Sistema Básico de Registro de Electromiografía (va fecha

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SENSOR PIEZOELECTRICO EN APLICACIÓN MEDICION PULSO
Maria Eugenia González, Diana Narváez Guerrero, Catalina Vallejo,
Estudiantes de Séptimo Semestre de Ingeniería Biomédica
EIA-CES.
Resumen
Partiendo de la elaboración de un sensor piezoeléctrico, en donde se tiene en juego los materiales y el diseño adecuado
para su amplificación y filtrado, se logró implementarlo en la medición de un bioevento, como lo es, el pulso; de gran
respuesta el pulso radial, cubital y carotideo.
En dicho diseño, se contó con las etapas de creación del sensor, seguido de una amplificación pertinente por ser un
bioevento, como de un filtrado, el cual tiene registro, por medio de un software realizado en LabView , en donde se
percata la señal como fuente de estudio si se desea darle análisis . Dentro de la elaboración del bioinstrumento, se resalta
como principal problema, fuente de artefactos en la imagen registrada como medición final del pulso, la gran sensibilidad
con que el sensor trabaja, debido a la forma de acople directa de la placa transductora, con el cable que conecta con el
circuito, sin embargo, con un ajuste o fijación de manera tal que garantice pocos movimientos de esté, los resultados son
coherentes y de gran confianza.
I.
INTRODUCCIÓN
Los transductores, son dispositivos que permiten la
conversión de una forma de energía a otra. En el caso
especifico cuando el cambio es a una señal eléctrica se
llama sensor; dentro de los cuales se encuentran los
piezoeléctricos, quienes gracias a la aplicación de una
fuerza en la lamina conductora (sensor), producen un
campo eléctrico o de forma reversible para este tipo.
El sensor piezoeléctrico elaborado en nuestra aplicación,
esta en conexión directa con un circuito, cuyo objetivo es
darle paso a la amplificación y filtrado de la señal que esta
entrando por el sensor dada la generación de una fuerza o
movimiento sobre esté.
Acerca de nuestro bioevento, el pulso, se conoce como
aquella distensión de las paredes arteriales que se desplaza a
lo largo de las arterias como una onda; una expansión
rítmica de una arteria, producida por el paso de la sangre
bombeada por el corazón.
El pulso se controla para
determinar el funcionamiento del corazón, sufriendo
modificaciones cuando el volumen de sangre bombeada por
el corazón disminuye o cuando hay cambios en la
elasticidad de las arterias, de ahí que este se considere como
uno de las principales signos vitales. La forma de hacer su
toma es rápida y sencilla, valorando con esté, el estado
funcional de un paciente.
El pulso normal varía de acuerdo a diferentes factores;
siendo el más importante la edad, además se puede tomar
en cualquier arteria superficial que pueda comprimirse
contra un hueso.
A continuación se presentan los rangos de valores normales
del pulso por edad, como además los sitios mas comunes
de toma de esté. (En letra mayúscula se encuentra
resaltados los pulsos trabajados en nuestra aplicación.
En la practica de lo primeros auxilios, los sitios en que
se toma con mayor frecuencia el pulso, es el radial y el
carotídeo. )
NIÑOS DE
MESES
NIÑOS
ADULTOS
ANCIANOS
130 a 140
Pulsaciones
por minuto
80 a 100
Pulsaciones
por minuto
72 a 80
Pulsaciones
por minuto
60 o menos
pulsaciones
por minuto
II. MATERIALES Y MÉTODOS
Para la elaboración de esta aplicación, se emplearon los
siguientes materiales:





Transductor piezoeléctrico en forma de lámina de
2 cm.
1/8 lb. de Silicona Elástica para fabricar moldes,
(“Silicón desmoldante”).
1,50 mt. de cable blindado “duplex” para
micrófono.
30 cms. de cinta adhesiva Velcro de 2cm. de
ancho.
Varias tapas plásticas de frascos con un diámetro
interno un poco mayor que el de los traductores
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(La tapa en la que viene el transductor también
sirve sí se tata con cuidado).
PROCEDIMIENTO
En el fondo de una tapa plástica de un frasco cualquiera (o
la tapa en la que viene el transductor), cuyo diámetro
interno sea un poco mayor que el diámetro del transductor
piezoeléctrico, colóquese el transductor piezoeléctrico de 2
cm. de diámetro, teniendo en cuenta el dejar dos orificios
para pasar por ellos ambos cables de conexión del
transductor.
De otro lado se prepara una cantidad del silicón para
moldes (“Silicón desmoldante”) igual a la capacidad de la
tapa recipiente. Lentamente se vierte el silicón sobre el
transductor, dentro de la tapa. Rellenar toda la tapa con el
silicón, hasta quedar el nivel 1 mm por encima de la altura
de la tapa para dejar secar la preparación por lo menos 24
horas.
Figura 1:Tomado de Escobar M. Ignacio. Prácticas de
bioinstrumentación. Versión 1. 2002. Practica No 5.
Bioinstrumento fase I (construcción de un
transductorPiezoelectrico, Lab Bioinstrumentacion
EIA)
Una vez seco el traductor, se procede a soldarle a sus
terminales, los dos extremos de un cable “duplex” blindado
para micrófono, y fijarlo de alguna forma a la tapa para
prevenir que se suelten las conexiones. Finalmente, si se
desea se le añade al transductor la cinta velcro para darle
fijación al lugar donde se desea en el paciente.
Con los pasos anteriores se logra dar vida un sensor como
el de la imagen.
Figura 2: Tomado de Internet.
El sensor piezoeléctrico, es el bioinstrumento que va a
palpar la onda que viaja dentro de la arteria de interés, de la
misma manera que el dedo índice lo hace corrientemente.
Figura 3.Compuesta de Fig1 y 2
Realizado el sensor, se viene la etapa del montaje del
circuito, el cual dará la amplificación y filtrado de la señal
trabajada en cada caso. Por tal motivo se cuenta con
materiales tales como Board de conexiones, resistencias de
10KOhm, 100Ohm, 1Kohm, condensadores de 1uF,
conectores tipo caiman, alambres, 4 amplificadores TL071.
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Formula de ganancia Con ésta se da paso a calcular las
resistencias correspondientes a una ganancia especial, para
nuestra aplicación, G= 10
PROCEDIMIENTO
Partiendo de conocimientos básicos de conexión y montaje
de circuitos eléctricos, se tiene en representación los
presentes circuitos para interpretación del lector, en donde
(Figura 5) el montaje de un amplificador inversor y
(Figura 6) un Filtro pasa-bajas de segundo orden, para
mejor agrupación en el momento de integrar en el montaje
principal (Figura 7).
El amplificador usado fue el TL071, se proporciona el
circuito de montaje del data sheet, para comprensión de sus
terminales y entradas, para la disposición del montaje del
tipo de amplificador deseado, inversor para nuestra
aplicación.
Formula de ganancia,
Calculo de resistencias para
ganancia en especial, ente caso se trabaja sin ganancia el
filtro. Para efectos del reemplazo en la formula se toma de
1.
Montaje principal
TL071
Figura 4:Tomada de Texas Instruments Incorporated
En esta figura, se presenta los materiales y sus valores
correspondientes para lograr dar la amplificación y filtrado.
Cada OPAMP TL071 tiene una ganancia de 10, es decir de
1000 pues estos 3 Amplificadores están en serie y por tal
motivo su G se multiplica.
Con respecto al filtro Pasabajas de segundo orden, es de
5Hz, por el calculo con respecto a las pulsaciones por
minuto de un adulto, 70, que seria como el periodo. La
frecuencia es 1/periodo, un valor aproximadamente bajo.
En busca de la no perdida de datos, se trabajo con un
numero mucho mayor a este. Con respecto al filtrado, es
pasabajas, lo quiere decir que solo debe responder a
frecuencias menores a este valor, 5Hz.
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dar visualización de la señal que se esta sensando, aunque
en nuestra aplicaron, el software, presenta problemas con el
rango de muestreo de la señal, pues este no permite cambiar
los rangos en el tiempo, además se tiene que en el eje del
voltaje, la señal de salida sobrepasa el rango de
visualización. Lo mencionado anteriormente, se debe a
problemas de configuración del programa, pues se tiene
buena apreciación de la señal en otros medios de registro,
como en el osciloscopio
Programa e imagen
Gráfica 1: Respuesta en Frecuencia de un Filtro PasaBajas
Una muy buena aproximación con la teoría de un pulso
normal
Figura5:Tomadahttp://escuela.med.puc.cl/pagin
as/Cursos/tercero/IntegradoTercero/ApSemiologia/30_P
ulso.html
III. Resultados y Conclusiones
Finalmente para la etapa de visualización de la señal,
contamos con los siguientes elementos:
* Generador de Funciones: BK Precision, 4010(Se
usó en la etapa de prueba del circuito)
* Fuente de Voltaje: BK Precision, 1760
* Osciloscopio Digital: BK Precision, 2120B
Es el osciloscopio Digital junto con la alimentación que
proporciona la fuente, quien me da registro de mi señal
adquirida por el sensado del pulso en las partes radial,
cubital o carotídea. Para proporcionar un fácil y asequible
manejo de nuestro bioinstrumento, montamos un software
en Labview, el cual por medio de una tarjeta de adquisición
de datos (Nacional Instruments, CB-68LP), que se
encuentra en conexión con el circuito por las terminales de
Vivo y Tierra por un lado y con el computador, para lograr
Dentro del desarrollo del bioinstrumento, se obtuvieron en
general buenos resultados. Iniciando en la etapa de
construcción del sensor, la experiencia fue de seguir pautas
de la guía de laboratorio de realización de bioinstrumentos
de la Universidad (EIA), hecho que hizo más fácil la
reproducción del mismo. De igual manera, cabe resaltar el
hecho de la forma de acople directa de la placa transductora
con el cable que conecta con el circuito, que nosotras le
aplicamos, pues este arreglo hizo que nuestro sensor fuera
en sobremanera sensible a cualquier movimiento de
realizado en el cable, sin embargo, con un ajuste o fijación
de manera tal que garantizaran pocos movimientos de esté,
los resultados fueron coherentes y de gran confianza.
En la etapa del diseño del amplificador, y con esté el
razonamiento de un procesado de la señal (filtrado), se
presentaron percances a nivel de conexiones y calculo de
valores de los elementos constitutivos del circuito, pero
finalmente los valores expuestos anteriormente en el
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montaje son garantes de una amplificación y filtrado
adecuado para las señales estudiadas durante el desarrollo
del bioinstrumento, el pulso carotídeo, pulso radial y
cubital.
En general los patrones de mediada arrojados por el
bioinstrumento son fieles a los comportamientos
fisiológicos que ya han sido estandarizados como normales,
por medio de graficas y valores característicos. Además las
mediciones permitieron inferir estados alterados del pulso
como lo es la bradicardia (menores a 60 latidos por minuto)
y taquicardia (mayores de 90 latidos por minuto).
BIBLIOGRAFÍA




Escobar M. Ignacio. Prácticas de
bioinstrumentación. Practica 5 Versión 1.
2002.
http://escuela.med.puc.cl/paginas/Cursos/terce
ro/IntegradoTercero/ApSemiologia/30_Pulso.
html
GUYTON - HALL..Tratado de Fisiologia
Medica.Decima edicion.McGraw Hill.2000
Notas de Clase.