PROTOTIPO MONITOR DE FRECUENCIA RESPIRATORIA Por Michael Guerra Carlos Andres Bustos Garay La frecuencia respiratoria se define como el número de respiraciones que un ser vivo lleva por unidad de tiempo (minuto), con el objetivo de determinar las características de las mismas. El sistema respiratorio macroscópicamente está compuesto por los pulmones, los bronquios, los bronquiolos y los alveolos. RESUMEN La respiración es el medio por el cual un organismo intercambia gases (O2-CO2). El monitor de frecuencia respiratoria es un dispositivo que permite cuantificar las respiraciones del paciente de manera continua y no invasiva y servirá para detectar anomalías en la respiración. Éste dispositivo está compuesto por un sistema que a través de un sensor registra las variantes respiratorias, además el usuario podrá seleccionar el tipo de paciente al que se le realzará el estudio (pediátrico, adulto). El monitor será portátil, del que requiere una alimentación de 9 voltios, la visualización de los parámetros será a través de una pantalla LCD 16*2, el sensor estará acoplado a una máscara de respiración, que se colocará al paciente, para detectar el diferencial de temperatura y de humedad, para lograr calcular finalmente por medio de código de programación la frecuencia respiratoria. ABSTRACT Breathing is the means by which an organism exchanges gases (O2-CO2). The respiratory rate monitor is a device that allows to quantify the patient's breaths continuously and non-invasively and will be used to detect breathing abnormalities. This device is composed of a system that registers the respiratory variants through the sensor, in addition the user can select the type of patient to whom the study will be enhanced (pediatric, adult). The monitor will be portable, which requires a 9-volt power supply, the display of the parameters will be through a 16 * 2 LCD screen, the sensor will be coupled to a breathing mask, which will be placed on the patient, to detect the differential of temperature and humidity, to finally calculate by means of programming code the respiratory rate. La fisiología respiratoria consiste en el intercambio gaseoso mediante dos procesos, la absorción de O2 y la eliminación del CO2. El aparato respiratorio está formado por un órgano de intercambio de gases (pulmones) y una bomba que ventila los pulmones, que consiste en las paredes del tórax, los músculos respiratorios, los cuales aumenta o disminuyen de tamaño de la cavidad torácica. Los movimientos respiratorios permiten la entrada y salida del aire en los pulmones, que se pueden distinguir en dos fases en la mecánica respiratoria: INSPIRACIÓN: consiste en la entrada de aire cargado de O2desde el exterior hasta el interior de los pulmones. ESPIRACIÓN: consiste en la salida del aire cargado de CO2desde los pulmones hacia el exterior. [2] INTRODUCCION Dentro de los parámetros que se pueden obtener al realizar monitorización de un paciente se encuentra la frecuencia respiratoria, el cual se puede cuantificar de distintas maneras, una de ellas es visual y cronometrada por parte del médico, siendo ésta la más sencilla, otra a través de un monitor multiparámetros que con un sistema embebido permite establecer la frecuencia respiratoria. En éste caso se pretende realiza un monitor exclusivamente para dicha frecuencia, con la particularidad de que no será invasivo y que permita realizar seguimiento a los distintos tipos de respiración según sea el caso del paciente. [1] 1 En el ABC de dispositivos médicos del INVIMA y del Ministerio de Salud y Protección Social, el monitor de frecuencia respiratoria se encuentra dentro de los Dispositivos Médicos Activos, porque depende de una fuente de energía eléctrica para su funcionamiento. Además, según clasificación de riesgo de dispositivos es de clase I, “son aquellos dispositivos médicos de bajo riesgo, sujeto a controles generales, no destinados a proteger o mantener la vida o para un uso de importancia especial en la prevención del deterioro de la salud humana y no representa un riesgo potencial no razonable de enfermedad o lesión”. [1] Los factores que pueden alterar la frecuencia respiratoria son: La altitud: a mayor altitud menor es la concentración de oxígeno en el aire por lo que es necesario respirar con mayor frecuencia El ambiente: el calor produce un incremento en la actividad del sistema respiratorio, a la vez que incrementa el metabolismo. La estimulación psíquica: en situaciones de ansiedad o estrés necesitamos respirar con mayor frecuencia, debido a la aceleración del corazón. El ejercicio: en las actividades físicas los músculos requieren de más oxígeno, por lo cual aumenta la frecuencia respiratoria. La presión arterial: el aumento de la presión arterial hace disminuir la ventilación pulmonar y viceversa. El estilo de vida: el tabaco, la contaminación, ambiente laboral y de vivienda en otros cambian la mecánica pulmonar. [3] METODOLOGIA RELACIÓN DE PRESTACIÒN DE SERVICIOS Y ESPECIFICACIONES El prototipo de monitor de frecuencia respiratoria servirá para obtener de manera no invasiva, a través de un sensor (Temperatura, humedad, flujo) acoplado a una máscara de respiración para su posterior visualización en una pantalla patrones respiratorios de rangos normales de diferentes tipos de paciente, tales como pediátricos, adultos y atletas, donde el usuario puede establecer el tipo de paciente. Para cada uno de los casos se tienen rangos normales diferenciados entre sí, puesto que si en el momento del monitoreo se encuentra parámetros bien sea por encima o por debajo de lo normal, se activará una alarma. [4] CIFRAS NORMALES Elementos para el desarrollo del proyecto: Fuente de alimentación Sensor Sensor Amplificador Dispositivo para el sensor Visualización Microcontrolador Batería 9 voltios Humedad temperatura Operacional Máscara Pantalla LCD Arduino Dentro las especificaciones técnicas se tienen: [3] El registro de un valor superior o inferiora éstos parámetros, se traduce en síntomas de alguna afección que deberá detectarse. Para empezar con el diseño y especificaciones del monitor nos debemos remitir como primera medida a la normativa vigente en Colombia para el desarrollo e implementación de dispositivos biomédicos, el cual está regidos desde el Ministerio de Salud y Protección social, y el INVIMA como órgano de control. Batería 9 voltios Voltaje nominal Impedancia Peso Volumen Terminales Rango de temperatura 2 9V 3,050 m-ohm a 1kHz 45 g 22,8 cm3 Complementos pequeños -20°C a 54°C DIAGRAMA DE BLOQUES FUNCIONAL GENERAL operacional Fuente de alimentación 9 V Sensor de humedad DTH11 Voltaje de alimentación Max. Consumo de corriente Señal de salida Rango humedad Precisión 3,5 a 5 V 2,5 mA Digital 20% RH a 90% RH 0°C a 50°C +- 5% RH Resolución 1% RH 2. Sensor de humedad Entrada digital y analógica M Sensor de flujo 1. 5. Sensor de LM35 (temperatura) Alarmas Voltaje de alimentación Max. Consumo de corriente Señal de salida Rango h Precisión Resolución 4 a 20 V DC 60 µA Analógica -55°C hasta 150°C +- 1/4°C 10 mV por °C 4 Pantalla LCD Microcontrolador Arduino uno [4] Amplificador operacional TL084 Supply Voltage Range Ancho de banda Señal de salida Número de amplificadores Temp. operacional Velocidad de subida 6-36 V 3 MHz Analógica 4 0°C-70°C 16 V/µs ETAPAS DE FUNCIONAMIENTO 1. 2. 3. 4. 5. Pantalla LCD 16x2 voltaje de funcionamiento Interface Contraste Resolución Área de visualización 5 V DC IIC/I2C Ajustable (potenciómetro) 16*2 (caracteres*líneas) 6.5*1.5 cm Alimentación del sistema, microcontrolador y sensores. Etapa de sensado y acondicionamiento de señal. Dispositivo colocado al paciente. Etapa de visualización de parámetros. Sistema de alertas. ESPECIFICACIONES GENERALES SERVICIO Y FUNCIONAMIENTO FUNCIONES Placa de Arduino Uno Tipo de paciente Microcontrolador Voltaje operativo Voltaje de entrada Pines de entrada/salida digital Pines de entradas analógicas SRAM Memoria flash ATmega 328 5V 7-12 V 14 (de las cuales 6 son salidas PWM 6 Sistema de alarmas Visualización Portabilidad 2 KB 32 KB 3 DE Permite la monitorización de la frecuencia respiratoria. Adaptable para todo tipo de paciente pediátrica, adulto mediante botón de selección Visual y acústicas (para valores anormales de FR) Pantalla LCD 16*2 Si BIBLIOGRAFÍA [1] M. d. S. y. P. Social, «ABC de dispositivos Biomédicos,» INVIMA, 2013. [2] O. A. A. V. Juliana Villegas Gonzalez, « Semiología de los signos vitales: Una mirada novedosa a un problema vigente,» Revistas Científicas de América Latina, 2012. [3] M. Salinas, «Frecuencia Respiratoria,» SliderShare, 2014. [4] A. M. A. D. C. T. Cano, «Diseño y construcción de un monitor de signos vitales,» 2012. 4
