reporte arterioritmometro

ARTERIORITMÓMETRO
MA. GABRIELA ABIGAIL GARCÍA
SÁNCHEZ
Universidad
Tecnológica de
Querétaro
UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA DE
QUERÉTARO
ARTERIORITMÓMETRO
Memoria
Que como parte de los requisitos para obtener
el titulo de
Ingeniero en Tecnologías de Automatización
__________________
Presentan
_______________________
Ma. Gabriela Abigail García Sánchez
Oscar Verdi Osornio
Felipe Aguilar Pereyra
2011
Firmado digitalmente por Universidad
Tecnológica de Querétaro
Nombre de reconocimiento (DN):
cn=Universidad Tecnológica de
Querétaro, o=Universidad Tecnológica de
Querétaro, ou,
[email protected], c=MX
Fecha: 2011.05.03 15:48:46 -05'00'
Jesús Bustillos Cepeda
Querétaro, Qro., 20 de Abril de 2011.
Querétaro, Qro. , a 20 de Abril de 2011.
.
C.MARIA GABRIELA ABIGAIL GARCIA SÁNCHEZ
Candidato al grado de Ingeniería
En Tecnologías de la Automatización
Presente
Matrícula: 2005305056
AUTORIZACIÓN DE PRESENTACIÓN DE MEMORIA
El que suscribe, por medio del presente le informa a Usted, que se le autoriza la
presentación
de
su
memoria
de
la
Estadía
profesional,
titulada:
“ARTERIORITMÓMETRO”, realizado en la empresa HemoDinamics S.A. de C.V.
Trabajo que fue revisado y aprobado por el Comité de Asesores, integrado por:
________________________
________________________
Jesús Bustillos Cepeda
Felipe Aguilar Pereyra
Se hace constar el NO adeudo de materiales en las siguientes áreas.
________________________ _______________________ ________________________
Lab. de Tecnología
Biblioteca UTEQ
Lab. Informática
Atentamente
______________________________
Director de la División
C.c.p.
<<Nombre>>.- Subdirector de Servicios Escolares
Archivo
Querétaro, Qro. , a 20 de Abril de 2011.
.
C. OSCAR VERDI OSORNIO
Candidato al grado de Ingeniería
enTecnologías de laAutomatización
Presente
Matrícula: 2011134002
AUTORIZACIÓN DE PRESENTACIÓN DE MEMORIA
El que suscribe, por medio del presente le informa a Usted, que se le autoriza la
presentación
de
su
memoria
de
la
Estadía
profesional,
titulada:
“ARTERIORITMÓMETRO”, realizado en la empresa HemoDinamics S.A. de C.V.
Trabajo que fue revisado y aprobado por el Comité de Asesores, integrado por:
________________________
________________________
Jesús Bustillos Cepeda
Felipe Aguilar Pereyra
Se hace constar el NO adeudo de materiales en las siguientes áreas.
________________________ _______________________ ________________________
Lab. de Tecnología
Biblioteca UTEQ
Lab. Informática
Atentamente
______________________________
Director de la División
C.c.p.
<<Nombre>>.- Subdirector de Servicios Escolares
Archivo
Resumen
En
este
reporte
se
expone
el
desarrollo
de
un
prototipo
de
“Arterioritmometro”, que es un aparato capaz de medir el ritmo arterial, la duración
de ciclos y de cada una de las fases, así como la detección de arritmias en los casos
en que se presentase alguna.
El desarrollo de este prototipo está basado en cuatro puntos clave: el sensor,
el procesador de señales, la plataforma de programación y la interfaz con el usuario.
En cuanto al sensor, se trabajó con un Doppler de 8MHz, para el
procesamiento de señales se tomo como base un DSP, para la programación se
utilizó como plataforma de desarrollo LabVIEW 8.6 complementado con un módulo
de
programación
DSP y con respecto a la interfaz para el despliegue de la
información, se escogió una pantalla táctil de 4.3’’.
En la programación se comenzó con la simulación de la separación de cada
uno de los ciclos y sus fases, para separación se utilizaron algunas herramientas de
tratamiento de señales y estadísticas, también se utilizaron módulos de LabVIEW
para la medición del tiempo de los ciclos y de las fases, estos valores se grafican en
una tabla de Excel con el fin de estudiar los valores de cada paciente.
Abstract
This report describes the develop of a prototype named "Arterioritmómetro"
,which is a device able of measuring the artery´s rhythm, cycle times and each one of
the phases of the cycles, as well as the detection of arrhythmias in cases that it
appear.
The development of this prototype is based on four key points: the sensor, the
signal processor, the software platform and the user interface.
Respecting to the sensor, it was an 8MHz Doppler, the signal processor is
based on a DSP, LabVIEW 8.6 was used for the programming as a development
platform added with DSP programming module and in order to the user interface a
4.3” touch screen was selected.
The programming was started with a simulation of the separation of each
cycles and it phases, to separate them were used some statistics and signal processing
tools, were also used LabVIEW modules for the measurement of cycle and phases
times , these values are plotted in an Excel table in order to study the values of each
patient.
Dedicatorias
A nuestros padres, que siempre me nos han dado su apoyo incondicional y a quienes
debemos este triunfo profesional, por todo su trabajo y dedicación para darnos una formación
académica, humanista y espiritual. De ellos es este triunfo y para ellos es todo nuestro
agradecimiento.
A nuestros hermanos y amigos, todas aquellas personas que han sido importantes para
nosotros durante todo este tiempo. A todos nuestros maestros que nos enseñaron más
que el saber científico, gracias.
Agradecimientos
Gracias a la empresa HemoDinamics, en especial al doctor Jesús Bustillos Cepeda por
mantener el impulso innovador a través del apoyo a estudiantes, a nuestra casa de estudios la
UTEQ
y a los profesores involucrados en el proyecto, por brindarnos su tiempo,
conocimientos y orientación.
Índice
Páginas
Resumen.
IV
Abstract.
V
Dedicatorias.
VI
Agradecimientos.
VI
Índice.
VII
I. Introducción.
X
II. Antecedentes.
XI
III. Justificación.
XI
IV. Objetivos.
XII
V. Alcances.
XII
VI. Justificación Teórica.
XV
6.1. El Aparato Cardiovascular.
16
6.2. La Sangre.
16
6.3. Frecuencia Cardiaca.
19
6.4. Ritmo Cardiaco.
20
6.5. Ciclo Cardiaco.
21
6.5.1. Periodo de Latido.
6.6. Presión Arterial.
22
22
6.7. Ciclo Arterial.
23
6.8. Efecto Doppler.
24
6.9. Sensor.
26
6.9.1. Características de un Sensor.
27
6.9.2. Tipos y Ejemplos de Sensores.
28
6.10. Sensor Doppler.
28
6.11. DSP.
33
6.11.1. Aplicaciones de los DSP.
36
6.11.2. Características de los DSP.
38
6.11.2.1. Formato Aritmético.
38
6.11.2.2. Ancho de Palabra.
41
6.11.2.3. Velocidad de Procesamiento.
43
6.11.2.4. Organización de la Memoria.
45
6.11.2.5. Segmentación.
47
6.11.2.6. Consumo.
50
6.11.2.7. Costo.
50
6.11.3. Programación de DSP.
6.12. LabVIEW.
6.12.1. Módulo LabVIEW DSP.
6.13. Pantalla LCD Táctil.
51
52
55
57
6.13.1. Características.
57
6.13.2. Especificaciones.
60
6.13.3. Pantallas Capacitivas.
65
6.13.4. Pantallas Resistivas.
66
6.14. USB.
67
6.14.1. Características del USB.
68
6.14.2. Descripción del sistema USB.
69
VII. Plan De Actividades.
LXX
7.1. Cronograma de Actividades.
72
7.2. Diagrama de Gantt.
74
VIII. Recursos Materiales Y Humano.
LXXV
8.1. Recursos materiales.
75
8.2 Recursos humanos.
76
IX. Desarrollo Del Proyecto.
LXXVII
9.1 Planteamiento del proyecto.
77
9.2 Reconocimiento del proyecto.
78
9.3 Selección de material.
79
9.3.1 Procesador digital de señales.
79
9.3.1.1 SPEEDY-33.
79
9.3.1.2 TMS320C6711 DSK.
80
9.3.1.3 TMS320C6713 DSK.
80
9.3.1.4 TMS320C6416 DSK.
81
9.3.2 Pantalla.
9.3.2.1 Pantalla eDIPTFT43.
82
82
9.3.3 Software.
83
9.3.3.1 LabVIEW.
83
9.3.3.2 Matlab.
84
9.4 Programación en LabVIEW.
84
9.4.1 Lectura de archivo .WAV.
87
9.4.2 Gráfica de frecuencias.
87
9.4.3 Detección de sístole.
90
9.4.3.1 Adquisición de tiempos.
93
9.4.4 Separación sístole.
94
9.4.5 Obtención de estadística.
95
9.4.6 Gráfica circular.
97
9.4.7 Registro de datos.
102
9.4.8 Detección del flujo diastólico.
105
9.4.9 Selección de rangos.
106
X. Resultados Obtenidos.
CV
XI. Análisis de Riesgos.
CVIII
XII. Conclusiones.
CVIII
XIII. Recomendaciones.
CIX
XIV. Referencias Bibliográficas.
CX
I. Introducción
HemoDinamics es una empresa dedicada a la investigación y fabricación de
aparatos médicos, una de sus investigaciones principales es la de la medición del ritmo
arterial.
Gracias a esta investigación se descubrió que no habían aparatos que midieran los
de tiempos de los ciclos y de las fases de la arterias por lo que la empresa comenzaron
con el desarrollo de un prototipo que pudiera obtener los datos de arteria.
Se investigó que sensor era el más adecuado para esta medición, decidiendo
utilizar dos sensores: un sensor de presión y un sensor Doppler.
El primer prototipo solo obtiene la señal de la arteria en formato de sonido y mide
los eventos arrítmicos que ocurren en la arteria, este puede utilizar un sensor de presión
o el sensor Doppler.
Debido a que este primer prototipo no media aun el ritmo de las fases y los ciclos
se decide desarrollar un segundo prototipo con la cooperación de la Universidad
Tecnológica de Querétaro este mediría el ritmo arterial, tiempo de ciclos indicando
también las arritmias ocurridas, tiempo de fase sistólica, tiempo de fases diastólica.
II. Antecedentes
Los investigadores de la empresa HemoDinamics descubrieron una laguna
científica en el campo de la presión arterial, se dice que desde 1905 no se había realizado
modificaciones a la determinación de la presión arterial. En cuanto a la presión
diastólica, esta no se medía con ningún instrumento electrónico, por lo que se desarrolló
el método BEM (Bases Hemodinámicas de México) en el cual se establecen los
principios físicos básicos para la determinación de la presión arterial menor.
III. Justificación
El proyecto se desarrollo con base en la solicitud de vinculación en el proyecto de
investigación “Arterioritmómetro” que la empresa HemoDinamics S.A. de C.V.
(denominada a lo largo de este documento como HD) hizo a
la Universidad
Tecnológica de Querétaro (Denominada a lo largo de este documento como UTEQ),
enumerando la lista de requerimientos presentados por la misma para el diseño de un
sistema médico de sensores de presión y sonido que internamente se ha denominado
Arterioritmómetro.
Dejando como antecedente que HD ya cuenta con un prototipo funcional del
sistema llamado “Cardioritmómetro” configurado por una serie de módulos obtenidos de
otros productos electrónicos ya existentes en el mercado, y con el cual HD intentó
generar el producto que es objeto de este documento.
IV. Objetivos
Desarrollo de un prototipo que realice la función de monitorear y mostrar en una
pantalla electrónica las siguientes variables:
•
Frecuencia cardiaca (medido en ciclos por minuto por método indirecto).
•
Frecuencia de ciclo arterial.
•
Ritmo Cardiaco y arritmias (ambos expresado en un numero de eventos).
V. Alcances
El sistema que desarrollara HD y UTEQ será capaz de medir, analizar y presentar
al usuario las siguientes variables:
•
Frecuencia cardiaca (medido en ciclos por minuto por método indirecto). Frecuencia
de ciclo arterial.
•
Ritmo Cardiaco el cual se define como el periodo de tiempo en que sucede un evento
arterial o ciclo arterial o ciclo cardiaco en un rango de tiempo determinado en una
cantidad de ciclos por unidad de tiempo.
•
Arritmia se define como la cantidad de ciclos que varían en el tiempo con respecto a
la moda de una frecuencia determinada.
Con respecto al periodo sistólico y diastólico de la frecuencia de ciclos expresada
en ciclos arteriales o latidos por minuto:
•
Eventos con menor duración que la normal con respecto a la edad (bradicardias).
•
Eventos con duración normal con respecto a la edad (normocardias).
•
Eventos con mayor duración que la normal con respecto a la edad (taquicardias).
•
Índice de variación de tiempo sistólico y diastólico con respecto a la moda de una
frecuencia dada.
Estará basado en el LABVIEW DSP module, programado en un DSP que cubra
los requerimientos, además contará con tecnología de montaje superficial en la mayoría
de sus componentes.
El diseño del sistema tendrá las características de prototipo, desarrollado con las
tecnologías más recientes acordes a los requerimientos.
Los tiempos definidos en el cronograma son estipulados tomando en cuenta que
HD proveerá la información y la retroalimentación en tiempos adecuados. Se insumirán
480 horas de ingeniería, para la totalidad del proyecto.
VI. Justificación Teórica
6.1 El Aparato Cardiovascular
El corazón y el aparato circulatorio componen el aparato cardiovascular. El
corazón actúa como una bomba que impulsa la sangre hacia los órganos, tejidos y
células del organismo. La sangre suministra oxígeno y nutrientes a cada célula y recoge
el dióxido de carbono y las sustancias de desecho producidas por esas células.
La sangre es transportada desde el corazón al resto del cuerpo por medio de una
red compleja de arterias, arteriolas y capilares y regresa al corazón por las vénulas y
venas. Si se unieran todos los vasos de esta extensa red y se colocaran en línea recta,
cubrirían una distancia de 60.000 millas (más de 96.500 kilómetros), lo suficiente como
para circundar la tierra más de dos veces.
El aparato circulatorio unidireccional transporta sangre a todas las partes del
cuerpo. Este movimiento de la sangre dentro del cuerpo se denomina «circulación». Las
arterias transportan sangre rica en oxígeno del corazón y las venas transportan sangre
pobre en oxígeno al corazón.
En la circulación pulmonar, sin embargo, los papeles se invierten. La arteria
pulmonar es la que transporta sangre pobre en oxígeno a los pulmones y la vena
pulmonar la que transporta sangre rica en oxígeno al corazón.
En la figura 6.1, los vasos que transportan sangre rica en oxígeno aparecen en rojo
y los que transportan sangre pobre en oxígeno aparecen en azul.
Veinte arterias importantes atraviesan los tejidos del organismo donde se ramifican
en vasos más pequeños denominados “arteriolas”. Las arteriolas, a su vez, se ramifican
en capilares que son los vasos encargados de suministrar oxígeno y nutrientes a las
células. La mayoría de los capilares son más delgados que un pelo. Muchos de ellos son
tan delgados que sólo permiten el paso de una célula sanguínea a la vez.
Después de suministrar oxígeno y nutrientes y de recoger dióxido de carbono y
otras sustancias de desecho, los capilares conducen la sangre a vasos más anchos
denominados “vénulas”. Las vénulas se unen para formar venas, las cuales transportan la
sangre nuevamente al corazón para oxigenarla.1
Figura 6.1 Sistema cardiovascular humano.
6.2 La Sangre
La sangre es el fluido que circula por todo el organismo a través del sistema
circulatorio, formado por el corazón y un sistema de tubos o vasos. La sangre describe
1
TEXAS HEART INSTITUT, Centro de información cardiovascular. (Julio 2010). Disponible en:
http://www.texasheart.org/hic/anatomy_esp/anat1_sp.cfm
dos circuitos complementarios llamados circulación mayor o general y menor o
pulmonar.
La sangre es un tejido líquido, compuesto por agua y sustancias orgánicas e
inorgánicas (sales minerales) disueltas, que forman el plasma sanguíneo y tres tipos de
elementos formes o células sanguíneas: glóbulos rojos, glóbulos blancos y plaquetas.
Una gota de sangre contiene aproximadamente unos 5 millones de glóbulos rojos, de
5.000 a 10.000 glóbulos blancos y alrededor de 250.000 plaquetas.
El plasma sanguíneo es la parte líquida de la sangre. Es salado, de color
amarillento como se puede ver en la figura 6.2 y en él flotan los demás componentes de
la sangre, también lleva los alimentos y las sustancias de desecho recogidas de las
células. El plasma cuando se coagula la sangre, origina el suero sanguíneo.
Los glóbulos rojos, también denominados eritrocitos o hematíes, se encargan de la
distribución del oxígeno molecular (O2). Tienen forma de disco bicóncavo y son tan
pequeños que en cada milímetro cúbico hay cuatro a cinco millones, midiendo unas siete
micras de diámetro. No tienen núcleo, por lo que se consideran células muertas. Los
hematíes tienen un pigmento rojizo llamado hemoglobina que les sirve para transportar
el oxígeno desde los pulmones a las células. Una insuficiente fabricación de
hemoglobina o de glóbulos rojos por parte del organismo, da lugar a una anemia, de
etiología variable, pues puede deberse a un déficit nutricional, a un defecto genético o a
diversas causas más.
Figura 6.2 Composición de la sangre.
Los glóbulos blancos o leucocitos tienen una destacada función en el Sistema
Inmunológico al efectuar trabajos de limpieza (fagocitos) y defensa (linfocitos). Son
mayores que los hematíes, pero menos numerosos (unos siete mil por milímetro cúbico),
son células vivas que se trasladan, se sa
salen
len de los capilares y se dedican a destruir los
microbios y las células muertas que encuentran por el organismo. También producen
anticuerpos que neutralizan los microbios que producen las enfermedades infecciosas.
Las plaquetas son fragmentos de células muy pequeños, sirven para taponar las
heridas y evitar hemorragias.2
6.3 Frecuencia Cardiaca
En general podemos definir que la frecuencia cardiaca: “Es el número de veces
que el corazón late por minuto”, como lo describe en la figura 6.3.
La frecuencia cardiaca se divide en Bradicárdica, Normocárdica y Taquicárdica.
La Bradicárdica es aquella frecuencia cardiaca cuyo valor está por debajo del
rango establecido como punto de referencia de acuerdo a la edad de la persona.
La Normocárdica es aquella frecuencia cardiaca cuyo valor se encuentra dentro de
rango establecido como punto de referencia de acuerdo a la edad de la persona.
La Taquicárdica es aquella frecuencia cardiaca cuyo valor está por encima del
rango establecido como punto de referencia de acuerdo a la edad de la persona.
2
Pontificia Universidad de Valparaíso, Aula virtual del laboratorio de anatomía humana. Disponible en:
http://www.anatomiahumana.ucv.cl/efi/modulo24.html
Figura 6.3.Frecuencia cardiaca.
6.4 Ritmo Cardiaco
Es el resultado de la observación sonora o gráfica de la descomposición de una
frecuencia cardiaca determinada, en unidades llamadas período de latido, para observar
el porcentaje de suma o diferencia al valor del índice que se ha pactado como referencia
a la unidad de período establecido. En la figura 6.4 se observa una gráfica de respuesta
cardiaca arrítmica.
Figura 6.4. Respuesta arrítmica cardiaca.
6.5 Ciclo Cardiaco
Es la actividad mecánica consistente en periodo de contracción (sístole con una
duración promedio de 0.22 segundos) y periodo de relajación (diástole con una duración
promedio de 0.58 segundos), con una duración total promedio de 0.8 segundos. En la
figura 6.5 se puede observar la división de la señal cardiaca en un ciclo cardiaco.
Figura 6.5.Ciclo cardiaco.
6.5.1Período de latido.
Es el tiempo que transcurre desde el inicio hasta el final de un ciclo cardiaco.3
6.6 Presión Arterial
La presión arterial sanguínea es “la variación de fuerza que ejerce la sangre sobre
la pared de las arterias” como se muestra en la figura 6.6. La magnitud de la presión
arterial es dividida en presión sistólica y diastólica, recibe su nombre en función de las
fases sistólica y diastólica del ciclo cardiaco, en dichas fases la presión arterial sistólica
es la presión mayor de las dos y tiene flujo sanguíneo en toda la fase; la presión arterial
diastólica corresponde a la presión menor de las dos fases y su flujo sanguíneo no
siempre dura el total del tiempo diastólico del ciclo cardiaco.
Figura 6.6.Presión arterial.
3
Bustillos Cepeda, Jesús. (2010). Ciclo Arterial. Tesis de Maestría.Hospital General de Tampico.
Tampico, México.
Un problema que durante más de 100 años ha acompañado a la medición de la
presión arterial, es “el medir la presión diastólica indirecta por los efectos de la presión
sistólica”. Este método fue diseñado por el médico Ruso Nikolai Sergeyevich Korotkoff
quien presentó su tesis doctoral en la Academia Imperial de Medicina Militar de San
Petersburgo en 1905, con el título “Sobre la cuestión de los métodos para medir la
presión sanguínea”. Es importante mencionar que este método ha sido cuestionado
desde hace muchos años pues el método de observación utiliza un instrumento que data
de más de medio siglo. En 1957 Satomura aplicó el principio del Doppler para el
diagnostico de anormalidades cardiovasculares. En 1967, Kemmerer por su parte
encuentra, que la presión arterial sistólica obtenida por el Doppler se correlaciona bien
con las mediciones directas.4
6.7 Ciclo Arterial
Es la unidad de variación física repetitiva de la arteria en función del tiempo,
compuesta por los eventos del flujo sanguíneo y pared arterial en un periodo de mayor
movimiento sanguíneo llamado sistólico y un periodo de tiempo con menor movimiento
sanguíneo llamado diastólico.
4
MEDILINE PLUS. (2010). Disponible en :http://www.nlm.nih.gov/medlineplus/spanish/ency/
esp_imagepages/9124.htm
Un ciclo arterial está compuesto por la fase sistólica y la fase diastólica del
movimiento de la sangre. La fase sistólica forma un solo paquete hemodinámico
dependiente de la energía potencial elástica de la arteria y se caracteriza por incremento
del movimiento sanguíneo en corto tiempo hasta la máxima magnitud del ciclo arterial y
se sostiene el movimiento máximo en un corto tiempo y desciende en un tiempo más
largo que el que ocupó en el ascenso. La fase diastólica comprende mayor tiempo en el
ciclo arterial y tiene menor magnitud que la fase sistólica, presenta uno o varios paquetes
hemodinámico dependiendo de la energía potencial elástica de la arteria y en caso de
que el segmento manifieste su ciclo con varios paquetes estos están separados por
pequeños periodos de señales de muy baja amplitud (que pueden ser momentos de
ausencia de movimiento sanguíneo).
6.8 Efecto Doppler
Con el término de "efecto Doppler" se entiende el fenómeno físico, por el cual la
frecuencia de la onda ultrasónica, que encuentra un objeto en movimiento, genera una
onda con una variación de frecuencia directamente proporcional a la velocidad del
objeto que se mueve como se observa en la figura 6.7.
El fenómeno fue descrito y explicado teóricamente en forma clásica (no
relativista) por el físico y matemático austríaco Christian Doppler (1803-1853) en el año
1842, en una monografía sobre espectroscopia en estrellas binarias.
La ley original obtenida relaciona la frecuencia de una onda luminosa con la
velocidad relativa entre el observador y la fuente de las ondas, y no es consistente con la
teoría de relatividad (desarrollada posteriormente) pues se fundamenta en las
Transformaciones de Galileo. La formulación relativista rigurosa del fenómeno fue
elaborada por Einstein en su principal publicación de 1905.
El efecto es de naturaleza ondulatoria y su estudio aparentemente resulta complejo
en virtud de que intervienen tres actores: la fuente de ondas, la onda que se propaga y el
observador. Sin embargo, veremos que el fenómeno puede ser explicado como un efecto
relativista sobre la propagación ondulatoria.
El efecto Doppler transversal se denomina como el cambio de frecuencia de una
onda que ocurre cuando la fuente de ondas se mueve en dirección transversal a la recta
que une la fuente y el observador. Este efecto, predicho por Einstein, fue detectado
experimentalmente en 1938.
La explicación relativista es muy simple: la fuente que se mueve transversalmente
está sujeta a la “dilatación temporal”, por lo cual su frecuencia se modifica de acuerdo a
la última relación vista y coincide con la frecuencia de la onda medida debido a que la
fuente no se aleja ni se acerca del observador.
Este planteo último y el tratamiento anterior pueden inducir al error de creer que el
efecto Doppler tangencial y transversal son dos fenómenos distintos, cuando en realidad
se trata de un único efecto: el cambio de frecuencia de una onda debido al movimiento
relativo entre la fuente y el observador.5
Figura 6.7.Efecto Doppler.
6.9. Sensor
Un sensor es un dispositivo capaz de detectar magnitudes físicas o químicas,
llamadas variables de instrumentación, y transformarlas en variables eléctricas. Pueden
ser de indicación directa o pueden estar conectados a un indicador (posiblemente a
través de un convertidor analógico a digital, un computador y un display) de modo que
los valores censados puedan ser leídos por un humano.
5
Fernández, Hugo. (2006).Teoría de la relatividad especial, Cinemática relativista. [Revista electrónica].
Disponible en: http://www.fisica-relatividad.com.ar/ sistemas-inerciales/cinematica-relativista.
6.9.1 Características de un sensor.
Entre las características técnicas de un sensor destacan las siguientes:
•
Rango de medida: dominio en la magnitud medida en el que puede aplicarse el
sensor.
•
Precisión: es el error de medida máximo esperado.
•
Offset o desviación de cero: valor de la variable de salida cuando la variable de
entrada es nula. Si el rango de medida no llega a valores nulos de la variable de
entrada, habitualmente se establece otro punto de referencia para definir el offset.
•
Linealidad o correlación lineal.
•
Sensibilidad de un sensor: relación entre la variación de la magnitud de salida y
la variación de la magnitud de entrada.
•
Resolución: mínima variación de la magnitud de entrada que puede apreciarse a
la salida.
•
Rapidez de respuesta: puede ser un tiempo fijo o depender de cuánto varíe la
magnitud a medir. Depende de la capacidad del sistema para seguir las
variaciones de la magnitud de entrada.
•
Derivas: son otras magnitudes, aparte de la medida como magnitud de entrada,
que influyen en la variable de salida. Por ejemplo, pueden ser condiciones
ambientales, como la humedad, la temperatura u otras como el envejecimiento
(oxidación, desgaste, etc.) del sensor.
•
Repetitividad: error esperado al repetir varias veces la misma medida.6
6.9.2 Tipos y ejemplos de sensores electrónicos.
En la tabla 6.1 se muestra la clasificación de algunos sensores en base a la
magnitud que miden.
Algunas magnitudes pueden calcularse mediante la medición y cálculo de otras,
por ejemplo, la velocidad de un móvil puede calcularse a partir de la integración
numérica de su aceleración. La masa de un objeto puede conocerse mediante la fuerza
gravitatoria que se ejerce sobre él en comparación con la fuerza gravitatoria ejercida
sobre un objeto de masa conocida (patrón).7
6.10 Sensor Doppler
El uso médico de la técnica del Doppler fue sugerido, en 1968, por Stegall. La
técnica está basada en el principio de Doppler, esto es, el cambio de frecuencia que
experimenta una onda de ultrasonido al ser reflejada por los corpúsculos que se
desplazan dentro del vaso sanguíneo.
6
Molina Marticorena, José Luis. (2002). Tecnología: Sensores y Transductores. [Revista electrónica].
Disponible en: http://www.profesormolina.com.ar/tecnologia/sens_transduct/tipos.htm
7
Carletti, Eduardo. (2008). Robots, Sensores y Conceptos.[Revista electrónica]. Disponible en:
http://robots-argentina.com.ar/Sensores_general.htm
Magnitud
Transductor
Característica
Potenciómetro
Analógica
Encoder
Digital
Transformador diferencial de variación lineal
Analógica
Galga extensiométrica
Analógica
Magnetoestrictivos
A/D
Desplazamiento y deformación
Magnetorresistivos
Analógica
LVDT
Analógica
Dinamo tacométrica
Analógica
Encoder
Digital
Detector inductivo
Digital
Velocidad lineal y angular
Servo-inclinómetros
A/D
RVDT
Analógica
Giróscopo
Acelerómetro
Analógico
Aceleración
Servo-accelerómetros
Galga extensiométrica
Analógico
Fuerza y par (deformación)
Triaxiales
A/D
Membranas
Analógica
Piezoeléctricos
Analógica
Presión
Manómetros Digitales
Digital
Turbina
Analógica
Caudal
Magnético
Analógica
Termopar
Analógica
RTD
Analógica
Termistor NTC
Analógica
Temperatura
Termistor PTC
Analógica
Bimetal
I/0
Inductivos
I/0
Capacitivos
I/0
Sensores de presencia
Ópticos
I/0 y Analógica
Matriz de contactos
I/0
Sensores táctiles
Piel artificial
Analógica
Cámaras de video
Procesamiento digital
Visión artificial
Cámaras CCD o CMOS
Procesamiento digital
Sensor final de carrera
Sensor capacitivo
Sensor de proximidad
Sensor inductivo
Sensor fotoeléctrico
Micrófono
Sensor acústico (presión sonora)
Fotodiodo
Fotorresistencia
Sensor de luz
Fototransistor
Célula fotoeléctrica
Posición lineal o angular
Tabla 6.1.Tipos de sensores
Los sistemas basados en efecto Doppler se basan en que un cristal de cuarzo se
excita con una frecuencia determinada de varios Mega Hertz, el transductor se acopla
para explorar el caso, atravesándolo mediante un haz de frecuencia f0. Una pequeña
parte de la energía del haz se dispersa y refleja, por el movimiento de las células de
sangre. El haz es recibido por un segundo transductor situado en oposición al primero.
La señal reflejada por las células ha variado su frecuencia, según el efecto Doppler una
cantidad fd recibiéndose con una frecuencia igual a fr=f0+fd.
La fd, la frecuencia Doppler se encuentra para velocidades normales de sangre en
el rango de las frecuencias bajas audibles, y está relacionada con la velocidad de flujo y
la frecuencia de emisión; además tiene forma de ruido de banda estrecha. Existen varios
sistemas Doppler que se diferencian en el tipo de energía de onda ultrasónica emitida:
continua o pulsada.
En el caso de la aplicación clínica del Doppler, el objeto al cual se le analiza la
velocidad de movimiento está representado por los hematíes. En la figura 6.8 se muestra
la ecuación en la que se basa este fenómeno:
En la figura 6.9. la onda incidente (Fi) y la reflejada (Fr) generan una variación de
frecuencia (DF), que es proporcional a la velocidad (V) de los hematíes y al coseno del
ángulo (a) formado entre el haz ultrasónico y la dirección del flujo.
Figura 6.8.8 Fórmula del efecto Doppler.
Figura 6.9.Efecto Doppler en la sangre.
El primer aparato de tipo Doppler dúplex fue utilizado con la finalidad de valorar
el flujo sanguíneo en las cavidades cardíacas y en los vasos carotideos. Con
posterioridad se han desarrollado equipos que permiten analizar de modo óptimo flujos
sanguíneos de elevada velocidad y alto volumen. A nivel abdominal, existe una
8
Martín Fernández, Martín.
Martín.(Abril 2002).Contribuciones al análisis automático y semiautomático
semia
de
ecografía fetal tridimensional mediante campos aleatorios de Markov y contornos activos. Ayudas al
diagnóstico precoz de malformaciones. Tesis de maestría. Disponible en: http://www.lpi.tel.uva.es/
~nacho/docencia/ing_ond_1/trabajos_04_05/io2/public_html/5Aplicaciones_diagnostico_3.htm
particularidad; es preciso estudiar vasos pequeños con flujo lento lo que obliga a utilizar
aparatos de elevada sensibilidad para conseguir una señal Doppler adecuada.
Cuando se realiza un examen Doppler vemos que a las diferentes velocidades de la
sangre existentes en el interior del campo explorado, le corresponden múltiples
frecuencias. Al conjunto de estas múltiples y variadas frecuencias se denomina espectro.
El análisis de la amplitud del espectro permite caracterizar al flujo en laminar o
turbulento así como identificar sutiles aumentos de la velocidad, en el caso de una
estenosis. La dirección del flujo, bien se aleje del transductor o se aproxime a él, se
valora al observar si el espectro correspondiente se registra por encima o por debajo de
la línea de base. Además al analizar el espectro se puede reconocer de forma simultánea
la presencia de un flujo venoso o arterial.
Se ha señalado, que la señal Doppler proveniente de un vaso es directamente
proporcional a la velocidad de los hematíes en el interior del mismo.
El estudio de los vasos de grueso calibre, aporta datos sobre alteraciones
intrínsecas del mismo (estenosis, oclusión, dilatación) o de alteraciones del sistema
vascular por delante o posterior al vaso examinado. Al estudiar los pequeños vasos
intraparenquimatosos, podemos conocer su estado de perfusión y detectar la presencia
de una microangiopatía.
El efecto Doppler se puede representar de dos formas fundamentales, en forma de
señal color o en forma de un espectro. La señal color es el método que analiza
fundamentalmente los parámetros cualitativos del flujo, permitiendo conocer la
permeabilidad de los vasos visualizados con el ultrasonido modo B y determinar la
presencia, dirección y alteraciones del flujo, según la escala de color. Con el análisis del
espectro no solo podemos evaluar el flujo de forma cualitativa sino que podemos realizar
determinaciones para calcular la velocidad (análisis cuantitativo) y los índices de
resistencia y pulsatilidad (análisis semicuantitativo).9
6.11 DSP
Los Procesadores Digitales de Señal o
DSP, son microprocesadores
específicamente diseñados para el procesado digital de señal. Algunas de sus
características más básicas como el formato aritmético, la velocidad, la organización de
la memoria o la arquitectura interna hacen que sean o no adecuados para una aplicación
en particular, así como otras que no hay que olvidar, como puedan ser el coste o la
disponibilidad de una extensa gama de herramientas de desarrollo. En la figura 6.10 se
muestra un DSP actual.
9
Berland de León, Natacha. (2001). Valor del ultrasonido Doppler dúplex y Doppler color en el estudio
del Sistema Venoso. Tesis de Maestría. Hospital D.C.Q Hermanos Ameijeiras" Habana. Cuba. Disponible
en:http://www.indexmedico.com/publicaciones/indexmed_journal/edicion3/doppler_porta_hepatopatia/ber
land_de_leon.htm
Estrictamente hablando, el término DSP se aplica a cualquier chip que trabaje con
señales representadas de forma digital. En la práctica, el término se refiere a
microprocesadores específicamente diseñados para realizar procesado digital de señal.
Los DSP utilizan arquitecturas especiales para acelerar los cálculos matemáticos
intensos implicados en la mayoría de sistemas de procesado de señal en tiempo real
como se ve en el diagrama de bloques de la figura 6.11. Por ejemplo, las arquitecturas de
los DSP incluyen circuitería para ejecutar de forma rápida operaciones de multiplicar y
acumular, conocidas. A menudo poseen arquitecturas de memoria que permiten un
acceso múltiple para permitir de forma simultánea cargar varios operandos, por ejemplo,
una muestra de la señal de entrada.
La diferencia esencial entre un DSP y un microprocesador es que el DSP tiene
características diseñadas para soportar tareas de altas prestaciones, repetitivas y
numéricamente intensas. Por contra, los microprocesadores de propósito general o
microcontroladores no están especializados para ninguna aplicación en especial; en el
caso de los microprocesadores de propósito general, ni están orientados a aplicaciones
de control, en el caso de los microcontroladores.
Aunque el ejemplo del filtro de respuesta impulsional finita (FIR) ha sido
ampliamente utilizado en el entorno DSP, es quizás el más simple que permite ilustrar la
necesidad de estas prestaciones en los DSP, las cuales permiten concebir muchas de las
funciones de procesado en tiempo real.
Figura 6.10. DSP TI.
Figura 6.11.Arquitectura DSP.
6.11.1 Aplicaciones de losDSP
Los DSP se utilizan en muy diversas aplicaciones, desde sistemas radar hasta la
electrónica de consumo. Naturalmente, ningún procesador satisface todas las
necesidades de todas o la mayoría de aplicaciones. Por lo tanto, la primera tarea para el
diseñador al elegir un DSP es ponderar la importancia relativa de las prestaciones, coste,
integración, facilidad de desarrollo, consumo y otros factores para las necesidades de la
aplicación en particular.
Las grandes aplicaciones, en términos de dinero que mueven sus productos, se
realizan para los sistemas pequeños, baratos y con un gran volumen de producción como
los de telefonía celular, disqueteras y módems, en donde el coste y la integración son de
la mayor importancia.
En sistemas portátiles, alimentados por baterías, el consumo es crítico. Sin
embargo, la facilidad de desarrollo es generalmente en estas aplicaciones menos
importante para el diseñador. A pesar de que estas aplicaciones casi siempre implican el
desarrollo de hardware y software a medida, el enorme volumen de producción justifica
el esfuerzo extra de desarrollo.
Una segunda clase de aplicaciones englobaría a aquellas que procesan un gran
volumen de datos mediante algoritmos complejos como se observa en la figura 6.12.
Ejemplos incluyen la exploración sonar y sísmica, donde el volumen de producción es
bajo, los algoritmos más exigentes y el diseño del producto más largo y complejo. En
consecuencia, el diseñador busca un DSP que tenga máximas prestaciones, buena
facilidad de uso y soporte para configuraciones multiprocesador. En algunos casos, más
que diseñar el propio hardware y software, el sistema se construye a partir de placas de
desarrollo de catálogo y el software a partir de librerías de funciones ya existentes.
Figura 6.12.Aplicaciones de los DSP
6.11.2 Características de los DSP
La elección de un DSP que posea unas ciertas características estará muy
condicionada a la aplicación que se quiera destinar. En este apartado se presenta un
conjunto de aspectos característicos de los DSP sin que se pretenda con ello hacer una
lista exhaustiva. Dichos aspectos deberán tenerse en cuenta a la hora de su elección para
una aplicación en particular.
6.11.2.1 Formato aritmético
Una de las características fundamentales de los DSP es el tipo de formato
aritmético utilizado por el procesador. Como se puede ver en la figura 6.13 existen dos
tipos: de coma fija y de coma flotante.
Figura 6.13. Formato aritmético de los DSP.
En el formato IEEE-754 de coma flotante que se observa en la parte superior de la
figura 6.14, la “s” indica que el bit más significativo es el signo, donde un 1 indica que
se trata de un número negativo. La “e” indica exponente, formado por 8bits y la “m”, de
23 bits, la mantisa del número.
Figura 6.4.Formato IEEE-754
Al carecer de exponente el formato en coma fija, éste puede representar números
con más bits significativos que el formato en coma flotante del mismo tamaño en bits.
En este ejemplo, 31 bits son significativos, “f “, comparados con los 23del formato
IEEE-754.
Para un mismo tamaño en número de bits, el formato en coma fija que se observa
en la parte posterior de la figura 6.13, proporciona una mejor resolución que el formato
en coma flotante. Sin embargo, es este último quien posee un margen dinámico superior.
Así, por ejemplo, si se considera una representación en coma fija de 32 bits, el mínimo
valor que puede ser representado es2-31 siendo el mayor 1-2-31.
La relación entre ambos, la cual resulta en el margen dinámico, es de 2,15 109,
aproximadamente 187 dB. En cambio, con una representación en coma flotante, con24
bits de mantisa y 8 de exponente, pueden representarse números desde 5,88 10-39 hasta
3,401038, resultando en un margen dinámico de 5,791076 o de 1535 dB.
La aritmética de coma flotante es más flexible que la de coma fija. Con coma
flotante, los diseñadores de sistemas tienen acceso a un margen dinámico más amplio.
En consecuencia, los DSP de coma flotante son generalmente más fáciles de programar
que los de coma fija, pero son usualmente más caros. El mayor costees resultado del
requisito de una mayor complejidad del circuito que se traduce en un mayor tamaño de
chip.
Sin embargo, el mayor margen dinámico facilita su programación pues el
programador no debe preocuparse por el margen dinámico ni por la precisión. Por el
contrario, en los DSP de coma fija el programador a menudo debe escalar las señales en
sus programas para asegurar una adecuada precisión numérica con el limitado margen
dinámico del DSP de coma fija.
Por lo general, las aplicaciones con un gran volumen de unidades y/o bajo
consumo utilizan los DSP de coma fija al ser la prioridad en este tipo de aplicaciones el
bajo coste. Los programadores determinan el margen dinámico y la precisión necesarias
de la aplicación, ya sea analíticamente o a través de simulaciones, y entonces aplican
operaciones de escalado dentro del código de la aplicación en los puntos en donde sea
necesario.
En aplicaciones donde el coste no sea un requisito crítico o que demanden un
margen dinámico y precisión elevadas, o donde la facilidad de desarrollo sea vital, los
DSP de coma flotante poseen ventaja.
Mediante rutinas software es posible emular el comportamiento de un dispositivo
de coma flotante con uno de coma fija. Sin embargo, tales rutinas resultan generalmente
caras en términos de ciclos del procesador. En consecuencia, raramente se suele emular
la aritmética de coma flotante.
6.11.2.2Ancho de palabra
Los DSP de coma flotante utilizan un bus de datos de 32 bits. En los DSP de coma
fija, el tamaño más común es de 16 bits. Sin embargo, las familias DSP5600x y
DSP563xx de Motorola utilizan un formato de 24 bits, mientras que la familia ZR3800x
de Zoran utiliza 20 bits.
El tamaño del bus de datos tiene un gran impacto en el coste, ya que influye
notablemente en el tamaño del chip y el número de patillas del encapsulado, así como en
el tamaño de la memoria externa conectada al DSP. Por lo tanto, se intenta utilizar el
integrado con el menor tamaño de palabra que la aplicación pueda tolerar.
De la misma forma que ocurre con la elección entre coma fija y coma flotante,
existe un compromiso entre tamaño de palabra y complejidad. Una aplicación que
requiera 24 bits puede ser desarrollada por un DSP de 16 bits a costa de un aumento de
complejidad en el software. Por ejemplo, con un DSP de 16 bits se pueden realizar
operaciones con aritmética de doble precisión y 32 bits combinando las instrucciones
adecuadas.
Naturalmente, la doble precisión será mucho más lenta que la precisión simple. Si
el grueso de la aplicación puede desarrollarse en precisión simple, puede tener sentido
emplearla doble precisión únicamente en aquellas partes del programa que lo necesiten.
Pero si la mayoría de la aplicación requiere más precisión, entonces un DSP con
un tamaño de palabra mayor sería la opción adecuada.
La mayoría de los DSP utilizan un ancho de la palabra de instrucción igual a la de
los datos, pero no todos lo hacen. Así por ejemplo, la familia ADSP-21xx de Analog
Devices utiliza 16 bits para los datos y 24 bits para las instrucciones mientras que la
familia ZR3800xde Zoran utiliza un formato de instrucción de32 bits.
6.11.2.3 Velocidad de procesamiento
La medida clave para saber si un DSP es o no apropiado para una aplicación es su
velocidad de ejecución. Existen varias formas para medirla velocidad de un procesador,
aunque quizás el parámetro más usual es el tiempo de ciclo de instrucción: tiempo
necesario para ejecutar la instrucción más rápida del procesador. Su inverso dividido por
un millón da lugar a la velocidad del procesador en millones de instrucciones por
segundo o MIPS. En la actualidad todos los DSP ejecutan una instrucción por ciclo de
instrucción.
Un problema que se presenta cuando se compraran los tiempos de ejecución de
instrucciones de varios procesadores es que la cantidad de trabajo realizado por una
instrucción varía significativamente de un procesador a otro. Por ejemplo, algunos DSP
disponen de desplazadores combinatorios (“barrel shifters”) que permiten hacer
desplazamientos de múltiples bits en los datos con sólo una instrucción, mientras que
otros DSP requieren que el dato sea desplazado con repetidas instrucciones de
desplazamiento de un solo bit.
De forma similar, algunos DSP permiten el movimiento de datos en paralelo
(carga simultánea de datos mientras se ejecuta una instrucción)que no están relacionados
con la instrucción que la ALU está ejecutando, pero otros DSP sólo soportan
movimientos en paralelo que estén relacionados con los operandos de la instrucción que
esté ejecutando la ALU.
El parámetro MIPS, al igual que MFLOPS, MOPS, MBPS y otros, se miden de
forma muy precisa aunque su valor no necesariamente dice mucho de lo que un
determinado DSP es capaz de hacer. Dichos valores sirven para ubicar cada DSP en una
categoría amplia en cuanto a prestaciones pero uno se debería preguntar si se trata de
valores de pico o sostenidos. Además, también nos deberíamos preguntar cómo se ven
afectadas las prestaciones del DSP cuando muchos de los datos se encuentran fuera del
chip, en la memoria externa.
Una solución a estos problemas consiste en decidir una operación básica y
utilizarla como referencia al comparar distintos DSP. La operación que suele tomarse
como referencia es la MAC.
Desafortunadamente, los tiempos de ejecución de la MAC proporcionan, a veces,
poca información para poder diferenciar entre distintos DSP, ya que en la mayoría de
ellos esta instrucción se ejecuta en un solo ciclo de instrucción, y como se ha
mencionado anteriormente, algunos DSP pueden hacer mucho más que otros en una
simple instrucción MAC. Además, los tiempos de ejecución de la MAC no suele reflejar
las prestaciones de otro tipo importante de operaciones como los bucles que están
presentes en todas las aplicaciones.
Un enfoque mucho más general consiste en definir un conjunto algoritmos o
funciones, como un filtro FIR o IIR, e implementarlo en distintos DSP y de esta forma
ver cuál de ellos proporciona unas mejores prestaciones. Sin embargo, la
implementación de estos algoritmos para distintos DSP puede resultar una tarea ardua.
En este sentido, una buena referencia pueden ser los tests que efectúa la Berkeley Design
Technology Inc., pionera en utilizar distintas porciones de algoritmos y funciones para
medir las prestaciones de los diferentes DSP.
6.11.2.4Organización de la memoria
La organización del subsistema de memoria de un DSP puede tener un gran
impacto en sus prestaciones. Como se ha mencionado anteriormente, la instrucción
MAC, así como otras, son fundamentales en muchos de los algoritmos de procesado de
señal. Una ejecución rápida de la instrucción MAC requiere que la lectura en memoria
del código de la instrucción y de sus dos operandos se haga en un ciclo de instrucción.
Existe una variedad de formas de hacerlo, utilizando memorias multipuerto para
permitir múltiples accesos a memoria en un ciclo de instrucción, mediante memorias de
datos e instrucciones separadas (arquitectura Harvard), y memorias caches de
instrucciones para permitir el acceso a la memoria para la obtención de datos mientras
que las instrucciones se obtienen de la cache en lugar de la memoria. En la figura 6.15se
muestran las diferencias entre la arquitectura Harvard y la Von Neumann, esta última
utilizada en la mayoría de procesadores de propósito general.
Figura 6.15. Arquitecturas Harvard y Von Neumann.
Otro punto importante a tener en cuenta es la cantidad de memoria que soporta el
DSP, interna y externamente. Atendiendo a las características de la aplicación, la
mayoría de los DSP de coma fija poseen memorias internas, en el propio chip, de
tamaño pequeño medio, entre 256 y32k palabras, y un bus externo de direcciones
pequeño. Así por ejemplo, la mayoría de los DSP de coma fija de Analog Devices,
Lucent Technologies, Motorola y Texas Instruments tienen buses de direcciones de 16
bits o menos, loque limita la cantidad de memoria externa de acceso directo.
Por el contrario, la mayoría de los DSP de coma flotante proporcionan poca o
ninguna memoria interna, pero se caracterizan por tener buses de direcciones externos de
gran tamaño, para soportar una gran cantidad de memoria externa.
6.11.2.5 Segmentación (“pipelining”)
“Pipelining” es una técnica para incrementarlas prestaciones de un procesador, que
consiste en dividir una secuencia de operaciones en otras de más sencillas y ejecutar en
lo posible cada una de ellas en paralelo. En consecuencia se reduce el tiempo total
requerido para completar un conjunto de operaciones. Casi todos los DSP del mercado
incorporan el uso de la segmentación en mayor o menor medida.
Para ilustrar de qué forma la técnica de la segmentación mejora las prestaciones de
un procesador, considérese un hipotético procesador que utiliza unidades de ejecución
separadas para la ejecución de una única instrucción:
•
Obtención de la instrucción de la memoria
•
Descodificar la instrucción
•
Leer o escribir un operando de la memoria
•
Ejecutar la parte de la instrucción relacionada con la ALU o MAC.
Sise supone que cada etapa o unidad de ejecución tarda 20 ns en ejecutar su parte
de la instrucción, entonces el procesador ejecuta una instrucción cada 80 ns. Sin
embargo, también se observa que el hardware asociado a cada etapa de ejecución está
inactivo el 75% del tiempo. Esto ocurre porque el procesador no empieza a ejecutar una
nueva instrucción hasta que finaliza la ejecución de la instrucción en curso como se ve
en la figura 6.16.
Figura 6.16. Tabla de segmentación
Un procesador que implementara la técnica de “pipelining” obtendría una nueva
instrucción inmediatamente después de haber obtenido la anterior. De forma similar,
cada instrucción sería descodificada después de haber terminado la descodificación de la
instrucción anterior.
Con esta filosofía, las instrucciones se ejecutan de forma solapada. Las unidades
de ejecución trabajan en paralelo, mientras una obtiene el código de una instrucción otra
está descodificando la anterior y así sucesivamente. En consecuencia, una vez que la
“pipeline” está llena, cada 20 ns se ejecuta una instrucción, lo cual representa un factor
de mejora de prestaciones de cuatro respecto a un procesador que no incorpore dicha
técnica.
Aunque la mayoría de los DSP utilizan la técnica de segmentación, su profundidad
o número de etapas varía de un procesador a otro. En general, cuanto mayor sea el
número de etapas, menor tiempo tardará el procesador en ejecutar una instrucción.
En el ejemplo anterior se ha supuesto un procesador con una eficiencia en el uso
de la “pipeline” del 100%. En realidad, esto no siempre ocurre así. La eficiencia se ve
disminuida por varias causas, entre las cuales se encuentra el hecho de que un
procesador necesite dos ciclos para escribir en memoria, se obtenga el código de una
instrucción de salto de programa o bien la petición de una interrupción.
En el momento en que el procesador detecta la llegada de una instrucción de salto
en la descodificación del segundo ciclo de reloj, la “pipeline” se vacía y detiene la
obtención de nuevas instrucciones. Esto provoca que la instrucción de salto se ejecute en
cuatro ciclos. Posteriormente, el procesador comienza la obtención de las instrucciones
(N1-N4) a partir de la dirección de salto y del quinto ciclo de reloj. A causa de este tipo
de situaciones, casi todos los DSP incorporan algún tipo de mejora en el uso de la
segmentación con el propósito de reducir su posible ineficiencia temporal.
6.11.2.6 Consumo
El uso cada vez más extendido de los DSP en aplicaciones portátiles como la
telefonía celular hace que el consumo sea un factor a tener muyen cuenta en el momento
de decidirse por un DSP u otro. Conscientes de esta necesidad, los fabricantes de DSP ya
fabrican DSP para tensiones bajas de trabajo (3,3 V -3 V) que incorporan prestaciones
para la gestión de energía, como pueden ser los modos “sleep” o “idle” que inhiben el
reloj del DSP a todas o sólo algunas partes del mismo, divisores programables del reloj
para permitirla realización de determinadas tareas a velocidad inferior o en control
directo de periféricos, lo que permite la desactivación de algunos de ellos si no se prevé
su aplicación.
6.11.2.7 Costo
Generalmente el costo del DSP es el principal parámetro en todos aquellos
productos que se van a fabricar en grandes volúmenes. En tales aplicaciones, el
diseñador intenta utilizar el DSP con coste inferior y que satisfaga las necesidades de la
aplicación aun cuando ese dispositivo pueda ser considerado poco flexible y más difícil
de programar que otros DSP más caros. De entre las familias de DSP, el más barato será
aquel que tenga menos características funcionales, menos memoria interna y
probablemente menos prestaciones que otro más caro. Sin embargo, una diferencia clave
en el precio está en el encapsulado. Los encapsulados PQFP y TQFP son usualmente
bastante más baratos que los PGA.10
6.11.3 Programación de DSP
Un DSP se puede programar tanto en ensamblador como en C. Cada familia de
DSP tiene su propio lenguaje ensamblador y sus propias herramientas suministradas por
el fabricante. Gracias a la colaboración entre fabricantes, existen lenguajes de más alto
nivel (y por lo tanto, más sencillos y rápidos de usar) que incorporan la capacidad de
programar los DSP, en general pasando por un pre compilado automático en C. Son los
casos de LabVIEW y Matlab.
Principales herramientas:
•
Matlab
o El desarrollo de algoritmos
o Sirve como punto de referencia al prototipo de verificación
•
10
DSP: Code Composer Studio (simulador y versiones EVM)
Salazar Jordi. (Abril 2011). Procesador digital de señales. Arquitecturas y criterios de selección.
Disponible en :http://ocw.um.es/ingenierias/sistemas-embebidos/material-de-clase-1/ssee-da-t04-01.pdf
o Algoritmo de implementación en C / ensamblador
o Depuración, en relación con la aplicación de Matlab
o Perfiles de su código
•
+ +: Visual C PC
o
Desarrollo de interfaz de usuario
o Control de la tarjeta de DSP
•
LabVIEW
o Programación orientada a objetos
6.12 LabVIEW
LabVIEW es llamado así por sus siglas en inglés,
Laboratorio Virtual
Instrumentation Engineering Workbench, es una plataforma y un ambiente de desarrollo
para lenguaje de programación visual hecho por National Instuments.
El lenguaje gráfico es normalmente llamado “lenguaje G”. Originalmente
desarrollado para Macintosh en 1986, LabVIEW es comúnmente usado para la
adquisición de datos, control de instrumentación y automatización industrial.
El lema de LabVIEW es: "La potencia está en el Software". Entre sus objetivos
están el reducir el tiempo de desarrollo de aplicaciones de todo tipo no sólo en ámbitos
de test, control y diseño.
Presenta facilidades para el manejo de interfaces de comunicación como: puerto
paralelo, puerto serie, GPIB, Bluetooth, USB y algunos otros; También se tiene facilidad
para interactuar con otros lenguajes de programación y aplicaciones como: .NET, Active
X, Multisim, Matlab, Simulink, AutoCAD, etc.
Algunas de las ventajas de LabVIEW son:
•
Entorno de desarrollo gráfico fácil de usar
•
Estrecha integración con una amplia gama de hardware de medida
•
Rápido desarrollo de interfaz de usuario para visualizar datos en vivo
•
Extensa funcionalidad para procesamiento de señales, análisis y matemáticas
•
Integración de control de código fuente y métricas de complejidad de código
•
Soporte para Windows XP/Vista/7 (32 bits) y Windows Vista/7 (64 bits)
•
Herramientas gráficas y textuales para el procesado digital de señales.
•
Visualización y manejo de gráficas con datos dinámicos.
•
Adquisición y tratamiento de imágenes.
•
Control de movimiento (combinado incluso con todo lo anterior).
•
Tiempo Real estrictamente hablando.
•
Sincronización entre dispositivos.
Como se ha dicho es una herramienta gráfica de programación, esto significa que
los programas no se escriben, sino que se dibujan, facilitando su comprensión.
Los programas hechos con LabVIEW se llaman VI (Virtual Instrument), lo que da
una idea de su uso en origen: el control de instrumentos. Cada VI tiene 3 componentes:
panel frontal, diagrama de bloques y panel conector e icono como se aprecia en la figura
6.17.
El panel frontal es el interfaz con el usuario, en él se definen los controles e
indicadores que se muestran en pantalla. Los controles son perillas, botones diales y
otros dispositivos de entrada. Los indicadores son gráficas, led's cajas de diálogo o
numéricas, y otros despliegues.11
Figura 6.17. Interfaces LabVIEW.
11
National Instruments. (Abril 2011). Disponible en: http://www.ni.com.mx
6.12.1 Módulo LabVIEW DSP.
El Módulo LabVIEW DSP de National Instruments es una herramienta completa
de diseño DSP gráfico basada en el entorno de programación gráfica LabVIEW que
usted puede usar para crear aplicaciones embebidas en tiempo real. Características
incluidas:
•
Acceso directo a líneas de E/S digitales y analógicas de objetivo DSP
•
Soporte completo para Express VI's para desarrollo de código más rápido
•
Habilidad para conectar entre objetivos DSP con soporte sin reescribir código
•
Perfecta integración de filtros digitales
Consta de herramientas para diseñar, implantar y analizar sistemas y algoritmos
basados en DSP. Con el nuevo módulo LabVIEW DSP el entorno de desarrollo gráfico
LabVIEW se extiende a las aplicaciones de procesamiento embebido de señales y ofrece
a los estudiantes de ingeniería un enfoque práctico y sencillo para aprender las más
importantes técnicas de procesamiento de señales.
El módulo LabVIEW DSP amplía las prestaciones de LabVIEW para programar
directamente las tarjetas de evaluación TMS320C6711 y C6713 DSK y las tarjetas NI
SPEEDY-33 con funciones de procesamiento de señales y principios de programación,
como análisis y filtrado espectral, sin necesidad de un compilador DSP independiente.
Dado que LabVIEW es un entorno gráfico intuitivo, los docentes de ingeniería, pueden
utilizar el nuevo software en sus cursos de diseño de procesamiento de señales,
comunicaciones, control y filtros, para enseñar a los alumnos a crear rápidamente desde
sistemas de comunicaciones hasta complejas aplicaciones de control de motores.
Al utilizar LabVIEW para desarrollar estas aplicaciones, los alumnos pueden
concentrarse en los conceptos y en los resultados, en lugar de perder un precioso tiempo
con tediosos detalles de implantación sin tener que programar en lenguajes basados en
texto de nivel bajo. Hasta ahora, los ingenieros que programan los dispositivos con
DSP's, perdían gran parte de su tiempo en tareas con muchos pasos, muy lentos, para
realizar pequeñas modificaciones
•
Soporte para tres objetivos DSP que proporciona opciones para la implementación
final
•
Implementación de filtros digitales diseñados usando el Juego de Herramientas para
Diseño de Filtros Digitales
12
•
Capacidad autónoma de desarrollo de aplicaciones
•
Necesita tener los Sistemas de Desarrollo de LabVIEW Profesional o Completo
•
Cientos de funciones DSP integradas para un desarrollo más rápido
•
Express VI’s facilitan el desarrollo y acortan tiempos de mercado 12
National Instruments Spain. (Abril 2011). El Directorio español de equipos y productos electrónicos.
Disponible
en:
http://www.infoepe.es/c/National-Instruments-Spain-ni/National-Instruments-Spainpresenta-LabVIEW-DSP-para-dise%C3%B1ar-implantar-y-analizar-sistemas-n1020
6.13 Pantalla LDC Táctil
Una pantalla de cristal líquido o LCD (acrónimo del inglés liquid crystal display)
es una pantalla delgada y plana formada por un número de píxeles en color o
monocromos colocados delante de una fuente de luz o reflectora. A menudo se utiliza en
dispositivos
Las pantallas de cristal líquido requieren poca energía y, normalmente, cuentan
con una alta resolución. Las pantallas LCD se fabrican cerrando herméticamente un
compuesto líquido entre dos piezas de cristal y un filtro. La pantalla dispone de cientos o
miles de puntos que se cargan o no, lo que hace que la luz se refleje o no para formar
letras, caracteres y números. Algunas pantallas LCD tienen un panel electroluminiscente
posterior con retro iluminación térmica.
6.13.1Características
Cada píxel de un LCD típicamente consiste de una capa de moléculas alineadas
entre dos electrodos transparentes, y dos filtros de polarización, los ejes de transmisión
de cada uno que están (en la mayoría de los casos) perpendiculares entre sí. Sin cristal
líquido entre el filtro polarizante, la luz que pasa por el primer filtro sería bloqueada por
el segundo (cruzando) polarizador.
La superficie de los electrodos que están en contacto con los materiales de cristal
líquido es tratada a fin de ajustar las moléculas de cristal líquido en una dirección en
particular. Este tratamiento suele ser normalmente aplicable en una fina capa de
polímero que es unidireccionalmente frotada utilizando, por ejemplo, un paño. La
dirección de la alineación de cristal líquido se define por la dirección de frotación.
Antes de la aplicación de un campo eléctrico, la orientación de las moléculas de
cristal líquido está determinada por la adaptación a las superficies. En un dispositivo
twisted nematic, TN (uno de los dispositivos más comunes entre los de cristal líquido),
las direcciones de alineación de la superficie de los dos electrodos son perpendiculares
entre sí, y así se organizan las moléculas en una estructura helicoidal, o retorcida.
Debido a que el material es de cristal líquido birreflejante, la luz que pasa a través
de un filtro polarizante se gira por la hélice de cristal líquido que pasa a través de la capa
de cristal líquido, lo que le permite pasar por el segundo filtro polarizado. La mitad de la
luz incidente es absorbida por el primer filtro polarizante, pero por lo demás todo el
montaje es transparente.
Cuando se aplica un voltaje a través de los electrodos, una fuerza de giro orienta
las moléculas de cristal líquido paralelas al campo eléctrico, que distorsiona la estructura
helicoidal (esto se puede resistir gracias a las fuerzas elásticas desde que las moléculas
están limitadas a las superficies). Esto reduce la rotación de la polarización de la luz
incidente, y el dispositivo aparece gris. Si la tensión aplicada es lo suficientemente
grande, las moléculas de cristal líquido en el centro de la capa son casi completamente
desenrolladas y la polarización de la luz incidente no es rotada ya que pasa a través de la
capa de cristal líquido. Esta luz será principalmente polarizada perpendicular al segundo
filtro, y por eso será bloqueada y el pixel aparecerá negro. Por el control de la tensión
aplicada a través de la capa de cristal líquido en cada píxel, la luz se puede permitir
pasar a través de distintas cantidades, constituyéndose los diferentes tonos de gris.
El efecto óptico de un dispositivo twisted nematic (TN) en el estado del voltaje es
mucho menos dependiente de las variaciones de espesor del dispositivo que en el estado
del voltaje de compensación. Debido a esto, estos dispositivos suelen usarse entre
polarizadores cruzados de tal manera que parecen brillantes sin tensión (el ojo es mucho
más sensible a las variaciones en el estado oscuro que en el brillante). Estos dispositivos
también pueden funcionar en paralelo entre polarizadores, en cuyo caso la luz y la
oscuridad son estados invertidos.
La tensión de compensación en el estado oscuro de esta configuración aparece
enrojecida debido a las pequeñas variaciones de espesor en todo el dispositivo. Tanto el
material del cristal líquido como el de la capa de alineación contienen compuestos
iónicos. Si un campo eléctrico de una determinada polaridad se aplica durante un
período prolongado, este material iónico es atraído hacia la superficie y se degrada el
rendimiento del dispositivo. Esto se intenta evitar, ya sea mediante la aplicación de una
corriente alterna o por inversión de la polaridad del campo eléctrico que está dirigida al
dispositivo (la respuesta de la capa de cristal líquido es idéntica, independientemente de
la polaridad de los campos aplicados)
Cuando un dispositivo requiere un gran número de píxeles, no es viable conducir
cada dispositivo directamente, así cada píxel requiere un número de electrodos
independiente. En cambio, la pantalla es multiplexada. En una pantalla multiplexada, los
electrodos de la parte lateral de la pantalla se agrupan junto con los cables (normalmente
en columnas), y cada grupo tiene su propia fuente de voltaje. Por otro lado, los
electrodos también se agrupan (normalmente en filas), en donde cada grupo obtiene una
tensión de sumidero. Los grupos se han diseñado de manera que cada píxel tiene una
combinación única y dedicada de fuentes y sumideros. Los circuitos electrónicos o el
software que los controla, activa los sumideros en secuencia y controla las fuentes de los
píxeles de cada sumidero.
6.13.2 Especificaciones.
Importantes factores que se deben considerar al evaluar una pantalla de cristal
líquido:
•
Resolución: Las dimensiones horizontal y vertical son expresadas en píxeles. Las
pantallas HD tienen una resolución nativa desde 1280x720 píxeles (720p) y la
resolución nativa en las Full HD es de 1920x1080 píxeles (1080p).
•
Ancho de punto: La distancia entre los centros de dos píxeles adyacentes. Cuanto
menor sea el ancho de punto, tanto menor granularidad tendrá la imagen. El
ancho de punto suele ser el mismo en sentido vertical y horizontal, pero puede
ser diferente en algunos casos.
•
Tamaño: El tamaño de un panel LCD se mide a lo largo de su diagonal,
generalmente expresado en pulgadas (coloquialmente llamada área de
visualización activa).
•
Tiempo de respuesta: Es el tiempo que demora un píxel en cambiar de un color a
otro.
•
Tipo de matriz: Activa, pasiva y reactiva.
•
Ángulo de visión: Es el máximo ángulo en el que un usuario puede mirar el
LCD, es estando desplazado de su centro, sin que se pierda calidad de imagen.
Las nuevas pantallas vienen con un ángulo de visión de 178 grados
•
Soporte de color: Cantidad de colores soportados. Coloquialmente conocida
como gama de colores.
•
Brillo: La cantidad de luz emitida desde la pantalla; también se conoce como
luminosidad.
•
Contraste: La relación entre la intensidad más brillante y la más oscura.
•
Aspecto: La proporción de la anchura y la altura (por ejemplo, 5:4, 4:3, 16:9 y
16:10).
•
Puertos de entrada: Por ejemplo DVI, VGA, LVDS o incluso S-Video y HDMI.
Una pantalla táctil es una pantalla que mediante un toque directo sobre su
superficie permite la entrada de datos y órdenes al dispositivo. A su vez, actúa como
periférico de salida, mostrando los resultados introducidos previamente. Este contacto
también se puede realizar con lápiz u otras herramientas similares. Actualmente hay
pantallas táctiles que pueden instalarse sobre una pantalla normal. Así pues, la pantalla
táctil puede actuar como periférico de entrada y periférico de salida de datos, así como
emulador de datos interinos erróneos al no tocarse efectivamente
Las pantallas táctiles se han ido haciendo populares desde la invención de la
interfaz electrónica táctil en 1971 por el Dr. Samuel C. Hurst. Han llegado a ser
comunes en TPV's, en cajeros automáticos y en PDAs donde se suele emplear un estilete
para manipular la interfaz gráfica de usuario y para introducir datos. La popularidad de
los teléfonos inteligentes, PDA's, de las vídeo consolas portátiles o de los navegadores
de automóviles está generando la demanda y la aceptación de las pantallas táctiles.
La interacción efectuada por tal objeto permitió que en 1993 se integraran al
mercado varios productos interactivos para niños tales como los libros gráficos de la
Matel.
Las pantallas táctiles de última generación consisten en un cristal transparente
donde se sitúa una lámina que permite al usuario interactuar directamente sobre esta
superficie, utilizando un proyector para lanzar la imagen sobre la pantalla de cristal. Se
sale de lo que hasta hoy día se entendía por pantalla táctil que era básicamente un
monitor táctil.
Las pantallas táctiles son populares en la industria pesada y en otras situaciones,
tales como exposiciones de museos donde los teclados y los ratones no permiten una
interacción satisfactoria, intuitiva, rápida, o exacta del usuario con el contenido de la
exposición.
Las pantallas táctiles se encuentran definidas dentro de la especificación de
dispositivos HID para puerto USB1 como digitalizadores, junto con dispositivos como
touch pads y tabletas digitalizadoras entre otros. Las pantallas táctiles se identifican con
el usage ID 04.
La especificación incluye los campos utilizados para el manejo de este tipo de
dispositivos. Algunos de los más interesantes para el manejo de las pantallas táctiles son:
•
Tip Pressure: que representa la fuerza por un transductor, habitualmente un
estilete o también un dedo.
•
Barrel Pressure: fuerza que ejerce el usuario en el sensor del transductor, como
por ejemplo un botón sensible a la presión en el puntero de manejo.
•
In Range: que indica que el transductor se encuentra en el área donde la
digitalización es posible. Se representa por un bit
•
Touch: indica si un dedo está tocando la pantalla. El sistema suele interpretarlo
como un clic de botón primario
•
Untouch: indica que el dedo ha perdido contacto con la superficie de la pantalla.
Se interpreta como la acción de soltar el botón primario.
•
Tap: indica que se ha realizado un toque con el dedo en la pantalla, levantándolo
rápidamente sin prolongar el contacto. Se interpreta como un evento provocado
por un botón.
Hay dos tipos principales de pantallas táctiles en los móviles: capacitiva o
resistiva. Las dos utilizan el mismo principio para detectar las pulsaciones: los cambios
en la corriente eléctrica. Sin embargo, los componentes que forman los distintos tipos de
pantalla táctil y, sobre todo, la sensación para el usuario son muy distintos.
Las pantallas capacitivas son más caras de fabricar y están presentes en el iPhone o
el LG KF750 Secret, entre otros móviles. Las pantallas resistivas son más baratas y están
más extendidas, por ejemplo en los Pocket PC de Windows Mobile o el Nokia 5800.
6.13.3
Pantallas capacitivas
Por su tecnología, las pantallas capacitivas necesitan ser manejadas mediante el
dedo o un objeto que disponga de capacitancia, no siendo aptas para los típicos stylus.
Por otro lado, pueden detectar varias pulsaciones simultáneas o gestos, lo que permite
diversas formas de actuar con ellas, aumentando su capacidad para ser controladas. Las
pulsaciones o gestos no requieren presión, basta con deslizar el dedo para controlar la
pantalla del dispositivo.
Al ser utilizadas directamente por el dedo, sin objetos intermedios, y no ser
necesario realizar ninguna presión, la experiencia para el usuario al manejar este tipo de
pantallas es bastante bueno. La impresión es de rapidez, de inmediatez, siempre que el
sistema operativo y el programa que estemos manejando este bien diseñado, claro está.
También tienen sus limitaciones. Tener que usar los dedos, menor precisión y no
detectar la presión limitan las posibilidades del software que pueden ejecutar un ejemplo
se muestra en la figura 6.18.
Figura 6.18. Pantalla capacitiva.
6.13.3
Pantallas resistivas.
Las pantallas resistivas están formadas por varias capas. Cuando presionamos
sobre la pantalla, hay dos capas que entran en contacto, se produce un cambio en la
corriente eléctrica y se detecta la pulsación. Aparte de su precio, la mejor resistencia al
polvo o al agua ha contribuido a su popularidad. Sin embargo, el uso de múltiples capas
hace que su brillo se reduzca en, aproximadamente, un 25 por ciento. Pueden usarse con
los dedos o el stylus, aunque los objetos afilados pueden dañarlas.
La necesidad de ejercer presión en una pantalla resistiva implica una experiencia
de usuario diferente. La respuesta del móvil parece menos intuitiva, más lenta. Si
además el software no está creado para usarse con el dedo, tener que utilizar un objeto
intermedio nos distancia aún más del dispositivo. Se puede hacer un programa que
establezca un tiempo menor, pero se corre el riesgo de que la respuesta sea demasiado
rápida para ser usado.
Uno de los principales inconvenientes que se les atribuye a las pantallas resistivas
es su imposibilidad para detectar varias pulsaciones, el multitouch, o los gestos. La
compañía francesa Stantum estuvo demostrando en el congreso de Barcelona sus
innovaciones en pantallas resistivas. Multitoque, sensibilidad a la presión y precisión es
lo que se puede ver en estos vídeos. Stantum ha creado unas referencias de software y
hardware para que los fabricantes de móviles puedan llevar este tipo de pantallas
resistivas en sus próximos móviles como se muestra en la figura 6.19.13
Figura 6.19.Pantalla resistiva.
6.14 USB
El USB es un bus punto a punto: dado que el lugar de partida es el host (PC o
hub), el destino es un periférico u otro hub. No hay más que un único host (PC) en una
arquitectura USB. Los PC estándar tienen dos tomas USB, lo que implica que, para
permitir más de dos periférico simultáneamente, es necesario un hub. Algunos
periféricos incluyen un hub integrado, por ejemplo, el teclado USB, al que se le puede
conectar un Mouse USB.
13
Nokia. (2003).Tutorial Interacivo de Nokia. [Resista electrónica]. Disponible en:
http://europe.nokia.com/EUROPE_NOKIA_COM_3/r2/support/tutorials/7250i/spanish/glossary/index.ht
Los periféricos comparten la banda de paso del USB. El protocolo se basa en el
llamado paso de testigo (token). El ordenador proporciona el testigo al periférico
seleccionado y seguidamente, éste le devuelve el testigo en su respuesta.
Este bus permite la conexión y la des-conexión en cualquier momento sin
necesidad de apagar el equipo.
6.14.1 Características del USB.
Las principales características del bus son:
•
Banda de paso, disponibilidad desde algunos kilobits a varios megabits.
•
Transferencia isócrona y asíncrona en el mismo bus.
•
Varios tipos de periféricos en el mismo bus.
•
Posibilidad de conectar hasta 127 periféricos.
•
Tiempo de respuesta garantizado (para audio y vídeo).
•
Flexibilidad a nivel de banda de paso
•
Fiabilidad, control de errores.
•
Perfectamente integrado en el PC, plug and play (conectar y usar)
•
Coste reducido en la versión de baja velocidad (1,5 Mbits/s)
•
Posible expansión del bus
6.14.2 Descripción del sistema USB
A nivel eléctrico, el cable USB transfiere la señal y la alimentación sobre 4 hilos
como se observa en la figura 6.20.
Figura 6.20. Diagrama de conexión USB.
A nivel de alimentación, el cable proporciona la tensión nominal de 5 V. Es
necesario definir correctamente el diámetro del hilo con el fin de que no se produzca una
caída de tensión demasiado importante en el cable. Una resistencia de terminación
instalada en la línea de datos permite detectar el puerto y conocer su configuración (1,5
o 12 Mbits/s).
A nivel de señal, se trata de un par trenzado con una impedancia característica de
90 Ω La velocidad puede ser tanto de 12 Mbits/s como de 1,5 Mbits/s. La sensibilidad
del receptor puede ser de, al menos, 200mV y debe poder admitir un buen factor de
rechazo de tensión en modo común. El reloj se transmite en el flow de datos, la
codificación es de tipo NRZI, existiendo un dispositivo que genera un bit de relleno (bit
stuffing) que garantiza que la frecuencia de reloj permanezca constante. Cada paquete va
precedido por un campo de sincronismo.
Cada sección puede proporcionar una determinada potencia máxima siendo el PC
el encargado de suministrar la energía. Además, elperiférico puede estar autoalimentado
(self powered).
El ordenador gestiona el consumo, teniendo capacidad de poner en reposo
(suspend) o en marcha a un periférico USB. En reposo, este reduce su consumo (si
puede), quedándose la parte USB funcional. Esta gestión está orientada especialmente a
los equipos portátiles.14
VII. Plan De Actividades
Los tiempos definidos en el cronograma son estipulados tomando en cuenta que
HD proveerá la información y la retroalimentación en tiempos adecuados. Se insumirán
480 horas de ingeniería, para la totalidad del proyecto.
14
Xavier Fernand. Guía del desarrollador. Parafino. Disponible en : http://www.imicro.com/pdf/articulos/
usb.pdf
•
Fase 1: Conocer los objetivos del proyecto, material necesario y herramientas a
utilizar.
•
Fase 2: Obtención de los conocimientos necesarios para la realización del proyecto.
•
Fase 3: Definir si es posible Delimitar los periodos sistólicos y diastólicos del ciclo
arterial (mediante frecuencias, amplitudes etc.…).
•
Fase 4: Una vez delimitado los periodos sistólicos y diastólicos del ciclo arterial
proceder a la eliminación del periodo diastólico para el análisis del periodo sistólico
obteniendo un análisis de la frecuencia de los ciclos cardiacos (Duración de ciclos
cardiacos por minuto), numero de eventos bradicárdicos y de eventos taquicárdicos
del periodo sistólico.
•
Fase 5: Proceder a la eliminación del periodo sistólico para el análisis del periodo
diastólico obteniendo duración de los ciclos para conocer los eventos bradicárdicos y
eventos taquicárdicos del periodo diastólico.
•
Fase 6: Concluir
programación en LabVIEW con una pantalla que muestre
Frecuencia cardiaca, eventos bradicárdicos y taquicárdicos del periodo sistólico y los
eventos bradicárdicos y taquicárdicos del periodo diastólico.
•
Fase 7: Realización de pruebas con el programa ya terminado cargado en la
computadora utilizando las tarjetas de NI.
•
Fase 8: Introducir la programación de LabVIEW al DSP y configuración con la
pantalla para su reducción sin la utilización de la computadora.15
15
Cronograma de Actividades Arterioritmómetro, HD, Contrato HD-UTEQ.(2011)
7.1 Cronograma de Actividades
CONOCIMIENTO DEL
PROYECTO
CAPACITACIÓN
DELIMITACIÓN DE
LOS PERIODOS
(SENSOR DE
PRESIÓN)
DELIMITACIÓN DE
LOS PERIODOS
(DOPPLER)
ESTUDIO DEL
PERIODO SISTÓLICO
ESTUDIO DEL
PERIODO
DIASTÓLICO
PROGRAMACIÓN DE
LA TARJETA DSP
ACTIVIDAD
Objetivos del proyecto
Material necesario
Herramientas a utilizar
Reconocimiento del proyecto
Capacitación de LabVIEW
Ciclo arterial
Periodo sistólico
Periodo diastólico
DURACIÓN
21 días
16 días
16 días
5 días
14 días
5 días
5 días
5 días
Ciclo arterial
Periodo sistólico
Periodo diastólico
Eliminación del periodo diastólico
Frecuencia de los ciclos cardiacos
Número de eventos bradicardias
Número de eventos taquicardias
Eliminación del periodo sistólico
Duración de los ciclos diastólicos
Número de eventos bradicárdicos
Número de eventos taquicárdicos
Frecuencia cardiaca
Delimitación del periodo sistólico
Delimitación del periodo diastólico
Eventos bradicárdicos en el periodo sistólico
Eventos taquicárdicos en el periodo sistólico
Eventos taquicárdicos en el periodo diastólico
Eventos bradicárdicos en el periodo diastólico
Programación de la interfaz touch screen
Pruebas
3 días
3 días
2 días
8 días
2 días
2 días
2 días
8 días
3 días
2 días
2 días
10 días
12 días
11 días
3 días
3 días
3 días
3 días
7 días
53 días
7.2 Diagrama de Gantt
VIII. Recursos Materiales y Humanos
8.1 Recursos Materiales.
8.2 Recursos Humanos
IX. Desarrollo del Proyecto
En este capítulo se ofrece una explicación detallada del proyecto realizado en el
transcurso de la estadía. Se da a conocer como se realizó cada una de las actividades que
se llevaron a cabo en la Universidad Tecnológica de Querétaro con la empresa
HemoDinamics S.A. de C.V.
9.1 Planteamiento del proyecto
En esta actividad
se definieron cada una de las etapas necesarias para la
fabricación del Arterioritmómetro UTEQ y HD,así como sus objetivos particulares.
Las etapas que se definieron son las siguientes:
•
Reconocimiento del proyecto
•
Obtención y requisición de la lista de materiales para la realización del proyecto
•
Realización del proyecto con plata forma de programación LabVIEW
•
Traslado del proyecto a un prototipo portátil
•
Manual de usuario
•
Adicionales
•
Objetivos particulares de las etapas anteriores
•
Ganar el conocimiento básico para la realización del proyecto
•
Adquirir el material necesario para la realización del proyecto
•
Diseñar un software en base LabVIEW, capaz de determinar ciclos arteriales y
dividirlos en sístole y diástole, así como la obtención de los tiempos de cada uno y
estadísticas determinadas para el estudio posterior de las muestras.
•
Eliminar el manejo de la PC y hacer un prototipo portátil del Arterioritmómetro.
•
Realizar un manual que ayude al usuario en el manejo del prototipo de
Arterioritmómetro.
•
Agregar otras plataformas de programación y sensores, en el estudio del ciclo
arterial
9.2 Reconocimiento del Proyecto
La primer parte del reconocimiento del proyecto consta en la familiarización de los
términos y conceptos médicos utilizados en la investigación anterior, realizada por HD
y mencionados anteriormente en el apartado de Marco Teórico.
En un principio la empresa HemoDinamics propuso la utilización del lenguaje de
programación LabVIEW y la utilización de un DSP lo que llevo a la investigación de la
posibilidad de utilizarlos en el proyecto.
9.3 Selección de Material
9.3.1 Procesadores digitales de señales.
Se encontró que LabVIEW tiene un módulo que permite la programación de DSP
sin necesidad de utilizar otro lenguaje, lo que facilita la programación, debido a la
programación grafica de LabVIEW. Este módulo es compatible con cuatro tarjetas de
desarrollo fabricadas por National Intuments y Texas Instruments.
Las tarjetas compatibles con el módulo de DSP de LabVIEW son:
9.3.1.1 SPEEDY-33
En la figura 9.1 se muestra la tarjeta SPEEDY- 33. Es una tarjeta de desarrollo
fabricada por National Instruments, que integra un DSP
TMS320VC33, dos
micrófonos, entradas y salidas de audio, 8 entradas digitales (DIP switches), 8 salidas
(LED) y puerto USB para la programación y comunicación.
Figura 9.1 SPEEDY-33
9.3.1.2 TMS320C6711 DSK
Este módulo de desarrollo cuenta con características similares al anterior un
procesador TMS320C671 fabricado por National Instruments, el inconveniente con esta
tarjeta es que es obsoleta.
9.3.1.3 TMS320C6713 DSK
La tarjeta C6713 DSK es una variante de la tarjeta C6713 cuenta con las misma
que la anterior peor con un procesador diferente que es el TMS320C6713 y también se
encuentra obsoleta.
9.3.1.4 TMS320C6416 DSK
En la figura 9.2 muestra la arquitectura y algunas de las características del
procesador que contiene la tarjeta de desarrollo C6416 DSK.
Figura 9.2 Arquitectura de la tarjeta C6416 DSK.
Este DSP trabaja a una velocidad de procesamiento de 1GHz. La tarjeta fue
elegida para utilizarla en el proyecto ya que sus características son aceptables para la
aplicación, además de la compatibilidad con LabVIEW.
9.3.2 Pantalla
Según las especificaciones que se definieron en un principio se utilizó una pantalla
táctil. Se decidió usar este tipo de pantallas para eliminar los botones mecánicos y así
mejorar el aspecto visual del prototipo, además facilita la modificación de dichos
controles.
Para encontrar la pantalla que más se adecúa a las necesidades del proyecto, se
hizo una búsqueda de las diferentes pantallas que existen en el mercado. Se encontró una
de fácil manejo y de tamaño correcto para la aplicación.
9.3.2.1 Pantalla eDIPTFT43
Es un pantalla táctil de cristal liquido de 4.3” que se muestra en la figura 9.3
capaz de desplegar animaciones e imágenes de formato .JPG, .BMP, .GIF y .TGA
además de que integra tres diferentes protocolos de comunicación, que son el RS-232,
I2C, SPI ,cuenta también con 8 salidas y 8 entradas digitales así como con 2 entradas
analógicas. Así mismo cuenta con una tarjeta para facilitar la programación por vía
USB.
Figura 9.3.Pantalla DIPTFT43.
9.3.3 Software
Existen varias posibilidades para realizar la programación del DSP, por lo que se
estudiaron las ventajas de cada una de ellas.
9.3.3.1 LabVIEW
Ventajas
•
Fácil programación
•
Programación rápida
9.3.3.2 Matlab
Ventajas
•
Velocidad de ejecución
•
Capacidad de cálculo
9.4 Programación en LabVIEW
En esta parte se explicará la programación que se realizó en la plataforma de
LabVIEW, como primera etapa del proyecto del Arterioritmómetro.
Para realizar dicha programación es necesario contar con el prototipo No.1 de HD
que consta de:
•
Tarjeta de adquisición NI
•
Tarjeta Doppler
•
Sensor Doppler
El objetivo de este programa es obtener ciertos parámetros, como lo son: el ritmo
de ciclos, la duración de sístole y de diástole, así como detectar las posibles alteraciones
o arritmias que se puedan presentar.
El primer paso, consta del estudio de las señales adquiridas con anterioridad, por
el equipo de ingeniería de HD y que se encuentran en formato WAV. Las señales
muestran el comportamiento de las arterias radial o cubital de varios pacientes del
Hospital de Cardiología de Tampico y fueron adquiridas por medio del sensor Doppler.
En la figura 9.4 se observa que la señal consta de una serie de variaciones
repetitivas que forman los ciclos arteriales.
Ciclo Arterial
Figura 9.4. Muestra clínica de señal de respuesta Doppler.
En la figura 9.5 se puede observar que cada uno de los ciclos arteriales está
compuesto por dos fases:
•
Sístole
•
Diástole
S
D
Figura 9.5.Distinción entre sístole y diástole
También se puede apresiar que la amplitud de sístole generalmente es mayor a la
amplitud de diástole, esto ocurre en pacientes saludables.
Por otro lado, en algunas muestras se observó que la amplitud o flujo sanguíneo
tanto en sístole como en diástole, son muy similares, lo que dificultaba la detección a
simple vista de las dos fases y del ciclo. Un ejemplo de esto es figura 9.6.
Al ampliar más la señal se notó que las frecuencias de los ciclos tenían una
diferencia significativa entre las fases, la frecuencia de sístole siempre era mayor a las
frecuencias de diástole. Por esto se tomó la decisión de utilizar frecuencias para la
discriminación de las señales.
S
D
Figura 9.6.Muestra clínica complicada en amplitud.
9.4.1 Lectura de archivo .WAV.
Para la lectura de las muestras en formato WAV, se realizó un subVI llamado
“Sound File Read” que se muestra a continuación en la figura 9.7, y que está basado en
el VI express “Sound File Read Simple.vi”.
9.4.2 Gráfica de frecuencias.
Para poder obtener esta gráfica, fue necesario hacer un muestro de la señal original
en formato WAV.
Figura 9.7 Sound File Read.vi.
Se desarrolló un VI que aparece en la figura 9.8 llamado “Gráfica de Frecuencias”
y que obtiene las frecuencias en base al tiempo de muestreo, esto se hace recortando la
señal cada “X ms” y obteniendo por medio de la transformada rápida de Fourier la
frecuencia más significativa en ese lapso de tiempo, es decir, la frecuencia que cuenta
con la mayor concentración de energía.
Para que el resultado sea más confiable, el tiempo de muestreo debe disminuir, lo
que implica un aumento en la cantidad de muestras obtenidas y por lo tanto entre mayor
cantidad de muestras mayor precisión en la gráfica.
Figura 9.8 Gráfica de frecuencia.vi.
La figura 9.9 es una gráfica de frecuencias obtenida de una muestra, se observa
claramente que las frecuencias correspondientes a los periodos sistólicos son mayores
que los correspondientes a los periodos diastólicos
Figura 9.9 Gráfica de frecuencias.
Al estudiar las frecuencias obtenidas de cada una de las muestras, se topó con
frecuencias muy altas que aparecían cuando la amplitud de la señal era próxima a cero,
es decir, cuando no existía flujo arterial.
La aparición de estas frecuencias dificultó la separación de las fases, por lo que
se aplicó un filtro pasa bajas de tipo IIR de tercer orden con una frecuencia de corte de
4kHzcomo se muestra en la figura 9.10 y un algoritmo para eliminarlas, ya que son
despreciables y no afectan en el estudio del ciclo arterial.
Dicho filtro fue adicionado en el subVI antes mencionado “Sound File Read”.
9.4.3 Detección de sístole
Como segunda etapa se realizó una serie de operaciones estadísticas con el fin
de obtener los datos necesarios para la configuración de los filtros.
Para la configuración del filtro se obtuvieron los siguientes datos estadísticos: la
desviación estándar, mediana y el máximo de las frecuencias obtenidas en el muestreo
anterior.
Figura 9.10 Configure filter.
Se calcula el promedio entre la mediana y el máximo, se resta o se suma a la
desviación estándar para obtener el límite superior o inferior respectivamente. Se
muestra la señal de salida en la figura 9.11.
Figura 9.11 Gráfica señal filtrada.
Posteriormente se compara la señal filtrada con la suma de la mediana y la
desviación estándar de su amplitud, para identificar el periodo en que se presenta sístole,
como se muestra en la figura 9.12.
Figura 9.12 Gráfica detección sístole.
Finalmente la señal obtenida llega al subVI “cuadrada”, donde se genera una señal
cuadrada de la señal obtenida en la comparación, se puede apreciar en la figura 9.13.
Figura 9.13 Gráfica detección sístole cuadrada .
Con la señal resultante podemos obtener el inicio y fin de sístole.
9.4.3.1 Aquisicion de tiempos.
La adquisición de los tiempos de inicio y final de sístole se desarrollo en el subVI
llamado “cuadrada”. El cual hace un muestreo de la moda estadística de la señal
generada en la comparacióny se compara esa moda contra cero, si la moda es mayor a
cero y el flanco del pulso es de subida entonces indica que es el punto de inicio de
sístole y se guarda ese tiempo en un arreglo llamado “inicio de sístole”, si el flanco es
descendiente indica el fin de la sístole y por lo explicado anteriorme el inicio de la
diastole, ese tiempo también es almacenado en un arreglo llamado “inicio de diastole”.
9.4.4 Separación sístole.
Una vez obtenida la gráfica de onda cuadrada representativa del tiempo de sístole
se adquirieron los tiempos de inicio y fin de sístole para recortar la señal original en
dichos tiempos y así mostrar solo sístole como se observa en la figura 9.14 o mostrar
solo diástole como se observa en la figura 9.15.
Figura 9.14Gráfica sístole.
Figura 9.15 Gráfica díastole.
La gráfica que se muestra en la figura 9.16 es la señal original dividida en sístole
(blanco) y diástole (rojo).
Figura 9.16 Gráfica señal original.
9.4.5. Obtención de estadística.
Una ves adquiridos los tiempos de inicio de sístole y diástole y de generadas las
gráficas que ilustran estos tiempos, se desarrolló un apartado de estadística, este
apartado contiene modas y desviaciones de los tiempos aquiridos y calculados, con el fin
de aportar información fundamental para la continiudad del estudio del ciclo arterial, que
realizarán los encargados de la parte médica del proyecto.
Los datos que se muestran a continuación en la figura 9.17 son calculados en el
Vi principal “Automático” y desplegados en la pestaña “Estadística” del panel frontal .
Figura 9.17 Estadística.
El tiempo de duración de diástole se calcula restando el inicio de diástole al inicio
de sístole del ciclo siguiente, así sucesivamente, almacenando los datos en un arreglo
llamado diástole.
El tiempo de duración de sístole, se obtiene restando el incio de sístole al inicio
de diástole del mismo ciclo, se raliza en cada ciclo y se guardan los datos en un arreglo
llamado sístole.
Una vez obtenidos los tiempos de sístole y diástole, se suman para calcular el
tiempo total del ciclo arterial, guardando los datos en un arreglo llamado ciclo.
De cada uno de los arreglos generados anteriormente (sístole, diástole y ciclo) se
obtiene la moda, creando asi los indicadores: moda ciclo, moda sístole, moda diástole.
Con la obtención de la moda se calcula la desviación que cada uno de los datos
pertenecientes al arreglo correspondiente tiene con respecto de ella.
Con la moda también se obtiene el numero de normocardias, taquicardias y
bradicardias de cada arreglo, es decir los eventos que estan dentro, sobre y por debajo de
la moda.
Otros datos que se muestran son los valores máximos y mínimos de sístole y
diástole.
9.4.6 Gráfica circular.
Esta gráfica se diseño para la mejor comprensión de los datos obtenidos
anteriormente.
El círculo completo representa la duración de la moda del ciclo, en el centro se
ecuentran dos semi circulos que representa las modas de sístole(rojo) y de diástole(azul),
para denotar las arritmias en cada una de las fases del ciclo, se agregaron dos lineas, una
para las taquicardias y otra para las bradicardias. Las taquicardias se encuentran de color
verde y las bradicardias de color amarillo, para cada una se colocó en un extremo, el
numero de eventos arrítmicos ocurridos en en un minuto. La gráfica se muestra en la
figura 9.18.
Figura 9.18 Gráfica circular.
La gráfica circular se crea como una imagen en este se empalman varias figuras
para su construcción.
Para su fabricación se utilizó un VI express que sirve para crear círculos llamado
“Draw Circule By Radius” se muestra en la figura 9.19. Las entradas de VI express se
encuentran del lado izquierdo y las salidas del lado derecho.
Figura 9.19 Draw Circle by Radius.vi.
Cada una de las entradas necesita una configuración especial:
•
Arc size: Tamaño del ángulo en grados, 360 representa un círculo completo.
•
Start angle: Punto de inicio del círculo.
•
Picture: Se empalma la imagen generada por el VI express a la imagen
conectada en picture.
•
Radius: Tamaño del círculo.
•
Pixel center: Se configura el centro del círculo.
•
Fill: Si la entrada recibe un valor verdadero el círculo se colorea y si es falso
se queda en blanco.
•
Color: Se configura el color del círculo.
•
Pen: Configura el grosor y el tipo de línea.
El VI express llamado “Move Pen.vi” sirve para ajustar el punto de inicio de la
próxima imagen, se muestra en la figura 9.20.
Figura 9.20 Move Pen.vi.
Para su configuración sólo es necesario conectar la imagen anterior a la entrada
“picture”, definir las coordenadas a donde se quiere desplazar el centro y elegir el tipo
de coordenadas que se prefieren: absoluta o relativas.
El VI express “Draw Line.vi” que se muestra en la figura 9.21 grafica una línea
configurando las siguientes entradas:
•
End point: Punto final de la línea.
•
Absolute coordinate: Elige el tipo de coordenadas que se prefieren; absoluta o
relativas.
•
Color: Define el color de la línea.
Figura 9.21 Draw Line.vi.
Para la poder desplegar el numero de eventos arrítmicos se utiliza el VI express
“Draw Text in Rect.vi” se muestra en la figura 9.22 que implanta texto en la recta, para
su utilización se necesita configurar las siguientes entradas:
•
Rect: Se configura la posición en donde se quiere colocar el número.
•
Text: Entrada del texto que se quiere desplegar, el texto es el número de
eventos arrítmicos de la gráfica.
Figura 9.22 Draw Text in Rect.vi.
9.4.7 Registro de datos.
Para la continuación del ciclo arterial se requirió hacer un registro de los datos
calculados para cada muestra.
El registro se datos se hace en Excel mediante un subVI llamado “Guardar”,que
se muestra en la figura 9.23 y es activado desde el VI principal a través de un control
que se encuentra en la pestaña de estadística y se llama “Guardar Información”.
Figura 9.23 Guardar.vi.
El archivo creado en Excel, se muestra en la figura 9.24, y se guarda
automáticamente con el nombre del paciente en la carpeta seleccionada por el usuario a
través de la venta emergente que ese muestra a continuación en la figura 9.25.
Figura 9.24 Registro Excel
Figura 9.25 Ventana selección paciente.
El archivo en Excel almacena los datos que se muestran en la figura 9.26
adicionalmente a los datos que se muestran automáticamente en la pestaña de estadística.
Figura 9.26 Pestaña datos.
9.4.8 Detección de flujo diastólico.
Para estudios correspondientes al periodo diastólico, se realizó otra etapa donde se
detecta la ausencia o baja del flujo sanguíneo. Esta parte es desarrollada por el sub vi
llamado “Separación Diástole”.
Este sub vi realiza la misma operación que el sub vi “Separación Sístole”, la
diferencia es, que en lugar de trabajar con base a la muestra original en formato WAV,
este vi trata la señal diastólica resultante de la separación de faces.
La gráfica que se observa en la figura 9.27 es una conjunción de las señales
resultantes de la separación de sístole y la detección de flujo diastólico. En rojo se
aprecia la fase sistólica, en verde la fase diastólica y en blanco la baja de flujo sanguíneo
en diástole.
Figura 9.27 Gráfica de señales resultantes.
9.4.9 Selección de rangos
Para determinar si los pacientes se encuentran dentro o fuera de los rangos de
normalidad estandarizados, se creó otro apartado en el vi principal que se muestra en la
figura 9.28, donde dependiendo de la edad especificada en la pestaña de datos, se
comparan las muestras calculadas y se disparan alarmas cuando las muestras de
encuentran por encima o debajo de los estándares.
Figura 9.28 Selector de edad.
X. Resultados Obtenidos
En este apartado se describe los resultados obtenidos en cada uno de los objetivos
planteados al inicio del desarrollo del proyecto.
•
Ganar el conocimiento básico para la realización del proyecto: este objetivo alcanzó
parcialmente debido a la falta de capacitación con respecto de LabVIEW, ya que no
se pudo encontrar un proveedor adecuado hacia los fines del proyecto.
•
Adquirir el material necesario para la realización del proyecto: Este objetivo se
cumplió pero con retraso.
•
Diseñar un software en base LabVIEW, capaz de determinar ciclos arteriales y
dividirlos en sístole y diástole, así como la obtención de los tiempos de cada uno y
estadísticas determinadas para el estudio posterior de las muestras: Esta etapa fue
concluida con éxito en tiempo y con las especificaciones requeridas al inicio y
algunas mejoras extras.
•
Eliminar el manejo de la PC y hacer un prototipo portátil del Arterioritmómetro:
esta etapa no pudo ser realizada debido al retraso en la entrega del material
requerido.
•
Realizar un manual que ayude al usuario en el manejo del prototipo de
Arterioritmómetro: Debido a que este objetivo es consecuente con el objetivo
anterior no puedo ser concluido.
•
Agregar otras plataformas de programación y sensores, en el estudio del ciclo
arterial: Este objetivo no fue realizado debido a los retrasos de las etapas anteriores.
XI. Análisis de Riesgo
Las actividades planteadas en el cronograma y las fechas de realización de las
mismas, dependen completamente del suministro en tiempo de los materiales necesarios
para cada una. Sobre todo en la etapa de implementación del DSP y la pantalla táctil.
Si los materiales se retrasan en su envío o requisición, resultaría de vital
importancia reprogramar el cronograma en base a los tiempos de adquisición adecuados,
para así no afectar el estudio y desarrollo del proyecto.
XII. Conclusiones
El trabajar en el área médica significa trabajar con datos y parámetros variables,
sobre todo, cuando se trata de una investigación nueva en el ramo y no se tienen
establecidos con anterioridad bases como referencias posibles para trabajar. Lo que en
ocasiones puede derivar en problemas para la resolución de los objetivos. Pero también
significa, realizar descubrimientos y aparatos, capaces de aportar un mejor estilo de vida
para el hombre.
Con el desarrollo de este proyecto se buscaban generar bases para el estudio del
funcionamiento arterial y así desarrollar mejores opciones de tratamientos en
enfermedades o padecimientos arteriales, y el seguimiento de los tratamientos ya
existentes. Sin embargo antes de generar estas bases, lo primero que se requería era
comprobar que el desarrollo del proyecto era factible y viable, es decir, que las señales
arteriales podían ser tratadas, divididas y estudiadas, ya que era algo que nunca se había
realizado.
Este objetivo se cumplió, se demostró con la creación de un software, que las
señales arteriales pueden ser tratadas, divididas en fases y estudiadas cada una por
separado y así generar los datos necesarios para el estudio posterior de las mismas.
También se observo que los datos arrojados por el estudio, eran consistentes con
los generados por otros aparatos médico ya existentes como el electrocardiograma, lo
que significa se cuenta con una buena base para el desarrollo del prototipo portátil.
El prototipo portátil no pudo ser completado debido a retrasos en los tiempos de
adquisición de los materiales, sin embargo se continuará con este proyecto hasta que se
logre desarrollar un aparato comercial de “Arterioritmómetro”.
XIII. Recomendaciones
Una de las recomendaciones para continuar con este proyecto, es la de estudiar el
sensor Doppler que se utilizó, esto con el fin de comprender mejor su funcionamiento
electrónico y así poder desarrollar una tarjeta de acondicionamiento para la señal de
salida del sensor, la tarjeta podrá ser adaptable en el formato que mejor convenga para
el tratamiento y estudio de la señal.
Otra recomendación es probar que tan factible es la utilización de otros sensores
de diferentes tipos, como los son los sensores de presión, de sonido, infrarrojos, etc.
Con lo que se podrá comprobar con cuál de ellos el prototipo se puede realizar con una
mayor eficiencia y con un menor costo.
Finalmente otro punto a tomar en cuenta es la mejora del algoritmo realizado, al
hacer más eficiente el código y buscar la manera de reducir el tiempo de ejecución,
además del tamaño de este, esto con la utilización de otros lenguajes de programación,
así como hacer modificaciones y utilizar alternativas para el procesamiento de las señal
que no ocupen un largo tiempo de ejecución.
XIV. Referencias Bibliográficas
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de maestría. Disponible en: http://www.lpi.tel.uva.es/ ~nacho/docencia/ ing_ond_1/
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• Berland de León, Natacha. (2001). Valor del ultrasonido Doppler dúplex y Doppler
color en el estudio del Sistema Venoso. Tesis de maestría. Hospital D.C.Q Hermanos
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• National Instruments.(Abril 2011). Disponible en: www.ni.com.mx
• National Instruments Spain. (Abril 2011). El Directorio español de equipos y
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•
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•
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Disponible en: http://robots-argentina.com.ar/Sensores_general.htm