DSpace Home - II · 2017. 12. 14. · 2.11.6 La familia de los PIC ... 2.11.7 Juego de...

III

Agradecemos el apoyo de todas aquellas personas

involucradas en la realización de esta tesis así como del

proyecto; no mencionamos nombres para no omitir a nadie.

IV

ÍNDICE TEMÁTICO Planteamiento del problema ................................................................................................................. ii

Justificación ......................................................................................................................................... iii

Objetivo General.................................................................................................................................. iv

Objetivos Específicos .......................................................................................................................... v

CAPÍTULO 1 - ESTADO DEL ARTE

1.1 Concepto y aspectos más significativos del triage estructurado de urgencias ............................. 7

1.2 Hacia un modelo de Triage de Urgencias y Emergencias Estructurado ...................................... 8

1.3 Sistemas de Triage de 5 Categorías o Niveles de Priorización .................................................. 10

1.3.1 Escala Nacional de Triage (NTS) para los servicios de urgencias australianos ................. 10

1.3.2 Escala canadiense de triage y gravedad para los servicios de urgencias (CTAS) ............. 10

1.3.3 Sistema de triage de Manchester (MTS) ............................................................................. 10

1.3.4 Índice de gravedad de urgencias (ESI) ............................................................................... 10

1.3.5 Modelo Andorrano deTriage (MAT) ..................................................................................... 11

1.3.6 Sistema Español de Triage (SET) ....................................................................................... 12

1.4 Sistema de Triage en México ...................................................................................................... 13

1.4.1 Sistema Triage MX .............................................................................................................. 13

CAPÍTULO 2 - MARCO TEÓRICO

TRIAGE, SIGNOS VITALES Y SUS EQUIPOS DE MEDICIÓN ....................................... 15

2.1 Concepto de la palabra triage ..................................................................................................... 15

2.2 Antecedentes Históricos del triage .............................................................................................. 15

2.3 Tipos de triage ............................................................................................................................. 16

2.3.1 Triage de campo .................................................................................................................. 16

2.3.2 Triage para servicios de urgencias ...................................................................................... 16

Sistema de triage de 3 y 4 niveles ............................................................................................ 16

Sistema de triage estructurado de 5 niveles ............................................................................ 17

2.4 El Triage en el Servicio de Urgencias ......................................................................................... 18

2.4.1 Estructura Actual del Servicio de Urgencias sin Triage ....................................................... 18

2.4.2 Estructura de un Servicio de Urgencias con Triage estructurado de 5 niveles ................... 19

V

2.5 Los Signos Vitales ....................................................................................................................... 20

2.5.1 Tensión Arterial (TA) ............................................................................................................ 20

2.5.1.1 Cifras normales de Tensión Arterial ............................................................................. 20

2.5.1.2 Recomendaciones para una adecuada medición de la Tensión Arterial ..................... 21

2.5.1.3 Descripción general de Esfigmomanómetro ................................................................ 22

Tipos de Esfigmomanómetros.............................................................................................. 23

Esfigmomanómetro mercurial .......................................................................................... 23

Esfigmomanómetro aneroide ........................................................................................... 24

Esfigmomanómetro electrónico ....................................................................................... 24

2.5.1.4 Técnica para la medición de la presión o tensión arterial. ........................................... 25

2.5.2 Frecuencia cardiaca o pulso arterial .................................................................................... 26

2.5.2.1 Técnicas de medición de Frecuencia Cardiaca ........................................................... 26

Técnica de medición manual................................................................................................ 26

Técnica de medición electrónica .......................................................................................... 27

2.5.2.2 Cifras normales de Tensión Arterial ............................................................................. 27

2.5.3 Frecuencia respiratoria ........................................................................................................ 27

2.5.3.1 Técnica de medición de frecuencia respiratoria ........................................................... 28

2.5.3.2 Cifras normales de la frecuencia respiratoria ............................................................... 29

2.5.4 Temperatura corporal .......................................................................................................... 29

2.5.4.1 Técnica de medición de temperatura corporal. ............................................................ 29

2.5.4.2 Cifras normales de la temperatura corporal ................................................................. 30

2.6 Estadística de error en la técnica de medición de los Signo Vitales........................................... 30

2.7 Antropometría .............................................................................................................................. 31

2.7.1 Ergonomía ............................................................................................................................ 31

2.7.2 Medidas Antropométricas en mm ........................................................................................ 33

2.7.3 Factores causantes de los trastornos músculo-esqueléticos .............................................. 35

Posturas Incorrectas ante la pantalla ....................................................................................... 35

Estatismo postural .................................................................................................................... 35

2.7.4 Diseño de una Silla .............................................................................................................. 36

SENSORES DE PRESIÓN, SENSORES DE TEMPERATURA, DISPOSITIVOS DE ADQUISICIÓN DE DATOS E INTERFAZ DE COMUNICACIÓN PARA EL REGISTRO DE LOS SIGNOS VITALES………………………………………………………………………………..………39

2.8 Concepto de un sensor de presión ............................................................................................. 39

2.8.1Tipos de sensores de presión ............................................................................................... 39

Sensores de presión resistivos ................................................................................................. 39

Sensores de Presión Piezo-Cerámicos/Multicapa ................................................................... 40

Sensores de presión con semiconductores.............................................................................. 40

VI

Sensores de presión con semiconductores Serie MPX ........................................................... 40

Tipos de sensores de la serie MPX ..................................................................................... 41

a) Presión absoluta .................................................................................................... 41

b) Presión diferencial ................................................................................................. 41

c) Presión manométrica ............................................................................................. 42

2.9 Sensores de temperatura ............................................................................................................ 42

2.9.1Tipos de sensores de Temperatura ...................................................................................... 42

a) Termómetro de vidrio ........................................................................................................... 42

b) Termómetro bimetálico ......................................................................................................... 43

c) Termómetro de bulbo y capilar ............................................................................................. 43

d) Termómetros de resistencia ................................................................................................. 44

e) Termistores ........................................................................................................................... 45

f) Termopares ........................................................................................................................... 47

g) Pirómetros de radiación........................................................................................................ 48

h) Infrarrojos ............................................................................................................................. 50

2.10 SMBus ....................................................................................................................................... 52

2.10.1 Funcionamiento ................................................................................................................. 53

2.10.2 Características Generales ................................................................................................. 54

2.11 Los Microcontroladores ............................................................................................................. 56

2.11.1 Introducción........................................................................................................................ 56

2.11.2 Diferencia entre microprocesador y microcontrolador ....................................................... 57

2.11.3 Arquitectura interna ............................................................................................................ 58

2.11.4 Programación de microcontroladores ................................................................................ 61

2.11.5 Instrumental de trabajo ...................................................................................................... 62

2.11.6 La familia de los PIC .......................................................................................................... 63

2.11.7 Juego de instrucciones y entorno de programación .......................................................... 63

2.11.8 Programación del PIC ........................................................................................................ 63

2.11.9 Tamaño de palabra ............................................................................................................ 64

2.11.10 Características ................................................................................................................. 64

2.12 Puerto Serial Universal (USB) ................................................................................................... 66

2.12.1 Antecedentes históricos del USB ...................................................................................... 66

2.12.2 Descripción del sistema USB ............................................................................................. 66

2.12.2.1 Interfaz física .............................................................................................................. 67

2.12.2.2 Terminología USB ...................................................................................................... 67

2.12.2.3 Tipos de transferencia ................................................................................................ 68

2.12.3 Características de transmisión........................................................................................... 69

2.12.4Topología básica del USB .................................................................................................. 70

2.12.4.1 Proceso de enumeración ............................................................................................ 71

VII

2.12.5 Especificaciones eléctricas ................................................................................................ 72

2.12.6 Técnica de Codificación de datos. ..................................................................................... 72

2.12.7 Señal de Sincronización (SYNC) ....................................................................................... 73

2.12.8 Final de Paquete de datos del USB (EOP) ........................................................................ 73

2.13 Visual Basic 6.0 ......................................................................................................................... 74

2.13.1 Introducción........................................................................................................................ 74

2.13.2 Programas secuenciales, interactivos y orientados a eventos .......................................... 74

2.13.3 Programas para el entorno Windows ................................................................................ 75

2.13.3.1 Modo de Diseño y Modo de Ejecución ...................................................................... 75

2.13.3.2 Formularios y Controles ............................................................................................ 76

2.13.3.3 Objetos y Propiedades .............................................................................................. 76

2.13.3.4 Nombres de objetos .................................................................................................. 77

2.13.3.5 Eventos ...................................................................................................................... 78

2.13.3.6 Métodos ..................................................................................................................... 78

2.13.3.7 Proyectos y ficheros ................................................................................................... 79

2.13.4 El entorno de programación Visual Basic 6.0 .................................................................... 79

CAPÍTULO 3 - DISEÑO DEL PROTOTIPO

3.1 Diseño y construcción de la etapa de adquisición de datos del esfigmomanómetro. ................ 83

3.1.1 Selección del esfigmomanómetro. ....................................................................................... 83

3.1.2 Adquisición de las señales obtenidas en la medición.......................................................... 84

3.1.3 Amplificación y filtrado de las señales obtenidas en la medición ........................................ 90

3.1.4 Circuito de Adquisición de datos y algoritmo ....................................................................... 96

3.2 Diseño y construcción del medidor de Temperatura……………………………………………....103

3.2.1 Análisis para la medición de la Temperatura Corporal ...................................................... 103

3.2.2 Selección y Características generales del Sensor de Temperatura.................................. 103

3.2.3 Algoritmo y diagrama eléctrico del medidor de temperatura corporal ............................... 109

3.2.3.1 SMBus protocolo de 2-hilos ........................................................................................ 109

3.2.3.2 Protocolo BUS ............................................................................................................ 110

3.2.3.3 Sincronización ............................................................................................................ 111

3.2.3.4 Memoria RAM ............................................................................................................. 112

3.2.3.5 Conversión de la temperatura. ................................................................................... 113

3.3 Diseño y construcción del medidor de Frecuencia Respiratoria. .............................................. 118

3.3.1 Análisis de la Mecánica ventilatoria y principio básico de funcionamiento del medidor de frecuencia respiratoria. ............................................................................................................... 118

3.3.2 Selección y Características generales del Sensor de Presión .......................................... 120

3.3.3 Idea básica para la adquisición del número de respiraciones por minuto ......................... 123

3.3.4 Sistema mecánico para transferir movimiento de caja torácica al inflable. ....................... 129

VIII

3.3.5 Algoritmo y diagrama eléctrico del medidor de frecuencia respiratoria ............................. 131

3.4 Diseño y funcionamiento del circuito Maestro ........................................................................... 135

3.4.1 Propósito del circuito eléctrico Maestro ............................................................................. 135

3.4.2 Diseño del Circuito eléctrico Maestro ................................................................................ 136

3.4.3 Interfaz USB entre el circuito Maestro y Computadora Personal ...................................... 138

3.4.4 Diagramas de flujo del algoritmo del Circuito Maestro ...................................................... 141

3.5 Software de Priorización ........................................................................................................... 147

3.5.1 Tabla de signos vitales ...................................................................................................... 147

3.5.2 Desarrollo del software de priorización .............................................................................. 148

3.6 Diseño y construcción del mueble de signos vitales y la ubicación de los dispositivos de medición. ......................................................................................................................................... 158

3.6.1 Diseño del mueble ............................................................................................................. 158

3.6.2 Ubicación de los dispositivos de medición ........................................................................ 162

3.6.3 Diseño y construcción de la silla para el mueble de medición de signos vitales .............. 163

3.7 Diagrama a bloques del proyecto ............................................................................................. 165

CAPÍTULO 4 - PRUEBAS Y CONCLUSIONES

4.1 Prueba del módulo de adquisición de datos del esfigmomanómetro ....................................... 167

4.2 Pruebas al módulo de medición de temperatura ...................................................................... 168

4.3 Pruebas al módulo de medición de frecuencia respiratoria. ..................................................... 172

4.4 Pruebas al módulo máster y al software. .................................................................................. 175

4.5 Conclusiones ............................................................................................................................. 178

BIBLIOGRAFÍA

REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS ........................................................................................... 182

REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS MÉDICAS, TABLA TRIAGE .............................................. 184

ANEXOS

ABREVIATURAS ........................................................................................................................ 187

GLOSARIO ................................................................................................................................. 189

IX

ÍNDICE DE FIGURAS Figura 1.1 Pantalla final del sistema web_e-PAT ............................................................................. 12

Figura 2.1 Barón Dominique Jean Larrey. ........................................................................................ 15

Figura 2.2 Diagrama de flujo del Modelo Actual del Servicio de urgencias sin Triage ..................... 18

Figura 2.3 Diagrama de flujo de un Servicio de urgencias con Triage estructurado de 5 niveles .... 19

Figura 2.4 Principio de funcionamiento de un esfigmomanómetro ................................................... 22

Figura 2.5 Esfigmomanómetro Mercurial .......................................................................................... 23

Figura 2.6 Esfigmomanómetro aneroide ........................................................................................... 24

Figura 2.7 Esfigmomanómetro electrónico ....................................................................................... 25

Figura 2.8 Pulso radial ...................................................................................................................... 26

Figura 2.9 Mecánica respiratoria ....................................................................................................... 28

Figura 2.10 Circuito básico de un puente de Wheatstone ................................................................ 39

Figura 2.11 Sensor de Presión Piezo-Cerámicos/Multicapa ............................................................ 40

Figura 2.12 Sensor de Presión con Semiconductor serie MPX de Freescale Semiconductor Inc ... 40

Figura 2.13 Elementos básicos de los sensores de la serie MPX .................................................... 41

Figura 2.14 Presión Absoluta ............................................................................................................ 41

Figura 2.15 Presión Diferencial ......................................................................................................... 41

Figura 2.16 Presión Manométrica ..................................................................................................... 42

Figura 2.17 Estructura del termómetro bimetálico ............................................................................ 43

Figura 2.18 Elemento Bimetálico con forma saledizo ....................................................................... 43

Figura 2.19 Estructura de un termómetro de resistencia .................................................................. 44

Figura 2.20 Variación de la resistencia con respecto a la temperatura de diferentes materiales .... 44

Figura 2.21 Símbolos del resistor: PTC y NTC ................................................................................. 45

Figura 2.22 Variación de la resistencia respecto la temperatura ...................................................... 46

Figura 2.23 Estructura interna de un termopar ................................................................................. 47

Figura 2.24 Unión y comportamiento de los termopares .................................................................. 47

Figura 2.25 Ley de Stefan-Boltzman ................................................................................................. 48

Figura 2.26 Energía de un cuerpo radiante ...................................................................................... 49

Figura 2.27 Funcionamiento de un sensor de Temperatura ............................................................. 50

Figura 2.28 Diagrama óptico de un sensor de Temperatura ............................................................ 51

Figura 2.29 Relación del tamaño del objeto con el campo visual del Instrumento ........................... 52

Figura 2.30 Diagrama genérico de operación ................................................................................... 53

Figura 2.31 Topología SMBus ........................................................................................................... 55

Figura 2.32 Ejemplo de las etapas de entrada y salida del dispositivo SMBus ................................ 55

Figura 2.33 Circuitería de pull-up en el SMBus ................................................................................ 56

Figura 2.34 El microcontrolador es un sistema cerrado. Todas las partes del computador están conectadas en su interior y solo salen al exterior las líneas que gobiernan los periféricos ............. 57

X

Figura 2.35 En la arquitectura la UCP se comunicaba a través de un sistema de buses con la memoria donde se guardaban las instrucciones y los datos ............................................................ 58

Figura 2.36 Símbolo Internacional de USB ....................................................................................... 66

Figura 2.37 Terminales de USB ........................................................................................................ 70

Figura 2.38 USB usa una topología de estrella escalonada, donde cada hub es el centro de una estrella que puede unirse a periférico o hub adicionales .................................................................. 70

Figura 2.39 a) Cable de Dispositivo de Velocidad Media y Resistencia de Conexión. b) Cable de Dispositivo de Velocidad Baja y Resistencia de Conexión ............................................................... 72

Figura 2.40 Codificación NRZI .......................................................................................................... 73

Figura 2.41 Representación de la Señal de Sincronización ............................................................. 73

Figura 2.42. Entorno de programación de Visual Basic 6.0 .............................................................. 80

Figura. 3.1 Esfigmomanómetro digital de MICROLIFE modelo BP 3BU1-4 ..................................... 83

Figura 3.2 Placa con terminales 0 -15 y 0‘ – 14‘ de la LCD del esfigmomanómetro BP 3BU1-4 ..... 85

Figura 3.3 Visualización de las formas de onda que entran a la LCD .............................................. 85

Figura 3.4 a) Número de Registros de memoria del Esfigmomanómetro correspondiente a los pines 0 al 3 .................................................................................................................................................. 86

Figura 3.4 b) Pantalla del analizador lógico ...................................................................................... 86

Figura 3.5 Señal de prueba (Abajo) comparada con la señal de sincronización (Arriba) ................ 87

Figura 3.6 Ejemplo de par de señales que forman los números y su periodo de duración .............. 87

Figura 3.7 Señales que forman los números del 0 – 9 en la LCD. ................................................... 88

Figura 3.8 señal que entrega el esfigmomanómetro a la LCD sin pasar por la memoria mostrando el nivel de ―1‖ lógico ............................................................................................................................. 90

Figura 3.9 Señal mostrando un nivel máximo de 2.8 volts correspondiente al 0 lógico ................... 91

Figura 3.10 Amplificador Operacional LM324 como seguidor de voltaje. ........................................ 91

Figura 3.11 Amplificador Operacional LM324 como comparador ..................................................... 92

Figura 3.12 Señal obtenida después del búfer y del comparador con el amplificador operacional LM324 contra señal original proveniente de una terminar de la LCD. (Verde: señal original, Amarilla: señal a la salida del comparador). ..................................................................................... 93

Figura 3.13 Señal obtenida (Abajo) después del Multiplexor y del inversor CMOS. ........................ 94

Figura 3.14 Diagrama eléctrico del circuito multiplexor y adaptador de niveles lógicos de señales provenientes de la LCD ..................................................................................................................... 95

Figura 3.15 Diagrama a bloques de funciones de los circuitos de la Figura 3.14 y Figura 3.16 ...... 96

Figura 3.16 Diagrama eléctrico del MÓDULOSPHYGMO ................................................................ 97

Figura 3.17 (a) (b) (c) y (d) Diagrama de flujo del algoritmo programado en el PIC18F1320 ........ 101

Figura 3.18 Sensor MLX90614 utilizado para la medición de la temperatura corporal .................. 105

Figura 3.19 Distribución de los pines del sensor MLX90614 ......................................................... 105

Figura 3.20 Precisión preliminar de MLX90614 (Ta, To) ............................................................... 106

Figura 3.21 Campo de visión (FOV) del sensor MLX90614 ........................................................... 107

Figura 3.22 Conexión SMBus del sensor MLX90614 .................................................................... 109

Figura 3.23 SMBus elementos clave de paquetes......................................................................... 110

Figura 3.24 SMBus formato de lectura. ......................................................................................... 110

Figura 3.25 SMBus formato de escritura. ...................................................................................... 111

XI

Figura 3.26 Sincronización SMBus ................................................................................................. 112

Figura 3.27 a) b) Diagramas de Flujo del algoritmo para la medición de la temperatura corporal . 114

Figura 3.28 Conexión típica entre el sensor MLX90614 y un microcontrolador PIC18F ............... 116

Figura 3.29 Diagrama eléctrico de conexión del sensor MLX90614 ............................................. 116

Figura 3.30 Diagrama eléctrico del circuito medidor de temperatura corporal ............................... 117

Figura 3.31 Expansión y contracción de la caja torácica ................................................................ 118

Figura 3.32 Principio básico del funcionamiento del medidor de frecuencia respiratoria ............... 119

Figura 3.33 Modelos de sensores de presión de la serie MPX ...................................................... 119

Figura 3.34 Prototipo del medidor de frecuencia respiratoria ......................................................... 120

Figura 3.35 Voltaje de salida vs Diferencia de presión ................................................................... 122

Figura 3.36 Factor de error de la temperatura ................................................................................ 122

Figura 3.37 Factor de error de la presión ........................................................................................ 123

Figura 3.38 Ejemplo de funcionamiento del medidor de frecuencia respiratoria. ........................... 123

Figura 3.39 Datos obtenidos y mostrados en la LCD. .................................................................... 124

Figura 3.40 Diagrama de Flujo del algoritmo para contar respiraciones por minuto (Idea Básica).127

Figura 3.41 Diagrama eléctrico de circuito de prueba para medidor de frecuencia respiratoria .... 128

Figura 3.42 Modelo de la pieza de fibra de vidrio con forma del tórax anterior de un adulto promedio ......................................................................................................................................................... 129

Figura 3.43 Modelo del mecanismo de suspensión. ....................................................................... 129

Figura 3.44 Modelo del sistema mecánico para transferir movimiento de caja torácica al inflable 130

Figura 3.45 Sistema mecánico para transferir movimiento de caja torácica al inflable .................. 130

Figura 3.46 Anatomía de la superficie de las paredes torácica y abdominal ................................. 131

Figura 3.47 Diagrama eléctrico del circuito del medidor de frecuencia respiratoria ....................... 132

Figura 3.48 a) b) c) Diagrama de flujo del algoritmo del medidor de frecuencia respiratoria ......... 133

Figura 3.49 Diagrama Eléctrico del Circuito Maestro...................................................................... 136

Figura 3.50 Adaptador USB – serial USB2SER .............................................................................. 139

Figura 3.51 Diagrama eléctrico general de conexión PC a USB2SER – microcontrolador a USB2SER propuesto por Parallax, Inc. .......................................................................................... 139

Figura 3.52 Diagrama eléctrico del adaptador USB a Serial USB2SER ........................................ 140

Figura 3.53 a), b), c) y d) Diagrama Eléctrico flujo del algoritmo del Circuito Maestro. .................. 141

Figura 3.54 Forma de la Pantalla principal del software de priorización durante la programación. 149

Figura 3.55 Algoritmo del software de priorización.. ....................................................................... 154

Figura 3.56 Pantalla principal que vera el usuario del software de priorización en estado inicial. . 156

Figura 3.57 Ejemplo de pantalla principal que vera el usuario del software de priorización mostrando la medición de signos vitales, escala de Glasgow y el resultado del Triage. .............. 157

Figura 3.58 Estimación de medidas antropométricas para una persona de 1.40 m de estatura estando sentada, con el programa Antroprojeto ............................................................................. 158

Figura 3.59 Estimación de medidas antropométricas para una persona de 1.90 m de estatura estando sentada, con el programa Antroprojeto ............................................................................. 159

Figura 3.60 Idea principal del mueble diseñado y modelado en 3D con el programa Rhinoceros 4.0. ......................................................................................................................................................... 160

XII

Figura 3.61 Altura y distancia del mueble con respecto a una persona de estatura promedio de 1.65 m ...................................................................................................................................................... 161

Figura 3.62 Altura y distancia del mueble ajustando la posición de la silla con respecto a una persona de 1.40 m de estatura ....................................................................................................... 163

Figura 3.63 Altura y distancia del mueble ajustando la posición de la silla con respecto a una persona de 1.90 m de estatura ....................................................................................................... 164

Figura 3.64 Idea principal de la silla diseñada y modelada en 3D con el programa Rhinoceros 4.0. ......................................................................................................................................................... 164

Figura 3.65 Diagrama a Bloques de la Interfaz de Medición de Signos Vitales para Priorizar la Atención Médica en el Servicio de Urgencias de un Hospital General de Zona ............................ 165

Figura 4.1 Diagrama a bloques de prueba del módulo de adquisición de datos del esfigmomanómetro .......................................................................................................................... 167

Figura 4.2 Módulo de temperatura y base para recargar la frente sobre el termómetro infrarrojo . 168

Figura 4.3 Posición correcta e incorrecta de cómo se debe colocar la frente sobre la base en donde se encuentra el sensor de temperatura .......................................................................................... 170

Figura 4.4 Medición de forma manual de de la frecuencia respiratoria. ......................................... 172

Figura 4.5 Diagrama a bloques del módulo de respiración para medir la frecuencia respiratoria . 172

Figura 4.6 Cuadros ocultos para visualizar los datos enviados por el módulo maestro antes de ser reacomodados en sus cajas de texto correspondientes. ................................................................ 175

Figura 4.7 Ejemplo de prueba Comparación entre la tabla de priorización y el resultado del software de priorización. ................................................................................................................................ 176

Figura 4.8 Hardware y software de la interfaz de medición de signos vitales para proporcionar una priorización adecuada a los pacientes que solicitan atención médica en el servicio de urgencias de un hospital general de zona. ........................................................................................................... 176

Figura 4.9 Exterior e interior de la interfaz de medición de signos vitales para priorizar la atención medica en un hospital general de zona .......................................................................................... 177

ÍNDICE DE TABLAS

Tabla 2.1 Código Internacional de Colores ....................................................................................... 16

Tabla 2.2 Clasificación del sistema de triage de 5 niveles ............................................................... 17

Tabla 2.3 Cifras normales de Tensión Arterial .................................................................................. 20

Tabla 2.4 Tamaño de los manguitos de presión sanguínea colocados en la parte superior del brazo ........................................................................................................................................................... 21

Tabla 2.5 Cifras normales de frecuencia cardiaca ............................................................................ 27

Tabla 2.6 Cifras normales de frecuencia respiratoria ....................................................................... 29

Tabla 2.7 Cifras normales de temperatura corporal .......................................................................... 30

Tabla 2.8 Resultados de la evaluación a las técnicas de medición de signos vitales por el personal de enfermería de distintos servicios .................................................................................................. 30

Tabla 2.9 Tabla de medidas antropométricas ................................................................................... 33

Tabla 2.10 Tipos de termopares ....................................................................................................... 48

Tabla 2.11. Abreviaturas para los controles más usuales ................................................................ 78

Tabla 3.1 Configuración de las terminales de la LCD del esfigmomanómetro ................................. 89

Tabla 3.2 Características generales de operación del sensor de temperatura MLX90614 ............ 108

Tabla 3.3 Direcciones de la memoria RAM para la lectura de la medición del sensor MLX90614 112

Tabla 3.4 Características generales de operación del sensor de presión MPX5010 ..................... 121

Tabla 3.5 Tabla de signos vitales para la priorización de los pacientes según el Sistema Triage. 148

Tabla 4.1 Primera prueba para calcular el valor promedio de la diferencia de la temperatura corporal contra la temperatura de la piel. ........................................................................................ 169

Tabla 4.2 Diferencia entre la temperatura corporal y la temperatura de la piel de los pacientes que conservaron buena postura durante la prueba de la tabla 4.1. ..................................................... 170

Tabla 4.3 Segunda prueba para corroborar el valor promedio de la diferencia de la temperatura corporal contra la temperatura de la piel. ........................................................................................ 171

Tabla 4.4 Primera prueba - comparación entre la medición de la frecuencia respiratoria por el módulo de respiración y de la forma manual con constresp=2.0 mmHg. ....................................... 173

Tabla 4.5 Segunda prueba - comparación entre la medición de la frecuencia respiratoria por el módulo de respiración y de la forma manual con constresp variable. ............................................ 174

ii

Planteamiento del problema Dentro de los servicios de urgencias se ha determinado que del total de pacientes que acuden para recibir atención médica, sólo el 25% se trata de urgencias reales. Los pacientes y prioridades de atención se clasifican en base a la aplicación del triage y éste se evalúa en función a la estabilidad de los signos vitales, aunado a un primer contacto con un médico desde su llegada, con la finalidad de clasificar la necesidad de atención en 5 categorías determinando así el grado de urgencia. Dada la enorme demanda de atención medica, la saturación de los servicios de urgencias en los hospitales y en ocasiones el insuficiente número de personal del área, el sistema de triage no es aplicado al 100% ya que al mismo tiempo el médico se ve forzado a realizar el triage, como primer contacto, y a otorgar la consulta para diagnostico, por lo que los tiempos para la atención se prolongan y no se captan los pacientes de forma oportuna para su atención, siendo precisamente que la realización adecuada del triage permite determinar la gravedad del paciente, el tiempo máximo de espera para su atención, conocer si se trata o no de una urgencia con la finalidad de otorgar una atención oportuna.

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Justificación

Debido a la gran demanda de pacientes que requieren atención en el Servicio de Urgencias, así como el exceso de trabajo que existe para el personal del área, han hecho necesaria la elaboración de un sistema de clasificación que permita la priorización de la atención médica sin importar el orden en que los pacientes lleguen al hospital; la clasificación de los pacientes se debe hacer en un tiempo corto, de forma ágil y efectiva, para poder garantizar la seguridad y bienestar de los pacientes que esperan ser atendidos por el médico. Los pacientes más urgentes serán asistidos primero, y el resto serán reevaluados de forma continua hasta poder ser atendidos por el equipo médico. Sin embargo, debido a la sobrecarga de trabajo, no siempre es factible hacer una evaluación oportuna del paciente desde el momento en que llega a un hospital al servicio de urgencias, teniendo el paciente que esperar a pesar de que los médicos de la unidad hospitalaria realicen un sistema de clasificación o Triage. Por lo anterior es importante poder hacer una verdadera priorización de los pacientes de acuerdo al grado de urgencia, entendida esta como aquella situación clínica con capacidad para generar deterioro ó peligro para la salud y la vida del paciente. En general, serán los procesos clínicos más agudos y más graves, y que se presentan con características de mayor severidad, los que generen un mayor grado de urgencia, viniendo marcada la bondad del sistema de Triage, al menos en parte, por la correlación entre la capacidad de detectar la urgencia y la medida de la agudeza-gravedad del paciente, dicha correlación será procesada por una aplicación desarrollada en Visual Basic a través de sencillos parámetros que serán adquiridos por una interfaz de signos vitales que consta de equipos de medición especializados en frecuencia cardiaca, presión arterial, temperatura corporal y frecuencia respiratoria.

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Objetivo General

Realizar el diseño y construcción de una interfaz de medición de signos vitales para priorizar la atención médica en el servicio de urgencias de un hospital general de zona.

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Objetivos Específicos

Diseñar un medidor de frecuencia respiratoria y uno de temperatura corporal.

Obtener los datos de medición que entrega un esfigmomanómetro digital para enviarlos a un microcontrolador.

Utilizar un microcontrolador como interfaz entre los dispositivos de medición de signos vitales y una PC por medio del puerto USB.

Diseñar una aplicación en Microsoft© Visual Basic 6.0 para procesar y así poder priorizar de manera adecuada la atención médica en base a los signos vitales tomados.

CAPÍTULO 1 ESTADO DEL ARTE

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1.1 Concepto y aspectos más significativos del triage estructurado de urgencias

El triage, entendido como proceso de valoración clínica preliminar que ordena los pacientes en función de su urgencia/gravedad, antes de la valoración diagnóstica y terapéutica completa en el servicio de urgencias, y es que hace que en una situación de saturación del servicio o de disminución de recursos, los pacientes más urgentes sean tratados primero, es imprescindible siempre que la demanda exceda la capacidad resolutiva del servicio, siendo aconsejable que se mantenga las 24 horas del día. En un servicio de urgencias con un sistema de triage estructurado se ha de establecer una dinámica de grupo, de manera que todo el mundo crea en el proceso de clasificación, respete el criterio del profesional que la realiza y que éste cuente con el total soporte de la jerarquía del servicio. El triage, como centro de la organización de la asistencia en el servicio, mejora el pronóstico general de los pacientes, nos ha de indicar cuándo ha de ser tratado un paciente y que es lo que el paciente necesita, es una de las claves de la eficiencia y efectividad clínica del servicio y ha de tener capacidad para predecir el destino y las necesidades de recursos de los pacientes. El modelo de triage permite clasificar a los pacientes basándose en el grado de urgencia/gravedad, debe ser dinámico, fácil de entender y rápido de aplicar, ha de estar estandarizado o normalizado y tener un alto nivel de concordancia inter observador. También definirá fácilmente la ubicación más adecuada para el paciente en el servicio, será predictivo de su evolución clínica, permitirá la investigación clínica y el desarrollo de todo el servicio de urgencias, aportará información sobre la intensidad del servicio que se le ha de dar, midiendo la necesidad de consumo de recursos. El triage estructurado aporta una información valiosa respecto a la casuística del servicio de urgencias donde se aplica, permitiendo la comparación entre servicios. En resumen, las funciones del triage son: 1.- Identificar rápidamente a los pacientes en situación de riesgo vital, mediante un sistema estandarizado o normalizado de clasificación. 2.- Asegurar la priorización en función del nivel de clasificación, acorde con la urgencia de la condición clínica del paciente. 3.- Asegurar la reevaluación periódica de los pacientes que no presentan condiciones de riesgo vital. 4.- Determinar el área más adecuada para tratar un paciente que se presenta en el servicio de urgencias. 5.-Dar información sobre cuáles son las necesidades de exploraciones diagnósticas preliminares. 6.- Informar a los pacientes y sus familias sobre el tipo de servicio que necesita el paciente y el tiempo de espera probable. 7.- Disminuir la congestión del servicio, mejorando el flujo de pacientes dentro del servicio. 8.- Dar información que ayude a definir la complejidad del servicio.

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El profesional o profesionales que realicen la clasificación de los pacientes en un servicio de urgencias con triage estructurado han de tener una buena capacidad de comunicación, han de ser empáticos, tener tacto, paciencia, capacidad de comprensión y discreción. Han de tener capacidad organizativa y resolutiva en situaciones difíciles. Han de ser capaces de reconocer a los pacientes realmente enfermos mediante la correcta aplicación de una escala de triage normalizada. Dado que en las modernas escalas de triage de 5 categorías no se establecen diagnósticos médicos, y que todas ellas han demostrado un buen índice de concordancia inter observador, en todos los países donde se aplican esta función recae en enfermería. La enfermera de triage ha de tener acceso rápido o estar en contacto con el área de recepción administrativa del servicio y con el área de espera de los pacientes. Ha de recibir a los pacientes y sus familiares de una forma cálida y empática, en un ambiente seguro, íntimo, privado y con la máxima confidencialidad. Ha de conocer perfectamente la escala aplicada, realizar una rápida evaluación clínica, recogiendo los datos expresados por el paciente y dirigiendo la entrevista, cuando sea necesario, para objetivar al máximo el motivo clínico de consulta y la situación fisiológica del paciente (de forma subjetiva o, siempre que sea posible, mediante monitorización de las constantes vitales), y documentar dicha valoración. El registro del triage tiene como funciones básicas asignar un nivel de priorización (del I al V) a un paciente con un motivo clínico de consulta determinado. Una vez ordenados los pacientes en grupos de prioridad en función de la escala utilizada, son también funciones de la enfermera de triage, acompañar a los pacientes a la zona donde serán atendidos, dar la información registrada al equipo médico encargado del proceso diagnóstico y terapéutico, mantener a los pacientes y a sus familiares informados, reevaluar periódicamente a los pacientes del área de espera e instruir a los pacientes y sus familias para que notifiquen a la enfermera de triage cualquier cambio en la situación clínica. La enfermera de triage ha de tener control visual de todo lo que pasa en el área de espera y de admisión de pacientes. 1.2 Hacia un modelo de Triage de Urgencias y Emergencias Estructurado

El proceso de clasificación de los pacientes que acuden a los servicios de urgencias hospitalarios y extra hospitalarios, o triage de urgencias y emergencias, conocido en el mundo anglosajón como "emergency triage", ha sido, y está siendo, objeto de una profunda revisión en los últimos años. Efectivamente, desde que a mediados de los años noventa, empezaron a aparecer trabajos que ponían en duda la validez de los sistemas de triage de 3 y 4 categorías desarrollados en los sesentas; en los que se clasificaba a los pacientes en emergente, urgente y no urgente; diferentes sociedades científicas de la Medicina de Urgencias y Emergencias se han esforzado en establecer escalas de triage más o menos universalizadas en sus respectivos países, que tienen en común basarse en 5 niveles de priorización, y que tienen como objetivo poder ser aplicadas de forma segura, dentro de modelos de triage estructurado.

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El concepto de triage estructurado hace referencia a la disponibilidad de una escala de clasificación válida, útil y reproducible, de una estructura física, estructuración profesional y tecnológica en los servicios de urgencias, que permitan realizar la clasificación de los pacientes en base a su grado de urgencia según un modelo de calidad evaluable y continuamente mejorable. El triage o clasificación de los pacientes en los servicios de urgencias y emergencias es un proceso sanitario fundamental de la asistencia, que se ha de realizar en un ambiente adecuado, y ha de ser llevado a cabo por profesionales calificados y entrenados. El proceso de triage lleva implícita la clasificación de los pacientes en diferentes niveles de urgencia o priorización de la asistencia. La clasificación de los pacientes se ha de hacer en un tiempo corto, de forma ágil y efectiva, para que el proceso no pierda su razón primaria de ser, que es garantizar la seguridad de los pacientes que esperan para ser atendidos por el médico. Los pacientes más urgentes serán asistidos primero, y el resto serán reevaluados de forma continua hasta poder ser atendidos por el equipo médico. En un modelo de triage estructurado, el grado de urgencia, entendido este como aquella situación clínica con capacidad para generar deterioro o peligro para la salud y la vida del paciente, en función del tiempo transcurrido entre su aparición y la instauración de un tratamiento efectivo, será el que condicione la respuesta asistencial y la adecuación de recursos necesarios para solucionarla. En general, serán los procesos clínicos más agudos y más graves, y que se presentan con características de mayor severidad, los que generen un mayor grado de urgencia, viniendo marcada la bondad del sistema de triage, al menos en parte, por la correlación entre la capacidad de detectar la urgencia y la medida de la gravedad del paciente. La estructuración del triage conlleva mecanismos de control continuo de todo lo que pasa dentro del servicio de urgencias y en las áreas de espera, pues son funciones inherentes al proceso de clasificación: la ubicación de los pacientes clasificados, el control de tiempos de espera, el control de salas y espacios; así como, indirectamente, la gestión de la actividad de los diferentes equipos asistenciales. El triage se convierte así en un instrumento de ayuda valioso de la gestión de asistencia del servicio de urgencias, colaborando en la eficiencia del servicio y aportando un orden justo en la asistencia, basado en la urgencia/gravedad de los pacientes. Al margen de disminuir el riesgo de los pacientes, el triage estructurado aumenta la satisfacción de los usuarios y de los profesionales, racionaliza el consumo de recursos, colaborando en la mejora de la calidad global del servicio. El triage estructurado se ha de hacer tanto en situaciones de colapso como en ausencia de saturación del servicio, y su funcionamiento ha de ser monitorizado de forma continua mediante la evaluación de los indicadores de calidad o de funcionamiento del triage.

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1.3 Sistemas de Triage de 5 Categorías o Niveles de Priorización

1.3.1 Escala Nacional de Triage (NTS) para los servicios de urgencias australianos

La Escala Nacional de Triage para los servicios de urgencias australianos (National Triage Scale for Australian Emergency Departments), que nació de la evolución de una escala previa de 5 niveles, la Escala de Ipswich. Planteada en 1993 por el Colegio Australiano de Medicina de Emergencias, es la primera escala con ambición de universalización basada en 5 niveles de priorización: Nivel 1- Resucitación, Nivel 2-Emergencia, Nivel 3-Urgente, Nivel 4-Semi-urgente, Nivel 5-No urgente. En el año 2000, la NTS fue revisada y recomendada como Escala Australiana de Triage (Australasian Triage Scale: ATS). Tras la implantación de la NTS, y claramente influenciadas por ésta, en diferentes países se han ido desarrollando sistemas ó modelos de triage estructurado que han adaptado sus características, y que han tenido como objetivo la implantación del modelo o sistema, como modelo de triage de urgencias universal en sus respectivos territorios.

1.3.2 Escala canadiense de triage y gravedad para los servicios de urgencias (CTAS) La Escala canadiense de triage y gravedad para los servicios de urgencias (Canadian Emergency Department Triage and Acuity Scale) introducida por la Asociación canadiense de médicos de urgencias (CAEP) en 1995, utilizando la NTS como referente, y con los siguientes niveles de urgencia: Nivel I-Resucitación, Nivel II-Emergencia, Nivel III-Urgente, Nivel IV-Menos urgente, Nivel V-No urgente.

1.3.3 Sistema de triage de Manchester (MTS) El Sistema de triage de Manchester (Manchester Triage System) introducido por el Grupo de triage de Manchester en 1996, utilizando también la NTS como referente.

1.3.4 Índice de gravedad de urgencias (ESI) El Índice de gravedad de urgencias (Emergency Severity Index) desarrollado por el Grupo de trabajo del ESI en los EEUU en 1999, utilizando el MTS como referente.

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1.3.5 Modelo Andorrano de Triage (MAT) El Modelo Andorrano de triage (MAT) se basa en el principio de que el sistema de triage de un servicio de urgencias y emergencias, se ha de constituir en un elemento fundamental de ayuda a la gestión clínica del servicio, al disponer de una escala de triage de 5 niveles de priorización, útil, válida y reproducible, de una informatización completa y de un sistema de control de calidad del proceso, dentro de un modelo de mejora continua de la calidad (CQI) y de calidad total (TQ). En base a este principio, se inició, en junio de 2000, el desarrollo del MAT, dentro del Plan Estratégico de Calidad del Servicio de Urgencias del Hospital Nuestra Señora de Meritxell 2001-2002. El MAT nace y evoluciona de forma paralela a la implantación del nuevo sistema de triage del Servicio de Urgencias del Hospital Nuestra Señora de Meritxell, basado en la Escala canadiense de triage y urgencia para los Servicios de Urgencias (CTAS). Para la consecución de los objetivos marcados, el MAT cuenta con una guía de implementación y tres programas informáticos:

1. El programa de gestión del triage, integrado por:

1.1. Un aplicativo de registro del triage.

1.2. Un aplicativo de registro de reevaluaciones.

1.3. Un aplicativo de control de pacientes dentro y fuera del servicio (charting).

2. El programa de ayuda al triage (web_e-PAT, ver Fig. 1.1).

3. El programa de control de calidad.

Este conjunto de programas informáticos se imbrica con una estación clínica de trabajo de urgencias o historia clínica electrónica.

La guía de implementación contempla:

1. La estandarización de motivos de consulta de urgencias.

2. La estandarización de indicadores de calidad del triage.

3. La definición del conjunto mínimo básico de datos asistenciales de urgencias (CMBDU).

4. Una guía clínica de abordaje del dolor en el triage.

5. Un sistema de análisis de la casuística (case-mix).

6. Una guía de aplicación de la comparación con estándares (Benchmarking) dentro de un modelo CQI y TQ.

7. Las bases para la estructuración física, tecnológica y profesional de los servicios de urgencias donde se implemente el MAT.

8. Un programa de formación en triage en base al MAT y de formación continuada.

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El MAT se completa con su aplicación al campo del triage de emergencias y urgencias extra hospitalarias y al de la urgencia pediátrica.

Figura 1.1 Pantalla final del sistema web_e-PAT

1.3.6 Sistema Español de Triage (SET)

La Sociedad Española de Medicina de Urgencias y Emergencias (SEMES) ha creado el primer sistema de triage propiamente hispano basado en el MAT. Se trata del Sistema Español de Triage (SET) por el que los pacientes que acuden a los centros de urgencias son clasificados en función, precisamente, del grado de urgencia con el que deben ser atendidos. La intención de la SEMES es presentar su sistema al Ministerio de Sanidad y a las consejerías del ramo de las comunidades para su implantación en los centros sanitarios. El triage es un proceso de valoración clínica preliminar que clasifica a los pacientes por la urgencia con que deben ser atendidos antes de la valoración diagnóstica y terapéutica. El triage valora síntomas y signos, y dispone de un SET estructurado es un indicador de calidad en la relación riesgo-eficiencia que protege a los pacientes más graves, optimiza recursos, descongestiona las urgencias y mejora la atención a los pacientes en estos servicios de urgencias y emergencias. El SET tiene como objetivo evitar fallos que provocan daños irreversibles en pacientes mal clasificados según la gravedad. Para ello, añade un nivel más de clasificación, hasta cinco, en relación con otros modelos. El nivel 1 es para casos más graves, de resucitación e intervención inmediata; el 2, para casos muy graves que precisan intervención en menos de 10 minutos; el 3, urgentes, hasta media hora; el 4, medio urgentes, 1 hora; y el 5, no urgentes, hasta 2 horas. Otros aspectos a destacar del SET es que es el primero que se realiza en lengua española, mientras que los anteriores eran traducción de otros modelos americanos o europeos; que está estructurado e informatizado; que debe ser aplicado por personal sanitario formado, bien de enfermería o medicina; y que recoge la reevaluación del paciente, una vez concluido el tiempo del nivel en el que se clasifico en un primer momento.

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1.4 Sistema de Triage en México

La Norma Oficial Mexicana (NOM) 206 SSA 1 – 2002, la cual establece los criterios de funcionamiento y atención de los servicios de urgencias de los establecimientos de atención médica, dicta que se debe otorgar atención médica al usuario que lo solicite de manera expedita, eficiente y eficaz con el manejo que las condiciones del caso requiera, refiriendo que los pacientes no deberán permanecer en los servicios de urgencias más de 12 horas por causas atribuibles a atención médica, estableciendo en ese lapso el manejo y diagnóstico inicial así como el pronóstico para determinar de acuerdo al caso si el paciente debe ser enviado a su domicilio, ingresado a hospitalización, derivado a la consulta externa o trasladado a otra unidad de mayor capacidad resolutiva. (NOM) El sistema tradicional de atención en los servicios de urgencias establece que los pacientes demandan atención se manejen en dos divergentes; los pacientes graves se ingresaran de forma inmediata al área de observación o de choque, mientras que el resto de los pacientes deberá pasar a registrarse y esperar en una sala la atención medica. En algunas Unidades Hospitalarias el primer contacto del paciente es con una persona del área médica, quien realiza un Triage para la priorización de la atención, este proceso se lleva a cabo de manera manual utilizando instrumentos de medición analógicos en la mayoría de los casos; para medir la tensión arterial se utiliza un esfigmomanómetro aneroide o mercurial, un estetoscopio y un manguito en la parte superior del brazo del paciente, la medición de la frecuencia respiratoria es tomada colocando la mano sobre el pecho del paciente contando el número de veces que este respira, la temperatura se mide con termómetros de mercurio con bulbo regularmente se toma la temperatura axilar o rectal y la medición de la Frecuencia cardiaca o pulso se toma colocando los dedos índice y medio sobre la parte anterior de la muñeca presionando firmemente con los dedos extendidos hasta sentir el pulso.

1.4.1 Sistema Triage MX Es un sistema mexicano que se encuentra en desarrollo desde hace 4 años por un grupo de médicos pertenecientes a la Asociación Mexicana de Medicina de Urgencias, cuyos fundamentos cuentan con validación científica para clasificar a los pacientes que acuden a los servicios de urgencias, funcionando como un discriminador, priorizando así la atención médica de acuerdo al estado de gravedad del paciente. Lo anterior se realiza a través de la realización de un cuestionario en el que se incluye una pequeña ficha de identificación del paciente, seguida de sencillas y breves preguntas dirigidas por un médico que junto con la toma de signos vitales permite clasificar al paciente en base al triage de V niveles, la realización de dicho cuestionario toma alrededor de 3 minutos.

CAPÍTULO 2 MARCO TEÓRICO

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TRIAGE, SIGNOS VITALES Y SUS EQUIPOS DE MEDICIÓN 2.1 Concepto de la palabra triage La palabra "triage" proviene del vocablo francés "trier" cuyo significado es clasificación o selección y se utilizaba básicamente para el área agrícola 1; pero posteriormente se le dio uso en la terminología médica para describir al proceso de selección y clasificación de los pacientes según su estado urgencia/gravedad, siendo esta palabra hoy aceptada a nivel mundial. Actualmente se puede definir al triage como un sistema que se basa en datos clínicos y signos vitales, como discriminadores, para asignar un grado de urgencia y de esta manera determinar la prioridad de atención para atender primero a los pacientes con enfermedad más grave o más urgente. 3 2.2 Antecedentes Históricos del triage La utilización del término triage surge en las guerras napoleónicas, básicamente en la de Speyer en 1867, en donde el barón Dominique Jean Larrey (Ver Fig. 2.1), jefe médico de las tropas, recibe del Emperador Napoleón Bonaparte una orden simple, pero controvertida: "Los soldados que no tengan capacidad de recuperarse, deben dejarse en el frente de batalla, sólo deben llevarse al hospital aquellos que puedan restablecerse". 1

Figura 2.1 Barón Dominique Jean Larrey.

El Triage se aplicó nuevamente en la primera y segunda Guerra Mundial. Con estos antecedentes se realizó una revisión de la bibliografía mundial acerca del triage en el servicio de urgencias por lo que se encontró que el sistema con mayores controles, confiabilidad, reproducibilidad y validación estadística es el sistema de triage de cinco niveles. 2

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2.3 Tipos de triage

2.3.1 Triage de campo Se realiza en la propia escena de la emergencia (desastres naturales, incendios, etc.), en el lugar designado para este fin por el responsable del sistema de comando en incidentes. En este puesto de triage, un técnico en urgencias médicas de nivel avanzado, seleccionará y clasificará a los pacientes, efectuando el etiquetado de cada uno, de acuerdo al código internacional de colores (Ver Tabla 2.1). 1

Tabla 2.1 Código Internacional de Colores 1

2.3.2 Triage para servicios de urgencias Este tipo de triage necesita que se destine un área previa a la entrada de urgencias para regular el flujo de pacientes. El responsable del triage en este sitio debe ser un médico ampliamente capacitado y con experiencia en el manejo masivo de víctimas. En esta etapa, además de priorizar las lesiones, se debe decidir a qué área hospitalaria se destina al paciente; quirófano, terapia intensiva, observación, etc. 1

Sistema de triage de 3 y 4 niveles

En los sesentas se desarrolló en EEUU un sistema de clasificación de 3 niveles (emergente, urgente y no urgente) 4, pero a finales de siglo en 1995 fue superado por un nuevo sistema de 4 categorías que clasifica en crisis, emergencia, urgencia y no urgente. 9, 10 Estos sistemas no han conseguido un grado de evidencia científica suficiente respecto a su utilidad, validez y reproducibilidad como para ser considerados estándares del triage estructurado. 4

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Sistema de triage estructurado de 5 niveles La creación de un triage estructurado permite tener índices de calidad, por ejemplo: el tiempo de espera para ser atendido en el consultorio de triage, tiempo de duración de la clasificación ―tiempo de duración en triage‖ y otro índice medible es la proporción de pacientes que dejan el hospital sin ser atendidos por un médico. Las diferentes escalas tienen una categoría asignada para cada nivel de triage (Ver Tabla 2.2). 2

Tabla 2.2 Clasificación del sistema de triage de 5 niveles 2

NIVEL I Situaciones que requieren resucitación, con riesgo vital inmediato o inminente de deterioro.

NIVEL II

Situaciones con riesgo inminente para la vida. El estado del paciente es serio y de no ser tratado en los siguientes 15 minutos puede haber disfunción orgánica o riesgo para la vida.

NIVEL III Lo constituyen las situaciones urgentes, de riesgo vital potencial en los próximos 30 minutos.

NIVEL IV

Estos pacientes son menos graves y pueden esperar un tiempo de atención menor o igual a una hora. Por lo general, los pacientes necesitan una exploración diagnóstica o terapéutica

NIVEL V

Son situaciones menos urgentes o no urgentes, a veces son problemas clínico-administrativos que no requieren ninguna exploración diagnóstica o terapéutica, esto permite que la espera sea incluso hasta 4 horas.

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2.4 El Triage en el Servicio de Urgencias

2.4.1 Estructura Actual del Servicio de Urgencias sin Triage En la actualidad no se lleva a cabo un sistema de triage en todos los servicios de urgencias, por lo que no se clasifica de primera instancia a los pacientes de acuerdo a su estado clínico, sino que se otorga la atención medica en el orden en que arriban los pacientes a solicitarla, sólo los pacientes evidentemente graves pasan directamente a las áreas de choque u observación para su atención inmediata. (Ver Fig. 2.2)

Figura 2.2 Diagrama de flujo del Modelo Actual del Servicio de urgencias sin Triage 5

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2.4.2 Estructura de un Servicio de Urgencias con Triage estructurado de 5 niveles

En la Figura 2.3 se presenta la aplicación del sistema de triage en el que los pacientes, tendrán contacto desde su arribo al servicio de urgencias con un medico, en donde se priorizará la atención del paciente según la gravedad mediante una primera valoración, rápida, exhaustiva y rigurosa basada en protocolos ya establecidos, y en la evaluación de los signos vitales objetivos en el paciente que deben ser medidos de manera rápida, concisa y precisa. 8 Con el triage se realiza un filtro para asegurar que las enfermedades no urgentes no interfieran con las de verdadera urgencia, por lo tanto, el objetivo del triage no es el diagnóstico, si no priorizar el grado de urgencia, ubicar al paciente en el lugar que le corresponda y en las condiciones adecuadas. 8 además de la tranquilidad que ofrece al paciente y a la familia entrar en contacto con un representante del equipo de salud que le explique sobre su condición clínica. 9

―Un triage bien realizado, es la clave de la unidad de urgencias‖ 8

Figura 2.3 Diagrama de flujo de un Servicio de urgencias con Triage estructurado de 5 niveles 5

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2.5 Los Signos Vitales Los signos vitales son indicadores que reflejan el estado fisiológico de los órganos vitales (cerebro, corazón, pulmones) al momento de realizar el Triage. Expresan de manera inmediata los cambios funcionales que suceden en el organismo, cambios que de otra manera no podrían ser cualificados ni cuantificados; los signos vitales significativamente anormales son indicadores de amenaza a la vida. La combinación del motivo de la consulta y los signos vitales pueden cambiar la prioridad con la que debe ser iniciado el tratamiento. 9 Los cuatros principales signos vitales son: 1. Tensión (presión) arterial. 2. Frecuencia cardiaca. 3. Frecuencia respiratoria. 4. Temperatura corporal.

2.5.1 Tensión Arterial (TA) Es la medida de la presión que ejerce la sangre sobre las paredes arteriales en su impulso a través de las arterias. Debido a que el bombeo cardiaco es pulsátil, existen dos tipos de medidas de presión: la presión sistólica, que es la presión de la sangre debida a la contracción de los ventrículos, es decir, la presión máxima; y la presión diastólica, que es la presión que queda cuando los ventrículos se relajan; ésta es la presión mínima. 6

2.5.1.1 Cifras normales de Tensión Arterial En la tabla 2.3 se presentan los valores normales de presión arterial por grupo de edad.

Tabla 2.3 Cifras normales de Tensión Arterial. 6

EDAD PRESIÓN SISTÓLICA (mmHg) PRESIÓN DIASTÓLICA (mmHg)

Lactante 60 - 90 30 - 62

2 años 78 - 112 48 – 78

8 años 85 - 114 52 – 85

12 años 95 - 135 58 – 88

Adulto 100 - 140 60 - 90

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2.5.1.2 Recomendaciones para una adecuada medición de la Tensión Arterial

El brazo y el antebrazo deben estar desnudos, o por lo menos, las prendas de vestir no deben ejercer compresión inadecuada.

6

El tamaño del manguito debe escogerse de acuerdo con el diámetro del brazo (Ver Tabla 2.4). La desigualdad relativa entre el tamaño del brazo y el manguito puede ser causa de error en la medición.

6

Tabla 2.4 Tamaño de los manguitos de presión sanguínea colocados en la parte superior del brazo.

6

EDAD ANCHO (cm) LONGITUD (cm)

Recién Nacido 2.5 - 4 5 – 10

Lactante 6 - 8 12 – 13.5

Niño 9 - 10 17 – 22.5

Adulto estándar 12 - 13 22 – 23.5

Adulto, brazo grande 15.5 30

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2.5.1.3 Descripción general de Esfigmomanómetro Es un equipo auxiliar de diagnóstico empleado para la medición no invasiva o indirecta de la presión arterial. 7

Su funcionamiento básicamente en la práctica, es colocar el brazalete o el manguito neumático en la parte superior del brazo e insuflarlo a una presión superior a la presión sanguínea sistólica en la arteria braquial. El brazalete obstruye el flujo sanguíneo en la parte inferior del brazo. La presión en el brazalete es liberada gradualmente a través de la válvula de alivio de la bomba de insuflación. Cuando la presión del brazalete es inferior a la presión arterial sistólica de la sangre empieza a fluir a través del segmento parcialmente comprimido de la arteria braquial, produciendo turbulencia y vibraciones en los vasos produciéndose así los sonidos arteriales, conocidos como sonidos de Korotkoff (Ver Fig. 2.4); 7

Figura 2.4 Principio de funcionamiento de un esfigmomanómetro

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Tipos de Esfigmomanómetros Con el uso de estos instrumentos se puede medir la presión o tensión arterial de manera indirecta, ya que se comprime externamente a la arteria y a los tejidos adyacentes y se supone que la presión necesaria para ocluir la arteria, es igual a la que hay dentro de ella. Se dividen en tres tipos de tecnologías. 7

Esfigmomanómetro mercurial Es el más exacto y confiable de los esfigmomanómetros. Sin embargo, se sugiere retirar este tipo de equipos del uso hospitalario debido al riesgo que implican (ya que el mercurio es un material altamente tóxico y se puede tener contacto directo con el si se llega a romper el tubo que contiene al mercurio). El indicador de presión de estos dispositivos consta de un armazón que protege a una columna graduada la cual contiene al mercurio. Requieren del uso de un estetoscopio para realizar la medición de la presión arterial. 7

El esfigmomanómetro está constituido por las siguientes partes (Ver Fig. 2.5): • Manómetro de mercurio o aneroide, para medir la presión de aire

aplicada.

• Brazalete estándar para adulto con bolsa inflable: Su anchura multiplicada por 2,5 debe ser igual a la circunferencia del brazo del paciente. Si es muy ancho, la presión es subestimada y si es muy estrecho (particularmente en obesos), será sobreestimada.

• Bomba de caucho que infla la bolsa dentro del brazalete con aire.

• Tubo conector, que une la bomba con la bolsa y el manómetro.

Figura 2.5 Esfigmomanómetro Mercurial

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Esfigmomanómetro aneroide Este dispositivo tiene las mismas características del mercurial pero en lugar de un manómetro de mercurio utiliza un mecanismo aneroide, lo que lo hace más ligero y transportable (Ver Fig. 2.6). Debido a que los manómetros aneroides son dispositivos con un mecanismo a base de resortes, requieren de una constante revisión de la calibración ya que con el uso y desgaste del mecanismo puede dar como resultado una lectura incorrecta. 7

Figura 2.6 Esfigmomanómetro aneroide

Esfigmomanómetro electrónico

Pueden ser semi-automáticos o automáticos, ambos incluyen un sensor de presión y una pantalla digital (Ver Fig. 2.7). La diferencia radica en que los semi-automáticos tienen una bomba de insuflación manual y los automáticos contienen una bomba eléctrica para llenar de aire el brazalete automáticamente. Ambos dejan salir el aire en forma automática y despliegan los valores de presión sistólica y diastólica. Pueden también mostrar los valores de frecuencia cardiaca y tener la función de guardar lecturas anteriores. Dentro de esta categoría podemos encontrar los de muñeca, de dedo y de ciclado automático, pueden ser dispositivos independientes o estar incluidos dentro de los monitores de signos vitales, fijos o portátiles. 7 Así como existen diferentes tipos de esfigmomanómetros, también existen diferentes tamaños de brazaletes, desde los usados para niños recién-nacidos, los de tamaño "estándar" para adultos, los apropiados para miembros inferiores y los de tamaño para pacientes obesos. Su anchura multiplicada por 2,5 debe ser igual a la circunferencia del brazo del paciente

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Figura 2.7 Esfigmomanómetro electrónico

2.5.1.4 Técnica para la medición de la presión o tensión arterial. Aunque podemos realizar mediciones de dicho signo con el (la) paciente sentado 13, acostado 13 o de pie y tanto en los miembros superiores como en los miembros inferiores, dependiendo de la situación clínica, por lo general, para el control en casa, sólo pedimos mediciones en miembros superiores (preferiblemente brazo o muñeca) con el (la) paciente sentado 13 o acostado 13 boca arriba. Con el brazo completamente descubierto, se rodea con el brazalete del equipo, el cual deberá estar completamente vacío de aire, de tal manera que su borde inferior quede por lo menos 2,5 cm por encima del pliegue del codo y teniendo el cuidado que la parte inflable del brazalete, quede sobre el área por donde pasa la arteria braquial (por el lado interno del pliegue del codo). Se busca el pulso de la arteria braquial y mientras se palpa dicho pulso, se infla el brazalete entre 30 a 50 mm de mercurio (mmHg) por encima de la cifra donde desaparece el pulso en dicha arteria. A continuación se coloca la campana del estetoscopio donde previamente se sentía el pulso y se comienza a desinflar progresiva y lentamente el brazalete, entre 3 y 5 mm por segundo, observando con atención qué cifra de presión indica el equipo cuando aparece unos ruidos pulsátiles o Ruidos de Korotkoff, (Tensión SISTÓLICA o MÁXIMA), que gradualmente aumentan de tono e intensidad y se modifican progresivamente hasta desaparecer (Tensión DIASTÓLICA o MÍNIMA). Por lo tanto, la tensión arterial debe ser descrita con DOS CIFRAS: La primera que representa la Tensión SISTÓLICA y la segunda que representa la Tensión DIASTÓLICA, separadas por una línea diagonal entre ellas ( / ), en milímetros de mercurio, que es la unidad de medida en que trabajan todos estos dispositivos. Con los tensiómetros digitales, el paciente sólo debe preocuparse por colocar bien el brazalete, de acuerdo a las recomendaciones del fabricante, que en general cumplen los parámetros descritos anteriormente y de sentarse cómodamente en un mueble con respaldo y con apoya brazo, de manera que el brazo donde se coloque el brazalete, quede completamente relajado durante el procedimiento.

26

Con los automáticos el paciente sólo tiene que oprimir un botón y el aparato realiza todo el procedimiento, con un margen de certeza bastante aproximado con respecto a los de mercurio, siempre y cuando el equipo se mantenga en buenas condiciones y el paciente no mueva el brazo durante la determinación de la tensión arterial.

2.5.2 Frecuencia cardiaca o pulso arterial Es la onda pulsátil de la sangre, originada en la contracción del ventrículo izquierdo del corazón y que resulta en la expansión y contracción regular del calibre de las arterias, esta onda pulsátil representa la cantidad de sangre que entra en las arterias con cada contracción ventricular y la capacidad de las arterias de contraerse y dilatarse. 6 La velocidad del pulso es decir el número de latidos por minuto corresponde a la frecuencia cardiaca. 6

2.5.2.1 Técnicas de medición de Frecuencia Cardiaca

Técnica de medición manual

El pulso periférico puede palparse en cualquier zona donde una arteria superficial pueda ser fácilmente comprimida contra una superficie ósea. 6 Es factible de medición en: la parte posterior de las rodillas, la ingle, el cuello, la muñeca, la sien, la parte alta o la cara interna del pie; ya que en estas áreas una arteria pasa cerca de la piel 14,15

Para medir el pulso en la muñeca (Ver Fig. 2.8), se colocan los dedos índice y medio sobre la parte anterior de la muñeca opuesta debajo de la base del pulgar, se presiona firmemente con los dedos extendidos hasta sentir el pulso, que corresponde a la arteria radial 14,15

Figura 2.8 Pulso radial

Una vez que se encuentra el pulso, se cuentan los latidos durante un minuto completo 14,15

27

Técnica de medición electrónica Los esfigmomanómetros electrónicos tienen la capacidad de emitir cuantitativamente la medición de la frecuencia cardiaca; rigiéndose en las normas relacionadas con equipos y procedimientos mencionados en la tabla 2.5 relacionados con esfigmomanómetros.

2.5.2.2 Cifras normales de Tensión Arterial La frecuencia cardiaca varía con la edad, sexo, actividad física, estado emocional, fiebre, medicamentos, hemorragias, etc. 6

Tabla 2.5 Cifras normales de frecuencia cardiaca. 6

EDAD NÚMERO DE LATIDOS POR MINUTO

Recién nacido 120 – 170 por minuto

Lactante menor 120 – 160 por minuto

Lactante mayor 110 – 130 por minuto

Niños de 2 a 4 años 100 – 120 por minuto

Niños de 6 a 8 años 100 – 115 por minuto

Adulto 60 – 80 por minuto

2.5.3 Frecuencia respiratoria

La respiración es el proceso mediante el cual se toma oxígeno del aire ambiente y se expulsa el dióxido de carbono del organismo. La respiración consta de dos fases, una activa (inspiración) y una pasiva (espiración), en la primera participan el músculo diafragma y los músculos intercostales, mientras la segunda depende de la elasticidad pulmonar. La ventilación es el procedimiento mecánico de la movilización de aire entre el interior y el exterior de los pulmones para introducir oxígeno a los alveolos (unidad funcional del pulmón) y expeler dióxido de carbono. La ventilación se ve afectada por las características de la pared torácica, la cavidad torácica y las vías aéreas superiores e inferiores. 6 (Ver Fig. 2.9)

28

Figura 2.9 Mecánica respiratoria

La frecuencia respiratoria es la velocidad a la que respira una persona 16

2.5.3.1 Técnica de medición de frecuencia respiratoria La frecuencia respiratoria se mide contando el número de veces que se eleva el pecho en un minuto completo 16,17; esto puede realizarse a simple vista o colocando la mano sobre el tórax del paciente 17; el mejor momento de realizar la medición es con el paciente descansando y sin que se percate del procedimiento.16 En la actualidad los equipos que miden la frecuencia respiratoria se encuentran en las unidades de cuidados intensivos y en los equipos de anestesia; se tratan de monitores fijos que miden además otros parámetros 18

29

2.5.3.2 Cifras normales de la frecuencia respiratoria La frecuencia respiratoria puede modificarse por situaciones de estrés, incremento de la temperatura corporal, ascenso a grandes alturas, la edad o el uso de medicamentos 6, e incluso la misma persona es capaz de modificar su frecuencia si se percata que ésta está siendo medida. 16 (Ver Tabla 2.6)

Tabla 2.6 Cifras normales de frecuencia respiratoria.6

EDAD RESPIRACIONES POR MINUTO

Recién nacido 30 – 80

Lactante menor 20 – 40

Lactante mayor 20 – 30

Niños de 2 a 4 años 20 – 30

Niños de 6 a 8 años 20 – 25

Adulto 15 – 20

2.5.4 Temperatura corporal Es el equilibrio entre la producción de calor por el cuerpo y su pérdida.

6

2.5.4.1 Técnica de medición de temperatura corporal.

Para la medición de la temperatura corporal se pueden utilizar:

a) Termómetros de mercurio con bulbo, que está formado por un capilar de vidrio de diámetro uniforme comunicado por su extremo con una ampolla llena de mercurio. El conjunto está sellado, y cuando la temperatura aumenta, el mercurio se dilata y asciende por el capilar 18,19 Los sitios para la obtención de la temperatura mediante estos termómetros son: sublingual, rectal y axilar. Las mediciones oral y axilar exigen espera un periodo aproximado de cinco minutos para obtener un resultado confiable. Se debe tomar en cuenta que la temperatura rectal tiende a ser 0.5 a 0.7 °C mayor que la temperatura sublingual y la temperatura axilar tiende a ser 0.5 °C menor que la temperatura sublingual 6.

b) Termómetros de tira plástica, cambian de color para indicar la temperatura

y es el método menos preciso. Se coloca la cinta o tira plástica en la frente y se lee después de un minuto, mientras está puesta allí. También hay disponibilidad de estos termómetros para tomar la temperatura en la boca 18,19.

c) Termómetros electrónicos, son fáciles de usar, miden la temperatura

corporal de forma rápida y precisa en la boca, oído o en la axila; inclusive existen termómetros por infrarrojos que hacen posible la medición sin contacto. 18,19

30

2.5.4.2 Cifras normales de la temperatura corporal Los factores que pueden variar la temperatura corporal son: la edad, el ejercicio, el estado hormonal, el medio ambiente y el estrés. (Ver Tabla 2.7)

Tabla 2.7 Cifras normales de temperatura corporal. 6

EDAD GRADOS CENTÍGRADOS (°C)

Recién nacido 36.1 – 37.7

Lactante 36 - 37.2

Niños de 2 a 8 años 36 - 37

Adulto 36 - 37

2.6 Estadística de error en la técnica de medición de los Signo Vitales

En el Hospital General Regional N° 1 del Instituto Mexicano del Seguro Social, en Culiacán, Sinaloa se aplicó una evaluación a la técnica de medición de signos vitales al personal de enfermería dicha evaluación se realizó a través de guías de verificación, utilizando las siguientes categorías: correcto cuando la enfermera cumplió con 80 a 100% de los criterios de evaluación de la técnica de temperatura, pulso, respiración y tensión arterial. Incorrecta cuando la enfermera cumplió <80% de los criterios de la técnica. 27

Tabla 2.8 Resultados de la evaluación a las técnicas de medición de signos vitales por el personal de enfermería de distintos servicios .

27

Las conclusiones de este estudio indican que la práctica de medición de signos vitales por el personal de enfermería del servicio de urgencias es incorrecta en un 80%. 27 (Ver Tabla 2.8)

31

2.7 Antropometría Se considera a la antropometría como la ciencia que estudia las medidas del cuerpo humano, con el fin de establecer diferencias entre individuos, grupos, razas, etc. En el presente, la antropometría cumple una función importante en el diseño industrial, en la industria de diseños de vestuario, la biomecánica y en la arquitectura, donde se emplean datos estadísticos sobre la distribución de medidas corporales de la población para optimizar los productos. Los cambios ocurridos en los estilos de vida, en la nutrición y en la composición racial y/o étnica de las poblaciones, conllevan a cambios en la distribución de las dimensiones corporales (por ejemplo: obesidad) y con ellos surge la necesidad de actualizar constantemente la base de datos antropométricos. Debido a que las dimensiones del cuerpo humano varían de acuerdo al sexo, edad, raza, nivel socioeconómico, etc.; esta ciencia dedicada a investigar, recopilar y analizar estos datos, resulta una directriz en el diseño de los objetos y espacios arquitectónicos, al ser estos contenedores o prolongaciones del cuerpo y que por lo tanto, deben estar determinados por sus dimensiones. Estas dimensiones son de dos tipos esenciales: estructurales y funcionales. Las estructurales son las de la cabeza, troncos y extremidades en posiciones estándar. Mientras que las funcionales o dinámicas incluyen medidas tomadas durante el movimiento realizado por el cuerpo en actividades especificas. Al conocer estos datos se conocen los espacios mínimos que el hombre necesita para desenvolverse diariamente, los cuales deben de ser considerados en el diseño de su entorno. Aunque los estudios antropométricos resultan un importante apoyo para saber la relación de las dimensiones del hombre y el espacio que este necesita para realizar sus actividades, en la práctica se deberán tomar en cuenta las características especificas de cada situación, debido a la diversidad antes mencionada; logrando así la optimización del proyecto a desarrollar.

2.7.1 Ergonomía La Ergonomía es una disciplina que busca que los humanos y la tecnología trabajen en completa armonía, diseñando y manteniendo los productos, puestos de trabajo, tareas, equipos, etc. en acuerdo con las características, necesidades y limitaciones humanas. Dejar de considerar los principios de la Ergonomía llevará a diversos efectos negativos que se pueden expresar en lesiones, enfermedad profesional, o deterioros de productividad y eficiencia.

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La ergonomía analiza aquellos aspectos que abarcan al entorno artificial construido por el hombre, relacionado directamente con los actos y gestos involucrados en toda actividad de éste. En todas las aplicaciones su objetivo es común: se trata de adaptar los productos, las tareas, las herramientas; los espacios y el entorno en general a la capacidad y necesidades de las personas, de manera que mejore la eficiencia, seguridad y bienestar de los consumidores, trabajadores o usuarios (Tortosa et al, 1999). Es la definición de comodidad, eficiencia, productividad, y adecuación de un objeto, desde la perspectiva del que lo usa. La ergonomía es una ciencia en sí misma, que conforma su cuerpo de conocimientos a partir de su experiencia y de una amplia base de información proveniente de ciencias como la psicología, la fisiología, la antropometría, la biomecánica, la ingeniería industrial, el diseño y muchas otras. El planteamiento ergonómico consiste en diseñar los productos y los trabajos de manera de adaptar éstos a las personas y no al contrario. La lógica que utiliza la ergonomía se basa en el axioma de que las personas son más importantes que los objetos o que los procesos productivos; por tanto, en aquellos casos en los que se plantee cualquier tipo de conflicto de intereses entre personas y cosas, deben prevalecer los de las personas. Los principios ergonómicos se fundamentan en que el diseño de productos o de trabajos debe enfocarse a partir del conocimiento de cuáles son las capacidades y habilidades, así como las limitaciones de las personas (consideradas como usuarios o trabajadores, respectivamente), diseñando los elementos que éstos utilizan teniendo en cuenta estas características.

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2.7.2 Medidas Antropométricas Las medidas antropométricas son una serie de parámetros preestablecidos que indican unas reglas básicas a tener en cuenta en la construcción o colocación de elementos para el uso humano, como pueden ser sillas, mesas, aparatos sanitarios...etc. Con estas medidas podemos guiarnos a la hora de planificar la construcción de un mueble, un elemento decorativo para una casa, oficina, etc. (Ver Tabla 2.9)

Tabla 2.9 Tabla de medidas antropométricas en mm

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Estos parámetros son estándares útiles para cualquier construcción. En general, una persona adulta tiene las siguientes medidas:

Palmo (del pulgar al meñique): 20 cm Pie: 25 cm Braza (de punta a punta con los brazos extendidos): igual que la altura Paso: 75 cm (200 pasos son 150 metros)

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2.7.3 Factores causantes de los trastornos músculo-esqueléticos Son debidos principalmente a:

• Posturas Incorrectas ante la pantalla • Estatismo postural

Posturas Incorrectas ante la pantalla

Mencionando como las más frecuentes: inclinación excesiva de la cabeza, inclinación del tronco hacia adelante, rotación lateral de la cabeza, flexión de la mano, desviación lateral de la mano y fémures inclinados hacia abajo. Se ha hallado que la fatiga muscular en la nuca se incrementa considerablemente a partir de una inclinación de la cabeza de más de 30º. (Es bastante frecuente que los operadores adopten ángulos entre los 50 y 60º). La posición del tronco es de vital importancia. Un busto inclinado hacia adelante, sin que exista apoyo en el respaldo ni de los antebrazos en la mesa, origina una importante presión intervertebral en la zona lumbar, que podría ser causa de un proceso degenerativo de la columna en esa zona. Una rotación lateral (giro) de la cabeza de más de 20º se relaciona con una mayor limitación de la movilidad de la cabeza y con dolores de nuca y hombros. La flexión excesiva de la mano respecto al eje del antebrazo, tanto en el plano vertical como horizontal, puede originar trastornos en los antebrazos. Se ha hallado una mayor incidencia de éstos con valores superiores a los 200°, para la flexión o la desviación lateral. La inclinación del fémur hacia abajo puede causar una mayor presión de la silla sobre la cara posterior del muslo, originando una peor circulación sanguínea en las piernas.

Estatismo postural Un factor de gran incidencia en los dolores y trastornos musculares es la contracción muscular mantenida durante horas, asociada a la inmovilización de los segmentos corporales en determinadas posiciones. La contracción muscular prolongada origina una dificultad circulatoria a la zona, causa de la fatiga muscular y demás trastornos. El estatismo es mayor cuanto más forzada es la postura y cuanto menor es el número de apoyos existentes que alivien la tensión de los músculos.

36

2.7.4 Diseño de una Silla El diseño de muebles se ha basado en la experimentación a partir de la ergonomía y la antropometría. El fabricante debe entender que, en muchos casos, reconocer si un mueble es o no ergonómico sólo se estima a largo plazo y dependiendo de las condiciones de uso. De hecho, es en el tiempo cuando se mide, incluso su efecto sobre la salud humana, pues un mueble mal diseñado acarrea problemas lumbares o musculares, de allí la importancia que las empresas fabricantes sondeen su mercado y la respuesta que, frente a sus diseños, tienen sus clientes: ellos dan la pauta para mejorarlos y si es necesario, modificarlos. La ergonomía no está ni en las personas, ni en las cosas, sino en la interacción producto-usuario. Mediante el diseño se dan las características al producto: dimensión, estructura, estética, y es el usuario, con su uso, quien demuestra que tan ergonómico resulta el producto y por ende, que tan útil es. El diseño de muebles es una disciplina que además de crear se preocupa por mejorar lo que ya existe, bien a nivel de comodidad o de durabilidad. Por ejemplo, agregar apoyabrazos a sofás de televisión, diseñar espaldares inclinados o apoyacabezas más cómodos ha sido un proceso continuo que tal vez nunca tenga fin. El diseño de muebles para trabajo debe estar pensado según la función que desempeñarán. Lo recomendable es que estén dispuestos en módulos y que sus partes tengan dispositivos de ajuste de altura para que puedan ser utilizados por más de una persona. La ergonomía es una herramienta indispensable, tanto en el proceso de diseño de un producto, como para medir los resultados de unas determinadas condiciones de trabajo en lo que a productividad y eficiencia se refiere. Esta disciplina, que surgió con el fin exclusivo de aumentar la productividad del trabajador, con el tiempo se ha convertido en multidisciplinaria, toda vez que busca hacer más funcionales las herramientas y el espacio habitable para mejorar aspectos como la seguridad, la comodidad y la salud. En la actualidad los problemas músculo-esqueléticos relacionados con el trabajo son motivo frecuente de consulta en los servicios de medicina general. Gloria Isabel Morales, especialista en salud ocupacional, explica que ―en estos casos la aplicación de la ergonomía es útil porque mejora la adaptabilidad del entorno y de los instrumentos de trabajo a las necesidades físicas de una persona, evitando el desarrollo de patologías como tendinitis, lesiones cervicales y lumbares, entre otras‖. En el ambiente laboral la antropometría y la ergonomía tienen a un objetivo claro: lograr la armonía entre el ser humano y su entorno, para provocar así la eficacia productiva en ambientes de trabajo. Según la especialista, los dispositivos técnicos deben adaptarse al hombre.

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Las fábricas, puestos de trabajo y muebles deben diseñarse pensando en la actividad que, en ellos, realizarán las personas. No deben adecuarse para luego hacer una exhaustiva selección de personal que los ocupará o usará: el modelo es el hombre. Si varias personas han de utilizar el mismo asiento se recomienda que el espaldar pueda desplazarse hacia delante y hacia atrás con el objeto de acomodar diferentes profundidades. Detalles aparentemente simples que son en realidad la base del buen diseño bien aplicado. Fabricar un mueble involucra más que la simple realización de modelos sobre papel, implica respetar tres principios: Comodidad, Funcionalidad y Estética; de otro modo el diseño simplemente no sirve. En conjunto estos términos han venido aportando, a través de estudios, ciertos aspectos útiles al momento de diseñar un mueble. En el caso de las sillas, por ejemplo, para que una persona adulta de estatura normal se encuentre cómoda, los expertos recomiendan tener en cuenta varios factores. El primero de ellos es la altura, que no debe exceder la longitud de la pierna. De igual forma aconsejan para su diseño considerar si la silla será utilizada por una o varias personas, en este último caso, su altura debe ser graduable y debe garantizar que las rodillas queden por encima de las caderas para evitar la compresión del asiento por debajo del muslo. Para este mueble, y a nivel mundial, se utilizaba una medida universal cuya referencia indicaba que el asiento ideal se debía encontrar a una altura de 43 centímetros del suelo; sin embargo la variedad de alturas de usuarios, según su país, generó diseños con medidas modificables dependiendo de las características corporales de cada persona. La idea de un asiento ideal, es que no permita el hundimiento total del cuerpo; su peso debe quedar soportado en las diferentes zonas de apoyo de la silla, denominadas ―tuberosidades isquiales‖ y que corresponde a los extremos inferiores del hueso pélvico. El fabricante debe considerar que para que un asiento resulte cómodo, basta con que esa zona del cuerpo se hunda alrededor de 1.5 centímetros para evitar una presión excesiva que provoque un molesto adormecimiento en la parte baja del cuerpo. De igual forma, si varias personas han de utilizar el mismo asiento se recomienda que el espaldar esté diseñado de tal forma que pueda desplazarse hacia delante y atrás con el objeto de generar varias profundidades, pues no todos los usuarios tienen el mismo largo de piernas, ni el mismo ancho de espalda. El ancho del asiento debe diseñarse de acuerdo al ancho del tórax y de la cadera; en lenguaje más técnico, debe existir un respaldo que abarque desde la zona baja del omoplato hasta la región lumbar.

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Por todo lo anterior, sin duda, para los fabricantes de muebles la ergonomía es un factor básico al momento de diseñar un mueble. Aplicarla significa tener en cuenta las posibles variables que inciden en el uso de un mueble, y es aquí donde nace el principal reto del diseño: Elaborar una pieza que brinde total comodidad al usuario.

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SENSORES DE PRESIÓN, SENSORES DE TEMPERATURA, DISPOSITIVOS DE ADQUISICIÓN DE DATOS E INTERFAZ DE COMUNICACIÓN PARA EL REGISTRO DE LOS SIGNOS VITALES

2.8 Concepto de un sensor de presión Un sensor de presión convierte la presión en una señal eléctrica. En realidad un sensor de presión está compuesto de varios elementos y cada uno de ellos hace pequeñas conversiones, hasta obtener una señal en la salida. 28 Los sensores de presión permiten una medición de presión absoluta, diferencial y manométrica. Las aplicaciones típicas son:

28

Presión arterial

Barómetro/Altímetro

Control de motores

Aplicaciones respiratorias

Presión de neumáticos

Nivel del agua

2.8.1 Tipos de sensores de presión

Sensores de presión resistivos Su funcionamiento de basa en ejercer una presión sobre una membrana haciendo variar el valor de las resistencias montadas en puente de Wheatstone. Las Células de Carga y las Galgas Extensiométricas son elementos metálicos que cuando se someten a un esfuerzo sufren una deformación del material, y por lo tanto una variación de su resistencia interna (Ver Fig. 2.10).12

Figura 2.10 Circuito básico de un puente de Wheatstone 12

40

Sensores de Presión Piezo-Cerámicos/Multicapa La combinación de la tecnología piezo-cerámica y multicapa se utiliza para producir una señal eléctrica, cuando se aplica una fuerza mecánica en el sensor (Ver Fig. 2.11). 12

Figura 2.11 Sensor de Presión Piezo-Cerámicos/Multicapa 12

Sensores de presión con semiconductores Una variación de presión sobre una membrana, hace actuar un único elemento piezo-resistivo semiconductor. Freescale Semiconductor Inc. de Motorola fabrica sensores de presión serie MPX (Ver Fig. 2.12)12.

Figura 2.12 Sensor de Presión con Semiconductor serie MPX de Freescale Semiconductor Inc. 12

Sensores de presión con semiconductores Serie MPX El funcionamiento de los sensores de presión de la serie MPX está basado en el diseño patentado del calibrador de fuerza. A diferencia de los sensores de presión más convencionales que utilizan las cuatro resistencias exactamente apareadas en una configuración de puente de Wheaststone, la serie MPX utiliza solamente un único elemento piezoresistivo implantado en un diafragma de silicio que sensa la tensión mecánica inducida en el diafragma por una presión externa. La salida es un voltaje analógico proporcional a la presión de entrada y al voltaje de alimentación (Ver Fig. 2.13). La alta sensibilidad y una excelente repetitividad a largo plazo hacen que sean las unidades más apropiadas para la mayoría de aplicaciones. Utiliza tecnología de Microsistemas Electromecánicos ( MEMS) 12.

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Figura 2.13 Elementos básicos de los sensores de la serie MPX

12

Tipos de sensores de la serie MPX

a) Presión absoluta

Los sensores de presión absoluta (Ver Fig. 2.14) miden la diferencia entre la presión externa aplicada a un lado de un diafragma, y a una presión de referencia cero (vacío), aplicada al otro lado. 12

Figura 2.14 Presión Absoluta

12

b) Presión diferencial

Los sensores de presión diferencial (Ver Fig. 2.15) están diseñados para aceptar simultáneamente dos fuentes de presión independientes. La salida es proporcional a la diferencia de presión de las dos fuentes.

12

Figura 2.15 Presión Diferencial

12

42

c) Presión manométrica Los sensores de presión manométrica (Ver Fig. 2.16), es un caso especial de presión diferencial, donde la presión atmosférica se utiliza como referencia, un lado del sensor está abierto a la atmósfera. 12

Figura 2.16 Presión Manométrica

12

2.9 Sensores de temperatura Estos elementos se utilizan en todo tipo de proceso que requiera indicación y/o control de la variable de temperatura. Fenómenos utilizados para sensar temperatura:

(1) Variación de resistencia de un conductor (sondas de resistencia). (2) Variación de resistencia de un semiconductor (termistores). (3) FEM como resultado de la unión de dos metales distintos (termopares). (4) Intensidad de la radiación total emitida por el cuerpo (pirómetros de

radiación).

2.9.1 Tipos de sensores de Temperatura

a) Termómetro de vidrio Son los termómetros más comunes, que se consiguen en cualquier farmacia y los que se usan en casa comúnmente. (Véase Tema 2.5.4.1)

Márgenes de trabajo: Mercurio........................................................-35 - +280º C. Mercurio (tubo capilar lleno de gas) .............-35 a + 450 ºC. Pentano ..........................................................-200 a +20º C. Alcohol .......................................................... –70 a +100 º C.

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b) Termómetro bimetálico

Se basa en el distinto coeficiente de dilatación ( de dos metales diferentes (por ejemplo: latón o monel y una aleación de ferroníquel o Invar), laminados conjuntamente (Ver Fig. 2.18).

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Figura 2.17 Estructura del termómetro bimetálico

Figura 2.18 Elemento Bimetálico con forma saledizo

Posee pocas partes móviles, solo la aguja indicadora sujeta al extremo libre de la espiral o de la hélice y el propio elemento bimetálico. Generalmente los bimetálicos comerciales poseen un espesor entre 10 µm y 3 mm, para obtener una alta sensibilidad. La temperatura a los cuales son sometidos estos sensores va desde -75 ºC a 540 ºC. Sus formas varían de saledizo, espiral, hélice, etc. Son muy empleados como elementos de control encendido-apagado, cortando un flujo de corriente que pasa a través de ellos (Ver Fig. 2.17).

c) Termómetro de bulbo y capilar Consisten esencialmente en un bulbo conectado por un capilar a una espiral. Clasificación:

• Clase I: termómetros actuados por líquido. • Clase II: termómetros actuados por vapor. • Clase III: termómetros actuados por gas. • Clase IV: termómetros actuados por mercurio.

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d) Termómetros de resistencia

Su principio de funcionamiento se basa en el flujo de electrones a través de la resistencia. Al cambiar la temperatura en el material resistivo, el flujo de electrones varía. Es decir la resistencia presenta una variación con la temperatura (Ver Fig. 2.20). El elemento consiste, usualmente en un arrollamiento de hilo muy fino del conductor adecuado, bobinado entre capas de material aislante y protegido con un revestimiento de vidrio o de cerámica (Ver Fig. 2.19). Las bobinas que llevan arrollado el hilo de resistencia, están encapsuladas y situadas dentro de una vaina (acero inoxidable 304).

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Figura 2.19 Estructura de un termómetro de resistencia

Figura 2.20 Variación de la resistencia con respecto a la temperatura de diferentes materiales

El platino, es el material más adecuado desde el punto de vista de precisión y de estabilidad, pero presenta el inconveniente de su alto costo.

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A nivel de industria, la sonda más utilizada es Pt100 (R= 100, =0 C°). Otros son Pt500 y Pt1000. El níquel, podría ser una variante del platino para estos termómetros, pero se debe observar su no linealidad. El cobre tiene el inconveniente de su baja resistividad. La salida de éstas sondas, son enviadas a un puente de Wheatstone .

e) Termistores Los termistores (Ver Fig. 2.21), son semiconductores electrónicos con un coeficiente de temperatura de resistencia negativo (o positivo) de valor elevado, por lo que presentan unas variaciones rápidas y extremadamente grandes para los cambios relativamente pequeños en la temperatura. A diferencia de los RTD, los termistores se basan en semiconductores, no en conductores.

36

Figura 2.21 Símbolos del resistor: PTC y NTC

Materiales usados: óxidos de níquel, manganeso, hierro, cobalto, etc. Ley que gobierna el fenómeno (Ver Fig. 2.22):

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Figura 2.22 Variación de la resistencia respecto la temperatura

La salida de los termistores, se conectan a circuitos de puente de Wheatstone convencionales. Son de pequeño tamaño y su tiempo de respuesta depende de la capacidad térmica y de la masa del termistor. La distancia entre el termistor y el instrumento de medida puede ser considerable siempre que el elemento posea una alta resistencia comparada con la de los cables de unión. La corriente que circula por el termistor a través del circuito de medida debe ser baja para garantizar que la variación de resistencia del elemento sea debida exclusivamente a los cambios de temperatura del proceso.

36 El nivel de temperatura al cual estará sometido el sensor define su formato de construcción, es así como se fabrica el elemento en una diminuta placa de fibra resinoide para rango de temperatura de -50ºC a 150 ó 200ºC. Para mayores temperaturas se fabrican en cápsulas de vidrio, y para las temperaturas más altas, hasta 700ºC, se fabrican en bulbo cerámico.

47

f) Termopares Los termopares son unos de los sensores más sencillos y de los más utilizados en las industrias para determinar la temperatura de un proceso (Ver Fig. 2.23). Este sensor está constituido por la unión de dos metales, la cual es sometida a la temperatura a ser medida.

Figura 2.23 Estructura interna de un termopar

Existen varios tipos de termopares (Ver Tabla 2.10), puesto que cualquier par de metales conformaría un tipo determinado. Sin embargo, la empírica ha llevado al uso de ciertos tipos estandarizados, a los que se les cita por una letra (las más típicas son las tipo J, K). Cada tipo difiere en el material de los metales A y B. Al diferir los materiales de construcción, difieren los rangos de trabajo, el voltaje generado por unidad de grado y la máxima temperatura útil (antes que se funda). 36 (Ver Fig. 2.24)

Figura 2.24 Unión y comportamiento de los termopares

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Tabla 2.10 Tipos de termopares

Formato de construcción de una termocupla

A. Aterrizada: Construcción especial para lograr una mayor fidelidad de respuesta.

B. Aislada: Construcción normal de las termocuplas. C. Expuesta: construcción especial que ofrece la máxima velocidad y

fidelidad de respuesta. El formato de fabricación del sensor o termocupla depende directamente de su aplicación, en términos de obtener una rápida respuesta, por ejemplo, o si está relacionada con equipamiento de automatización, y que esto imponga que el formato sea aislado. Las termocuplas mayormente utilizadas en el sensado de procesos térmicos industriales son las tipo J, y tipo K.

g) Pirómetros de radiación Los pirómetros de radiación, se fundamentan en la Ley de Stefan-Boltzman (Ver Fig. 2.25): ―La intensidad de energía radiante emitida por la superficie de un cuerpo, aumenta proporcionalmente a la cuarta potencia de la temperatura absoluta del cuerpo‖.

36

Figura 2.25 Ley de Stefan-Boltzman

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Figura 2.26 Energía de un cuerpo radiante

Desde el punto de vista de medición de temperaturas industriales (Ver Fig. 2.26), las longitudes de onda térmicas abarcan desde 0,1µ(radiaciones UV) hasta 12µ(radiaciones IR). Radiación visible: 0,45 µ(color violeta) a 0,70 µ(color rojo). Los pirómetros de radiación miden, pues, la temperatura de un cuerpo a distancia en función de su radiación, entre los que se encuentran:

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• Pirómetros ópticos. • Pirómetros de radiación total. • Pirómetros fotoeléctricos.

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h) Infrarrojos Estos, son también llamados pirómetros de radiación. Son dispositivos de no contacto que miden indirectamente la temperatura de cuerpos calientes a partir de la radiación térmica, emitida en forma natural por los mismos. Generalmente se usa en aquellos procesos industriales, que manejan temperaturas superiores a las del punto de fusión del transductor. La energía irradiada y su longitud de onda característica dependen de la temperatura de la superficie del objetivo. 36

La radiación infrarroja es sólo una parte del espectro electromagnético que también incluye las ondas de radio, microondas, luz visible y luz ultravioleta, al igual que los rayos gama y rayos X. El rango infrarrojo del espectro electromagnético está entre la porción visible del espectro y las ondas de radio. Las longitudes de onda del infrarrojo se expresan usualmente en micras (10-6m o μm), con el espectro infrarrojo extendiéndose desde las 0.7 micras hasta las 1000 micras. Sólo se utiliza la banda entre los 0.7 a 18 micras para la medición de temperatura infrarroja.

37.

Como se muestra en la figura 2.27, un objeto refleja, transmite y emite energía. La intensidad de la energía infrarroja emitida por un objeto aumenta o disminuye en proporción a su temperatura. La emisividad es un término usado para cuantificar las características de emisión de energía de diferentes materiales y superficies.

Figura 2.27 Funcionamiento de un sensor de Temperatura

Un sensor infrarrojo detecta la energía emitida por un objeto y enfoca dicha energía sobre uno o más detectores. El detector convierte la energía infrarroja en una señal eléctrica, que a su vez se convierte en un valor de temperatura basado en la ecuación de calibración del sensor y su ajuste de emisividad. Este valor de temperatura puede visualizarse en el sensor, darle salida en forma de señal analógica, o —en el caso de un sensor inteligente— convertirla en una salida digital y mostrarla en una terminal de computadora.

51

Las condiciones ambientales y de operación determinarán las especificaciones del sensor como su rango de temperatura de su proceso, qué tan grande es el área a medir, o qué tan lejos del sensor está el área a medir (p.e., temperatura ambiente, tipo de presentación y la salida, así como accesorios de protección).

Sensores de temperatura infrarrojos de una sola longitud de onda requieren de una línea de vista sin obstáculos entre el instrumento y el objetivo. Ópticas para sistemas de mira permiten al usuario apuntar en sensor hacia el objetivo. Algunos instrumentos tienen un láser interconstruido que señala el objetivo, lo que es particularmente útil con objetivos pequeños o en áreas obscuras o inaccesibles.

37

Figura 2.28 Diagrama óptico de un sensor de Temperatura

Los diagramas ópticos ayudan a determinar el área medida a una distancia específica. El área más pequeña que este instrumento puede medir es de 6.4 mm de diámetro a una distancia de 200 mm. En instrumentos con enfoque variable, el área medida se puede ajustar (Ver Fig. 2.28).

Un instrumento de dos colores o de doble longitud de onda es particularmente efectivo cuando el objetivo es muy pequeño, está parcialmente obstruido o se está moviendo dentro y fuera del campo visual. Una unidad de fibra óptica, en la que un cable puede meterse entre las obstrucciones, es lo mejor si fuera imposible tener una línea de vista directa entre el instrumento y el objetivo.

Para sensores de una sola longitud de onda, el objetivo a medir debe ser más grande que el campo visual en un 50%. Si el objetivo es más pequeño que el campo visual, los objetos de fondo influenciarán la lectura de temperatura (Ver Fig. 2.29).

El rango de temperatura en el material del objetivo, emisividad y características de la superficie determinan la respuesta o longitud de onda requerida en el sensor.

52

Metales altamente reflejantes compuestos de diferentes aleaciones pueden tener emisividades bajas o cambiantes. La respuesta espectral recomendada para aplicaciones en baja temperatura es de 8 a 14 micras.

37

Figura 2.29 Relación del tamaño del objeto con el campo visual del Instrumento

Para mediciones de temperatura precisas el tamaño del objetivo debe ser mayor que el campo visual del instrumento, o sea el área de medición. Si la óptica del instrumento es mayor que el objetivo, el instrumento también medirá la energía emitida por el fondo o los objetos circundantes (Ver Fig. 2.29).

Los sensores infrarrojos de temperatura alcanzan hasta el 95% de la lectura de temperatura final —una definición común de tiempo de respuesta— mucho más rápido que los sensores de temperatura de contacto (tal como los termopares). Esto es particularmente importante cuando se miden objetos que se calientan rápidamente o que están en movimiento. La nueva tecnología infrarroja lleva los tiempos de respuesta de los sensores hasta un milisegundo.

Los sensores infrarrojos de temperatura son de fácil uso para los operadores de planta. Dependiendo del modelo, la salida de temperatura del sensor puede ser vista directamente en la unidad, en una pantalla en un tablero independiente, o en un monitor de una PC. 37

2.10 SMBus SMBus (Bus de Administración del Sistema) es un subconjunto del protocolo I2C.

Muchas de las placas bases modernas tienen un bus SMBus al que se conectan la mayor parte de los chips de monitorización del sistema. Estos chips sirven para medir temperaturas de componentes, velocidad de ventiladores, voltajes, etc. Toda clase de información sobre hardware.

53

2.10.1 Funcionamiento SMBus es una interfaz de dos cables por el cual varios chips, componentes del sistema, se pueden comunicar el uno con el otro y con el resto del sistema. Está basado en los principios de operación de I2C.

SMBus proporciona un bus de control para el sistema y la dirección de energía en tareas relacionadas. Un sistema puede usar SMBus para pasar mensajes a y de dispositivos en vez de la desconexión de líneas de control individual. El quitar las líneas de control individuales reduce el número de PlNs. La aceptación de mensajes garantiza la capacidad de expansión futura.

Con el Bus de Administración del Sistema, un dispositivo puede proporcionar información del fabricante, indicar al sistema cuál es su modelo / número de parte, salvar su estado de una suspensión de eventos, informar diferentes tipos de errores, aceptar parámetros de control, y devolver su estado.

Las direcciones de SMBus son 7 bits binarios de longitud y convencionalmente se expresan como 4 bits seguidos de 3 bits seguidos de la letra 'b', por ejemplo, 0001 110b. Estas direcciones de ocupan los siete bits altos de un campo de ocho bits en el bus. El bit bajo de este campo, sin embargo, tiene otro significado semántico que no es parte de una dirección de SMBus.

Los diagramas de las estructuras de operación de datos del SMBus tal y como aparecen en el bus son de la siguiente forma (Ver Fig. 2.30):

Figura 2.30 Diagrama genérico de operación

En estos diagramas, las partes sin sombrear son suministradas por el bus maestro de la transacción del bus y las partes sombreadas son suministradas por el bus esclavo. Los números en la parte superior del diagrama de operación indican el ancho de los bits de cada campo. En algunos casos, los valores se encuentran por debajo de un campo en un diagrama de operación. Cuando está presente, indica el valor real del campo.

Las condiciones especificas del SMBus, START y STOP, se les hace referencia con las letras capitales.

54

2.10.2 Características Generales SMBus es un bus de dos hilos. Múltiples dispositivos, tanto de los bus maestros y de los bus esclavos, pueden ser conectados a un Segmento de SMBus. En general, un dispositivo de bus maestro inicia una transferencia de bus entre él y un solo bus esclavo y proporciona las señales de reloj. La única excepción a esta regla, es durante la configuración inicial del bus, cuando un solo maestro puede iniciar transacciones con múltiples esclavos simultáneamente. Un bus esclavo puede recibir los datos proporcionados por el maestro o el puede proporcionar datos para el maestro.

Sólo un dispositivo puede dominar el bus en cualquier momento. Desde que más de un dispositivo podía intentar tomar el control del bus maestro, SMBus proporciona un mecanismo de arbitraje que se basa en la conexión de cable y la conexión de todos los dispositivos de interfaz SMBus para el SMBus.

Esta especificación define dos clases de características eléctricas, de baja potencia y alta potencia. La primera clase, se definió originalmente en el SMBus 1.0 y 1.1, fue diseñado principalmente con baterías inteligentes en mente, pero se podía utilizar con otros dispositivos de baja potencia. Esta versión de la especificación introduce un mayor poder de otro conjunto de características eléctricas. Esta clase es apropiada para el uso cuando se requiere mayor capacidad de disco, por ejemplo, con los dispositivos SMBus en tarjetas adicionales PCI y para la conexión de estas tarjetas entre sí con el conector PCI, y con los dispositivos SMBus en el sistema principal.

Los dispositivos pueden ser alimentados por el bus VDD o por otra fuente de energía, VBus, (como, por ejemplo, baterías inteligentes) e inter operarán, siempre y cuando cumpla con las especificaciones eléctricas del SMBus para su clase.

El siguiente diagrama muestra un ejemplo de implementación de un SMBus a 5 volts con dispositivos alimentados por el bus VDD que funcionan con otros dispositivos autoalimentados (Ver Fig. 2.31).

55

Figura 2.31 Topología SMBus

VDD puede ser de 3 a 5 volts +/- el 10% y pueden haber dispositivos SMBUS impulsados directamente por el bus VDD. Tanto la línea SMBCLK como SMBDAT son bidireccionales, conectados a un voltaje de suministro positivo por una resistencia de pull-up o una fuente corriente u otro circuito similar. Cuando el bus está libre, ambas líneas son altas. Las etapas de salida de los dispositivos conectados al bus deben tener un drenador abierto o colector abierto para realizar la función AND. Debería tomase cuidado en el diseño tanto de las etapas de entrada como de las etapas de salida de dispositivos SMBUS, para no cargar el bus cuando su fuente de poder es apagada, es decir, los dispositivos apagados no deben proporcionar ningún camino de escape hacia tierra (Ver Fig. 2.32).

Figura 2.32 Ejemplo de las etapas de entrada y salida del dispositivo SMBus

56

Un dispositivo que quiera colocar un ‗cero‘ en el bus, debe conducir la línea del bus al nivel lógico definido de bajo voltaje. Para colocar un 'uno' lógico en el bus, el dispositivo debe liberar la línea del bus permitiendo que sea elevado por el circuito de pull-up en el bus.

Las líneas del bus pueden ser elevadas por una resistencia de pull-up o por una fuente de corriente. En los casos que implican la capacitancia más alta del bus, un circuito más sofisticado puede ser usado lo que puede limitar la corriente absorbida también proporcionando bastante corriente durante la transición de bajo-a-alto para mantener los datos específicos de tiempo de subida del SMBUS (Ver Fig. 2.33).

Figura 2.33 Circuitería de pull-up en el SMBus

2.11 Los Microcontroladores

2.11.1 Introducción Es un circuito integrado programable que contiene todos los componentes de un computador. Se emplea para controlar el funcionamiento de una tarea determinada y debido a su reducido tamaño, suele ir incorporado en el propio dispositivo, al que gobierna. Esta última característica es la que le confiere la denominación de ―controlador incrustado‖ 32. El microcontrolador es un computador dedicado. En su memoria sólo reside un programa destinado a gobernar una aplicación determinada; sus líneas de entrada/salida soportan el conexionado de los sensores y actuado res del dispositivo a controlar y todos los recursos complementarios disponibles tienen como única finalidad atender sus requerimientos. Una vez programado y configurado el microcontrolador solamente sirve para gobernar la tarea asignada

32.

57

El número de productos que funcionan en base a uno o varios microcontroladores aumenta de forma exponencial. No es aventurado pronosticar que en el siglo XXI habrá pocos elementos que carezcan de microcontrolador

32.

2.11.2 Diferencia entre microprocesador y microcontrolador El microprocesador es un circuito integrado que contiene la Unidad Central de Proceso (UCP), también llamada procesador, de un computador. La UCP está formada por la Unidad de Control, que interpreta las instrucciones, y el Camino de Datos, que las ejecuta

32. Las terminales de un microprocesador sacan al exterior las líneas de sus buses de direcciones, datos y control, para permitir conectarle con la Memoria y los Módulos de E/S y configurar un computador implementado por varios circuitos integrados. Se dice que un microprocesador es un sistema abierto porque su configuración es variable de acuerdo con la aplicación a la que se destine 32. (Ver Fig. 2.34) Un microprocesador es un sistema abierto con el que puede construirse un computador con las características que se desee, acoplándole los módulos necesarios

32

Un microcontrolador es un sistema cerrado que contiene un computador completo y de prestaciones limitadas que no se pueden modificar

32.

MICROCONTROLADOR

Figura 2.34 El microcontrolador es un sistema cerrado. Todas las partes del computador están conectadas en

su interior y solo salen al exterior las líneas que gobiernan los periféricos 32

.

Si sólo se dispusiese de un modelo de microcontrolador, éste debería tener muy potenciados todos sus recursos para poderse adaptar a las exigencias de las diferentes aplicaciones. Esta potenciación supondría en muchos casos un despilfarro. En la práctica cada fabricante de microcontroladores oferta un elevado número de modelos diferentes, desde los más sencillos hasta los más poderosos. Es posible seleccionar la capacidad de las memorias, el número de líneas de E/S, la cantidad y potencia de los elementos auxiliares, la velocidad de funcionamiento, etc. Por todo ello, un aspecto muy destacado del diseño es la selección del microcontrolador a utilizar

32.

Periféricos Periféricos

58

UCP Bus de direcciones

Bus de datos e instrucciones

Instrucciones +

Datos

MEMORIA

Datos

2.11.3 Arquitectura interna Un microcontrolador posee todos los componentes de un computador, pero con las características fijas que no pueden alterarse. Las partes principales de un microcontrolador son:

32

a) El Procesador

La necesidad de conseguir elevados rendimientos en el procesamiento de las instrucciones ha desembocado en el empleo generalizado de procesadores de arquitectura Harvard frente a los tradicionales que seguían la arquitectura de von Neumann. Esta última se caracterizaba porque la UCP se conectaba con una memoria única, donde coexistían datos e instrucciones. a través de un sistema de buses (Ver Fig. 2.35). Figura 2.35 En la arquitectura la UCP se comunicaba a través de un sistema de buses con la memoria donde

se guardaban las instrucciones y los datos 32

.

En la arquitectura Harvard son independientes la memoria de instrucciones y la memoria de datos y cada una dispone de su propio sistema de buses para el acceso. Esta dualidad, además de propiciar el .paralelismo, permite la adecuación del tamaño de las palabras y los buses a los requerimientos específicos de las instrucciones y de los datos. También la capacidad de cada memoria es diferente. El procesador de los microcontroladores modernos responde a la arquitectura RISC (Computadores de Juego de Instrucciones Reducido), que se identifica por poseer un repertorio de instrucciones máquina pequeño y simple, de forma que la mayor parte de las instrucciones se ejecuta en un ciclo de instrucción.

59

Otra aportación frecuente que aumenta el rendimiento del computador es el fomento del paralelismo implícito, que consiste en la segmentación del procesador (pipe- line), descomponiéndolo en etapas para poder procesar una instrucción diferente en cada una de ellas y trabajar con varias a la vez.

b) Memoria de programa El microcontrolador está diseñado para que en su memoria de programa se almacenen todas las instrucciones del programa de control. No hay posibilidad de utilizar memorias externas de ampliación. Como el programa a ejecutar siempre es el mismo, debe estar grabado de forma permanente. Los tipos de memoria adecuados para soportar esta función admiten cinco versiones diferentes:

1. ROM con máscara.

En este tipo de memoria el programa se graba en el chip durante el proceso de su fabricación mediante el uso de ―máscaras‖. Los altos costes de diseño e instrumental sólo aconsejan usar este tipo de memoria cuando se precisan series muy grandes.

2. EPROM

La grabación de esta memoria se realiza mediante un dispositivo físico gobernado desde, un computador personal, que recibe el nombre de grabador. En la superficie de la cápsula del microcontrolador existe una ventana de cristal parla que se puede someter al chip de la memoria a rayos ultravioletas para producir su borrado y emplearla nuevamente. Es interesante la memoria EPROM en la fase de diseño y depuración de los programas, pero su coste unitario es elevado.

3. OTP (Programable una vez).

Este modelo de memoria sólo se puede grabar una vez por parte del usuario, utilizando el mismo procedimiento que con la memoria EPROM. Posteriormente no se puede borrar. Su bajo precio y la sencillez de la grabación aconsejan este tipo de memoria para prototipos finales y series de producción cortas.

4. EEPROM

La grabación es similar a las memorias OTP y EPROM, pero el borrado es mucho más sencillo al poderse efectuar de la misma forma que el grabado, o sea, eléctricamente. Sobre el mismo zócalo del grabador puede ser programada y borrada tantas veces como se quiera, lo cual la hace ideal en la enseñanza y en la creación de nuevos proyectos. El PIC 16C84 dispone de l * K palabras de memoria EEPROM para contener instrucciones y también tiene algunos bytes de

60

memoria de datos de este tipo para evitar que cuando se retira la alimentación se pierda información. Aunque se garantizan 1.000.000 de ciclos de escritura/borrado en una EEPROM, todavía su tecnología de fabricación tiene obstáculos para alcanzar capacidades importantes y el tiempo de escritura de las mismas es relativamente grande y con elevado consumo de energía.

5. FLASH

Se trata de una memoria no volátil de bajo consumo que se puede escribir y borrar en circuito al igual que las EEPROM, pero suelen disponer de mayor capacidad que estas últimas. El borrado sólo es posible con bloques completos y no se puede realizar sobre posiciones concretas. Son muy recomendables en aplicaciones en las que sea necesario modificar el programa a lo largo de la vida del producto, como consecuencia del desgaste o cambios dé piezas como sucede con los vehículos. Por sus mejores prestaciones están sustituyendo a la memoria EEPROM para contener instrucciones. De esta forma Microchip comercializa dos microcontroladores prácticamente iguales, que sólo se diferencian en que la memoria de programa de uno de ellos es tipo EEPROM y la del otro tipo Flash. Se trata del PICI6C84 y el PICI6F84, respectivamente.

c) Memoria de datos Los datos que manejan los programas varían continuamente, y esto exige que la memoria que les contiene deba ser de lectura y escritura, por lo que la memoria RAM estática (SRAM) es la más adecuada, aunque sea volátil. Hay microcontroladores que disponen como memoria de datos una de lectura y escritura no volátil, del tipo EEPROM. De esta forma, un corte en el suministro de la alimentación no ocasiona la pérdida de la información, que está disponible al reiniciarse el programa. El PICI6C84, el PIC16F83 y el PIC16F84 disponen de 64 bytes de memoria EEPROM para contener datos.

d) Líneas de E/S para los controladores de periféricos A excepción de dos terminales destinadas a recibir la alimentación, otras dos para el cristal de cuarzo, que regula la frecuencia de trabajo, y una más para provocar el Reset, las restantes terminales de un microcontrolador sirven para soportar su comunicación con los periféricos externos que controla.

61

Las líneas de E/S que se adaptan con los periféricos manejan información en paralelo y se agrupan en conjuntos de ocho, que reciben el nombre de Puertas. Hay modelos con líneas que soportan la comunicación en serie; otros disponen de conjuntos de líneas que implementan puertas de comunicación para diversos protocolos, como el I2C, el USB, etc.

e) Recursos auxiliares Según las aplicaciones a las que orienta el fabricante cada modelo de microcontrolador, incorpora una diversidad de complementos que refuerzan la potencia y la flexibilidad del dispositivo. Entre los recursos más comunes se citan a los siguientes:

a) Circuito de reloj, encargado de generar los impulsos que sincronizan el funcionamiento de todo el sistema.

b) Temporizadores, orientados a controlar tiempos.

c) Perro Guardián (watchdog), destinado a provocar una reinicialización cuando el programa queda bloqueado.

d) Conversores AD y DA, para poder recibir y enviar señales analógicas.

e) Comparadores analógicos, para verificar el valor de una señal analógica.

f) Sistema protección ante fallos de la alimentación.

g) Estado de reposo, en el que el sistema queda ―congelado‖ y el consumo de

energía se reduce al mínimo.

2.11.4 Programación de microcontroladores La utilización de los lenguajes más cercanos a la máquina, representan un con-siderable ahorro de código en la confección de los programas, lo que es muy importante dada la estricta limitación de la capacidad de la memoria de instrucciones. Los programas bien realizados en lenguaje Ensamblador optimizan el tamaño de la memoria que ocupan y su ejecución es muy rápida.

32

Los lenguajes de alto nivel más empleados con microcontroladores son el C y el BASIC, de los que existen varias empresas que comercializan versiones de compiladores e intérpretes para diversas familias de microcontroladores. En el caso de los PIC es muy competitivo e interesante el compilador de C PCM de la empresa CCS y el PBASIC de microLab Engineering, ambos comercializados en España por Microsystems Engineering

32.

62

Hay versiones de intérpretes de BASIC que permiten la ejecución del programa línea a línea y, en ocasiones, residen en la memoria del propio microcontrolador. Con ellos se puede escribir una parte del código, ejecutarlo y comprobar el resultado antes de proseguir

32.

2.11.5 Instrumental de trabajo Siempre que se diseña con circuitos integrados programables se precisan herramientas para la puesta a punto del hardware y del software. Con referencia al software, además de los compiladores o intérpretes de los lenguajes usados, es muy interesante disponer de simuladores software, que consisten en programas que simulan la ejecución de instrucciones representando el comportamiento interno del procesador y el estado de las líneas de E/S. Como se simula por software al procesador, el comportamiento no es idéntico aunque proporciona una aproximación aceptable, especialmente cuando no es esencial el trabajo en tiempo real. Microchip pone libremente a disposición Ensambladores como el MPASM y simuladores como el MPSIM

32. Respecto a las herramientas hardware, una indispensable es el grabador, encargado de escribir el programa en la memoria del microcontrolador. Existen grabadores muy completos capaces de trabajar con muchos modelos de diferentes familias, pero su elevado precio los aleja de los usuarios personales

32. En la puesta a punto de proyectos industriales una potentísima herramienta es el emulador. Un circuito, que consiste en un complejo dispositivo físico que es controlado por un programa desde un computador personal. Dispone de una «cabeza» con las mismas terminales que el microcontrolador que se trata de emular; La cabeza se introduce en el zócalo donde irá el microcontrolador en la placa del prototipo. El emulador en circuito hace funcionar al sistema como si hubiese un microcontrolador real, pero presentando en la pantalla del computador toda la información necesaria para conocer el desarrollo del programa y la actuación de los periféricos. Los resultados que así se obtienen son idénticos a los del producto final, puesto que la ejecución se .realiza en tiempo real, a diferencia de los simuladores software

32. Finalmente, reciben el nombre de sistemas de desarrollo equipos que mediante una combinación de hardware y de software consiguen realizar la mayoría de las fases que exige un diseño basado en microcontrolador. Como la mayoría de las herramientas, también ésta se gobierna por un programa desde un computador personal. Mantienen una buena comunicación y gestión de la edición de programas y su compilación o ensamblado. Tras la depuración del software y la obtención del código binario ejecutable disponen de un grabador que escribe el programa obtenido sobre la memoria de instrucciones. También puede verificar lo escrito en la memoria e incluso borrarlo cuando es del tipo EEPROM o Flash

32.

63

Una vez grabado el microcontrolador sus terminales quedan conectadas a través de jumper con los periféricos que hay que controlar y se procede a la ejecución en tiempo real del programa

32.

2.11.6 La familia de los PIC Una de las labores más importantes del ingeniero de diseño es la elección del modelo de microcontrolador que mejor satisfaga las necesidades del proyecto con el mínimo presupuesto

32. En 1997 el fabricante de los PIC dispone de 52 versiones diferentes y cada año aumenta considerablemente su lista. Actualmente Microchip dispone de cuatro familias de microcontroladores de 8 bits, tres de 16 bits y 2 de 32 bits para adaptarse a las necesidades de la mayoría de los clientes 32.

2.11.7 Juego de instrucciones y entorno de programación El PIC usa un juego de instrucciones tipo RISC, cuyo número puede variar desde 35 para PICs de gama baja a 70 para los de gama alta. Las instrucciones se clasifican entre las que realizan operaciones entre el acumulador y una constante, entre el acumulador y una posición de memoria, instrucciones de condicionamiento y de salto/retorno, implementación de interrupciones y una para pasar a modo de bajo consumo llamada sleep. Microchip proporciona un entorno de desarrollo freeware llamado MPLAB que incluye un simulador software y un ensamblador. Otras empresas desarrollan compiladores C y BASIC. Microchip también vende compiladores para los PICs de gama alta ("C18" para la serie F18 y "C30" para los dsPICs)

35.

2.11.8 Programación del PIC Para transferir el código de un ordenador al PIC normalmente se usa un dispositivo llamado programador. La mayoría de PICs que Microchip distribuye hoy en día incorporan ICSP (In Circuit Serial Programming, programación serie incorporada) o LVP (Low Voltage Programming, programación a bajo voltaje), lo que permite programar el PIC directamente en el circuito destino. Para la ICSP se usan los pines RB6 y RB7 como reloj y datos y el MCLR para activar el modo programación aplicando un voltaje de 13 voltios. Existen muchos programadores de PICs, desde los más simples que dejan al software los detalles de comunicaciones, a los más complejos, que pueden verificar el dispositivo a diversas tensiones de alimentación e implementan en hardware casi todas las funcionalidades. Muchos de estos programadores complejos incluyen ellos mismos PICs pre programados como interfaz para enviar las órdenes al PIC que se desea programar. El software de programación puede

64

ser el ICprog, muy común entre la gente que utiliza este tipo de microcontroladores 35. Se pueden obtener directamente de Microchip muchos programadores/depuradores: Programadores

PICStart Plus (puerto serie y USB) Promate II (puerto serie) MPLAB PM3 (puerto serie y USB) ICD2 (puerto serie y USB) PICKit 1 (USB) IC-Prog 1.06B PICAT 1.25 (puerto USB2.0 para PICs y Atmel) WinPic 800 (puerto paralelo, serie y USB) PICKit 2 (USB) Terusb1.0 Eclipse (PICs y AVRs. USB.) Además es posible hacer un programador de manera casera, en hay una

lista con los más utilizados.

2.11.9 Tamaño de palabra El tamaño de palabra de los microcontroladores PIC es fuente de muchas confusiones. Los PICs (excepto los dsPIC) manejan datos en trozos de 8 bits, con lo que se deberían llamar microcontroladores de 8 bits. Pero a diferencia de la mayoría de UCPs, el PIC usa arquitectura Harvard, por lo que el tamaño de las instrucciones puede ser distinto del de la palabra de datos. De hecho, las diferentes familias de PICs usan tamaños de instrucción distintos, lo que hace difícil comparar el tamaño del código del PIC con el de otros microcontroladores. Por ejemplo, un microcontrolador tiene 6144 bytes de memoria de programa: para un PIC de 12 bits esto significa 4096 palabras y para uno de 16 bits, 3072 palabras. 35

2.11.10 Características

Los PICs actuales vienen con una amplia gama de mejoras hardware incorporados:

Núcleos de UCP de 8/16 bits con Arquitectura Harvard modificada.

Memoria Flash y ROM disponible desde 256 bytes a 256 kilobytes.

Puertos de E/S (típicamente 0 a 5,5 voltios).

65

Temporizadores de 8/16 bits.

Tecnología en Nano watt para modos de control de energía.

Periféricos serie síncronos y asíncronos: USART, AUSART, EUSART.

Convertidores analógico/digital de 8-10-12 bits.

Comparadores de tensión.

Módulos de captura y comparación PWM.

Controladores LCD.

Periférico MSSP para comunicaciones I2C, SPI, y I2S.

Memoria EEPROM interna con duración de hasta un millón de ciclos de lectura/escritura.

Periféricos de control de motores.

Soporte de interfaz USB.

Soporte de controlador Ethernet.

Soporte de controlador CAN.

Soporte de controlador LIN.

Soporte de controlador Irda. Los viejos PICs con memoria PROM o EPROM se están renovando gradualmente por chips con memoria Flash. Así mismo, el juego de instrucciones original de 12 bits del PIC1650 y sus descendientes directos ha sido suplantado por juegos de instrucciones de 14 y 16 bits. Microchip todavía vende versiones PROM y EPROM de la mayoría de los PICs para soporte de aplicaciones antiguas o grandes pedidos 35. Se pueden considerar tres grandes gamas de MCUs PIC en la actualidad: Los básicos (Linebase), los de medio rango (Mid Range) y los de alto desempeño (high performance). Los PIC18 son considerados de alto desempeño y tienen entre sus miembros a PICs con módulos de comunicación y protocolos avanzados (USB, Ethernet y Zigbee por ejemplo)

35.

66

2.12 Puerto Serial Universal (USB)

2.12.1 Antecedentes históricos del USB El USB (Ver Fig. 2.36) fue creado en 1996 por siete empresas: IBM, Intel, Northern Telecom, Compaq, Microsoft, Digital Equipment Corporation y NEC. Es un puerto que sirve para conectar periféricos a una computadora, es una solución útil cuando se quiera usar una computadora para comunicarse con un dispositivo fuera la misma. El USB cuenta con dos características para los usuarios: cuando los usuarios quieren usar los periféricos y cuando los desarrolladores diseñan el hardware y escriben el código que se comunica con el dispositivo 29.

Figura 2.36 Símbolo Internacional de USB 29.

.

2.12.2 Descripción del sistema 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. 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. A continuación se describen los primeros aspectos de este protocolo 29.

67

2.12.2.1 Interfaz física

A nivel eléctrico, el cable USB transfiere la señal y la alimentación sobre 4 hilos. 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 flujo 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. Consumo, cada sección puede proporcionar una determinada potencia máxima siendo el PC el encargado de suministrar la energía. Además, el periférico 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 34.

2.12.2.2 Terminología USB

Host: Dispositivo maestro que inicia la comunicación (Generalmente la computadora). Hub: Dispositivo que contiene uno o más conectores o conexiones internas hacia otros dispositivos USB, el cual habilita la comunicación entre el host y con diversos dispositivos. Cada conector representa un puerto USB. Dispositivo compuesto: Es aquel dispositivo con múltiples interfaces independientes. Cada una tiene una dirección sobre el bus, pero cada interface puede tener un diferente driver en el host. Puerto USB: Cada host soporta solo un bus, cada conector en el bus representa un puerto USB por lo tanto sobre el bus puede haber uno o varios conectores, pero solo existe una ruta y sólo un dispositivo puede transmitir información en un tiempo. Driver: es un programa que habilita aplicaciones para poderse comunicar con el dispositivo. Cada dispositivo sobre el bus debe tener un driver, algunos periféricos utilizan los drivers que trae Windows.

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Puntos terminales (Endpoints): Es una localidad específica dentro del dispositivo. El Endpoint es un buffer que almacena múltiples bytes, típicamente es un bloque de la memoria de datos o un registro dentro del microcontrolador. Todos los dispositivos deben soportar el punto terminal 0. Este punto terminal es el que recibe todo el control y las peticiones de estado durante la enumeración cuando el dispositivo esta sobre el bus. Tuberías (Pipes): Es un enlace virtual entre el host (la PC) y el dispositivo USB, este enlace configura los parámetros asociados con el ancho de banda, que tipo de transferencia se va a utilizar (Control, Bulk, Isocrona o Interrupt) dirección del flujo de datos y el máximo y/o mínimo tamaño de los paquetes/buffers. Cada enlace está caracterizado por su banda de paso (Token), su tipo de servicio, el número de punto terminal (End Point) y el tamaño de los paquetes. Estos enlaces se definen y se crean durante la inicialización del USB. Siempre existe un enlace virtual 0 que permite tener acceso a la información de configuración del periférico USB (estado, control e información)

34

La norma USB define 2 tipos de enlaces virtuales (pipe); stream y message. Stream Pipes: se trata de un flujo sin formato USB definido, esto significa que se puede enviar cualquier tipo de dato. Este tipo de pipe soporta las transferencias bulk, isócronas e interrupt. Además tanto el host como el dispositivo USB pueden controlar. Message Pipes: este tipo de enlace virtual si tiene un formato USB definido y solo puede soportar la transferencia Control 34.

2.12.2.3 Tipos de transferencia

El enlace virtual (pipe) puede ser de cuatro tipos: • Control: Modo utilizado para realizar configuraciones: existe siempre sobre

el Punto terminal 0 (EndPoint 0). Todos los dispositivos USB deben soportar este tipo de transferencia. Los datos de control sirven para configurar el periférico en el momento de conectarse al USB. Algunos drivers específicos pueden utilizar este enlace para transmitir su propia información de control. Este enlace no tiene pérdida de datos, puesto que los dispositivos de detección de recuperación de errores están activos a nivel USB.

• Bulk: Este modo se utiliza para la transmisión de importantes cantidades de

información. Como el tipo control, este enlace no tiene pérdida de datos. Este tipo de transferencia es útil cuando la razón de transferencia no es

69

crítica como por ejemplo, el envió de un archivo a imprimir o la recepción de datos desde un escáner. En estas aplicaciones, la transferencia es rápida, pero puede esperar si fuera necesario. Solo los dispositivos de media y alta velocidad utilizan este tipo de transferencia.

• Interrupt: modo utilizado para transmisiones de pequeños paquetes, rápidos, orientados a percepciones humanas (ratón, punteros).

Este tipo de transferencia es para dispositivos que deben recibir atención periódicamente y lo utilizan los dispositivos de baja velocidad. Este tipo de transmisión garantiza la transferencia de pequeñas cantidades de datos. El tiempo de respuesta no puede ser inferior al valor especificado por la interfaz. El ratón o cualquier otro dispositivo apuntador es una aplicación típica de este modo de transmisión 34.

• Isochronous o Flujo en tiempo real: modo utilizado para la transmisión de audio o video comprimido. Este tipo de transmisión funciona en tiempo real. Este es el modo de mayor prioridad. La transmisión de la voz es un ejemplo de esta aplicación. Si ésta no se transmite correctamente, pueden llegar a oírse parásitos (glich) y la aplicación puede detectar ciertos errores de los llamados underruns 34.

2.12.3 Características de transmisión

El USB soporta tres velocidades de transferencia de datos: 29 • Baja Velocidad (versión 1.0): tasa a 1.5Mbit/s (192KB/s). Utilizado en su

mayor parte por dispositivos como teclados, ratones y joysticks. • Velocidad Completa (versión 1.1): tasa a 12Mbit/s (1.5MB/s). La tasa más

rápida antes de especificar USB 2.0, y muy generalizada en la actualidad.

• Alta Velocidad (versión 2.0): tasa de 480Mbit/s (60MB/s).

• Las señales del USB son transmitidas sobre par trenzado (D+ y D-).

• Utilizan señalización diferencial en half-duplex para combatir los efectos del ruido electromagnético en enlaces largos. Los niveles de transmisión de la señal varían de 0 - 0.3V (ceros) y 2.8 - 3.6V (unos) en las versiones 1.0 y 1.1, y en ±400mV en Alta Velocidad (2.0).

70

Figura 2.37 Terminales de USB 29

2.12.4 Topología básica del USB La interconexión física USB es una topología de estrellas apiladas donde un hub (concentrador) es el centro de cada estrella. Cada segmento de cable es una conexión punto-a-punto entre el host y los hubs o función, o un hub conectado a otro hub o función. El número máximo de dispositivos que puede conectar USB es de 127, pero debido a las constantes de tiempo permitidas para los tiempos de propagación del hub y el cable, el número máximo de capas permitido es de siete (incluida la capa raíz) con un máximo de longitud de cable entre el hub y el dispositivo de 5 metros (Ver Fig. 2.38). 29

Figura 2.38 USB usa una topología de estrella escalonada, donde cada hub es el centro de una estrella que puede unirse a periférico o hub adicionales.

29

71

2.12.4.1 Proceso de enumeración

Cuando se conecta un dispositivo USB a la PC se produce el proceso de enumeración, el cual consiste en que el host le pregunta al dispositivo que se presente y le diga cuáles son sus parámetros, tales como: • Consumo de energía expresada en unidades de Carga

• Numero y tipos de Puntos terminales.

• Clase del producto.

• Tipo de transferencia.

• Razón de escrutinio, etc.

El proceso de enumeración es inicializado por el host cuando detecta que un nuevo dispositivo que ha sido adjuntado al Bus. El host le asigna una dirección al dispositivo adjuntado al bus y habilita su configuración permitiendo la transferencia de datos sobre el bus. 34

72

2.12.5 Especificaciones eléctricas Para poder iniciar cualquier tipo de transacción cuando se conecta el dispositivo al host, es necesario que este conozca la velocidad a la que trabaja. Con esa finalidad existe un mecanismo a nivel eléctrico. La diferencia entre los dispositivos de velocidad media y los de velocidad baja, es que en velocidad media tiene una resistencia conectada al D+, en velocidad baja la misma resistencia se encuentra en D- y no en D+ (Ver Fig. 2.39 a y b). 31

a)

b)

Figura 2.39 a) Cable de Dispositivo de Velocidad Media y Resistencia de Conexión. b) Cable de Dispositivo

de Velocidad Baja y Resistencia de Conexión. 31

2.12.6 Técnica de Codificación de datos. El USB utiliza la codificación no retorno a cero invertido (NRZI) para la transmisión de paquetes (Ver Fig. 2.40). En esta codificación los "0" se representan con un cambio en el nivel, y por el contrario los "1" se representan con un no cambio en el nivel. De modo que las cadenas de cero producen transiciones consecutivas en la señal, mientras que cadenas de unos produce largos periodos sin cambios en la señal. 30

73

Figura 2.40 Codificación NRZI 30

2.12.7 Señal de Sincronización (SYNC) Teniendo en cuenta que K y J representan respectivamente nivel bajo y nivel alto, el patrón de señal SYNC emitido, con los datos codificados, es de 3 pares KJ seguidos de 2K para el caso de velocidad media y baja (ver Fig. 2.41). Para velocidad alta es una secuencia de 15 pares KJ seguidos de 2K. El patrón de señal SYNC siempre precede al envío de cualquier paquete, teniendo como objetivo que el emisor y el receptor se sincronicen y se preparen para emitir y recibir datos, respectivamente. Si se parte del estado de reposo de la señal J, se interpreta SYNC como una secuencia impar de "0's" y un "1" que se inserta antes de los datos.30

Figura 2.41 Representación de la Señal de Sincronización30

2.12.8 Final de Paquete de datos del USB (EOP) A todo paquete le sigue un EOP, cuya finalidad es indicar el final del paquete. En el caso de velocidad media y baja el EOP consiste en que, después del último bit de datos en el cual la señal estará o bien en estado J, o bien en estado K, se pasa al estado SE0 durante el periodo que se corresponde con el ocupado por dos bits, finalmente se transita al estado J que se mantiene durante 1 bit. Esta última transición indica el final del paquete. En el caso de la velocidad alta se utilizan bits de relleno erróneos, que no están en el lugar correcto, para indicar el EOP. Concretamente, el EOP sin aplicar codificación consistiría en añadir al final de los datos la secuencia 0111 1111.30

74

2.13 Visual Basic 6.0

2.13.1 Introducción Visual Basic 6.0 es uno de los lenguajes de programación que más entusiasmo

despiertan entre los programadores de PCs, tanto expertos como novatos. En el

caso de los programadores expertos por la facilidad con la que desarrollan

aplicaciones complejas en poco tiempo (comparado con lo que cuesta programar

en Visual C++, por ejemplo). En el caso de los programadores novatos por el

hecho de ver de lo que son capaces a los pocos minutos de empezar su

aprendizaje. El precio que hay que pagar por utilizar Visual Basic 6.0 es una

menor velocidad o eficiencia en las aplicaciones 33.

Visual Basic 6.0 es una excelente herramienta de programación que permite crear

aplicaciones propias (programas) para Windows. Con ella se puede crear desde

una simple calculadora hasta una hoja de cálculo de la talla de Excel (en sus

primeras versiones...), pasando por un procesador de textos o cualquier otra

aplicación que se le ocurra al programador. Sus aplicaciones en Ingeniería son

casi ilimitadas: representación de movimientos mecánicos o de funciones

matemáticas, gráficas termodinámicas, simulación de circuitos, etc.

Este programa permite crear ventanas, botones, menús y cualquier otro elemento

de Windows de una forma fácil e intuitiva.

Visual Basic 6.0 es un lenguaje de programación visual, también llamado lenguaje

de 4ª generación. Esto quiere decir que un gran número de tareas se realizan sin

escribir código, simplemente con operaciones gráficas realizadas con el ratón

sobre la pantalla. Visual Basic 6.0 es también un programa basado en objetos,

aunque no orientado a objetos como C++ o Java. La diferencia está en que Visual

Basic 6.0 utiliza objetos con propiedades y métodos, pero carece de los

mecanismos de herencia y polimorfismo propios de los verdaderos lenguajes

orientados a objetos como Java y C++. 33

2.13.2 Programas secuenciales, interactivos y orientados a eventos Existen distintos tipos de programas. En los primeros tiempos de los ordenadores

los programas eran de tipo secuencial (también llamados tipo batch) Un programa

secuencial es un programa que se arranca, lee los datos que necesita, realiza los

cálculos e imprime o guarda en el disco los resultados. De ordinario, mientras un

programa secuencial está ejecutándose no necesita ninguna intervención del

usuario. A este tipo de programas se les llama también programas basados u

orientados a procedimientos o a algoritmos (procedural languages) 33.

75

Este tipo de programas siguen utilizándose ampliamente en la actualidad, pero la

difusión de los PCs ha puesto de actualidad otros tipos de programación.

Los programas interactivos exigen la intervención del usuario en tiempo de

ejecución, bien para suministrar datos, bien para indicar al programa lo que debe

hacer por medio de menús. Los programas interactivos limitan y orientan la acción

del usuario. Un ejemplo de programa interactivo podría ser Matlab.

Por su parte los programas orientados a eventos son los programas típicos de

Windows, tales como Netscape, Word, Excel y PowerPoint. Cuando uno de estos

programas ha arrancado, lo único que hace es quedarse a la espera de las

acciones del usuario, que en este caso son llamadas eventos.

El usuario dice si quiere abrir y modificar un fichero existente, o bien comenzar a

crear un fichero desde el principio. Estos programas pasan la mayor parte de su

tiempo esperando las acciones del usuario (eventos) y respondiendo a ellas. Las

acciones que el usuario puede realizar en un momento determinado son

variadísimas, y exigen un tipo especial de programación: la programación

orientada a eventos. Este tipo de programación es sensiblemente más complicada

que la secuencial y la interactiva, pero Visual Basic 6.0 la hace especialmente

sencilla y agradable. 33

2.13.3 Programas para el entorno Windows Visual Basic 6.0 está orientado a la realización de programas para Windows,

pudiendo incorporar todos los elementos de este entorno informático: ventanas,

botones, cajas de diálogo y de texto, botones de opción y de selección, barras de

desplazamiento, gráficos, menús, etc.

Prácticamente todos los elementos de interacción con el usuario de los que

dispone Windows pueden ser programados en Visual Basic 6.0 de un modo muy

sencillo. En ocasiones bastan unas pocas operaciones con el ratón y la

introducción a través del teclado de algunas sentencias para disponer de

aplicaciones con todas las características de Windows. 33

2.13.3.1 Modo de Diseño y Modo de Ejecución

La aplicación Visual Basic de Microsoft puede trabajar de dos modos distintos: en

modo de diseño y en modo de ejecución. En modo de diseño el usuario construye

interactivamente la aplicación, colocando controles en el formulario, definiendo sus

propiedades, y desarrollando funciones para gestionar los eventos. 33

76

La aplicación se prueba en modo de ejecución. En ese caso el usuario actúa sobre

el programa (introduce eventos) y prueba cómo responde el programa. Hay

algunas propiedades de los controles que deben establecerse en modo de diseño,

pero muchas otras pueden cambiarse en tiempo de ejecución desde el programa

escrito en Visual Basic 6.0, en la forma en que más adelante se verá 33.

También hay propiedades que sólo pueden establecerse en modo de ejecución y

que no son visibles en modo de diseño.

2.13.3.2 Formularios y Controles

Cada uno de los elementos gráficos que pueden formar parte de una aplicación

típica de Windows es un tipo de control: los botones, las cajas de diálogo y de

texto, las cajas de selección desplegables, los botones de opción y de selección,

las barras de desplazamiento horizontales y verticales, los gráficos, los menús, y

muchos otros tipos de elementos son controles para Visual Basic 6.0.

Cada control debe tener un nombre a través del cual se puede hacer referencia a

él en el programa. Visual Basic 6.0 proporciona nombres por defecto que el

usuario puede modificar. En el subtema 2.13.3.4 se exponen algunas reglas para

dar nombres a los distintos controles.

En la terminología de Visual Basic 6.0 se llama formulario (form) a una ventana.

Un formulario puede ser considerado como una especie de contenedor para los

controles. Una aplicación puede tener varios formularios, pero un único formulario

puede ser suficiente para las aplicaciones más sencillas. Los formularios deben

también tener un nombre, que puede crearse siguiendo las mismas reglas que

para los controles. 33

2.13.3.3 Objetos y Propiedades

Los formularios y los distintos tipos de controles son entidades genéricas de las

que puede haber varios ejemplares concretos en cada programa. En

programación orientada a objetos se llama clase a estas entidades genéricas,

mientras que se llama objeto a cada ejemplar de una clase determinada. Por

ejemplo, en un programa puede haber varios botones, cada uno de los cuales es

un objeto del tipo de control command button, que sería la clase.

Cada formulario y cada tipo de control tienen un conjunto de propiedades que definen su aspecto gráfico (tamaño, color, posición en la ventana, tipo y tamaño de letra, etc.) y su forma de responder a las acciones del usuario (si está activo o no, por ejemplo). Cada propiedad tiene un nombre que viene ya definido por el lenguaje. Por lo general, las propiedades de un objeto son datos que tienen valores lógicos (True, False) o numéricos concretos, propios de ese objeto y

77

distintos de las de otros objetos de su clase. Así pues, cada clase, tipo de objeto o control tiene su conjunto de propiedades, y cada objeto o control concreto tiene unos valores determinados para las propiedades de su clase. Casi todas las propiedades de los objetos pueden establecerse en tiempo de diseño y también -casi siempre- en tiempo de ejecución. En este segundo caso se accede a sus valores por medio de las sentencias del programa, en forma análoga a como se accede a cualquier variable en un lenguaje de programación. Para ciertas propiedades ésta es la única forma de acceder a ellas. Por supuesto Visual Basic 6.0 permite crear distintos tipos de variables, como más adelante se verá. Se puede acceder a una propiedad de un objeto por medio del nombre del objeto a que pertenece, seguido de un punto y el nombre de la propiedad, como por ejemplo optColor.objName. 33

2.13.3.4 Nombres de objetos

En principio cada objeto de Visual Basic 6.0 debe tener un nombre, por medio del cual se hace referencia a dicho objeto. El nombre puede ser el que el usuario desee, e incluso Visual Basic 6.0 proporciona nombres por defecto para los diversos controles. Estos nombres por defecto hacen referencia al tipo de control y van seguidos de un número que se incrementa a medida que se van introduciendo más controles de ese tipo en el formulario (por ejemplo VScroll1, para una barra de desplazamiento -scroll bar- vertical, HScroll1, para una barra horizontal, etc.). Los nombres por defecto no son adecuados porque hacen referencia al tipo de control, pero no al uso que de dicho control está haciendo el programador. Por ejemplo, si se utiliza una barra de desplazamiento para introducir una temperatura, conviene que su nombre haga referencia a la palabra temperatura, y así cuando haya que utilizar ese nombre se sabrá exactamente a qué control corresponde. Un nombre adecuado sería por ejemplo hsbTemp, donde las tres primeras letras indican que se trata de una horizontal scroll bar, y las restantes (empezando por una mayúscula) que servirá para definir una temperatura. Existe una convención ampliamente aceptada que es la siguiente: se utilizan siempre tres letras minúsculas que indican el tipo de control, seguidas por otras letras (la primera mayúscula, a modo de separación) libremente escogidas por el usuario, que tienen que hacer referencia al uso que se va a dar a ese control. La Tabla 2.11 muestra las abreviaturas de los controles más usuales, junto con la nomenclatura inglesa de la que derivan 33.

78

Tabla 2.11. Abreviaturas para los controles más usuales

33

2.13.3.5 Eventos

Ya se ha dicho que las acciones del usuario sobre el programa se llaman eventos. Son eventos típicos el clicar sobre un botón, el hacer doble clic sobre el nombre de un fichero para abrirlo, el arrastrar un icono, el pulsar una tecla o combinación de teclas, el elegir una opción de un menú, el escribir en una caja de texto, o simplemente mover el ratón. Más adelante se verán los distintos tipos de eventos reconocidos por Windows y por Visual Basic 6.0. Cada vez que se produce un evento sobre un determinado tipo de control, Visual Basic 6.0 arranca una determinada función o procedimiento que realiza la acción programada por el usuario para ese evento concreto. Estos procedimientos se llaman con un nombre que se forma a partir del nombre del objeto y el nombre del evento, separados por el carácter (_), como por ejemplo txtBox_click, que es el nombre del procedimiento que se ocupará de responder al evento click en el objeto txtBox 33.

2.13.3.6 Métodos

Los métodos son funciones que también son llamadas desde programa, pero a diferencia de los procedimientos no son programadas por el usuario, sino que vienen ya pre-programadas con el lenguaje. Los métodos realizan tareas típicas, previsibles y comunes para todas las aplicaciones. De ahí que vengan con el lenguaje y que se libere al usuario de la tarea de programarlos. Cada tipo de objeto o de control tiene sus propios métodos. Por ejemplo, los controles gráficos tienen un método llamado Line que se encarga de dibujar líneas rectas. De la misma forma existe un método llamado Circle que dibuja circunferencias y arcos de circunferencia Es obvio que el dibujar líneas

79

rectas o circunferencias es una tarea común para todos los programadores y que Visual Basic 6.0 da ya resuelta. 33

2.13.3.7 Proyectos y ficheros

Cada aplicación que se empieza a desarrollar en Visual Basic 6.0 es un nuevo proyecto. Un proyecto comprende otras componentes más sencillas, como por ejemplo los formularios (que son las ventanas de la interface de usuario de la nueva aplicación) y los módulos (que son conjuntos de funciones y procedimientos sin interface gráfica de usuario). Un proyecto se compone siempre de varios ficheros (al menos de dos) y hay que preocuparse de guardar cada uno de ellos en el directorio adecuado y con el nombre adecuado. Existe siempre un fichero con extensión *.vbp (Visual Basic Project) que se crea con el comando File/Save Project As. El fichero del proyecto contiene toda la información de conjunto. Además hay que crear un fichero por cada formulario y por cada módulo que tenga el proyecto. Los ficheros de los formularios se crean con File/Save Filename As teniendo como extensión *.frm. Los ficheros de código o módulos se guardan también con el comando File/Save Filename As y tienen como extensión *.bas si se trata de un módulo estándar o *.cls si se trata de un módulo de clase (class module). Clicando en el botón Save en la barra de herramientas se actualizan todos los ficheros del proyecto. Si no se habían guardado todavía en el disco, Visual Basic 6.0 abre cajas de diálogo Save As por cada uno de los ficheros que hay que guardar. 33

2.13.4 El entorno de programación Visual Basic 6.0 Cuando se arranca Visual Basic 6.0 aparece en la pantalla una configuración similar a la mostrada en la Figura 2.42. En ella se pueden distinguir los siguientes elementos: 33

1. La barra de títulos, la barra de menús y la barra de herramientas de Visual Basic 6.0 en modo Diseño (parte superior de la pantalla).

2. Caja de herramientas (toolbox) con los controles disponibles (a la izquierda de la ventana).

3. Formulario (form) en gris, en que se pueden ir situando los controles (en el centro). Está dotado de una rejilla (grid) para facilitar la alineación de los controles.

4. Ventana de proyecto, que muestra los formularios y otros módulos de programas que forman parte de la aplicación (arriba a la derecha).

80

5. Ventana de Propiedades, en la que se pueden ver las propiedades del objeto seleccionado o del propio formulario (en el centro a la derecha). Si esta ventana no aparece, se puede hacer visible con la tecla <F4>.

6. Ventana FormLayout, que permite determinar la forma en que se abrirá la aplicación cuando comience a ejecutarse (abajo a la derecha).

Figura 2.42. Entorno de programación de Visual Basic 6.033

.

Existen otras ventanas para edición de código (Code Editor) y para ver variables en tiempo de ejecución con el depurador o Debugger (ventanas Immediate, Locals y Watch). Todo este conjunto de herramientas y de ventanas es lo que se llama un entorno integrado de desarrollo o IDE (Integrated Development Environment). Construir aplicaciones con Visual Basic 6.0 es muy sencillo: basta crear los controles en el formulario con ayuda de la toolbox y del ratón, establecer sus propiedades con ayuda de la ventana de propiedades y programar el código que realice las acciones adecuadas en respuesta a los eventos o acciones que realice el usuario 33.

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Requerimientos necesarios para desarrollar una aplicación USB • Un microcontrolador o CI que soporte la interfaz USB.

• Un programa sobre el periférico para transmitir la información en cualquier

lenguaje de Programación. • Una computadora con puertos USB.

• Conocimientos en electrónica digital.

• Conocimientos en Microcontroladores.

• Herramientas para programar los Microcontroladores.

• Conocimiento en Redes de Microcontroladores.

• Teoría del Protocolo USB.

• Diseño de Hardware.

• Conocimientos en lenguaje de programación de Alto nivel.

• Conocimientos en Windows.

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. 34

CAPÍTULO 3 DISEÑO DEL PROTOTIPO

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3.1 Diseño y construcción de la etapa de adquisición de datos del esfigmomanómetro.

3.1.1 Selección del esfigmomanómetro.

En el mercado existen varios modelos de esfigmomanómetros empleados para la medición de la frecuencia cardiaca y la tensión arterial. Varios modelos de estos dispositivos fueron sujetos a procesos de validación en los cuales cada modelo fue probado por especialistas en altos estándares de desempeño. El programa de validación tuvo una serie de características únicas que están incluidas en la evaluación de la variabilidad entre dispositivo antes y después de 1 mes de uso en el hogar, y una nueva forma de análisis, llamada "clínica", basada en la posible influencia de tres grados de inexactitud del dispositivo en el manejo del paciente.

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El resultado fue que la mayoría fallaron las pruebas de variabilidad entre los dispositivos como son el 'Cuffless' CX-5 060020, el Systema Dr MI-150 y el Fortec Dr MI-100. Además de no llegar a la prueba de validación principal, no cumpliendo con los criterios establecidos por la Norma Nacional Americana para esfigmomanómetros electrónicos o automáticos. Entre los modelos aceptables para la medición de la presión arterial sistólica en los dos métodos de análisis, se encuentran Nissei Analogue Monitor, Philips HP5308 38,41. , y el diseñado por Microlife, empresa líder mundial en desarrollo y fabricación de equipos de diagnóstico médico para el control en el hogar y para uso institucional. Todos los dispositivos médicos de Microlife® están validados clínicamente y garantizan el nivel más alto de seguridad siendo resistentes y fáciles de usar. 39

Entre sus productos, se encuentra el esfigmomanómetro de muñeca modelo BP 3BU1-4 (Ver Fig. 3.1), el cual está certificado por la norma para instrumentos de medición NOM-009-SCFI-1993 (Norma Oficial Mexicana). Contando además con ESTÁNDARES INTERNACIONALES DE CALIDAD. (EN1060-1 / 12:95, EN1060-3 / 09:97, EN 60601-1-2, DIN 58130, NIBP, ANSI / AAMI SP10, NIBP, DIN 58130 / 1997 N6, UE 93/42/CEE). 41

Figura. 3.1 Esfigmomanómetro digital de MICROLIFE modelo BP 3BU1-4

El esfigmomanómetro digital BP 3BU1-4 es un aparato totalmente automático de medición de la tensión arterial para ser usado en la muñeca, que permite medir de

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forma fiable la tensión arterial sistólica y diastólica, así como el número de pulsaciones mediante el método de medición oscilométrico. (Véase capítulo 2) Los resultados de las mediciones de la tensión arterial, realizadas con este aparato, son equivalentes a los obtenidos por un observador experimentado usando el método de auscultación por brazalete/estetoscopio, dentro de los límites fijados por el Estándar Nacional Americano. El esfigmomanómetro cuenta con grandes ventajas y beneficios como son: • Reducción de dispersión debida al dispositivo • Reposo insuficiente antes de la medición • Reducción de influencias ocasionadas por la posición del brazalete • Precisión mejorada en versiones anteriores. • Diagnóstico seguro en la medición. • Ciclos de medición completos con una duración de 1.5 minutos. Este aparato cuenta con un manguito tipo WC1 13.5-19.5 cm, para una circunferencia de muñeca de 13.5 a 19.5 cm. 41

3.1.2 Adquisición de las señales obtenidas en la medición Debido a que el esfigmomanómetro digital está estandarizado y calibrado por el fabricante, no es conveniente abrirlo y alterar su funcionamiento interno, ya que esto compromete la veracidad de los datos medidos. 41

Como no es factible manipular los elementos internos del dispositivo, puesto que se invalida la garantía de calibración efectuada por el fabricante, por tal motivo se decidió adquirir las señales que llegan directamente del Display de Cristal Líquido (LCD) que es donde se muestra la medida numérica de la medición además que es la etapa final del proceso de medición y esto no afecta a las señales de alguna otra etapa anterior en donde se esté procesando la medición. Para poder obtener las señales entrantes a la LCD se diseño una placa donde se colocó la pantalla del dispositivo y se distribuyeron todas las terminales de la LCD, las cuales en total son 31. Estas terminales se asignaron de ―0‖ a ―15‖ para las primeras 16 señales y de ―0‘‖ a ―14‘‖ para las siguientes 15 (Ver Fig. 3.2).

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Figura 3.2 Placa con terminales 0 -15 y 0‘ – 14‘ de la LCD del esfigmomanómetro BP 3BU1-4

Con un analizador lógico de 15 canales se observaron todas las señales que entran a la LCD mostrada en la Fig. 3.3, permitiendo encontrar las formas de onda del pulso, la presión sistólica, y la presión diastólica.

Figura 3.3 Visualización de las formas de onda que entran a la LCD

Para lograr identificar las señales graficadas en el analizador lógico corresponden a los dígitos del ―0‖ al ―9‖ en la LCD del esfigmomanómetro, se analizaron con la numeración de la memoria, pues una de las funciones del esfigmomanómetro es que puede almacenar hasta 30 mediciones (pulso, sistólica y diastólica a la vez) en memoria para que el usuario pueda ver los datos guardados en la memoria permitiéndole desplazarse desde el registro 00 al registro 29 indicando en la pantalla en que número de registro se está visualizando; precisamente ese campo del número de registro de la memoria fue usado pues permitió manipular y visualizar uno a uno los dígitos que aparecían numéricamente en la LCD, así observar los cambios en las señales de la pantalla del analizador lógico respectivamente (Ver Fig. 3.4 a)).

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Figura 3.4 a) Número de Registros de memoria del Esfigmomanómetro correspondiente a los pines 0 al 3

Figura 3.4 b) Pantalla del analizador lógico

La terminal 13‘ se utiliza como señal de sincronización cada flanco de bajada, ya que otorga un ―1‖ lógico cada 8 bits, periodo que dura cada señal de cada terminal, ya que todas están formadas por palabras de 8 bits (Ver Fig. 3.4 b) y 3.5).

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Figura 3.5 Señal de prueba (Abajo) comparada con la señal de sincronización (Arriba)

Como se puede observar, las señales son palabras de 8 bits, con un periodo de 16 ms (milisegundos) con un intervalo de 2 ms por bit.

Figura 3.6 Ejemplo de par de señales que forman los números y su periodo de duración

De las señales que llegan a la LCD, se observó que un par de señales Di y Di+1(Ver Fig. 3.6) forman un número del cero al nueve en la LCD según sea la forma de las señales; siendo un patrón de forma constante para cada número (Ver Fig. 3.7).

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Figura 3.7 Señales que forman los números del 0 – 9 en la LCD.

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De acuerdo a la terminal de donde se adquieren las señales, depende de qué medida se trata, la ventaja es que las señales son consecutivas, por esa razón una señal es Di y la otra Di+1, siendo la ―i‖ variable de acuerdo a la terminal seleccionada. Como cada número que aparece en la LCD está formado por dos señales diferentes, dos terminales son asignadas para las unidades, dos para las decenas y dos para las centenas (Ver Tabla 3.1).

Tabla 3.1 Configuración de las terminales de la LCD del esfigmomanómetro

TERMINAL FUNCIÓN DIGITO EXTRA OCASIONES

0 MEMORIA DECENAS

1 MEMORIA DECENAS

2 MEMORIA UNIDADES

3 MEMORIA UNIDADES

4 PULSO DECENAS

5 PULSO DECENAS MÁS "1" LÓGICO EN EL 3er BIT CUANDO HAY CENTENAS

6 PULSO UNIDADES

7 PULSO UNIDADES MÁS "1" LÓGICO EN EL 3er BIT SIEMPRE

8 DIASTÓLICA CENTENAS

9 DIASTÓLICA CENTENAS

10 DIASTÓLICA DECENAS

11 DIASTÓLICA DECENAS

12 DIASTÓLICA UNIDADES

13 DIASTÓLICA UNIDADES

14 SISTÓLICA CENTENAS

15 SISTÓLICA CENTENAS

0' SISTÓLICA DECENAS

1' SISTÓLICA DECENAS

2' SISTÓLICA UNIDADES

3' SISTÓLICA UNIDADES

13'

SINCRONIZACIÓN PARA T0CK DEL PIC18F1320

De esta forma las terminales ―0‖ a ―3‖ forman parte de la memoria, con la ―0‖ y ―1‖ como las decenas y la ―2‖ y ―3‖ como unidades. Para la obtención del pulso se utilizan las terminales ―4‖ y ―5‖ para las decenas, y las ―6‖ y ―7‖ para las unidades. En el caso de que existieran centenas, se agrega un ―1‖ lógico en el tercer bit ―b3‖ de la señal en la terminal ―5‖ (Ver Fig. 3.7), solamente en el caso en el que la medida del pulso lleve centenas.

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Para el caso de la señal diastólica se utilizan las terminales de la ―8‖ a la ―13‖, con el primer par se obtienen las centenas, el par siguiente las decenas, y el último par las unidades. Finalmente para la medida sistólica se toma de las terminales ―14‖ y ―15‖ para las centenas, ― 0‘ ‖ y ― 1‘ ‖ para las decenas y ― 2‘ ‖ y ― 3‘ ‖ para las unidades. En la tabla anterior se anexa una señal de sincronización que se adquiere de la terminal ― 13‘ ‖ detectando sus flancos de bajada.

3.1.3 Amplificación y filtrado de las señales obtenidas en la medición

Al momento de medir las señales de las terminales con los canales analógicos del osciloscopio y no con sus canales lógicos, se obtienen señales con voltajes variables, que fluctúan entre 2.8 volts y 0 volts a comparación de las señales mostradas en la Fig. 3.4 b). Por lo que esta señal no es aplicable para ingresarla al microcontrolador, ya que entra en conflicto con los valores altos del 0 lógico, y puede llegar a interpretarlas como 1 lógico, lo cual provoca que los datos obtenidos sean erróneos respecto a los datos mostrados en la LCD.

Figura 3.8 señal que entrega el esfigmomanómetro a la LCD sin pasar por la memoria mostrando el nivel de ―1‖ lógico

En la Fig. 3.8 se observa la señal real que entrega el esfigmomanómetro alcanzando un voltaje de 4.4 volts para el 1 lógico, y se puede apreciar como varia la amplitud del voltaje para el cero lógico. Para lograr obtener una señal igual de limpia que la mostrada en la pantalla del analizador lógico, se realizó un arreglo con amplificadores operacionales para que se puedan mandar a 0 volts todos aquellos valores que deben corresponder al 0 lógico; Por lo que se utilizó un amplificador operacional de baja potencia LM324, haciendo un arreglo de un buffer y un comparador para cada señal utilizada.

91

Figura 3.9 Señal mostrando un nivel máximo de 2.8 volts correspondiente al 0 lógico

Como se indica con los cursores del osciloscopio en la Fig. 3.9 la señal con mayor amplitud que debe corresponder a 0 lógico tiene una amplitud de 2.8 volts, por consecuencia la referencia del comparador se fijo a un voltaje de 3.4 volts, para dar una zona de histéresis y asegurar que solo las señales de mayor amplitud a la referencia, corresponden al 1 lógico, evitando así conmutaciones indeseadas. Antes de entrar al comparador, se utiliza otro operacional LM324 como ―seguidor de voltaje‖. En esta configuración se utiliza como ―buffer‖, para eliminar el efecto de carga a las terminales de la LCD y del esfigmomanómetro (Ver Fig. 3.10). En este caso la tensión de salida será igual a la tensión de la entrada, y la impedancia de entrada del LM324 es alta por estar conectada a la entrada no inversora. 40

Vout = Vin (Formula 1)

Figura 3.10 Amplificador Operacional LM324 como seguidor de voltaje.

92

La salida del seguidor de voltaje se coloca hacia la entrada no inversora del amplificador operacional LM324 conectado como comparador. En efecto, si se configura como se ve en la Fig. 3.11, la salida será +5v ó 0v dependiendo de cuál de ellas sea la mayor en cualquier momento. Esta característica hace que un amplificador operacional sea útil como elemento para adaptar niveles lógicos. Matemáticamente, tenemos:

Vout = +5v si V1 > V2

Vout = 0v si V1 < V2

(Formula 2)

Figura 3.11 Amplificador Operacional LM324 como comparador

El arreglo de resistores en la entrada inversora sirve para crear un divisor de

tensión de 3.4 volts lo que permite que todo nivel de tensión menor a este valor se

mande a 0 lógico (Ver Fig. 3.12).

93

Figura 3.12 Señal obtenida después del búfer y del comparador con el amplificador operacional LM324 contra señal original proveniente de una terminar de la LCD. (Verde: señal original, Amarilla: señal a la salida del

comparador).

Ya que son obtenidas las señales lógicas con los niveles deseados de 0 y 1 que corresponden a las señales obtenidas en el analizador lógico (Ver Fig. 3.7), son enviadas a dos multiplexores CMOS MM74C150N. Estos pueden multiplexar 16 líneas digitales a una sola salida. Un código de 4 bits de dirección determina la entrada particular 1-16 la cual es dirigida a la salida pero de forma invertida. Los multiplexores se seleccionaron con tecnología CMOS porque se asegura que el 1 lógico tenga la misma amplitud que el voltaje de alimentación del multiplexor, y el 0 lógico sea de 0 volts. Estos niveles son necesarios para su compatibilidad con el microcontrolador de igual tecnología CMOS. Es necesario utilizar 2 multiplexores para adquirir las señales provenientes de las terminales Di y Di+1 para que sean enviadas al mismo tiempo hacia las entradas d0 y d1 del microcontrolador (Ver Fig. 3.13). Pese a que son 16 entradas lógicas las que son posibles de introducir a cada multiplexor, sólo se utilizan 8 de cada multiplexor, correspondiente a las señales decenas del pulso, unidades del pulso, centenas de la presión sistólica, decenas de la presión sistólica, unidades de la presión sistólica, centenas de la presión diastólica, decenas de la presión diastólica y unidades de la presión diastólica (posteriormente nombradas PD, PU, SC, SD, SU, DC, DD y DU respectivamente).

94

Figura 3.13 Señal obtenida (Abajo) después del Multiplexor y del inversor CMOS.

Como se explicó con anterioridad, el multiplexor MM74C150N invierte la señal que entrega a su salida, por lo tanto es necesario utilizar un inversor CMOS, para conservar los niveles lógicos; el MM74C903N invierte la señal de salida del multiplexor, obteniendo las señales Di y Di+1 en niveles lógicos estables de 0 volts y 5 volts. A continuación se muestra el diagrama eléctrico del circuito de adquisición de datos mostrados en la LCD encargado de acoplar los datos provenientes de las terminales del esfigmomanómetro a niveles lógicos de 0 volts y 5 volts; además de multiplexarlos de 16 señales a 2 señales llamadas Di y Di+1, como ya se describió en los párrafos anteriores.

95

Figura 3.14 Diagrama eléctrico del circuito multiplexor y adaptador de niveles lógicos de señales provenientes de la LCD

96

A la salida del circuito de la Fig. 3.14 se encuentra un conector llamado CONECTOR_OUTPUT compuesto por los pines de salida DI, DI+1 y T0CK (señal de sincronización), asimismo los pines de entrada llamados A, B, C y D para controlar la dirección en que se encuentran los dos multiplexores. La entrada de dicho circuito es el CONECTOR_INPUT conformado por 16 pines provenientes con las señales de la LCD y un pin de la señal de sincronización mostrada en la Fig. 3.5.

3.1.4 Circuito de Adquisición de datos y algoritmo Para la etapa final de la adquisición de datos se usa un microcontrolador que adquiera las señales provenientes de los pines DI y DI+1 del CONECTOR_DATOS bit por bit sincronizándose con los filos de bajada de la señal de sincronización, las convierta al número que le corresponda según la Fig. 3.7 y lo transmita en un formato de 4 bits en forma paralela al circuito maestro (Ver Fig. 3.15).

Figura 3.15 Diagrama a bloques de funciones de los circuitos de la Figura 3.14 y Figura 3.16

97

Figura 3.16 Diagrama eléctrico del MODULOSPHYGMO

El circuito de la Fig. 3.16 el conector CONTROLSPHYGMO tiene las terminales de salida B0, B1, B2 y B3 (B0 bit menos significativo y B3 bit más significativo) conforman la salida paralela del dato de 4 bits que se enviara al circuito maestro. La función de la terminal de entrada SW es para que cuando el circuito maestro coloque esta terminal a ―0‖ el esfigmomanómetro comenzara a tomar la medición de la sistólica, diastólica y pulso; por último la función de la terminal de entrada RST es poner en reset al circuito para que esté listo para una nueva medición. El microcontrolador utilizado es el PIC18F1320 ya que cuenta con las siguientes características:

1. Convertidor analógico a digital de 10 bits con 13 canales con tiempo programable de adquisición.

2. Detector de flancos de subida y de bajada. 3. 4 timers de 8 y 16 bits.

98

4. Consume poca corriente (Modos de bajo consumo de 150mA, 1 MHz, 2v como mínimo).

5. Oscilador con PLL máximo de 40 MHz.

6. Corriente por pin de 25 mA.

7. Amplio rango de operación de voltaje de 2 V(serie LF, dependiendo del

oscilador) a 5.5 V. 44

Además para beneficio del proyecto se pretende estandarizar todos los microcontroladores utilizados con este modelo para que todos posean las mismas características así como sus modos de operación, y que los costos se mantengan reducidos. A continuación se muestra el diagrama de flujo del algoritmo de adquisición de datos programado en el microcontrolador.

(a)

(b)

99

(c)

101

Figura 3.17 (a) (b) (c) y (d) Diagrama de flujo del algoritmo programado en el PIC18F1320

En la Fig. 3.17 (a) se presenta el programa principal del microcontrolador. Este se encarga de mantener al circuito en un estado pasivo, hasta el momento en que la variable ―SW‖ sea igual a 1, entonces inicializa la variable ―start‖ en 0 y luego de un retardo de 500 ms cambia ―start‖ a 1, esto dispara un relevador que funciona como botón de inicio en el esfigmomanómetro, comenzando así la adquisición de datos. La Fig. 3.17 (b) del diagrama de flujo muestra que se configura la mitad del puerto B del microcontrolador PIC como salida, el cual se encarga de mandar las direcciones de cuatro bits a los multiplexores, para que reciba las señales de los datos tomados por el esfigmomanómetro (Ver Fig. 3.7). La función ―adquiere‖ de la Fig. 3.17 (c) es la encargada de sincronizar la lectura de los datos provenientes del multiplexor para poderlos guardar en las variables tempm, y tempm1.

102

Una vez adquiridos los datos completos de 8 bits provenientes de cada multiplexor, el programa realiza la comparación de cada uno de los datos guardados con los datos conocidos que se obtuvieron (Ver Fig. 3.7), con la finalidad de determinar de qué valor numérico le corresponde (Ver Fig. 3.17 (d)). Una vez verificado si se trata de un valor numérico conocido se incrementa el contador ―contm‖. Esta operación se repite hasta que se han identificado cada uno de los dígitos de cada medición.

103

3.2 Diseño y construcción del medidor de Temperatura.

3.2.1 Análisis para la medición de la Temperatura Corporal La temperatura corporal (Véase capítulo 2, subtema 2.5.4) es el equilibrio entre la producción de calor por el cuerpo y su pérdida, para la medición de la temperatura corporal se pueden utilizar diferentes tipos de termómetros (Véase capítulo 2, subtema 2.5.4.1), para el desarrollo del medidor de temperatura se utilizó el principio de los termómetros electrónicos, estos son fáciles de usar, miden la temperatura corporal de forma rápida y precisa en la boca, oído, axila o en el recto; las mediciones oral y axilar exigen espera un periodo aproximado de cinco minutos para obtener un resultado confiable. Se debe tomar en cuenta que la temperatura rectal tiende a ser 0.5 a 0.7 °C mayor que la temperatura sublingual y la temperatura axilar tiende a ser 0.5 °C menor que la temperatura sublingual (Véase capitulo 2,subtema 2.5.4.1), inclusive existen termómetros por infrarrojos que hacen posible la medición sin contacto el cual mide la temperatura a través de la utilización de señales infrarrojas, este último tipo de medidor es el que mejor se adapta para que la que la medición de la temperatura corporal sea de forma rápida y no sea necesario tener contacto directo con el paciente, convirtiendo al medidor en una forma higiénica de medir la temperatura, la parte del cuerpo que mejor se acomoda a la toma de esta medición es la frente del paciente ya que es de fácil acceso, la frente es un lugar adecuado para sustituir a las mediciones tradicionales mencionadas con anterioridad como son: boca, axila , oído o el recto; el sensor no toma directamente la temperatura interna del paciente como fuese el caso de un medidor tradicional (Véase capítulo 2, subtema 2.5.4.1), el sensor mide la temperatura de la piel, teniendo que tener en cuenta un factor de corrección para igualar la temperatura interna.

3.2.2 Selección y Características generales del Sensor de Temperatura El sensor MLX90614 se construye a partir de 2 chips desarrollados y fabricados por Melexis: • El detector de infrarrojos termopila MLX81101 • El acondicionamiento de señales ASSP MLX90302, especialmente

diseñado para procesar la salida del sensor de infrarrojos. Gracias al amplificador de bajo ruido, alta resolución de 17 bits ADC y una potente unidad DSP MLX90302 de alta precisión y resolución, se logra la capacidad de un termómetro. El objeto calculado y la temperatura ambiente están disponibles en la memoria RAM del MLX90302 con resolución de 0.01 ° C. Son accesibles por el protocolo de 2 hilos en serie compatibles con el protocolo SMBus (Véase capítulo 2, tema 2.10), (0.02 ° C de resolución) o por medio de PWM de 10-bits (Modulación por ancho de pulso).

104

El MLX90614 viene calibrado de fábrica en amplios rangos de temperatura: -40 a 125 °C para la temperatura ambiente y -70 a 382.2 °C en la temperatura del objeto (Ver Tabla 3.2). El valor medido es la temperatura media de todos los objetos en el campo de visión del sensor. El MLX90614 ofrece un nivel de precisión de ± 0.5 º C en torno a la temperatura ambiente. Una versión especial para aplicaciones médicas existe ofreciendo una precisión de ± 0.1 º C en un rango limitado de las temperaturas en torno a la temperatura del cuerpo humano, con ello nos permite tener una medida más precisa, garantizando que el valor medido es realmente el de la temperatura corporal (Ver Fig. 3.18 y Fig. 3.19). Es muy importante para el diseño de la aplicación, entender que estas precisiones sólo se garantizan y alcanzan cuando el sensor se encuentra en equilibrio térmico y en condiciones isotérmicas (no hay diferencias de temperatura a través del paquete de sensores). La precisión del termómetro puede ser influida por las diferencias de temperatura en el paquete inducida por causas similares (entre otras): la electrónica en caliente detrás del sensor, calentadores / enfriadores detrás o al lado del sensor o por un objeto frío / calor muy cerca del sensor que no sólo calienta el elemento de detección en el termómetro, sino también el paquete del termómetro. Melexis ha introducido la versión XCX del MLX90614. En estos MLX90614-XCX, los gradientes térmicos (Véase capítulo 2, tema 2.9.1, Infrarrojos) se miden internamente y la temperatura medida se compensa por ellos. De esta manera, el XCX-versión del MLX90614 es mucho menos sensible a los gradientes térmicos, pero el efecto no se elimine por completo. Por tanto, es importante evitar las causas de los gradientes térmicos tanto como sea posible, o para cubrir el sensor de ellos. Como estándar, el MLX90614 está calibrado para una emisividad (Véase capítulo 2, tema 2.9.1, Infrarrojos) objeto de 1. (Puede ser personalizado para cualquier otra emisividad en el rango 0.1-1.0). El estándar PWM de 10-bit es configurado para transmitir continuamente la temperatura del objeto medido para un rango de temperatura de -20 objeto a 120 ° C con una resolución de salida de 0.14 ° C. El termómetro está disponible en 2 opciones de suministro de voltaje: 5V compatible o 3V (batería) compatible. Un filtro óptico corta el flujo radiante visible y cercano infrarrojo se integra en el paquete para proporcionar inmunidad ambiente y la luz del sol. La banda de paso de longitud de onda de este filtro óptico es de 5.5 hasta 14μm. 42

105

Figura 3.18 Sensor MLX90614 utilizado para la medición de la temperatura corporal

Figura 3.19 Distribución de los pines del sensor MLX90614

106

El sensor MLX90614 cuenta con todas las especificaciones de precisión aplicables en virtud de condiciones isotérmicas solamente. La precisión del sensor MLX90614 se muestra en la siguiente figura (Ver Fig. 3.20):

Figura 3.20 Precisión preliminar de MLX90614 (Ta, To)

107

El campo de visión (FOV) del sensor MLX90614 es de 0º a 90º se elige este campo de visión para poder garantizar la toda de frente del paciente sea medida por el sensor y no tenga el error de medición por movimiento del paciente (Ver Fig. 3.21).

Figura 3.21 Campo de visión (FOV) del sensor MLX90614

El sensor MLX90614ESF-AAA de la familia MLX90614 es un sensor que proporciona características eficientes como mecanismo de detección de la temperatura corporal de un paciente, ya que este modelo en especial tiene un rango de temperatura adecuado para la medición de la temperatura corporal, así como una zona puntual de medición, permitiendo tener menor error en la toma de la temperatura. La comunicación entre el microcontrolador y el sensor es a través de la Interfaz de 2 hilos SMBus.

108

Tabla 3.2 Características generales de operación del sensor de temperatura MLX90614

Parámetro Símbolo Mínimo Típico Máximo Unidad

Suministros

Voltaje de Alimentación

VDD 4.5 5 5.5 V

Corriente de Alimentación

IDD - 1 2 mA

Corriente de Alimentación (Programando)

IDDpr - 1.5 2 mA

Interfaz de 2 hilos SMBus

Entrada Alta de Voltaje

VIH 1.8 2 2.2 V

Entrada Alta de Voltaje (Ta,V)

VIH(Ta,V) 1.6 - 2.4 V

Entrada Baja de Voltaje

VIL 0.7 1.0 1.3 V

Entrada Baja de Voltaje (Ta,V)

VIL(Ta,V) 0.5 - 1.5 V

Salida Baja de Voltaje

VOL - - 0.2 V

Dirección del Esclavo

SA - 5Ah - hex

Solicitud de SMBus

tREQ 1.024 - - ms

Tiempo de espera, baja

Timeout,L - - 30 ms

Tiempo de espera, subida

Timeout,H - - 50 ms

Reconocer el tiempo de preparación del dispositivo Maestro

Tsuac(MD)

0.5 - 1.5 us

Reconocer tiempo de retención del dispositivo Maestro

Thdac(MD)

1.5 - 2.5 us

Reconocer el tiempo de preparación del dispositivo Esclavo

Tsuac(SD)

2.5 - - us

Reconocer tiempo de retención del dispositivo Esclavo

Thdac(SD)

1.5 - - us

109

3.2.3 Algoritmo y diagrama eléctrico del medidor de temperatura corporal

Para poder generar el algoritmo del medidor de temperatura corporal, se analizó más a detalle los requerimientos del protocolo SMBus (Véase capítulo 2, tema 2.10) para el sensor MLX90614 y así generar la comunicación entre el sensor y el microcontrolador PIC18F1320, ya que este microcontrolador no cuenta con este estándar de comunicación. Se utilizó este microcontrolador para unificar cada módulo con un mismo microcontrolador.

Los requerimientos del protocolo SMBus para el sensor MLX90614 se mencionan a continuación.

3.2.3.1 SMBus protocolo de 2-hilos

La interfaz SMBus es un protocolo de 2-hilos, que permite la comunicación entre el dispositivo maestro (MD) y uno o varios dispositivos esclavo (SD). En el sistema de un solo maestro puede ser presentado en un momento dado. El MLX90614 sólo se puede utilizar como un dispositivo esclavo. En general, el MD inicia el comienzo de la transferencia de datos mediante la selección a un SD a través de la dirección del esclavo (SA). El chip soporta un protocolo en serie de 2 hilos, en los pines PWM / SDA y SCL: • SCL – entrada digital, usado como reloj para la comunicación SMBus

compatibles. • PWM / SDA – Entrada / salida digital, utilizado tanto para la salida PWM de

la temperatura del objeto medido (s) o la entrada / salida digital para el SMBus.

Figura 3.22 Conexión SMBus del sensor MLX90614

110

3.2.3.2 Protocolo BUS

Figura 3.23 SMBus elementos clave de paquetes

Después de cada 8 bits recibidos por la SD un ACK / NACK se lleva a cabo. Cuando el MD inicia una comunicación, primero envía la dirección del esclavo y sólo el SD que se reconoce la dirección ACK, el resto permanecerá en silencio. En caso de que el SD NACKs uno de los bytes, el MD debe detener la comunicación y repetir el mensaje. Un NACK podría ser recibido después de la PEC. Esto significa que hay un error en el mensaje recibido y el MD debería tratar de enviar el mensaje de nuevo. Para poder leer una palabra en el protocolo SMBus se utiliza la siguiente secuencia (Ver Fig. 3.24):

Figura 3.24 SMBus formato de lectura.

111

Para poder escribir una palabra en el protocolo SMBus se utiliza la siguiente secuencia (Ver Fig. 3.25):

Figura 3.25 SMBus formato de escritura.

3.2.3.3 Sincronización Las sincronizaciones específicas SMBus del MLX90614 son (Ver Fig. 3.26): • Solicitud de SMBus (tREQ) es el tiempo que el SCL debe forzar a niveles

bajos para cambiar desde el modo PWM MLX90614 al modo de SMBus. • Tiempo de espera L es el tiempo máximo permitido para SCL a ser nivel

bajo. Después de este tiempo el MLX90614 se restablecerá la comunicación y su bloque estará listo para una nueva comunicación.

• Tiempo de espera H es el tiempo máximo permitido para SCL a ser nivel alto durante la comunicación. Después de este tiempo MLX90614 restablecerá la comunicación asumiendo que el bus está inactivo (de acuerdo con la especificación SMBus).

• Tsuac (SD) es el tiempo después de la octava caída de borde SCL MLX90614 que obligará a PWM / SDA nivel bajo a reconocer el último byte recibido.

• Thdac (SD) es el tiempo después del borde novena caída de SCL MLX90614 que dará a conocer el PWM / SDA (por lo que el MD puede continuar con la comunicación).

• Tsuac (MD) es el tiempo después del borde octava caída de SCL que MLX90614 lanzará PWM / SDA (de modo que el MD puede reconocer el último byte recibido).

• Thdac (MD) es el tiempo después del borde novena caída de SCL MLX90614 que tomará el control del PWM / SDA (para que pueda continuar con el siguiente byte a transmitir).

112

Figura 3.26 Sincronización SMBus

3.2.3.4 Memoria RAM La ubicación de la medición de la temperatura corporal medida al paciente se encuentra dentro de la memoria RAM (Ver Tabla 3.3), esta puede ser leída mediante su ubicación que para el caso es la que se encuentra en la dirección 007h como se muestra en la siguiente tabla.

42

Tabla 3.3 Direcciones de la memoria RAM para la lectura de la medición del sensor MLX90614

113

3.2.3.5 Conversión de la temperatura. Para poder convertir el valor hexadecimal que proporciona el sensor en 16 bits, se considera el valor de la resolución por cada valor hexadecimal como se muestra a continuación:

Como el valor a obtener se requieren en grados Celsius, se hace la conversión de grados Kelvin a Celsius, con la siguiente relación:

(Formula 3)

Por lo tanto para obtener el valor en grados Celsius que proporciona el sensor MLX90614, se considera la siguiente fórmula:

(Formula 4)

Donde:

tempC= Valor medido por el sensor MLX90614 en grados Celsius.

tempHex= Valor medido por el sensor MLX90614 en hexadecimal.

0.02= Resolución del sensor MLX90614 en ºK.

273.16= Factor de conversión de ºK a ºC.

100=Consideración para obtener los decimales en el microcontrolador.

Considerando el protocolo SMBus de 2 hilos para el sensor MLX90614 explicado anteriormente; a continuación se muestra el diagrama de flujo del algoritmo para el microcontrolador del medidor de temperatura corporal (Ver Fig. 3.27 a) y b)).

114

Main

Sw=0

Retardo = 10 seg

Toma 9 veces el

valor hexadecimal

de la temperatura

MemRead()

Retardo

Se obtiene el

promedio

hexadecimal de

los valores

obtenidos

Se convierte el valor hexagesimal

a ºC mediante la formula:

tempC=((tempHex*0.02)-

273.16)*100

temp=tempC/1000;

dig1=temp;

temp=(tempC%1000)/100;

dig2=temp;

temp=(tempC%100)/10;

dig3=temp;

Start=0

LATB=dig1;

retardo=1 seg

LATB=dig2;

retardo=1 seg

LATB=dig3;

retardo=1 seg

LATB=0;

while(1);

No

Si

No

Si

a)

MemRead()

Envía el bit

START

Envía la dirección

del esclavo (Slave

Address)

¿El esclavo

responde con un

ACK ?

Envía el bit STOP

Envía command

¿El esclavo

responde con un

ACK ?

Reenvía el bit

START

Reenvía la

dirección del

esclavo (Slave

Address)

¿El esclavo

responde con un

ACK ?

Lee el dato del

byte bajo

El master envía un

ACK

Lee el dato del

byte alto

El master envía un

ACK

El master envía un

ACK o NACK

Envía el bit STOP

Fin

No

No

No

Si

Si

Si

b)

Figura 3.27 a) b) Diagramas de Flujo del algoritmo para la medición de la temperatura corporal

115

La Fig. 3.27 a) es el programa principal que en un principio mantiene al circuito de la Fig. 3.30 en estado inactivo hasta que el microcontrolador maestro mande por el puerto ―SW‖ del conector del módulo de temperatura la instrucción de comenzar (variable sw = 1), para que posteriormente espere diez segundos (tiempo para que el paciente estabilice su posición), después de haber esperado este tiempo el sensor entra en la rutina MemRead(), la cual es la encargada de adquirir el valor de la temperatura 9 veces por medio del protocolo SMBus. Una vez estando el algoritmo dentro de la función ―MemRead()‖ (Ver Fig. 3.27 b)) se genera el protocolo SMBus, primero escribimos la dirección esclavo al sensor, posteriormente generamos el intervalo de tiempo del bit start y stop mediante las variables mSDA_HIGH, mSCL_HIGH, mSDA_LOW, mSCL_LOW definidos por el protocolo SMBus, después se genera la comunicación entre el sensor y el microcontrolador mediante las funciones TX_byte(unsigned char Tx_buffer), send_bit(unsigned char bit_out), RX_byte(unsigned char ack_nack), Receive_bit(void) ;en estas funciones se genera el protocolo marcado para obtener el valor medido por el sensor siguiendo lo marcado por el protocolo SMBus (Véase subtema 3.2.3.2), una vez que se obtiene 9 veces el valor de la temperatura en hexadecimal, se obtiene un promedio de estas mediciones para reducir el error de medición, este valor es guardado en una variable llamada tempHex, que posteriormente es convertido a un valor decimal mediante la fórmula tempC=((tempHex*0.02)-273.16)*100.00; este valor decimal es divido en decenas, unidades y un valor decimal y guardadas en las variables dig1,dig2 y dig3, posteriormente entrara en un bucle de espera hasta que el circuito Maestro le envíe por el puerto ―START‖ la instrucción de salir del bucle (variable ―start‖ = ―1‖); posteriormente se enviaran los dato de las variables dig1,dig2 y dig3 por el puerto B del microcontrolador (terminales B0 – B3) al circuito Maestro de manera separada puesto que máximo se pueden enviar 4 bits a la vez. La conexión del sensor MLX90614 con el microcontrolador se lleva a cabo a través de la conexión de dos pines de propósito general RC3y RC4 de la familia PIC18, así como la conexión de dos resistencias de pull-up R1 y R2 que se conectan a Vdd, SCL y SDA respectivamente. La utilización de C1y C2 es para la reducción del ruido de conmutación. Los componentes R1, C3, C4 y Y1 se utilizan para el oscilador del microcontrolador (Ver Fig. 3.28). 45

116

Figura 3.28 Conexión típica entre el sensor MLX90614 y un microcontrolador PIC18F

Considerando que el PIC18F1320 utilizado en el módulo de temperatura no contiene los pines de propósito general mencionados anteriormente (Ver Fig. 3.29), se tuvo que generar el protocolo SMBus para la comunicación entre el sensor y el PIC18F1320.

Figura 3.29 Diagrama eléctrico de conexión del sensor MLX90614

117

Figura 3.30 Diagrama eléctrico del circuito medidor de temperatura corporal

El diagrama eléctrico de la Fig. 3.30 se basa en lo propuesto por el fabricante descrito en la Fig. 3.28, las terminales OUTPUT son la interconexión con el circuito maestro llamado MODULOTEMPERATURA. El circuito difiere de los demás módulos solo en la utilización del oscilador, que para los demás módulos es de 10MHz, y para el módulo de temperatura es de 11.0592MHz, este cambio es por sugerencia del fabricante para garantizar la sincronización entre el microcontrolador y el sensor MLX90614, este pequeño cambio tuvo una consecuencia en la exactitud de los retardos de base 1ms utilizados en la sincronización entre el circuito maestro y el módulo de temperatura, pero esto no afecto para nada este proceso de sincronización ya que tenemos retardos de 1.000088s.

118

3.3 Diseño y construcción del medidor de Frecuencia Respiratoria.

3.3.1 Análisis de la Mecánica ventilatoria y principio básico de funcionamiento del medidor de frecuencia respiratoria. La frecuencia respiratoria (Véase capítulo 2, subtema 2.5.3) es determinada por el número de respiraciones que realiza una persona por minuto. La respiración consta de dos fases, una activa (inspiración) y una pasiva (espiración). En la primera participan el músculo diafragma y los músculos intercostales, mientras que la segunda depende de la elasticidad pulmonar. Durante la inspiración la contracción del diafragma tira de las superficies inferiores de los pulmones hacia abajo. Mientras que durante la espiración el diafragma se limita a relajarse y es el retroceso elástico de los pulmones, de la pared torácica y de las estructuras abdominales el que comprime a los pulmones. Los músculos que tiran la caja torácica hacia abajo durante la espiración son (Ver Fig. 3.31):

1. Rectos abdominales, que tienen el efecto poderoso de tirar hacia abajo las

costillas inferiores a la vez que junto con los restantes músculos

abdominales, comprimen el contenido abdominal hacia arriba contra el

diafragma

2. Los intercostales internos. 11

Figura 3.31 Expansión y contracción de la caja torácica

Basándose en el método manual de medición de la frecuencia respiratoria (Véase capítulo 2, subtema 2.5.3.1), por ser una medición no invasiva al paciente; se ha decidido utilizar un inflable que está sujeto a una presión de aire interna constante, al momento de que el paciente realiza la espiración como consecuencia de la

119

mecánica ventilatoria provoca un aumento en la presión en el inflable que es detectada por un sensor de presión y por tanto considerada como una respiración (Ver Fig. 3.32 y Fig. 3.34).

Figura 3.32 Principio básico del funcionamiento del medidor de frecuencia respiratoria

Para detectar la variación de presión dentro del inflable se usa un sensor de presión de tipo manométrico, el MPX5010 de Freescale (Ver Fig. 3.33).

Figura 3.33 Modelos de sensores de presión de la serie MPX

http://www.freescale.com/webapp/sps/site/prod_summary.jsp?code=MPXx5010

120

Figura 3.34 Prototipo del medidor de frecuencia respiratoria

3.3.2 Selección y Características generales del Sensor de Presión

La serie de transductores piezorresistivos MPxx5010 de Freescale Semiconductor, son producto del arte de sensores de presión monolíticos de silicio diseñados para una amplia gama de aplicaciones, pero sobre todo las que emplean a un microcontrolador o microprocesador con entradas Analógico / Digital. Este transductor combina avanzadas técnicas para proporcionar una gran precisión y alto nivel de salida de señal analógica que es proporcional a la presión aplicada que detecta el sensor. 43

El funcionamiento de los sensores de presión de la serie MPX está basado en el diseño patentado del calibrador de fuerza. La serie MPX utiliza tecnología de Microsistemas Electromecánicos (MEMS), además de un único elemento piezorresistivo implantado en un diafragma de silicio que sensa la tensión mecánica inducida en el diafragma por una presión externa (Véase capítulo 2, subtema 2.7.1). Específicamente se utiliza el modelo manométrico ya que estos utilizan la presión atmosférica como referencia, un lado del sensor está abierto a la atmósfera. Dentro de las principales características de este sensor se encuentran:

1. Económicos.

2. Trabaja con 5 volts.

3. Rango de temperatura de operación amplio.

4. Son compensados

5. Corrigen errores por temperatura y presión externa.

6. Sus principales aplicaciones son en camas de hospitales, sistemas de

respiración y procesos de control. 42

121

El sensor MPX5010 es un sensor que proporciona características eficientes como mecanismo de detección de variaciones de presión generadas por la mecánica ventilatria de un paciente, ya que cuenta con un amplio rango de presión útil para el sensado de la respiración, además cuenta con un tiempo de respuesta, un tiempo de estabilización y una sensibilidad eficaz que permiten interactuar entre el paciente y un microcontrolador para el conteo de respiraciones por minuto; asimismo cuenta con un rango amplio de temperatura de operación que permite usarlo en un ambiente hospitalario disminuyendo la causa de error generada por la temperatura.

Tabla 3.4 Características generales de operación del sensor de presión MPX5010

Característica Mínimo Típico Máximo Unidad

Rango de Presión

0 - 10 kPa

Voltaje de Alimentación

4.75 5.0 5.25 Vdc

Corriente de Alimentación

- 5.0 10 mAdc

Voltaje de Salida @5.0Vdc

4.475 4.7 4.925 Vdc

Corriente de Salida

@5.0Vdc - 0.1 - mAdc

Temperatura de operación

-40 - 125 ºC

Sensibilidad - 450 - mV/kPa

Tiempo de respuesta

- 1.0 - ms

Tiempo de estabilización

- 20 - ms

122

La respuesta de salida de conversión del sensor MPX5010 con respecto a la diferencia de presión es lineal y tiene pequeñas variaciones si la fuente de alimentación sufre un cambio de tensión, permitiendo tener un control más dinámico y con menos errores de los datos obtenidos (Ver Fig. 3.35).

Figura 3.35 Voltaje de salida vs Diferencia de presión

La función de transferencia que utiliza el sensor MPX5010 contempla la tensión de alimentación, la diferencia de presión medida, el error de presión así como el factor de temperatura (Ver Fig. 3.36 y Fig. 3.37), esta función es representada por la siguiente ecuación: (Formula 5)

Figura 3.36 Factor de error de la temperatura

123

Figura 3.37 Factor de error de la presión

3.3.3 Idea básica para la adquisición del número de respiraciones por

minuto La idea básica para obtener el número de respiraciones, consiste en sostener mediante una caja de madera un inflable con una presión constante, y se pueda ejercer un cambio de presión mediante una compresión causada por un dedo, esta compresión simula el movimiento de exhalación de la caja torácica y con ello se pueda medir el cambio de presión generada, esta variación de presión se convierte en valores numéricos de respiraciones por minuto y enviadas a una LCD para su mejor visualización y análisis (Ver Fig. 3.38).

Figura 3.38 Ejemplo de funcionamiento del medidor de frecuencia respiratoria.

Las variaciones de presión en el inflable son detectadas por un microcontrolador PIC18F1320 mediante la utilización del convertidor analógico/digital, estos datos son interpretados y visualizados en una LCD que muestra la presión que hay en el inflable en mmHg, y el número de veces que se ejerce una variación de presión,

124

estos datos son indispensables para el análisis del cambio de presión (Ver Fig. 3.39).

Figura 3.39 Datos obtenidos y mostrados en la LCD.

Aunque la medida del sensor MPX5010 está dada en KPa de fábrica; se cambio esta unidad por mmHg, ya que los mmHg proporcionan un mayor rango de números que permiten tener una mejor visualización de las variaciones de presión que se hacen en el inflable; la relación de cambio está dada por la siguiente equivalencia:

Si el sensor tiene una máxima detección de presión de 10kPa, entonces 10kPa en mmHg es igual a:

Por lo tanto, la sensibilidad del sensor para la toma de los datos ha cambiado y ahora la sensibilidad será:

(Formula 6)

El convertidor analógico/digital (AD) del microcontrolador es de 10 bits por lo que

tiene una capacidad de ( ) y su voltaje de alimentación es de 5Vdc, por lo tanto la resolución de la conversión AD será:

125

(Formula 7)

Una vez conocida la resolución de la conversión AD se puede conocer de manera manual cual será el resultado de la conversión AD. Por ejemplo, si el voltaje de entrada al convertidor AD fuera de 3Vdc, el resultado de la conversión AD sería de:

(Formula 8)

Para poder conocer a cuantos mmHg equivale el resultado de la conversión AD es necesario realizar la siguiente operación:

(Formula 10)

Basándose en las mediciones de presión mostradas en la LCD, se procedió a encontrar la diferencia de presión interna del inflable que existe sin comprimirlo contra la presión que tiene al comprimirlo.

126

La presión interna constante del inflable para este caso se estableció en 22.0mmHg como se muestra en la Fig. 3.39, pero después de varias pruebas presionando el inflable una y otra vez se notó que la presión interna aumentaba a 24.0mmHg o un poco mas; por lo que se estableció que una compresión sería detectada cada vez que la presión variara la siguiente diferencia:

(Formula 11)

constresp = 2mmHg

Donde:

presiondif = 2mmHg = diferencia de la presión – presionant.

presionant = 22mmHg = presión registrada antes de comprimir el inflable.

presión = 24mmHg = presión registrada al comprimir el inflable.

constresp = constante establecida para determinar si el globo es comprimido o no.

Teniendo en cuenta que al comprimir el inflable con un dedo se generaba un aumento de 2mmHg o más (dependiendo de la compresión ejercida), se generó un algoritmo para el microcontrolador que incrementará un contador siempre y cuando presiondif fuese mayor igual a constresp. De esta manera cada presión ejercida con el dedo sobre el inflable era representativa a la presión ejercida por la caja torácica (Ver Fig. 3.40 y Fig. 3.41).

127

Mide Presión

presiondif >= constresp

valor de presión medido

en Vdc ingresa al

convertidor AD del

microcontrolador

presion =

(75 * resultado de Conversión AD / 1023 ) en mmHg

El MPX5010 mide la presión del

inflable entregandola a su

salida en Vdc

presiondif =

presion - presionant

Aumenta contador

de respiraciones

Muestra datos en

la LCD

Figura 3.40 Diagrama de Flujo del algoritmo para contar respiraciones por minuto (Idea Básica).

128

Figura 3.41 Diagrama eléctrico de circuito de prueba para medidor de frecuencia respiratoria

129

3.3.4 Sistema mecánico para transferir movimiento de caja torácica al inflable. Una vez funcionando la circuitería y el algoritmo que detecta el número de compresiones como se muestra en la Fig. 3.38; se procedió a diseñar un sistema mecánico conformado por una pieza de fibra de vidrio diseñada con forma del tórax anterior de un adulto promedio (Ver Fig. 3.42) y un sistema de suspensión capaz de transferir el movimiento generado en la mecánica ventilatoria a un solo punto del inflable (Ver Fig. 3.43).

Figura 3.42 Modelo de la pieza de fibra de vidrio con forma del tórax anterior de un adulto promedio

Figura 3.43 Modelo del mecanismo de suspensión.

Una vez modelado todo el sistema mecánico, se procedió a mandar a cortar y perforar algunas piezas de nylamid (Piezas de color gris y amarillo de la Fig. 3.43) para que el sistema fuera más liviano; y únicamente se utilizó aluminio y tornillería para hacer todos los soportes y rieles (Piezas de color morado, verde y rojo de la Fig. 3.43). Cuando se contó con todas las piezas se procedió a ensamblar y probar con el circuito del tema 3.3.3 como se muestra en la Fig. 3.41.

130

Figura 3.44 Modelo del sistema mecánico para transferir movimiento de caja torácica al inflable

Figura 3.45 Sistema mecánico para transferir movimiento de caja torácica al inflable

Para medir las respiraciones por minuto fue necesario colocar todo el sistema a la altura del tercio distal del tórax y el emiabdomen superior abarcando el apéndice xifoides y el músculo recto anterior del abdomen (ver Fig. 3.46), exactamente como se colocó el inflable en la Fig. 3.32.

131

Figura 3.46 Anatomía de la superficie de las paredes torácica y abdominal

3.3.5 Algoritmo y diagrama eléctrico del medidor de frecuencia respiratoria

Una vez probado todo el sistema mecánico, circuitería y programa del microcontrolador (Ver Figs. 3.40, 3.44 y 3.45) se decidió ya no enviar los datos de la medición a la LCD (Ver Fig. 3.39), sino modificar un poco el algoritmo y circuito para que el circuito maestro ahora se encargue de controlar el encendido y apagado del medidor de frecuencia respiratoria; además de recibir el dato de la frecuencia respiratoria enviado por el microcontrolador del circuito del medidor de frecuencia respiratoria (Ver Fig. 3.47).

132

Figura 3.47 Diagrama eléctrico del circuito del medidor de frecuencia respiratoria

Puesto que el circuito del medidor de frecuencia respiratoria se modificó para que ahora sea controlado por el circuito maestro el cual se explicará más adelante, el algoritmo del microcontrolador tuvo que cambiar. A continuación se muestra el nuevo diagrama de flujo del algoritmo para el microcontrolador de frecuencia respiratoria (Ver Fig. 3.48 a) b) c)):

133

Main

sw=1

retardo = 5 seg

medir_respiracion();

return()

no

si

medir_respiracion()

valor de presión

medido en Vdc

ingresa al convertidor

AD del

microcontrolador

cont60seg++

convierteAD();

cont60seg = 30000

dec=frec_resp/10

uni=frec_resp%10

start=0

LATB=dec;

retardo=1seg

LATB=uni;

while(1);

nono

sisi

2ms

convierteAD()

presion=convAD*75*10/1023

flagresp=1 flagstart=1 presion>=max contperiodo>0

presionant=presion

flagresp=1

retfie()

Presiondif=presion-presionant

presionant=presion

presindif>=constresp

max=presionant+constresp

flagstart=1

contperiodo++

retfie()

frec_resp++;

contperiodo=0;

si si si

si

no

no no no

no

si

Figura 3.48 a) b) c) Diagrama de flujo del algoritmo del medidor de frecuencia respiratoria

La Fig. 3.48 a) es el programa principal el cual únicamente tiene las funciones de mantener al circuito de la Fig. 3.47 en estado inactivo hasta que el microcontrolador maestro mande por el puerto ―SW‖ del conector MODULORESPIRACION la instrucción de comenzar (variable sw = 1), para que posteriormente espere cinco segundos (tiempo para que el paciente estabilice su posición) y luego ponga en funcionamiento la interrupción de rutina

a) b)

c)

134

―medir_respiracion()‖ que se llevará a cabo cada 2ms a partir de ese momento durante 60 segundos. Una vez estando el algoritmo dentro de la interrupción ―medir_respiracion()‖ (Ver Fig. 3.48 b) estará preguntando cada que se ejecute la interrupción por el contador ―cont60seg‖ si ya han transcurrido 60 segundos (2ms X 30000 = 60 segundos); si no ha llegado a cont60seg=30000 entonces entrara a la función ―convierteAD()‖ (Ver Fig. 3.48 c); pero en el caso contrario entrara en un bucle de espera hasta que el circuito master le envíe por el puerto ―START‖ del conector MODULORESPIRACION la instrucción de salir del bucle (variable ―start‖ = ―1‖); luego separa la cantidad de respiraciones por minuto, guardando en la variable ―dec‖ el digito de las decenas y en la variable ―uni‖ el digito de las unidades para posteriormente enviar el dato de ambas variables por el puerto B del microcontrolador (terminales B0 – B3 del conector MODULORESPIRACION) al circuito maestro de manera separada puesto que máximo se pueden enviar 4 bits a la vez y la cantidad de respiraciones puede ser mayor a 4 bits. Por último la función ―convierteAD‖ (Ver Fig. 3.48 b) que es la parte más importante del algoritmo, es la encargada de hacer la cuenta de las respiraciones por minuto dependiendo de las variaciones de presión ejercidas en el inflable debidas a mecánica ventilatoria del paciente y se explica a continuación: Cada que entra en ejecución esta función el primer paso es convertir el valor de la variable convAD (variable que tiene el resultado de la conversión A/D del voltaje proveniente de la terminal VOUT del conector MPX5010GC6U/C6T1, ver Fig. 3.47) a mmHg y almacenarlo en ―presion‖, posteriormente el uso de la bandera ―flagresp‖ es para asignar a la variable ―presionant‖ el valor de ―presion‖ (este paso se hace únicamente la primera medición), una vez que ―flagresp = 1‖ procede a preguntar si ―flagstart=1‖; la función de esta bandera es controlar que no se comiencen a contar las respiraciones por minuto hasta que se halla asignado cual será la presión de referencia de una respiración del paciente (esto debido a que cada paciente ejerce una presión distinta sobre el inflable al momento de exhalar); cuando ―flagstart=1‖ la función de los últimos bloques es comenzar a contar las respiraciones cada que la presión detectada por el sensor sea mayor-igual a la respiración de referencia.

135

3.4 Diseño y funcionamiento del circuito Maestro

3.4.1 Propósito del circuito eléctrico Maestro El circuito maestro es el encargado de controlar el encendido, restablecimiento, adquisición y almacenamiento temporal de datos del Esfigmomanómetro, medidor de frecuencia respiratoria y medidor de temperatura; así como el envío de los dados adquiridos de los tres módulos de medición ya mencionados hacia una computadora personal con una aplicación en excusión desarrollada en Visual BASIC a través de la interfaz USB2SER.

136

3.4.2 Diseño del Circuito eléctrico Maestro

Figura 3.49 Diagrama Eléctrico del Circuito Maestro

137

La Fig. 3.49 muestra el conexionado del circuito Maestro; el cual utiliza como oscilador un cristal de 10MHz y dos capacitores cerámicos de 22pF (Ver Hoja de especificaciones PIC18F4620) para poder generar ciclos de máquina de 100ns (debido a que se uso la función de Phase - Locked Loop para aumentar la frecuencia del oscilador a 10MHz x 4 = 40MHz) y por tanto crear retardos e interrupciones de 1ms más fácil y exactamente.

(Formula 12)

Otra conexión hecha en el circuito maestro es la sección de filtrado de rizo de CA de la fuente de voltaje de 5VCD causado por defectos propios de la fuente de CD y por el efecto de carga generado por los circuitos conectados, la cual consta de un capacitor electrolítico de 10000 µF y dos capacitores cerámicos de 100nF, además de garantizar mantener 5VCD estables a la salida de la fuente de CD para proveer alimentación a todos los circuitos mencionados a lo largo de este capítulo. Una vez estabilizado el voltaje de CD, se incorporo un regulador de voltaje ajustable LM317 para proveer 3VCD al esfigmomanómetro y sustituir el uso de baterías AA que utilizaba originalmente; cabe mencionar que como resistencia variable para ajustar el LM317 a 3VCD se utilizo un trimpod de 10KHz debido a su exactitud en su valor resistivo, a continuación se muestra el valor calculado para ajustar el trimpod para garantizar 3VCD a la salida del LM317 basándose en lo especificado en la hoja de datos del LM317:

(Formula 13)

Donde:

138

Como la RTRIMPOT es la resistencia que se tiene que ajustar en el Trimpot para obtener 3VDC a la salida del LM317, se procedió a despejar RTRIMPOT:

(Formula 14)

Por lo tanto la resistencia que se ajusto en el TRIMPOT fue de aproximadamente 6810 para obtener 3VCD en la terminal SPHYGMOSUPPLYOUTPUT de la Fig. 3.49. Por otra parte existen dos LEDs, LEDON y LED DATOS incluidos en la Fig. 3.49; la función de LEDON es fungir como indicador visual de que el circuito master se encuentra alimentado con 5VDC así como los circuitos del Esfigmomanómetro, medidor de frecuencia respiratoria y medidor de temperatura que se conectan a la misma fuente de alimentación de 5VCD ya estabilizada; la función de LED DATOS es de indicador visual en el momento de transmitir datos desde el Circuito Maestro hacia el circuito USB2SER. Los conectores CONTOLSPHYGMO, MODULOTEMPERATURA, MODULORESPIRACION y MODULOUSB2SER; cumplen la función de terminales de interconexión entre el circuito Maestro y los distintos medidores de signos vitales además del módulo USB2SER; quedando configurados los pines del microcontrolador correspondientes a esas terminales como entradas o salidas según lo establecido en el programa fuente cargado al microcontrolador del circuito maestro.

3.4.3 Interfaz USB entre el circuito Maestro y Computadora Personal El circuito utilizado para la interfaz USB fue el convertidor USB a serial FTDI FT232BM (USB2SER), debido a que es una manera fácil de interconectar una computadora personal a un microcontrolador por que transforma la información del puerto USB de la computadora a señales de nivel lógico Tx y Rx que pueden ser conectadas directamente a los pines Rx y Tx seriales de cualquier microcontrolador respectivamente. Para la computadora el USB2SER aparecerá como un puerto COM virtual y para el microcontrolador aparecerá como una señal serial verdadera de 3.3v – 5v.

139

El circuito USB2SER es alimentado desde el puerto USB de la computadora a través del cable USB (Ver Fig. 3.50, Fig. 3.51 y Fig. 3.52). 46

Figura 3.50 Adaptador USB – serial USB2SER

Figura 3.51 Diagrama eléctrico general de conexión PC a USB2SER – microcontrolador a USB2SER propuesto por Parallax, Inc.

141

3.4.4 Diagramas de flujo del algoritmo del Circuito Maestro

Main

Poner a cero todos los pines SW

para mantener apagados los

equipos de medición:

sw_sphyg = 0

sw_resp = 0

sw_tempe = 0

Poner a uno todos los pines RST

para asegurar de que no haya

reset en ningún equipo hasta

que sea necesario:

rst_sphyg = 1

rst_resp = 1

rst_tempe = 1

rst_master = 1

LEDDATOS se mantiene

apagado

RCREG == ‘1'

Leer Buffer RCREG del receptor

del puerto serial

Poner a uno todos los pines SW

para encender los equipos de

medición:

sw_sphyg = 1

sw_resp = 1

sw_tempe = 1

Encender LEDDATOS por

500ms para indicar que se a

recibido la indicación de

encendido y se han encendido

los equipos de medición.

Poner a cero todos los pines SW

y apaga LEDDATOS:

sw_sphyg = 0

sw_resp = 0

sw_tempe = 0

LEDDATOS =0

sino

retardo = 75 segundos


500ms para indicar que

inicializará la adquisición de

datos medidos.

datos_sphy ();

while(1);

a)

Figura 3.53 a), b), c) y d) Diagrama Eléctrico flujo del algoritmo del Circuito Maestro.

142

datos_sphy();

contsphy ==8

Retardo = 2.5 segundos

Para que se restaure el

esfigmomanómetro para una

nueva medición futura.si

rst_sphy = 0 para restaurar el

MODULOSPHYGMO a su

configuracion inicial.

Indicar al Modulo de respiracion

que envié su dato medido de la

frecuencia respiratoria:

start_resp = 1

datos_resp ();

start_resp=0;

retardo: 250ms

Tiempo necesario para adquirir y

transmitir el dato de la frecuencia

respiratoria a la PC

rst_resp = 0 para restaurar el

MODULORESPIRACION a su


retardo = 250ms

Indicar al Modulo de

Temperatura que envié su dato

medido de la temperatura

corporal:

start_tempe = 1

datos_tempe ();

start_tempe=0;

retardo: 250ms

Tiempo necesario para adquirir y

transmitir el dato de la

temperatura corporal a la PC

rst_tempe = 0 para restaurar el

MODULOTEMPERATURA a su


retardo = 250ms

rst_master = 0 para restaurar el

Circuito Maestro a su


retardo = 1 segundo

rst_master =1

Main

retardo = 750ms


250ms para indicar envió de

dato hacia la PC

datossphy[contsphy] =

PORTB & 0X0F

datossphy[contsphy]==0b0000

Poner ‗0‘ en el buffer TXREG del

transmisor del puerto serial.

contsphy++




contsphy++




contsphy++




contsphy++




contsphy++




contsphy++




contsphy++




contsphy++




contsphy++




contsphy++

no

si

si

si

si

si

si

si

si

si

si

no

no

no

no

no

no

no

no

no

no

no

Poner ‗e‘ en el buffer TXREG del


contsphy++

1s

1s

b)

143

datos_resp();

contresp < 2

retardo = 500ms



dato hacia la PC

datosresp[contresp] =

PORTD & 0X0F

datosresp[contresp]==0b0000



contresp++




contresp++




contresp++




contresp++




contresp++




contresp++




contresp++




contresp++




contresp++




contresp++

si

si

si

si

si

si

si

si

si

si

no

no

no

no

no

no

no

no

no

no



contresp++

1r

Return;

1r

no

si

c)

144

datos_tempe();

conttempe < 3

retardo = 500ms



dato hacia la PC

datostempe[conttempe] =

PORTD & 0XF0

datostempe[conttempe]==0b0000



conttempe++




conttempe++




conttempe++




conttempe++




conttempe++




conttempe++




conttempe++




conttempe++




conttempe++




contresp++

si

si

si

si

si

si

si

si

si

si

no

no

no

no

no

no

no

no

no

no



contresp++

1t

Return;

1t

no

si

d)

145

La Fig. 3.53 a) es el programa principal del algoritmo del circuito maestro, en un principio mantiene el reset de todos los módulos e inclusive el reset del circuito maestro. Además de encargarse de indicarle a las terminales SW de los circuitos de mantener apagados a todos los equipos de medición. Posteriormente comienza un bucle de lectura del datos enviado por la PC a través del USB2SER, y únicamente podrá salir de este bucle cuando el valor recibido sea ‗1‘; cuando el bucle se logre romper debido a que se cumplió la condición entonces le mandará a todos los circuitos de medición la indicación de comenzar a medir poniendo las terminales SW a uno y encendiendo a LEDDATOS por un tiempo de 500ms. A partir de este momento cada circuito de medición de signos vitales comenzara a hacer su trabajo basándose en su propio algoritmo cargado individualmente a cada microcontrolador; cada algoritmo incluye una acción en respuesta a las ordenes se SW y RST enviadas por el microcontrolador Maestro. Este algoritmo dejara pasar un retardo de 75 segundos, que es el tiempo promedio que el esfigmomanómetro tarda en hacer la medición del pulso y la presión arterial del paciente; y mientras en paralelo a este tiempo se toma la medida de la frecuencia respiratoria durante 60 segundos. Al transcurrir los 75 segundos se enciende LEDDATOS por 500ms para indicar que ya han transcurrido los 75 segundos y que va a comenzar la adquisición por parte del microcontrolador maestro de los datos medidos por el MODULOSPHYGMO, MODULOTEMERATURA y MODULORESPIRACION. EL primer medidor de signos vitales que enviara sus datos medidos al microcontrolador maestro será el microcontrolador del MODULOESPHYGMO; en la Fig. 3.53 b) se muestra como el circuito maestro adquiere los datos del módulo del esfigmomanómetro por medio de la función datos_sphy(). La función datos_sphy es descrita en la Fig. 3.53 b) en donde si la constante constsphy es menor a 8 (en un rango de 0 – 7), se recibirá y enviara un digito a la vez cada 1000ms (pulso: 2 dígitos, diastólica: 2 dígitos y sistólica: 2 dígitos). El dato de 4 bits proveniente del MODULOSPHYGMO recibido en el Puerto B del microcontrolador Maestro es almacenado en el bufer de su puerto serial RCREG, comparado en diez condiciones para convertirlo de un dato de 4 bits a un carácter y por ultimo enviado por la terminal TX hacia la terminal RX del USB2SER el cual se encargara de enviarlo hacia la PC. Cuando contsphy llegue a 8, entonces procederá poner a cero el pin RST de la terminal de MODULOSPHYGMO para resetear a dicho módulo durante 2.5 segundos para que quede listo para una nueva medición. El siguiente paso consiste en indicarle al MODULORESPIRACION que envíe el dato de la medición de frecuencia respiratoria al microcontrolador maestro al poner START a uno y mandar a llamar inmediatamente a la función datos_resp(); para adquirir los 2 datos de 4 bits provenientes resultantes de la medición de la frecuencia respiratoria. Al terminar la función datos_resp() se vuelve a poner a START a cero; se genera un retardo de 250 ms y se procede a poner rst_resp a 0

146

para restaurar al microcontrolador del MODULORESPIRACION para que vuelva a tomar una medición hasta que sw_resp vuelva a ser uno. El procedimiento para adquirir los datos del MODULOTEMPERATURA es el mismo procedimiento llevado a cabo para el MODULORESPIRACION a diferencia que para el dato de la medición de la temperatura corporal se adquieren 3 datos de 4 bits. El funcionamiento del algoritmo de la función datos_resp() de la Fig. 3.53 c) y de la función datos_tempe() de la Fig. 3.53 d) es igual que el algoritmo de la función datos_sphy descrita en la Fig. 3.53 b) en la parte de cuando contsphy es menos a 8, la única diferencia entre el algoritmo de la Fig. 3.53 b), 3.53 c) y 3.53 d) es el nombre y máxima cuenta de los contadores contsphy < 8, contresp < 2 y conttempe < 3 respectivamente.

147

3.5 Software de Priorización Para poder desarrollar el algoritmo del software de priorización en Visual Basic 6.0 (Ver capitulo 2, subtema 2.13), fue necesaria la elaboración de una tabla de signos vitales, esta tabla fue desarrollada por la Dra. Martha Gabriela Rivera Olvera para poder saber que valores de los signos vitales son los adecuados para determinar la urgencia del paciente, y así poder marcar el color del triage adecuado para su priorización (Ver Capitulo 2, subtema 2.3).

3.5.1 Tabla de signos vitales La siguiente tabla contiene los rangos de los signos vitales que clasifican la prioridad de la atención médica, ya que las diferentes patologías son capaces de afectar la estabilidad de dichos signos reflejando la gravedad de la enfermedad. Se incluye en esta tabla la escala de Glasgow que proporciona una medida cuantitativa del nivel de conciencia del paciente, resultando de la suma de tres área evaluadas en forma independiente (apertura ocular, respuesta verbal y motora), detectando así trastornos neurológicos desde lesiones menores a severas. Los valores de esta tabla se tomaron de tablas previas que clasifican la gravedad de un padecimiento, como son tablas de ATLS (Avanzado de apoyo vital en trauma), guías para manejo de urgencias, el APACHE II, guías para el manejo de hipertensión, Trauma score, entre otras. (Dra. Martha Gabriela Rivera)

148

Tabla 3.5 Tabla de signos vitales para la priorización de los pacientes según el Sistema Triage.

SIGNO CLASIFICACIÓN DE RANGOS

Tensión arterial sistólica

0 – 49 mmHg

1, 2

50 – 69 mmHg

1, 2

70 – 89 mmHg

1, 2, 20, 21, 22, 30 90 – 179 mmHg

1, 3, 6, 7, 8, 17

90 – 129 mmHg

1, 3, 6, 7, 8, 17

220 - & mmHg

6, 2,9, 17

180 – 219 mmHg

3, 6, 7, 8, 9,17, 18

Tensión arterial diastólica

0 – 40 mmHg

7

41 – 49 mmHg

2, 7

50 – 59 mmHg

7, 20, 21, 30 60 – 109 mmHg

3, 6, 7, 8

60 – 84 mmHg

3, 6, 8

120 - & mmHg

6, 9, 17, 18

110 – 119 mmHg

3, 6, 7, 8, 9, 17

Frecuencia respiratoria

0 – 9 x min

4, 2, 1

10 x min

5

11 – 13 x min

5 14 – 24 x min

2, 4, 5

14 – 20 x min

2, 4, 5 41 - & x min

2

31 – 40 x min

2, 15, 16, 20, 21, 22

25 – 30 x min

2, 19

Frecuencia cardiaca

0 – 40 x min

2

41 – 54 x min

2

55 – 59 x min

2, 19

60 – 99 x min

5

60 – 90 x min

5 180 - & x min

2, 11

140 – 179 x min

2, 11

100 – 139 x min

2, 14, 15, 16, 19, 22,

30

Temperatura

0 – 29.9 ° C

4, 10

30 – 33.9 ° C

4, 10, 22

34 – 35.9 ° C

4, 10, 31 36 – 38.9°C

2 (con FC de 60 a

150)

36 – 37.4°C

3

41 ° C - &

2

39 – 40.9°C

2 (con FC 60 a 150)

14, 15, 22

Escala de Glasgow

3 – 8

4, 12, 13, 19, 23, 24

9 – 12

4, 12, 13, 22, 23

13 – 14

4, 13, 19, 20, 21, 22,

23, 24

15

4, 13

15

4, 13

3.5.2 Desarrollo del software de priorización

Antes de desarrollar el algoritmo de priorización fue necesario establecer la forma (Ver capitulo 2, subtema 2.13.4) de la pantalla principal del software de priorización (Ver Fig. 3.54) y así como la comunicación entre la interfaz USB (USB2SER) entre la computadora vía software, para establecer la comunicación del USB2SER fue necesario la utilización de la función especial de Visual Basic llamada MSComm, para poder utilizar el COM virtual establecido por la interfaz USB2SER (Ver subtema 3.4.3). Una vez que se introduce el número del puerto al software, este enviara un mensaje confirmando que el puerto está abierto y pueden enviarse los datos a través de la interfaz USB2SER. Ya que la comunicación entre el microcontrolador y la computadora vía USB2SER está establecida, se desarrollo el programa encargado de priorizar a los pacientes.

149

A continuación se muestra la forma de la pantalla principal del software de priorización y el diagrama de flujo del algoritmo de priorización de pacientes, programado en Visual Basic 6.0.

Figura 3.54 Forma de la Pantalla principal del software de priorización durante la programación.

150

USB

Se ingresa el

número de puerto

a utilizar

Se configura

internamente el

puerto COM a

38400,N,8,1

Se envía un

mensaje de que el

puerto esta abierto

Se habilitan los

botones

necesarios para

comenzar a medir

los signos

Ejecuta la

función USB

Return

Main

¿Se dio clic en

―Medir Signos

Vitales‖?

Envía Sw=1 al

circuito maestro

Limpia los campos de los signos

vitales, escala de Glasgow y

resultado Triage e inhabilita el

boton ―Medir Signos Vitales‖

Espera 75 seg. para que

se midan los signos vitales

Durante 10 seg. recibe por el

puerto COM con intervalos de

500ms los valores enviados

por el circuito maestro del

modulo sphygmomanometro,

los concatena y los guarda en

la variable datossphy





modulo respiración, los

concatena y guarda en la

variable datosresp





modulo temperatura, los

concatena y los guarda en la

variable datostempe

Se separan los valores de

datossphy y se guardan en

las variables

pulsos,diastolica y sistolica.

Se separan los valores de

datostempe y se guardan en

las variables enterotemp y

decimaltemp

Los valores son colocados en

sus respectivas cajas de texto

(sys, dia, resp, pulso, temp),

que indican los valores

medidos de cada signo vital

Se guarda el valor de

datosresp en respiración

¿Se han

escogido todas

los campos de la

Escala de

Glasgow?

Envía un recordatorio,

de que falta completar

Escala de Glasgow

5

1

glas=puntos

acumulados de la

Escala de Glasgow

Habilita el botón ―Medir

Signos Vitales‖ y esta

listo para volver a tomar

los signos vitales

Si

No

Si

No

151

1

sys>=0 & sys<=49

sys>=220

Pone en color rojo el resultado

triage, así como la caja de texto sys

dia>=0 & dia<=40

dia>=120

resp>=1 & resp<=9

resp>=41

pulso>=0 &

pulso<=40

pulso>=190

Pone en color rojo el resultado

triage, así como la caja de texto dia

Pone en color rojo el resultado triage,

así como la caja de texto resp


así como la caja de texto pulso

temp>=0 &

temp<=29.9

glas>=3 & glas<=8


así como la caja de texto temp


así como la caja de texto glas

2

5

Si

No

Si

No

Si

No

Si

No

Si

No

Si

No

Si

No

Si

No

Si

No

Si

No

152

2

sys>=50 & sys<=69

sys>=180 &

sys<=219

Pone en color naranja el resultado


dia>=41 & dia<=49

dia>=110 &

dia<=119

resp=10

resp>=31 &

resp<=40

pulso>=41 &

pulso<=54

pulso>=140 &

pulso<=189




triage, así como la caja de texto resp


triage, así como la caja de texto pulso

temp>=30 &

temp<=32.9

glas>=9 & glas<=12


triage, así como la caja de texto temp


así como la caja de texto glas

3

5

temp>=41.6

Si

No

Si

No

Si

No

Si

No

Si

No

Si

No

Si

No

Si

No

Si

No

Si

No

Si

No

153

3

sys>=70 & sys<=89

sys>=150 &

sys<=179

Pone en color amarillo el resultado


dia>=50 & dia<=59

dia>=90 & dia<=109

resp>=11 &

resp<=13

resp>=21 &

resp<=30

pulso>=55 &

pulso<=59

pulso>=100 &

pulso<=139




triage, así como la caja de texto resp



temp>=33 &

temp<=35.9

glas>=13 &glas<=14


triage, así como la caja de texto temp


triage, así como la caja de texto glas

4

5

temp>=39 &

temp<=41.5

Si

No

Si

No

Si

No

Si

No

Si

No

Si

No

Si

No

Si

No

Si

No

Si

No

Si

No

154

4

sys>=129 &

sys<=139

Pone en color verde el resultado


dia>=80 & dia<=89

pulso>=90 &

pulso<=99





temp>=37.5 &

temp<=38.9

Pone en color verde el resultado triage,

así como la caja de texto temp

Pone en color azul el resultado triage,

así como la caja de texto sys, dia,

resp, pulso, temp y glas

5

temp>=36 &

temp<=37.4

Si

No

Si

No

Si

No

Si

No

Si

No

Figura 3.55 Algoritmo del software de priorización.

El algoritmo de la Fig. 3.55 empieza a ejecutarse cuando el usuario da clic en ―Medir Signos Vitales‖, el programa limpia los campos de los signos vitales y regresa al estado inicial todos los botones principales, así como bloquea el botón ―Medir Signos Vitales‖ (ver figura 3.54 y 3.56) para que no haya error en la toma de otra medición, posteriormente el programa envía un 1 lógico al circuito maestro por medio de la variable Sw, este valor le indica al circuito maestro que empiece a mandar los valores necesarios a cada módulo de medición de signos vitales, mientras el circuito maestro toma y guarda los valores de las mediciones de los signos, el software se espera 75 segundos hasta que finalice el circuito maestro la toma de los signos, pasando los 75 segundos, el software revisa por 10 segundos el puerto COM, para recibir los valores del módulo del esfigmomanómetro enviado por el circuito maestro cada 1 segundo, para garantizar que el valor sea recibido por el software se toma el valor en intervalos de 500ms; este principio se utilizo también para obtener los valores de los módulos de respiración y temperatura, para el módulo de respiración se revisa el puerto por 3 segundos, para el módulo de temperatura se revisa por 4 segundos, conservando el principio de un intervalo de 500ms ya que el circuito maestro para todos los valores los envía cada 1 segundo.

155

Una vez que los datos son guardados en las variables correspondientes, datossphy, datosresp y datostempe; es necesario separar los valores de cada signo vital, y darle forma al valor obtenido, esto es debido a que se reciben los valores en forma serial, los valores son concatenados para su recepción. Para separar los valores del la presión sistólica, diastólica y el pulso, se utiliza una función que separa la cadena de caracteres, una vez separada cada valor medido por el esfigmomanómetro son guardadas en variables independientes sys, dia y pulsos; los valores de la respiración son guardados directamente a la variable resp, ya que los valores recibidos no son necesarios separarlos; para el caso de la temperatura, son separados en entero y decimal ya que el valor de la temperatura contiene un decimal, fue necesario separarlo, para colocar el punto decimal por medio del software. Una vez que los valores fueron separados y guardados en las variables, son mostradas en sus respectivas cajas de texto, para poder ser leídas por el usuario, es importante aclarar que para que el software empiece a utilizar el algoritmo de priorización es necesario que todos los campos sean llenados, esto es para hacer comparación de todos los valores y garantizar el color de Triage adecuado, por ello si la escala de Glasgow no es llenada, ya que este parámetro tiene que ser proporcionado por el usuario(que no es el caso para los signos vitales que se toman automáticamente), el programa enviara un recordatorio al usuario para que a complete este parámetro, que es importante para la priorización; una vez que todos los parámetros están completos, se empieza a hacer comparación de los valores obtenidos para obtener el color de Triage adecuado según los datos, esta comparación está basada en la tabla de signos vitales (Ver subtema 3.5.1), para poder seleccionar el color se hace una comparación de valores empezando por el color de más alta prioridad y terminando con el color de menor prioridad, para cada color de priorización, esto es empezar por los valores de la sistólica roja, hasta escala de Glasgow roja, posteriormente se compara el valor de sistólica naranja hasta escala de Glasgow naranja, esto es igual para el color amarillo, se compara el valor de sistólica amarillo hasta escala de Glasgow amarillo, para el caso del color y verde, es diferente ya que sus parámetros son muy similares al color azul, lo que se hace es comparar los valores del color verde si ninguno de ellos es, se compara el valor de temperatura azul, si este valor es verdadero automáticamente todos los valores serán azules. Una vez que el software determina que uno de los signos vitales o todos, están dentro de algún parámetro de comparación el color marcado por el algoritmo es mostrado en el resultado Triage; es importante decir que la comparación la hace a ciclos de máquina muy rápidos, ya que utiliza como base el procesador de la computadora, así que una vez que los signos vitales son tomados, y la escala de Glasgow sea llenada, el color de priorización será inmediatamente mostrado al usuario (Ver Fig. 3.57).

156

La siguiente figura muestra la pantalla principal que vera el usuario del software de priorización.

Figura 3.56 Pantalla principal que vera el usuario del software de priorización en estado inicial.

157

Figura 3.57 Ejemplo de pantalla principal que vera el usuario del software de priorización mostrando la medición de signos vitales, escala de Glasgow y el resultado del Triage.

158

3.6 Diseño y construcción del mueble de signos vitales y la ubicación de los dispositivos de medición.

3.6.1 Diseño del mueble El mueble está diseñado en base a las medidas antropométricas conocidas, lo que permite que la altura y posición donde son tomados los datos del paciente sean adecuadas. Para poder conocer la altura, profundidad y ancho que debe de tener el mueble se utilizó un programa para obtener la estimación antropométrica dependiendo de la estatura de las personas, este programa fue desarrollado en la Universidad de federal de Juiz de Fora – engenharia de producao en Brasil, por Eduardo Breviglieri Pereira de Castro. 48

El software ―Antroprojeto‖ permite estimar las dimensiones de una persona sentada o de pie dependiendo de su estatura. Con estos datos, se decidió trabajar en un rango que considerara a personas de 1.40 a 1.90 de estatura (Ver Fig. 3.58 y Fig. 3.59).

Figura 3.58 Estimación de medidas antropométricas para una persona de 1.40 m de estatura estando sentada,

con el programa Antroprojeto. 48

159

Figura 3.59 Estimación de medidas antropométricas para una persona de 1.90 m de estatura estando sentada,

con el programa Antroprojeto. 48

Ya con las medidas obtenidas con el programa anterior, se prosiguió a desarrollar un modelo preliminar en 3d para visualizar cómo quedaría construido el mueble con ayuda de otro software de nombre Rhinoceros, el cual brinda una perspectiva adecuada de las dimensiones en cuanto a profundidad, largo y ancho del mueble.

160

Figura 3.60 Idea principal del mueble diseñado y modelado en 3D con el programa Rhinoceros 4.0.

La profundidad está considerada tomando la longitud de las piernas y los brazos de una persona que se en encuentre sentada, considerando el rango de mayor estatura, por lo que la profundidad es de 45 cm. Con esto se garantiza que haya suficiente espacio para las piernas de una persona que mida 1.90 m de estatura en el momento que esté haciendo uso del aparato. Para determinar el ancho del mueble también se consideró el rango de mayor estatura utilizando la distancia que hay entre un hombro y otro, proporcionado por el programa de estimación antropométrica. De estos datos se determina que el ancho adecuado del mueble es de 50 cm, agregando 7.5 cm en caso de que una persona sumamente obesa haga uso del aparato (Ver Fig. 3.60). En el caso de la altura, existen dos factores importantes para analizar. Primeramente la altura de la base del mueble, que es la mesa donde estará colocado, y la altura del propio mueble.

Sensor de Temperatura

Sensor de Presión

Esfigmomanómetro

161

La altura de la base se determina considerando a una persona de estatura media de 1.65 m mediante la estimación del espacio que debe haber entre los pies y las rodillas estando sentado la cual es de 51.3 cm. Además se agregó la distancia que existe entre las rodillas y la caja torácica utilizando la misma estatura media (Ver Fig. 3.61).

Figura 3.61 Altura y distancia del mueble con respecto a una persona de estatura promedio de 1.65 m.

48

La altura de la base del mueble es de 65 cm, esto se debe a que es necesario que el sensor de frecuencia respiratoria quede exactamente entre el apéndice xifoides y el recto anterior del abdomen para que pueda operar correctamente (Ver capítulo 3 tema 3.3.4). Para que los pacientes que son de diferente estatura queden de igual forma a la altura correcta del sensor, surge la necesidad de diseñar y construir una silla de altura variable que sea adecuada para las diferentes estaturas que presenten los pacientes. Posteriormente la altura del mueble sobre la base, está en función de las medidas de una persona de 1.90 m las cuales se consideran desde el recto anterior del abdomen hasta la punta de la cabeza, lo que significa que la altura del mueble es de 75 cm.

162

3.6.2 Ubicación de los dispositivos de medición Para colocar el esfigmomanómetro es necesario considerar y respetar los parámetros señalados por el fabricante, que son importantes para poder obtener una medición precisa. Por esta razón la parte inferior del mueble es mas angosta que la parte superior donde se encuentra el sensor de temperatura. Con esta modificación no resultan afectadas las mediciones hechas a pacientes de 1.90 m de estatura y resulta cómodo para aquellos pacientes de 1.40 m de estatura. Cabe señalar que el ancho de la parte inferior está delimitado por el sensor de frecuencia respiratoria, diseñado con una medida de 40 cm ya que se adapta a la medida antropométrica de una persona de 1.40 m a 1.90 m de estatura. Como ya se mencionó en el punto anterior, el sensor de presión se encuentra ubicado en la parte inferior del mueble para que pueda quedar colocado a la altura de la caja torácica del paciente. Como el mueble se diseño considerando como la mayor estatura que puede tener un paciente de 1.90 m, es necesario poder desplazar verticalmente el sensor de temperatura para que permanezca alineado con la frente de los pacientes que presenten una estatura menor de hasta 1.40 m, por lo cual el eje de desplazamiento del sensor es de 40 cm, cubriendo así a todo paciente dentro del rango de estatura preestablecido. El tener que ajustar la posición del sensor de temperatura y el sensor de frecuencia respiratoria a las diferentes estaturas de los pacientes, justifica el diseño y la construcción de una silla que permita variar la altura del asiento con respecto al suelo, dependiendo de la estatura de cada paciente.

163

3.6.3 Diseño y construcción de la silla para el mueble de medición de signos vitales La silla está diseñada para ajustar la altura del asiento, lo que permite ubicar los dispositivos de medición en la posición correcta de acuerdo a los parámetros requeridos para cada instrumento, respetando el rango de estaturas de los pacientes entre 1.40 m y 1.90 m (Ver Fig. 3.62 y Fig. 3.63). El respaldo está diseñado totalmente recto para que el paciente adopte una correcta postura manteniendo la espalda erguida para descartar errores en la medición de los signos vitales debidos a movimientos o una postura incorrecta. La mínima altura a la que puede estar la silla es de 35 cm para pacientes de 1.90 m de estatura, y la altura máxima que puede alcanzar es de 46 cm para pacientes de 1.40 m de estatura El respaldo mide 90 cm para cubrir en su totalidad la espalda de los pacientes de 1.90 m de estatura.

Figura 3.62 Altura y distancia del mueble ajustando la posición de la silla con respecto a una persona de 1.40

m de estatura. 48

164

Figura 3.63 Altura y distancia del mueble ajustando la posición de la silla con respecto a una persona de 1.90

m de estatura. 48

La silla es de estructura metálica la que incluye un gato hidráulico el cual soporta hasta 200 kg de peso, con desplazamiento vertical de hasta 20 cm, lo cual permite que se adapte a la estatura del paciente. Además incluye rodajas con freno para facilitar su desplazamiento (Ver Fig. 3.64).

Figura 3.64 Idea principal de la silla diseñada y modelada en 3D con el programa Rhinoceros 4.0.

165

3.7 Diagrama a bloques del proyecto

Figura 3.65 Diagrama a Bloques de la Interfaz de Medición de Signos Vitales para Priorizar la Atención Médica en el Servicio de Urgencias de un Hospital General de Zona.

CAPÍTULO 4 PRUEBAS Y CONCLUSIONES

167

4.1 Prueba del módulo de adquisición de datos del esfigmomanómetro La prueba hecha a este módulo consistió en corroborar visualmente que los datos mostrados en la LCD del esfigmomanómetro digital de MICROLIFE modelo BP 3BU1-4 fueran los mismos que los mostrados en la pantalla de la computadora en la aplicación de Visual Basic al termino de la medición; considerando irrelevantes al menos por esta prueba el resto de los parámetros medidos, además de que no fue necesario verificar la veracidad de la medición del esfigmomanómetro pues se encuentra respaldado por validaciones y estándares nacionales e internacionales de medición (Ver capítulo 3 tema 3.1).

Figura 4.1 Diagrama a bloques de prueba del módulo de adquisición de datos del esfigmomanómetro

El resultado de esta prueba, como se puede ver en la Fig. 4.1 fue satisfactorio pues la medición de sistólica = 110 mmHg, diastólica = 78 mmHg y 66 pulsaciones por segundo que aparecen en la LCD son idénticas a las mostradas en la aplicación de visual BASIC. Lo que comprueba que toda la interfaz de medición de signos vitales funciona correctamente al enviar y procesar estos datos desde su origen hasta su destino. Esta prueba fue repetida alrededor de 50 veces sin mostrar algún error.

168

4.2 Pruebas al módulo de medición de temperatura La prueba realizada al módulo de Temperatura consistió en verificar que tanto converge o diverge la medición de la temperatura corporal tomada en la frente del paciente con el sensor de temperatura infrarrojo propuesto en esta tesis respecto a la medición de temperatura tomada en la axila del paciente con un termómetro de mercurio con bulbo; ambas mediciones se hicieron a la vez para cada paciente dando el tiempo requerido de medición para cada instrumento de medición (Ver Fig. 4.2).

Figura 4.2 Módulo de temperatura y base para recargar la frente sobre el termómetro infrarrojo

Debido a que la medición hecha por el sensor infrarrojo únicamente determina la temperatura de la piel (temperatura superficial), la cual no es la misma que la temperatura corporal, la primera prueba consistió en obtener ambas mediciones de distintos pacientes para así poder encontrar cual es la diferencia entre ambas y por tanto establecer una constante de corrección.

169

Tabla 4.1 Primera prueba para calcular el valor promedio de la diferencia de la temperatura corporal contra la

temperatura de la piel.

Paciente Medición Módulo

Temperatura

Tiempo medición

Termómetro de mercurio

Tiempo medición

Diferencia Termómetro mercurio-Módulo Temperatura

Posición (Ver Fig.

4.3)

1 30.5 10 ms 37.1 5 min 6.6

2 29.1 10 ms 36.4 5 min 7.3

3 29.8 10 ms 36.5 5 min 6.7

4 30 10 ms 36.3 5 min 6.3

5 29.3 10 ms 35.5 5 min 6.2

6 28.9 10 ms 36.5 5 min 7.6

7 29.5 10 ms 36.6 5 min 7.1

8 29.5 10 ms 36.2 5 min 6.7

9 30 10 ms 36 5 min 6

10 29.1 10 ms 35.7 5 min 6.6

11 29.5 10 ms 36.2 5 min 6.7

12 30.5 10 ms 36.4 5 min 5.9

13 29.2 10 ms 36.1 5 min 6.9

14 30.3 10 ms 36.1 5 min 5.8

15 29 10 ms 36 5 min 7

16 30 10 ms 36 5 min 6

17 30.2 10 ms 36.1 5 min 5.9

18 29 10 ms 36.1 5 min 7.1

19 28.9 10 ms 36.7 5 min 7.8

20 30.5 10 ms 36.7 5 min 6.2

21 29.4 10 ms 36 5 min 6.6

22 30.1 10 ms 36 5 min 5.9

Promedio 29.7 36.2 6.6

Como se puede ver en la tabla 4.1, la prueba consistió en tomarle a 22 pacientes la temperatura, mostrando una diferencia promedio de de 6.6°C entre la temperatura de la piel y la temperatura corporal. Obteniendo como resultado extra a la prueba que para que la medición sea lo más correcta posible (Temperatura de la Piel + 6.6°C ≈ Temperatura Corporal) se necesita que el paciente ponga su frente lo más recto posible sobre la base donde se encuentra ubicado el sensor infrarrojo de temperatura, como se muestra en la Fig. 4.3. De lo contario provocara que este valor diverja como se muestra para en la tabla 4.1 con los pacientes marcados en rojo, demostrándose esta para el caso del paciente #14 que muestra una diferencia de 5.8°C alejándose del valor promedio de 6.6°C. (error de 0.8°C) y para el caso del paciente #19 una diferencia de 7.8°C alejándose del valor

170

promedio de 6.6°C (error de 1.2°C); mientras que para los pacientes que se colocaron en la posición correcta el error no fue mayor de 0.4°C.

Figura 4.3 Posición correcta e incorrecta de cómo se debe colocar la frente sobre la base en donde se

encuentra el sensor de temperatura

En la tabla 4.2 se muestra el promedio de la diferencia entre la temperatura corporal y la temperatura de la piel de los pacientes de la tabla 4.1 que mantuvieron una buena posición durante la prueba, además de que el error máximo es de 0.3°C a diferencia de los pacientes con mala postura que tuvieron un error de hasta 1.2°C mencionados en el párrafo anterior.

Tabla 4.2 Diferencia entre la temperatura corporal y la temperatura de la piel de los pacientes que conservaron buena postura durante la prueba de la tabla 4.1.


Temperatura

Medición Termómetro de

mercurio

Diferencia Termómetro mercurio - Módulo Temperatura

Temperatura piel + 6.6°C

Error

1 30.5 37.1 6.6 37.1 0.00°C

3 29.8 36.5 6.7 36.4 0.10°C

4 30 36.3 6.3 36.6 0.30°C

8 29.5 36.2 6.7 36.1 0.10°C

10 29.1 35.7 6.6 35.7 0.00°C

11 29.5 36.2 6.7 36.1 0.10°C

13 29.2 36.1 6.9 35.8 0.30°C

21 29.4 36 6.6 36.0 0.00°C

Promedio 29.6 36.3 6.6

0.04°C

Una vez estableciendo que la constante de corrección para obtener la temperatura corporal mediante la temperatura de la piel será de 6.6°C; entonces fue necesario hacer una segunda prueba para corroborar que al medir la temperatura de la piel con el módulo de respiración + 6.6°C converja a la temperatura corporal medida con el mismo termómetro de mercurio de la primera prueba. Para esta prueba se

171

tuvo cautela en colocar y que los pacientes colocaran su frente de manera correcta sobre la base del sensor infrarrojo.

Tabla 4.3 Segunda prueba para corroborar el valor promedio de la diferencia de la temperatura corporal contra la temperatura de la piel.


Temperatura

Medición Termómetro de mercurio

Diferencia Termómetro mercurio - Módulo

Temperatura

Temperatura piel +

6.6°C Error

1 29.9 36.7 6.8 36.5 0.20

2 30 36.5 6.5 36.6 0.10

3 29.1 36 6.9 35.7 0.30

4 29.9 36.5 6.6 36.5 0.00

5 29.3 36.3 7 35.9 0.40

6 30.2 37.1 6.9 36.8 0.30

7 29.6 36.4 6.8 36.2 0.20

8 29.5 36.4 6.9 36.1 0.30

9 30.3 36.8 6.5 36.9 0.10

10 29.4 36 6.6 36.0 0.00

Promedio 29.7 36.5 6.6 36.3 0.15

El resultado obtenido de esta segunda (Ver Tabla 4.3) prueba arrojo que al aplicar la constante de corrección, la medición de la temperatura tomada con el módulo de temperatura oscila entre ±0.4°C respecto a la medición hecha con un termómetro de mercurio.

172

4.3 Pruebas al módulo de medición de frecuencia respiratoria. La prueba que se realizo al módulo de respiración consistió en verificar que tanto se acercaba o alejaba la medición de la frecuencia respiratoria al medir con este módulo contra la medición manual hecha por un médico (Ver Fig. 4.4 y Fig. 4.5).

Figura 4.4 Medición de forma manual de de la frecuencia respiratoria.

Figura 4.5 Diagrama a bloques del módulo de respiración para medir la frecuencia respiratoria

173

A continuación se muestra la primera prueba hecha al módulo de respiración (Ver Tabla 4.4), en la cual el algoritmo tuvo el valor de constresp constante para todos los pacientes muestra (constresp =2 mmg Ver Capitulo 3 Subtema 3.3.3).

Tabla 4.4 Primera prueba - comparación entre la medición de la frecuencia respiratoria por el módulo de respiración y de la forma manual con constresp=2.0 mmHg.

Paciente Medición con el módulo de respiración Medición Manual constresp

1 2 14 2.0

2 5 18 2.0

3 0 15 2.0

4 0 14 2.0

5 1 17 2.0

6 0 13 2.0

7 1 16 2.0

8 0 12 2.0

9 3 17 2.0

10 0 18 2.0

Como se puede observar en la tabla 4.4, a pesar de que en la prueba hecha al módulo se demuestra que este es capaz de detectar las respiraciones del paciente, estas no corresponden a la frecuencia respiratoria medida por el médico; debido a que cada paciente ejerce una presión muy distinta al respirar respecto a la presión de 2mmHg que se tenía calculado, según el análisis descrito en el Capitulo 3 subtema 3.3.3.

174

Dado el fenómeno mencionado en el párrafo anterior se decidió repetir la prueba pero ahora variando el valor de consresp por paciente en un intervalo de 0.1 a 2.0 hasta que la medición de la frecuencia respiratoria fuera aproximada a la medición hecha e manera manual por el médico (Ver tabla 4.5). Cabe mencionar que esta prueba se realizo con pacientes distintos a los de la primera prueba.

Tabla 4.5 Segunda prueba - comparación entre la medición de la frecuencia respiratoria por el módulo de respiración y de la forma manual con constresp variable.

Paciente Medición con el módulo de respiración Medición Manual constresp

1 7 14 1.5

1 12 15 1.2

1 15 14 1.0

2 24 17 1.0

2 14 16 1.4

3 1 13 1.0

3 6 13 0.5

3 10 12 0.3

3 15 13 0.2

4 39 16 0.2

4 12 15 1.0

4 19 16 0.7

5 4 16 0.7

5 11 17 0.3

5 13 17 0.2

5 15 17 0.1

6 52 18 0.1

6 28 16 1.3

6 14 18 1.7

Según los resultados arrojados en la segunda prueba el módulo detecta el número de respiraciones pero en ocasiones por la mala posición sobre el sistema mecánico y/o porque no respira muy fuerte o respira muy fuerte, el módulo no detecta o detecta de mas esas variaciones como se comprueba en la Tabla 4.5. El problema principal que se tiene al medir el número de respiraciones no es el sensor de presión, si no el algoritmo que las contabiliza; esto es debido a que se tienen que considerar varias variables como: estatura del paciente, complexión, fuerza con la que respira, posición , movimientos no deseados como estornudos, etc; por lo que el algoritmo se torna disfuncional, ya que estas variables cambian en función a cada persona; en las pruebas se determino que para que el medidor de frecuencia respiratoria pueda medir con el mínimo error el número de respiraciones que genera el paciente en un minuto, se tendría que estar modificando el algoritmo para cada persona variando el parámetro de constresp.

175

4.4 Pruebas al módulo máster y al software. La forma de comprobar la interconexión entre el sistema maestro y el software, fue a través de la visualización de los datos que recibió la computadora por medio del puerto COM virtual, para ello se tuvieron que agregar tres cajas de texto ocultas en la parte inferior de la pantalla del software donde se visualizo como es la recepción de los datos en el software antes de ser reordenados y colocados en el campo correspondiente.

Figura 4.6 Cuadros ocultos para visualizar los datos enviados por el módulo maestro antes de ser reacomodados en sus cajas de texto correspondientes.

Una vez que los datos fueron recibidos, colocados en sus cajas de texto correspondientes (Ver Fig. 4.6) y el algoritmo de traige del software asigno el color naranja al nivel de traige para el caso mostrado en la Fig. 4.7, se hizo la comparación del resultado arrojado por el algoritmo del software contra la tabla de priorización categorizada por colores, corroborando que efectivamente el resultado del triage corresponde al color naranja debido a que el valor de la temperatura se encuentra en el intervalo de 30.0°C a 33.9°C como se marca la en la Fig. 4.7.

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Figura 4.7 Ejemplo de prueba Comparación entre la tabla de priorización y el resultado del software de priorización.

Una vez comprobado el correcto funcionamiento del circuito maestro, se procedió a hacer una prueba general de toda la interfaz de medición de signos vitales para demostrar el correcto funcionamiento tanto del hardware como software (Ver Figura 4.8 y Figura 4.9).

Figura 4.8 Hardware y software de la interfaz de medición de signos vitales para proporcionar una priorización adecuada a los pacientes que solicitan atención médica en el servicio de urgencias de un hospital general de

zona.

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Figura 4.9 Exterior e interior de la interfaz de medición de signos vitales para priorizar la atención medica en un hospital general de zona.

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4.5 Conclusiones El realizar el diseño y construcción del prototipo de una interfaz de medición de signos vitales para proporcionar una priorización adecuada a los pacientes que solicitan atención médica en el servicio de urgencias de un hospital general de zona permitió trabajar en un solo proyecto con diversas áreas: Ingeniería en Comunicaciones y Electrónica, Licenciatura en Medicina, Licenciatura en Enfermería, Ingeniería en Computación e Ingeniería Mecánica; por lo cual es un proyecto interdisciplinario que dio pauta continuar optimizándolo y generar un producto de consumo enfocado al ramo de equipos electrónicos para uso en hospitales. Por tanto, considerando lo descrito a lo largo de esta tesis como una primera fase que permitió mostrar los aciertos y fallas de la interfaz, además que se demostró que es posible reducir el tiempo para determinar el grado de urgencia del paciente de 8 minutos que se tarda en promedio en determinarse de forma manual a 1 minuto 30 segundos utilizando la interfaz de medición de signos vitales propuesta y complementada por un algoritmo basado en una tabla de signos vitales categorizada por colores para generar un adecuado resultado de triage creada por la Dra. Martha Gabriela Rivera Olvera que se fundamenta en diferentes escalas y tablas ya existentes acerca de condiciones de normalidad y gravedad. De este modo es posible agilizar el proceso de selección de pacientes con mayor grado de urgencia favoreciendo que los pacientes graves o pacientes que puedan empeorar su estado de salud sean atendidos en el tiempo adecuado. Cabe destacar que se percibió que los pacientes con quienes se probó la interfaz no mostraron repulsión al sentarse y colocarse en la interfaz para que se les midieran sus signos vitales al momento de hacer las pruebas del equipo en el área de urgencias del Hospital General de Zona No. 98; por el contrario, mostraron confianza y disponibilidad para participar como pacientes prueba a pesar de su malestar de salud. En cuanto a la aceptación por parte del área de personal médico y de enfermería, en su mayoría hicieron comentarios positivos de las ventajas que les traería la interfaz como herramienta de ayuda para agilizar su trabajo y poder destinar más tiempo a otras actividades correspondientes a sus responsabilidades en turno. Socavando en cada uno de los módulos del proyecto; fue todo un éxito la idea de adquirir los datos de la LCD del esfigmomanómetro pero fue un proceso muy complejo pues se tuvo que hacer labor de ingeniería inversa, además que no se puede tener un control total de este dispositivo de medición debido a su escala de integración aparte de que se quiso conservar las mediciones de tensión arterial y frecuencia cardiaca certificadas que entrega. Por lo que una mejora propuesta para siguientes etapas es hacer un convenio con alguna compañía dedicada a este ramo para construir un esfigmomanómetro más adecuado a las necesidades del proyecto. En cuanto al módulo para medir la temperatura del paciente se está tratando de innovar una nueva forma de medir la temperatura corporal del paciente a través de

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medir la temperatura de la piel en la frente de dicho paciente. Para esta primera etapa se logo aproximar la temperatura corporal con un error de ±0.4°C respecto a la temperatura medida con el termómetro de mercurio; pero existe la desventaja que el paciente debe mantener la frente bien posicionada frente a la base del termómetro infrarrojo como se ve en la Fig. 4.2, por lo que como mejoras para la siguiente etapa de mejora para este módulo se proponen tres aspectos para tratar de hacer que la medición hecha con este módulo converja mucho mas con la medición hecha con el termómetro de mercurio. Primer propuesta, no tomar las 9 muestras de temperatura durante un periodo de 10ms, si no tomarla durante periodos espaciados mientas se miden los demás signos vitales, pues 10 ms es muy poco tiempo para que se estabilice la temperatura del paciente al colocar su frente sobre la base del sensor debido al efecto de transferencia de calor de la frente hacia el material de la base del sensor. Segunda propuesta, rediseñar la base que soporta al sensor infrarrojo a una más ergonómica para que el paciente no se sienta incomodo durante el tiempo que se le miden los signos vitales, tiempo que debe mantener la frente recargada sobre dicha base. Tercera propuesta, cambiar el sensor de temperatura infrarrojo por uno que permita medir mas indirectamente y a mayor distancia la temperatura de la piel. Respecto al módulo para medir la frecuencia respiratoria resulto ser uno de los mayores retos para este proyecto además de provocar incremento en los costos del proyecto, pues simplemente es considerado por el personal encargado de medir los signos vitales como uno de los signos más difíciles e inexactos de medir. Desafortunadamente no se ha logrado medir correctamente la frecuencia respiratoria con este módulo debido a que existen demasiadas variables (estatura del paciente, complexión, fuerza con la que respira, movimientos no deseados como risa, tos, etc.) que hacen que la solución propuesta en esta tesis para medir la frecuencia respiratoria no sea la más viable para medir este parámetro; por lo que se ha propuesto a sugerencia de los médicos involucrados en este proyecto medir la oximetría de pulso del paciente en lugar de medir la frecuencia respiratoria, pues este valor demuestra el porcentaje de oxigeno que se encuentra en la sangre y se ve directamente afectado respecto a la frecuencia respiratoria del paciente. Referente al circuito maestro su funcionamiento de controlar y comunicar a todos los módulos (módulo temperatura, Respiración y esfigmomanómetro) con la PC fue funcional e innovador pues se creó un propio protocoló pero con la desventaja de ser asíncrono, lo cual pude provocar que si existe algún error con alguno de los módulos se pierda la información y no exista alguna retransmisión resultando como consecuencia una mala priorización por falta de alguno de los parámetros haciendo que sea necesario volver a reiniciar la medición de todos los signos vitales; por tal motivo para la siguiente fase del proyecto se planea utilizar como protocolo de comunicación I2C o SMBUS que es un protocolo síncrono que ya viene incluido como característica en la mayoría de los microcontroladores.

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Además de haber cumplido parcial o totalmente con los objetivos planteados en esta tesis, se está en proceso de lograr cumplir con uno de los principales objetivos del ingeniero que es plantear y dar solución a una necesidad, aunque por el momento el proyecto apenas se encuentre en una fase de pruebas y mejoras. Cuando el proyecto logre llegar a satisfacer la necesidad para la que fue creado, se podrán satisfacer muchas más.…….…………………………………………………

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Manual BP 3BU1-4. 42

Manual Técnico series MPX5010: Manual MPx 5010 43

Revisión Freescale: revisión #12 09/2009 de Freescale 44

Manual PIC18F1320 45

MLX90614 SMBus implementation in PIC MCU 46

PARALAX USB2SER Adapter (#28024) v1.1 12/2005). 47

Parallax Inc. • Prop Clip/ Prop Plug (#32200/32201) • v1.3 11/17/2006 48

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36. Sistema Canadiense triage

ANEXOS

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ABREVIATURAS

AAMI - Association for the Advancement of Medical Instrumentation (Asociación para el Desarrollo de la Instrumentación Médica).

ANSI - American National Standards Institute (Instituto Americano de Estándares Naciones).

ATLS - Advanced Trauma Life Support (Trauma Avanzado de Apoyo Vital).

ATS - Australian Triage Scale (Escala Australiana de Triage).

CAD – Convertidor Analógico/Digital.

CAEP - Canadian Association of Emergency Physicians( Asociación Canadiense de Médicos de Urgencias).

CMOS - Complementary metal oxide semiconductor (Estructuras semiconductor-óxido-metal complementarias).

CTAS - Canadian Triage and Acuity Scale (Escala Canadiense de Triage y Gravedad).

DIN - Deutsches Institut für Normung (Instituto Alemán de Normalización).

ESI - Emergency Severity Index (Índice de gravedad de urgencias).

FTDI - Future Technology Devices International (Tecnología del Futuro Internacional de Dispositivos)

I²C - Inter-Integrated Circuit (Circuitos Inter-Integrados).

LCD - Liquid Crystal Display (pantalla de cristal líquido).

MAT - Modelo Andorrano de Triage.

MEMS - Microelectromechanical systems (Sistemas microelectromecánicos).

MTS – Manchester Triage System (Sistema de triage de Manchester).

NIBP - Non Invasive Blood Pressure (Tensión Arterial No Invasiva).

NOM - Norma Oficial Mexicana.

NTS – National Triage Scale (Escala Nacional de Triage).

PC - Personal Computer (Computadora Personal).

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PIC - Peripheral Interface Controller (Controlador de Interfaz Periférico).

RAM - Random-Access Memory (Memoria de Acceso Aleatorio).

ROM - Read-Only Memory (Memoria de sólo lectura).

RX – Recepción o Recibiendo.

SEMES - Sociedad Española de Medicina de Urgencias y Emergencias.

SET - Sistema Español de Triage.

SMBus- System Management Bus (Bus de Administración del Sistema).

TX - Transmisión o Transmitiendo.

UE/CEE - Unión Europea/Comunidad Económica Europea.

USB - Universal Serial Bus (Puerto Serial Universal).

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GLOSARIO Antropometría. Se considera a la antropometría como la ciencia que estudia las medidas del cuerpo humano, con el fin de establecer diferencias entre individuos, grupos, razas, etc. Ergonomía. La Ergonomía es una disciplina que busca que los humanos y la tecnología trabajen en completa armonía, diseñando y manteniendo los productos, puestos de trabajo, tareas, equipos, etc. en acuerdo con las características, necesidades y limitaciones humanas. Escala de Glasgow. Es una escala neurológica diseñada para Evaluar el nivel de consciencia de los pacientes que han sufrido un traumatismo craneoencefálico (TCE) durante las primeras 24 horas pos trauma, al valorar tres parámetros: apertura ocular, respuesta motora y respuesta verbal. Esfigmomanómetro. Es un instrumento médico usado para la medición de la presión arterial, en el caso de los esfigmomanómetros digitales se anexa la medición de la frecuencia cardiaca. Frecuencia cardiaca. La velocidad del pulso, es decir el número de latidos por minuto corresponde a la frecuencia cardiaca. Frecuencia respiratoria. La frecuencia respiratoria es la velocidad a la que respira una persona. FTDI. Es una compañía escocesa de dispositivos semiconductores, que se especializa en la tecnología Universal Serial Bus (USB). Desarrolla, fabrica, y es compatible con dispositivos y sus controladores de software para la conversión de RS-232 o TTL (transmisiones en forma serial) a señales USB, con el fin de permitir la compatibilidad a los dispositivos existentes con equipos modernos. I²C. Es un bus de comunicaciones en serie. Microcontroladores. Es un circuito integrado programable que contiene todos los componentes de un computador.

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Microprocesador. Es un circuito integrado que contiene la Unidad Central de Proceso (UCP),. Multiplexor. Es un dispositivo que puede recibir varias entradas y transmitirlas por un medio de transmisión compartido. PIC. Los PICs son una familia de microcontroladores tipo RISC fabricados por Microchip Technology Inc. Pulso arterial. Es la onda pulsátil de la sangre, originada en la contracción del ventrículo izquierdo del corazón y que resulta en la expansión y contracción regular del calibre de las arterias, esta onda pulsátil representa la cantidad de sangre que entra en las arterias con cada contracción ventricular y la capacidad de las arterias de contraerse y dilatarse. Presión Diastólica. Es la presión que queda cuando los ventrículos se relajan; ésta es la presión mínima. Presión Sistólica. Es la presión de la sangre debida a la contracción de los ventrículos, es decir, la presión máxima. Puerto COM. Puerto serial utilizado para conectar un dispositivo a una computadora. Puerto COM virtual. Un Puerto COM virtual emula a un puerto COM de PC. Estos se pueden comunicar de la misma manera que cualquier otro puerto COM de la PC. Respiración. Es el proceso mediante el cual se toma oxígeno del aire ambiente y se expulsa el dióxido de carbono del organismo. La respiración consta de dos fases, una activa (inspiración) y una pasiva (espiración), en la primera participan el músculo diafragma y los músculos intercostales, mientras la segunda depende de la elasticidad pulmonar. Sensor. Un sensor es un dispositivo capaz de medir magnitudes físicas o químicas, llamadas variables de instrumentación, y transformarlas en variables eléctricas.

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Signos Vitales. Los signos vitales son indicadores que reflejan el estado fisiológico de los órganos vitales (cerebro, corazón, pulmones) al momento de realizar el Triage. Expresan de manera inmediata los cambios funcionales que suceden en el organismo, cambios que de otra manera no podrían ser cualificados ni cuantificados; los signos vitales significativamente anormales son indicadores de amenaza a la vida. SMBus. Es un subconjunto del protocolo I2C. Tensión Arterial. Es la medida de la presión que ejerce la sangre sobre las paredes arteriales en su impulso a través de las arterias. Temperatura corporal. Es el equilibrio entre la producción de calor por el cuerpo y su pérdida Triage. La palabra "triage" proviene del vocablo francés "trier" cuyo significado es clasificación o selección y se utilizaba básicamente para el área agrícola; pero posteriormente se le dio uso en la terminología médica para describir al proceso de selección y clasificación de los pacientes según su estado urgencia/gravedad, siendo esta palabra hoy aceptada a nivel mundial. USB2SER. El USB2SER proporciona una manera fácil para conectar un PC a un microcontrolador. Establece un puente entre el puerto USB del PC a nivel de la lógica RX y TX del Microcontrolador. Para el PC, el USB2SER aparece como un puerto COM virtual. Visual Basic. Es un lenguaje de programación desarrollado por el alemán Alan Cooper para Microsoft.

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