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1 Central de monitoreo telemétrica para dos señales de Electrocardiografía Ing. Juan Carlos Narváez Camacho, Dr. José Sergio Camacho Juárez, Dr. Martin Oswaldo Méndez García Universidad Autónoma de San Luis Potosí Facultad de Ciencias. Lateral Av. Salvador Nava s/n. Col. Lomas. CP 7829 San Luis Potosí S.L.P. México. Resumen La adquisición de señales biomédicas es una parte fundamental en los ámbitos clínico y biológico, en este trabajo se plantea el diseño e implementación de 2 monitores telemétricos para la adquisición de señal de electrocardiografía humana, los cuales envían su respectivo electrocardiograma hacia una central, donde son clasificadas e identificadas y finalmente enviadas a la computadora donde son graficadas simultáneamente. Para efectuar de manera adecuada el trabajo se planteó una metodología donde se analizó el problema y se dividió en bloques básicos de funcionamiento de los cuales se fundamentaron objetivos específicos. En este reporte se plantea la solución a la implementación de circuitos de electrocardiografía, transmisión y recepción de datos, su envió hacia la computadora y finalmente su graficado simultáneo; asimismo al finalizar la implementación se caracteriza el dispositivo para determinar sus características estáticas. Dentro de los resultados obtenidos se tiene la mejora del circuito de electrocardiografía en conjunto con la modificación circuito de transmisión de datos, la implementación del circuito de recepción y finalmente el graficado de la señal en la computadora. Contenido 1 Introducción. ........................................................................................................................................................................................................... 1 2 Objetivo .................................................................................................................................................................................................................. 2 2.1 Objetivos específicos ..................................................................................................................................................................................... 2 3 Materiales y métodos ............................................................................................................................................................................................. 2 3.1 Diseño de dos circuitos de electrocardiografía. ............................................................................................................................................ 2 3.2 Diseño del circuito de trasmisión de la señal de electrocardiografía. ........................................................................................................... 4 3.2.1 Monitor de datos ................................................................................................................................................................................. 5 3.3 Implementación el circuito de recepción de la señal de electrocardiografía en la central de monitoreo. .................................................. 6 3.4 Interfaz gráfica. ............................................................................................................................................................................................. 7 3.5 Caracterización de los electrocardiógrafos. ........................................................................................................................................................... 8 4 Resultados............................................................................................................................................................................................................... 8 4.1 Mejora en el circuito de adquisición de datos .............................................................................................................................................. 8 4.2 Modificación del circuito del Radio Transceptor e implementación del circuito de la central ..................................................................... 9 4.3 Implementación del circuito de recepción y graficado de la señal en Processing......................................................................................... 9 5 Conclusiones parciales .......................................................................................................................................................................................... 10 6 Trabajo Futuro ...................................................................................................................................................................................................... 10 7 Cronograma de actividades .................................................................................................................................................................................. 10 8 Bibliografía ............................................................................................................................................................................................................ 10 1 Introducción. En las ciencias de la salud y la investigación biomédica el monitoreo de señales biológicas es importante tanto en el monitoreo del paciente como en el desarrollo de protocolos de investigación, el monitoreo diagnostica el estado del paciente y determina qué tipo de cuidados requiere asimismo muestra el estado de un sujeto de estudio. Las señales son generalmente adquiridas mediante monitores de pacientes y son enviadas a través de la red alámbrica local hacia una central de monitoreo que permite al médico o al investigador poder visualizar y almacenar las señales de pacientes o sujetos de estudio. Las redes alámbricas poseen la ventaja de tener altas tasas de transferencia de información, sin embargo poseen la desventaja de tener problemas de acceso físico al tener que cablear la red a través de paredes, que además genera un alto costo de instalación al requerir uso de canaletas y conectores, otra gran desventaja es la poca flexibilidad a expectativas de mejora y expansión. Una alternativa a estos problemas son los monitores basados en recientes tecnologías inalámbricas como Bluetooth y el WiFi que presentan grandes ventajas como flexibilidad y altas expectativas de crecimiento, además tienen muchas prestaciones con altas capacidades de visualización y análisis; sin embargo una gran desventaja de estos dispositivos son los altos costos siendo solo accesibles a grandes hospitales y laboratorios. Un problema técnico de los trabajos de

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Central de monitoreo telemétrica para dos señales de Electrocardiografía

Ing. Juan Carlos Narváez Camacho,

Dr. José Sergio Camacho Juárez,

Dr. Martin Oswaldo Méndez García

Universidad Autónoma de San Luis Potosí Facultad de Ciencias. Lateral Av. Salvador Nava s/n. Col. Lomas. CP 7829

San Luis Potosí S.L.P. México.

Resumen La adquisición de señales biomédicas es una parte fundamental en los ámbitos clínico y biológico, en este trabajo se plantea el diseño e implementación

de 2 monitores telemétricos para la adquisición de señal de electrocardiografía humana, los cuales envían su respectivo electrocardiograma hacia una

central, donde son clasificadas e identificadas y finalmente enviadas a la computadora donde son graficadas simultáneamente.

Para efectuar de manera adecuada el trabajo se planteó una metodología donde se analizó el problema y se dividió en bloques básicos de funcionamiento

de los cuales se fundamentaron objetivos específicos. En este reporte se plantea la solución a la implementación de circuitos de electrocardiografía,

transmisión y recepción de datos, su envió hacia la computadora y finalmente su graficado simultáneo; asimismo al finalizar la implementación se

caracteriza el dispositivo para determinar sus características estáticas.

Dentro de los resultados obtenidos se tiene la mejora del circuito de electrocardiografía en conjunto con la modificación circuito de transmisión de datos,

la implementación del circuito de recepción y finalmente el graficado de la señal en la computadora.

Contenido 1 Introducción. ........................................................................................................................................................................................................... 1

2 Objetivo .................................................................................................................................................................................................................. 2

2.1 Objetivos específicos ..................................................................................................................................................................................... 2

3 Materiales y métodos ............................................................................................................................................................................................. 2

3.1 Diseño de dos circuitos de electrocardiografía. ............................................................................................................................................ 2

3.2 Diseño del circuito de trasmisión de la señal de electrocardiografía. ........................................................................................................... 4

3.2.1 Monitor de datos ................................................................................................................................................................................. 5

3.3 Implementación el circuito de recepción de la señal de electrocardiografía en la central de monitoreo. .................................................. 6

3.4 Interfaz gráfica. ............................................................................................................................................................................................. 7

3.5 Caracterización de los electrocardiógrafos. ........................................................................................................................................................... 8

4 Resultados ............................................................................................................................................................................................................... 8

4.1 Mejora en el circuito de adquisición de datos .............................................................................................................................................. 8

4.2 Modificación del circuito del Radio Transceptor e implementación del circuito de la central ..................................................................... 9

4.3 Implementación del circuito de recepción y graficado de la señal en Processing ......................................................................................... 9

5 Conclusiones parciales .......................................................................................................................................................................................... 10

6 Trabajo Futuro ...................................................................................................................................................................................................... 10

7 Cronograma de actividades .................................................................................................................................................................................. 10

8 Bibliografía ............................................................................................................................................................................................................ 10

1 Introducción. En las ciencias de la salud y la investigación biomédica el monitoreo de señales biológicas es importante tanto en el

monitoreo del paciente como en el desarrollo de protocolos de investigación, el monitoreo diagnostica el estado del

paciente y determina qué tipo de cuidados requiere asimismo muestra el estado de un sujeto de estudio.

Las señales son generalmente adquiridas mediante monitores de pacientes y son enviadas a través de la red alámbrica

local hacia una central de monitoreo que permite al médico o al investigador poder visualizar y almacenar las señales de

pacientes o sujetos de estudio. Las redes alámbricas poseen la ventaja de tener altas tasas de transferencia de

información, sin embargo poseen la desventaja de tener problemas de acceso físico al tener que cablear la red a través

de paredes, que además genera un alto costo de instalación al requerir uso de canaletas y conectores, otra gran desventaja

es la poca flexibilidad a expectativas de mejora y expansión.

Una alternativa a estos problemas son los monitores basados en recientes tecnologías inalámbricas como Bluetooth y el

WiFi que presentan grandes ventajas como flexibilidad y altas expectativas de crecimiento, además tienen muchas

prestaciones con altas capacidades de visualización y análisis; sin embargo una gran desventaja de estos dispositivos son

los altos costos siendo solo accesibles a grandes hospitales y laboratorios. Un problema técnico de los trabajos de

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investigación es que solamente se han ocupado por transmitir de un solo dispositivo hacia la central de monitoreo. Por lo

tanto, en éste trabajo se propone transmitir la señal biomédica de electrocardiografía de dos dispositivos hacia una central

de monitoreo.

2 Objetivo Desarrollar e implementar una central de monitoreo telemétrica en la cual se reciban dos señales de electrocardiografía

provenientes de dos electrocardiógrafos diferentes como se muestra en la Figura 2.1.

2.1 Objetivos específicos

2.1.1 Diseñar dos circuitos de electrocardiografía.

2.1.2 Diseñar el circuito de trasmisión de la señal de electrocardiografía.

2.1.3 Implementar el circuito de recepción de la señal de electrocardiografía en la central de monitoreo.

2.1.4 Implementar la interfaz gráfica para mostrar la información de dos diferentes señales provenientes de distintos

electrocardiógrafos.

2.1.5 Caracterizar los electrocardiógrafos

2.1.6 Además realizar la implementación de análisis espectral de la señal de electrocardiografía mediante el algoritmo

de la transformada rápida de Fourier.

Figura 2.1 Central de monitoreo telemétrica de señales de electrocardiografía. Transmisión simultánea de la señal de electrocardiografía desde los monitores (a y b) hacia la central de monitoreo c)

3 Materiales y métodos Para cumplir con los objetivos de este trabajo se deben implementar en hardware dos circuitos de monitoreo y una central

que se conecte a una computadora y muestre dos electrocardiogramas simultáneamente, cada monitor debe contar con

un circuito de adquisición de datos y un transmisor inalámbrico, ambos controlados por un microcontrolador, también se

debe implementar una central en la cual se tenga un respectivo receptor y un microcontrolador, el cual enviara los datos

hacia una computadora donde un sofwre mostrara ambas gráficas, entonces se requiere realizar una sinergia entre

instrumentación, micro control, comunicación serial inalámbrica y programación el cual se realiza por etapas.

3.1 Diseño de dos circuitos de electrocardiografía.

El electrocardiógrafo es un dispositivo que se usa para adquirir la señal eléctrica del corazón y el diseño más usado entre

los estudiantes es el que aparece en libro Medical Instrumentation Aplication and Desing de John G. Webster. El libro

proporciona el circuito mostrado en la Figura 3.1, este circuito solo se limita a realizar pre amplificación y filtrado y por lo

tanto carece de muchos bloques básicos para funcionar adecuadamente.

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Figura 3.1 Circuito de electrocardiografía ejemplo, este circuito solo amplifica y filtro una señal de electrocardiografía, careciendo de elementos clave para su funcionamiento [1]1.

Inicialmente se partió de un diseño el cual presento problemas principalmente con la fuente de energía, falta de

manejador de pierna derecha, acoplamiento de impedancias y ajuste de la señal de dc (offset). Después, se modificó el

circuito y se diseñaron dos circuitos de electrocardiografía basados en el diagrama de la Figura 3.2.

El electrocardiógrafo se alimentó con la fuente de voltaje mostrada en la Figura 3.2 a) que funciona con una batería y

produce un voltaje simétrico. La fuente se implementó con el circuito mostrado en la Figura 3.3 y se construyó utilizando

un amplificador operacional en configuración seguidora y un divisor de voltaje, de este modo al conectar una batería de

nueve volts de produce dos voltajes simétricos de 4.5 y -4.5 volts.

En la adquisición de la señal de electrocardiografía para acoplar correctamente la impedancia del electrodo (Figura 3.2 b))

a la impedancia del amplificador se implementó un circuito seguidor de voltaje (Figura 3.2 c)) que proporciona una alta

impedancia y protección al paciente; después, se hizo una pre amplificación con un amplificador de instrumentación

AD620 con ganancia fija de 4.985 (Figura 3.2 d)), sin embargo la señal de electrocardiografía al salir de ésta etapa está

contaminada con ruido y montada en componentes de corriente directa (señal de offset).

Para la implementación del circuito de control de offset (Figura 3.2 e)) se utilizó un amplificador operacional sumador de

ganancia unitaria, en el cual se suma la señal con un voltaje fijo proveniente de un divisor de voltaje (Figura 3.4 a)).

Después la señal de electrocardiografía se pasó en un filtro pasa banda con un ancho de banda de 0.05 Hz hasta 110 Hz y

ganancia de cuatro (Figura 3.2 f)), de esta manera se eliminó el ruido en la señal. Después de que la señal de

electrocardiografía se encontraba sin ruido y referenciada a cero se hizo pasar la señal de electrocardiografía a través de

un segundo circuito de control de offset ajustable por medio de un potenciómetro (Figura 3.2 g)) para leer la señal con un

convertidor análogo digital.

Por otro lado, para evitar los ruidos de alta frecuencia en la señal se implementó un circuito anti ruido que inicia con una

retroalimentación proveniente del circuito de ajuste de ganancia (Figura 3.2 h)) hacia el circuito anti ruido (Figura 3.2 i)).

El circuito anti ruido fue construido con un amplificador operacional en configuración de seguidor de voltaje y la salida del

circuito se conectó a dos puntos; la primera conexión se hizo al blindaje (Figura 3.2 l)) que es una caja de metal que cubre

todo el circuito y la segunda conexión hacia la entrada de un circuito de tierra virtual (Figura 3.2 j)) con la finalidad de

proporcionar una referencia fija para las mediciones y proteger al paciente. Además, el circuito de tierra virtual se

implementó con un amplificador inversor.

1 Circuito Tomado de la Figura 6.18 en página 275 de la obra citada.

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Figura 3.2 Diagrama de bloque del electrocardiógrafo, el modulo es energizado por la fuente simétrica a), donde la señal proveniente de los electrodos b) es aislada y acoplada c), para ingresar a un amplificador de instrumentación d) y la señal es conducida a un circuito de ajuste automático de offset e). Después la señal pasa por un filtro pasa banda f) y continua hacia un circuito de ajuste de offset g), finalmente la señal es amplificada y enviada hacia una salida analógica. El circuito también cuenta con un circuito de ajuste de ganancia fija i) que está conectada en serie a otro circuito de reducción de ruido j) que se conecta a un blindaje físico l), para proteger al paciente se cuenta con una referencia a un circuito de tierra virtual k).

Figura 3.3 Fuente de alimentación simétrica. Fuente de alimentación simétrica implementada en el primer circuito de electrocardiografía, b) fuente de alimentación adaptada [2]2.

a)

Figura 3.4 Detalle de los circuitos de offset. a) primera etapa de offset mostrada en la figura b) segunda etapa de offset ajustada mediante un potenciómetro de precisión.

3.2 Diseño del circuito de trasmisión de la señal de electrocardiografía.

La señal de electrocardiografía después de ser adquirida se procesó con un dispositivo de adquisición de datos (Arduino

uno). Un circuito de adquisición de datos desde un punto de vista analítico se puede visualizar como una caja negra, a la

cual entra una señal no acondicionada y como resultado del acondicionamiento y tratamiento de la señal sale otra señal

analógica amplificada y acondicionada. El procesamiento de la señal se hace con un microcontrolador que además entre

sus herramientas cuenta con diversos protocolos de comunicación de datos síncronos y asíncronos.

2 Tomado del diagrama de figura 2 (A) en página 121 del citado artículo.

b)

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En este trabajo para trasmitir los datos por telemetría se eligió la comunicación serial asíncrona, esta comunicación es la

adecuada para transmitir datos a cortas y medianas distancias. Los transceptores de radiofrecuencia RFD21733 (Figura

3.5 a)) se usaron para trasmitir los datos de la señal de electrocardiografía a la central de monitoreo. Estos transceptores

transmiten o reciben un dato de 8 bits a 9600 baudios mediante comunicación serial asíncrona y lo transmiten de manera

inalámbrica hacia otro transceptor en la frecuencia de 2.4GHz (Figura 3.5 b)).

Por otro lado, cuando se encuentran varios transceptores del modelo RFD21733 comunicándose entre sí, la forma en que

un transceptor determina si puede comunicarse con otro transceptor o no es mediante un modo de aprendizaje, éste

modo cuenta con tres bloques de funcionamiento, el primer bloque consisten en un número electrónico serial (ESN por

sus siglas en inglés), el segundo bloque es una lista donde puede almacenar hasta 20 ESN y el último bloque es un pin de

configuración.

El modo en el cual operan estos transceptores comienza cuando el pin de configuración es configurado con un uno lógico

y entonces el modulo entra en modo de aprendizaje y memoriza el ESN del transceptor que le trasmitió datos, así el

transceptor solo responderá a los módulos a los cuales ha aprendido su ESN, de esta manera el transceptor puede ser

configurado para trabajar a manera de red punto a punto (Figura 3.5 c)).

Figura 3.5 Transceptor RFD21733. A) Encapsulado de transceptor, b) modos de funcionamiento a manera de red punto a punto, c) modo de comunicación serial bidireccional serial 9600 N 1.

3.2.1 Monitor de datos

Una vez que se adquirió la señal de electrocardiografía en el circuito de adquisición de datos (Figura 3.6 c)) se digitalizó

la señal para ser transmitida y con un módulo de Arduino Uno (Figura 3.6 d)), y el módulo transceptor RFD21733 se

conectó al puerto serial de Arduino Uno (Figura 3.6 e)). Además, con el módulo de Arduino Uno se implementó la función

de ahorro de energía con interruptores digitales que controlan el encendido y apagado de los circuitos de adquisición de

datos y del transceptor (Figura 3.6 f) y g)).

Figura 3.6 Diagrama de bloques de monitor, a) Batería de alimentación principal, b) interruptor de encendido y apagado, c) circuito de adquisición de señal electrocardiografía d) microcontrolador Arduino Uno, e) Modulo de transmisión, f) y g) interruptores digitales para encender y apagar los módulos de electrocardiografía y transmisión.

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Por otro lado, los transceptores de radiofrecuencia RFD21733 trabajan con voltajes entre 1.7 y 3.6 volts, esta característica

limita el uso de los transceptores con microcontroladores de bajo consumo energético o la otra opción es disminuir los

niveles lógicos de 5 V enviados por Arduino Uno a buffers de bajo voltaje que convierte los niveles lógicos a 3.3 V que le

permite al transceptor recibir la información.

3.3 Implementación el circuito de recepción de la señal de electrocardiografía en la central de

monitoreo.

Para recibir la señal proveniente de los electrocardiógrafos se desarrolló una central de monitoreo, el circuito (Figura 3.7)

funciona de la siguiente forma: cuando el módulo RFD21733 recibe un dato proveniente de un electrocardiógrafo, envía

el mismo dato mediante comunicación serial asíncrona hacia el módulo de Arduino DUE. Una vez que se ha recibido el

dato en el módulo de Arduino DUE clasifica el dato del electrocardiógrafo que lo trasmitió. Por lo tanto, los dos

electrocardiógrafos transmiten en forma inalámbrica su la señal hacia la central de monitoreo en una red con una

topología de estrella y un protocolo de transferencia de datos serial.

Se implementó un programa en el cual se almacenan en memoria de cada electrocardiógrafo un conjunto de N muestras

del electrocardiograma, después se envía la información por protocolo serial cada cierto intervalo de tiempo por un

periodo de tiempo de 24 h a través del transceptor. Además, el programa se diseñó para que cada vez que transmiten

datos los electrocardiógrafos hacia la central actúe una señal de reconocimiento (acknowledge) para asegurar el correcto

envió y la correcta recepción de los datos.

El programa implementado se basó en el algoritmo mostrado en la Figura 3.8. Primero, se configuró un temporizador que

crea un tiempo de retardo (T) (Figura 3.8 b)), después el microcontrolador del electrocardiógrafo muestrea y almacena N

muestras y a continuación entra en modo de datos listos (Data_Ready) (Figura 3.8 c)), y transmite hacia la central un

identificador (DataID) indicándole a la central de monitoreo que está listo para transferir datos (Figura 3.8 d)); entonces

la central y monitor entran en modo de transferencia lista (Transfer_Ready). Después, en el modo de transferencia de

datos (Transfer_Ready) la central ingresa en un bucle donde se transmiten las N muestras iniciando con un byte de inicio

de paquete (Figura 3.8 e)) el cual le indica a la central que inicia la transferencia de un dato (Data_Transfer), en seguida

se transmite la parte alta y baja del dato (Figura 3.8 f) y g)), una vez transmitido el dato se envía un byte indicando que se

transmitió un dato (End_pack) (Figura 3.8 h)) y a continuación la central sale del modo de transferencia de dato

(Data_Transfer), y cada vez que un dato es enviado se incrementa un contador y se repite el ciclo hasta que se transmite

el conjunto N de muestras. Una vez que se transmitió el paquete con las N muestras el modulo sale del modo de

transferencia de datos (Transfer_Ready) y transmite un byte de fin de datos (Data_END) (Figura 3.8 i)), entonces

finalmente el electrocardiógrafo sale del modo de datos listos (Data_Ready), y se repite el ciclo del tiempo de retardo.

Figura 3.7 Circuito de recepción de señal, a) modulo receptor donde el dato es recibido en radio frecuencia, b) el dato es leído en puerto serial Arduino DUE donde son clasificadas y almacenadas, c)una vez en el Arduino DUE cada dato desde es enviado hacia la computadora

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Figura 3.8 Diagrama de flujo donde se muestra el algoritmo del protocolo de comunicación, a) Rutina de configuración general del microcontrolador, b) Retardo para adquisición de muestras, c)Bucle de toma de muestras, d)transmisión del byte de inicio de la comunicación, e) transmisión de byte de inicio de dato f) transmisión de la parte alta del dato g)Transmisión de la parte baja del dato) h) transmisión del byte de fin de dato, i)transmisión del byte de fin de comunicación de datos.

Cada dato se transmitió bajo el formato mostrado en la Figura 3.9. Cada muestra va precedida de un byte de inicio y

termina con otro de fin, y es contada por el electrocardiógrafo cada vez que es transmitida, para evitar errores en la

transmisión de los datos cada dato transmitido se retransmite al mismo electrocardiógrafo desde la central a manera de

reconocimiento (acknowledge).

Formato de dato para envió múltiple de datos

Byte 0 Byte 1 Byte 2 Byte 3

Inicio de paquete Dato parte alta Dato parte baja Fin de paquete Figura 3.9 Formato de dato para envió de múltiples paquetes, en este modo no se altera la frecuencia de muestreo.

Para que este protocolo funcionara de manera adecuada el transceptor de la central de monitoreo se programó para que

solo intercambie información con un solo electrocardiógrafo a la vez, si un módulo de u electrocardiógrafo está en modo

de datos listos (Data_Ready) solo podrá transmitir datos si el programa de la central de monitoreo autoriza el intercambio

de datos a través del reconocimiento (acknowledge), de lo contrario el modulo almacena sus datos y espera hasta que el

programa de la central de monitoreo autorice, de esta forma se evitó la colisión de datos.

Una vez que todo el conjunto de muestras llegan a la central de monitoreo, se generó un byte de identificación que es

transmitido del microcontrolador del Arduino DUE hacia la computadora y si el programa de la computadora reconoce el

byte de identificación entonces se transmite el conjunto de N muestras hacia la computadora en donde son recibidas y

graficadas.

3.4 Interfaz gráfica.

El electrocardiograma en la computadora se visualizó a través de un programa que se diseñó para graficar señales, el

programa consiste en recibir los datos del electrocardiograma en un puerto USB, procesar los datos y graficarlos en una

ventana. El programa se desarrolló con el software Processing que cuenta con diversas herramientas para visualizar los

datos, entre ellos destaca el objeto llamado serial el cual permite abrir y leer un puerto serial COM.

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Por otro lado, el algoritmo del programa para graficar se muestra en la Figura 3.10. Al inicio el programa se encuentra en

un modo de espera y cuando lee el primer dato (Figura 3.10 a)) se revisa que sea corresponda al identificador del

electrocardiógrafo (ID), entonces la central busca reconocer el electrocardiógrafo que envió el dato (Figura 3.10 b)).

Después se espera la llegada del conjunto de datos que se almacenan en un vector (Figura 3.10 c)) y finalmente el vector

de datos es graficado, obteniendo la señal de electrocardiografía en forma gráfica.

Figura 3.10 Diagrama de flujo para leer y graficar un dato mediante el software Processing, a) Espera del byte de ID y lectura del buffer, b) lectura e identificación del ID, c) espera y almacenamiento del paquete de datos, d) Graficado de los datos.

3.5 Caracterización de los electrocardiógrafos.

Una vez finalizada la interfaz gráfica se realizará la caracterización del instrumento que permita conocer las características estáticas del instrumento. Para realizar la caracterización del instrumento compararemos un simulador de señales de electrocardiografía marca Fluke, modelo ProSim 2 (Fluke Corporation, US) con los electrocardiogramas graficados en la central de monitoreo. Se generará una señal triangular a una frecuencia que se encuentre dentro del rango fisiológico y se comparará con la obtenida en el electrocardiograma por la central de monitoreo, después se repetirá la misma operación en el rango de 3 a 10 mV durante 10 veces cada una en el rango de frecuencia de 10 a 220 L/min. Se hará una regresión lineal para obtener la sensibilidad y desviación de cero (desviación de drift), se hará la prueba de Bland Altman para ver la dispersión de los datos y se obtendrán la exactitud y precisión del instrumento.

4 Resultados Para delimitar el trabajo se orientó a la instrumentación y comunicación de datos serial en forma inalámbrica y para el

uso exclusivo en seres humanos. En este avance destacan la mejora en el circuito de instrumentación al cual le fue

modificado el circuito de la fuente de alimentación y su circuito de ajuste offset, además de la implementación del circuito

transmisión para cada monitor y uno de recepción en la central; para los cuales se implementó una topología de estrella

y un respectivo protocolo de comunicación serial. Para la recepción de las muestras en la computadora se implementó un

código el cual distingue y grafica un conjunto de muestras. Además se mejoró la flexibilidad de los circuitos de adquisición

y transmisión de datos al adaptar su PCB para ser conectado directamente a Arduino Uno.

4.1 Mejora en el circuito de adquisición de datos

En éste avance de tesis se muestra la fotografía del electrocardiógrafo diseñado al inicio del trabajo (Figura 4.1 b)) y la

fotografía del electrocardiógrafo diseñado en éste semestre (Figura 4.1 a)) el cual es modular con Arduino Uno. Este

circuito mostró que además de ser más pequeño y de bajo consumo muestra los voltajes adecuados del simulador de

electrocardiografía marca Fluke, modelo ProSim 2 (Fluke Corporation, US) al ser amplificados por un factor de 1000.

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a) b)

Figura 4.1 Circuito de adquisición de datos, a) circuito de adquisición de datos compatible con Arduino Uno, b) Comparación con el primer circuito que se desarrolló se observa una importante reducción del tamaño y aumento de la flexibilidad.

4.2 Modificación del circuito del Radio Transceptor e implementación del circuito de la central

Por otro lado, se modificó el módulo del radio transceptor ya que solo trabaja a bajos voltajes que oscilan entre 1.7 y 3.6

volts, limitando el dispositivo al uso por microcontroladores de bajo consumo energético, con el fin de poder realizar estas

pruebas de manera confiable y rápida, al igual que el circuito de electrocardiografía, se optó por adaptar el radio

transceptor para poder conectarlo directamente a una tarjeta de desarrollo Arduino Uno como se muestra en la Figura

4.1 a). Para adaptar los niveles lógicos requeridos por el transceptor de 3.3 V a los de 5 V del Arduino Uno se utilizaron

buffers de bajo voltaje. Para la implementación del circuito de recepción de datos se conectó un módulo RFD21733 a un

Arduino DUE el cual fue conectado a la computadora como se muestra en la Figura 4.1 b)

a) b)

Figura 4.1 Uso de los radio transceptores RFD21733, a) Mejora del circuito de transmisión al implementarse 2 buffers de bajo voltaje para compatibilidad con Arduino Uno, b)implementación del circuito de la central con un Arduino DUE.

4.3 Implementación del circuito de recepción y graficado de la señal en Processing

Finalmente, se obtuvo la gráfica de un electrocardiograma mostrada en la Figura 4.2 la cual fue obtenida mediante el

graficado de muestras provenientes de un simulador de electrocardiografía, para esto se implementó en Proccesing un

código basado en el diagrama de flujo mostrado en la Figura 3.10.

Figura 4.2 Graficado de una sola señal usando Processing, se grafica una sola señal de electrocardiografía proveniente de un simulador.

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5 Conclusiones parciales Los avances presentados en éste trabajo muestran que se implementó la central telemétrica de señales de electrocardiografía, se construyó un prototipo basado en dos módulos de monitoreo de la señal de electrocardiografía, en conjunto con una central de monitoreo; cada uno de los dos módulos de monitoreo cuenta con un radio transceptor que transmite una muestra analógica del electrocardiograma, posteriormente ambas señales son recibidas en una central de monitoreo; donde son clasificadas y enviadas hacia una computadora para su posterior análisis y procesamiento usando como interfaz gráfica el software Processing. Los electrocardiógrafos y la central de monitoreo son dispositivos útiles, seguros y confiables para medir la actividad

eléctrica del corazón. Sin embargo, es necesario mostrar gráficamente las dos señales y caracterizar los dispositivos.

6 Trabajo Futuro Graficar dos señales de electrocardiografía

Caracterizar el sistema

Escribir resultados y finalizar la escritura de la tesis

Examen Previo Diciembre del 2015.

7 Cronograma de actividades

No. Actividad Agosto Septiembre Octubre Noviembre Diciembre

1 Construcción del segundo electrocardiógrafo prototipo.

2 Diseño e implementación del protocolo de comunicación Serial

3 Preparación del segundo Avance de tesis

4 Implementación del algoritmo de la transformada rápida de Fourier

5 Escritura del Capítulo 3

6 Escritura de resultados

7 Escritura de la tesis y correcciones.

8 Preparación de examen previo

8 Bibliografía

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