando

sobre la corteza cerebral no tome señales electromiográficas (movimiento de los músculos). Al hacer un examen de electroencefalografía, es necesario que el paciente no contraiga ningún músculo de la cabeza. Por ejemplo: Fruncir el ceño, es una contracción del músculo y por lo tanto si un electrodo de acuerdo al estándar 10/20 se encuentra ubicado en la zona frontal del cerebro, estaría tomando señales electromiográficas.

• Cuando se trabaja con señales biomédicas se hacen presentes ruidos

patógenos y los ruidos endógenos que emite el cuerpo. Después de la etapa de adquisición es necesario diseñar filtro para eliminar presencia de ruido en la salida del amplificador, de la fuente de voltaje etc. Por ello para hacer pruebas de electroencefalografía real es mejor trabajar con

equipos que se encuentren correctamente calibrados para toma de señales cerebrales, estas son muy pequeñas y podrían tender a perderse entre las señales de ruido, Para ello es aconsejable hacer etapas de filtrado de tipo NOTCH para eliminar un poco la presencia de ruido.

• Es grande la presencia de ruido del electroencefalograma

implementado, este electroencefalograma tiene un alto nivel de ruido, un rango de frecuencia de trabajo menos de lo normal de lo que acostumbran los EEG normales a trabajar y una ganancia muy baja, es por ello que se decide emular las señales electroencefalográficas reales, para el estudio de la respuesta de la etapa de procesamiento. Aún así, la etapa de procesamiento queda lista para hacer transmisión de señales que provengan de un electroencefalograma normal.

• El sistema de transmisión de señales electroencefalográficas, depende del diseño de la trama que se hace en transmisión, si la trama y el sistema de muestreo se encuentra diseñado correctamente, el sistema de transmisión por GPRS tiene un buen comportamiento y transmite el protocolo que se diseña. En este caso se transmite el protocolo para el prototipo funcional.

• El sistema de recepción GPRS mediante sockets en recepción permite

que la señal se decodifique correctamente y sea óptima para que el doctor o la persona que está haciendo diagnóstico en recepción pueda observar óptima.

• El sistema transmite a un servidor por puerto serial la señal la cual se puede ver como se recibe la trama, sin embargo en el software no está lista la parte de visualiz

7 RECOMENDACIONES

• Es recomendable que a la hora de diseñar un sistema de adquisición de señales electroencefalográficas, se haga digitalmente; a través de filtros digitales y programación.

• Si se realiza un electroencefalograma con componentes activos es

recomendable utilizar amplificadores de instrumentación con un alto CMRR.

• Un examen de electroencefalografía debe hacerse por personas que

sean expertas en el tema de toma de señales electroencefalográficas.

• Si se desea mirar el comportamiento de una determinada zona del

cerebro, es recomendable usar electrodos individuales, pero a la hora de tomar un electroencefalograma completo, es recomendable usar gorros con electrodos integrados, estos ya se encuentran ubicados de acuerdo al estándar 10/20 y son altamente sensibles.

• Si se instala un JDK diferente al mencionado el programa NetBeans

no lo reconocerá.

• Se pueden hacer futuras reformas en la etapa de recepción de acuerdo al diagnóstico que se desee hacer.

• Es recomendable diseñar un multiplexor digital en esta etapa (con

microcontrolador), un multiplexor análogo tiene a insertar mucho ruido en el sistema de adquisición de señales, con un multiplexor se puede presentar asimetrías y creación de armónicos.

• Este trabajo queda abierto para ser perfeccionado y además para

desarrollar nuevas investigaciones a partir de él ya que tienen un gran campo de acción en el campo de la Bio-Ingeniería.

8 BIBLIOGRAFIA

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[2007].

• WALER, G.J. Amplificadores operacionales en audio. Madrid, España. Ed: Paraninfo [1990].

• WILLIAMS, Arthur. Manual de circuitos integrados: sección diseño y

aplicaciones. Ed. McGraw Hill, [1992].

9 PAGINAS WEB CONSULTADAS

• GEISINGER Darío. Electrodos implantables en el cerebro en aplicaciones de prótesis neurales. Facultades de medicina e ingeniería. Universidad de la República Oriental del Uruguay. 2005 http://www.nib.fmed.edu.uy/Seminario2005/monografias2005/Geisinger.pdf

• MAKEIG, Scott. Desconstruyendo ondas cerebrales: ver el pensamiento en acción. 'Swartz Center for Computational Neuroscience of the Institute for Neural Computation' de la Universidad de California. San Diego -UCSD. (2004). http://www.sccn.ucsd.edu

• MARTIN, Jose; PALAZUELOS, Sira; BOQUETE, Luciano; MAZO, Manuel; PROVENCIO, David. Estudio de la transformada de Fourier y transformada de Wavelet como herramienta de análisis y clasificación de señales EEG. Departamento de electrónica. Escuela Politécnica. Universidad de Alcalá. Madrid. http://www.depeca.uah.es/personal/sira/Documentos/Ponencia%20CASEIB02.pdf.

• SIEGE Silva; A Federico; POMBO Lorenzana. Estudio comparativo del EEG con privación de sueño y el EEG convencional seriado en pacientes con diagnóstico de epilepsia. Asociación Colombiana de Neurología. Bogotá. 2001. http://bases.bireme.br/cgibin/wxislind.exe/iah/online/?IsisScript=iah/iah.xis&src=google&base=LILACS&lang=p&nextAction=lnk&exprSearch=307259&indexSearch=ID

• ORTS CASTRO, Emilio. et al. (s.f.). Estudios de EEG en una unidad de neurología – epilepsia. Recuperado el 25 de Marzo de 2005, de http://svneurologia.org/congreso/h-general-11.html

• NORMA 10/20: http://faculty.washington.edu/chudler/1020.html

• Juan Antonio Palos. Gráficos con Java 2D. Recuperado el 15 de octubre de 2007. http://www.programacion.net/tutorial/2d/3/

10 GLOSARIO

• CASO DE USO: Es un documento que describe a los actores utilizando un sistema para satisfacer un objetivo.

• CASO DE USO DE ALTO NIVEL: Describe el proceso en forma general.

• CASO DE USO EXPANDIDO: Describen a un nivel mas detallado el

problema por medio de eventos.

• COMANDOS AT: Los Comandos ATATLos caracteres AT (attention command) hacen referencia a un comando para llamar la atención y decirle al módem ModemModulator-Demodulator Es un dispositivo que convierte las señales analógicas en digitales y viceversa para la transmisión sobre líneas telefónicas análogas. integrado que comandos seguir. son un conjunto de comandos necesarios para el control del módem integrado del teléfono. Ya sea para control infrarrojo, inalámbrico o por cable.

Los Comandos AT deben ser usados a grandes razgos para el desarrollo de nuevos software de comunicaciones y ajustar propiedades avanzadas del teléfono.

Esto lo podemos desglosar de la siguiente forma:

Configurar el teléfono para una conexión inalámbrica, a través de infrarrojos o por el sistema de bus o cable.

Configurar el módem interno del teléfono para una conexión inalámbrica, a través de infrarrojos o por el sistema de bus o cable.

Solicitar información sobre la configuración actual o estado operativo del teléfono o módem.

Probar la disponibilidad del teléfono o módem. Solicitar el rango valido de parámetros aceptados y cuando éstos son

aplicables.

• COMPLEJO K: en electroencefalograma corresponde a ondas lentas y bifásicas caracterizada por una descarga lenta, negativa, de amplitud elevada y de una deflexión positiva.

• CONMUTACIÓN POR CIRCUITOS: establecen un circuito dedicado

entre las estaciones que se comunican. • CONMUTACIÓN POR PAQUETES: tienen nodos de concentración que

regulan el tráfico de datos.

• CUERPO CALLOSO: es una estructura que tiene por función establecer una comunicación entre los lóbulos frontales.

• GMSK (GAUSSIAN MINIMUM SHIFT KEYING): Es una modulación

utilizada en sistemas GSM. • GSM (GLOBAL SYSTEM MOBILE COMMUNICATIONS): Es un

sistema digital de telecomunicaciones principalmente usado para telefonía móvil. Sistema desarrollado en Europa que permite la transmisión de voz y datos.

• ELECTROENCEFALOGRAMA (EEG): Es un dispositivo que mide la

actividad eléctrica del cerebro. Permite diagnosticar la presencia, evalúa tumores, infecciones, y alteraciones metabólicas que afectan al cerebro.

• ELECTRODO: Es un elemento conductor que permite la adquisición de

señales EEG. Se pueden utilizar varios tipos: de aguja, autoadhesivos (para periodos prolongados) o de copa de oro o plata (para periodos prolongados).

• ESENCIALES: Son casos abstractos, los casos de alto nivel siempre

son esenciales por su brevedad y abstracción.

• FEC (Forward Error Correction) es un tipo de mecanismo de corrección de errores que permite su corrección en el receptor sin retransmisión de la información original. Se utiliza en sistemas sin retorno o sistemas en tiempo real donde no se puede esperar a la retransmisión para mostrar los datos. Este mecanismo de corrección de errores se utiliza por ejemplo, en las comunicaciones vía satélite, en las grabadoras de DVD y CD o en las emisiones de TDT para terminales móviles (estándar DVB-H), concretamente en este último caso se trata de un tipo especial de FEC, el denominado MPE-FEC.

• GANANCIA: La ganancia es la cantidad de veces que se amplifica la

señal de la entrada (aumenta su tamaño).

• IPV4: Establece el direccionamiento lógico de una red con el objetivo de que dos o más computadores puedan establecer el proceso de comunicación. Cuando el protocolo IPv4 comenzó a estandarizarse, el esquema de direccionamiento estaba basado en un registro fuente y en un registro destino de 32 bit cada uno tal como se muestra en la figura 1.1.

Cada uno de estos registros está dividido en 3 campos, a saber: clase, red y host. La función del campo clase es clasificar a una dirección IP fuente y/o destino. La función del campo red es determinar a la red que pertenece un host "computador" destino y/o fuente. Y el campo host

"computador" tiene como función determinar a la computadora destino o fuente que pertenece a una red. El conjunto de estos tres campos se conoce con el nombre de dirección IP.

• MAPA DE NAVEGACIÓN: Es la representación gráfica y generalizada del proyecto a desarrollar. Expresa todas las relaciones de jerarquía y secuencia y permite elaborar escenarios de comportamiento de los usuarios, puede ser de varios tipos: lineal, no lineal o jerárquica.

• METABOLISMO: Conjunto de reacciones químicas que efectúan

constantemente las células de los seres vivos con el fin de sintetizar sustancias complejas a partir de otras más simples, o degradas aquéllas para obtener estas.

• MMCX: MicromateTM. Es el conector de Amphenol de RF más pequeño

creado en 1990. Es un conector tipo miniatura que tiene un mecanismo de bloqueo a una rotación de 360º. Trabaja hasta una frecuencia de 6Ghz 50Ω.

• M2M: El concepto M2M hace referencia a Machine To Machine y se

define como el intercambio de información entre dos máquinas remotas. Llevado al mundo de las telecomunicaciones móviles, comprende la gestión remota desde un servidor de todas las máquinas interconectadas de forma inalámbrica, utilizando diferentes tecnologías móviles (HSDPA, UMTS, GPRS o SMS).

• OPCIONALES: Representan Procesos que pueden no ser abordados

en el presente proyecto.

• PRIMARIOS: Representan los procesos principales, los más comunes.

• REDES DEDICADAS: son aquellas que por seguridad o por velocidad conectan dos o más puntos en la red de forma exclusiva. Se pueden usar para redes multipunto o punto a punto.

• REDES COMPARTIDAS: por la cantidad de usuarios comparten todos

los recursos de transmisión. Son usadas en redes de conmutación de paquetes y conmutación de circuitos.

• SECUNDARIOS: Representan casos de uso menores que van a

necesitarse raramente.

• SPI: (Serial Peripheral Interface) es un estándar de comunicaciones, usado principalmente para la transferencia de información entre circuitos integrados en equipos electrónicos. El bus de interfase de periféricos serie o bus SPI es un estándar para controlar casi cualquier electrónica digital que acepte un flujo de bits serie regulado por un reloj

Incluye una línea de reloj, dato entrante, dato saliente y un pin de chip select, que conecta o desconecta la operación del dispositivo con el que uno desea comunicarse. De esta forma, este estándar permite multiplexor las líneas de reloj.

Muchos sistemas digitales tienen periféricos que necesitan existir pero no ser rápidos. La ventajas de un bus serie es que minimiza el numero de conductores, pines y el tamaño del circuito integrado. Esto reduce el coste de fabricar montar y probar la electrónica. Un bus de periféricos serie es la opción más flexible cuando muchos tipos diferentes de periféricos serie están presentes. El hardware consiste en señales de reloj, data in, data out y chip select para cada circuito integrado que tiene que ser controlado.

• SOCKET: (enchufe), es un método para la comunicación entre un programa del cliente y un programa del servidor en una red. Un socket se define como el punto final en una conexión. Los sockets se crean y se utilizan con un sistema de peticiones o de llamadas de función a veces llamados interfaz de programación de aplicación de sockets (API, application programming interface).

• TMC o TRAFFIC MESSAGE CHANNEL: Es una parte escondida dentro

de la señal de un canal de radio. Es inaudible, pero proporciona al conductor de un vehículo los datos necesarios para que su sistema de posicionamiento global (GPS) le ayude a tomar una alternativa para evitar incidentes de tráfico.

• 3GPP: Acuerdo de colaboración en tecnología en telefonía móvil. El

propósito del 3GPP es hacer global aplicaciones de tercera generación 3G (telefóno movil) con especificaciones de sistemas ITU's IMT-2000. Los sistemas 3GPP están basados en la evolución de los sistemas GSM, ahora comúnmente conocidos como sistemas UMTS. El 3GPP puede confundirse con 3GPP2 cuyo estándar de especificación es basada en tecnología IS-95 comúnmente conocida como CDMA2000

11 ANEXOS

ANEXO A. CIRCUITO DE PRUEBA DESARROLLADO

ANEXO B. CIRCUITO BASE PARA DISEÑO DE CANAL DE EEG

ANEXO C. COMANDOS AT

ANEXO D. CÓDIGO PARA VISUALIZACIÓN DE IMÁGENES

ANEXO E. CÓDIGO IMPLEMENTADO PROGRAMA SERVER SOCKET

ANEXO F. PROGRAMA DE LECTURA Y ESCRITURA POR PUERTO SERIAL

ANEXO G. PROGRAMA PARA LEER SETRAM Y CONVERTIRLO EN CARACTER

ANEXO H. CÓDIGO DE PROGRAMACIÓN VISUAL BASIC LECTURA DE PUERTO SERIAL

ANEXO I. DIAGRAMA DE CIRCUITO DE AMPLIFICACIÓN Y EXPLICACIÓN DE ESTE MISMO.

ANEXO J. TABLAS DE RESULTADOS DE PRUEBAS.

ANEXO L. ESQUEMA FINAL DEL PROTOTIPO DE Rx.

PROTOTIPO FUNCIONAL DE UN SISTEMA DE TRANSMISIÓN DE...

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