PROYECTO DE GRADO DESARROLLO E IMPLEMENTACION DE UN ...

Desarrollo e implementación de un dispositivo de captación y envió de Potenciales Evocados Auditivos de Tronco Cerebral(PEATC)

0

PROYECTO DE GRADO

DESARROLLO E IMPLEMENTACION DE UN DISPOSITIVO DE CAPTACIÓN Y ENVIO DE POTENCIALES EVOCADOS AUDITIVOS

DEL TRONCO CEREBRAL (PEATC)

“DISEÑO, DESARROLLO E IMPLEMENTACIÓN DE UN PROTOTIPO”

PRESENTADO POR:

JUAN CARLOS HOYOS FERNANDEZ

DIEGO ANTONIO LEGUIZAMON HERNANDEZ

DEPARTAMENDO DE INGENIERÍA ELECTRICA Y ELECTRONICA UNIVERSIDAD DE LOS ANDES

BOGOTA, agosto de 2004


1

Agradecimientos especiales a nuestros familiares por el apoyo incondicional,

a nuestros asesores durante el proceso por ser quienes nos guiaron a través

de un desarrollo integro y orientado, también a nuestros compañeros y

amigos por su preocupación y apoyo moral en la terminación de este

proyecto.


2

1.INDICE

2.TITULO

3.INTRODUCCIÓN

4.OBJETIVOS

5.MARCO TEÓRICO

5.1. Potenciales Evocados

5.1.1. Potenciales Evocados Auditivos

5.1.1.1. Características Generales

5.1.1.2.Estímulos [1]

5.1.1.3.RUIDO DE LA SEÑAL

6. MODULO HARDWARE PARA LA ADQUISICIÓN

6.1. Adecuación de la señal

6.1.1. Filtros

6.2. Amplificación.

6.2.1. Amplificadores Operacionales

6.2.2. Amplificadores de Instrumentación

6.3. Interfaz con PC.

6.3.1. Conversión Análogo Digital (ADC)

6.3.2. Comunicación

7.PARTE SOFTWARE MEDISOFT

7.1. Objetivos:

7.2. Software a considerar

7.3. Participantes

7.4. Normas para el desarrollo de Software

a. Metodología b. Programas evaluados

7.5. Selección y planeación de los proyectos.

8.visualización

8.1. . Introducción a la visualización

8.2. Iconos aplicación del mismo

9.presentación Principal

9.1. Introducción a presentación Principal


3

9.1.1. Objetivo

9.1.2. Programación y diseño

9.2. Menú Principal

9.3. Información general del Software

9.4. Información General de los Interventores

9.5. Salir

9.6. Modelo Programado

10. Médico

10.1. Introducción al menú Médico

10.2. Seguridad

. a. Usuarios

b. Clave de Ingreso

c. Clave de Confirmación

10.3. Información General y de Datos Personales

10.4. Previsualización y Simulación

10.5. Toma del Examen

10.6. Promediación

10.7. Reportes y Envíos

11. Técnico

11.1. Seguridad

12. Información y Diagnóstico

13. Resultados

13.1. Filtros

13.2. Amplificación

13.3. Etapa de digitalización y transmisión serial.

13.4. Integración de todo el modulo

14. Conclusiones

15. Anexo

16. Referencias


4

2. TITULO

(Proyecto de Grado)

DESARROLLO E IMPLEMENTACION DE UN DISPOSITIVO DE

CAPTACIÓN Y ENVIO DE POTENCIALES EVOCADOS AUDITIVOS

DEL TRONCO CEREBRAL (PEATC)

“DISEÑO, DESARROLLO E IMPLEMENTACIÓN DE UN PROTOTIPO”


5

3. INTRODUCCIÓN

(Definición del problema)

Dado el constante cambio de la medicina hacia la globalización y hacia la

telemedicina, partiendo de parámetros importantes como lo son los altos costos de

los equipos y la calidad de información que se puede transmitir; se hace necesario

el acercamiento de este tipo de tecnologías a entornos socio-culturales

inexplorados de una manera organizada y personalizada para optimizar

procedimientos médicos en una comunidad con miras a mejorar su calidad de

vida.

Para cualquier tipo de examen médico en el ámbito colombiano se hace necesario

el contacto directo con una entidad médica para el desarrollo del mismo, lo cual

implica factores como: tiempos de movilización, poca portabilidad del equipo,

instantaneidad de pronostico nula y otros aspectos que pueden llegar a ser

decisivos a la hora de un pronostico veraz y exacto por parte del médico. Este

aspecto es totalmente relevante cuando se habla de enfermedades o pacientes con

discapacidades físicas-mentales los cuales se encuentran en imposibilidad de

movimiento a la hora de un traslado urgente, o en el caso mental durante algún

tipo de cuestionario escrito o verbal.

En Colombia tanto el examen como el equipo de Potenciales Evocados Auditivos

es una necesidad que crece día a día en pruebas con neonatos y en personas

mayores. Esto, para el pronóstico de hipoacusias (sorderas) y enfermedades

auditivas que han tenido un aumento en zonas geográficas lejanas las cuales hoy

en día se encuentran desamparadas a nivel de diagnóstico a larga distancia, o en

otros pacientes sobre los cuales se hace necesario tener el equipo a disposición

frecuentemente para valorar su evolución post- trauma a nivel auditivo.

Todo lo previamente mencionado unido a factores de espacio y costos, los cuales

terminan siendo los más importantes en el desarrollo e instalación sobre un

entorno real apropiado y acondicionado para este tipo de pruebas.


6

4. OBJETIVOS

• Crear una herramienta Hardware/Software, que capte y muestre los

potenciales evocados auditivos del tronco cerebral.

• Este hardware tiene que ser lo más sencillo posible con un bajo consumo

de potencia (que pueda operar con baterías si es posible) y presentar una

señal con muy poco ruido.

• Tratar de obtener buenos resultados con la menor ayuda posible, sin

consultar tesis que ya lo hayan logrado y proponiendo soluciones propias

para lograr obtener lo que nos proponemos

• Elaborar una interfaz intuitiva para el uso de cualquier persona para poder

llevar registro de los resultados personales y generar reportes que puedan

ser subidos fácilmente a la red para facilidad de diagnostico por diferentes

especialistas

• Aprender a utilizar la herramienta de trabajo Labview 7 para la

elaboración de las tareas necesarias para el funcionamiento del dispositivo

y de la interfaz.

• Dejar un registro detallado del uso de Labview 7, que sirva de referencia

para personas que no estén familiarizadas con el software y le permitan

usar y modificar para sus propias exigencias.


7

5. MARCO TEÓRICO

5.1 Potenciales Evocados

Definición (P.E)

Se definen como las técnicas que registran las respuestas cerebrales provocadas

por estímulos sensitivos (visuales, auditivos o táctiles eléctricos). Cuando nos

referimos a los potenciales visuales, auditivos y somatosensoriales en conjunto,

les denominamos potenciales evocados multimodales.

Cuando un tren de estímulos sensoriales de cualquier tipo llega al cerebro,

provoca secuencias características de ondas en el trazado electroencefalográfico,

que denominamos potenciales evocados.

La señal es captada por electrodos de contacto o de aguja situados en

determinadas localizaciones normalizadas del cuero cabelludo o de otras partes

del cuerpo

Los potenciales evocados son técnicas diagnósticas de apoyo para encontrar

lesiones en las vías sensitivas respectivas. Ayudan a detectar lesiones y a

clasificarlas sugiriendo unas causas u otras. Además son métodos de control

evolutivo de procesos ya conocidos. En ocasiones son signos de progresión o

mejoría de una enfermedad que no da síntomas o problemas claros al paciente.

Son importantes en enfermedades como neuritis óptica, esclerosis múltiple,

sorderas, traumatismos craneales, lesiones de médula espinal o tronco del

encéfalo, neuropatías etc. Una alteración de los potenciales va a ayudar a su

diagnóstico o a su exclusión. Como son ondas independientes de la actividad del

paciente, son datos objetivos, concluyentes de lesión o de normalidad, lo que es

muy importante para la correlación entre las quejas del enfermo y la lesión real.

En ocasiones incluso, las alteraciones de las vías preceden a la presencia de


8

síntomas, ayudando al diagnóstico precoz de enfermedades que pueden ser

tratables y tratadas con urgencia.

5.1.1 Potenciales Evocados Auditivos

Los potenciales evocados auditivos son las respuestas producidas por el cerebro

cuando se le aplica un estimulo controlado por la vía auditiva Se utilizan para

determinar el estado funcional del Nervio Auditivo, del Tronco Cerebral, del Tálamo

y del Cortex Auditivo Primario y como método de evaluación objetiva de la

Audición.

Según la repuesta que estudiemos, diferente por su relación temporal con el

estímulo, pueden dividirse en: PEA de corta latencia o de Tronco Cerebral (PEATC)

entre 1 y 12 ms, PEA de media latencia entre 12 y 50 ms y PEA de larga latencia

mayor de 50 ms.

Nuestro dispositivo debe captar los PEA de corta latencia o los potenciales evocados

auditivos de tronco cerebral.

5.1.1.1 Características Generales

La señal del PEATC está compuesta por una serie de ondas (6 en total) que la

caracterizan, estas a su vez van indicando el paso de la señal audible por cada uno de

los organelos que componen el sistema auditivo (ver fig. 1.). Tiene una amplitud

aproximada de 10 microvoltios y una longitud aproximada de 10 a 12 ms.

ONDA I:

Dichas onda se origina en las neuronas del primer orden coclear, concretamente

dentro del órgano de corti.


9

ONDA II:

Esta se origina en los núcleos cocleares y es cuando la vía auditiva presenta unas

fibras contralaterales.

Fig. 1. Respuesta normal de PEATC en humanos.

ONDA III:

Dicha onda se forma en el complejo olivar superior.

ONDA IV:

Ya que la vía auditiva asciende hasta llegar en el núcleo anterior del lemnisco

lateral, es allí donde obtenemos el origen de esta IV onda.

ONDA V

Es posiblemente una de las más importantes, y su obtención se debe a la escala

que de dicha vía auditiva realiza en el tubérculo cuadrigémino posterior o colículo

inferior.


10

ONDA VI:

Ya más adelante, cuando la vía auditiva llega al cuerpo geniculado interno, se

obtiene esta sexta onda.

Nuestro objetivo primordial es la identificación de la onda V.

Además de identificar el paso de la onda por el oído, las ondas definen de acuerdo al

tiempo en q se demoren en aparecer, la normalidad en el paciente a esto se le define

latencia, los valores estándares de tiempo de aparición de estas ondas es el siguiente:

5.1.1.2. Estímulos [1]

La selección del tipo de estímulo a utilizar es una de las cuestiones más complejas

De todo el proceso de medición del potencial evocado. El estímulo ideal debería

permitir, entre otras cosas, determinar objetivamente el umbral de audición a las

diversas frecuencias de la audiometría subjetiva tradicional. Esto es muy difícil de

lograr en la práctica ya que los estímulos para potenciales evocados deben

satisfacer dos requisitos que en la práctica se contraponen. En primer lugar deben

ser de muy corta duración, ya que debido entre otras cosas al microfónico

coclear (ver próxima sección), la presencia del estímulo ocasiona un artefacto que

interfiere con el potencial a investigar. Además, un estímulo prolongado tiende a

producir un fenómeno de adaptación, que altera considerablemente el perfil del

potencial evocado. En segundo lugar, estos estímulos deberían poseer una gran

especificidad tonal, lo cual desde el punto de vista espectral implica que la

energía debería estar concentrada en una región muy angosta del espectro.

Tal como se indicó, estos requisitos se contraponen, ya que las señales de muy


11

corta duración tienden a tener un espectro muy extendido, y las de espectro

angosto requieren una duración considerable.

A lo anterior se agrega el hecho de que por más que se dispusiera de un estímulo

muy corto y de gran especificidad tonal, la cóclea reacciona tonotópicamente sólo

en régimen permanente o estacionario. El régimen que imponen los estímulos

muy cortos es necesariamente transitorio, siendo difícil establecer una

correlación directa entre el potencial evocado y el umbral de audición para una

frecuencia determinada. Esto es válido muy especialmente para las bajas

frecuencias.

Para los estudios de potenciales evocados se utilizan normalmente tres tipos de

estímulos: el click, el tone burst, y el logon.

El click (Figura 5) es una señal que se separa durante un pequeño intervalo del

nivel de reposo y luego retorna al mismo. Mientras dura el pulso, el nivel es

constante. Cuanto más corto sea el pulso más extenso será el espectro, es decir

que la energía sonora se reparte en un rango más amplio de frecuencias.

Fig.5. (a) click de 1 ms de duración (b) espectro de frecuencia


12

Así, un click muy corto permite estimular toda la cóclea.

El tone burst (Figura 6) consiste en un tono puro (senoidal) limitado a un

pequeño número de ciclos. Podría definirse como una senoide modulada en

amplitud por un click. Tiene más especificidad tonal que el click, aunque

contrariamente a lo que podría creerse, no contiene sólo una línea espectral de la

frecuencia del tono puro, sino que se extiende tanto más cuantos menos ciclos

dure el tone burst.

Fig.6. (a) Tone Burst de 2kHz. (b) espectro frecuencial.

Así, por ejemplo, un tone Burst de 2 KHz que contenga sólo un semiciclo, se

parecerá espectralmente más a un click que a un tono puro. Para evitar saltos

bruscos derivados de una conmutación que no coincida con un pasaje de la

senoide por 0, se suele utilizar la técnica denominada windowing (“ventaneo”),

por la cual se reemplaza la modulación con un click por la modulación con una

onda en forma de trapecio o similar, que asegura una transición más gradual.


13

El logon (Figura 7) es un tono puro modulado por una campana de Gauss. Es una

forma especial de windowing. Su espectro es también una campana de Gauss, que

tiene la particularidad de que se reduce muy rápidamente fuera de su zona central,

por lo cual la energía se concentra en dicha zona. Por esta razón se logra una

buena especificidad tonal aún con un estímulo corto. Se utiliza por ser un buen

compromiso entre corta duración y especificidad tonal.

Fig.8. (a) logon de 2 KHz. (b) Espectro frecuencial

El microfónico coclear es un potencial que se genera en la cóclea por la vibración

de las células pilosas de Corti como respuesta a un estímulo sonoro, en forma

similar al potencial generado por un micrófono (de allí su nombre). Es

aproximadamente proporcional a la presión sonora recibida en el tímpano, es decir

que su forma de onda reproduce la de las ondas de presión sonora. En particular es

sensible a la polaridad de dicha presión. Así, si una presión hacia adentro del

tímpano (compresiva) produce un microfónico coclear con una polaridad, una

presión hacia afuera (descompresiva) producirá un microfónico con polaridad

opuesta. El potencial de acción, en cambio, es la respuesta de una neurona, y


14

como tal se produce al superarse un umbral. Por consiguiente, su forma no

depende esencialmente de la forma de onda de la excitación, y su polaridad es

constante.

Si bien en algunos casos puede interesar medir el microfónico coclear, la mayoría

de las veces constituye un artefacto que perturba la respuesta a medir. Se puede

eliminar este artefacto por el simple expediente de presentar las repeticiones del

estímulo alternando su polaridad (Figura 8). Al promediar las respuestas, los

potenciales de acción conservarán su signo, proporcionando un promedio no nulo,

mientras que los microfónicos cocleares alternarán signos, siendo su promedio 0.

Esencialmente es el mismo principio que permite eliminar cualquier ruido, sólo

que en este caso, como el microfónico está en sincronismo con el estímulo debe

recurrirse a la alternancia de polaridades para que su promedio sea 0.

Fig. 8. Click con polaridad alternante

Esta alteración de polaridad afecta significativamente la onda I, más no tiene ningún

efecto en la onda III y V.

Buscando en internet hemos encontrado recomendaciones a seguir para la

elaboración de estímulos apropiados para la correcta captación de potenciales

evocados auditivos de tronco cerebral, entre estos los más recomendados y que más

hemos encontrado que se aplican son:

* Click - pulso eléctrico cuadrado de 0'1 ms de duración.


15

* Frecuencia: 11/s, en general, aunque para estudiar determinadas

patologías son necesarias otras frecuencias.

* Intensidad: 60-70 dB por encima del umbral individual; en caso de no

poder determinar el umbral empezar en 90 dB nHL, y en el niño en 80 dB

nHL.

5.1.1.3. RUIDO DE LA SEÑAL

Hay dos tipos de ruido en potenciales evocados. Por un lado se encuentran las

señales EEG y EEC, cuya presencia es permanente e inevitable, y por otro lado

los potenciales de origen interno y externo que pueden reducirse o minimizarse

tomando ciertas precauciones.

Algunos de éstos tienen también carácter permanente, como el ruido de 50 Hz de

la línea de alimentación, que aparece ya sea por una mala aislación, como por

radiación de transformadores o tubos fluorescentes. Otros, son fortuitos, como los

potenciales asociados a la actividad muscular. Así, un pestañeo, o la contracción

de otros músculos, especialmente aquellos que se encuentran próximos a los

electrodos, pueden producir picos de ruido bastante importantes. Existen otros

potenciales que afectan la señal los cuales son generados por campos externos

(efecto “antena” o acoplamiento capacitivo, por ejemplo la captación del campo

eléctrico de los tubos fluorescentes o de las líneas de alimentación) o por

pequeñas o grandes descargas de electricidad estática.

También es posible la presencia residual de potenciales evocados por otros

estímulos no auditivos, como ser los visuales.


16

Los potenciales de nivel similar al resto de la señal no merecen un tratamiento

particularizado. Aquellos potenciales de magnitud desmedidamente grande, en

cambio, pueden alterar significativamente la señal.

6. MODULO HARDWARE PARA LA ADQUISICION

Para poder adquirir la señal deseada, hemos pensado en 2 módulos principales que

se integran y complementan para la correcta ayuda y solución de los problemas

que podamos obtener al obtener la señal de los potenciales evocados auditivos,

entre estos se encuentran tamaño de la señal componentes no deseados que

queramos eliminar o aislar, y correcta visualización en un monitor y registro de

esta. Para esto hemos, de acuerdo a nuestros conocimientos adquiridos

implementado o intentado implementar una parte hardware y una parte software

para la parte hardware, utilizaremos integrados, elementos resistivos, capacitivos

para generar todo lo previsto, y una parte software que se encargue de

visualización, y registro de las señales con una que otra modificación que

consideremos se pueda implementar mas fácil que con la parte hardware.

6.1 Adecuación de la señal

El modulo hardware tiene 2 módulos básicos uno que le hace tratamientos a la

señal para hacer resaltar la señal deseada de los otros componentes que la

envuelven, para esto hacemos el uso de amplificadores y filtros para obtener lo

anteriormente dicho. Un segundo modulo es el que se encarga de la

comunicación del sistema con un PC para posteriormente ser procesada por la

parte de software.

6.1.1. Filtros

Una estrategia consiste en aprovechar que muchos ruidos pueden separarse de la

señal útil por aparecer en una banda de frecuencias diferente de la de la señal.


17

Recordemos el hecho fundamental de que toda señal que varía en el tiempo puede

descomponerse en componentes de diversas frecuencias. Esa descomposición se

denomina espectro de frecuencias o simplemente espectro de la señal, y puede

efectivizarse por medio de filtros. Los filtros son dispositivos que permiten el

paso de ciertas frecuencias y bloquean otras. En potenciales evocados se usan tres

tipos de filtros: los filtros pasaaltos, los filtros pasabajos y los filtros notch

(muesca).

Los filtros pasaaltos (Fig.9) permiten pasar todas las componentes de frecuencias

superiores a una frecuencia Finf denominada frecuencia inferior de corte,

bloqueando el paso a las componentes de frecuencias menores que Finf. Dado que

las componentes del potencial evocado siempre son mayores que la frecuencia con

que se repiten los estímulos, pueden eliminarse todas las componentes de baja

frecuencia, reduciendo así ruidos de baja frecuencia provenientes del EEG, del

ECG y de la actividad muscular.

Fig.9. Respuesta en frecuencia de un filtro pasaaltos. (Fc = 200 Hz).

Los filtros pasabajos (Fig.10.) por el contrario, dejan pasar las bajas frecuencias,

hasta una frecuencia Fsup (frecuencia superior de corte), bloqueando las

frecuencias que exceden dicho límite.


18

Fig. 10. [7] Respuesta en frecuencia de un filtro pasabaja. (Fc = f)

Finalmente, los filtros notch (Fig.11.) eliminan una frecuencia específica, dejando

el resto del espectro prácticamente inalterado. Se utilizan para bloquear por

ejemplo la frecuencia de 50 Hz de la línea de alimentación (en algunos países, 60

Hz) cuya presencia suele ser inevitable cuando están en juego niveles de señal tan

bajos como los que se miden en los potenciales evocados.

Fig.11. [8] Respuesta en frecuencia de un filtro notch (Fc 100Hz)


19

En potenciales evocados cumplen dos funciones. La primera es eliminar el ruido

de alta frecuencia que se encuentra fuera de la banda de interés, y la segunda,

satisfacer un requisito de todo sistema muestreado, que es que la máxima

frecuencia que ingresa al sistema debe ser menor que la mitad de la frecuencia de

muestreo.

Hay varias configuraciones de filtros, dependiendo en las ecuaciones usadas para su

creación, llevaron consigo su nombre. Entre los más populares tenemos los filtros

tipo chebishev y los tipo butterworth. El filtro chebishev se puede diseñar teniendo

en cuenta el riso que queremos que tenga la señal, entre mayor sea el rizo más rápida

es la respuesta de atenuación del filtro. El filtro butterworth es un filtro chebishev

simplemente sin rizo. Por lo tanto hay tenemos 2 alternativas un poco de ruido

inherente en la señal pero con mayor rapidez de atenuación o la señal casi igual a la

original y una atenuación un menor comparada con la del chebishev.

Decidimos utilizar filtros butterworth de segundo orden ya que aunque el filtro

chebishev con rizo de 0.5dB, añade un ruido inherente el cual no es deseado por

nosotros ya que sería añadirle otro componente más cuando lo que se quiere es

eliminar la mayor cantidad posible. Con el butterworth obteníamos una caída de

20dB por década frecuencial y nos pareció lo suficiente para su elaboración.

Para el ancho de banda de este investigamos un poco (ya que hallar el ancho de

banda experimentalmente nos habría tardado mucho tiempo), y las recomendaciones

en la mayoría de los sitios encontrados hacían recomendaciones del ancho de banda

entre 100Hz y 3Khz aproximadamente.

Al hacer pruebas con estos filtros encontramos mucho ruido y decidimos alejarnos y

variar el ancho de banda para ver el resultado y después de varias configuraciones

encontramos que la que mejor se comportaba, (con diferencias muy pequeñas con

respecto al sugerido por las fuentes encontradas). Eran filtros con un ancho de banda

entre 200Hz y 3KHz.


20

Para la elaboración del filtro Notch encontramos un dispositivo muy útil para la

elaboración de cualquier clase de filtro. El filtro universal Uaf42a, este es un

integrado el cual tiene internamente circuitos q emulan la elaboración de filtros y

solo con algunas resistencias genera filtros con una gran precisión. En su datasheet

[5], encontramos una descripción inmediata de cómo elaborar un filtro Notch de

60Hz con 4 resistencias (Ver Fig. 12)

Para el diseño de los filtros pasabalas y pasaalta, hemos confiado siempre en una

herramienta gratis en forma de software que se llama aktivfilter [4] y en esta la

versión demo se pueden originar filtros de segundo orden ya sean butterworth

chebyshev con rizos desde 0.5 dB hasta 3dB y filtros Bessel, en configuraciones de

pasaaltas y pasabajas.

Este software uno le da características de la frecuencia de corte el tipo de filtro el

orden y la impedancia de entrada, además que le permite a uno elegir entre un rango

los componentes pasivos (capacitancias) para mayor comodidad de uno ya que se

pueden elegir capacitancias comerciales y dejar las resistencias que se acerquen

mucho utilizando resistencias de precisión


21

Fig.13. (pantalla de la versión demo del software aktivfilter versión 2.1)

En el software elegimos las filtros pasa altas de 200Hz con múltiples entradas (ver

Fig. 14a. y 14b) y pasabalas de 3000Hz también de múltiples entradas ambos en

configuración Butterworth con impedancias de entradas de 100Kohmios (Ver

Fig.15a y 15b.).

Fig.14a. Configuración de filtro Butterworth pasabaja con múltiple retroalimentación


22

Fig. 14b. Valores de componentes del filtro pasabajas Butterworth de 3000Hz

Fig. 15a. Configuración filtro pasaaltas Butterworth con múltiple retroalimentación.

Como vemos son filtros de muy fácil diseño y con componentes accesibles en el

mercado común. Este software lo hemos usado para la mayoría de proyectos y tienen

un desempeño muy bueno, comportándose en la vida real muy cercano a los valores

deseados, con unos pequeños errores que se le atribuyen mas que todo a la precisión

de los componentes.


23

Fig.15b. Valores de componentes del filtro pasaaltas Butterworth de 200Hz

Haciendo pruebas en el schematic de Pspice para comprobar que estaban bien

diseñados obtuvimos los siguientes resultados, teníamos una duda y era ver si al

colocar 2 en cascada que ocurriría con la respuesta si nos era mejor y nos ayudaba

con una respuesta más favorable y con poco espacio:

Fig. 16a. Configuración en Pspice de 2 Filtros pasaaltas de 200 Hz en cascada


24

Frequency

0Hz 50Hz 100Hz 150Hz 200Hz 250Hz20* LOG10(V(U3A:OUT)/V(V6:+)) 20* LOG10(V(U4A:OUT)/V(V6:+))

-200

-160

-120

-80

-40

-0

40

(200.000,-6.9529)(200.000,-3.4765)(200.000,-3.4765)(200.000,-3.4765)

(60.112,-42.255)

(60.112,-21.128)

Fig. 16b. Respuesta de filtro pasaaltas de 200Hz una etapa y 2 en cascada.

Fig. 17a. Configuración en Pspice de 2 Filtros pasaaltas de 200 Hz en cascada


25

Frequency

0Hz 1.0KHz 2.0KHz 3.0KHz 4.0KHz 5.0KHz 6.0KHz20* LOG10(V(U1A:OUT)/V(V6:+)) 20* LOG10(V(U2A:OUT)/V(V6:+))

-20

-15

-10

-5

0

(3.0000K,-2.9348)

(3.0000K,-5.8690)

20* LOG10(V(U1A:OUT)/V(V6:+))

Fig. 17b respuesta de filtro pasabajas de 3000Hz con una etapa y 2 en cascada.

Como mencionamos anteriormente, se van a utilizar 2 etapas de los filtros en

cascada, las repercusiones de esto se ven claramente en las gráficas 16b y 17b, en

estas vemos que la caída es el doble exactamente en términos de dB lo cual nos

garantiza una mayor atenuación y un corrimiento en la frecuencia de corte real

debido a que la frecuencia de corte indica cuando la atenuación esta a 3dB de la

señal entonces en un pasaalta se correría hacia la derecha (a una frecuencia mayor) y

en un pasabajas se trasladaría la frecuencia de corte hacia la izquierda (hacia una

frecuencia menor). Otra cosa interesante que pudimos observar es que la atenuación

que hay con 2 filtros en cascada a la frecuencia de 60 Hz es de 42 dB lo cual es una

buena atenuación (teniendo en cuenta que tenemos 2 etapas de amplificación una

después de cada amplificación), por lo que esta atenuación nos seria suficiente para

la frecuencia de 60Hz por lo que podríamos prescindir del filtro Notch a 60Hz y

ahorrarnos espacio en el montaje final.

6.2 Amplificación.

La señal de los potenciales evocados auditivos es una señal que se encuentra

embebida en medio de muchas otras señales generadas por el cerebro, estas se


26

localizan en el área del cráneo y su amplitud es del orden de microvoltios (10-6 ), por

lo tanto requerimos una amplificación de la señal que equivalga o sea muy cercana a

estas.

La amplificación se tiene que hacer en modo diferencial indicando la resta de 2

señales y amplificar su resultado,

Fig. 12. Esquema básico de un amplificador diferencial

6.2.1 Amplificadores Operacionales [9]

Detrás de un amplificador diferencial tradicional (Ver Fig12.) se encuentran unas

resistencias las cuales indican la ganancia de esta. donde la ecuación de ganancia es

la tradicional de un amplificador operacional (Ver Fig.13.):


27

Fig.13 Amplificador operacional.

1 VmcAmcVdAdVo ** += AmAd >>

Donde Ad es la ganancia del amplificador Amc es la ganancia en modo común.

2 VbVaVd −= 3 2

VbVaVmc +=

Donde Vmc es el voltaje en modo común q en el cuerpo es muy grande (del orden

de Voltios) y esta asociado a los voltajes producidos por las capacitancias q creamos

al contacto con el suelo con la silla en la que estamos sentado y además a diferentes

potenciales que alteran y están embebidos al tratar de sacar la señal.

El Vmc es lo más importante y una de las cosas que tenemos que tener mas en

cuenta para la correcta amplificación de la señal deseada, por lo tanto tenemos que

diseñar o utilizar una configuración que tenga un CMRR alto. El CMRR (Common

Mode Rejection Rate) es lo que nos va a garantizar la muy buena eliminación de este

Vmc no deseado.

4 AmcAdLogCMRR 20=

Para el amplificador diferencial mostrado en la Fig. 11. observamos después de

remplazar las formulas mostradas para obtener el Ad y el Amc del circuito que el

CMRR esta dado por la siguiente ecuación:


28

RfRRRRfRRfRRRCMRR

*23*1*32*23*1*

21

−++

= , para lo cual si queremos un CMRR

muy grande requeriríamos que:

23

1 RR

RRf

= , esta misma condición nos indica la ganancia del amplificador.

Y como necesitamos impedancias de entrada muy grandes para el poco

requerimiento de corriente y las impedancias de entrada están dadas por:

Como hay tres fuentes tres impedancias de entrada una de ellas apagando el Vmc

seria igual a R1+R2, Apagando las fuentes diferenciales Ed tenemos 2 corrientes

entonces las otras 2 impedancias están dadas por R2+R3 ya que por el apareamiento

resistivo típicamente R1=R2 y R3=Rf.

Esto nos indica una cosa, y es q R1 y R2 tienen q ser muy grandes para obtener la

impedancia de entrada grande y por ende pida poca corriente del sistema pero para

un alto CMRR y también una ganancia grande del amplificador debido a la relación

de la formula 3 si R1 y R2 son grandes, entonces R3 y Rf deberían ser de un orden

muy superior ya que la impedancia de entrada debe ser del orden de mega ohmios y

para esto R3 y Rf deberían ser del orden de tera ohmios.

Otro problema radica en la precisión de los elementos resistivos los cuales como

mínimo tendrían un error del 1% ocasionando encontrar igualar la relación que nos

permite tener un CMRR alto y eso nos haría decrecer esta rata notablemente.

6.2.2. Amplificadores de Instrumentación

Existen otra clase de amplificadores que se utilizan para señales sensibles, de muy

bajo orden y para procesos que requieren alto CMRR y una no linealidad muy baja.

Estos son denominados amplificadores de instrumentación (en algunos casos de


29

precisión).

Estos se caracterizan por como se mencionaba anteriormente por tener CMRR del

aproximadamente de 100dB, grado de no linealidad del orden de 0.002% e

impedancias de entrada del orden de 1010 ohmios. Uno de estos amplificadores de

instrumentación contiene internamente ya la configuración antes mostrada (o unas

derivaciones) de los amplificadores diferenciales, teniendo en cuenta que ellos ya

garantizan la fiabilidad de las resistencias internas para proveernos con un alto

CMRR.

Fig. 13. Configuración interna del amplificador de instrumentación INA101

Un ejemplo de un amplificador de instrumentación es el INA101 de Burr Brown el

cual tiene una configuración como se observa en la Fig. 13.

Lo bueno de este amplificador de instrumentación es que nos evita el tener que

realizar conexiones, nos ahorra espacio y se puede manejar fácilmente la ganancia

solo con una resistencia, Rg (la ganancia máxima es de 1000). La escogencia de la

resistencia se da por medio de una formula:


30

Por lo que se ve que muy fácilmente colocando una resistencia de 40 ohmios se

lograría una ganancia de 1000.

Otra gran ventaja del INA101 radica en su bajo voltaje de offset de solamente 25

micro voltios como máximo además de unos pines especiales con una configuración

para modificarlo (ver Fig. 14) y en el mejor de los casos eliminarlo por completo.

(Esto es muy importante ya q vamos a estar amplificando señales muy pequeñas con

amplificaciones de 1000 lo cual nos dañaría potencialmente la señal deseada que

también es del orden de microvoltios.

Fig.14. Configuración para variar el offset del INA101

Por todas las razones dadas anteriormente decidimos elegir para la etapa de

amplificación el INA101, la cual nos garantizaba facilidades en su uso, (modificar la

ganancia solo con una resistencia). Una linealidad muy alta, al igual que un CMRR

muy alto y un voltaje de offset muy bajo el cual además se podía modificar con un


31

potenciómetro únicamente.

Esta configuración de la figura 14 es actualmente la que hemos elegido para el

diseño ya que tiene básicamente lo que necesitamos que son las entradas

diferenciales y la graduación del offset inherente que se encuentra y poder amplificar

la señal sin la componente DC que podría tener el integrado.

6.3 Interfaz con PC.

Como se dijo en el numeral 6 se va a implementar una etapa o módulo software y

este va a ser implementado en un PC bajo la herramienta Labview 7 Express, esta

herramienta nos permite utilizar filtros digitales mostrar la señal y adquirirla, por

varios métodos que van a ser explicados anteriormente, pero antes hay que

establecer una comunicación entre lo que hemos hecho en la adecuación de la señal

y un ordenador. Para esto tenemos que establecer un parámetro de comunicar o

transmitir la señal análoga encontrada y que esta sea reconocida por el PC.

6.3.1 Conversión Análogo Digital (ADC)

Los computadores en general entienden y procesan todos sus datos instrucciones y

comandos de control en forma de códigos binarios. Estos códigos son secuencias

binarias que se transmiten y se decodifican para mostrarnos a nosotros lo que vemos

comúnmente como números, letras, imágenes, etc.

Nuestra señal es una señal análoga compuesta por diferencias en voltaje y para

transmitirla a un ordenador y que este reconozca e interprete esta señal, esta tiene

que ser codificada a modo binario o como se le conoce a un modo digital. Existen

unos módulos llamados ADC (Analog to Digital Converter) por sus siglas en ingles,

los cuales se encargan con 2 referencias en voltaje; una que indique el voltaje


32

máximo y el voltaje mínimo, y las convierten en secuencias de “n” bits. El numero n

de bits es variable de acuerdo al ADC que se utilice y nos indica el numero de

divisiones que tendrá la muestra, todo dependiendo una vez mas de los voltajes de

referencia superior e inferior que se hayan dado, por lo tanto una señal con

referencias de 0 a 5V con un ADC de 10 bits va a tener 4.88mV por cada bit, y este

va aumentando a medida que disminuyan el numero de bits de conversión y

viceversa.

Hay diferentes tipos de conversión entre ellos se encuentran:

• Conversor A/D Flash • Conversor A/D de aproximaciones sucesivas • Circuitos de Simple & Hola

Nosotros tenemos pensado implementar la parte de digitalización con un microcontrolador, ya que estos tienen integrados módulos ADC, y además podemos hacer transformaciones a estas de forma fácil.

6.3.2 Comunicación

Una vez la señal esta codificada en modo binario o digital, lo siguiente a hacer es

establecer una interfaz de comunicación entre la parte hardware y el PC, el PC está

equipado con muchos puertos y sus respectivos protocolos con los cuales uno desde

una interfaz interna se puede comunicar con este. Entre ellos se encuentran

comunicación serial, paralelo, por medio de USB o IEEE1394 estos últimos se

encuentran en computadores modernos, de aproximadamente hace 3 años para acá.

En los tipos de comunicación existentes se encuentran la comunicación serial,

paralelo, por medio de USB etc.


33

Nosotros en nuestro pregrado hemos trabajado mas que todo con comunicación

serial ya que es muy fácil de implementar, además con un costo muy reducido en

componentes y poco conocimiento de programación para su funcionamiento,

también para la transmisión podemos hacer uso de un microcontrolador

Viendo las características que necesitamos para la digitalización y transmisión,

encontramos que con el microcontrolador de la familia PIC de Microchip 16F877A

se podía hacer una buena digitalización y transmisión y además era compatible con

el software Labview, reduciendo los módulos a un solo integrado (aunque un poco

grande) pero nos ocuparía menos espacio en el circuito final.

El PIC16F877A cuenta en su arquitectura interna con un ADC de 10 bits y una

USART (Universal Synchronous Asynchronous Receiver Transmitter), el cual nos

permite transmitir sincronía o asincronamente una señal en modo serial a una

velocidad la cual podemos variar a nuestro antojo con algunas restricciones.

En el datasheet del PIC16F877A [6] se encuentran descripciones de sus módulos y

los pasos a seguir para realizar tanto una conversión A/D como una transmisión

serial. Comenzaremos con los pasos para sacar una muestra Digital de una análoga:

To do an A/D Conversion, follow these steps:

1. Configurar el modulo A/D

• Configurar los pines Análogos, el Voltaje de Referencia y I/O Digitales

(ADCON1)

• Seleccionar el canal de entrada del ADC (ADCON0)

• Seleccionar la velocidad de conversión del ADC (ADCON0)

• Encender el ADC (ADCON0)

2. Esperar el tiempo de Adquisición

3. Empezar Conversión:

• Poner alto el bit GO/DONE (ADCON0)

4. Esperar la conversión A/D esperando a que el Bit GO/DONE este en 0.


34

5. Leer el resultado en los registros (ADRESH:ADRESL)

6. Para la siguiente conversión ir al paso 1 o 2 de acuerdo a lo necesario

El tiempo de conversión por bit es TAD

Fig.15. Significado de bits de registro de configuración del ADC. ADCON1

Al configurar el bit de registro ADCON1, lo primero es que lo configuramos

justificado a la izquierda para obtener los 8 bits más significativos en el registro


35

ADRESH con esto obtenemos el resultado de un ADC de 8 bits en este que es de 10

bits. El bit de conversión del reloj elegimos los del 1 osea Fosc/4, Fosc/16,

Fosc/64. Quedando la configuración de ADCON1 como 01000100, teniendo las

entradas 0,1,3 como análogas y el resto digitales y teniendo como referencias Vss y

Vdd (0 y 5V).

. Fig. 16 Significado de bits de registro de configuración del ADC, ADCON0

Para los bits 7-6 de ADCON0 elegimos 1,0 para que combinados con el 1 en

ADCON1 nos quede Fosc/64 elegimos los bits del 5-3 0,0,0 para elegir el canal a

convertir la entrada 0, y encendemos el ADC poniendo el bit 0 en 1. Resultando la

configuración de ADCON0 en 10000001.

De esta forma queda definida la configuración del ADC tenemos que la entrada

análoga va a ser la entrada AN0 o la entrada 0 del puerto A, el tiempo de

conversión por bit TAD va a ser Tosc*64 (esto debido a que vamos a utilizar un

reloj rápido para el microcontrolador para mayor precisión en tiempos de


36

conversión y de envío serial, además el tiempo mínimo de conversión por bit debe

ser 1.6 microsegundos), y los voltajes de referencia van a ser 0 y 5 voltios. Para

empezar el proceso solo tendríamos que poner en alto el bit 2 de ADCON0 y

esperar a que se ponga en 0 para comprobar que ya terminó. Antes de cada

conversión, tenemos que esperar que los condensadores de conversión se carguen

para que puedan empezar el proceso, esperando aproximadamente 19.72

microsegundos eso lo hacemos en cada secuencia volviendo a configurar el ADC

como indican los pasos para realizar la conversión.

Una cosa para tener en cuenta es que el proceso de convertir los 10 bits se demora

12 TAD que como habíamos especificado antes TAD para ser 64*Tosc (donde

Tosc es 1/Fosc, y Fosc es la frecuencia del cristal oscilador utilizado para el

microcontrolador), y después tenemos que esperar otra vez a que se cargue la

capacitancia de carga para la conversión

Para la configuración serial hay q seguir los siguientes pasos:

1. Inicializar el registro SPBRG para designar la tasa de baudios.

2. Habilitar el Puerto serial asíncrono poniendo en 0 el bit SYNC y en alto el bit

SPEN

3. Si se desea transmisión de 9 bit habilitar el bit TX9

4. Habilitar la transmision poniendo en 1 el bit TXEN

6. Cargar el dato al registro TXREG (comienza la transmision)

Fig.17. Con estas formulas y el oscilador podemos definir la tasa de transmisión.

Al ver estas formulas decidimos utilizar un cristal oscilador de11.0592MHz y

utilizar la configuración de High Speed obteniendo como resultado del SPBRG el

cual lo colocamos en 12 para obtener una transmisión de 115200bps.


37

Fig. 18. Significado de bits del registro de control TXSTA

EL bit 7 no importa ya que vamos a elegir una transmisión asíncrona, vamos a

implementar una transmisión de 8 bits asíncrona en high speed. Por lo tanto el

registro TXSTA quedara definido como 1,0,1,1,0,0,0,0.

Para habilitar solo tendríamos que activar el bit 5 q siempre lo mantenemos activo

en cada secuencia, y después colocamos un dato en el registro TXREG

Para el registro de control RCSTA solo tenemos que activar el bit SPEN que es el

que enciende el modulo de transmisión serial, no necesitamos recibir nada del PC,

pues solo vamos a enviar datos. Por consiguiente el registro RCSTA quedaría con

1,0,0,0,0,0,0,0


38

Fig. 19. Significado bits del registro de control RCSTA.

Eligiendo un reloj de 11.0592MHz como habíamos dicho anteriormente, y

teniendo en cuanta que vamos a enviar una señal con picos máximos de

aproximadamente 2500Hz, pensamos adquirir y enviar muestras de la señal cada

100 microsegundos, por ende cada secuencia mientras el envío y la transmisión

debe durar aproximadamente 100 microsegundos. Si tenemos en cuenta que el

proceso de conversión A/D dura 12 TAD, eso significan 12*64*11.0592MHz-1 lo

cual nos da un tiempo de 69.4 microsegundos, y la transmisión serial seria

115200-1*10 nos daría 86.68 microsegundos por lo que desde que comienza la

transmisión para que no ocurran errores en los datos que se envían, hay que

asegurar; primero que lo que se va a enviar sea una muestra digitalizada y cada

vez sea una diferente y corresponda mas o menos a cada 100 microsegundos de la

señal, y segundo que tenga tiempo suficiente cuando se quiera enviar otra vez la


39

señal ya haya terminado de enviar la anterior, por lo tanto primero en el programa

hacemos la inicialización de las variables de control y después pasamos a la

secuencia. La secuencia se activaría por un switch que se encontraría en el

microcontrolador aunque nosotros por el momento lo tenemos a que todo el

tiempo este enviando (el switch sería implementado para una versión más

comercial y este seria activado cuando comenzara el proceso en la parte PC

enviando una señal por el cable serial serial).

Para completar 100 microsegundos, necesitaríamos un total de

100us/11.0592MHz-1*4 instrucciones en assembler, ya que cada instrucción toma

4 ciclos de reloj y unas toman 8 ciclos cuando hay saltos y cuando se cumplen

condiciones, tomando en cuenta esto serian 276.5 instrucciones. Descontando la

parte en la que hay que esperar mientras e completa la conversión digital serian

69.4 microsegundos, y las otras instrucciones de inicialización y de iniciación de

la transmisión del dato digitalizado por vía serial, serian otros 10.5 microsegundos

los que sumados darían 80 microsegundos haciendo un restante de 20

microsegundos, para completar y q sean ciclos de 100 microsegundos al iniciar la

digitalización hacemos un “delay” con un contador que decrezca hasta cero y cada

decrecimiento ocuparía 3 instrucciones de reloj, por lo tanto necesitaríamos un

total de 18 decrecimientos para completar los 100 microsegundos, los colocamos

antes de la conversión digital para asegurarnos unos 20 microsegundos y unos 70

de la conversión le damos a la USART tiempo suficiente para transmitir los datos

sin que haya confusión ni duplicación en el envío de datos.


40

7. PARTE SOFTWARE MEDISOFT

7.1. Objetivos:

Desarrollo, integración y difusión de estándares de software.

Apoyar la estandarización de los procesos de construcción y

administración de software en el Sector Salud.

Crear las bases para la certificación de software que se desarrolle en el

sector.

Apoyar la integración y administración de la librería de software

compartido del Sector Salud.

Desarrollar una metodología objetiva para la evaluación del software.

7.2. Software a considerar:

La idea en el desarrollo en este tipo de software es el de crear un software que se

proyecte como un prototipo que proponga salidas a una vinculación comercial y el

cual se manifieste como una facilidad a cualquier tipo de usuario que este en

capacidad de usarlo. Se pensó vislumbrando en la posibilidad investigativa sobre

este, y de aplicación del mismo a otros exámenes de interés hospitalario.

7.3. Participantes:

Con la alta necesidad de proyectar un software abierto a varias aplicaciones se

debe tener en cuenta la calidad de los participantes en este. Por esta razón,

hallamos conveniente, para planes futuros, la participación de instituciones del

sector salud, instituciones académicas y empresas privadas(principalmente por los

costos y el tiempo que esto puede llegar a tomar)

7.4. Normas para el desarrollo de Software:


41

a. Metodología

Dentro de la realización del software se presenta la necesidad de realizar un

equipo accecequible a cualquier tipo de medico, técnico, persona que posea un

computador(preferiblemente con conexión a red) o que tenga acceso a estos

parámetros. De esta manera se plantea directamente un problema de diseño y

acceso, ya que debía ser un medio de comunicación masivo para todo el que se

encontrara en contacto con el software.

La metodología fue la de observación, evaluación y aplicación a algoritmo. Esto

es a razón de que el software se realizo a observación y luego a ensayo error de la

visualización. En la cuestión de programación también se programo de manera

parecida, a diferencia de que para esta si se realizaron diagramas de flujo y árboles

de decisión.

b. Programas evaluados

C, C++

Es un programa de muy buena velocidad al ser de los programas de nivel a

(programas de primera ejecución), encontrándose en un nivel alto en cuanto a

librerías, en un nivel medio alto para el caso de versatilidad e interacción con

medios internos, pero en un nivel bajo en cuanto al sistema de programación

en sí. Este software crea su propio tipo de ejecutable de manera sencilla y sin

necesidad de una licencia lo cual permite el desarrollador el acceso fácil al

programa.

VISUAl BASIC

Visualbasic comprende un tipo de sucion del lenguaje de programación en C y

C++, con una variante la cual es su interfase grafica. Debido a esto posee la


42

misma capacidad del pasado software, de lo cual se observa que será de nivel

rápido, creación de ejecutable, acceso a librerías. Un inconveniente que a la

vez puede llegar a ser una oportunidad consiste en que el desarrollo de

algoritmos se torna totalmente especifico. De esta manera de a cuerdo a la

aplicación se deberán realizar N algoritmos para evaluación de algún

procedimiento o algoritmo.

MATLAB 6.5

Según las especificaciones de Matlab, el software es uno de los mejores

debido a que su interfase es totalmente fácil. Posee medios de programación

por comandos o por bloques gráficos. Posee intercomunicación e invocación

de funciones con otros programas como los son C, C++, Excel, etc. Su

interfase es amigable y permite que el usuario tenga manejo directo y vial del

desempeño del programa. Su mayor característica es el soporte que tiene en

funciones matemáticas y especificas para el área de ingeniería.

LABVIEW 7.0

Se caracteriza por ser un programa recientemente nuevo, de un tipo de

programación grafica la cual posee alta versatilidad con otro tipo de software.

Permitiendo la programación sobre matlab, C, C++ sobre la interfase grafica

del programador. Debido a esta razón hay que ser bastante cauteloso con

factores como los son la velocidad y ejecución de tareas. La interfase y

visualización del programa esta a la altura de visual basic; permitiendo al

programador una accesibilidad a diseño de interfase y facilidades en manejo.

De otro lado también se encuentra las nuevas aplicaciones de labview 7.0

dentro de las cuales existen bloques de evaluación y simulación para un

análisis completo de algún tipo de señal.


43

Se escogió Labview 7.0 ya que al estar hablando directamente de un software

abierto a programación, interfase grafica variable de acuerdo a la aplicación,

análisis de factores y algoritmos específicos de análisis de señal, seguridad y

base de datos; se encontró que presentaba el mayor acceso y facilidades a la

toma-tratamiento-entrega de señales y análisis de las mismas. También es

posible la aplicación rápida de programación por bloques del sistema de los

cuales se puede extraer algoritmos, que con otros hubiera implicado niveles

algorítmicos y de programación, bastante altos. De otro lado se cuenta con una

facilidad de ingreso al PC como lo es el cable serial(RS 232, RS 485), USB,

ActiveX, y paralelo entre otros.

Labview es un programa de national instruments que une las propiedades del

control por computador, con las facilidades de programación a bajo y alto

nivel. Aunque el programa necesite de un computador cuya velocidad de

procesamiento de datos sea lo bastante alta; también se espera que el

software tenga una aplicación futura en donde estos requerimientos hayan sido

suplidos por parte del avance tecnológico.

LABVIEW como metodología de aprendizaje muestra su calidad en el método

de aprendizaje por medio de demos de los cuales se pueden accesar e

implementar para su mejora desde el programa. La pagina de NI(National

Instruments) también se convierte en una guía directa para aquella persona que

busque facilidades de adquisición, sin enumerar los valiosos programas de

aprendizaje.


44

7.5. Selección y planeación de los proyectos.

Selección y planeación de los proyectos.

Metodología a utilizar.

Se utilizara un diagrama de flujo de tipo booleano con escogencias de

menú por medio de constantes y variables de tipo char

Definición de conceptos.

El concepto principal se enfoca en el lineamiento de una metodología

focalizada hacia el control medico, técnico y computarizado

Normas para la administración.

La administración del software ha sido planeada para el múltiple acceso

Ciclo de Vida.

Análisis de requerimientos.

Del sistema.

Como mínimo requerimiento necesitara un procesador Pentium

4Mhz, con una memoria 512 DDR, Disco Duro de 20 Megas y

puerto serial de tipo RS 232

Del software.

Espacio suficiente en disco y una plataforma de labview 7.0 para

que pueda correrse el programa, y ser modificado. De otro modo

se necesita de igual manera el debbuger para la creación de su

ejecutable y aplicación directa (con el inconveniente de no poder

modificarse el software)


45

Diseño.

Del sistema (arquitectura).

La arquitectura del sistema consiste en aquella que haya sido

implementada sobre el mismo PC, de manera que la arquitectura

de Vohn Neuman es la indicada según el proceso y la

masificación de este tipo de hardware(PC comerciales)

Del software.

Preliminar.

El diseño es básicamente un diseño de tipo booleano con un

enfoque de nivel jerárquico en donde en el tope se encuentra un

menú principal, y de este se desprenden sus ramificaciones

según la especificación y tipo de usuario(medico, técnico, o base

de datos)

Arquitectura del software.

Lineamiento del diseño:

El diseño es secuencial. Esta dividido por una estructura que se organiza

en

• Seguridad: correspondiente a los niveles de passwords y

requisitos

• confirmación: correspondiente a la confirmación de seguridad y

a los datos del tipo de examen, o relación paciente-doctor.

• Ilustración: Programa interno de aprendizaje y puesta en

funcionamiento directo a través del software.

• Cuerpo del programa: Este es el concerniente al examen, base de

datos, o chequeo técnico.

• Resultados: Esto es lo correspondiente a la satisfacción del


46

cliente con el programa.

Administración y distribución del software.

Procedimientos de administración, control de versiones y conservación.

El control del software parte de la premisa de que será de uso

experimental y estudiantil, de modo que su uso será totalmente abierto

por parte de los desarrolladores; siempre y cuando no se atribuyan

derechos intelectuales sobre este a personas juridicas o terceros

Esquemas de distribución.

La distribución se asume responsable los estudiantes desarrolladores en

conjunto con la universidad de los Andes. Específicamente la facultad de

ingeniería eléctrica y electrónica con un plan de relación en la nueva

facultad de medicina. también de la mano de bioingeniería

Configuración y uso de bases de datos compartidas.

Las bases de datos se crearan automáticamente y serán de libre albedrío

por parte del usuario. Dándole opción a este de su ubicación sobre

cualquier carpeta o sobre el mismo escritorio del computador.

Seguridad.

Identificación de puntos críticos de seguridad.

El punto critico de seguridad que es el ingreso directo al programa se ha

solucionado por medio de la implementación de un programa de acceso

por medio de claves y códigos que se pueden cambiar. En cuanto a este

aspecto se sugiere una profundización sobre el tema de seguridad para

que el software se use de una manera mas confiable respecto a

modificaciones no deseadas.


47

Control de procesos peligrosos.

El proceso en si posee una falencia de acuerdo al programa.

Intrínsicamente se desarrollaron varios tipos de alertas en caso de

cometer algún error por parte del algoritmo esperado. Sin embargo hace

falta la implementación y diseño de un modulo mas complejo de error,

que sea compatible con todo tipo de bloques, para detección de cualquier

tipo de anomalía que podría conllevar a un error en la interpretación de

datos

Esquemas de recuperación de datos.

El esquema de recuperación de datos se concibe como una previa

partición del disco en el PC que se este utilizando para que en caso de un

imprevisto, la información quede almacenada en dos tipos de discos

como prevención del BACKUP que se esta presentando

Puntos críticos considerados inicialmente.

Empleo de estándares de uso generalizado.

Se comparo contra programas de interés medico, en cuanto a este tipo de

examen, y aunque los exámenes para un examen de potenciales

evocados auditivos eran de una complejidad avanzada, este busco la

armonía entre algo sencillo y los programas médicos utilizados

actualmente. Teniendo en cuenta parámetros visuales y otros de

seguridad y acceso.

Paquetes, modularidad y código reutilizable.

Lo mas importante, y lo mas plausible del software que se desarrollo fue

la etapa de modularidad. Su división por sub-programas permite que este

sea totalmente reutilizable y se comporte modularmente versátil en caso

de ser requerido para otras aplicaciones futuras.

Portabilidad del código.


48

El código en si, es un código portable el cual se encuentra en un rango

entre 700Mega-bytes y 1Gygas (en caso de realizarse alguna

extensión), por razones de portabilidad en medio magnético.

división por categorías:

8. visualización

8.1. Introducción a la visualización

La funcionalidad a través de todo el programa busca la mejor facilidad y

entendimiento visual para el publico al cual se esta previsto abordar (en

nuestro caso tanto publico especializado como publico general). El software

muestra su enfoque de visualización hacia la parte medica, pero siempre

teniendo de lado la parte de una interfase amigable y sobre todo interactivo.

El programa define estos aspectos en la escogencia de herramientas, colores, y

menús de visualización. En la parte de herramientas posee iconos de

escogencia y menús de apoyo y salida que son asequibles y de fácil

entendimiento para cualquier tipo de publico. En cuanto a los colores, posee

colores suaves en tonos verdes, lilas y blancos los cuales permiten ir con un

contexto del tipo de examen medico que se busca proyectar.

8.2. Iconos aplicación del mismo.

Los iconos de aplicación se caracterizan por ser iconos de tamaño mediano-

grande para la fácil distinción de los mismos. Esto a raíz de la aplicación

medica, y a razón del objetivo del software que es focalizar un software no


49

solo a personal especializado, sino también hacia personas que carezcan de

acceso directo a este tipo de recursos hospitalarios, de modo que el software

tenga la suficiente autonomía y sea lo bastante didáctico para aquella persona

neófita que utiliza la herramienta por primera vez.

La mayor importancia de este software es el acercamiento y fusión que trata

de establecer entre ramas como la medicina y la ingeniería biomédica al

servicio hospitalario.

9. presentación Principal

9.1 Introducción a presentación Principal

9.1.1 Objetivo

Dentro de este primer pantallazo que se aprecia, la idea era la de mostrar

ayudas de suma importancia, por esta razón se planeo una estrategia sobre

la cual el nombre fuera sugestivo y claro respecto al uso que se le de. De

esta manera MEDISOFT(Nombre del Software) establece la relación de

un software de enfoque medico, sin ningún tipo de lineamiento especifico.

El nombre de MEDISOFT propone un software totalmente abierto, de lo

cual se trata de sacar provecho, ya que la idea de este nombre tan genérico

es que la programación de todo el programa da la posibilidad de ser

aplicado hacia cualquier otro tipo de aplicación medica. Esto se debe al

siguiente racionamiento de tipo estructural:

La creación de una medida medica genérica se basa en la idea de sensor,

tratamiento de la señal y filtraje, calibración, y digitalización para ingreso

al computador. Dados estos parámetros, dentro del software se busca el

mejoramiento de la señal por medio de reconstrucción y depuración de

cualquier tipo de señal, al hacer aplicaciones de diferentes tipos de filtros,


50

los cuales se pueden modificar. A su vez se cuenta con estimulaciones

externas como es el caso de los beeps, los cuales pueden ser modificados

por otro tipo de impulsos dentro del mismo software. Otras herramientas

como la comunicación serial pueden ser modificados directamente desde

el software por medio del ingreso de otro tipo de acceso(como podría ser

el USB). Finalmente, y lo mas importante de todo es que el formato de

ingreso en ningún momento especifica que tipo de examen se esta

realizando, y si se le puede manipular tiempos de muestreo, cantidad de

muestras, y otros aspectos que tiene que ver mas con la compatibilidad

hardware-software.

El pantallazo principal se caracteriza por proveer al usuario la mayor

información de una manera directa. De esta forma se presenta mediante un

pantallazo el cual involucra el nombre del software en su parte superior. A

continuación se ve en el centro un formato de presentación en donde se

recalca los desarrolladores del software en un estilo de formato tesis(en

donde se especifica la calidad del proyecto y a la institución a la cual se

esta presentando- en resumidas cuentas el tipo de trabajo que se llevo a

cabo). Dentro de este primer vistazo, se encontró el formato general para

el resto de visualizaciones, de manera que no fuera pesada a la vista, ni

mucho menos muy liviana.


51

9.1.2 programación y Diseño

El nivel de programación que se vislumbro como la mejor opción, fue la

de aplicar un tipo de programación por sub-programas escalonados que se

encontraran relacionados por medio de una jerarquía de acuerdo a los

parámetros del menú principal.

La programación fue netamente sobredimensionada ya que se buscaba que

el software fuera seguro en caso de error. De esta manera cuando ocurra

un error en este, se vera interrumpido el programa de manera directa, y de

este modo no habrá ningún riesgo de tomar el examen con factores altos

de error.

El diseño es en forma de árbol, por ramas y por secuencias. En donde las

secuencias se hacen muy útiles a la hora de su aplicación en otros

softwares que las requieran, y por secuencias argumentando su utilidad en

el nivel de seguridad escalonada sobre-diseñada.


52

9.2 menú principal

El menú principal del software consiste en un menú de escogencia el cual

permite que el usuario escoja entre varias opciones de ingreso. El tipo de

ingreso se ve sectorizado en tres opciones las cuales son acceso medico,

acceso técnico y por ultimo base de datos. Dentro de este nivel de escogencia

se obtienen los tres tipos de ingreso.

El medico corresponderá al acceso directo de medico, el cual se explicara con

mas detalle. El técnico corresponderá a datos informativos, los cuales se

ilustran mas adelante; y por ultimo el de base de datos el cual da la opción de

buscar y encontrar los exámenes realizados a través de la historia medica del

paciente.


53

9.3 Información General del Software

La información general del software consiste en un menú de escogencia sobre

el cual se obtiene información directa del objetivo principal del acceso

medico, técnico y el de base de datos. De esta manera se da una información

de lo que se busca con cada uno de estos menús y un esbozo de los aspectos

con los que se va a encontrar el usuario.

Su visualización es por medio de un menú de escogencia el cual basa su

programación en if sencillos los cuales permiten al usuario ingresar al de

interés. Se caracteriza por su ambigüedad, ya que se pueden entrar a dos de

ellos en paralelo, sin que esto llegue a alterar el buen funcionamiento del otro,

siempre y cuando se cumplan los requerimientos del software en cuanto a

equipo y velocidad de procesamiento.


54

9.4 Información General de los interventores

Esta parte del software muestra de una manera sencilla y organizada los datos

de las personas que se vieron involucradas en el proyecto y en la etapa de

diseño y programación.

Se busco que tuviera este esquema, ya que los parámetros de softwares lo

implican por razones de copyright y derechos de autor. De esta manera se

proporciona cierta seguridad de derechos, y se hace explicito que el software

tiene propiedad intelectual.

Consiste en un pantallazo sencillo en donde se muestra claramente el nombre

y el tipo de proyecto, junto con el nombre del software.


55

9.5 Salir

El programa se caracteriza por poseer salidas rápidas y directas desde

cualquier pantallazo o nivel del examen en que se encuentre el usuario. De

esta manera se garantiza su fácil salida del software en caso de no haber

llenado o de haber seguido los pasos de manera incorrecta. De esta forma se

pueden tomar correctivos directos con el acceso a salir en todo momento y

lugar en el que se encuentre.

Esta ayuda permite que el usuario vuelva de manera rápida y directa al acceso

de menú principal, para brindar de nuevo todas las opciones del software

desde el comienzo del mismo.

Se realizaron varios bosquejos de ubicación de este sobre todas las pantallas,

por medio de la comparación del programa con otros programas médicos en el

mercado, y se determino que su ubicación debía ser lo mas visible posible,

guardando una ubicación inferior en la pantalla. De esta forma el usuario no

pierde en ningún momento el contacto directo con el examen y si tiene la

posibilidad en cualquier instante que lo requiera.

Este botón se caracteriza por aparecer en todos los subprogramas, y tiene la

ventaja de ejercer el nivel mas alto en la jerarquía de estos, de modo que cada

subprograma esta programado por medio de un for o un while anidado, el cual

va directamente controlado por la señal de salir en caso de radicar esta como

activa.


56

9.6 Modelo Programado

El modelo de programación es de tipo jerárquico, escalonado, secuencial y

sobre-diseñado.

Dentro del desarrollo de una herramienta de software, en donde se cuentan con

varios submenús involucrados, este tipo de programación resulta la mas

conveniente a razón de que se puede ramificar las funciones de manera tal que

unas dependan de otras dependiendo de sus ramas principales. Las subramas

por otros lado, se convertirán a su vez en ramificaciones principales para otros

subprogramas, y así sucesivamente. Esto ayuda al mejor entendimiento de la

estructura del software y permite su fácil desglosamiento de acuerdo a las

aplicaciones del mismo.

La razón principal por la que se escogió este tipo de jerarquía, es que labview

7 versión estudiantil guarda este mismo estilo de programación, el cual es de

extrema utilidad para recurrir a subprogramas anidados en jerarquías.


57

Escalonado y secuencial se refiere a que cuenta con programas que van

ligados en línea lo que garantiza que un error en un programa desactive las

anteriores tareas que dependan de este. El reflejo de esto es un escalonamiento

por pesos, de manera que funciona como una especie de red de petri, en donde

se encuentre el usuario, será equivalente al token dentro del programa. De esta

forma en caso que se cometa un error en el paso del token, o en el programa

en si, se parara el programa a su nivel inicial.

Por ultimo es sobre-diseñado, ya que se crean varias señales de error para que

en caso de un colapso el sistema responda con el cierre automático del mismo.

10. Medico

10.1 Introducción al menú Medico


58

Este menú tiene que ver con toda la actividad del examen y los parámetros

como definición de filtros, comunicación, tipo de estímulos, promediación y

tutoriales del mismo examen entre otros. Se caracteriza por ser la parte del

software mas importante y por ser la mas delicada de utilizar.

El menú medico es un if sencillo con los otros dos menús dentro de la pantalla

principal. Su estructura es la mas compleja, pues este es el mas concerniente al

examen en si, El examen depende en su mayoría de la secuencia que se lleva a

cabo en este menú.

Este menú se caracteriza por tener un icono acorde a su presentación, y dentro

de este se desarrollan muchos de los otros menús de los cuales hablaremos a

continuación.

10.2 Seguridad

El menú de seguridad posee información de claves del mismo usuario. La

estructura de este menú posee tres niveles de seguridad los cuales son:

a) Usuarios

Dentro de este menú se pueden clasificar los tipos de usuarios de acuerdo a la

escogencia del usuario de manera que existan hasta n usuarios posibles dentro

del programa. Actualmente se configuro el software para permitir a 6 usuarios

con sus respectivas claves.

La programación de este modulo se realizo por medio de varias líneas de

ingreso dependiendo del usuario, pero todas tiene el acceso al software en si,

diferenciándose simplemente por su clave de inicio.

b) Clave de ingreso


59

La clave de ingreso se caracteriza por ser cambiable dentro del software y

consiste en una comparación sencilla con la variable tipo char, la cual se le

halla programada dentro del software, de manera que la clave solo puede ser

alterada desde adentro del programa para su mayor seguridad. Si la clave llega

a ser incorrecta el usuario no podrá tener acceso a los menús subsecuentes y

retornara directamente al menú principal para su reinicio inmediato.

c) Clave de confirmación

Luego de la etapa de ingreso, aparece un mensaje de confirmación de la clave

de ingreso para ser re-tipeada en otro espacio de llenado. Esta etapa se

configuro para que la clave no sea visible, de modo que si por algún caso la

persona logra burlar la primera etapa de seguridad, en esta segunda su

confirmación sea inmediata y de menos riesgo. De esta forma el icono de

ingreso y confirmación se hallan realimentados.

El programa de confirmación toma la señal de clave ingreso y la procesa para

que esta sea valida, luego de esto realiza una nueva comparación con la misma

de una manera redundante para crear el acceso de inicio al programa. En caso

de no ser valida esta condición, inmediatamente será devuelto al menú de

usuario para que retome su clave en caso de haber digitado erróneamente la

clave de usuario.


60

10.3 Información General y Datos Personales

En este menú se realiza el ingreso de los datos correspondientes al medico, al

paciente y al tipo de examen, Se presenta su visualización como un formato de

texto el cual debe ser llenado con fechas, nombre del medico, nombre del

paciente, historia clínica, edad, sexo, cargo del medico, y otro tipo de datos

fundamentales para la información general a nivel hospitalario.


61

De esta manera y por medio del botón de continuar, estos datos

automáticamente crearan un archivo en formato texto los cuales están

encargados de crear la base de datos del paciente. Para su fácil búsqueda el

archivo queda bautizado con el numero de seguro social, seguido del primer

apellido del paciente. Dentro de este archivo que se crea, se encontraran todos

los parámetros ingresados por pantalla, y los comentarios acerca del examen

general por parte del medico, y del tipo de examen que se llevara a cabo.

La idea de realizar esta hoja tan abierta, es la de permitir ser usada para otro

tipo de exámenes o en su defecto diagnósticos abiertos, sin tener que estar

ligada directamente a la toma de los potenciales evocados auditivos, sino por

el contrario brindar el acceso de otros exámenes al software en si.

10.4 Previsualización y simulación

Luego de esto, y de haber sido tomada la base de datos del paciente se ingresa

a un tutorial pequeño e interactivo, el cual por medio de unos pasos

consecutivos, se llegara a tomar el examen de una manera sencilla. Esto es a


62

razón de que la persona que se encuentre tras el computador no siempre será

un medico, sino la idea es que llegue a ser accequible hasta para una persona

que tenga conocimientos limitados respecto al tema.

En los pasos se da una explicación lo mas clara posible de lo que se esta

haciendo al realizar cada parámetro de escogencia. Todos los pasos de esta

parte están comandados por un menú desplegable de paso a paso que parte se

esta realizando.

El primer paso es la breve explicación de lo que se hará en los pasos

subsecuentes. Luego de esto, y siguiendo secuencialmente los pasos, vendrían

los tres pasos de rigor. Los pasos son comprobación del puerto serial,

simulación audible del pulso, y escogencia de filtros digitales.

a) En el de comunicación serial se lee una instrucción de prueba manual del

puerto, para saber que este en perfecto funcionamiento. Luego de esto se

ingresa al menú como tal y se pueden hacer pruebas del puerto COM1 por

medio del ingreso y recepción inmediata de datos de acuerdo a parámetros

que el usuario podrá cambiar. Los parámetros que el usuario puede

cambiar son variados, ya que si se llegase a configurar otros puerto,


63

también podría prescindir de este para la realización del examen. Se le

pueden cambiar otros parámetros como son el numero de bytes que se van

a tomar, la velocidad de envío por puerto serial, y el mensaje que se quiere

enviar por medio del teclado. El mensaje que se envíe será asistido por un

asterisco correspondiente al bit de inicio, para luego dar click en el botón

de probe, el cual hará que aparezca en pantalla el mensaje ingresado por

teclado en caso de cumplirse la condición, o un mensaje de error en caso

de que la conexión o el puerto serial no funcionen.

b) La simulación de la señal audible del pulso inicia con la lectura de los

pasos a seguir. En esta se especifican valores parámetro. Para esta señal se

tuvo en cuenta el optimo de pulso que se busca en un examen de

potenciales evocados auditivos. Este pulso se carateriza por tener un

espectro de potencia bastante acumulado, sobre la frecuencia deseada de

forma que toda la fuerza del estimulo sea recibida por el paciente. En esta

parte se muestra el espectro de potencia mediante el modelo de la

transformada rápida de fourier (FFT). A parte de esto, y con animo de

tomar otro tipo de muestras, se creo un variador de frecuencia y un

variador de intensidad de modo que la escogencia de estos parámetros


64

también sean variables y a su vez se tenga libertad para cuestiones de

resultados con base en el tipo de estimulo de excitación.

c) La ultima parte es la concerniente al filtraje. Dentro de esta se establecen

unos parámetros para el examen los cuales dicen que la frecuencia mínima

para el pasa altos es de 200Hz y que la frecuencia máxima para el pasa

altas bajos es de 3000Hz. Así pues, con estos parámetros validados como

limites dentro de la pantalla, el usuario podrá moverlos y acomodarlos

para su mejor obtención, ya que los estudios realizados respecto a los

valores exactos del pasabandas, difieren entre unos y otros. De otra parte,

el software provee una señal modelo la cual se puede modular en

frecuencia de modo que existe otra señal resultado para ver el fenómeno

de la onda con o sin ruido, y el filtraje a través de los filtros por vía

software. El tipo de filtros que se utilizo como default fue butterworth por

su nivel constante en ganancia, pero esto queda configurable dentro de la

programación del programa dando un nivel mas amplio a la parte técnico-

medica, ya que hay filtros FIR, IIR, y otros mas dentro de los cuales se

puede variar el orden del filtro y obtener su resultado inmediato por medio

de la señal de prueba que se incorporo.


65

10.5 Toma del examen

Durante la toma del examen aparece un menú de reconfirmación de

parámetros de filtraje, pulso, y transmisión, para corroborar por ultima vez los

datos del examen, Una vez realizado esto se puede continuar la toma por

medio del menú start y stop. De esta manera el paciente o el medico será

capaz de variar en tiempo real del tren de pulsos, mientras el computador va

guardando la muestra en un archivo txt.


66

La aparición grafica de esto por pantalla es la visualización del espectro de

potencia del tren de pulsos, para luego iniciar la toma de datos y su captación

a un archivo que puede ser nombrado directamente antes del examen, o que se

puede interconectar en el software para que quede con la etiqueta de seguro

social y apellido del paciente.

Dado que el examen debe ser exacto en el numero de muestras, se habilitaron

dos formas de captación, la primera de las cuales se realiza por medio de la

escogencia del intervalo de tiempo por el cual se quiere realizar el examen. La

segunda forma se escogió de acuerdo al numero de bytes, ya que con esto se

puede iniciar el examen cuando se quiera, y si se tiene el calculo directo de

cuantas muestras se quieren realizar, bastara para que el mismo computador

no pare hasta haberlas tomado.


67


68

10.6 Promediación

La promediación es y fue una de las etapas mas delicadas del desarrollo. De

esta manera se previo que se debía tomar el archivo .txt resultado del examen,

y reorganizarlo y recorrerlo en modo de vector para que de esta manera el

vaya encontrando el promedio ponderado entre todos los valores n, múltiplos

del numero de la muestra que se este promediando. El programa como tal lo

que hace es cambiar la variable char a numérica y esta empezarla a promediar

y a guardar en un archivo por medio de un "for" (ciclo) anidado con las

respectivas inicializaciones de variables luego de cada n promediación, para

que todos los valores reinicien en ceros.

Luego de esto se toma la señal y se llama en labview, si se quiere, para su

grafica y reconstrucción por medio de métodos de aproximaciones los cuales

se pueden cambiar dentro de la programación del software. De esta manera se

obtiene la señal a mostrar o a graficar en cualquier otro tipo de programa

como Excel.


69

La promediación cumple un valor complejo en cuanto a programación, pero

como se dijo anteriormente, la noción es sencilla, ya que solo es el recorrido

de un vector de muestras por medio de saltos cada n veces y la sumatoria de

estas, para su conclusión en una división del numero de saltos realizados. Esto

sucederá para cada una de las muestras tomadas.

10.7 Reportes y envíos

El reporte es una herramienta que se deja a libre albedrío del usuario tenerla

en cuenta o no. Hoy en día y gracias a la masificación es muy importante tener

un subprograma de envío de datos por vía Internet o por e-mail. En este caso

nosotros optamos por dar la posibilidad al usuario de configurar esta parte por

medio de datos como el del numero del servidor, el IP y otros parámetros en

caso de llegarse a utilizar a dimensiones grandes, o en una red intranet.

El reporte simplemente generaliza un formato de lectura, luego de haber se

obtenido los datos del paciente , los cuales también se encuentran en este

formato. Se pensó en Internet, y en html. Ya que estos son las formas mas

conocidas actualmente de envío de datos sobre la Internet. Para nuestro caso

es totalmente plausible, uno de los objetivos de la tesis era la de implementar

un sistema software que pudiera estar suportada sobre las nociones básicas de

la telemedicina, la cual es una herramienta que apenas se esta desarrollando en

Colombia.

11. Técnico

11.1 Seguridad

Este menú se caracteriza por tener las mismas opciones del menú de seguridad

del acceso técnico, de manera que la explicación respecto a este solo varia en

términos de presentación y visualización. En todo caso este sistema funciona

con una clave de usuario, en donde existen varios tipos de usuarios pero todos


70

con las mismas opciones en menú. Luego de haber entrado en el usuario

personal, el sistema pregunta por la clave de acceso y se espera la

confirmación, que en caso de no ser valida aparecerá automáticamente un

mensaje de error de entrada y seguido de esto se le regresara al menú de

usuario para que realice la escogencia de nuevo, en caso de haberse

equivocado.

El menú de confirmación viene luego de la clave de ingreso, y su función es la

de reconfirmar la clave por medio de su ingreso en un espacio invisible. Esto

por seguridad proporciona muchos mas controles de sabotaje al mismo uso del

software.

De esta manera, se presenta la visualización de una forma clara y concreta,

llevando la misma tónica de presentación y acceso respecto a otros menús del

software.


71

12. Información y diagnostico

La información y diagnostico se toma mas como un menú netamente

informativo el cual es llenado por el técnico que realiza la visita, de manera

que luego de haber llenado datos de protocolo como su nombre, la empresa

para la cual trabaja, su cargo, el valor de la visita, y otros datos rutinarios,

también se vera en la capacidad de llenar un diagnostico abierto respecto a la

parte software y hardware. Debido a que el técnico tiene acceso abierto tanto

al software como al hardware, no hay una manera directa para permitirle o no

el acceso a estos dispositivos. Por esto se decidió que debía ser un archivo

muy parecido al de información del examen, el cual tuviera otro tipo de

espacios en donde quedara registrado por fecha y técnico que realizo la visita.

El formato del archivo con los datos personales y de diagnostico se

estandarizaron en .txt. Esto para facilitar la búsqueda de carpetas y mas

adelante la accesibilidad a la base de datos del sistema.


72

Ingreso a programa

El ingreso al programa y al nivel de programación grafica en labview 7.0

versión estudiantil es totalmente abierta hasta no realizarse el ejecutable del

programa, el cual se hace con el labview 7.0 versión completa. Una vez

obtenido el ejecutable del software se piensa en otorgar el ejecutable del

mismo, y el nivel de programación completo con sus respectivos submenús,

para la utilización de los mismos a otras aplicaciones.

Base de Datos

El menú de base de datos simplemente permite un acceso por parte del usuario

para ver resultados obtenidos en algún tipo de archivo y su búsqueda rápida

por medio del archivo que se crea a través del examen.


73

13.Resultados

En este apartado vamos a comentar sobre los módulos por separado y la

satisfacción en su utilidad y después el funcionamiento del dispositivo en forma

global.

13.1. Filtros

En el aspecto de los filtros, estos fueron implementados y probados en un

protoboard con las especificaciones dadas en el numeral 6.1.1 y al probar con un

generador de señales y osciloscopio encontramos 2 aspectos interesantes.

Al probar una sola etapa del filtro estos no tenían la frecuencia de corte

especificada sino u poco inferior en el caso del pasaaltas y un poco superior en el

caso del pasabajas. Al conectar la segunda etapa en cascada como nos había

mostrado la simulación en PSpice la frecuencia de corte se Coria justamente como

habíamos visto y se acercaban mas a la frecuencia establecida. Esto es una

coincidencia bastante grande, esperábamos que los filtros no se comportaran

exactamente en la frecuencia de corte diseñada, debido a la precisión de los

componentes utilizados: resistencias y capacitancias, pero que se hayan

comportado a ventaja nuestra dado que al colocar la segunda etapa este se

comportara mas y mas como fueron diseñados es un resultado del cual no nos

quejamos para nada. Probamos la señal a 60 Hz y tenía una atenuación de 42dB lo

cual corroboraba lo que habíamos visto en las simulaciones y confirmaba nuestra

decisión de dejar el filtro Notch a un lado.

La atenuación dentro de la banda era mínima de aproximadamente 0.5 dB lo cual

no afectaba mucho la señal en curso. Y fuera de esta se comportaba

aproximadamente como en las simulaciones y al colocar 2 etapas de filtro en

cascada la atenuación era mucho mas pronunciada a medida que se alejaba de la

banda de frecuencia establecida por el filtro pasaaltas y el filtro pasabajas.


74

13.2. Amplificación

Para la etapa de amplificación como se menciona en el numeral 6.1.2. se utilizó el

integrado INA101 con la configuración que se indica en la figura 14. la resistencia

de ganancia Rg la manipulábamos con un trimmer este de 220 ohmios para poder

obtener una resistencia lo mas precisa posible. Para la etapa de ganancia de 1000

la configuramos para que tuviera un valor de 40.1 ohmios y así satisfacer la

formula de diseño del INA101. Y la segunda etapa fue configurada también a 50.1

para asegurar una ganancia de 800. Anteriormente habíamos pensado en tener

ambas ganancias de 1000 pero al hacer pruebas con ambas ganancias de 1000 el

segundo amplificador mostraba señales superiores a los 5 V, y para mayor

comodidad, para una mejor digitalización (mas fiable, siendo los intervalos de

digitalización entre bits mas pequeños y por ende mostraría una señal mas fiel,

con menos errores), y con la ganancia de 800 este se quedaba en el rango (al no

haber pasado por la etapa de promediación ya dentro del PC no sabíamos si era la

señal deseada o solo ruido).

Para cuadrar el offset alimentábamos las entradas del amplificador (la positiva y

negativa) con tierra y veíamos la salida, la cual era una señal un poco ruidosa y se

podía observar un offset aparente. Con la configuración implementada y variando

el trimmer colocado en los pines 15 y 16 (ver figura 14), el offset iba variando y

lo dejábamos lo mas cercano a cero (o línea de tierra) como podíamos observar.

Este proceso se realizó con los 2 amplificadores (INA101), para que ambos

tuvieran la menor cantidad de offset que podíamos observar.

13.3 Etapa de digitalización y transmisión serial.

Para probar la etapa de digitalización y transmisión lo que hicimos fue coger

señales triangulares y senoidales de 0 a 5 voltios y meterlas en el

microcontrolador y conectar la salida serial a un PC, con un programa de prueba

en Labview.


75

Íbamos probando con señales de diferentes frecuencias y cuando nos acercábamos

a 5KHz esta se comenzaba a distorsionar un poco. Pero las señales hasta 4KHz

estas se veían perfectamente, por lo que asumíamos que funcionaba perfectamente

tanto la digitalización como la transmisión. Los errores se debían a que estábamos

haciendo un muestreo de 10000Hz por lo tanto cuando se acerca a 5000 Hz por la

teoría de Nyquist esta ya no debe poderse reproducir del todo bien.

13.4 Integración de todo el modulo

Al conectar y hacer pruebas ya con los electrodos y con todos los módulos

integrados, desafortunadamente no funciono como queríamos.

Definitivamente hay una señal q se amplifica pero no tiene ninguna de las

características que hemos denominado como la onda V a los 5.5 ms para poder

identificar que en realidad es un potencial evocado auditivo, hicimos

modificaciones sencillas como volver a cuadrar el offset, y verificar que todo

estuviera en orden pero no se produjo nada observable, de pronto por la

deficiencia en que realizábamos la prueba había mucho movimiento de parte del

paciente corrigiendo cosas, además de ruido y luz, por lo que no pudimos simular

una sala de pruebas como las que se utilizan en los hospitales.

Estamos un poco desilusionados por este resultado negativo ya que todas las

investigaciones, charlas con médicos y resultados de los módulos nos habían

esperanzado para que el dispositivo fuera exitoso.


76

14. Conclusiones

• El INA101 es un amplificador de instrumentación que creemos podría tener

uso en muchos campos de amplificación de procesos biológicos ya que su

característica de alto CMRR elimina buena parte de los problemas que

encontraríamos al utilizar amplificadores comunes. Labview es una

herramienta que permite una vez adquirida la señal (y presenta una interfaz

fácil de configurar para la adquisición de los datos, configurable para

transmisión ya sea por tarjeta de adquisición de datos DAQ o transmisión

serial). Tiene ejemplos ya estructurados para casi cualquier aplicación y uno

lo único que tiene es observarlos ver como funciona y modificarlo para el

uso especifico que uno le quiera dar por lo que es una herramienta que

nosotros recomendamos para el manejo de señales. Además que tiene

interfaces con Matlab y C.

• Es muy difícil realizar un dispositivo de estos a bajo costo debido al uso

inherente de un computador para la captura y promediación de la señal para

que sea la deseada además de los elementos de instrumentación muy

precisos que se necesitan para su captura inicial, como es el uso de

electrodos específicos con gel especial los cuales no son nada económicos.

• La principal aplicación se encuentra en el área de la medicina especialmente

la neurología ya que este examen se utiliza para el diagnostico de patologías

en el área especifica del aparato auditivo y de problemas neurológicos

existentes en la transmisión del sonido por medio del nervio óptico.

• Una de las posibles razones de la no obtención de la señal eran las pobres

condiciones bajo las cuales realizábamos las pruebas. Nos dimos cuenta que

en los hospitales estos se hacían en cuartos a prueba de sonido con baja

intensidad de luz, además a los pacientes se les recomendaba no dormir la

noche anterior (esta exigencia se podía ver mas o menos en el trasnocho de

nosotros al intentar obtener la señal), también pueden haber problemas en la


77

fineza en la que llevábamos la señal ya que no teníamos para transmitir la

señal de la parte de adecuación de la señal a la de transmisión un cable

recubierto y eso podía interferir demasiado con la señal (después de haber

pasado por la parte de filtros). Además de no conocer la forma de conocer

el nivel dBnhl (que es el nivel en decibeles descontando el ruido inherente

en el ambiente cuando hay silencio) y por ende no poder cuadrar bien la

amplitud de los tonos.

Respecto a las conclusiones de la parte Software se puede decir:

• La velocidad del procesador es de extrema importancia en una aplicación de

nivel hospitalario ya que se necesita de muy pocos errores para satisfacer

normas como la DICOM para cualquier tipo de examen.

• La programación secuencial sobre programada es una de las mejores formas

de protección hospitalaria, ya que en caso de obtener errores, el programa se

vera interrumpido de manera inmediata, sin dejar que continué el programa en

un modo de fallo continuo.

• El desarrollo del software fue optimo pero queda abierto para la continuación

de su implementación y mejora a nivel de seguridad y resultados mas

óptimos(menos errores)

• La calidad del software es buena para la aplicación investigativa, pero esta

lejos de ser una aplicación real dados los parámetros de diseño con que se

tendría que contar


78

15. Anexo

Programa de digitalización y transmisión de datos.

p=16f877a

include<p16f877a.inc>

;*****************INICIALIZACION DE VARIABLES *****************

w equ 0

f equ 1

cont equ 0x20

cont1 equ 0x21

cont2 equ 0x22

delay equ 0x23

;***************INICIALIZACION DE PUERTOS A****************

bcf STATUS,RP1 ;Mover al banco 1

bsf STATUS,RP0 ;

movlw b'00000100' ;Configurar las entradas del puerto A en

movwf ADCON1 ;0,1,2,4 entradas análogas 3 voltaje de

referencia y 5 entrada digital

movlw b'11111111' ;Configuramos entradas del puerto A

movwf TRISA ;entradas 0,3,5. salidas 1,2,4

movlw b'10110000' ;configuración del puerto serial, 115200bps

asíncrono

movwf TXSTA ;con 1 bit de start y un bit de stop

movlw d'12'

movwf SPBRG

bcf STATUS,RP0 ;Cambio al banco 0

movlw b'10000001' ;Encendido del adc y configurar la entrada 0

movwf ADCON0 ;del puerto A como la entrada a digitalizar

movlw b'10000000'

movwf RCSTA

bcf PORTA,5 ;limpio la entrada 5 del puerto A


79

;*ITERACIONES DE DIGITALIZACION Y TRANSMISION DE MUESTRAS*

inicio

btfss PORTA,5 ;espero a q se active el proceso--

goto inicio ;---por medio de un switch

goto proceso ;

proceso

bcf STATUS,RP1 ;Mover al banco 1

bsf STATUS,RP0 ;

movlw b'01000100' ;Configurar las entradas del puerto A

movwf ADCON1 ;0,1,2,4 entradas análogas 3 voltaje de

referencia y 5 entrada digital

movlw b'11111111' ;Configuramos entradas del puerto A

movwf TRISA ;entradas 0,3,5. salidas 1,2,4

movlw b'00000000'

movwf TRISB

movlw b'10110100' ;configuración del puerto serial,

115200bps síncrono

movwf TXSTA ;sin bits de start ni stop ni de paridad

movlw d'5'

movwf SPBRG

bcf STATUS,RP0 ;Cambio al banco 0

movlw b'10000001' ;Encendido del adc y configurar la

entrada 0

movwf ADCON0 ;del puerto A como la entrada a

digitalizar

movlw b'10000000'

movwf RCSTA

movlw d'18' ;Set de los ciclos para completar los

movwf delay ;100 microsegundos

retardo

decfsz delay,f ;Acá comienza el ciclo de delay


80

goto retardo

goto seguir

seguir

bsf ADCON0,2 ;activo el ADC y saco una muestra

esperar

btfsc ADCON0,2 ;espero q termine-

goto esperar ;---el proceso de-

goto serial ;-digitalización de la señal

serial

movf ADRESH,w ;muevo la muestra digitalizada---

movwf TXREG ;---al registro serial y comienza a ser

enviado

goto inicio ;Inicio el proceso otra vez

END


81

16. Referencias.

[1] http://www.eie.fceia.unr.edu.ar/~acustica/biblio/evocado.pdf

[2] http://www.centreorl.net/temas/oido/tema15/

[3] http://audicenter.com.ar/potenciales.htm

[4] Aktivfilter 2.1 version demo www.softwaredidaktik.de

[5] Datasheet UAF42A

[6] Datasheet PIC16F877A

[7] http://www.its.bldrdoc.gov/fs-1037/images/lpfiltec.gif

[8] http://www.electronicsletters.com/papers/2002/0016/fig8a.gif

[9] Apuntes clase Instrumentación Biomédica con Jordi Prat.

[10] Seminario taller sobre potenciales evocados auditivos Ing. Federico Miyaro. http://www.eie.fceia.unr.edu.ar/~acustica/biblio/evocado.pdf [11] Grupo de Instrumentación y Procesamiento de Señales Neurofisiológicas http://www.fac.org.ar/fiuner/investigacion/lirins/pagina_nueva_3.htm

PROYECTO DE GRADO DESARROLLO E IMPLEMENTACION DE UN ...

Documents

Transcript of PROYECTO DE GRADO DESARROLLO E IMPLEMENTACION DE UN ...