Plataforma tecnológica para el control de temperatura y posición de un órgano durante su traslado

PROYECTO DE GRADO

Presentado a

LA UNIVERSIDAD DE LOS ANDES

FACULTAD DE INGENIER´

IA

DEPARTAMENTO DE INGENIER´

IA EL´

ECTRICA Y ELECTR ´

ONICA

Para obtener el t´ıtulo de

INGENIERO ELECTR ´

ONICO

por

Ram´

on Daniel Emiliani Mejia

Plataforma tecnol´

ogica para el control de temperatura y posici´

on de un

´

organo durante su traslado

Sustentado el 14 de diciembre de 2016 frente al jurado:

- Asesor: Fredy Enrique Segura Quijano PhD, Profesor Asociado, Universidad de Los Andes - Coasesor: Mario Andr´es Valderrama Manrique PhD, Profesor Asistente, Universidad de Los

Andes

FES

Agradecimientos

Antes que nada, deseo dar mi m´as profundo agradecimiento a mis asesores de ingenier´ıa electr´onica Fredy Segura y Mario Valderrama los cuales adem´as de darme la confianza de llevar a cabo este proyecto lo acompa˜naron de principio a fin. A mi asesor de ingenier´ıa biom´edica, David Bigio, por evaluar constantemente los avances del grupo y dar retroalimentaci´on. A mis padres y familiares por ser un apoyo emocional incondicional y proveer los recursos econ´omicos necesarios. Por ´ultimo, y no menos importante, a mis compa˜neros de biom´edica Emilio Botero, Juan Sebasti´an D´ıaz y Alejandro Posada que creyeron firmemente en el proyecto y se involucraron a fondo para dar lugar al producto final.

Nota importante

Este documento comparte informaci´on con el proyecto de grado elaborado para el curso Proyecto de dise˜no 2 denominado Contenedor seguro para trasplante de ´organos elaborado por Emilio Botero Arcila, Juan Sebasti´an D´ıaz Boada, Alejandro Posada Sabogal y Ram´on Daniel Emiliani Mejia (autor de este documento). La informaci´on utilizada es propiedad conjunta de los autores y ha sido autorizada para ser usada en ambos documentos.

´

_{Indice general}

1. Introducci´on 1

1.1. Descripci´on de la problem´atica y justificaci´on del trabajo . . . 1

1.2. Alcance y productos finales . . . 2

1.3. Objetivos . . . 2

1.3.1. Objetivo general . . . 2

1.3.2. Objetivos espec´ıficos . . . 2

2. Marco te´orico, conceptual e hist´orico 3 2.1. Marco te´orico . . . 3

2.2. Marco conceptual . . . 3

2.3. Marco hist´orico . . . 3

2.3.1. Antecedentes locales . . . 3

2.3.2. Antecedentes externos . . . 5

2.3.2.1. Organ Recovery Systems . . . 5

2.3.2.2. Organ Transport Systems Inc. . . 6

2.3.2.3. TransMedics . . . 6

3. Definici´on y especificaci´on del trabajo 7 3.1. Definici´on . . . 7

3.2. Especificaciones . . . 7

4. Metodolog´ıa del trabajo 8 4.1. Plan de trabajo . . . 8

4.2. B´usqueda de informaci´on . . . 8

4.3. Alternativas de desarrollo . . . 8

5. Trabajo realizado 9 5.1. Esquema general el´ectrico . . . 9

5.2. Selecci´on tecnol´ogica (componentes) . . . 9

5.2.1. Procesamiento . . . 9

5.2.1.1. Raspberry Pi 2 Modelo B . . . 9

5.2.2. Sensores . . . 10

5.2.2.1. MLX90614 (Term´ometro infrarrojo) . . . 10

5.2.2.2. AM2302 (Temperatura ambiente y humedad) . . . 10

5.2.2.3. MTK3339 (GPS) . . . 11

5.2.3. Drivers . . . 11

5.2.3.1. VNH5019 (Driver para sistema de refrigeraci´on) . . . 11

5.2.4. Refrigeraci´on . . . 11

5.2.4.1. AC-046 (Sistema de refrigeraci´on) . . . 11

5.2.5. Adicionales . . . 12

5.2.5.1. NES-350-24 (Fuente AC/DC) . . . 12

5.2.5.2. Raspberry Pi Touch Display (Pantalla t´actil) . . . 12

5.3. Esquema mec´anico . . . 12

5.3.0.1. Primer prototipo . . . 12

5.3.0.2. Segundo prototipo . . . 12

5.3.0.3. Tercer prototipo . . . 13

´_{INDICE GENERAL iii}

6. Validaci´on del trabajo 14

6.1. Pruebas de calibraci´on . . . 14

6.1.1. Metodolog´ıa de calibraci´on . . . 14

6.1.1.1. Calibraci´on del sensor de temperatura ambiente . . . 14

6.1.1.2. Calibraci´on del sensor de temperatura del ´organo . . . 14

6.1.1.3. Calibraci´on del sensor de humedad . . . 15

6.1.2. Validaci´on de los resultados de las pruebas de calibraci´on . . . 15

6.1.2.1. Resultados del sensor de temperatura ambiente . . . 15

6.1.2.2. Resultados del sensor de temperatura del ´organo . . . 16

6.1.2.3. Resultados del sensor de temperatura de humedad . . . 18

6.2. Prueba de funcionamiento . . . 19

6.2.1. Metodolog´ıa de la prueba de funcionamiento . . . 19

6.2.2. Resultados de la prueba de funcionamiento . . . 20

6.2.2.1. Etapa 1 . . . 20

6.2.2.2. Etapa 2 . . . 21

6.2.2.3. Etapa 3 . . . 23

6.3. Evaluaci´on del plan de trabajo . . . 23

7. Mercado 24 8. Discusi´on 26 9. Conclusiones y trabajos futuros 27 9.1. Conclusiones . . . 27

9.2. Trabajo futuro . . . 27

10.Anexos 28

Bibliograf´ıa 32

´

_{Indice de figuras}

2.1. Nevera utilizada por la FSFB en rescates . . . 4

2.2. Contenedor interno para el trasplante de h´ıgado . . . 4

2.3. LifePort Kidney Transporter . . . 5

2.4. LifePort Liver Transporter . . . 5

2.5. LifeCradle Heart Perfusion System . . . 6

2.6. Organ Care System . . . 6

5.1. Dise˜no por bloques . . . 9

5.2. Segundo prototipo . . . 13

5.3. Tercer prototipo . . . 13

6.1. Montaje para calibraci´on de temperatura del ´organo . . . 14

6.2. Montaje para calibraci´on de humedad . . . 15

6.3. Primera toma de datos . . . 16

6.4. Resultado calibraci´on de temperatura . . . 16

6.5. Primera toma de datos . . . 17

6.6. Resultado calibraci´on de temperatura del ´organo . . . 17

6.7. Primera toma de datos . . . 18

6.8. Resultado calibraci´on de humedad . . . 18

6.9. Pruebas para simular el rescate de un ´organo . . . 19

6.10. Resultado temperatura ambiente y del ´organo etapa 1 . . . 20

6.11. Resultado humedad etapa 1 . . . 20

6.12. Resultado temperatura ambiente y del ´organo etapa 2 . . . 21

6.13. Resultado humedad etapa 2 . . . 21

6.14. Recorrido etapa 2 . . . 22

6.15. Resultado temperatura ambiente y del ´organo etapa 3 . . . 23

6.16. Resultado humedad etapa 3 . . . 23

7.1. Distribuci´on geogr´afica de trasplantes. Datos tomados de [2] . . . 24

7.2. Distribuci´on geogr´afica de instituciones. Datos tomados de [2] . . . 25

10.1. Plan de trabajo . . . 28

10.2. Base segundo prototipo . . . 29

10.3. Tapa segundo prototipo . . . 29

10.4. Base tercer prototipo . . . 30

10.5. Tapa tercer prototipo . . . 30

10.6. Segunda toma de datos . . . 31

10.7. Tercera toma de datos . . . 31

10.8. Segunda toma de datos . . . 32

10.9. Segunda toma de datos . . . 32

A.1. Dise˜no por bloques . . . 35

A.2. Pruebas para simular el rescate de un ´organo . . . 35

A.3. Resultados relevantes de temperatura . . . 36

A.4. Recorrido etapa 2 . . . 36

´

_{Indice de cuadros}

2.1. Tiempo medio de preservaci´on de ´organos [3] . . . 3

7.1. N´umero de trasplantes y neveras por instituci´on. Datos tomados de [2] . . . 25

1. Introducci´

on

1.1.

Descripci´

on de la problem´

atica y justificaci´

on del trabajo

La donaci´on de ´organos es un acto altruista y de bondad donde una persona, viva o muerta, accede a que sus ´organos sean utilizados para un trasplante. El trasplante ya es el procedimiento quir´urgico donde los ´organos, tejidos y c´elulas de una persona enferma son reemplazados por los de un donante [7]. Los trasplantes de ´organos se remontan a 1954 donde se realiza el primer procedimiento exitoso, en ´este los doctores Joseph Murray y David Hume trasplantaron un ri˜n´on entre dos gemelos. A partir de esto se emprender´ıan nuevas investigaciones para hacer posible el trasplante de m´as ´organos. Hasta finales de los a˜nos 60 se evidenciaron nuevos procedimientos exitosos donde fue posible el trasplante de h´ıga-do, coraz´on y p´ancreas. Finalmente, en los a˜nos 80 iniciaron los trasplantes de pulm´on e intestino [8, 4].

En Colombia el primer trasplante se llev´o a cabo el 29 de agosto de 1973 en el Hospital Universitario San Vicente de Paul ubicado en la ciudad de Medell´ın. El doctor ´Alvaro Velasquez fue el cirujano que permiti´o el trasplante de ri˜n´on entre los dos hermanos [5, 10]. A partir de ese momento se marcar´ıa un punto de inicio para este tipo de procedimiento quir´urgicos en el pa´ıs.

En el 2004 se cre´o la Red de Donaci´on de Trasplantes de ´Organos y Tejidos por medio del ministerio de protecci´on social. La red incluye todo el conjunto de entidades involucradas en los procesos de donaci´on y trasplantes de Colombia. Un a˜no despu´es el Instituto Nacional de Salud crea la Red de Donaci´on y Trasplantes. Esta red tiene diversas funciones entre las cuales est´a presentar informes estad´ısticos anualmente. Durante el periodo comprendido entre enero y noviembre del 2015 se realizaron 1096 trasplantes de ´organos s´olidos en Colombia. Esto representa un incremento en un 19 % en comparaci´on con la cantidad de trasplantes realizados un a˜no antes (2014). Del total de trasplantes hechos un 86 % se realiz´o a partir de donantes fallecidos [14].

La lista de espera de pacientes que requieren un trasplante presento ´unicamente una disminuci´on del 0.8 % en relaci´on a las estad´ısticas presentadas en el 2014 [14]. Esto quiere decir que ´unicamente el 2 % de las personas esperando un ´organo lo recibe.

Estas estad´ısticas hacen que sea necesario aumentar la cantidad de potenciales donantes que se presen-tan anualmente en Colombia, para esto el represenpresen-tante a la C´amara Rodrigo Lara Restrepo presenta en septiembre del 2014 un proyecto de Ley que busca hacer de la donaci´on de ´organos un requisito a menos de que la persona manifieste lo contrario antes de fallecer. El proyecto ya aprobado por la plenaria del senado pas´o a sanci´on presidencial y est´a muy cercano a convertirse en ley de la rep´ublica [1]. Con las tasas de donantes en aumento y la posible modificaci´on a la Ley 73 de 1988 y la Ley 919 de 2004 en materia de donaci´on de componentes anat´omicos se debe fortalecer la infraestructura involucrada en un trasplante de ´organo.

Para estudiar la infraestructura actual en relaci´on con los trasplantes de ´organos se acudi´o a al Servicio de Trasplantes de la Fundaci´on Santa Fe de Bogot´a. En ella se entrevistaron tanto a m´edicos involu-crados en el rescate como a las enfermeras que acompa˜nan durante todo el procedimiento. La donaci´on inicia cuando se presenta un potencial donante en una sala de urgencia, unidad de cuidado intensivo, unidad de neurolog´ıa o neurocirug´ıa. Cuando el m´edico encargado del ´area detecta muerte encef´alica en el paciente genera un reporte que es enviado a los institutos que regulan el proceso de donaci´on (Instituto Nacional de Salud y Secretaria Distrital de Salud). Al haber notificado a estas organizaciones ellas se encargan de contactar a un m´edico externo com´unmente denominados m´edicos coordinadores de la red el cual debe ir a hacer una valoraci´on del potencial donante. Posteriormente si el paciente no se encuentra registrado como donante se debe hacer una entrevista familiar donde se pide el aval para seguir adelante con el proceso. Si la familia accede, se mantendr´an las condiciones del paciente esta-bles hasta que un equipo de rescate llegue y haga la extracci´on de los ´organos que ser´an donados [6, 12].

CAP´ITULO 1. INTRODUCCI ´ON 2

A lo largo de todo este proceso se evidenciaron falencias tanto en la parte log´ıstica como en la infraes-tructura empleada a lo largo del rescate. Para el contexto de este proyecto nos centraremos ´unicamente en la infraestructura y espec´ıficamente en las neveras en las cuales se rescata y traslada el ´organo en-tre hospitales. Las neveras que utilizan actualmente no se consideran apropiadas para el traslado de ´

organos, ´estas no son especializadas en su funci´on y pueden afectar el rendimiento del mismo [12].

1.2.

Alcance y productos finales

Al final del proyecto se espera tener un prototipo funcional que pueda ser sometido al comit´e de donaci´on de ´organos de la Fundaci´on Santa Fe de Bogot´a. El prototipo final debe ser capaz de regular la temperatura de tal forma que se mantenga en el rango ideal para las condiciones de isquemia fr´ıa de un ´organo.

1.3.

Objetivos

1.3.1.

Objetivo general

Dise˜nar e implementar una sistema que permita el control de temperatura de almacenamiento del ´

organo y su ubicaci´on proveyendo los recursos software suficientes para hacer el seguimiento a las mismas.

1.3.2.

Objetivos espec´ıficos

1. Dise˜no de un circuito que permita sensar temperatura y ubicaci´on de los contenedores en los cuales se transportan ´organos entre hospitales.

2. Elaborar un contenedor que permita la correcta conservaci´on del ´organo y pueda ser reutilizado para diversos transportes.

3. Implementaci´on software de un programa que permita la presentaci´on de la temperatura del ´

organo durante su traslado.

4. Realizar pruebas al sistema con tejidos musculares de animales de tal manera que se pueda verificar el funcionamiento de la soluci´on tecnol´ogica.

5. Realizar un estudio sobre el posible mercado del producto e identificar el proceso al que debe ser sometido para recibir la aprobaci´on del ente regulador de salud local.

2. Marco te´

orico, conceptual e hist´

orico

2.1.

Marco te´

orico

2.2.

Marco conceptual

Las condiciones de preservaci´on del ´organo tendr´an una futura repercusi´on en el paciente al cual se le haya sido trasplantado. Las t´ecnicas de preservaci´on de un ´organo sirven para minimizar el da˜no y extender la funci´on y supervivencia del injerto [3]. En general hay dos factores de alta importancia en la preservaci´on: temperatura y tiempo. La temperatura es esencial ya que el ´organo se debe mantener bajo condiciones de isquemia fr´ıa. La temperatura debe ser entre 4 y 8 grados. En caso de ser muy baja el citoplasma de las c´elulas del ´organo se congelar´a y no podr´a retornar a su estado habitual as´ı se restablezcan las condiciones. En el caso opuesto, cuando la temperatura es muy alta, se estar´a fomentando la actividad enzim´atica lo que provocar´a la degradaci´on del ´organo. El otro factor a tener en cuenta es el tiempo ya que cada ´organo tiene un tiempo m´aximo de preservaci´on. En la tabla podemos ver los tiempos comunes de preservaci´on.

Cuadro 2.1: Tiempo medio de preservaci´on de ´organos [3]

´

Organo Tiempo de preservaci´on

Higado 24 horas Ri˜nones 48 a 72 horas Coraz´on 3 a 5 horas

Pulm´on 3 a 5 horas P´ancreas 12 a 24 horas

C´orneas 7 a 10 d´ıas M´edula Hasta 3 a˜nos

Piel Hasta 5 a˜nos Huesos Hasta 5 a˜nos

2.3.

Marco hist´

orico

2.3.1.

Antecedentes locales

Actualmente en Colombia todos los centros m´edicos que realizan rescates de ´organos emplean neveras similares para el traslado. Para empezar a realizar la extracci´on se introduce hielo pil´e en la cavidad abdominal. Despu´es de a˜nadido el hielo al ´organo se le corta el flujo sangu´ıneo y se hacen lavados con suero fisiol´ogico. Posteriormente el ´organo se deposita en una bolsa a la cual se le a˜nade una cantidad suficiente de suero fisiol´ogico y se sella al vac´ıo. Esta bolsa se recubre con dos bolsas del mismo tipo. Al tener listo el ´organo las enfermeras a˜naden aproximadamente unos 6 cent´ımetros de hielo a la nevera. En caso de no ser un trasplante de h´ıgado las bolsas que contienen el ´organo se ubican directamente con el hielo y se procede a hacer el traslado. Las im´agenes 2.1a, 2.1b, 2.1c y 2.1d muestran la nevera que se utiliza la FSFB actualmente para realizar los rescates.

CAP´ITULO 2. MARCO TE ´ORICO, CONCEPTUAL E HIST ´ORICO 4

(a) Vista frontal (b) Vista superior

(c) Vista semilateral (d) Parte interna

Figura 2.1: Nevera utilizada por la FSFB en rescates

Esta nevera tiene 52 cent´ımetros de ancho, 30 cent´ımetros de largo y 44 cent´ımetros de alto. Adem´as de esto cuenta con un par de llantas y un mango para su f´acil transporte. En la parte frontal podemos evidenciar un term´ometro. En nuestro caso el term´ometro no es ´util ya que no refleja la temperatura actual del ´organo sino la del hielo con el cual se encuentra en contacto. Para medir la temperatura del ´organo en los rescates las enfermeras inclu´ıan un term´ometro digital de cord´on el cual ubicaban en el cierre de las bolsas. Debido al contacto con el l´ıquido que se produc´ıa al derretirse el hielo se da˜naron varios term´ometros que utilizaron y por ende debi´o suspenderse este m´etodo de seguimiento. Posteriormente no se emplearon nuevas t´ecnicas ya que los term´ometros que se consideraban adecuados superaban el presupuesto o no cumpl´ıan con un tama˜no adecuado.

En el caso de ser un trasplante de h´ıgado se incluye un contenedor extra para hacer un mejor aislamiento de la temperatura. En este caso es un contenedor m´as peque˜no cuyas dimensiones son 28 cent´ımetros de ancho, 19 cent´ımetros de largo y 23 cent´ımetros de ancho. Podemos verlo en las im´agenes 2.2a y 2.2b.

(a) Vista frontal (b) Vista superior

CAP´ITULO 2. MARCO TE ´ORICO, CONCEPTUAL E HIST ´ORICO 5

2.3.2.

Antecedentes externos

Han surgido diversas empresas que han desarrollado sistemas avanzados que permiten extender la vida media del trasplante al mejorar las condiciones en las cuales es transportado. Los sistemas desarro-llados son neveras selladas y est´eriles que cuentan con control de temperatura y sistemas de bombeo que difunden el suero fisiol´ogico en el ´organo. A continuaci´on, nombraremos algunas de las marcas actualmente en el mercado y cu´ales son los sistemas y las ventajas que ofrecen.

2.3.2.1. Organ Recovery Systems

Kidney Transporter

LifePort Kidney Transporter es un sistema para el transporte de ri˜n´on desarrollado por Organ Recovery Systems. La compa˜n´ıa despu´es de varios estudios realizados asegura que aumenta la cantidad de personas que no presentan falla renal despu´es de transcurrido 1 y 3 a˜nos correlacionando esto con una extensi´on de la vida media del ´organo. El sistema posee un circuito de perfusi´on para el suero fisiol´ogico, los componentes se adaptan a cualquier tama˜no de ri˜n´on; estos componentes son desechables. Adem´as de esto cuenta con una pantalla integrada de la cual se pueden obtener variables tales como: identificaci´on del paciente, tipo de sangre, temperatura, presi´on s´ıstole y di´astole, flujo, resistencia y tiempo de perfusi´on. Integrado al sistema tambi´en se tiene un sistema de geolocalizaci´on del cual se pueden descargar los datos. Para el traslado se utiliza un protector espec´ıficamente dise˜nado que cuenta con un sellado de protecci´on ante riesgos biol´ogicos, ruedas y un mango.

(a) Sistema (b) Sistema con protector para traslado

Figura 2.3: LifePort Kidney Transporter

Liver Transporter

El sistema se desarrolla bajo las mismas condiciones de preservaci´on que el LifePort Kidney Transpor-ter, es decir, perfusi´on din´amica y almacenamiento en fri´o. Se pueden obtener variables tales como: estatus de la perfusi´on, identificaci´on del paciente, tipo de sangre, temperatura de perfusi´on, presi´on y flujo. Adem´as, cuenta con un opcional para adquirir el protector que facilita el traslado.

CAP´ITULO 2. MARCO TE ´ORICO, CONCEPTUAL E HIST ´ORICO 6

2.3.2.2. Organ Transport Systems Inc.

Heart Perfusion System

El LifeCradle Heart Perfusion System es un Sistema desarrollado por Organ Transport Systems con el fin de extender la vida media de los corazones durante su trasplante. El coraz´on se conecta al sistema que monitorea un ambiente cuya temperatura es controlada. Cuando es conectado el sistema circula una soluci´on hipot´ermica oxigenada que provee los nutrientes necesarios para una preservaci´on optima del ´organo.

Figura 2.5: LifeCradle Heart Perfusion System

2.3.2.3. TransMedics

Organ Care System

El Organ Care System desarrollado por TransMedics esta dise˜nado para mantener ´organos en un ambiente c´alido y funcionales por fuera del cuerpo humano para mantener en ´optimas condiciones sus estados de salud. La compa˜n´ıa desarrollo un sistema de perfusi´on c´alida donde se recrean las condiciones del cuerpo humano y se permite que el ´organo funcione por fuera del mismo. Para alimentar el sistema se utiliza sangre de un donante y mediante sistemas internos se logra oxigenaci´on y flujo de esta. Adem´as, se utiliza una soluci´on desarrollada por la compa˜n´ıa para entregar los nutrientes necesarios. Este sistema consta de 3 m´odulos diferentes. El primer m´odulo es un monitor inal´ambrico junto con la plataforma de transporte. Esta plataforma contiene una fuente de ox´ıgeno y una bomba para mantener el flujo puls´atil de sangre c´alida y llena de nutrientes. El monitor que se incluye muestra variables fisiol´ogicas relevantes, por ejemplo, en el coraz´on se podr´ıa acceder a presi´on a´ortica, flujo coronario, temperatura sangu´ınea y ritmo card´ıaco. El segundo m´odulo es el encargado de hacer la perfusi´on. Este es un m´odulo espec´ıfico para cada ´organo que mantiene las condiciones de temperatura y humedad. Finalmente se tiene el m´odulo donde se ubican las soluciones encargadas de reponer los nutrientes durante la perfusi´on.

(a) Monitor inal´ambrico y

plata-forma de transporte (b) M´odulo de perfusi´on

3. Definici´

on y especificaci´

on del trabajo

3.1.

Definici´

on

El presente proyecto de grado busca desarrollar un contenedor para transporte de ´organos a ser im-plementado en hospitales en Bogot´a. El precio del dispositivo debe ser menor a los presentados en antecedentes externos y se debe sustentar su funcionalidad mediante pruebas.

3.2.

Especificaciones

1. Control de temperatura

El sistema de refrigeraci´on y el control empleado deben poder ajustarse entre 4o_{C y 8}o_{C de tal} manera que el ´organo se encuentre en la temperatura adecuada.

2. F´acil manejo

El sistema debe ser f´acil de utilizar, la informaci´on obtenida por los sensores y el ajuste de temperatura deben ser presentado de manera sencilla. Adem´as de esto su transporte debe ser c´omodo para el personal.

3. Aislamiento

El aislamiento debe ser suficiente de tal forma que al estar sin alimentaci´on el sistema el cambio de 4o_{C a 8}o _{ocurra en un tiempo mayor a 5 minutos (tiempo de traslado entre la sala de cirug´ıa} y el veh´ıculo).

4. Metodolog´ıa del trabajo

4.1.

Plan de trabajo

El plan de trabajo utilizado durante los ´ultimos seis meses se encuentra adjunto en la secci´on de anexos como la figura 10.1.

4.2.

B´

usqueda de informaci´

on

La primera fuente de informaci´on del proyecto fue la Fundaci´on Santa Fe y el personal encargado de donaci´on de ´organos. A partir de ellos y las observaciones hechas se obtuvo la idea y se defini´o el problema. Para la soluci´on propuesta se revis´o el estado del arte en contenedores para trasplantes de ´

organos y a partir de esto se gener´o una idea cuyo costo-beneficio fuera adecuada para el contexto del pa´ıs. Diversos cursos de la carrera contribuyeron a generar la idea final en especial toda la rama de sistemas electr´onicos, adem´as de esto electivas de ingenier´ıa el´ectrica fueron recursos valiosos para la planificaci´on del sistema. En este caso el asesor del proyecto facilito informaci´on suficiente para poder esbozar una soluci´on factible al problema y provey´o detalles en la parte sens´orica del sistema.

4.3.

Alternativas de desarrollo

La primera alternativa que se present´o fue en cuanto al sistema de refrigeraci´on que se pod´ıa instalar. Las opciones eran un sistema de absorci´on y compresi´on contra un sistema de refrigeraci´on termo-el´ectrica. La decisi´on fue refrigeraci´on termoel´ectrica ya que no tiene partes m´oviles, no usa sustancias refrigerantes, es menos ruidoso, no hay vibraci´on y tiene larga vida ´util. La siguiente alternativa fue instalar un sistema de perfusi´on para el ´organo, pero esta no se consider´o adecuada ya que el factor primordial en Colombia es manejar la temperatura adecuada.

5. Trabajo realizado

5.1.

Esquema general el´

ectrico

Partiendo de las restricciones impuestas por la Fundaci´on Santa Fe de Bogot´a se realiz´o el dise˜no correspondiente al sistema capaz de monitorear las variables fisiol´ogicas de un ´organo. A continuaci´on se presenta un diagrama ejemplificando el sistema.

Figura 5.1: Dise˜no por bloques

5.2.

Selecci´

on tecnol´

ogica (componentes)

A continuaci´on se presenta una lista de los elementos utilizados para la fabricaci´on del dispositivo final.

5.2.1.

Procesamiento

5.2.1.1. Raspberry Pi 2 Modelo B

Se seleccion´o una raspberry pi sobre otras dos opciones (Arduino y BeagleBone Black) ya que adem´as de incluir todos los puertos de comunicaci´on necesarios para utilizar los sensores presenta un puerto dedicado a una pantalla t´actil. Esto hace que el sistema sea f´acilmente modificable y de sencillo uso para los m´edicos. El dispositivo permite crear diferentes hilos para las tareas estipuladas lo que hace que factible el uso de la pantalla y un control PID. Adem´as de esto ya se tenia experiencia en el uso

CAP´ITULO 5. TRABAJO REALIZADO 10

de este dispositivo lo que implica un menor tiempo en la implementaci´on del mismo. Especificaciones:

- 900MHz quad-core ARM Cortex-A7 CPU

- 1GB RAM

- 4 puertos USB

- 40 pines GPIO

- Interfaz de pantalla (DSI)

- Puerto ethernet

- MicroSD

5.2.2.

Sensores

5.2.2.1. MLX90614 (Term´ometro infrarrojo)

La implementaci´on del sensor MLX90614 se da por la restricci´on de que para medir la temperatura del ´organo no puede haber ning´un objeto externo en contacto con el mismo. Aunque se estudi´o la opci´on de utilizar un PT100 (RTD) se descart´o ya que estar´ıa en contacto con la bolsa del ´organo lo cual genera una medici´on imprecisa. Estudiando ambas opciones se determin´o que al utilizar medici´on infrarroja se obtendr´ıa una medida m´as certera. Adem´as de utilizar el sensor se realiza una calibraci´on para que las interferencia que puedan ocasionar las bolsas en las que va preservado sea minimizada. Especificaciones:

- Rango de −70o_{Ca 380}o_C

- Exactitud de 0,5o_C

- Resoluci´on de hasta 0,02o_C

- Dispositivo para aplicaciones m´edicas

5.2.2.2. AM2302 (Temperatura ambiente y humedad)

Por medidas de seguridad en caso de que el sensor del ´organo falle la temperatura podr´a ser controlada con el ambiente. Adem´as ya que el sensor infrarrojo ser´a calibrado espec´ıficamente para el ´organo su medida sobre el ambiente ser´a un promedio errado de la temperatura real. Debido a esto el control se har´a utilizando el sensor de ambiente cuando dentro del contenedor no se encuentre un ´organo. La humedad es un indicador de si se esta presentando condensaci´on o no en el interior del contenedor. Tambi´en se estudi´o la posibilidad de utilizar un LM335 pero este implicaba utilizar circuitos de adqui-sici´on y su error es mayor.

Especificaciones:

- Rango de humedad de 0 a 100 %

- Exactitud en humedad de 2 a 5 %

- Rango de temperatura de−40o_{Ca 80}o_C

CAP´ITULO 5. TRABAJO REALIZADO 11

5.2.2.3. MTK3339 (GPS)

Empleado para determinar el lugar en el cual se encuentra la nevera durante el recorrido. Este GPS viene dise˜nado espec´ıficamente para ser utilizado por la Raspberry Pi. Otros sensores de este tipo tales como el C1919A y el L10 de Quectel pero dado que no ten´ıan tarjetas desarroladas para la Raspberry Pi se descartaron.

Especificaciones:

- Sensibilidad -165 dBm, Actualizaci´on a una tasa de 10 Hz, 66 canales

- Reloj en tiempo real (RTC)

- Conectividad para antena que mejora la sensibilidad

5.2.3.

Drivers

5.2.3.1. VNH5019 (Driver para sistema de refrigeraci´on)

Estos son los drivers que, controlados por pulsos, manejar´an el voltaje promedio al cual trabajan los sistemas de refrigeraci´on termoel´ectrica. El voltaje de operaci´on es el adecuado adem´as de ser compatibles con las salidas de la Raspberry Pi. La corriente de salida es suficiente para suplir las motores. Inicialmente se pensaba utilizar un puente H como lo es el VNH3SP30 dual de Pololu pero no cumpl´ıa con el voltaje m´aximo.

Especificaciones:

- Voltaje de operaci´on 5.5 – 24 VDC

- 12 A de corriente continua a la salida

- Compatibilidad con sistemas de 3 V

- Operaci´on por pulsos hasta 20 kHz

5.2.4.

Refrigeraci´

on

5.2.4.1. AC-046 (Sistema de refrigeraci´on)

Estos son los refrigeradores termoel´ectricos que variar´an la temperatura interna del contenedor. Fun-cionan mediante el efecto de Peltier. Operan a 24 VDC y pueden ser regulados al disminuir este voltaje. Para el dimensionamiento del sistema se asumi´o la temperatura y humedad de una ciudad caliente en la cual se realicen trasplantes en Colombia. Adem´as de esto se utilizaron las medidas tentativas manejadas actualmente por los contenedores de las FSFB. Se sobredimensionaron los sistemas para que no se tuvieran contratiempos en el proyecto adem´as de que ´este funcionara en temperaturas m´as calientes. Inicialmente se consider´o la posibilidad de prototipar uno de estos sistemas de refrigeraci´on ac´a en Colombia y para eso se hizo el primer prototipo. Los resultados obtenidos hicieron que se des-cartara y se decidiera utilizar el AC-046.

Especificaciones:

- Voltaje de operaci´on 24 VDC

- Bajo mantenimiento sin partes m´oviles, excepto los ventiladores

- Sin carga t´ermica refrigeraci´on hasta a 40o_{Cpor debajo de la temperatura ambiente}

CAP´ITULO 5. TRABAJO REALIZADO 12

5.2.5.

Adicionales

5.2.5.1. NES-350-24 (Fuente AC/DC)

Fuente de alimentaci´on utilizada para suplir el sistema de refrigeraci´on. Se hizo su dimensionamiento utilizando caracter´ısticas de operaci´on extremas para los sistemas de refrigeraci´on. Adem´as de esto se consider´o utilizar los cargadores de port´atiles pero su potencia no era suficiente para alimentar el sistema de refrigeraci´on.

Especificaciones:

- Voltaje de entrada 110-240 VAC

- Voltaje de salida 24 VDC

- Corriente m´axima a la salida 14.6 A

- Potencia m´axima 350.4 W

5.2.5.2. Raspberry Pi Touch Display (Pantalla t´actil)

Pantalla t´actil dedicada para el ajuste de par´ametros del dispositivo. Especialmente dise˜nada para la Rasperry Pi. Es la ´unica pantalla que utiliza el puerto dedicado de la tarjeta haciendo que el uso no implique instalaci´on adicional de programas o componentes.

Especificaciones:

- Pantalla de 7 pulgadas

- Resoluci´on de 800 x 480 px

5.3.

Esquema mec´

anico

5.3.0.1. Primer prototipo

Para el primer prototipo realizado no se realizaron dise˜nos mec´anicos. Debido a que se quer´ıa ver la factibilidad de construcci´on de los sistemas de refrigeraci´on se utiliz´o una nevera de icopor y un sistema de refrigeraci´on termoel´ectrica propio. Los resultados indicaron que el sistema construido no era lo suficientemente robusto y su refrigeraci´on insuficiente. Por esto se paso a la compra del sistema AC-046.

5.3.0.2. Segundo prototipo

El segundo prototipo se realiz´o principalmente para evaluar los sistemas de refrigeraci´on, se decidi´o emplear icopor como aislante y MDF de 5mm como soporte. Los planos se muestran en la secci´on de anexos como las figuras 10.2 y 10.3. A continuaci´on se pueden ver fotos reales del dispositivo construido (figuras 5.2a, 5.2b y 5.2c). El aislamiento obtenido fue mejor de lo esperado pero el peso del dispositivo implicaba llevarlo entre dos personas, por esto para el siguiente dise˜no se implemento un mejor aislante de menor calibre y un MDF de 3 mm.

CAP´ITULO 5. TRABAJO REALIZADO 13

(a) Vista frontal (b) Vista semilateral (c) Vista superior

Figura 5.2: Segundo prototipo

5.3.0.3. Tercer prototipo

El tercer prototipo se construyo utilizando un MDF de menor calibre y un aislante mejor de menor espesor (poliruetano) con la finalidad de reducir el peso final del dispositivo. Adem´as de esto se inclu-yeron los sensores y la pantalla t´actil. En anexos se encuentran las figuras 10.4 y 10.5 que corresponden a los planos mec´anicos. En las figuras 5.3a y 5.2b se pueden ver fotos reales del dispositivo construido.

(a) Vista superior (b) Vista semilateral

6. Validaci´

on del trabajo

6.1.

Pruebas de calibraci´

on

6.1.1.

Metodolog´ıa de calibraci´

on

6.1.1.1. Calibraci´on del sensor de temperatura ambiente

Para calibrar la temperatura se siguieron los siguientes pasos:

1. Ubicar el elemento de calibraci´on (Cryopak imini) al lado del sensor de temperatura ambiente.

2. Cerrar el contenedor.

3. Iniciar el sistema de refrigeraci´on hasta el limite inferior.

4. En el momento que se estabilice el sistema (cambios menores a 1 grado cada 15 minutos) desco-nectar el sistema de refrigeraci´on.

5. Esperar a que se estabilice el sistema en la temperatura ambiente.

6.1.1.2. Calibraci´on del sensor de temperatura del ´organo

Para calibrar la temperatura se siguieron los siguientes pasos:

1. Ubicar 300 gramos de tejido muscular dentro de tres bolsas utilizando soluci´on salina simulando el proceso que se lleva a cabo en un procedimiento real.

2. Colocar el elemento de calibraci´on (Cryopak imini) entre la primera y la segunda bolsa.

3. Situar la bolsa con el tejido muscular y el elemento de calibraci´on en la malla del contenedor.

4. Cerrar el contenedor e iniciar el proceso de refrigeraci´on.

5. Esperar dos horas desde iniciada la refrigeraci´on

La siguiente imagen (figura 6.1) ejemplifica el montaje realizado entre el est´andar de calibraci´on .

Figura 6.1: Montaje para calibraci´on de temperatura del ´organo

CAP´ITULO 6. VALIDACI ´ON DEL TRABAJO 15

6.1.1.3. Calibraci´on del sensor de humedad

Para calibrar la temperatura se siguieron los siguientes pasos:

1. Ubicar el elemento de calibraci´on al lado del sensor de temperatura ambiente.

2. Preparar 300 gramos de sal con 50 ml de agua en un recipiente peque˜no.

3. A˜nadir ambos sensores junto con la mezcla en un recipiente de cierre herm´etico.

4. Esperar 1 hora a que se estabilice el sistema.

A continuaci´on en la figura 6.2 se muestra una imagen del montaje realizado.

Figura 6.2: Montaje para calibraci´on de humedad

6.1.2.

Validaci´

on de los resultados de las pruebas de calibraci´

on

6.1.2.1. Resultados del sensor de temperatura ambiente

El procedimiento en general tuvo una duraci´on cercana a las seis horas con tiempos de desconexi´on cercanos a las dos horas y media. Un ejemplo de los datos obtenidos de temperatura contra tiempo se pueden ver a continuaci´on en la figura 6.3. Vemos como se realizan cambios de forma exponencial en la temperatura. En el caso de refrigeraci´on es posible notar como la temperatura inicialmente cambia r´apidamente, a medida que va bajando los cambios de temperatura por instante de tiempo son menores. Los otros resultados se encuentran en la secci´on de anexos como figuras 10.6 y 10.7

CAP´ITULO 6. VALIDACI ´ON DEL TRABAJO 16

Figura 6.3: Primera toma de datos

Posteriormente para realizar la calibraci´on se hace una aproximaci´on lineal entre la temperatura del sensor y la temperatura del est´andar. Para esto se gr´afica en el eje x temperatura del sensor y en el eje y temperatura objetivo. La figura 6.4 presentada a continuaci´on muestra los resultados para las tres tomas de datos.

Figura 6.4: Resultado calibraci´on de temperatura

Podemos ver que la relaci´on lineal entre la temperatura del sensor y el elemento de calibraci´on se ajusta realmente bien (R2 _{= 0,991). Gr´aficamente es posible notar que la dispersi´on de datos no es} mayor.

6.1.2.2. Resultados del sensor de temperatura del ´organo

Uno de los datos obtenidos de temperatura contra tiempo se pueden ver en la figura 6.5 presentada a continuaci´on. Vemos que parten de una temperatura similar pero el elemento de calibraci´on cambia

CAP´ITULO 6. VALIDACI ´ON DEL TRABAJO 17

menos debido a que se encuentra en la parte interna de la bolsa en contacto con el ´organo y el liquido. La otra curva obtenida puede ser visualizada en anexos en la figura

10.8-Figura 6.5: Primera toma de datos

Posteriormente para realizar la calibraci´on se hace una aproximaci´on lineal entre la temperatura del sensor y la temperatura del est´andar. Para esto se gr´afica en el eje X temperatura del sensor y en el eje Y temperatura objetivo. La gr´afica presentada a continuaci´on (figura 6.6) muestra los resultados para las dos tomas de datos.

Figura 6.6: Resultado calibraci´on de temperatura del ´organo

Podemos ver que la relaci´on lineal entre la temperatura del sensor y el elemento de calibraci´on se ajusta realmente bien (R2_{= 0,933). Gr´aficamente es posible notar que la aproximaci´on lineal se ajusta} de mejor forma en el rango de temperatura donde se desea mantener el ´organo (entre los 4 y los 8 grados).

CAP´ITULO 6. VALIDACI ´ON DEL TRABAJO 18

6.1.2.3. Resultados del sensor de temperatura de humedad

El procedimiento en general tuvo una variaci´on de humedad de un 12 %. La primera toma de datos de humedad contra tiempo se pueden ver a continuaci´on en la figura 6.7. Vemos que el punto inicial para ambos sensores es diferente pero al momento de la estabilizaci´on se acercan los valores. La otra toma de datos realizada puede ser vista en anexos en la figura 10.9.

Figura 6.7: Primera toma de datos

Posteriormente para realizar la calibraci´on se hace una aproximaci´on lineal entre la humedad del sensor y la humedad del est´andar. Para esto se gr´afica en el eje X humedad del sensor y en el eje Y humedad objetivo. La figura 6.8 presentada a continuaci´on muestra los resultados para las dos tomas de datos.

Figura 6.8: Resultado calibraci´on de humedad

Podemos ver que la relaci´on lineal entre la temperatura del sensor y el elemento de calibraci´on no se ajusta de forma correcta (R2 = 0,707). Es necesario una nueva forma de calibrar la humedad

CAP´ITULO 6. VALIDACI ´ON DEL TRABAJO 19

para encontrar una relaci´on mejor entre los sensores. Una manera de realizar la calibraci´on puede ser mediante la adquisici´on humidificador e implementaci´on de este en un ambiente cerrado.

6.2.

Prueba de funcionamiento

6.2.1.

Metodolog´ıa de la prueba de funcionamiento

Para evaluar el funcionamiento del dispositivo se quiere reproducir de la mejor manera un rescate de un ´organo. Para esto se ha realizado la siguiente tabla donde se contrastan las actividades realizadas para las pruebas con las que suceden realmente en campo.

Figura 6.9: Pruebas para simular el rescate de un ´organo

Los resultados ser´an presentados por etapas. Una etapa se separa de la siguiente en caso de haber una desconexi´on del dispositivo.

CAP´ITULO 6. VALIDACI ´ON DEL TRABAJO 20

6.2.2.

Resultados de la prueba de funcionamiento

6.2.2.1. Etapa 1

Figura 6.10: Resultado temperatura ambiente y del ´organo etapa 1

Figura 6.11: Resultado humedad etapa 1

En esta etapa podemos evaluar diferentes aspectos t´ecnicos del dispositivo. En primer lugar el con-trol basado en la temperatura ambiente es funcional, seg´un la gr´afica 6.10 (hay cuadros que indican los momentos de cambio) la temperatura logra estabilizarse tanto en−2oC como en −4oC. Segundo podemos ver que la temperatura reportada por el sensor ambiente no es igual a la que se obtiene por el sensor infrarrojo. En el momento donde se abre la nevera para introducir el ´organo el cambio en la temperatura reportada por el ambiente es menor a 1 grado mientras que la del ´organo es de aproxi-madamente 10 grados. El tercer y ´ultimo punto para estos resultados es que el control dependiendo de cada una de las variables funciona, en el momento en el que se introduce el ´organo y se basa el control en esta temperatura el ambiente empieza a ser m´as fri´o. En cuanto a la humedad podemos ver

CAP´ITULO 6. VALIDACI ´ON DEL TRABAJO 21

que en los puntos donde se estabiliza la temperatura (no est´an funcionando las placas termoel´ectricas de los sistemas de refrigeraci´on) se logra llegar a un valor constante de humedad mientras que en los momentos donde hay transiciones ( de ambiente a−2o_{C) no hay estabilizaci´on.}

6.2.2.2. Etapa 2

Figura 6.12: Resultado temperatura ambiente y del ´organo etapa 2

CAP´ITULO 6. VALIDACI ´ON DEL TRABAJO 22

Figura 6.14: Recorrido etapa 2

Adem´as de verificar que el contenedor puede funcionar mientras el veh´ıculo esta en movimiento lo mas importante para resaltar de lo resultados de la etapa 2 es el recorrido. En este tenemos la figura 6.14 que muestra como se hizo el recorrido ida y vuelta hasta la Fundaci´on Cardioinfantil. Otra cosa que se debe recalcar sobre los resultados obtenidos es que al desconectar la nevera hay un aumento considerable en la temperatura. En este caso vemos que la temperatura del ´organo llega a estabilizarse, algo que no se evidenci´o en la etapa 1. En la figura 6.12 vemos un cambio en la temperatura durante esos 10 minutos de desconexi´on de aproximadamente 6 grados para la temperatura ambiente y 4 grados para la temperatura del ´organo. Al iniciar nuevamente el proceso de refrigeraci´on en el recorrido vemos que este se estabiliza despu´es de un poco menos de media hora. La humedad relativa (figura 6.13) tiene un cambio sustancial en el punto donde se traslada la nevera, esto se puede atribuir a que los sistemas de refrigeraci´on se apagaron y no hay ventilaci´on.

CAP´ITULO 6. VALIDACI ´ON DEL TRABAJO 23

6.2.2.3. Etapa 3

Figura 6.15: Resultado temperatura ambiente y del ´organo etapa 3

Figura 6.16: Resultado humedad etapa 3

La ´ultima etapa nos muestra como funciona el dispositivo en un periodo de tiempo largo. Sobre el resultado de la temperatura del ´organo (6.15) vemos que se estabiliza nuevamente en los 4 grados objetivo. Otra cosa importante a resaltar es que la humedad oscila en los momentos donde los motores se encuentran funcionando, en los puntos de estabilidad t´ermica esta se mantiene contante.

6.3.

Evaluaci´

on del plan de trabajo

En general se cumpli´o a cabalidad con el cronograma planteado. En la poca duraci´on del proyecto se logr´o la manufactura de los tres prototipos. Aunque el tiempo dedicado para las pruebas finales fue bastante amplio es necesario incluir por lo menos el doble de tiempo para que tanto los resultados de calibraci´on como las pruebas de funcionamiento sean confiables.

7. Mercado

1

Un contenedor para el transporte de ´organos esta definido por el INVIMA como dispositivo m´edico tipo 2A [2]. En el sistema de salud colombiano actual, el gasto en que se incurre al adquirir el dispositivo es responsabilidad de la instituci´on m´edica, por lo cual dichas instituciones constituyen la totalidad de los consumidores objetivo. La segmentaci´on del mercado se basa en la ubicaci´on de los posibles consumidores. Al ser los compradores los hospitales, se enfoca la atenci´on en dichas instituciones, para despu´es hacer una restricci´on a aquellos que realizan trasplantes, los cuales son 26 en Colombia. Posteriormente se dividen estas instituciones en grupos seg´un su ubicaci´on geogr´afica. Las regionales en orden de prioridad ser´an Antioquia, Bogot´a, Valle, Santander Huila y Atl´antico. La figura en la parte inferior muestra la distribuci´on geogr´afica del n´umero de trasplantes realizados (´organos obtenidos de donantes con muerte encef´alica) en el primer semestre de 2015, en cada regional seg´un el tipo de ´

organo.

Figura 7.1: Distribuci´on geogr´afica de trasplantes. Datos tomados de [2]

Como es posible observar, la regional con m´as trasplantes es Antioquia y el ´organo m´as trasplantado es el ri˜n´on. A pesar de lo anterior, para el primer semestre de 2015 hab´ıa 2266 personas en lista de espera para trasplantes de las cuales el 93 % esperaba un trasplante de ri˜n´on [2]. Este n´umero presenta un aumento del 23 % con respecto al mismo periodo del 2014, evidenciando as´ı un incremento en la necesidad de trasplantes en el pa´ıs. No s´olo eso, sino que 38 personas fallecieron en el primer semestre del 2015 en espera de un trasplante, de las cuales casi la mitad muri´o en espera de un ri˜n´on.

1_{Secci´on compartida con el documentoContenedor para transporte seguro de ´organoselaborado por Emilio Botero}

Arcila, Juan Sebasti´an Diaz Boada, Ram´on Daniel Emiliani Mejia y Alejandro Posada Sabogal

CAP´ITULO 7. MERCADO 25

Figura 7.2: Distribuci´on geogr´afica de instituciones. Datos tomados de [2]

Por otro lado, la figura 7.2 similar a la anterior, muestra la distribuci´on geogr´afica de instituciones que realizan trasplantes.

En esta figura se evidencia la concentraci´on de instituciones por regional y su volumen de trasplantes realizados. Es as´ı como la regional de Bogot´a tiene 13 instituciones que realizan trasplantes mientras que la regional de Antioquia cuenta con 5 y la del Valle con 3. A pesar de esto, la IPS Fundaci´on del Valle del Lili es la que m´as trasplantes realiz´o en el primer semestre del 2015, como se observa en la tabla 7.1.

Cuadro 7.1: N´umero de trasplantes y neveras por instituci´on. Datos tomados de [2]

Instituci´on # de trasplantes realizados # de neveras

Fundaci´on Valle del Lili 86 8

Centros Especializados San Vicente Fundaci´on 63 8

Hospital Pablo Tob´on Uribe 56 7

Fundaci´on Cardioinfantil 49 6

IPS UDEA 46 6

Mederi H.U.M 44 7

Cl´ınica DIME 39 5

Fundaci´on Santa F´e de Bogot´a 32 7

Fundaci´on Cardiovascular de Colombia 31 5

Cl´ınica Universitaria de Colombia 22 5

Cl´ınica Shaio 17 5

Centro M´edico Imbanaco 17 5

Hospital San Ignacio 17 6

FOSCAL 17 5

Fundaci´on Cardiovascular Santa Mar´ıa 12 6

Cl´ınica la Asunci´on 12 5

Cl´ınica de Marly 9 5

La tercera columna de la tabla 7.1 muestra un estimado del n´umero de neveras utilizado por instituci´on seg´un el n´umero de trasplantes realizados en el primer semestre de 2015. Para otras se da el n´umero real seg´un se pudo averiguar mediante entrevistas.

8. Discusi´

on

El trabajo realizado consisti´o en a partir de una observaci´on en el entorno m´edico identificar un pro-blema. A partir del dise˜no de un equipo m´edico se deb´ıa dar soluci´on a esto. Posterior al proceso de identificaci´on de la necesidad y planteamiento de las posibles soluciones se procede a realizar un dise˜no. Esta primera idea se evaluar´ıa mediante un proceso iterativo de modelaci´on mediante herra-mientas computacionales, prototipado y evaluaci´on utilizando diversas pruebas t´ecnicas. Aunque en varias ´areas de proyecto no se tenia experiencia previa se lograron solucionar problemas tales como la implementaci´on de un control PID y el dise˜no de los componentes mec´anicos. La soluci´on a estos problemas se dio mediante investigaci´on extensiva.

Es importante notar que los resultados finales del prototipo se acercan bastante a lo que debe ser un producto cuyo destino sea ser comercializado. El control de temperatura fue correcto, con un error me-nor al 5 % del rango donde se trabaja y un overshoot meme-nor al 1 %. Otro aspecto importante a resaltar es la diferencia de temperatura que se logra entre los sensores cuando se a˜nade el ´organo al contenedor. Esto indica que ambos est´an funcionando de forma correcta. En cuanto al aislamiento del sistema hay que considerar utilizar un mejor material ya que el incremento de temperatura que se da por unidad de tiempo desconectado es alta. Podr´ıa considerarse no cambiar el aislante sino incluir un sistema de bater´ıa en el momento que este desconectado pero esto influenciar´ıa de forma considerable el peso final del dispositivo. Otro aspecto a resaltar es que la humedad detectada en el sistema (aunque varia y es un indicador de condensaci´on) no tiene mayores aportes al panorama interno del contenedor. En este caso por el material aislante y su ancho nunca se va a tener condensaci´on considerable dentro del dispositivo. Siguiendo con el hilo de la parte t´ecnica las ´ultimas mejoras que se podr´ıan implementar ser´ıa una reducci´on en las dimensiones finales. Aunque se utilizaron las dimensiones de la caja mas peque˜na que utilizan para trasplantes en este caso la altura puede ser menor.

Los objetivos del proyecto fueron cambiando ya que al ser orientado para un usuario se fueron enfocando los avances t´ecnicos acorde a las necesidades que ellos presentaron. En este caso para la FSFB y los dem´as hospitales de Colombia la preocupaci´on principal durante todo el rescate del ´organo es la temperatura adecuada del mismo. Esto se vio reflejado en el dispositivo en los tres diferentes prototipos dise˜nados y el moderno sistema de refrigeraci´on. Los objetivos se cumplieron en su totalidad y el avance fue tal que se dio lugar a m´ultiples sesiones con el comit´e de trasplantes de la FSFB. La meta principal era exponerles un dispositivo funcional y estos estuvieron satisfechos con el resultado final.

9. Conclusiones y trabajos futuros

9.1.

Conclusiones

La plataforma tecnol´ogica para el control de temperatura y posici´on de un ´organo durante su traslado present´o excelentes resultados. Un control acertado de la temperatura y un registro de la posici´on hacen que el proyecto cumpliera con los objetivos esperados. Adem´as hay que resaltar que el proyecto no se limit´o a una parte t´ecnica pero se amplio y mediante el trabajo externo con un grupo del de-partamento de ingenier´ıa biom´edica se pudo analizar la viabilidad de crear una empresa a partir de este producto. Estas plataformas son novedosas en latino am´erica y por ende los resultados obtenidos incitan a continuar investigando en los mejores m´etodos para preservar tejidos.

La implementaci´on de este dispositivo podr´ıa extender la vida ´util de un ´organo hasta en un 20 %. Esto implica no ´unicamente un beneficio econ´omico para los hospitales y las entidades promotoras de salud sino una mejor calidad de vida postrasplante para los pacientes. La producci´on en masa de este producto tendr´ıa un costo relativamente bajo ya que los riesgos durante el prototipado fueron mitigados y el desarrollo t´ecnico esta cercano a ser suficiente para salir a competir al mercado.

9.2.

Trabajo futuro

Como trabajo a futuro se deber´ıan tratar los siguientes aspectos:

1. Sistema de perfusi´on: para que se pueda recoger los desechos producidos por la c´elulas y volver a nutrirlas extendiendo la duraci´on de conservaci´on de los ´organos.

2. Sistema de comunicaci´on: implementar el sistema de comunicaci´on para el dispositivo de tal manera que los datos adquiridos se suban autom´aticamente a una plataforma y est´en a disposici´on de las partes interesadas.

3. Alimentaci´on externa o mejora de aislante: ya que se quiere reducir al m´aximo el hecho de que la temperatura del ´organo se eleve se puede mejorar el sistema actual de aislamiento o implementar bater´ıas que sean capaces de suplir los sistemas de refrigeraci´on.

4. Material y dise˜no: para el siguiente prototipo es deseable utilizar acero inoxidable y mejorar el dise˜no. Implementando estos cambios el dispositivo podr´ıa reducir su tama˜no, durar m´as y ser m´as liviano.

5. Control adaptativo: cada uno de los tejidos presentes en el cuerpo humano tiene una tasa diferente a la cual cambia su temperatura. Esto tiene implicaciones en el control de temperatura. Para mitigar esto se podr´ıa implementar un control dependiente del tipo del tejido y del peso del mismo, de esta forma la temperatura a la cual este siendo controlado ser´a mas confiable.

6. Calibraci´on: debido a que no hay contacto directo con el ´organo es deseable hacer la mayor cantidad de pruebas para que el sensor de temperatura del ´organo este dando la medida correcta.

10. Anexos

Figura 10.1: Plan de trabajo

CAP´ITULO 10. ANEXOS 29

Figura 10.2: Base segundo prototipo

CAP´ITULO 10. ANEXOS 30

Figura 10.4: Base tercer prototipo

CAP´ITULO 10. ANEXOS 31

Figura 10.6: Segunda toma de datos

CAP´ITULO 10. ANEXOS 32

Figura 10.8: Segunda toma de datos

Bibliograf´ıa

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proyecto-de-ley-de-donacion-de-organos-pasa-sancion-presidencial-224213.

[2] I. N. de Salud. Informe 1er semestre, red de donacion y trasplantes. En Linea. http://www.ins.gov.co.

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[5] S. V. Fundacion. 40 anos del primer trasplante de organo en

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[7] R. E. Heraldo.co. Todo lo que debe saber sobre la donacion de or-ganos en colombia., Octubre 2015. http://www.elheraldo.co/salud/

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[9] I. Organ Transport Systems. http://www.organtransportsystems.com/index.php.

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[11] O. R. Systems. http://www.organ-recovery.com/.

[12] N. Tovar, K. Cardoso. Entrevista sobre la infraestructura en el proceso de donacion de organos en la fundacion santa fe de bogota, Mayo 2016.

[13] TransMedics. http://www.transmedics.com/wt/page/index.

[14] C. N. R. D. y Trasplantes. Informe ejecutivo red de donacion y trasplantes colombia, Noviembre 2015.

A. Resumen Ejecutivo

Plataforma tecnol´

ogica para el control de temperatura y

posici´

on de un ´

organo durante su traslado

Estudiante: Ram´on Daniel Emiliani Mejia

Asesor: Fredy Enrique Segura Quijano PhD

Objetivos del proyecto de grado

Dise˜nar y realizar la manufactura de un prototipo funcional que pueda ser sometido al comit´e de donaci´on de ´organos de la Fundaci´on Santa Fe de Bogot´a. El dispositivo final debe ser capaz de regular la temperatura de tal forma que se mantenga en el rango ideal para las condiciones de isquemia fr´ıa de un ´organo de tal forma que se mejore el proceso actual de rescate.

Descripci´

on de los Objetivos Generales y Espec´ıficos

Objetivo general

Dise˜nar e implementar una sistema que permita el control de temperatura de almacenamiento del ´

organo y su ubicaci´on proveyendo los recursos software suficientes para hacer el seguimiento a las mismas.

Objetivos espec´ıficos

1. Dise˜no de un circuito que permita sensar temperatura y ubicaci´on de los contenedores en los cuales se transportan ´organos entre hospitales.

2. Elaborar un contenedor que permita la correcta conservaci´on del ´organo y pueda ser reutilizado para diversos transportes.

3. Implementaci´on software de un programa que permita la presentaci´on de la temperatura del ´

organo durante su traslado.

4. Realizar pruebas al sistema con tejidos musculares de animales de tal manera que se pueda verificar el funcionamiento de la soluci´on tecnol´ogica.

5. Realizar un estudio sobre el posible mercado del producto e identificar el proceso al que debe ser sometido para recibir la aprobaci´on del ente regulador de salud local.

Desarrollo, proceso, recursos, decisiones

Para desarrollar el dispositivo se pens´o en un sistema de refrigeraci´on termoel´ectrica apoyado por di-versos sensores y cuyo sistema de procesamiento central fuera una Raspberry Pi. El siguiente diagrama ejemplifica la parte electr´onica del dispositivo construido.

AP ´ENDICE A. RESUMEN EJECUTIVO 35

Figura A.1: Dise˜no por bloques

Para lograr el dispositivo final se realiz´o un proceso iterativo donde se construy´o un primer dispositivo para evaluar la viabilidad de construir el sistema de refrigeraci´on ac´a en Colombia, un segundo prototipo para evaluar el sistema de aislamiento y el dispositivo final. Posteriormente se realiz´o la caracterizaci´on de los sensores de humedad, temperatura ambiente y temperatura del ´organo. Despu´es de eso con las curvas caracter´ısticas obtenidas se realizo una calibraci´on por software. Al tener el dispositivo funcional y calibrado se realiz´o una prueba utilizando un coraz´on de ternera y asemejando el rescate de un ´organo. La siguiente gu´ıa muestra como se realiz´o la prueba final.

AP ´ENDICE A. RESUMEN EJECUTIVO 36

Resultados: Caracterizaci´

on de los resultados, grado de

cumpli-miento con respecto a objetivos, autodiagn´

ostico.

Los resultados relevantes donde se ve el funcionamiento del dispositivo se muestran en la gr´afica a continuaci´on.

(a) Temperatura conjunta etapa 2 (b) Temperatura conjunta etapa 3

Figura A.3: Resultados relevantes de temperatura

Figura A.4: Recorrido etapa 2

Las primeras gr´aficas muestran como el control se puede realizar tanto con la temperatura de ambiente como con la temperatura del ´organo. Ademas de esto es importante identificar que los sensores est´an siendo funcionales ya que los incrementos al a˜nadir el ´organo no son iguales para ambos. La tercera figura que tenemos es el sistema de posicionamiento indicando que se puede registrar la ubicaci´on de la nevera durante el recorrido.

Los objetivos del proyecto se cumplieron y las expectativas sobre el dispositivo final fueron superadas. Ademas de que las pruebas indican un correcto funcionamiento del contenedor las exposiciones al comit´e de trasplantes de la FSFB han tenido buenos resultados. Se considera que el sistema dise˜nado puede estar considerablemente cerca con unas modificaciones a entrar en el mercado.