Diseño y construcción de un sistema móvil mecatrónico para telemedicina

UNIVERSIDAD UTE

FACULTAD DE CIENCIAS DE LA INGENIERÍA E

INDUSTRIAS

CARRERA DE INGENIERÍA MECATRÓNICA

DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE UN SISTEMA MÓVIL

MECATRÓNICO PARA TELEMEDICINA

TRABAJO PREVIO A LA OBTENCIÓN DEL TÍTULO DE INGENIERO EN MECATRÓNICA.

DARWIN HUMBERTO ENRÍQUEZ YÁNEZ

DIRECTOR: ING. GONZALO GUERRÓN

© Universidad UTE 2018.

FORMULARIO DE REGISTRO BIBLIOGRÁFICO

PROYECTO DE TITULACIÓN

DATOS DE LA OBRA

TITULO: Diseño y Construcción de un sistema móvil de Telemedicina

AUTOR O AUTORES: ENRÍQUEZ YÁNEZ DARWIN HUMBERTO

FECHA DE ENTREGA DEL PROYECTO DE TITULACIÓN:

Octubre/2018

DIRECTOR DEL PROYECTO DE TITULACIÓN:

Ing. Gonzalo Guerrón

PROGRAMA PREGRADO POSGRADO

TITULO POR EL QUE OPTA: Ingeniería en Mecatrónica

RESUMEN: Mínimo 250 palabras El presente trabajo de titulación tuvo como finalidad el desarrollo de un robot móvil mecatrónico para telemedicina. El equipo permite la adquisición y visualización en tiempo real de signos vitales como: frecuencia cardiaca y respiratoria, pulso, auscultación cardiaca, nivel de glucosa entre otros. El dispositivo además de realizar la lectura de señales biomédicas también almacena y envía los datos para un posterior análisis del paciente. La lectura de las señales médicas se realiza mediante una tarjeta de adquisición de datos (DAQ), circuito electrónico fundamental en el desarrollo de este proyecto, debido a sus características que están orientadas a propósitos médicos. Los datos son procesados a través de un software que

DATOS DE CONTACTO CÉDULA DE IDENTIDAD: 1714501705

APELLIDO Y NOMBRES: ENRÍQUEZ YÁNEZ DARWIN HUMBERTO

DIRECCIÓN: QUITO – GUAMANI - SAN FERNANDO EMAIL: [email protected]

TELÉFONO FIJO: 052-764-558

TELÉFONO MOVIL: 0992749511

realiza; el monitoreo de las constantes vitales en tiempo real, expone el nivel de las señales vitales de forma detallada y genera alarmas respecto a las constantes vitales promedio. El dispositivo a través del uso de software externo (TeamViewer) facilita la visualización remota del software que presenta las señales adquiridas para brindar servicios médicos a distancia: teleasistencia, telecuidados, telediagnosticos, telemedicina. También cuenta con un sistema de movilidad remoto controlado a través de una aplicación de smartphone o software del equipo (ordenador), lo que permite transportar los sensores, brindando comodidad al médico al momento de realizar visitas virtuales al paciente. Este equipo fue desarrollado como base para posteriores avances tecnológicos en la Telemedicina como: la inclusión de reconocimiento facial, seguimiento al paciente, SLAM (localización y modelado simultaneo) para una navegación autónoma del dispositivo, generar un historial clínico inteligente u otras aplicaciones.

PALABRAS CLAVES: Telemedicina, Señales Biomédicas, Atención Remota, Tele-diagnostico, Tele-consulta.

virtual visits to the patient.This device was developed as a basis for further technological advances in telemedicine such as: the inclusion of recognition and patient follow-up, SLAM (location and simultaneous mode), gen

KEYWORDS Telemedicine, Biomedical Signals, Remote Attention, Tele-diagnosis, Teleconsultation.

Se autoriza la publicación de este Proyecto de Titulación en el Repositorio Digital de la Institución.

:__________________________________________

DECLARACIÓN Y AUTORIZACIÓN

Yo, ENRÍQUEZ YÁNEZ DARWIN HUMBERTO, C.I: 1714501705 autor del trabajo de titulación: DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE UN SISTEMA MECATRONICO MÓVIL DE TELEMEDICINA, previo a la obtención del título de Ingeniería en Mecatrónica en la Universidad UTE.

1. Declaro tener pleno conocimiento de la obligación que tienen las Instituciones de Educación Superior, de conformidad con el Artículo 144 de la ley Orgánica de Educación Superior, de entregar a la SENESCYT en formato digital la copia del referido trabajo de graduación para que sea integrado al Sistema Nacional de información de la Educación Superior del Ecuador para su difusión pública respetando los derechos de autor.

2. Autorizo a la BIBLIOTECA de la Universidad UTE a tener una copia del referido trabajo de graduación con el propósito de generar un Repositorio que democratice la información, respetando las políticas de propiedad intelectual vigentes.

Quito, 26 de Octubre del 2018

f:__________________________________________ ENRÍQUEZ YÁNEZ DARWIN HUMBERTO

CERTIFICACIÓN

Certifico que el presente trabajo que lleva por título “DISEÑO Y CONSTRUCCION DE UN SISTEMA MÓVIL MECATRÓNICO PARA TELMEDICINA”, que, para aspirar al título de Ingeniero en Mecatrónica fue desarrollado por Darwin Humberto Enríquez Yánez, bajo mi dirección y supervisión, en la Facultad de Ciencias de la Ingeniería e Industrias; y cumple con las condiciones requeridas por el reglamento de Trabajos de Titulación artículos 19, 27 y 28.

_________________________________

Gonzalo Guerrón

DIRECTOR DEL TRABAJO

DECLARACIÓN

Yo ENRÍQUEZ YÁNEZ DARWIN HUMBERTO, declaro que el trabajo aquí descrito es de mi autoría; que no ha sido previamente presentado para ningún grado o calificación profesional; y, que he consultado las referencias bibliográficas que se incluyen en este documento.

La Universidad UTE puede hacer uso de los derechos correspondientes a este trabajo, según lo establecido por la Ley de Propiedad Intelectual, por su Reglamento y por la normativa institucional vigente.

_________________________________________

DEDICATORIA

AGRADECIMIENTO

Agradezco a Dios quien me brinda sabiduría para el arduo camino de la vida, a mis padres por la confianza y paciencia depositada en mí, a mis abuelos y mis familiares por su apoyo incondicional.

A mis maestros Ing. Gonzalo Guerrón e Ing. Marcelo Moya por la paciencia, apoyo, confianza y sabiduría de gran voluntad a través del desarrollo del trabajo de titulación, agradeciendo también la confianza colocada en mi para el desarrollo de este proyecto.

i

INDICE DE CONTENIDOS

PÁGINA

RESUMEN ... 1

ABSTRACT ... 2

1. INTRODUCCIÓN ... 3

2. METODOLOGÍA ... 20

2.1 REQUERIMIENTOS ... 13

2.1.1 CARACTERÍSTICAS. ... 14

2.2 DISEÑO CONCEPTO DEL SISTEMA ... 15

2.3 DISEÑO ESPECIFICO ... 16

2.3.1 DISEÑO MECANICO ... 16

2.3.2 DIMENSIONAMIENTO PARA MOTORES DEL PROTOTIPO ... 16

2.3.3 DISEÑO DE LA ESTRUCTURA PARA SOPORTE DEL PROTOTIPO ... 18

2.3.4 DISEÑO DE LA CARCASA DEL PROTOTIPO ... 20

2.3.5 DISEÑO ELECTRÓNICO ... 21

2.3.6 DISEÑO DE SOFTWARE ... 25

2.3.7 INTERFACES DEL SOFTWARE ... 27

2.3.8 RADIOCONTROL DEL ROBOT ... 32

2.3.9 APLICACIÓN ANDROID CONTROL DE MOVILIDAD DE DISPOSITIVO ... 33

2.4 INTEGRACIÓN DEL SISTEMA ... 34

3. RESULTADOS Y DISCUSIÓN ... 53

3.1 PRUEBAS DE FUNCIONAMIENTO ... 36

3.1.1 TEST 1: VELOCIDAD DE RESPUESTA TERMOMETRO.. 36

3.1.2 TEST 2: PRUEBA DE FUNCIONAMIENTO CONTINUO. .. 36

3.1.3 VALIDACIÓN DEL EQUIPO ... 37

3.1.4 ANALISIS DE ERRORES ... 38

4. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES ... 57

CONCLUSIONES ... 40

RECOMENDACIONES ... 41

BIBLIOGRAFÍA ... 42

ii

INDICE DE FIGURAS

PÁGINA

Figura 1. Estructura de la Norma ISO 2500 ... 6

Figura 2. RP-VITA. ... 6

Figura 3. Vigilias MITEE. (Vigilias-Telehealth, 2016) ... 7

Figura 4. Avizia CA750. (Avizia, 2016) ... 8

Figura 5. Dr. Angélica Florén recibiendo el kit MySignals. ... 10

Figura 6. TeamViewer en la Telemedicina. ... 10

Figura 7. Diagrama de Flujo del Triaje de Manchester. ... 11

Figura 8. Metodología de modelo en V. ... 13

Figura 9. Modelo concepto del prototipo móvil para Telemedicina. ... 15

Figura 10. Diagrama conceptual del Prototipo de Telemedicina. ... 16

Figura 11. Cargas presentes en el desplazamiento del prototipo. ... 17

Figura 12. Tabla de coeficientes de rodadura. ... 17

Figura 13. Elementos estructurales sometidos a mayor esfuerzo ... 18

Figura 14. Cargas y reacciones en la barra a estudiar. ... 19

Figura 15. Diagrama de Momento Flector ... 19

Figura 16. Estructura base del prototipo móvil de Telemedicina. ... 20

Figura 17. Carca del equipo de telemedicina. ... 20

Figura 18. Tarjeta de adquisición de datos Mysignals ... 21

Figura 19. Diagrama de conexiones del Hardware a los sensores ... 24

Figura 20. Diagrama de conexiones del Hardware a los motores. ... 25

Figura 21. Diagrama de Flujo de software del prototipo de Telemedicina. .. 26

Figura 22. Interfaz de Inicio de sesión del Software. ... 27

Figura 23. Interfaz del Menú de Inicio del Software. ... 27

Figura 24. Interfaz de Datos personales del paciente del Software. ... 28

Figura 25. Interfaz de Triaje de Manchester del Software. ... 28

Figura 26. Interfaz Menú Estetoscopio. ... 29

Figura 27. Interfaz del software de Auscultación Cardiaca. ... 29

Figura 28. Interfaz del software de Auscultación Pulmonar. ... 30

Figura 29. Interfaz de Reproductor de Sonidos de Auscultación. ... 30

Figura 30. Interfaz de Signos Vitales. ... 31

Figura 31. Interfaz del Software de Análisis de Datos. ... 31

Figura 32. Interfaz de software de Envió de datos. ... 32

Figura 33. Interfaz de software de Radiocontrol del Robot. ... 32

Figura 34. Sistema de Control retroalimentado del Sistema ... 33

Figura 35. Direcciones de control del prototipo. ... 33

Figura 36. Activity de inicio de Sesión en la aplicación Android. ... 34

Figura 37. Activación del servicio Bluetooth. ... 34

Figura 38. Activity de control de movilidad del dispositivo. ... 34

Figura 39. Ensamblaje del Prototipo. ... 35

Figura 40. Curva temperatura vs tiempo. ... 36

iii

INDICE DE TABLAS

PÁGINA

Tabla 1. Características del RP VITA. ... 7

Tabla 2. Características principales del Vigilias MITEE. ... 8

Tabla 3. Características principales del AVIZIA CA750. ... 9

Tabla 4. Requerimientos. ... 14

Tabla 5. Datos del Motor seleccionado ... 18

Tabla 6. Características Tarjeta Mysignals (DAQ) ... 22

Tabla 7. Características de alimentación tarjeta Mysignals ... 22

Tabla 8. Características de la Tarjeta de Desarrollo ... 23

Tabla 9. Características modulo Bluetooth ... 23

Tabla 10. Características técnicas de la Batería ... 23

Tabla 11. Características técnicas del controlador de motores ... 24

Tabla 12. Características Termómetro Digital. ... 36

Tabla 13. Prueba de funcionamiento continuo. ... 37

Tabla 14. Tabla de errores de dispersión de los datos. ... 38

iv

INDICE DE ECUACIONES

PÁGINA

ECUACIÓN 1. ... 16

ECUACIÓN 2. ... 17

ECUACIÓN 3. ... 17

ECUACION 4. ... 19

ECUACIÓN 5. ... 37

v

INDICE DE ANEXOS

PÁGINA ANEXO1. ... 46

1

RESUMEN

El presente trabajo de titulación tuvo como finalidad el desarrollo de un robot móvil mecatrónico para telemedicina. El equipo permite la adquisición y visualización en tiempo real de signos vitales como: frecuencia cardiaca y respiratoria, pulso, auscultación cardiaca, nivel de glucosa entre otros. El dispositivo además de realizar la lectura de señales biomédicas también almacena y envía los datos para un posterior análisis del paciente. La lectura de las señales médicas se realiza mediante una tarjeta de adquisición de datos (DAQ), circuito electrónico fundamental en el desarrollo de este proyecto, debido a sus características que están orientadas a propósitos médicos. Los datos son procesados a través de un software que realiza; el monitoreo de las constantes vitales en tiempo real, expone el nivel de las señales vitales de forma detallada y genera alarmas respecto a las constantes vitales promedio. El dispositivo a través del uso de software externo (TeamViewer) facilita la visualización remota del software que presenta las señales adquiridas para brindar servicios médicos a distancia: teleasistencia, telecuidados, telediagnosticos, telemedicina. También cuenta con un sistema de movilidad remoto controlado a través de una aplicación de smartphone o software del equipo (ordenador), lo que permite transportar los sensores, brindando comodidad al médico al momento de realizar visitas virtuales al paciente. Este equipo fue desarrollado como base para posteriores avances tecnológicos en la Telemedicina como: la inclusión de reconocimiento facial, seguimiento al paciente, SLAM (localización y modelado simultaneo) para una navegación autónoma del dispositivo, generar un historial clínico inteligente u otras aplicaciones.

2

ABSTRACT

The aim of this work is developed of a mechatronic mobile robot for telemedicine. The robot allows to read biomedical signals, stores and sends the data for further analysis of the patient this one in addition allow of the heart rate and respiratory, pulse, cardiac auscultation, among others. The reading of the medical signals is done by means of a data acquisition card (DAQ), a fundamental electronic circuit in the development of this project, due to its characteristics oriented to physicians. The data is processed through software that performs; the monitoring of vital signs in real time, provides a detailed analysis and generates alarms regarding the average vital signs. The device using external software facilitates the remote visualization of acquired signals to provide medical services remotely as: telecare, telecare, telediagnosis, telemedicine. It also has a remote mobility system controlled through an application or software of the equipment, which allows transporting the sensors, providing comfort to the doctor when making virtual visits to the patient. This device was developed as a basis for further technological advances in telemedicine such as: the inclusion of recognition and patient follow-up, SLAM (location and simultaneous mode), generating an intelligent

3 Según el concepto de la American Telemedicine Association (ATA) define la Telemedicina como: «El uso de información médica intercambiada de un sitio a otro mediante comunicación electrónica para la salud y educación del paciente, o del proveedor de cuidados, con la finalidad de mejorar su cuidado.» (Fernández, 2015).

Para conocer el estado actual de telemedicina alrededor del mundo se menciona a continuación los avances desarrollados en diferentes países:  Estados Unidos: País donde este servicio se encuentra ampliamente

desarrollado. Tiene una gama de aplicaciones en todo el país, a nivel de hospitales y facultades de medicina. Emplean sistemas satelitales de fibra óptica entre los diferentes centros médicos, y tecnología inalámbrica doméstica para la atención domiciliaria (Nader, 2018).

 Reino Unido: Telefónica ha puesto en servicio Help at Hand (ayuda a mano), el primer servicio de teleasistencia del Reino Unido es un novedoso servicio de telemedicina soportado en su totalidad en tecnología móvil (smartphones). Este sistema monitorea la actividad del paciente mediante el uso de pulseras conectadas a sus dispositivos móviles, para responder a posibles emergencias (Telefónia, 2014).

 Nicaragua: Gracias a Marcos Lacayo, emprendedor estadounidense que busca incursionar en el campo de la telemedicina en Latinoamérica, se ha desarrollado un proyecto que a través de (Kioscos) brindan servicios de salud mediante el uso de telemedicina (El-Nuevo-Diario, 2017).

 El Ecuador con su reforma de del Plan Nacional del Buen Vivir adoptó un programa nacional de Telemedicina/Telesalud a través del cual el país busca mejorar el modelo de atención primaria. El Programa Nacional de Tele-salud tiene como meta fundamental, fortalecer el modelo de atención de salud, a través de herramientas telemáticas. En la búsqueda para llegar de manera virtual y sin costo a toda la población ecuatoriana, mediante consultas clínicas y de especialidad a distancia (López, 2014).

La Telemedicina ayuda a contrarrestar la falta actual de médicos especialistas debido a varios factores como: mala distribución médica; escasa ofertas académicas, fuga de talentos, entre otros. Como prueba de esto se cita al Dr. Orly Oyague que explica la situación actual del país en cuanto a médicos especialistas:

4 “En el país hay 44.000 médicos de los cuales 10.000 están fuera, porque no hay plazas de trabajo y el sueldo es bajo.” (La-HORA, 2016).

Especialistas del tema afirman que los trámites para abrir posgrados son demasiado difíciles lo que limita las ofertas académicas. Debido a esta carencia de médicos especialistas en las áreas rurales se ha visto que: Existen muchos centros de salud que no cuentan con médicos especialistas, donde es difícil acceder a servicios médicos especializados (Cardier & Manrique, 2016).

Hay ocasiones que en estos centros de salud no cuentan con enfermeras capacitadas. Por ello se dificulta el tratamiento de pacientes en estado crónico o pacientes en cuidados paliativos (Litewka, 2013).

La tecnología está implicada en el campo de la medicina, desde la invención del teléfono con la facilidad que brindaba para realizar consultas médicas sencillas, hasta operaciones remotas que se realizan en la actualidad. Esto ha facilitado de gran manera un diagnóstico más preciso a través de plataformas como Skype.

La telemedicina es considerada desde hace algún tiempo como una opción para; los ancianos con problemas de movilidad o pacientes con enfermedades, que hacen que ir al consultorio resulte una odisea. Para estas personas las consultas virtuales podrían ser algo más que una conveniencia (Diario-de-San-Luis, 2018).

Estos equipos ayudan a realizar consultas básicas que, con la continua evolución tecnológica, lo que se busca es crear instrumental médico que permita la conexión directa a través de plataformas IOT (internet of things), obteniendo como resultado un diagnóstico oportuno a tiempo real.

Gracias al continuo apoyo del gobierno de Ecuador en telemedicina, el gobierno realizo una inversión para el desarrollado de la atención primaria. Ahora existe un gran proyecto de telemedicina en Pastaza, debido a la carencia de médicos especialistas, sobre todo en cardiología y otorrinolaringología. Este proyecto se basa en el robot Da Vinci que puede operar en tiempo real y es el primer equipo tele-médico en el país (El-Telegrafo, Noticias Iess Su Propio Robot TeleSalud, 2014).

5 Las investigaciones actuales para el desarrollo de Telemedicina en el país principalmente son desarrolladas por las universidades, las cuales buscan ser pioneras en la creación de nuevos proyectos.

Tres universidades de España, Ecuador y Bolivia promueven la telemedicina en países andinos con el objetivo de mejorar la atención a pacientes y reducir costos en salud. Esta práctica ofrece una solución a la falta de personal médico especializado en zonas rurales, que puede dirigir tratamientos específicos, desde hospitales integrales a lugares remotos. El paciente se ahorra el traslado al hospital, tratando su malestar en una clínica local. Reduciendo así la congestión en los centros de salud urbanos (El-Telegrafo, Universidades promueven telemedicina en Ecuador y Bolivia para mejorar salud, 2013).

En la Universidad Tecnológica Equinoccial, profesionales médicos usan la tecnología para enseñar y tratar a pacientes en lugares de difícil acceso: “En estas tele-consultas, el médico de atención primaria va a tener la asesoría de un especialista para tratar al paciente”, explica Manuel Baldeón, director del Centro de Investigación Biomédica (Cenbio) (Universidad-UTE, 2017).

Para el desarrollo de un proyecto de Telemedicina con mayor alcance tecnológico, se debe tomar en cuenta las principales normas a las cuales el proyecto estará referenciado.

Al implementar una HMI (interfaz Hombre-Maquina) en el proyecto, debe incorporarse una norma que permita su estandarización. Además, el dispositivo debe cumplir estándares de fabricación para el uso en ambientes médicos, con el cumplimiento de las siguientes normas:

 ISO 13485 Sistemas de Gestión de la Calidad de Equipos Médicos (ISO-13485, 2016).

El principal objetivo de la norma es; establecer la regulación de los sistemas de gestión de calidad dentro del sector de productos sanitarios. Canon basado en la norma ISO 9001, orientada a la satisfacción del cliente y mejora continua (ISO-13485, 2016).

 ISO 25000 norma que establece las características internas, externas y de uso y desarrollo de Software.

La Figura 1 representa la estructura de la norma, dividida en calidad: interna, externa y de uso.

6 ambiente operacional para los usuarios en las tareas específicas que realizan (ISO, 2016).

Figura 1. Estructura de la Norma ISO 2500

(ISO, 2016)

En el campo de la telemedicina se encuentran varios equipos orientados a: diagnóstico, monitoreo, cuidado intensivo, educación y consulta, entre los cuales se encuentran:

 RP VITA Robot con navegación autónoma desarrollado para cuidado y monitoreo de pacientes. Figura 2 (InTouchTechnologies, 2018).

RP-VITA cuenta con capacidad de navegación autónoma, centrada en las tareas de atención al paciente a través del uso SLAM, con acceso en tiempo real a datos clínicos y capacidad de conectarse con dispositivos de diagnóstico como: otoscopios, ultrasonido y estetoscopio (InTouchTechnologies, 2018).

Figura 2. RP-VITA.

7 En la Tabla 1 se presentan las características técnicas con las que cuenta el equipo.

Tabla 1. Características del RP VITA.

RP VITA Características

Video 480

Detección Facial No

Conectividad 120 X (Wi-Fi) 802.11 a/b/g/n

Bluetooth No

Duración de la Batería 4 Horas

Estetoscopio digital Si

Examinador visual No

Navegación Autónoma Si

Portátil No

Peso 176 lbs

Parlantes Superiores de los 80 dB

Pantalla de Visualización 15 inch LCD Resolucion 1024 x 768

(InTouchTechnologies, 2018)

 Vigilias MITEE Sistema de telemedicina basado en teléfonos inteligentes, con alcance de examen digital incorporado. Figura 3 (Vigilias-Telehealth, 2016).

Con 70 libras de peso el dispositivo de telemedicina facilita el monitoreo al paciente desde cualquier lugar. Vigilias MITEE está equipado con una cámara de enfoque automático y continuo para la interrelación médico-paciente. Este equipo es capaz de ejecutar gran variedad de programas, además cuenta con la capacidad de realizar un examen completo a través los sensores incorporados.

Figura 3.Vigilias MITEE.

8 Los principales sensores para generar el diagnóstico médico son:

 Pulsioxímetro

 Termómetro

 Glucómetro

 Espirómetro

 Lector PT/INR

En la Tabla 2 se presentan las características técnicas principales del equipo:

Tabla 2. Características principales del Vigilias MITEE.

Vigilias MITEE Características

Video 720HD*

Detección Facial Si

Conectividad Wi-Fi+Celular+Bluetooth 802.11 a/b/g/n ac

3G, 4G, LTE

Bluetooth 4.0 technology

Satelital Available

Duración de la Batería Superior a 10 Horas

Estetoscopio digital Si

Examinador visual Si (exam camara)

Navegación Autónoma No

Portátil Si

Peso Superior a 10 lbs

Auto Ajuste de banda para videoconferencia

Si

(Vigilias-Telehealth, 2016)

 Avizia CA750 Las opciones de configuración hacen que este equipo de telemedicina sea ideal para ofrecer una variedad de servicios médicos. Figura 4 (Avizia, 2016).

Figura 4.Avizia CA750.

9 En la Tabla 3 se presenta las características técnicas del equipo.

Tabla 3. Características principales del AVIZIA CA750.

Avizia CA750 Características

Video 720HD

Detección Facial No

Conectividad 3G y Wi-Fi

Bluetooth No

Duración de la Batería 4 Horas o 8 Horas

Estetoscopio digital Si

Examinador visual Si (exam camara)

Navegación Autónoma No

Portátil Si

Peso Superior a 90 lbs

Pantalla de Visualización 24 inch LCD Resolución 1440 x 900

Plataforma de Videoconferencia En todos los Sistemas Operativos

Auto Ajuste de banda para videoconferencia

Si

(Avizia, 2016)

Avicia CA750 está equipada con una plataforma de Tele-salud, aplicación móvil que brinda un acceso conveniente y seguro en cualquier momento y lugar. Además, cuenta con una tableta Telehealth que agiliza la admisión de pacientes, y cuenta a su vez con sensores periféricos de tele-salud:

 Estetoscopio digital

 Estetoscopio Electrónico

 Cámara de Exploración

 Sistema de alcance digital.

 Cardionics E-Scope

Existen múltiples investigaciones orientadas a la telemedicina, que buscan facilitar el acceso a la atención médica. Dentro de estos proyectos existen algunos que resaltan por la utilidad que presentan, tales como:

 My Signals: El proyecto que ayuda a reducir las muertes maternas en República Dominicana

Con el objetivo de monitorear pacientes con riesgo de sufrir hipertensión arterial, fundaciones de este país utilizan MySignals, tarjeta electrónica usada para identificar los síntomas en los pacientes de varios centros sanitarios como: el Hospital Maternidad Los Minas, en Santo Domingo, y el Hospital Dr. Jaime Mota en Barahona (Libelium, 2017).

10

Figura 5. Dr. Angélica Florén recibiendo el kit MySignals.

(Libelium, 2017)

Mysignals utiliza la plataforma de Libelium, que incluye 15 sensores para monitorear hasta 20 parámetros biométricos (Libelium, 2017).

Como resultados de este proyecto se ha reducido de gran manera la muerte de neonatos y madres. Mediante diagnósticos oportunos a bajos costos, permitiendo así llegar a zonas antes no consideradas.

 Modelo probado: Es como se denomina este proyecto, que utiliza TeamViewer para la conexión remota y la transmisión de datos clínicos a través de la red, para el análisis, control y monitoreo del paciente.

Se han implementado múltiples servicios de atención, ayudando a los doctores a compartir experiencias y conocimientos, sin importar la posición geográfica de los médicos.

Los pacientes también requieren de consultas y consejos para solventar problemas con patologías que son fácilmente tratables a la distancia. Como la diabetes, que es monitoreada de forma remota asegurando la consistencia de un servicio presencial (MCPRO, 2013).

En la Figura 6 se presenta una imagen del uso del software. TeamViewer realiza servicios de conexión remota y transmisión datos del software médico, permitiendo así dar servicios de telemedicina.

Figura 6. TeamViewer en la Telemedicina.

11 En la actualidad muchas empresas de teleasistencia han recurrido a los servicios de TeamViewer, que es un modelo de comunicación funcional. Software que asegura la trasmisión de datos, debido al cifrado de intercambio de claves RSA 2048, basada en estándares https/SSL, los cuales cumplen normas actuales de seguridad.

Dentro de la investigación realizada encontramos como tema relevante el uso del Triaje de Manchester.

El Triaje de Manchester es un sistema de clasificación y priorización de pacientes. Está diseñado para solventar problemas de congestión en la atención médica del servicio público.

Mediante este protocolo se realiza una mejor gestión del análisis de prioridad de atención al paciente, asignando una determinada clasificación dependiendo de varios factores que reflejen el estado del paciente.

 Prioridad 1; atención Inmediata (identificados con el color Rojo)

 Prioridad 2; atención Muy Urgente antes de 10 min, (color Naranja)

 Prioridad 3; atención Urgente antes de 60 min (color Amarillo)

 Prioridad 4; atención Menos Urgente antes de 120 min (color Verde)

 Prioridad 5; atención No Urgente antes de 240 min (color Azul) Mostrado en la Figura 7 un diagrama de flujo del funcionamiento del Triaje.

Figura 7. Diagrama de Flujo del Triaje de Manchester.

(GET-Manchester, La escala MTS Manchester Triage System, 2013)

12 Debido a la escasez de médicos especialistas y su creciente demanda, según el artículo “Ecuador, un país sin médicos especialistas”. y Cardier & Manrique con su trabajo de telemedicina en Latinoamérica. Los pacientes se ven obligados a buscar esta clase de atención en hospitales de las principales ciudades. Saturando de esta manera el sistema de salud actual del país. Tomando en cuenta que los pacientes deben realizar viajes para obtener este servicio y debido a que en múltiples circunstancias se requiere: exámenes, chequeos, pruebas para consultas. Los costos en cuanto a salud se ven incrementados drásticamente por rubros de hospedaje, transporte y demás. Para solventar el problema se plantea el desarrollo de un sistema móvil de telemedicina el cual pretende; facilitar el acceso de atención médica especializada.

Para esto en el proyecto se establece el siguiente objetivo general:  Diseñar y construir un sistema mecatrónico móvil para telemedicina. Para el cumplimiento de este objetivo el proyecto se ha dividido en los siguientes objetivos específicos:

 Obtener y analizar datos de constantes vitales (pulso, señales ecg, temperatura, frecuencia respiratoria, saturación de oxígeno, nivel de glucosa, auscultación de ruidos cardiacos y respiratorios) a través del uso de sensores y una tarjeta de adquisición de datos.

 Implementar un software para visualización de los datos clínicos de los pacientes que permita almacenar los datos.

 Desarrollar un sistema de monitoreo remoto que permita al médico usuario aplicar servicios de telepresencia.

 Transmitir datos del paciente a través del uso de software de tele-gestión.  Determinar margen de errores y validar el equipo mediante la comparacion

con sensores existentes en el mercado.

Como justificación del proyecto se busca solventar problemas y necesidades de la actualidad en el campo médico.

Con base en las características de investigaciones anteriores, este proyecto optimiza el uso de recursos usando sistemas integrados de adquisición de datos. Este proyecto se guia en el modelo de equipos ya desarrollados, y en los conocimientos obtenidos a lo largo de la carrera de Ingeniería Mecatrónica, para desarrollar un equipo móvil de Telemedicina.

13 Para el diseño y construcción del sistema mecatrónico móvil de telemedicina, se utilizó el modelo en V. La Figura 8 especifica las etapas y secuencia lógica de los procesos que se debe seguir para la obtención del prototipo.

Figura 8. Metodología de modelo en V.

La metodología pretende que desde el inicio se tengan en cuenta todos los elementos de diseño (diseño concepto, diseño específico y sistema de integración) (VDI, 2014).

Este modelo busca principalmente facilitar la generación del prototipo, mediante estudios sistemáticos y simultáneos, buscando la satisfacción del cliente y la aceptación del producto en el mercado.

Una de las características principales por la cual el modelo en V ayuda a garantizar la satisfacción al cliente, es debido a su retroalimentación que proporciona el modelo (VDI, 2014).

2.1 REQUERIMIENTOS

Para establecer los requerimientos que debe cumplir el dispositivo móvil de telemedicina, se realizó un estudio de las características principales de los equipos anteriormente expuestos.

En la Tabla 4, se enlista los requerimientos y características necesarias del equipo médico, tomando en cuenta los objetivos establecidos a cumplir en este proyecto.

14

Tabla 4. Requerimientos. Requerimientos del Usuario

Número Características

1 Tomar signos vitales

2 Diagnostico visual del paciente 3 Autonomía del dispositivo

4 Movilidad del equipo

5 Visualización de datos

6 Puertos de sensores

7 Radiocontrol del dispositivo

8 Registro de datos

9 Fácil Limpieza

10 Facilidad de Uso

11 Transmisión mediante software externo 12 Facilidad de maquinabilidad

2.1.1 CARACTERÍSTICAS.

 Signos vitales: Se realizará mediciones de las funciones básicas del cuerpo, mediante los sensores de: señales electrocardiograma, pulso, saturación de oxígeno, nivel de glucosa, temperatura corporal, frecuencia respiratoria y cardíaca, auscultación respiratoria y pulmonar.

 Diagnostico visual: Se pretende utilizar la cámara integrada del computador para realizar el diagnostico visual.

 Autonomía del dispositivo: El dispositivo debe contar con una autonomía de 1 hora para la movilidad.

 Movilidad del equipo: Para esto el equipo debe ser capaz de movilizarse en un terreno plano y horizontal. Para la navegación del robot se usará dirección diferencial, por lo cual se precisa el uso de dos motores. eléctricos.

 Visualización de datos: Los datos obtenidos serán reflejados en el monitor del computador mediante la interfaz a diseñarse.

 Puertos de sensores: El equipo debe contar con puertos para cada uno de los sensores, que facilite la manipulación de estos.

 Radiocontrol del dispositivo: Esto permitirá una navegación remota del dispositivo para brindar servicios de telepresencia.

 Registro de datos: Con una capacidad de almacenamiento de 255 Kb de información, guardada de tal forma que sea reproducible en el mismo software.

 Fácil limpieza: Facilidad de limpieza del dispositivo.

15

 Transmisión de datos: A través de un software externo que ofrezca conexión remota con el ordenador.

2.2 DISEÑO CONCEPTO DEL SISTEMA

Como diseño concepto, el dispositivo debe ser capaz de navegar dentro un centro médico u hospital, para brindar servicios de telepresencia. Dando la comodidad al médico de visitar virtualmente al paciente a través del uso de la cámara integrada, incluyendo el uso de sensores biomédicos para conocer el estado actual del paciente por medio de la conexión remota.

En la Figura 9 se muestra un diseño concepto del prototipo a desarrollar. El robot móvil de telemedicina cuenta con diferentes sistemas:

 CPU

 Sistema Movilidad

 Sistema de adquisición de datos  Sistema de visualización de datos.

Figura 9. Modelo concepto del prototipo móvil para Telemedicina.

Sistema de movilidad; comprende las partes que hacen posible el desplazamiento del robot en el centro médico.

Sistema de adquisición de datos; permite recolectar los datos de los sensores de signos vitales.

CPU; analiza los datos para brindar alarmas en caso de que una señal se encuentre fuera de rango.

Sistema de visualización de datos; ayuda a monitorear al paciente a través del HMI reflejada en el monitor.

16

Figura 10. Diagrama conceptual del Prototipo de Telemedicina.

2.3 DISEÑO ESPECIFICO

2.3.1 DISEÑO MECANICO

El sistema mecánico del prototipo es capaz de transportar el equipo de sensores de los signos vitales, el sistema de visualización, y permite al médico usuario recorrer virtualmente el centro de salud.

2.3.2 DIMENSIONAMIENTO

PARA

MOTORES

DEL

PROTOTIPO

Para el dimensionamiento de los motores de la plataforma, se debe establecer las cargas a las cuales está sometido el equipo en estado de reposo, las mismas que afectan el comportamiento del motor. El análisis se realizó considerando que él prototipo debe desplazarse por un plano completamente horizontal.

Para que el prototipo inicie su movimiento sobre el plano, necesita vencer la fuerza de fricción entre el piso y las llantas. Dicha relación se expresa en la ecuación [1]:

f = μ ∙ N [1]

17

Figura 11. Cargas presentes en el desplazamiento del prototipo.

A través de la tabla de la Figura 12 se establecerá el coeficiente de fricción con el cual se trabajará para el desarrollo de los cálculos.

Figura 12. Tabla de coeficientes de rodadura.

(Marquez, 2014)

En base a datos de velocidad tomados del robot ASIMO se determina la aceleración del equipo mediante la ecuación [2] (Honda, 2018).

𝑎 =𝑉𝑓− 𝑉𝑜 𝑡

[2]

a = 0.45 m s⁄ 2

Con la aceleración y el análisis de fuerza de fricción se determina la fuerza que se debe ejercer para el desplazamiento del robot, y con esto se hace el cálculo de torque de los motores. A través de la ecuación [3].

T = F ∙ d [3]

T = (20.19 N) ∙ (10 cm)

T = 201.885 N ∙ cm

d: representa el radio de rueda del dispositivo.

18 Dividiendo para los dos motores encargados del movimiento se tiene un torque de motor (Tm) de:

Tm = T 2⁄

Tm = 10.289 kg ∙ cm

Debido a los futuros proyectos de investigación del robot, en los cuales se pretende implementar nuevos equipos. Se ha multiplicado el torque calculado por un factor de seguridad de 2.5, así se selecciona un motor con características representadas en la Tabla 5:

Tabla 5. Datos del Motor seleccionado

MOTOR SF7152

Par Torsión 27 kg * cm

Corriente 6.86 A

Voltaje 12 V

Velocidad de Operación 132 rpm

(KING-RIGHT, 2016)

Mediante la tabla de Torque vs Amperaje de KING-RIGHT, se representa los diferentes parámetros del motor a usar, como consumo de energía, eficiencia y torque (KING-RIGHT, 2016).

2.3.3 DISEÑO DE LA ESTRUCTURA PARA SOPORTE DEL

PROTOTIPO

Para el bastidor del prototipo se procedió a diseñar una estructura que permita el soporte de los motores, batería y el resto del equipo, para esto se desarrolló una estructura con perfiles cuadrados.

Para determinar sus dimensiones se procedió a verificar el elemento que soporta mayor esfuerzo, mediante simulación en el software ANSYS, como se muestra en la Figura 13.

19 Para el diseño de estos elementos se utilizó la metodología planteada en el libro “Diseño de elementos de máquinas” de Robert L. Mott. En la Figura 14 se representan las reacciones y fuerzas a las cuales estará sometido el elemento de estudio (Mott, 2006).

Figura 14. Cargas y reacciones en la barra a estudiar.

Mediante sumatoria de fuerzas y cálculo de momentos, se determina el momento flector de mayor esfuerzo al cual está sometido el elemento a estudio.

En la Figura 15 se representa el diagrama de momentos flectores de la barra sometida a mayores esfuerzos.

Figura 15. Diagrama de Momento Flector

El acero A36 es un material de fácil maquinabilidad, este será analizado para evaluar si cumple con los requisitos del diseño de la estructura.

Esfuerzo de fluencia: σ = 2530 kg⁄_cm2

Se determinó la sección de la viga a través de la ecuación [4]:

S_x =Mmax σ

[4]

S_x= 864.749 kg ∙ cm 2530 Kg/cm2

20 En base a los cálculos realizados y con relación al catálogo de perfiles cuadrados de IPAC de la tabla (Tubería estructural cuadrada, catálogo de IPAC), se selecciona el perfil de 25 mm de lado con un espesor de 1.4 mm (IPAC, 2014).

Una vez seleccionado el perfil que soporta mayor esfuerzo, el resto de la estructura se construyó bajo este mismo perfil.

La estructura diseñada en SolidWorks con el perfil seleccionado y la distribución de los elementos, tenemos un diseño basado en el siguiente concepto como se muestra en la Figura 16.

Figura 16. Estructura base del prototipo móvil de Telemedicina.

2.3.4 DISEÑO DE LA CARCASA DEL PROTOTIPO

Para el desarrollo de la carcasa se debe tener en cuenta las normas ISO y considerar que se trata de un prototipo. La carcasa se construyó en madera liviana (Laurel) y esta revestida con pintura no toxica de fácil limpieza, lo que asemeja a materiales requeridos el desarrollo real de equipos médicos (ISO-13485, 2016).

El diseño concepto se muestra en la Figura 17.

21 La carcasa tiene compartimentos que facilitan el transporte del equipo de sensores y la base para el soporte del equipo de visualización. Además, el equipo cuenta con una protección para las ruedas, de esta manera se evita posibles accidentes con el cableado de los sensores.

Para ser desarrollado como un producto final la carcasa del equipo deberá ser remplazada con el uso de fibra de vidrio o un metal anti oxidable usado comúnmente en centros médicos (ISO-13485, 2016).

2.3.5 DISEÑO ELECTRÓNICO

Con base en los resultados obtenidos en el proyecto de Mysignals, se optó por la tarjeta electrónica de libelium, como tarjeta de adquisición de datos. Este circuito es la base para el desarrollo del proyecto, debido a las certificaciones (CE, FCC, IC) con las que cuenta (Libelium, 2017).

Mysignals es una tarjeta que cuenta con circuitos de multiplexación, esto permite expandir los puertos de comunicación del microcontrolador, aumentando la capacidad de lectura de datos de varios sensores a la vez (Libelium, 2017).

En la Figura 18 se puede apreciar una imagen de la tarjeta y la conexión de los diferentes sensores con los cuales se puede trabajar.

Figura 18. Tarjeta de adquisición de datos Mysignals

(Libelium, 2017)

22

Tabla 6. Características Tarjeta Mysignals (DAQ) Tarjeta Mysignals

Arquitectura Libelium IOT core

Microprocesador Atmega 328 (Arduino uno)

Memoria RAM 2k

Memoria flash 32 K

Sockets UART 1

KIT Completo Si

SDK Si

Pantalla TFT (gráficos Básicos)

Pantalla Táctil Si

Almacenamiento en la nube Si

Sensores 18

Conectividad Bluetooth, WiFi

(Libelium, 2017)

Las especificaciones técnicas de alimentación de la tarjeta mysignals para su adecuada operación se muestran en la Tabla 7.

Tabla 7. Características de alimentación tarjeta Mysignals Tarjeta Mysignals caracteristicas

Corriente de Operación 1 A

Voltaje de Operación 5 V

Corriente por Pin 20 mA (max)

Voltaje por Pin 5 V

(Libelium, 2017)

Para el uso de esta tarjeta se requiere el uso de un microcontrolador que permita la gestión y transmisión de los datos biomédicos obtenidos.

La compatibilidad de la tarjeta de adquisición de datos Mysignals con Arduino, hace de estas tarjetas de desarrollo idóneas para aplicaciones de investigación.

Estas tarjetas de desarrollo facilitan la comunicación para la lectura y el paso de información, debido a la interfaz de comunicación serial a través del puerto USB incorporado (Arduino, 2018).

Otras de las principales ventajas de estas tarjetas de desarrollo es que son de código abierto y gracias a la amplia comunidad de desarrolladores, el producto es adecuado para trabajos de investigación.

23

Tabla 8. Características de la Tarjeta de Desarrollo Tarjeta de Desarrollo

Modelo Arduino UNO

Microcontrolador ATmega 328p Voltaje de Entrada 7 - 12 V

Pines digitales 14

Entradas/ salidas PWM 6

Memoria Flash 32 k

Velocidad de Reloj 16 MHz Direccionamiento de bits 32

(Arduino, 2018)

Para la conectividad del radio control del sistema de movilidad, se seleccionó como hardware la tarjeta HC-06. Esta, permite la comunicación bluetooth para realizar aplicaciones de radiocontrol. En la Tabla 9 se muestran las características de operación del módulo de conexión.

Tabla 9. Características modulo Bluetooth Modulo Bluetooth

Protocolo de Comunicación Bluetooth V2.0 Voltaje de Alimentación 3.3 VDC – 6VDC

Voltaje de Operación 3.3 VDC Velocidad en Baud 9600, 19200, 38400

Tamaño 4.4 cm x 1.6 cm x 0.7 cm Corriente de Operación Menor 40 mA

Corriente modo sleep Menor 1 mA

(ElectroniLAB, 2018)

Basado en los cálculos de torque realizados y el consumo de energía representado en la tabla Torque vs Amperaje de KING-RIGHT, se seleccionó una batería de 12V que brinda la energía necesaria para alimentar el sistema de movilidad, las características están representadas en la Tabla 10.

Tabla 10. Características técnicas de la Batería Batería

Voltaje nominal 12 V

Carga flotante Block 13.65 V

Carga flotante Cell 2.275

Voltaje de carga cíclica 14.5 V

Dimensiones 261 mm * 168 mm * 225 mm

24 Para el control de los motores se debe separar el circuito de potencia del circuito de control, el cual permite las conexiones lógicas para envió de datos del sistema de movilidad.

Para esto se seleccionó un controlador el cual permite la sinergia entre el circuito de potencia y de control, sin crear ruidos que puedan interferir en la comunicación de radio control del dispositivo.

El controlador usa el circuito integrado VNH2SP30 que tiene un nivel de 5 V de operación lógico, que es una ventaja al usarlo con la tarjeta de desarrollo Arduino que trabaja con 5 V de operación (life.augmented, 2016).

En base al consumo energético de los motores el circuito integrado de la marca SparkFun es adecuado para el desarrollo de la movilidad del prototipo. En la Tabla 11 se presentan las características principales del controlador de motores.

Tabla 11. Características técnicas del controlador de motores SparkFun Monster Moto Shield

Voltaje Máximo 16 V

Máxima corriente nominal 30 A Detección de corriente para

el pin analógico

Si

Frecuencia máxima de PWM 20 kHz

Apagado Térmico Si

Apagado autónomo En Sobrevoltaje y Voltaje insuficiente

(SparkFun, 2018)

En la Figura 19 se representa a través de un diagrama las conexiones y la dirección de comunicación entre el microcontrolador, la tarjeta de adquisición de datos, los sensores y el ordenador, el cual es capaz de administrar la información.

25 En el diagrama de la Figura 20 se representan las conexiones del microcontrolador al controlador de motores y a los motores. También se representa las conexiones al módulo bluetooth, el cual establece comunicación para el manejo de radiocontrol del dispositivo móvil de telemedicina.

Figura 20. Diagrama de conexiones del Hardware a los motores.

2.3.6 DISEÑO DE SOFTWARE

Para el diseño de la arquitectura del software se tomó como pauta la norma ISO 25000 (System and Software Quality Requirements and Evaluation) que hace referencia a la calidad del software (ISO, 2016).

Con base al diagrama de la Figura 21 se desarrolló la lógica para la implementación del software, que gestione la lectura de los signos vitales, el posterior análisis de los datos adquiridos y el almacenamiento de estos. El desarrollo del software es a través de LabVIEW, software que brinda un kit de herramientas que facilitan la realización del HMI (Interfaz Hombre-Maquina), y a su vez permite trabajar con datos médicos gracias a su toolkit biomedical.

26

27

2.3.7 INTERFACES DEL SOFTWARE

Para la pantalla de inicio de sesiónse realizó la interfaz mostrada en la Figura 22. Mediante la solicitud de credenciales, asegura el acceso a personal capacitado para el uso del software de telemedicina.

Figura 22. Interfaz de Inicio de sesión del Software.

En la Figura 23, se representa la interfaz del menú de inicio del programa, que posee 7 opciones, cada una de las cuales facultan al usuario a ingresar diferentes funciones del software.

 Datos Personales  Signos Vitales  Estetoscopio  Análisis de Datos  RC Robot

 Envió de Datos  Triaje de Manchester

28 Siguiendo el diagrama de flujo esta la interfaz de datos personales. El usuario puede llenar los campos con los datos del paciente y además especificar ciertas características relevantes para una ficha médica.

Esta interfaz también cuenta con antecedentes patológicos personales y familiares, formando así un historial clínico reducido, pero con los datos esenciales. Mostrado en la Figura 24.

Figura 24. Interfaz de Datos personales del paciente del Software.

La siguiente ventana es la interfaz del triaje de manchester, en esta interfaz se analiza el nivel de urgencia que un paciente requiere para ser atendido. Esta interfaz tiene una alarma, la cual indica los 5 niveles de urgencia de atención. El triaje a su vez esta complementado con la escala de Glasgow que permite determinar el nivel de conciencia del paciente en la Figura 25 se representa la interfaz.

Figura 25. Interfaz de Triaje de Manchester del Software.

29

Figura 26. Interfaz Menú Estetoscopio.

En la interfaz de auscultación cardiaca, el usuario tiene 4 segmentos para elegir y grabar los sonidos de auscultación de las válvulas:

 Aortica  Pulmonar  Tricúspide  Mitral

Cada uno de los segmentos cuenta con el espacio para la gráfica y determinar los picos de sonido al ser grabados.

La interfaz de auscultación cardiaca está representada en la Figura 27.

Figura 27. Interfaz del software de Auscultación Cardiaca.

Para la Interfaz de auscultación pulmonar representada en la Figura 28 el usuario de igual modo puede trabajar con varios segmentos los cuales graban diferentes puntos relevantes para el estudio del pulmón.

30 En la interfaz se presentan dos imágenes de la caja torácica y los puntos para ser evaluados y etiquetados a través de letras para un fácil reconocimiento de estos puntos.

Figura 28. Interfaz del software de Auscultación Pulmonar.

A través de la consulta en la página de Medline Plus que cita a la Biblioteca Nacional de los Estados Unidos se tomó los datos para la selección de los puntos principales de auscultación (Medline-Plus, 2017).

Dentro del menú estetoscopio,está la interfaz de reproducción de sonidos de auscultación. Permitiendo al usuario acceder a las grabaciones realizadas. Interfaz representada en la Figura 29.

Figura 29. Interfaz de Reproductor de Sonidos de Auscultación.

La Figura 30 representa la interfaz de signos vitales. Esta ventana ofrece al usuario las opciones de tarjetas de adquisición de datos y las fichas medicas para seleccionar al paciente, al cual se desea anexar los datos.

Cuenta con un campo para la visualización de datos personales del paciente, como también con campos para la visualización de los signos vitales como:

 Temperatura corporal

31  Pulsos por minuto del corazón

 Porcentaje de saturación de oxígeno en la sangre

Esta interfaz tiene dos graficas en las que se verifican los siguientes datos:  Curva del Electrocardiograma

 Frecuencia respiratoria del paciente.

La interfaz a su vez presenta alarmas que colocan al usuario en estado de alerta para verificar las constantes vitales, las cuales garantizan un monitoreo oportuno del paciente.

Figura 30. Interfaz de Signos Vitales.

Para la interfaz análisis de datosse trabajó sobre la interfaz de signos vitales modificándola para la reproducción de datos ya almacenados de los pacientes.

En esta interfaz se puede detener la reproducción de los datos para que el médico usuario respectivo, pueda realizar un análisis con mayor precisión. Gracias a los datos almacenados se puede llevar un historial clínico detallado, el cual brinda un registro de los signos vitales tomados en el momento de la consulta del paciente. Interfaz representada en la Figura 31.

32 En la interfaz envió de datosse trabaja con un navegador, en el que se accede a cualquier correo electrónico para él envió de los datos almacenados. Permitiendo reproducir los datos almacenados en cualquier ordenador que cuente con el software.

A través del envió de datos, el medico usuario puede examinar al paciente en cualquier parte sin restricciones de tiempo, con un análisis de la información vital del paciente. Esta interfaz se presenta en la Figura 32.

Figura 32. Interfaz de software de Envió de datos.

Para la interfaz rc-robot(radiocontrol robot) mostrada en la Figura 33.

Esta interfaz permite al usuario realizar las siguientes acciones: chequeo visual aprovechando la cámara integrada del ordenador, y el recorrido de las instalaciones de una manera virtual buscando simular la presencia médica.

+

Figura 33. Interfaz de software de Radiocontrol del Robot.

2.3.8 RADIOCONTROL DEL ROBOT

33 Se ha desarrollado un control ON/OFF para el sistema de control a través de una red de radiocontrol, manejado mediante una aplicación Android o el software diseñado en el ordenador.

Figura 34. Sistema de Control retroalimentado del Sistema

En la Figura 35 se muestra las direcciones las cuales el prototipo puede seguir a través del mando a distancia, dando al médico usuario una mejor experiencia en cuanto a telepresencia al recorrer las estancias del centro de salud y visitar a los pacientes.

Para el control de las direcciones se usó dos motores que marcan dirección mediante el cambio de polaridad.

Figura 35. Direcciones de control del prototipo.

2.3.9 APLICACIÓN ANDROID CONTROL DE MOVILIDAD DE

DISPOSITIVO

Para el desarrollo de la aplicación en Android primero se diseñó un “activity” de inicio de sesión, interfaz que garantiza la seguridad del uso del prototipo. En la Figura 36 se muestra una captura de pantalla de la aplicación, donde se muestra los campos que solicitan el usuario y contraseña.

34

Figura 36. Activityde inicio de Sesión en la aplicación Android.

La Figura 37 muestra la generación de un mensaje que da paso a activar el bluetooth del dispositivo móvil para establecer la comunicación con el prototipo móvil de telemedicina

Figura 37. Activación del servicio Bluetooth.

La última “activity” está representada en la Figura 38, tiene botones que facilitan el control de dirección del dispositivo, además de un botón para terminar la comunicación entre el dispositivo y el smartphone.

Figura 38. Activity de control de movilidad del dispositivo.

2.4 INTEGRACIÓN DEL SISTEMA

35 Al realizar el ensamblaje total del prototipo se realizó la unión del sistema de software, junto con el sistema electrónico el cual está acoplado al sistema mecánico.

En la Figura 39 se presenta el prototipo ensamblado, finalizado y funcionando.

36

3.1 PRUEBAS DE FUNCIONAMIENTO

En este capítulo se muestran los resultados de las 10 pruebas a las cuales se sometió al equipo. Evaluando a 5 personas diferentes se verificó el correcto funcionamiento, y el cumplimiento de objetivos del proyecto.

También se exponen los resultados obtenidos mediante comparaciones entre el equipo médico de la cruz roja y el prototipo, esto para determinar la fiabilidad de mediciones del equipo.

3.1.1 TEST 1: VELOCIDAD DE RESPUESTA TERMOMETRO

Para esta prueba se cronometro el tiempo de respuesta del termómetro del equipo móvil de telemedicina frente al tiempo de respuesta de un termómetro digital. En la Tabla 12 se representa las características del termómetro digital.

Tabla 12. Características Termómetro Digital. Termómetro Digital

Marca Carlitos

Precisión ±0.1°C

Rango 35.0° a 39.0°

(P.R.O.C, 2018)

En la Figura 40 se presenta las curvas de respuesta de los termómetros frente al tiempo.

Figura 40. Curva temperatura vs tiempo.

En las curvas anteriores se puede apreciar que el termómetro del equipo logra estabilizarse en un tiempo aproximado de 200 segundos a comparación con el termómetro digital que lo logra en un tiempo de 150 segundos.

3.1.2 TEST 2: PRUEBA DE FUNCIONAMIENTO CONTINUO.

37 Se ha medido la cantidad de datos almacenados, basado en el dato del porcentaje de saturación oxígeno el cual es un dato prueba para determinar el funcionamiento del software.

En 5 pruebas se verificó el funcionamiento continuo del software, sin presentar errores en la transmisión de datos.

Se aprecia la correlación en el paso del tiempo y los datos almacenados por la aplicación, mostrado en la Tabla 13.

Tabla 13. Prueba de funcionamiento continuo. Cantidad de Datos Almacenados.

Tiempo Datos %SO2

5 min 26811

7 min 37535

30 min 137087

Como observación de esta prueba se determinó que: para el análisis posterior de los datos médicos, es preferible no sobrecargar el sistema(tiempo). Para la lectura de datos almacenados, basado en las pruebas realizadas se determinó que es recomendable trabajar con un límite de tiempo de muestreo de 8 min, permitiendo al software trabajar de manera fluida al reproducir los datos.

3.1.3 VALIDACIÓN DEL EQUIPO

Para la validación del equipo se realizó 20 pruebas, en las cuales se busca medir el error de las respuestas de los datos obtenidos de los sensores del equipo frente a datos teóricos.

El cálculo de la media aritmética de error se calcula mediante el uso de la fórmula de la ecuación [5]:

𝑋̅ =∑ 𝑋𝑖 𝑁 𝑖=1 𝑁 [5] X

̅ = 36.58

Según Medline-plus el promedio de temperatura corporal oscila entre 36.2 y 37.1 °C, este dato es comparado con la media aritmética calculada de los datos obtenidos del dispositivo (Medline-Plus, 2017).

38

%Error =ValorTeorico − ValorExperimental

ValorTeorico ∙ 100

[6]

%Error = 3.5

En la Figura 41 se muestra el grafico de dispersión respecto al dato teórico promedio.

Figura 41. Gráfico de Dispersión de datos de temperatura.

En la Tabla 14 se muestra el error de dispersión respecto de los datos teóricos de cada uno de los sensores con los que se trabaja.

Tabla 14. Tabla de errores de dispersión de los datos. Errores de Dispersión

Sensores Dato Promedio Teórico

Dato promedio del Equipo

% Error

Termómetro 36.65 36.58 0.19

%SO2 97.5 96.85 0.67

Pulso 80 83.4 4.25

Glucómetro 111.5 115.2 3.31

Frecuencia Respiratoria

16 15.2 5.00

3.1.4 ANALISIS DE ERRORES

Se busca determinar el porcentaje de error que presenta el equipo móvil de telemedicina, mediante la comparación de los datos frente a sensores similares.

Para el cálculo del error se tomará los datos obtenidos de los sensores del equipo de cruz roja como valores teóricos y los datos del equipo como valores

36,2 36,3 36,4 36,5 36,6 36,7 36,8 36,9

0 5 10 15 20 25

Tem

p

e

ratu

ra

Número de pruebas

39 experimentales. Para esto, se utilizó la formula del porcentaje de error mostrada en la ecuación [6].

En la Tabla 15 se muestra la comparación de los datos obtenidos y el error calculado.

Tabla 15. Comparación de error porcentual frente a otros equipos. Error porcentual

Sensores Dato equipo Cruz Roja

Dato equipo de Telemedicina

% Error

Termómetro 36.3 36.49 0.523

%SO2 93.4 93.3 0.107

Pulso 84.5 87.7 3.781

Glucómetro 98.2 96.5 1.731

Frecuencia Respiratoria

17.1 16.3 4.678

40

CONCLUSIONES

 Se desarrollo el sistema de obtención de datos de las constantes vitales del paciente. Generando una historia clínica que permite, llevar un registro inteligente de los datos del paciente. El equipo cuenta con un sistema de movilidad que permite al médico usuario brindar servicios de teleasistencia entre médico-paciente.

 A través del hardware Mysignals y sus sensores se realiza la obtención de las constantes vitales del paciente, para una lectura y análisis posterior de la información médica y un monitoreo constante de los signos vitales.  Se desarrollo el software utilizando LabVIEW, que es un programa

multiplataforma versátil para la mayoría de los sistemas operativos. Además, LabVIEW cuenta con el toolkit biomedical que ayuda al desarrollo de aplicaciones médicas, al trabajar con un ordenador. Esto permite obtener una mejor adquisición y almacenamiento de las constantes vitales del paciente.

 Mediante el desarrollo del software se acondicionó el programa para garantizar la comunicación con el dispositivo, lo que brinda servicios de telepresencia como: Teleconsultas, Telediagnosticos, Telecuidados y más.

 El uso del Software TeamViewer brinda sus servicios de forma gratuita al ser un trabajo de investigación. Al no tener que desarrollar la red de comunicación se hace factible la viabilidad de este proyecto en el campo laboral. TeamViewer cuenta con sistemas dedicados a telemedicina lo cual garantiza la seguridad de los datos de los pacientes mediante el cifrado RSA 2048, lo cual permitiría llevar a este proyecto a un desarrollo industrial.

41

RECOMENDACIONES

 Es recomendable un mantenimiento periódico del sistema de movilidad, para el correcto funcionamiento de este.

 El uso de un sistema de localización y modelado simultáneo (SLAM) haría del prototipo un sistema autónomo. Esto incrementaría la eficiente del equipo al auto cargarse la batería. Realizando también visitas autónomas a pacientes que requieran de sus servicios.

 Se considera que el uso del reconocimiento facial en el campo de la salud sería de gran ayuda, al llevar un registro inteligente de pacientes, que permite autonomía en el manejo de datos.

42

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