7 - TESIUAMI

UNIVERSIDAD AUTÓNOMA METROPOLITANA
-
IZTAPALAPA
SEMINARIO DE PROYECTO
PARA LA TITULACIÓN EN LA CARRERA DE
ING. BIOMÉDICA
ÁREA DE CONCENTRACIÓN
INSTRUMENTACI~N MÉDICA
ELECTR~NICA
I
ASESOR: DR. F I L B E R T 0 CORTÉS MARMOLEJO
PRESENTA: H E R I B E R T O ~SALGADO
NOMBRE DEL PROYECTO: PRESENTACIÓN DE LA SALIDA DE UN
OXÍMETRO DE BAJO COSTO POR MEDIO DE UNA GRÁFICA DE
TIEMPO CONTRA LIBERACIÓN DE OXÍGENO.
ÍNDICE.
PAG.
1. INTRODUCCI~N
2.
PLANTEAMIENTO DEL PROYECTO
1
2
2.1 ELECTRODO TIPO A
2
2.2 ELECTRODO "0B
2
2.3
cAMARA DE REACCI~N
3
2.4 CIRCUITO AMPLIFICADOR
3
2.5 TARJETA AMPLIFICADORAANAL~GICA-DIGITAL
4
2.6 PROGRAMA
4
3.
PRESENTACI~N
POR BLOQUESDEL O ~ ~ E T R O
4.
CALIBRACI~N
5
13
5. RESULTADOS
14
6. OBSERVACIONES
18
7.
CONCLUSIONES
19
8.
BIBLIOGRAFÍA
20
1.- INTRODUCCI~N
OXÍMETRO DE BAJO COSTO.
EL OXÍGENO TIENE UNO DE LOS PAPELES MÁS IMPORTANTES EN LOS
BIOLbICOS
Y
SISTEMAS
E S EL PRINCIPAL ACEPTOR DE ELECTRONES EN REACCIONES DE OXIDO-
REDUCCI~NCATALEADAS POR ENZIMAS, POR LO TANTO LA DETERMINACI~NDE LOS
NIVELES DE OXÍGENO ES UN PARAMETRO IMPORTANTE EN ESTUDIOS BIOLÓGICOS.
LOS SISTEMAS CONVENCIONALES DE MEDICI~N
DE OXÍGENO
UTILIZAN AMPER~METROS ,
ELECTRODOS PONTENCIOMÉTRICOS
Y POLAROGRÁFICOS SON DIFÍCILESDE APLICAR EN
PAÍSES EN DESARROLLO DEBIDO A SU ALTO COSTO. ESTE MISMO PROBLEMA SE REFLEJA
EN LOS LABORATORIOS DE BIOQUÍMICA
DE NUESTRA UNIVERSIDAD Y ES PORESTO QUE
NOS HEMOS DADO A LA TAREA DE PRODUCIR UN PROTOTIPO DE UN OXÍMETRO DE BAJO
COSTO ( 7 )
HOY EN DÍA LOS SISTEMAS COMPUTACIONALES SON DE GRAN AYUDA EL LOS PROCESOS
DE INVESTIGACIÓN Y DESARROLLO. EN MUCHAS OCASIONES SE UTILIZA UNA INTERFASE
DE UN EQUIPO OBSOLETO CON UNA COMPUTADORA PARA SU ACTUALIZACIÓN,O PARA
AMPLIAR EL RANGO DE ANALISIS DE LA SEÑAL OBTENIDA ( 3 ).
1
PLANTEAMIENTO DEL PROYECTO
2.-
EL PROYECTO EMPIEZA CON LA FABRICACIÓN DE UNELECTRODO SENSIBLE A LA
VARIACI~N DE OXÍGENO, CON LA AYUDA DE LITERATURAHEMOS PODIDO LLEGAR A UN
PROTOTIPO CERCANO.
2.1 .- ELECTRODO TIPO A:
ELECTRODO SE&
LOS MATERIALES USADOS PARA CONSTRUIR UN
UNA JERINGA DE PLÁSTICO, UN CABLE DE BAJA RESISTENCIA,
UN
AGUJA DE PLATA,
UN GRAMO DE PLATINO, UN CABLEAISLANTE, UN TUBO DE SILIC~N,UN TUBO DE
PLÁSTICO, io CM DE HILO DE ALGOD~N, UNA M E ~ R A N ADE TEFL~NPERMEABLE, UNA
CINTA DE POLITETRAFLUOROETILENO
Y SOLUCI~N ELECTROL~TICA, LA FORMA DEL
ELECTRODO SE MUESTRA EN LA (FIG. 2.1).
EL OXÍGENOSE DIFUNDE A TRAVÉS
DE LA MEMBRANA DE T E F L ~ NY REACCIONA CON EL
ÁNODO DE PLATA Y DESPUÉSCON EL CÁTODO DE PLATINO EN PRESENCIA DE ELECTROLITOS.
2.2
.- ELECTRODO TIPO B:
LOS MATERIALES
USADOS PARA CONSTRUIR UN
ELECTRODO SERÁN UNA JERINGADE PLÁSTICO, UN CABLE
DE BAJARESISTENCIA,
TRES GRAMOS DE PLOMO, DOS GRAMOS DE PLATA, UN CABLE AISLANTE, UN TUBO DE
SILICbN, UN
TUBO DE PLÁSTICO, 10 CM DE Ha0 DE ALGODdN, UNA MEMBRANA DE
T E F L ~ N PERMEABLE, UNA CINTA
DE
POLITETRAFLUOROETILENO
Y
SOLUCI~N
ELECTROL~TICA. LA FORMA DEL ELECTRODO SE MUESTRA EN LA (FIG. 2.2) .
2
EL O ~ G E N O
SE DIFUNDE A mvÉs DE LA MEMBRANA DE TEFLÓN Y REACCIONA CON EL
ÁNODO DE PLOMO Y DESPUÉS CON EL CÁTODO DE PLATA EN PRESENCIA DE ELECTROLITOS.
2.3 .- CÁMARA DE
REACCIÓN :
REQUIERE UNA CUBETA DE
PLÁSTICO,
LA CONSTRUCCI~N DE
UN
ESTA cpLMARA
AGITADOR MAGNÉTICO DE
TAMAÑO
CONVENIENTE. PARA EL INTERIOR DE LA CUBETA UN SOPORTE DE PLÁSTICO CON
UN ÁREA BAJA
PARA
EL AGITADOR
MAGNÉTICO
Y UN ÁREA SUPERIOR PARA LA
CUBETA. UNA CUBIERTA CON DOS ORIFICIOS UNO POR EL CUAL EL ELECTRODO PASA
Y OTRO PARA LA ADICIÓN DESOLUCIONES. EL
ELECTRODO ES COLOCADO SOBRE
LA CUBIERTA PLÁSTICA EN UNA POSICIÓN VERTICAL. (VER FIG. 2.1).
LA DISTANCIA MÁXIMA ENTRE EL FONDO DE LA CUBETA Y LA PORCIÓN DEL ELECTRODO
INMERSO EN LA c
AMARA DE REACCI~NNO DEBE EXCEDER UN CENTÍMETRO.
2.4 .- CIRCUITO AMPLIFICADOR:
LA CORRIENTE DEL ELECTRODO DE OXÍGENO
ES AMPLIFICADO POR UN CIRCUITO EL CUAL PRODUCE UNA SALDA DE VOLTAJE!
PROPORCIONAL A LA PRESIÓN PARCIAL DE OXÍGENO EN LA SOLUCIÓN. EL DIAGRAMA DEL
CIRCUITO DE INTERFASE ( VER FIG. 2.3 ) CONSISTE EN DOS CIRCUITOS INTEGRADOS
LM741C. EL PRIMER C.I. AMPLIFICA LA CORRIENTE DEL ELECTRODO Y LA ENVÍA AL
SEGUNDO C.I. EL CUAL PRODUCE UNA ESCALA DE RANGO DE O A 2.55 V.
3
2.5 .- TARJETA CONVERTIDORA ANALÓGICA-DIGITAL
SE
PROCESARAN LA SALIDA AMPLIFICADA DEL ELECTRODO POR MEDIO DE UNA TARJETA
CONVERTIDORA A/D, PCL-812PG ( REF.,2.4 ) A UNA FRECUENCIA DE MUESTRE0 DE 20 HZ.
OBTENIENDO VALORES P R O G U L E S
Y DIRECCIONANDOLOS A UNA INTERFASE CON
UNA COMPUTADORA.
CARACTERISTICAS DE LA PCL-8 12PG
-- 16 CANALES DE ENTRADA ANALbGICA DE 12 BITS
-- 2 CANALES DE SALIDA ANAL~GICADE 12 BITS
-- RANGO DE MUESTRE0 PROGRAMABLE HASTA 30 KHZ
-- CONVERTIDOR A/D CON DMA O CON INTERRUPCIONES
-- 16 CANALES DE SALIDA DIGITAL
-- 16 CANALES DE ENTRADA DIGITAL
-- RELOJKONTADOR PROGRAMABLE
-- INCLUYE MANEJADORES DE TARJETA QUE SOPORTAN SOFTWARE COMO C/C++, PASCAL Y
BASIC.
2.6 .- UN PROGRAMA: REALIZADO EN LENGUAJE PASCAL, QUE NOS PERMITA LA
ADQUISICI6N DE DATOS DE LA TARJETA
Y NOS G W I Q U E TIEMPO CONTRA VAFUACIbN DE
OXÍGENO
( REF., 2.5 1.COMPRENDIENDO LOS SIG. PROCEDIMIENTOS :
CONTINUA.. .
4
-- DAR DE ALTA LA TARJETA
-- PROMEDIAR
LA FRECUENCIA DE ADQUISICI~NENTRE 20
-- FUNCIONES DE TRANSPORTACI~NDE VALORES
-- GRAFICAR
-- GUARDAR VALORES EN UN ARCHIVO
DE GRAFICACI~N
3.- PRESENTACIÓN POR BLOQUES DE LA ESTRUCTURA DEL
OXÍMETRO
ELECTRODO
SISTEMA DE
AMPLIFICACI~N
TARJETA CONVERTIDORA
CÁMARA DE
REA C C I ~ N
5
ELECTRODO DE OXÍGENO F
O :A~CLARKE
TIPO A
ALAMBRE DE BAJA
RESISTENCIA
CATODO DE
CÁMARA SELLADA
4
-
TUBODE ENTRADA
DEINHiBIDOR
SOLUCI~N
-ELECTROL~C
A
MEMBRANA
PERMEABLE
DE TEFLbN
ÁNODO DE PLATA
6
ELECTRODO DE OXÍGENO FORMA CLARKE
TIPO B
ALAMBRE DE BAJA
RESISTENCIA
TUBODE ENTRADA
- DEINHTBIDOR
CATODO DE
PLATA
7I
SOLUCI~N
-ELECTROL~TIC
A
CÁMARA SELLADA
h O D O DE PLOMO
MEMBRANA
PERMEABLE
DE TEFL6N
'
1
7
-
_From. Javier Rodriguez 590-15-77
30/61(37 929.00 Page Iof I
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{
REFERENCIA 2.5
1
{PROGRAMA DE INICIALIZACION DE LA TARJETA PCL-812PG. PROYECTO TERMINAL,
PARA LA TITULACION, SEMINARIO DE PROYECTO I1 }
UNIT REAC TAR;
INTERFACEPROCEDURE prog-tar;
FUNCTION Dato-canal(canal:integer) :word;
IMPLEMENTATION
uses crt;
const base = $220;
{ MEMORIA BASE }
.....................................................................
PROCEDURE prog-tar;
var
dummy: integer;
begin
port [base+lll : = O ;
port [base+3]:= $74;
port [base+l]:= 144 ;
port [base+l]: = 001;
port [base+3]:= $b4;
port [base+21 : = 250;
O;
port [base+2]:=
port [base+lll : = 6;
dummy:= port [base+4];
end;
Frecuencia de muestre0 de 20 HZ
desabilita todos los modos de diparo
trig modes
programa contador #l modo 2
byte bajo, divide entre de 400
byte alto: 2MHZ/400 = 5KHZ
programa contador #2 modo 2
byte bajo, divide entre de 250
byte alto; 5KHZ/250 = 20HZ
selecciona pace-triger y el programa de
de transferencia
limpia el bit de DRDY del byte alto del
convertidor
1
{ obtiene 20 muestras de un solo canal, y les saca el promedio
FUNCTION dato-canal(cana1:integer) :word;
var
high byte,low-byte,i:integer;
suma7reai;
begin
port [base+lOl :=canal;
de lay ( 1O ;
suma:=0.0;
for i:=i to 20 do
begin
repeat
high-byte: =port [base+51;
until high byte<l6;
low-byte :=Port [base+41;
suma:=suma+(high-byte*256+low-byte) ;
end;
dato-canal:=round(suma/20);
end;
END.
{PROGRAMA FUENTE QUE OBTIENE DE LA GRAFICA DE LA SEÑAL DEL SENSOR DE
OXIGENO. PROYECTO TERMINAL DEL SEMINARIO DE PROYECTO 11)
program beto;
uses
dos,crt,graph,reac
-tar;
var
r,o2:real;
x,y,k :integer;
c :char ;
1etrero:string;
datos:array[l. .6401 of real;
procedure modo-graf;
var
dr,drm:integer;
begin
dr:=9;
drm:=2;
initgraph (dr,drm, C:\tp') ;
clearviewport;
setbkcolor (3) ;
setcolor(4);
line(i,O,i,479);
line ( 2 ,O ,2 ,479) ;
line (O ,239 ,680,239);
line (0,240,680,240)
;
setcolor (15);
r:=loo. O;
str(r:3:0,letrero);
outtextxy(i0,io, letrero);
letrero:='tiempo';
outtextxy(540,250,letrero);
letrero:='oxigeno';
outtextxy(10,40,letrero);
end;
function conv-voltaje(va1or-AD:integer) :real;
begin
conv-voitaje:=-5+(5*valor-~~)
/2047;
end;
function conv-volt-oxigeno(vo1taje:real) :real;
begin
conv-volt-oxigeno:= (voltaje*iüO)/i;
end;
function 02graf(oxigeno:real):integer;
begin
o2graf :=round( 239- (239*oxigeno)/loo) ;
end;
procedure guarda(x:integer);
var y1:integer;
begin
datos [XI :=o2;
end;
procedure beep;
begin
sound ( 5O O ;
delay(400) ;
nosound;
end;
procedure grafica-oxigeno;
var yi ,xi ,k : integer;
v :real ;
begin
k:=dato canal ( O ) ;
v :=convIvoltaje ( k ;
O2 :=conv-volt-oxigeno (v);
guarda ( 1) ;
xl:=l;
yi :=02graf (02);
x:=2; c:=' 1;
repeat
k:=dato-canal ( O );
v:=conv voltaje(k) ;
02 : =conG volt-oxigeno (v);
y:=02graf (02);
line(xi,yi,x,y);
xl:=x;
y1 :=y;
guarda (x);
{ beep; }
inc (x);
if keypressed then c:=readkey;
until (x>640) or (c=#27);
end;
procedure guarda-datos;
var
f :text;
i:integer;
begin
assign(f,'datos.dat');
rewrite (f);
for i:=i to 640 do
writeln(f ,datos[il ) ;
close (f);
end;
begin
prog-tar ;
clrscr;
beep;
modo graf;
grafica-oxigeno;
guarda-datos;
closegraph;
restorecrtmode;
end.
4.-
CALIBRACI~N:
1.- SE PREPAR6 UNA SOLUCIÓN INHIBIDORA DE DITIONITA 2 GR. EN 2 ML DE AGUA
DESIONIZADA.
2.- CON LA AYUDA DE UN AGITADOR MAGNÉTICO,
FUE POSIBLE HOMOGENEIZAR LA
SOLUCI~N.ESTE PROCEDIMIENTO SE EMPLEA EN LOS PUNTOS 3 Y 5.
3.- SE UTILE6 UN
ELECTRODO,
FRASCO QUE CONTENÍA AGUA DESIONIZADA Y SE INTRODUJO EL
SE OBSERV~ LA CURVA
POTENCIOMETROS
EN
LA
PANTALLA
Y
SE
A J U S T ~ LOS
DEL AMPLIFICADOR DE MANERA QUE LA GRÁFICA SE DESPLAZARA AL
100% DE 02.
4.- SE L A V CUIDADOSAMENTE
~
s.-
EN OTRO FRASCO SE
EL ELECTRODO CON AGUA DESIONIZADA.
co~ocó2 ML. DE
SOLUCI~NDITIONITA E INTRODUCIMOS EL
ELECTRODO POR UN TIEMPO DE io MINUTOS, EN LA GRÁFIcA DE LA PANTALLA
SE
OBSERVÓ LA C A b A DE LA SEÑAL DE FORMA LINEAL HASTA UN PUNTO DE
CONCENTRACI~N MENOR DEL 100% DE 02. ESTE PUNTO SE
CONSIDER^
COMO EL PUNTO
CERO DE LA GRÁFICA.
6.- ESTE PROCESO DE CALIBRACIÓN, FUE DE MUCHA IMPORTANCIA PARA OBTENER LOS
RESULTADOS DE SENSIBILIDAD Y LINEARIDAD DE LOS ELECTRODOS FABRICADOS.
13
5.-
RESULTADOS :
LA PRESENTACIÓN GRÁFICA EN LA PANTALLA DE LA COMPUTADORA, NOS
PER MI TI^
HACER UNA COMPARACIÓN ENTRE LOS DIFERENTES DISEÑOS DE SENSORES DE O)(IGENO.
A CONTINUACIÓN PRESENTAMOS UNA TABLA COMPARATIVA.
ELECTRODO
TIPO A
ELECTRODO
TIPO B
ELECTRODO
COMERCIAL
ÁNODO
PLATA
PLOMO
PLATA
CÁTODO
PLATINO
PLATA
PLATINO
48%
100 %
NO
SI
NO
SI
-----ESTABILIDAD
SI
14
CURVA DE CALIBRACI~N
DEL ELECTRODO TIPO A
100 % CONCENTRACIÓN DE 02
PENDIENTE DE LA CURVA
( SENSIBILIDAD )
I
I
I
I
j
ESTABILIDAD DELEXPERIMEN'I'O
1
I
t
I
I
I
I
I
I
I
I
2MIN
TIEMPO (20 MIN.)
15
CURVA DE CALIBRACIÓN DEL ELECTRODO TIPO B
100 % CONCENTRACIdN DE 02
PENDIENTE DE LA CURVA
( SENSIBILIDAD )
. -.
I ESTABILIDAD DELEXPERIMENTO
I
I
I
I
I
I
I
I
I
I
1
3 MIN.
TIEMPO (20MIN.)
16
CURVA DE CALIBRACIÓN DEL ELECTRODO TIPO
COMERCIAL
100% CONCENTRACI~N ~
~
0
2
PENDIENTE DE LA CURVA
( SENSIBILIDAD )
I
I
I
I ESTABILIDAD DELEXPERIMENTO
I
O
1.5 MIN.
TIEMPO (20MIN.)
17
t
.
. ,. ... .. .
6.- OBSERVACIONES DE LAS GRÁFICAS OBTENIDAS :
LA PENDIENTE DE LA CURVA E S C O N S I D E M A COMO LA SENSIBILIDAD DE NUESTRO
ELECTRODO.
LA CURVA RESULTANTE DE LA CALIBRACI~N DEL ELECTRODO TIPO A ES UNA BUENA
APROXIMACIÓN A LA SALIDA DE UN ELECTRODO COMERCIAL, YA QUE CUENTA CON UNA
BUENA SENSIBILIDAD Y ESTABILIDAD, ADEMÁS LAS REPETICIONES DEL EXPERIMENT0 SE
COMPORTARON DE UNA FORMA Muy SIMILAR.
LA CURVA RESULTANTE DE LA CALIBRACIbN DEL ELECTRODO TIPO B, SE COMPORTO CON
MUY POCA ESTABILIDAD Y NO FUE REPRODUCIBLE. NO SE RECOMIENDA USAR UN ÁNODO
DE PLOMO EN LA FABRICACI~N DEL ELECTRODO.
LA CURVA
DE
CALIBRACI~N DEL ELECTRODO
COMERCIAL,
NOS
SIR VI^
COMO
COMPARATIVO ENTRE LOS DEMAS ELECTRODOS.
18
7.-
CONCLUSIONES :
EL SISTEMA DE GRAFICACI~NDEBERÁ SER ADAPTADO A LAS NECESIDADES DEL USUARIO,
EN ESTE PROYECTO OBTUVIMOS UNA GRÁFICA CLAM, PRÁCTICA, PERO SENCILLA.EL
OMPORTAMIENTO DE LOS ELECTRODOS FABRICADOS EN ESTE PROYECTO SOLO
ALCANZARON UN 80% DE SENSIBILIDAD TIPO A , Y 48%
TIPO B , EN COMPARACIÓN CON UN
ELECTRODO COMERCIAL. SE PUDO NOTAR QUE EXISTE UNA MAYOR SENSIBILIDAD
Y
LINEARIDAD DE LA SEÑAL DE SALIDA SI LOS ELEMENTOS CON QUE SE FABRICA EL
ELECTRODO SON DE BUENA CALIDAD.
LA GRÁFICA DEL ELECTRODO
EXPONENCIAL,
TIPO A, TIENDE A COMPORTARSE COMO UNA
SEÑAL
POR LO QUE SE PROPONE EN FUTUROSANÁLISIS COMPENSAR POR MEDIO
DE SOFTWARE LA CURVA ACTUAL, PARA OBTENER UNA SALIDA LINEAL COMO LO HACE
NOTAR LA LITERATüRA ( 6 )..
SE PIENSA QUE AL EXISTIR UNA MAYOR h
A DE CONTACTO ENTRE EL ELECTRODO Y LA
SOLUCIÓN INHiBIDORA, MEJORARÁ LA SEÑAL DE SALIDA.EL OBJETIVO DEL PROYECTO
FUE ALCANZADO. SE PROPONE UNA SIGUIENTE ETAPA DE MEJORAMIENTO DEL SISTEMA,
PARA LOGRAR UNA ACTUALIZACI~N MEDIANTE
UNA I-NTERFASE ENTRE EL SISTEMA DE
G M C A C I Ó N POR COMPUTADORAY UN EQUrPo MEDIDOR DE OXÍGENO OBSOLETO.
19
BIBLIOGRAFÍA:
1.- TURBO PASCAL, STEPHEN O'BREN, MCGRAW-HILL, 1991
2.- PASCAL, ELLIOT B : KOFFMAN, ADDISON WESLEY, 1992
3.-TOTAL SOLUTION FOR PC-BASED INDUSTRIAL AUTOMATION, ADVANTECH,VOL.ól
4.- THEORY AND APPLICATION OF DIGITAL SIGNAL PROCESSING, LAWRENCE R. ROBINER,
PRENTICE-HALL, 1992
5.- MANUAL DE LA TARJETA PCL-812PG
PUBLICACIONES PROPORCIONADASPOR EL DEPARTAMENTO DE BIoQUIMiCA
6.- INSOLATION AND CHARACTERISTICS OF INTACT MITOCHONDRIA.
7.-A LOW COST OXYGEN METER