CONSTRUCCIÓN DE UN PROTOTIPO DE SISTEMA DE …

CONSTRUCCIÓN DE UN PROTOTIPO DE SISTEMA DE ADQUISICIÓN DE

LA SEÑAL ELECTRO OCULOGRÁFICA (EOG)

ANDRÉS ERNESTO MEJÍA V ILLAMIL

UNIVERSIDA D DE LOS ANDES

DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA

BOGOTÁ

2004

CONSTRUCIÓN DE UN PROTOTIPO DE SISTEMA DE ADQUISICIÓN DE

LA SEÑAL ELECTRO OCULOGRÁFICA (EOG)

ANDRÉS ERNESTO MEJÍA V ILLAMIL

Trabajo de gr ado para optar al título de

Ingeniero electrónico

Director

JOSE ANTONIO SALAZAR

Codirector

JORGE H TORRES

UNIVERSIDA D DE LOS ANDES

DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA

BOGOTÁ

2004

PROYECTO O TESIS DE GRADO PARA OPTAR EL TÍT ULO DE:

__________________________________________________________________________

ESTUDIANTE: __________________________

CÓDIGO: _________

TÍTULO DE LA TESIS O PROYECTO:

____________________________________________________________________________________________________________________________________________________

ASESOR: ___________________________

Firma

COASESOR: ___________________________

Firma

APROBADO POR: _____________________________

Firma

Fecha de aprobación: __________________________

Jurados Asignados:

JURADO 1: _________________________

JURADO 2: _________________________

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TABLA DE CONTENIDOS PALABRAS CLAVES............................................................................................................IV DESCRIPCIÓN.....................................................................................................................IV

1. PRESENTACION DEL PROYECTO ............................................ 1 1.1. OBJETIVOS Y ALCANCE ............................................................................................1

LOS APORTES..................................................................................................................... 1 1.2. DEFINICIÓN DEL PROBLEMA....................................................................................1

2. MARCO TEÓRICO ...................................................................... 4 2.1. HISTORIA DE LA ELECTRO-OCULOGRAFÍA...........................................................4 2.2. EL OJO Y SU SEÑAL ELECTRICA.............................................................................5 2.3. LA RETINA....................................................................................................................7 2.4. MUSCULOS DEL SISTEMA OCULOMOTOR.............................................................8 2.5. MOVIMIENTOS OCULARES........................................................................................9 2.6. CLASIFICACIÓN DE LOS MOVIMIENTOS OCULARES .........................................10

MOVI MIENTOS PARA EL MANTENIMI ENTO DE LA MIRADA ..............................................10 MOVI MIENTOS PARA EL DESPLAZAMIENTO DE LA MIRADA ...........................................12 MOVI MIENTOS PARA EL MANTENIMI ENTO DE LA FIJACI ÓN ............................................12

2.7. METODOS DE MEDIDA DE LOS MOVIMIENTOS OCULARES ..............................13 2.8. ELECTRO-OCULOGRAFÍA .......................................................................................15

MONTAJE PARA MEDICI ÓN ...............................................................................................16 2.9. RESPUESTA SACÁDICA...........................................................................................17 2.10. NISTAGMO..................................................................................................................18

3. SOLUCION DEL PROBLEMA ................................................... 19 3.1. ARQUITECTURA DEL ESTIMULADOR....................................................................20

CARACTERÍSTICAS DE DI SEÑO DEL DI SPOSITIVO ESTI MUL ADOR: ................................20 CARACTERÍSTICAS DE LOS PROGRAMAS DE ESTI MULACI ÓN A EJECUTAR .................22 DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LOS ELEMENTOS Y PROGRAMA DEL

ESTI MULADOR .....................................................................................................23 MATRIZ DE LEDS Y MODO DE CONTROL ..........................................................................23

3.2. ARQUITECTURA DEL ACONDICIONAMIENTO ......................................................26 3.3. TRANSMISION SERIAL Y ADC.................................................................................30 3.4. SOFTWARE ................................................................................................................31 3.5. COSTO DEL EQUIPO.................................................................................................32 3.6. PLAN DE VALIDACIÓN DEL DISPÓSITIVO.............................................................33

4. RESULTADOS Y CONCLUSIONES .......................................... 34

BIBLIOGRAFÍA ................................................................................ 35

ANEXOS........................................................................................... 36 A. CODIGO ENSAMBLADOR EXAMENES MEDICOS ESTIMULADOR ........................36

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B. CODIGO ENSAMBLADOR TRANSMISION SERIAL...................................................45 C. CODIGO DE LA ETAPA DE ANALIZAR LA SEÑAL....................................................50 D. APLICACIÓN COMPLETA EN MATLAB.......................................................................56

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LISTA DE FIGURAS

Figura 1. Anatomía del ojo ......................................................................................................... 5 Figura 2. Anatomía de la retina................................................................................................... 7 Figura 3. Músculos extrínsecos del ojo ....................................................................................... 8 Figura 3 Sist ema vestibular del oído (dch.) y posición relativa en la cabeza (izq.) .........................11 Figura 4. Compensación de los movimientos de la cabeza mediant e movimient os

vestibulares. ........................................................................................................11 Figura 5. Método electroculográfico ...........................................................................................13 Figura 6. Método f otoeléct rico (drch) y con lente de contact o (izq.) ..............................................14 Figura 7. Dispositivo de campo magnético (drch) y de cápsula de succión (izq)............................14 Figura 8. La elect ro – oculograf ía en relación al movimiento del ojo. ............................................15 Figura 9 Ubicación de elect rodos para mov imiento sacádico. ......................................................15 Figura 10. Arreglo típico para realizar el electro oculograma, [1]. .................................................16 Figura 11. Respuesta Sacádica.................................................................................................17 Figura 12. Parámetros de la señal electro - oculográfica. ............................................................17 Figura 13. Nist agmo-grama.......................................................................................................18 Figura 15. Estimulador y sistema de adquisición.........................................................................19 Figura 16. Arquitectura del estimulador ......................................................................................20 Figura 17. Materiales de f abricación. .........................................................................................21 Figura 18. Base del equipo........................................................................................................21 Figura 19. Ubicac ión de Leds. ...................................................................................................21 Figura 20. Montaje del equipo. ..................................................................................................22 Figura 21. Esquema habilit ación de leds en el estimulador..........................................................24 Figura 22. Vista superior del circuit o del estimulador...................................................................25 Figura 23. Esquema Circuit o impreso del estimulador. ................................................................25 Figura 24.Diagrama de bloques del Acondicionamiento inicial. ....................................................26 Figura 25. Arquitectura del acondicionamiento ...........................................................................26 Figura 26. Esquemático Fuent e dual. .........................................................................................27 Figura 27. conf iguración INA118 para ganancia de 1000 ............................................................27 Figura 28. Función de transferencia de los f iltros implementados ................................................28 Figura 29. Esquemático Filtro Pasa Altos f c=0.01hz....................................................................29 Figura 30. Esquemático Filtro Pasa bajo f c 30Hz. .......................................................................29 Figura 31. Esquemático Acondicionamiento ADC. ......................................................................29 Figura 32. Pinado de la conf iguración ADC y transmisión serial con QY4. .................................30 Figura 33. Archivo txt. .............................................................................................................30 Figura 30. Diagrama complet o de la aplicación en matlab. ..........................................................31

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RESUMEN

TITULO : CONSTRUCIÓN DE UN PROTOTIPO DE ADQUISICIÓN DE

LA SEÑAL EOG

AUTOR: ANDRÉS ERNESTO MEJÍA

PALABRAS CLAVES: – Electro-Oculogafía, estimulador, diseño, fi ltros, software de adquisición, Adc, serial, interfaz gráfica de usuario.

DESCRIPCIÓN:

EL objetivo de este proyecto fue diseñar, e implementar un s istema adquisic ión de la señal electro-oculográfica , señal que resulta la diferencia de potencial entre la retina y la córnea y el movimiento del ojo. Cuando la persona cambia la or ientac ión de sus ojos, hay una pequeña variac ión de tensión, esta genera una señal que el aparato que se construyo amplifica y envía a una interfase computacional, donde se puede visualizar , procesar y almacenar los resultados. En es tos momentos los módulos diseñados se encuentran funcionando pero falta acople definitivos a estructura y validación en pacientes.

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1. PRESENTACION DEL PROYECTO

1.1. OBJETIVOS Y ALCANCE El objetivo es fabricar un sistema de adquisic ión de señales Electro-

Oculográficas, para usarlo como indicador de los movimientos del ojo. El sistema de adquisición esta compuesto de softw are y hardw are, para

registrar la señal y determinar los parámetros principales de la señal (Latenc ia, veloc idad de pico, durac ión, y amplitud relativa).

Se espera obtener un prototipo que sea portátil, con comunicación a PC.

Los aportes:

A nivel científico son: encaminarnos en la ruta de dar herramientas de bajo costo para la adquisic ión de señales biológicas, acordes con las neces idades médicas ac tuales.

A nivel académico: trabajar en una rama de la medicina poco explorada con lo que cualquier avance es de gran ayuda a la comunidad médica. .

A nivel físico: creac ión de un prototipo de adquisic ión de señales Elec tro-Oculográficas, lo que implica un desarrollo en el sector de es te tipo de aplicaciones a nivel de Colombia.

1.2. DEFINICIÓN DEL PROBLEMA El problema es: en el mundo exis te la necesidad de poder determinar

muchas patologías y dada la s ituación económica de Colombia hay que buscar herramientas que permitan esto a un bajo cos to.

En nuestro caso buscamos una herramienta espec ifica para la adquisic ión y anális is de la señal electro oculográfica.

Inter és en la señal Electro Oculográfica (EOG)

La retina posee la máx ima ac tividad metabólica del ojo, presentando, as í, una tensión eléctrica ligeramente negativa con respecto a la córnea. Mediante circuitos electrónicos, puede detectarse las minúsculas variac iones de tensión de esta débil batería eléctr ica, cuando la persona cambia la or ientac ión de sus ojos. Tales impulsos fueron llamados señales electro oculográficas o EOG.

PRESENTACION DEL PROYECTO

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Dado que la señal EOG es un examen que no permite medirse con gran exactitud, debido a que presenta carac ter ísticas que dificultan el proceso de adquisic ión y análisis, sumado el hecho que es el resultado de un número de factores , tales como:

1) la rotación y movimiento del globo ocular.

2) las diferentes fuentes de artefactos tales como el movimiento de las pestañas, la ubicación o mov imiento de los elec trodos, el movimiento de la cabeza.

3) la influencia de la intensidad de luz.

Usos del EOG :

Apar te de la fabricac ión de sis temas de control de dispos itivos con las señales de movimiento del ojo. Histór icamente se ha usado en estudios fisiológicos del movimiento del ojo, desde 1953 se registran los patrones movimientos de los ojos que ocurren en las dis tintas fases del sueño y en etapas de epilepsia, unido con la ondas de ac tividad cerebral, Electro Encefalograf ía (EEG) formando parte en su diagnostico y tratamiento.

Es también común mente usado en la evaluac ión clínica y tratamiento de problemas de equilibrio, evaluando los patrones de movimiento vestíbulo oculares .

El estudio del EOG es un marcador biológico para pacientes esquizofrénicos , (familiares de los mismos y sujetos con personalidad esquizotípica o esquizoide, pueden presentar los 2 primeros trastornos que se enuncian a continuación) , observándose:

I) deter ioro de los mov imientos de persecución de un blanco móvil, tanto para inic iarlos como para mantener los ;

II) intrus ión de macro ondas cuadradas (square w ave jerks) y macro sacudidas durante la realizac ión de dichos movimientos;

III) anormalidad en las sacudidas, con aumento de la latencia de iniciación y disimetr ía en su realización, además de distractibilidad en el test antisacádico y IV) aumento del tiempo de fijac ión con consiguiente menor número de fijac iones, en pruebas con figuras geométr icas e ilustrac ión de narraciones, similar a lo observado en pac ientes con lesión frontal derecha.

V) El es tudio del EOG permite el reconoc imiento de algunas demenc ias poco frecuentes como por ejemplo: la parális is supranuc lear progres iva, y el diagnóstico precoz de otras enfermedades, como la Corea de Huntington;

El examen en Colombia: actualmente los aparatos utilizados para la adquisic ión de señales en esta área, son por lo general complemento de aparatos de medición de Electro Encefalograf ía (EEG)

O otro tipo de s istemas como el Biopac, que son utilizados para la adquisic ión de todo tipo de señales biológicas , son portátiles pero no llegan a ser del tamaño de que es (PDA’S) Además su softw are no analizan los parámetros(seguro que son parámetros) de la señal, solo los visualiza. O el examen de índice de Arden en La clínica Barraquer que posee las mismas falenc ias del Biopac ya que no realiza análisis.

PRESENTACION DEL PROYECTO

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De igual manera está el examen de índice de Arden en la clínica Barraquer, el cual tampoco realiza análisis de resultados.

En Colombia se esta trabajando en la carac ter ización de la señal EOG, Universidad industr ial de Santander, mas no en aparatos de adquisición y menos de las caracter ísticas planteadas.

Si después de esta introducc ión requieren un poco mas de profundizac ión en el tema, se da a continuación un marco teórico un poco mas completo para que quede claro la importanc ia de investigar en el área de la electro-oculograf ía.

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2. MARCO TEÓRICO

2.1. HISTORIA DE LA ELECTRO-OCULOGRAFÍA Emil du Bois-Reymond (1848) observo que la cornea del ojo es

eléctr icamente positiva con respecto a la parte de atrás del ojo. Las investigaciones en el tema surgieron a principios del siglo XX. [1]

Hasta 1930 existían dos teor ías que intentaban explicar el or igen de las señales que reflejaban la posición del ojo. Una teor ía opinaba que los cambios en la res istencia del ínter -electrodo causaba que un galvanómetro de resorte utilizado, sufriera una deflex ión con las desviaciones de la mirada. Un segundo grupo suponía la ex istencia de un potencial constante entre la cornea y el fondo del ojo, y que el movimiento del mismo variaba el voltaje presente en los electrodos perio- orbitales .

En 1936 Mow rer demostró que la fuente de la señal electro oculográfica era el potenc ial existente entre la cornea y la retina, llamado potencial corneo retinal. Este potencial constituye un dipolo constante que se propaga en un volumen conductor no homogéneo como la cabeza. Si se toma en cuenta este dipolo, es posible medir la pos ición del ojo, colocando electrodos de superficie en la nariz y la s ien, midiendo as í la diferencia de potencial ex istente. Cuando se fija la mirada al frente, el dipolo esta colocado en forma s imétrica entre los dos electrodos, por lo que la salida del Electro- oculograma será cero.

Cuando se desplaza la mirada hac ia la izquierda, la cornea, es pos itiva de 0.4 a 1 mV con respecto a la retina, se acerca al electrodo de la izquierda haciéndolo más positivo. Dicho en otras palabras, cuando gira el ojo, el dipolo electros tático gira con él y ocas iona una variación en el ángulo y una diferencia de potencial en el plano normal al eje pr inc ipal.

Han ex istido diversos estudios para determinar la relación entre el voltaje y el ángulo de la mirada, en teor ía existe una relac ión cas i lineal entre el ángulo horizontal de la mirada y las salidas del electro - oculograma hasta un arco de ±30º con una precisión de ±1.5-2.0º.

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2.2. EL OJO Y SU SEÑAL ELECTRICA

Figura 1. Anatomía del ojo

Nº ELEMENTOS Nº ELEMENTOS

1 Cornea 12 Eje visual

2 Iris 13 Cuerpo ciliar

3 Conjuntiva 14 Macula

4 Músculo ciliar 15 Retina

5 Humor acuosos 16 Fóvea

6 Cri stalino 17 Papila óptica

7 Humor vítreo 18 Esclerótica

8 Ligamentos del cri stalino

19 Coroides

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9 Ora Serrata 20 Lamina cribrosa

10 Tendón recto 21 Dura madre

11 Eje óptico 22 Nervio óptico

Tabla 1. Anatomía del ojo

La función del ojo es traduc ir las vibrac iones elec tromagnéticas de la luz en un determinado tipo de impulsos nerviosos que se transmiten al cerebro.

En general, los ojos de los animales func ionan como unas cámaras fotográficas sencillas.

La lente del cristalino forma en la retina una imagen invertida de los objetos que enfoca y la retina se corresponde con la película sensible a la luz.

La capa protec tora exter ior del globo ocular es la esclerótica, esta se modifica en su porc ión anter ior y formar la córnea. La cornea es transparente y a través de ella entran al ojo los rayos luminosos.

Dentro de la esclerótica es tá la coroides, la cual es una capa pigmentada que contiene mucho de los vasos sanguíneos que nutren a las estructuras del globo ocular .

Tapizando los dos tercios poster iores de la coroides se encuentra la retina, el tejido neural donde están las células receptoras. La retina tiene una pequeña mancha de color amarillo, llamada mácula lútea; en su centro se encuentra la fóvea central, la zona del ojo con mayor agudeza v isual.

El cr istalino es un lente transparente que se mantiene en su lugar por un ligamento del cr istalino (zónula), éste se fija a la parte anterior, más gruesa de la coroides, el cuerpo c iliar.

El cuerpo ciliar contiene fibras musculares circulares y longitudinales que se inser tan cerca de la unión corneoscleral.

Enfrente del cristalino se encuentra el iris , es tructura pigmentada y opaca que constituye la porción colorida del ojo, contiene fibras musculares circulares, constr ictoras de la pupila y fibras radiales dilatadoras, que modifican según el caso el diámetro de la pupila produc iendo variaciones de hasta cinco veces en la cantidad de luz que llega a la retina. El espacio entre el cr istalino y la retina está lleno, de manera pr inc ipal, por una sustanc ia gelatinosa, a la cual se le llama humor v ítreo. Por otro lado, el humor acuoso es un líquido claro y transparente activo, fluye a través de la pupila y llena la cámara anterior del ojo.

El nerv io óptico entra en el globo ocular por debajo y algo inclinado hacia el lado interno de la fóvea central, or iginando en la retina una pequeña mancha redondeada llamada disco óptico. Esta estructura forma el punto ciego del ojo, ya que carece de células sensibles a la luz. [2]

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2.3. LA RETINA La retina es una capa compleja compuesta sobre todo por células

nerv iosas.

Las células receptoras sens ibles a la luz se encuentran en su superficie exterior detrás de una capa de tejido pigmentado.

Estas células tienen la forma de conos y bastones y están ordenadas como los fósforos de una caja. Situada detrás de la pupila, como se había menc ionado, la retina tiene una pequeña mancha de color amarillo, llamada mácula lútea; en su centro se encuentra la fóvea central, la zona del ojo con mayor agudeza visual.

La capa sensorial de la fóvea se compone sólo de células con forma de conos, mientras que en torno a ella también se encuentran células con forma de bastones.

Según nos alejamos del área sensible, las células con forma de cono se vuelven más escasas y en los bordes exteriores de la retina sólo ex isten las células con forma de bastones.

El nerv io óptico entra en el globo ocular por debajo y algo inclinado hacia el lado interno de la fóvea central, or iginando en la retina una pequeña mancha redondeada llamada disco óptico. Esta estructura forma el punto ciego del ojo, ya que carece de células sensibles a la luz.

Figura 2. Anatomía de la retina

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Nº ELEMENT OS Nº ELEMENTO

1 Luz incidente 6 Células horizontales

2 Células de Muller 7 Bastones

3 Células Ganglionares 8 Conos

4 Células Amadrinas 9 Cromatóforo

5 Células Bipolares 10 Epitelio pigmentario

Tabla 2. Anatomía de la retina

2.4. MUSCULOS DEL SISTEMA OCULOMOTOR El sistema oculo-motor esta representado por 6 pares musculares

extr ínsecos y los respectivos c ircuitos neuronales controlados por 3 pares de nerv ios craneales oculomotores (III, IV y V I). Estos nerv ios oculomotores pueden afectarse, a nivel del núc leo o a lo largo de su trayecto hasta su terminac ión en el músculo. En la figura 3 se ilustra la disposición fisiológica de los músculos del ojo.

Figura 3. Músculos extrínsecos del ojo

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En la figura 3 se observa la vista lateral del ojo, donde se puede observar los músculos extrínsecos unidos directamente al globo ocular que permiten el movimiento del ojo. Los cuatro rectos están alineados con sus puntos de or igen, mientras que los dos oblicuos se insertan en la superficie ocular formando un ángulo.

Los músculos del s istema oculomotor son seis: cuatro músculos llamados rectos (superior, inferior , externo e interno) y dos músculos llamados oblicuos (mayor y menor). Estos músculos se organizan en tres pares antagónicos (recto superior vs. rec to inferior, recto interno vs . recto externo y oblicuo superior o mayor vs. oblicuo inferior o menor) y orientan el ojo en direcc ión vertical, hor izontal o c ircular.

La contracción de estos músculos provoca mov imientos de los globos oculares en relación a tres ejes:

Eje ver tical, alrededor del cual cada globo realiza movimientos horizontales, los ojos pueden abduc irse, hacia fuera, o aduc irse, hacia dentro.

Eje ver tical, alrededor del cual cada globo realiza movimientos horizontales, los ojos pueden abduc irse (hacia fuera) o aducirse (hacia dentro).

Eje transverso (atraviesa de lado a lado cada globo ocular) alrededor del cual cada ojo realiza movimientos verticales, los ojos pueden elevarse o descenderse.

Eje antero-posterior, alrededor del cual cada ojo realiza movimientos de torsión. Los ojos pueden girar hacia la zona nasal, intorsión o temporal extorsión.

Eje antero-posterior, alrededor del cual cada ojo realiza movimientos de torsión. Los ojos pueden girar hacia la zona nasal ( intorsión) o temporal (extorsión).

Esta es la clas ificación carac ter ística de los músculos oculares, según la función que cumplan:

Elevadores: rec to superior y oblicuo infer ior ( inervado por el par III)

Descendentes: recto inferior (III par) y oblicuo super ior ( IV par). Abductor: recto lateral (V I par)

Aductor : recto medial (III par)

2.5. MOVIMIENTOS OCULARES Existen numerosas evidenc ias que indican que exis te mejor calidad de

imagen con movimientos oculares que sin ellos. Sin duda, la más clara que podemos c itar es la experiencia de Kelly de estabilización de la imagen retinaría.

El planteamiento de es ta experienc ia fue que la es tabilización de la imagen en la retina permitir ía alcanzar el máximo de agudeza visual (AV),

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ya que se evitaría la imagen borrosa asociada al movimiento que producen los mov imientos oculares.

Sin embargo, la estabilizac ión de la imagen en la retina daba lugar a la desapar ición de la misma (“fading”) . Este fenómeno se produce por la saturación de los foto-receptores retinarios y los pequeños movimientos oculares rápidos previenen su apar ición.

2.6. CLASIFICACIÓN DE LOS MOVIMIENTOS OCULARES Existen muchas y var iadas c las ificaciones de los mov imientos oculares ,

atendiendo a diferentes conceptos , como por ejemplo el que sean binoculares o monoculares, reflejos o voluntar ios. Sin embargo, en es tas clasificaciones siempre existen movimientos de dif ícil clasificación, por lo que es necesario hacer uso de c las ificaciones más correc tas que sean claras a la hora de determinar las caracter ísticas del movimiento. En esa línea, la clasificación funcional de Carpenter parece la más coherente, ya que se basa en atender a la funcionalidad del mov imiento. Según este criterio, podemos determinar tres tipos de mov imientos:

Movimientos para el mantenimiento de la mirada Son aquellos que compensan el movimiento de la cabeza o de los

objetos para que permanezca la mirada fija sobre el objeto. Se dan dos tipos de es tos movimientos: vestíbulo- oculares, compensan los movimientos de la cabeza, y optoc inéticos, compensan los movimientos del objeto.

- Movimientos para el desplazamiento de la mirada: Permiten pasar la atención de un objeto a otro. Fundamentalmente, se

dan tres tipos: sacádicos, persecuc iones o de seguimiento y vergenc ias.

-Movimientos de fijación o micro movimientos: Evitan el fenómeno del “fading”: trémores, microsacádicos y

fluctuac iones.

Movimientos para el mantenim iento de la mirada Son aquellos encargados de mantener la mirada sobre un objeto con

independencia de los movimientos de la cabeza o del objeto. Los movimientos que compensan los mov imientos de la cabeza se denominan vestibulo- oculares o vestibulares, mientras que los que compensan el movimiento del objeto se denominan optoc inéticos.

Movimientos vestíbulo - oculares Se originan en el s istema vestibular, el centro de control de nuestro

sistema de posic ionamiento espac ial. Es te sistema, situado en el oído, cons iste en tres anillos dispuestos perpendicularmente entre s í, por los que corre un líquido denominado endolinfa.

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Figura 3 Sistema vestibular del oído (dch.) y posición relativa en la cabeza (izq.)

Los movimientos de este líquido permiten conocer el sentido y direcc ión de los mov imientos de la cabeza, permitiendo activar el sis tema oculomotor y compensar los. Son movimientos involuntar ios, como demuestra el hecho de que la estimulación con calor del líquido endo-linfático produce movimientos oculares , al producirse corr ientes de convecc ión que mueven la endolinfa, dando lugar a señales falsas de posic ión espac ial. La figura 2 indica cómo se produce la compensac ión de los movimientos de la cabeza. Cuando la cabeza gira 30º a la derecha, los ojos efectúan una levoducc ión de 30º para compensar este giro. Otro movimiento de compensación son las c ic lotors iones, que se producen para compensar los giros de la cabeza en el plano frontal.

Figura 4. Compensación de los movimientos de la cabeza mediante movimientos vestibulares.

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Muy recientemente, se ha comprobado que pueden ex istir contribuciones voluntarias a los movimientos reflejos vestibulares , sobre todo en entornos de realidad virtual.

Movimientos optocinéticos Son aquellos que s iguen el movimiento de los objetos, aunque sólo

pueden compensar hasta c ier tas velocidades. Cuando el movimiento es continuo, se produce un movimiento regular y rítmico denominado nistagmo optoc inético.

Movimientos para el desplazamiento de la mirada Permiten desplazar la atención de un punto a otro del espacio.

Sacádicos Son cambios bruscos de fijación (su nombre prov iene del término

“sacudida”). Durante este movimiento, la velocidad que alcanzan los ojos es altís ima, del orden de los 1000º/s (aproximadamente 1 m/s) .

Uno de los pr inc ipales problemas que se plantea es s i ex iste vis ión durante un movimiento sacádico. Es evidente que no es tamos ciegos durante su curso, ya que una sencilla experiencia lo demuestra: si durante un mov imiento sacádico se produce un flash de luz , es percibido por el observador. Sin embargo, durante este mov imiento no tenemos una percepción de borrosidad, debido a que la sens ibilidad del s istema visual disminuye durante el movimiento, suprimiéndose tan sólo la vis ión de estímulos muy breves, por debajo de los 20ms (supresión sacádica) .

Movimientos de persecución o seguimiento Son aquellos que s iguen movimientos rápidos de los objetos , a

diferencia de los optoc inéticos, que son más lentos. Están muy relac ionados con los optoc inéticos, y su pr incipal estímulo es la velocidad del objeto. Actúan en una amplia var iedad de circunstancias oculomotoras, como mantener la mirada ante derivas involuntarias del ojo o la regulación de la fijación durante movimientos vergenciales.

Versiones y vergencias Son mov imientos binoculares en los que var ía el ángulo entre los dos

ejes v isuales (vergencias) o permanece constante (versiones) .

Movimientos para el mantenim iento de la fijación Son conocidos como micromovimientos, por su pequeña amplitud. Su

función es mantener la fijación e impedir el fenómeno del fading, aunque es posible que es tén involucrados en otros procesos de vis ión cuya finalidad se desconoce. Parecen estar relacionados también con el mecanismo de la acomodación. Permiten, en suma, que el sistema v isual esté en las mejores condiciones dinámicas para tener una AV máx ima.

Trém ores: Son temblores de los ojos, de muy pequeña amplitud, entre 17” y 1’, y de altís ima frecuencia, entre 30 y 70 c iclos/s.

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Fluctuaciones: Son de mayor amplitud (5’) y frecuencia más baja (unos 5 ciclos/s).

Microsacádicos: son los micromov imientos de mayor amplitud, entre los 5 y 10’ de arco, con una velocidad media de 10º/s.

2.7. METODOS DE MEDIDA DE LOS MOVIMIENTOS OCULARES Observación directa: es el método clínico más habitual. Se basa en la

observación del movimiento por parte del examinador. Tiene como pr incipal inconveniente que es un método cualitativo, que no permite la medida y que es muy difíc il observar los movimientos de baja amplitud o alta frecuenc ia.

Vídeo fotográficos: antiguamente se hacía uso de s istemas estroboscópicos para poder fotografiar los movimientos. Hoy en día se hace uso de sistemas de vídeo. Las secuencias de v ídeo de alta velocidad pueden ser luego estudiadas mediante s istemas informáticos para conocer los mov imientos que realiza el ojo.

Electro- oculográfico: es el sis tema más usado. Se basa en la existenc ia de una diferencia de potenc ial de unos 20 mV entre la córnea y la esclera, comportándose como un dipolo. Si se colocan electrodos en los laterales del ojo y párpados, es posible registrar los cambios de potencial eléctr ico y, de ahí, deducir los mov imientos que ha hecho el ojo. Su pr incipal inconveniente es que es muy afectado por los campos eléctricos, neces itando aislar al sujeto cuando se quiere mucha precis ión. Como princ ipal ventaja es que es un sistema independiente de los movimientos de la cabeza.

Figura 5. Método electroculográfico

Métodos fotoeléctricos: están basados en la reflexión de un haz de luz sobre la córnea. Son muy poco prec isos, ya que se ven influidos por los movimientos de la cabeza, que debe fijarse.

Con lentes de contacto: se usa una lente de contacto especial, con unas zonas espejadas y se regis tra mediante v ídeo el mov imiento. Los

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princ ipales problemas se asocian al movimiento de la lentilla, que evita que se puedan regis trar movimientos muy rápidos.

Figura 6. Método fotoeléctrico (drch) y con lente de contacto (izq.)

Dispositivos de campo magnético: se basan en que el cambio de flujo magnético en una espira genera corrientes eléctr icas. Son sis temas muy prec isos, que no dependen del mov imiento de la cabeza. El pr incipal inconveniente es el parpadeo, que puede modificar la posic ión de la espira.

Figura 7. Dispositivo de cam po magnético (drch) y de cápsula de succión (izq)

Cápsulas de succión: son sis temas de succ ión que permiten fijar la posic ión de un espejo en el ojo mediante una ventosa. Su pr incipal inconveniente es el parpadeo.

Mediante imágenes de Purkinje: Este método fue desarrollado por Nelly y permitió la comprobación del fading al estabilizar la imagen en la retina. Se basa en medir la diferencia entre la primera y cuarta imagen de Purkinje, una distanc ia que cambia al moverse el ojo. Este método, si

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retroalimenta un s istema de formación de imágenes, permite estabilizar la imagen en la retina.

2.8. ELECTRO-OCULOGRAFÍA Cuando la mirada se mantiene fija enfrente, el dipolo se localiza simétricamente entre los dos electrodos, y la salida del EOG es cero. Cuando la mirada se desplaza hacia la izquierda, la córnea pos itiva se acerca al elec trodo de la izquierda, el cual se hace más pos itivo.

Figura 8. La electro – oculografía en relación al movimiento del ojo.

Existe una relación casi lineal entre el ángulo hor izontal de la mirada y la salida del EOG, por aprox imadamente ± 30° del arco visual.

Si se colocan electrodos en los laterales del ojo y párpados, es posible registrar los cambios de potencial eléctrico y, de ahí, deducir los movimientos que ha hecho el ojo.

Los electrodos pueden también ser colocados arriba y abajo del ojo para registrar los movimientos verticales del ojo. [1]

Figura 9 Ubicación de electrodos para movimiento sacádico.

• El EOG, a diferencia de otros biopotenciales, requiere de un amplificador dc. La salida está en la región de microvoltios, por lo que se requieren electrodos de Ag/AgCl. Es necesario raspar

16

la piel para reducir los cambios de potencial que existen entre el interior y el exterior de la piel. En el proyecto se utilizaron sondas (cables) y electrodos de cardiología con excelentes resultados. El ruido presente está compuesto por los efectos de EEG, EMG y el equipo de registro; esto es equivalente a 1° de movimiento del ojo.

• El EOG carece de exactitud en los extremos. Especialmente los movimientos de ojos de menos de 1° o 2° son difíciles de registrar, mientras que movimientos largos del ojo (por ejemplo, mayores que 30° del arco visual) no producen amplitudes bioeléctricas que sean estrictamente proporcionales a la posición del ojo.

• Se han realizado numerosos estudios para determinar la relación entre el voltaje y el ángulo de la mirada. Básicamente, existen dos teorías: la primera establece que el voltaje detectado por los electrodos bitemporales se relacionaba con el seno del ángulo de desviación a partir del punto de fijación central y la segunda afirm a que, dentro de los límites, el voltaje está relacionado directamente con el ángulo horizontal de la mirada.

Montaje para medición Se busca observar el comportamiento de ojo ante los cambios de sus diversos movimientos para lo cual se suele usar un arreglo de leds que abarquen todo el campo visual. Dependiendo del tipo de problem a para realizar medición se ejecuta un programa de iluminación de leds.

Figura 10. Arreglo típico para realizar el electro oculograma, [1].

17

2.9. RESPUESTA SACÁDICA El movimiento sacádico es descrito por saltos rápidos del ojo de un punto de fijación a otro θ.

• El estimulo es descrito por • Una señal escalón. (A un

determinado grado se prende un led).

• Pero el movimiento del ojo de 700°/s no esta directamente relacionado.

• El objetivo de la sacada es m inimizar el tiempo de transferencia para i r de

• Un punto al otro.

Figura 11. Respuesta Sacádica.

Los parámetros comúnmente empleados para el análisis de la señal sacádica son la máx ima velocidad angular, la amplitud, la duración y la latencia. La trayector ia y velocidad de la sacada no pueden ser voluntariamente alteradas. Los valores típicos para estos parámetros son 400°/s para la máx ima veloc idad, 20° para la amplitud, 80ms de duración, 200ms de latencia.

Figura 12. Parámetros de la señal electro - oculográfica.

18

2.10. NISTAGMO Es un movimiento rápido conjugado de los ojos que tiene sentido, dirección y velocidad.

Figura 13. Nistagmo-grama

De la respuesta el medico puede reconocer movimientos inapropiados del ojo como respuesta a un estimulo para producir mov imiento nistasmico.

El estimulo en este caso además del usos de leds, se busca generar mareo en el paciente al introduc ir le agua fría o caliente (pruebas de equilibr io).

La prueba de equilibr io es útil para determinar si el paciente tiene problemas de oído o s i hay una pos ible presencia de cáncer o a normalidades distintas para remitirlo a otro espec ialista.

19

3. SOLUCION DEL PROBLEMA

Nuestro Sistema de adquis ición y medición esta envuelto en tres grandes subs istemas que son :

1. El estimulador

2. El sistema de adquisición

3. El sistema de visualización

Figura 15. Estim ulador y sistema de adquisición.

El sistema de v isualización es la visualizac ión de los parámetros en el PC.

La técnica aplicada para resolver el problema fue la de divide y vencerás se encaro cada subsis tema como si fuera un sistema único y se desarrollo toda la arquitectura y diseño teniendo en cuenta los requer imientos de la s iguiente etapa.

INTERFAZ Y VISULIZACIÓN PC

ESTIMULADORACONDICIONAMIENTO

20

3.1. ARQUITECTURA DEL ESTIMULADOR Entrada la señal de fuente y selección de prueba medica.

La salida es el estimulo movimiento de encendido y apagado de leds de acuerdo con la prueba selecc ionada, y una señal de inic io de activ idad para poner alerta el sistema de adquis ic ión (esta ultima señal se podría obviar pero tendr íamos que mantener alerta todo el tiempo el sistema de adquisic ión y resulta que nosotros podemos jugar con bajo consumo del sistema de adquisición con lo cual esta señal adquiere importanc ia).

Figura 16. Arquitectura del estimulador

Características de diseño del dispositivo estimulador:

De acuerdo a los resultados esperados, uso, transporte y usuar ios finales del aparato se diseñó su forma que atiende a carac ter ísticas específ icas de la función.

21

Figura 17. Materiales de fabricación.

Los materiales utilizados en la estructura del prototipo fueron tubo de PVC y acrílico, que son materiales aislantes que no generan ningún tipo de interferencia en las señales , además que presentan caracter ísticas de maleabilidad que permiten dar la forma requer ida que además se puede modular para fácil transporte con pesos muy bajos.

La base es de acr ílico negro mate y presenta tres es truc turas ensamblables:

Figura 18. Base del equipo.

Esta contiene la matriz de Leds ubicados a distancias específicas con respecto a un punto central para medir los ángulos . L=R θ donde L es la longitud de arco, se tomó una dis tanc ia de aprox imadamente de 35 centímetros entre el centro de la superficie esférica y el borde, y este se determinó como el radio de nuestra esfera.

Figura 19. Ubicación de Leds.

Esta relación forma-función obligó a que se tuvieran en cuenta factores de tipo ergonómico y estético para que el instrumento además de ser pequeño en tamaño, liv iano y fácil de transportar diera los resultados esperados. Para poder cumplir con las caracter ís ticas antes mencionadas se utilizaron mater iales livianos en colores neutros que func ionalmente no interfirieran con los datos que arrojaban las mediciones.

- La máscara transparente, que tiene la forma de la cara permitiendo que los ojos del paciente queden a una ubicac ión y altura apropiadas.

- La semiesfera se hizo en acr ílico por la facilidad de termo formado. Su forma semiesférica se escogió para poder ubicar los Leds a ángulos específ icos de manera prec isa.

Poster iormente se ubicaron los Leds en una línea horizontal y de manera prec isa cada 5 grados., según el estímulo que se necesitaba provocar para los diferentes exámenes con diferentes configuraciones.

Se tomo una distancia de aproximadamente de 35 centímetros entre el centro de la superfic ie esférica y el borde, este se determinó como el radio de nuestra esfera.

22

Figura 20. Montaje del equipo.

En general todos elementos del estimulador van de acuerdo a la premisa de hacer un prototipo liv iano y ligero, con piezas desarmables y ensamblables para hacer lo portátil.

Características de los program as de estimulación a ejecutar :

Los programas de estimulación van de acuerdo a los especialistas y pruebas a realizar.

Los dos programas de la santa fe son: uno para mov imiento sacádico (hor izontal y vertical realizado con cuatro leds ubicados formando un cuadrado a 15grados del centro) y otro para medición de nis tagmo que es en definitiva prender apagar leds hor izontales deforma que se genere una onda senosoidal.

El programa de la barraquer es usado para hacer una medida indirecta del funcionamiento de la retina, utiliza 3 leds uno para ubicar a la persona en el centro del sistema y los otros dos se prenden y apagan cada 1.1 segundos, estos dos últimos están a 15 grados y de forma horizontal.

Y el programa usado en la foscal por estudiantes de GBUIS (grupo de investigación biomédica univers idad industrial de Santander) para medir respuesta al mov imiento sacádico por grado. Consta de un arreglo horizontal de leds ubicados cada 5 grados. Se generan salto progres ivos 0, 5, -5, 10,-10,15,-15,20,-20,25,-25,30,-30 grados.

La caja en la parte posterior, que sirve para almacenar los diferentes circuitos eléc tricos.

La parte exterior esta conformada por una estructura semic ircular modular en tubo de PVC, que soporta una carpa de lona negra que aísla el paso de la luz y genera en su interior una cámara oscura.

23

Descripción detallada de los elem entos y programa del estimulador

La disposic ión de los elementos que se observa en el estimulador Figura 22 es la siguiente:

Qy4 donde se encuentra los programas a ejecución.

Tenemos port A 6 pines:

2 son osc ilador (al final trabaje con oscilador interno con lo cual quedan estos dos pines libres para actualizac iones posteriores del código).

1 el reset

2 para selecc ionar programa,

1 transmis ión de que inicia prueba.

Manejo de leds portb 8 pines.

Uln2803 es un driver, que en es te caso se usa para poder tener un mejor manejo de corr iente.

El 74ls04 y el 74ls08 negador y And se colocaron para poder selecc ionar que leds eran los que deberían estar prendidos en la matriz de leds.

Los sockets es tán de acuerdo a la matr iz de leds.

Matriz de leds y m odo de control

1 2

6 7 8 9 10 11 5 12 13 14 1 5 16 17

3 4

El sistema para selección fue el siguiente dado que en mi diseño el qy4 solo disponía de 8 pines para generar el encendido y apagado de toda la matriz (podr ía utilizar en realidad 10).

Se genero una ac tivación alterna a la de prender o apagar cada pin y fue la siguiente.

24

A habilita encendido de Leds 1,2,3,4.

B habilita encendido de Leds 6,7,8,15,16,17.

C habilita encendido de leds 5,9,10,11,12,13,14.

Figura 21. Esquema habilitación de leds en el estim ulador

Descripción de Program a Clínica Barraquer

Habilito C y trabajo con los leds 5, 10 y 13. Para que prenda inicialmente el 5 y después alternando cada 1.1segundos los leds 10 y 13.

Descripción de Program a Clínica Santafe Sácadicos

Habilito A y trabajo con los leds 1,2,3,4.

Para que prenda inic ialmente el 5 y después alternando cada 1.1segundos los leds 10 y 13.

Durac ión de la prueba un minuto

Descripción de Program a Clínica Santa fe Nistagmo

Habilito B y trabajo con los leds 6,7,8 prendiéndolos y apagándolos en secuencia.

Habilito C y trabajo con los leds 9,10,11,5, 12,13,14 prendiéndolos y apagándolos en secuenc ia.

Habilito B y trabajo con los leds 15,16,17. Prendiéndolos y apagándolos en secuencia.

Y retorno .

25

Descripción de Program a de sacádicos prueba Foscal

Habilito C y trabajo con los leds (11,12), (10, 13), (9,14) prendiéndolos y apagándolos en secuenc ia, entre prendido y apagado 1.1 segundos.

Habilito B y trabajo con los leds (8,15), (7, 16), (6,17) prendiéndolos y apagándolos en secuenc ia, entre prendido y apagado 1.1 segundos.

Y retorno.

Las repetic iones hay que evaluarlos nuevamente con los médicos espec ialistas.

Vi sta superior

Figura 22. Vista superior del circuito del estim ulador.

Impreso del estimulador:

Figura 23. Esquema Circuito impreso del estim ulador.

26

3.2. ARQUITECTURA DEL ACONDICIONAMIENTO

ADC

Figura 24.Diagrama de bloques del Acondicionamiento inicia l.

Entradas fuente de alimentación que para es te caso es una pila 9 voltios( en realidad no se trabaja directamente con la pila 9 voltios sino que la entrada de fuente se acondic iona a +5, - 5 voltios usando regulador lm7805 y lm7905 el esquema se encuentra en la figura 26) y las señales provenientes de los ojos (en el caso de la figura 24 la dispos ición de los electrodos es para la prueba de movimiento sacádico) .

La salida es la señal filtrada y con una Acondicionamiento adicional, el cual es adaptar la señal filtrada la señal para que se encuentre en el rango de operación del ADC.

Figura 25. Arquitectura del acondicionamiento

27

Figura 26. Esquemático Fuente dual.

Para el caso de la pila en ves de conectar el c ircuito a un transformador se coloca de tal forma que a la entrada tenga +9V y -9V .

Etapa Amplificación

Se probo con tres tipos de Amplificadores de instrumentac ión INA 110, INA 118 y INA 101. Observando resultados similares, por lo que y se realizaron módulos de acondicionamiento para el INA 101 y el INA 118.

Características generales de los amplificadores de instrum entación:

Zin grande del orden de GΩ , Zo baja del orden de Ω, CMRR grande >100dB

Ganancia G estable y fácilmente ajus table para que no afecte el CMRR

Tensión de ofset y corriente de polar ización bajas.

Figura 27. configuración INA118 para ganancia de 1000

28

Etapa de f iltrado

Un filtro en elec trónica es un dispos itivo de selecc ión de frecuencias.

+ + H(s) = V2(s)/V1(s) Func ión de

V1 Filtro V2 transferenc ia que me da el comportamiento del

- - filtro

Requeríamos cumplir con la condic ión de tener un filtro pasa altas a 0.01Hz para quitar el nivel DC y un filtro pasa bajas a 30Hz, esta ultima carac terística nos ayuda mucho ya que no tenemos que usar filtro notch a 60hz.

Para garantizar lo segundo se implemento (el no uso de filtro notch) decidimos trabajar con un filtro pasa bajas de 4 orden en 30hz.

Al simular y probar vimos que:

1. el filtro pasa altas mas que un beneficio se convierte en un problema ya que deforma la onda, luego se decidió dejar el filtraje pasa altas en un segundo orden.

2. Que era mas conveniente implementar un ajuste de la señal de salida al ADC para que esta quedara en el rango del ADC.

Figura 28. Función de transferencia de los fil tros im plementados

29

Figura 29. Esquemático Fil tro Pasa Altos fc=0.01hz.

Figura 30. Esquemático Fil tro Pasa bajo fc 30Hz.

Figura 31. Esquemático Acondicionamiento ADC.

30

3.3. TRANSMISION SERIAL Y ADC

Figura 32. Pinado de la configuración ADC y transmisión serial con QY4.

El programa de transmisión serial consta de 3 etapas

La pr imera es adquis ición del ADC, canal 0, canal 1.

A estos dos valores se le añade una variable toggle que se activa con el timer1 y que cambia su valor cada 1.1 segundos.

La tercera es activación hiperterminal.

El código en ensamblador de motorola se encuentra en los anexos.

Figura 33. Archivo txt.

Generado por medio de hiperterminal con los datos transmitidos por el QY4.

31

3.4. SOFTWARE El softw are a partir de una señal txt encuentra los parámetros de latencia, durac ión velocidad de pico, y el índice de arden además valida el usuar io y guarda la historia c línica.(mirar respuesta sacadita)

Figura 34. Diagrama completo de la aplicación en matlab.

En la sección de lo anexos se presenta la aplicación del softw are. Y el código de Analizar señal.

32

3.5. COSTO DEL EQUIPO. En el presente proyecto se planteó solucionar el problema mediante una tecnología per tinente a la situac ión económica del país, es por ello que tuvo en cons iderac ión la compra de materiales accesibles y bajo costo. En la tabla siguiente se muestra el cos to unitar io de materiales y elementos del equipo de control, cuyo valor total del equipo es alrededor de 2.1 SMLV, el cual se apropiado a los requer imientos.

Tabla ...: Estimulador de señal EOG.Detalle Cantidad Valor Costo directo material

Carcaza plást ica 1 200.000$ 200.000$ QY4 1 5.000$ 5.000$ uln2803 1 2.400$ 2.400$ baquela 1 10.000$ 10.000$ resitencias 17 20$ 340$ regletas profesionales 2 1.750$ 3.500$ 74ls04 1 870$ 870$ LM7805 1 1.500$ 1.500$ LM7905 1 1.500$ 1.500$ condensador 2 300$ 600$ 74ls08 1 870$ 870$ jumper 37 250$ 9.250$ cable 1 2.000$ 2.000$ camas 3 800$ 2.400$ leds 17 200$ 3.400$ quemador motorola 1 110.000$ 110.000$ carpa 1 20.000$ 20.000$

Subtotal materiales = 373.630$

Tabla ...: Acondicionamiento, Transmisión Señal y fuente.Detalle Cantidad Valor Costo directo material

Carcaza plástica 1 200.000$ 200.000$ QY4 1 5.000$ 5.000$ LF353 1 2.400$ 2.400$ baquela 1 10.000$ 10.000$ resitencias 17 20$ 340$ regletas profesionales 2 1.750$ 3.500$ ina 101 1 25.000$ 25.000$ OPA 226 1 10.000$ 10.000$ jumper 37 250$ 9.250$ cam as 3 800$ 2.400$ leds 17 200$ 3.400$ interruptores 5 1.000$ 5.000$ electrodos 3 28.000$ 84.000$ crem a elec trolit ica 1 60.000$ 60.000$ DB9 1 1.750$ 1.750$ cable 1 3.000$ 3.000$ LM7805 1 1.500$ 1.500$ LM7905 1 1.500$ 1.500$ condensador 22 300$ 6.600$

Subtotal equipos de control = 434.640$ Detalle Cantidad Valor Costo directo material

33

3.6. PLAN DE VALIDACIÓN DEL DISPÓSITIVO

El plan de validac ión del equipo permite establecer la func ionalidad del mismo, sin embargo no se ha realizado por tanto se debe abrir los escenarios fís icos entre los médicos de la clínica Barraquer, los posibles beneficiarios y el autor del proyecto. Para ello se plantea un los próx imos días plantear un cronograma de actividades con los ac tores mencionados. Finalizadas dichas activ idades se presentará un protocolo médico de funcionalidad del dispositivo.

34

4. RESULTADOS Y CONCLUSIONES

Todos los módulos hardw are por aparte se encuentran funcionando.

La parte de acoples finales al dispositivo físico se encuentran en proceso de retoque

El modulo softw are da los resultados esperados.

Falta mejorar el índice de Arden para no dejar el calculo automático, s i no darle la opción al medico de que escoja la opción y mejorar la parte visual para el medico.

Se entrega un aparato útil para la comunidad universitaria interesada en la señales del ojo. Se debe poder validar el aparato en alguna ins tituc ión medica, aunque de por si se puede utilizar para la enseñanza de temas relac ionados con el área de señales como con áreas de fisiología la Universidad.

Si se piensa en comercializar se debe eliminar el trabajo de procesamiento en matlab y mas bien usar softw are libre.

35

BIBLIOGRAFÍA

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[2] Interfaz Usuar io maquina basado en la electro-oculograf ía. Rafael Barea Navarro. Tesis doctoral. Departamento de Electrónica. Universidad de Alcalá. Madr id 1999.

[3] Guía didáctica del 68HC08 Jordi Mayné.

[4] Motorola semiconductor application note AN1050




Internet

[1] http://www.liv.ac .uk/~pcknox/teaching/Eymovs/params.htm

[2] http://bjo.bmjjournals.com/cgi/content/full/85/12/1477

[3] http://butler.cc.tut.fi/~malmivuo/bem/bembook/28/28.htm

[4] http://www.eng.monash.edu.au/ieee/ieeebio1999/p33.htm

[5] http://www.dizziness-and-balance.com/practice/saccade.htm

[6] http://www.biopac.com/bs lprolessons/h12/h12.htm

[7] http://www.chipcatalog.com/TI/Datasheet/INA118.htm

[8] http://www2.ece.jhu.edu/faculty/andreou/487/2003/LabWork/INA101.pdf

[9] http://www.iguanalabs.com/7805kit.htm

36

ANEXOS

A. CODIGO ENSAMBLADOR EXAMENES MEDICOS ESTIMULADOR

A continuación muestro el código en ensamblador en motorota QY4 de los programas de encendido y apagado de leds.

;estimulador prueba

;programa para el manejo del estimulador

;-------------

$include "qtqy_registers.inc" ;libreria de regist ros especiales

ram_start equ $0080 ;ubicacion de ram de proposito general

rom_start equ $ee00 ;ubicacion de memoria del programa

;---------------

org ram_start ;memoria ram de datos

;regi st ros proposito general

conta ds 1 ;un byte para conta

contb ds 1 ;un byte para contb

contc ds 1 ;un byte para contc

contd ds 1

conts ds 1

conte ds 1

;-----------------------

org rom_start ;memoria de programa

;---programa principal

37

inicio rsp ;inicia puntero de pila ultima posicion de ram

clra

bset 0,config1 ;deshabilita cop(perro guardian)

bset 0,config2 ;habilita reset externo

mov #$00,osctrim ;configura osc interno (ff=2.4mhz,80=3.2mhz,00=4mhz)

clr porta

clr portb

mov #%00000001,ddra

mov #%11111111,ddrb ;todo el puerto b como salida

lee_dip brclr 1,porta,*

jsr antirebote

brclr 1,porta,s1

s2 brclr 2,porta,*

jsr antirebote

brclr 2,porta,ba

jmp santa2

s1 brclr 2,porta,san

jmp buca

ba jmp barra

san jmp santa1

santa2 mov #$05,contd

bclr $7,portb

bset $6,portb ;selecionar leds bordes

bset $0,porta

loop3 bset $0,portb ;prende led

38

j sr retar_seg ;llama a retardo de 1 segundo

bclr $0,portb ;apaga led

bset $1,portb ;prende led


bclr $1,portb ;apga led










dbnz contd,loop3

bclr $0,porta

jmp nada

buca mov #$05,contd

bset $7,portb

loop4 bset $3,portb ;prende led

bset $0,porta






39













dbnz contd,loop4

jmp nada

barra bset $7,portb


j sr retar_seg

j sr retar_seg

j sr retar_seg

bclr $3,portb ;apaga led,llama a retardo de 1 segundo

mov #$10,conts

lop bset $0,portb ;prende led

bset $0,porta ;prende led

j sr retar_seg ;llama a retardo de 100u segundos

bclr $0,portb

40

bclr $0,porta

j sr retar_seg

bset $6,portb

bset $0,porta

j sr retar_seg ;p rende led

bclr $6,portb

bclr $0,porta

dbnz conts,lop

jmp nada

santa1 lda #04

bclr $7,portb ;activa linea santa1


lop1 bset $0,portb ;prende led

bset $0,porta ;prende led









bset $7,portb ;activa linea barra


41



























42






; ------regreso seno










bset $7,portb ;activa linea barra













43





















deca

cbeqa #$0,nada

jmp lop1

nada bclr $0,porta ;apaga led

mov #$03,conte

44

dbnz conte,nada

; funciones auxiliares

antirebote j sr ret_rebote ;retardo de antirrebote

brclr 3,porta ,* ;confirma si se solto el pul sador

j sr ret_rebote

ret_rebote mov #$80,contb

a2 mov #$ff,conta

a1 dbnz conta,a1

dbnz contb,a2

rts

;subrutinas

retar_seg mov #$04,contc

tres mov #$ff,contb

dos mov #$ff,conta

uno dbnz conta,uno

dbnz contb,dos

dbnz contc,tres

rts ;retorno de subrutina

;rutina de tim !! en especial para barraquer, 1.1seg y 100u

;--------------

re1seg ldhx #!4310 ;carga h:x con valor de overflow para tim

sthx tmodh ;carga valor de overflow para tim

mov #%00010110,tsc ;configurar el prescaler intbus/64

brclr 7,tsc,* ;bandera de overflow(tof )=1?

rts

remicroseg ldhx #!6 ;carga h:x con valor de overflow para tim

sthx tmodh ;carga valor de overflow para tim

mov #%00010110,tsc ;configurar el prescaler intbus/64

45

brclr 7,tsc,* ;bandera de overflow(tof )=1?

rts

;=============================================

;tratamiento de interrupciones no validas

;============================================

null rti ; retorno de interrupciones

;===========================================

; vectores de interrupciones y reset

;===========================================

o rg $ffde

dw null

dw null

o rg $fff2

dw null

dw null

dw null

dw null

o rg $fffa

dw null

dw null

dw inicio

end

B. CODIGO ENSAMBLADOR TRANSMISION SERIAL.

A continuación muestro el código en ensamblador en motorota QY4 del programa de transmisión serial y conversión ADC.

$Include 'qtqy_registers.inc'

46

RamStart EQU $0080

RomStart EQU $F800 ; Valid ROM for QT2, QY2, QT4, QY4

VectorStart EQU $FFDE

org RamStart

disparo equ 1

txpin equ 7 ;7 del portb como salida

nbits ds 1

bufertx ds 1

rega ds 1

regb ds 1

regc ds 1

VARIABLE DS 1

TOOGLE DS 1

org RomStart

**************************************************************

* Main_Init - This is the point where code starts executing *

* afte r a RESET. *

**************************************************************

start:

rsp

mov #$00,config2 ;osc interno

mov #$01,config1 ;perro guardian off

clra

clrx

mov #$ff,portb

clr porta

mov #$fc,DDRA ; Setting PortA Bit 5 to an output

mov #$fe,DDRB

47

; lda iosctrm

; sta osctrim

CLI ; Allow interrupts to happen

bset txpin,portb ;linea arranca en alto tx

bset 4,portb

bsr del1s

bclr 4,portb

LDHX #!64000 ;CARGAR H:X CON VALOR EN DECIMAL.

STHX TMODH ;CARGA VALOR DE OVERFLOW PARA TIM.

MOV #%01010110,TSC ;PREESCALER EN 64.

CICLO LDA #$00

BSR T OMAAD

BSR TXBYTE

LDA #$01

BSR T OMAAD

BSR TXBYTE

LDA VARIABLE

BSR TXBYTE

BRA CICLO

TOMAAD STA ADSCR ;CANAL 2 (PTA4) - UNA CONVERSION.

MOV #$00,ADICLK ;CLOCK AD EN "Bus Clock / 8".

BRCLR 7,ADSCR,* ;ESPERE CONVERSION.

LDA ADR ;SACO VAOLR DE CONVERSION.

RTS

txbyte SEI

sta bufertx

48

mov #!9,nbits

bclr txpin,portb

bsr delay104

rotar dbnz nbits,segui s

bset txpin,portb

BSR DELAY104

CLI

rts

segui s ror bufertx

bcc zero

bra uno

zero bclr txpin,portb

bsr delay104

bra rotar

uno bset txpin,portb

bsr delay104

bra rotar

; rutina de bit completo en tx:

; -----------------------------

delay104 mov #!60 ,rega ;4

dbnz rega,*

nop

rts

del1s mov #!5, regc ;4

loop2 mov #!255,regb ;4

loop1 mov #!255,rega ;4

dbnz rega,*

49

dbnz regb,loop1

dbnz regc,loop2

rts

int_tim pshh

brset 0,toogle,aaa

bra bbb

aaa

bclr 0,toogle

mov #'a',variable

pulh

bclr 7,tsc

rti

bbb

bset 0,toogle

mov #'b',variable

pulh

bclr 7,tsc

rti

null rti

org VectorStart

dw null ; ADC (not valid for QT1,QY1)

dw null ; KBI

org $FFF2

dw INT_TIM ; TIM

dw null ; TIM CH1

dw null ; TIM CH0

org $FFFA

dw null ; IRQ

50

dw null ; SWI

dw Start ; Reset

C. CODIGO DE LA ETAPA DE ANALIZAR LA SEÑAL % Procedimiento para cargar la señal

clear all

y=load('señalinput.txt');

lg=length(y);

%Procedimiento para obtener los parametros, duracion, latencia, velocidad

%de pico.

%1. separar en 3 vectores de uso Y1=led, Y2=adc0, Y3=adc1

% para el caso de la señal nistgmus solo dibujar no se tiene que hacer nada

% mas...

y1=y(1:lg,1);

y2=y(1:lg,2);

y3=y(1:lg,3);

%2. encontrar unos de y1 pasarlo a vector unosEOG

unosEOG=funo(y1);

%3. pendiente eog

pendiy2=pende(y2);

pendiy3=pende(y3);

%4. duracion uso puntos de cambio de pendiente

%y en los intervalos rodiados de 0 se encuentra la duracion

puntoscambio1=cambiopendi(pendiy2,0.35);

51


dura1=duracion(puntoscambio1);


%ajusto el valor de la duracion

dura1=ajustodura(dura1,dura2);

du=dura1(1:length(dura1),1)./250;

%4.B lo mismo que 4 sino que para la otra señal





%ajusto el valor de la duracion

dura3=ajustodura(dura3,dura4);

du2=dura3(1:length(dura3),1)./250;

%5. usando los puntos de iniciales de cambio de pendiente y los puntos de unEOG

%encuentro la latencia de cada ojo.

tim=dura1(1:length(dura1),2);

laten=latencia(tim,unosEOG);% este vector quea con ceros donde se encontro un artefacto

latenfin=quitaceros(laten);

%6. inidice de arden divion entre señal luz y osuridad

%luego se supone que las señales se tomaron y almacenaron con lo de

%condicion luz y oscuridad

%entonces debo tomar estos cuatro vectores y1oscuridad/y1Luz*100,

%y2oscuridad/y2luz*100

%y sacar media mean max mim

%para ejemplo

%y1/y2 lo usare como y1 oscuridad / y1 luz

52

ARDENY1=(y1./y2).*100;

ARDENY2=(y1./y2).*100;

%visualizacion

%7. promedios, maximos y minimos

marden1=max(ARDENY1)

m iarden1=min(ARDENY1)

mearden1=mean(ARDENY1)

medarden1=median(ARDENY1)

marden2=max(ARDENY2)

m iarden2=min(ARDENY2)

mearden2=mean(ARDENY2)

medarden2=median(ARDENY2)

malaten=max(latenfin)

m ilaten=min(latenfin)

melate=mean(latenfin)

medlate=median(latenfin)

madura=max(du)

m idura=min(du)

medura=mean(du)

meddura=median(du)

madura2=max(du2)

m idura2=min(du2)

medura2=mean(du2)

meddura2=median(du2)

53

figure(1),subplot(3,1,1),hist (latenfin./250),title('Latencia');

subplot (3,1,2),hi st (du),title('Duracion Ojo1');

subplot (3,1,3),hi st (du2),title('Duracion Ojo2');

figure(2),

subplot(2,1,1), plot (y2),title('Ojo1'),xlabel('Muestras'),ylabel('mV');

subplot(2,1,2), plot (y3),title('Ojo2'),xlabel('Muestras'),ylabel('mV')

%--------------------------------------FUNCIONES--------------------------

function tempsegnal=quitaceros(segnal)

lonsegnal=length(segnal);

j=1;

i=1;

while i<lonsegnal,

if segnal(i,1)==0

tempsegnal(j,1)=segnal(i+1,1);

i=i+1;

else

tempsegnal(j,1)=segnal(i,1);

end

i=i+1;

j=j+1;

end

%------------

function dura1=ajustodura(dura1,dura2);

j=1;

m=1;

for j=1:length(dura1),

54

while dura1(m,2)>dura2(j,2)+5,

j=j+1;

end

dura1(m,1)=dura2(j,1);

m=m+1;

end

%---------------

function dura=duracion(puntoscambio1)

i=1;

m=1;

while i<length(puntoscambio1),

if puntoscambio1(i,1)>0

j=i;

while puntoscambio1(j,1)>0,

j=j+1;

end

dura(m,1)=j-i;

dura(m,2)=j;

m=m+1;

i=j;

end

i=i+1;

end

%--------------------------

function unoc=funo(y1)

j=1;

for i=1:length(y1),

if y1(i,1)==1

55

unoc(j,1)=i;

j=j+1;

end

end

%-------------

% Funcion para calcular las latencias de una señal EOG

function latenc=latencia(tim ,unosEOG)

lonlate=length(unosEOG);

lontim=length(tim);

i=1;

j=1;

while i<lonlate |j<lontim

while unosEOG(i,1)>tim(j,1)

if j<lontim

j=j+1;

end

end

template(i,1)=tim(j,1)-unosEOG(i,1);

if template(i,1)>125

template(i,1)=0;

i=i+1;

template(i,1)=abs(tim(j,1)-unosEOG(i,1 ));

end

i=i+1;

j=j+1;

end

latenc=template;

56

%funcion que encuentra la derivada de una funcion (pendiente)

function pendiente=pende(s_eog)

fin=length(s_eog)-1;

pendiente(1,1)=s_eog(2,1)-s_eog(1,1);

for i=2:fin

pendiente(i,1)=s_eog(i+1,1)-s_eog(i-1,1);

end

pendiente(fin+1,1)=s_eog(fin+1,1)-s_eog(fin,1);

D. APLICACIÓN COMPLETA EN MATLAB

Al ac tivar desde el w orkspace de matlab el programa pr incipal EOG aparece esta ventana en la cual se da la opc ión de que se adquiera una señal EOG almacenada en formato TXT.

57

Arriba tenemos la adquisición de la señal (archivo tx t) para ser analizado.

58

Cuando se abre el archivo inmediatamente este se grafica y en la imagen super ior se tiene la opción de datos .

Se llenan y validan los datos del pac iente.

59

También se permite llenar la histor ia clínica.

Seleccionar los resultados a observar.

60

Visualización de los datos

61

El menú de acerca de.

CONSTRUCCIÓN DE UN PROTOTIPO DE SISTEMA DE …

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