Diseño de un estetoscopio digital

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(1)Universidad Central “Marta Abreu” de Las Villas Facultad de Ingeniería Eléctrica Centro de Estudios de Electrónica y Tecnologías de la Información (CEETI). TRABAJO DE DIPLOMA Diseño de un Estetoscopio Digital Autor: Liusel Herrera García Tutores: Dr. Alberto Taboada Crispí Msc. Alexander Falcón Msc. Juan Paz Viera Santa Clara 2009 "Año del 50 Aniversario del Triunfo de la Revolución".

(2) Universidad Central “Marta Abreu” de Las Villas. Facultad de Ingeniería Eléctrica Centro de Estudios de Electrónica y Tecnologías de la Información (CEETI). TRABAJO DE DIPLOMA Diseño de un Estetoscopio Digital. Autor: Liusel Herrera García [email protected] Tutores: Dr. Alberto Tabeada Crispí [email protected] Msc. Alexander Falcón Ruiz [email protected] Msc. Juan E. Paz Viera [email protected]. Santa Clara 2009 “Año del 50 Aniversario del Triunfo de la Revolución".

(3) Hago constar que el presente trabajo de diploma fue realizado en la Universidad Central “Marta Abreu” de Las Villas como parte de la culminación de estudios de la especialidad de Ingeniería en Telecomunicaciones y Electrónica, autorizando a que el mismo sea utilizado por la Institución, para los fines que estime conveniente, tanto de forma parcial como total y que además no podrá ser presentado en eventos, ni publicados sin autorización de la Universidad.. Firma del Autor Los abajo firmantes certificamos que el presente trabajo ha sido realizado según acuerdo de la dirección de nuestro centro y el mismo cumple con los requisitos que debe tener un trabajo de esta envergadura referido a la temática señalada.. Firma del Autor. Firma del Jefe de Departamento donde se defiende el trabajo. Firma del Responsable de Información Científico-Técnica.

(4) i. PENSAMIENTO. Hay una fuerza motriz más poderosa que el vapor, la electricidad y la energía atómica: La voluntad. Albert Einstein..

(5) ii. DEDICATORIA. A mis padres A mis hermanos A mi novia A mis amigos.

(6) iii. AGRADECIMIENTOS. A: Mis padres, que tanto se han preocupado por educarme, inculcándome los mejores valores morales y guiándome por los mejores caminos de la vida, brindándome amor y confianza. A: Mi hermanos por su cariño y apoyo incondicional. A: Mi novia Eyda por brindarme su cariño y amor en todo momento. A: Mi profesor Alberto Taboada Crispí por dedicarme su tiempo y hacer posible la culminación exitosa de este trabajo. A: Mis tutores Alberto, Juan y Alexander por el apoyo y guía en este trabajo. A: La revolución por haberme dado la oportunidad de realizar mis sueños. A: Todos los profesores que han contribuido a mi formación. A: Mi amigo Wilson por ayudarme con sus conocimientos para hacer posible la culminación exitosa de este trabajo..

(7) iv. A: Mis compañeros de curso Drianet, Saleck, Raxel, Yoandy, Sandy, Henry, Jesús, José Carlos, Mario, Yandry Luis que siempre los tengo presente. A: Mis suegros por estar siempre dispuesto a brindarme su ayuda. A: Mi profesores Yusmani y Sardiñas por haberme ofrecido su ayuda cuando era más joven y por haber confiado en mí. A: Mi familia, amigos que han confiado en mí y me han apoyado en todo momento. A todos muchas Gracias..

(8) v. TAREA TÉCNICA. 1. Estudio de los sonidos cardíacos y de los principios de la auscultación. 2. Diseño, simulación y puesta a punto de bloque analógico para estetoscopio electrónico. 3. Diseño de bloques digitales de estetoscopio basado en PSoC (PHaSE-PAL). 4. Diseño, montaje y puesta a punto del circuito impreso del front-end (bloque analógico) del estetoscopio electrónico. 5. Confección del informe final.. Firma del Autor. Firma del Tutor.

(9) vi. RESUMEN. En este trabajo se realizó el diseño y construcción de un estetoscopio electrónico y el diseño en PSoC de un estetoscopio digital. En la primera parte del trabajo se realizó una búsqueda de información especializada y se plantearon los parámetros de diseño del dispositivo y se procedió al diseño del mismo. Luego se realizaron las pruebas de simulación con los paquetes de software OrCAD 10.5 y Multisim 10.1, así como el diseño del circuito impreso usando el Ultiboard 10.1. En la fase final del estetoscopio electrónico se procedió a la puesta a punto y montaje del dispositivo. En el diseño en PSoC se diseñaron tres configuraciones. La primera es la adquisición de la señal, la cuál es de capaz amplificar la señal analógica, filtrarla, convertirla a digital y guardar la información en una memoria externa; además, mientras guarda la información en memoria, se puede escuchar la señal online. Luego de la adquisición, sigue la configuración de descarga a la computadora a través de un módulo de comunicación USB, permitiendo así su posterior análisis en la computadora. La última configuración se llama reproducción de la señal, la cual es capaz de tomar la información de la memoria y convertirla a señal analógica, filtrarla y amplificarla, para que pueda ser escuchada por el médico. Este dispositivo permite el posterior análisis de los sonidos cardíacos, la creación de bases de datos, la comparación de patrones, así como otras aplicaciones en telemedicina. Además, es una excelente herramienta para el diagnóstico médico mediante la auscultación.. Palabras Claves— amplificación, PSoC digital..

(10) vii. TABLA DE CONTENIDOS. PENSAMIENTO .....................................................................................................................i DEDICATORIA .................................................................................................................... ii AGRADECIMIENTOS ........................................................................................................ iii TAREA TÉCNICA ................................................................................................................. v RESUMEN ............................................................................................................................vi INTRODUCCIÓN .................................................................................................................. 1 Organización del informe ................................................................................................... 2 CAPÍTULO 1. 1.1. Naturaleza del sonido ............................................................................................. 3. 1.1.1 1.2. SONIDOS CARDÍACOS Y AUSCULTACIÓN ....................................... 3. Señales bio-acústicas ...................................................................................... 3 Ciclo cardíaco ......................................................................................................... 4. 1.2.1. Sonidos cardíacos ........................................................................................... 5. 1.2.2. Sonidos cardíacos anormales .......................................................................... 6. 1.2.3. Características de frecuencia de los sonidos cardíacos ................................... 6. 1.3. ¿Que es la auscultación? ......................................................................................... 7. 1.4. Estetoscopio ............................................................................................................ 9. CAPÍTULO 2. 2.1. DISEÑO DE ESTETOSCOPIO DIGITAL .............................................. 14. Diseño del front-end ............................................................................................. 14.

(11) viii 2.1.1 2.2. Diseño del filtro pasa-banda y amplificador de audio .................................. 15 Diseño en PSoC .................................................................................................... 19. 2.2.1. Implementación de los módulos de usuario (UM)........................................ 20. CAPÍTULO 3.. RESULTADOS. DEL. DISEÑO. Y. CONSTRUCCIÓN. DEL. ESTETOSCOPIO DIGITAL ................................................................................................ 23 3.1 3.1.1. Diseño y construcción final del front-end ............................................................ 23 Respuesta de frecuencia final del filtro pasa-bandas .................................... 24. 3.2. Diseño final del PSoC ........................................................................................... 26. 3.3. Análisis económico ............................................................................................... 29. 3.4. Conclusiones del capítulo ..................................................................................... 30. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES ................................................................... 31 Conclusiones ..................................................................................................................... 31 Recomendaciones ............................................................................................................. 31 REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS ................................................................................. 33.

(12) INTRODUCCIÓN. 1. INTRODUCCIÓN. En los últimos años, gracias a la informática y a la disponibilidad de la instrumentación biomédica, diversos grupos de investigación se han interesado por la adquisición y análisis de los sonidos cardíacos. La recogida electrónica de la señal acústica y su posterior análisis en la computadora personal (PC), posibilita la realización de medidas sistemáticas y cuantitativas, que nos permiten diferenciar los sonidos sanos de los patológicos, crear bases de datos, comparar patrones, entre otras aplicaciones. Todo esto facilitará el diseño y construcción de sistemas de ayuda al diagnóstico médico mediante la auscultación, en la clasificación de patologías en pacientes enfermos [1]. Esta metodología basada en la cuantificación objetiva de los sonidos cardíacos, permite superar el carácter subjetivo de la auscultación clásica basada en el uso del estetoscopio tradicional. El análisis cuantitativo de los sonidos cardíacos requiere de técnicas de captación, recogida y análisis de la señal acústica generada durante la actividad cardíaca. Para esto se necesita como dispositivo principal un estetoscopio digital capaz de captar y almacenar la señal para su post-procesamiento. Actualmente existen diferentes modelos de estetoscopios digitales, pero su precio comercial varía entre 400 y 800 dólares [2] [3], por lo que se hace difícil que todos los médicos cuenten con uno [2]. Al realizar el diseño de un estetoscopio digital usando los PSoC (Sistemas Programables en un chip), este pudiera contar con las mismas facilidades que los sofisticados estetoscopios digitales existentes, pero a un precio mucho menor. Esto permitiría la creación de bases de datos, la comparación de patrones y otras aplicaciones en telemedicina, pues este dispositivo sería capaz de tener comunicación con la PC de varias formas, como son comunicación por infrarrojo (IrDA), por radiofrecuencia y por USB (Universal Serial Bus)..

(13) INTRODUCCIÓN. 2. Los estetoscopios estándares proporcionan amplificación constante y limitada, lo que disminuye sus prestaciones. Esto se resuelve con los estetoscopios electrónicos, que permiten un ajuste de la amplificación en un intervalo relativamente grande, así como un filtrado acorde a la aplicación específica. Dentro de los estetoscopios electrónicos, sobresalen los digitales, que incluyen además la digitalización, almacenamiento, procesamiento y transmisión de las señales acústicas captadas. Este trabajo específicamente detalla el diseño de un estetoscopio digital sencillo, haciendo énfasis en la etapa inicial o front-end, para eliminar los sonidos indeseables y amplificar la señal acústica. La siguiente etapa almacenaría y transmitiría a una computadora los sonidos cardíacos. Esto posibilita el post-procesamiento de las señales y la comparación de patrones en telemedicina. Se ha concebido que este estetoscopio sea usado sobre todo en aplicaciones de medicina veterinaria1 y para apoyar la docencia de la carrera de Ingeniería Biomédica. Organización del informe El resto del informe incluye un capítulo introductorio sobre los sonidos cardíacos y la auscultación; seguido de otro donde se detalla el diseño del bloque analógico (front-end) de un estetoscopio digital. En el tercer capítulo se muestran y discuten los resultados de las simulaciones y la puesta a punto de los diseños. Para finalizar, se reúnen las conclusiones más importantes del trabajo, así como las recomendaciones para trabajos futuros sobre el tema.. 1. La solicitud inicial de este estetoscopio digital obedeció a necesidades en la Clínica Veterinaria de Santa. Clara.

(14) CAPÍTULO 1. SONIDOS CARDĺACOS Y AUSCULTACIÓN. 3. CAPÍTULO 1. SONIDOS CARDÍACOS Y AUSCULTACIÓN. 1.1. Naturaleza del sonido. La naturaleza del sonido se debe a las perturbaciones en cualquier medio, ya sea gaseoso, líquido ó sólido, y estas se propaguen a través de él. En el caso del aire, el sonido se debe a las fluctuaciones en la densidad (en la presión atmosférica) del aire y por los movimientos de las moléculas en este medio. Estos movimientos de las moléculas proveen un rango de frecuencias el cual oscila entre 20 Hz y 20 kHz donde es audible al oído humano [4].. 1.1.1. Señales bio-acústicas. Dentro de los sonidos están los producidos por el cuerpo del hombre, llamados [5] “señales bio-acústicas”, creadas por fenómenos biomédicos también denominados ruidos acústicos [5] [6]. Estos fenómenos obedecen a vibraciones sonoras debido al movimiento de fluidos corporales. Las señales bio-acústicas presentan características diferentes entre sí, ya sea en la forma en que se producen, su espectro de frecuencias y las patologías que se pueden detectar mediante su análisis. Estos pueden ser respiratorios, intestinales y cardíacos [5]. Los sonidos respiratorios son aquellos producidos por las estructuras pulmonares durante la respiración. Podemos encontrar sonidos respiratorios normales, disminuidos, y anormales [6] [7] [8]. Los sonidos asociados a la respiración en una persona sana son llamados sonidos pulmonares normales, alcanzando su pico máximo de amplitud por debajo de los 100 Hz [9]. Estos se encuentran mezclados con los sonidos cardiovasculares y musculares, dificultando su diferenciación..

(15) CAPÍTULO 1. SONIDOS CARDĺACOS Y AUSCULTACIÓN. 4. Además presentan picos de energía más pequeños que varían entre los 100 y 200 Hz, aunque pueden llegar a 800 Hz [10] [9]. Los sonidos intestinales son aquellos emitidos por el abdomen, principalmente son producidos por los movimientos de los intestinos a medida que impulsan los alimentos. Suelen ser del tipo benigno, que sugieren el funcionamiento del tracto gastrointestinal, siendo la mayoría de ellos normales [6] [11]. Generalmente son audibles entre 20 y 1500 Hz, aunque pocas veces sobrepasan los 800 Hz [12]. Los sonidos cardíacos son los emitidos por el paso de la sangre a través del corazón y sus válvulas. Se pueden separar en dos tipos, los normales y los anormales, llamados comúnmente “murmullos” o soplos [6] [11]. 1.2. Ciclo cardíaco. El ciclo cardíaco es una acción de bombeo en dos fases, que dura aproximadamente 0,8 s [13] [14]. El corazón alterna entre una contracción y una relajación aproximadamente 75 veces por minuto [14]. Esto ocurre durante la acumulación de la sangre en las cavidades superiores (las aurículas, derecha e izquierda), entonces el nódulo sino-auricular (nódulo SA) envía una señal eléctrica que estimula la contracción de las aurículas. Esta contracción impulsa sangre a través de las válvulas tricúspide y mitral, hacia las cavidades inferiores que se encuentran en reposo [13] (los ventrículos derecho e izquierdo). Esta fase de bombeo (la más larga) se denomina diástole y dura aproximadamente 0,4 s [13] [14]. La segunda fase comienza cuando los ventrículos están llenos de sangre y las señales eléctricas generadas por el nódulo SA se propagan a los ventrículos estimulando su contracción. Esta fase se denomina sístole y se descompone en sístole auricular y ventricular con una duración de 0,1 y 0,3 s respectivamente [13]. Seguidamente se cierran las válvulas tricúspide y mitral para impedir el retorno de sangre, y se abren las válvulas pulmonar y aórtica [13]. Luego al mismo tiempo que el ventrículo derecho impulsa sangre a los pulmones para oxigenarla, fluye sangre rica en oxígeno del ventrículo izquierdo al corazón y a otras partes del cuerpo, este proceso se muestra en la Fig. 1.2.1 [14]..

(16) CAPÍTULO 1. SONIDOS CARDĺACOS Y AUSCULTACIÓN. 5. Figura 1.2.1 Ciclo cardíaco [14].. 1.2.1. Sonidos cardíacos. El corazón normal produce en cada latido los “lub-dud”, conocidos como primer sonido cardíaco (lub) y segundo sonido cardíaco (dud) [11] [15] [8] [16] [17]. El “lub” es causado por el cierre de las válvulas atrio-ventricular. Este primer sonido es una vibración amplia y aparece 0,02 s [13] [14] después de comenzar el complejo QRS en el electrocardiograma y continúa durante 0,15 s durante la curva electrocardiográfica [11] [15] [16] [14] [17]. El segundo sonido es más breve y agudo [14], dura aproximadamente 0,15 s [14] [16] [17], coincidiendo con la diástole ventricular [14]. Este ocurre al final de la onda T en el electrocardiograma [11] [8] [16]. Existe un tercer sonido cardíaco el cuál es audible en ocasiones, sobre todo en adultos jóvenes con un tiempo de duración de 0,1 s [14]. Este ocurre aproximadamente de 0,1 a 0,2 s después del segundo sonido [11] [8]. Además, se puede encontrar un cuarto sonido menos común, pero este no es audible por el oído, aunque puede ser grabado por el fono-cardiograma y ocurre cuando los atrios se contraen y propulsan la sangre hacia los ventrículos [15]. Estos sonidos se muestran en la Fig. 1.2.2..

(17) CAPÍTULO 1. SONIDOS CARDĺACOS Y AUSCULTACIÓN. 6. Figura 1.2.2 Sonidos cardíacos [18].. 1.2.2. Sonidos cardíacos anormales. Los sonidos cardíacos anormales también llamados “murmullos” o soplos son sonidos adicionales, generalmente causados por la apertura impropia de las válvulas [13], donde la sangre es forzada a pasar por pequeñas aberturas [13], o debido a la “regurgitación”, que sucede cuando las válvulas no cierran bien y permiten un flujo de sangre en dirección contraria [11] [8]. Además, los soplos ocurren debido a turbulencias resultantes de la estenosis valvular, impidiendo el flujo de sangre a través de la válvula, o la estenosis aórtica, donde la sangre fluye a través de una válvula estrecha o rígida [14] [11] [8]. Los sonidos cardíacos y los soplos son diferentes en su origen, tiempo de duración y espectros de frecuencia [11] [15]. 1.2.3. Características de frecuencia de los sonidos cardíacos. La componente principal de los sonidos cardíacos coincide con la frecuencia del ritmo cardíaco. Esto hace que los sonidos cardíacos abarquen un amplio espectro de frecuencias, desde 0,1 Hz hasta 2000 Hz, las cuales presentan amplitudes muy pequeñas [8] [14]. El primer sonido cardíaco varía desde los 25 a 45 Hz, aunque gran parte de este sonido no es audible por hombre. El segundo sonido es normalmente un poco más alto en el diapasón que el primero y varía entre 50 a 75 [13] [14] Hz. El tercer sonido es sumamente débil y su energía esta por debajo de los 30 Hz [13]. De los murmullos podemos decir que su energía principal está generalmente por encima de los sonidos normales y su energía se concentra entre los 100 a 500 Hz [8] [14]..

(18) CAPÍTULO 1. SONIDOS CARDĺACOS Y AUSCULTACIÓN. 1.3. 7. ¿Que es la auscultación?. La técnica de objetivar los sonidos y vibraciones producidas por diferentes órganos del cuerpo es llamada “auscultación” [6], esta es utilizada desde hace siglos y aún hoy en día es usada en la medicina [13] [19]. La auscultación es el procedimiento clínico de la exploración física que consiste en escuchar de manera directa o por medio de instrumentos [19] [13], en el área torácica o del abdomen, en busca de los sonidos normales o patológicos producidos por el cuerpo humano [13] [6]. Los ruidos más comunes encontrados a nivel patológico son: roncus, crepitus o crepitantes, sibilancias y estertores [6] [19] [13]. 1.3.1. Tipos de auscultación. La auscultación se clasifica atendiendo a la localización de la auscultación en el cuerpo humano o atendiendo al método para realizar la auscultación. La clasificación atendiendo al método para auscultar el paciente se puede dividir en tres formas: Auscultación Directa: Consiste en aplicar directamente la oreja sobre la pared corporal del paciente. Esta forma de auscultación está prácticamente abandonada [20] [21]. Auscultación mediante trompa: Consiste en emplear un tubo rígido con forma de trompeta, aplicando la parte más ancha sobre el cuerpo del paciente y la parte más estrecha en el oído del médico. Esta técnica era utilizada antiguamente por los obstetras para la auscultación fetal, pero es substituida en la actualidad por la ecografía [20] [21]. Auscultación mediante estetoscopio: Es la auscultación universalmente más extendida. Consiste en aplicar la membrana del fonendoscopio sobre el cuerpo del paciente, que va conectada mediante un tubo flexible a unos auriculares. Con este instrumento se mejora la acústica [20] [21]. La auscultación, atendiendo a la zona del cuerpo a auscultar por el médico, se puede clasificar en cuatro tipos principales [6]: Auscultación pulmonar: El fonendoscopio se coloca a cada lado de la columna vertebral, en los costados y en la cara anterior del tórax. Mientras tanto el paciente.

(19) CAPÍTULO 1. SONIDOS CARDĺACOS Y AUSCULTACIÓN. 8. va inspirando y espirando según las indicaciones del médico y en ocasiones vocalizando alguna palabra [6]. Auscultación cardíaca: El fonendoscopio se coloca en puntos determinados en la cara antero-lateral izquierda del tórax, para escuchar los sonidos cardíacos, mientras el paciente sentado inspira, espira y mantiene el aliento siguiendo las indicaciones del médico [6]. Auscultación digestiva: Al aplicar la campana del fonendoscopio sobre los distintos cuadrantes del abdomen se escuchan los movimientos intestinales, que según su frecuencia o intensidad indican normalidad o patología [6]. Otros tipos de auscultación: En ocasiones es preciso auscultar las arterias carótidas o las femorales [6]. 1.3.2. Auscultación cardíaca. La auscultación de los sonidos cardíacos es aún la primera herramienta básica de análisis que se aplica para la evaluación del estado funcional del corazón, y el primer indicador para remitir al paciente a un especialista. En la auscultación del corazón, el médico intenta identificar y analizar separadamente los ruidos que componen el sonido cardíaco, realizando después una síntesis de las características extraídas [22] [14] [6]. La auscultación cardíaca debe realizarse explorando la región precordial y saliéndose de ella, para abarcar las zonas subclaviculares, axila izquierda, el epigastrio, los vasos del cuello, y la cara posterior del tórax, especialmente en la región ínter-escapular izquierda [6] [19] [14]. Las áreas de auscultación cardíaca se muestran en la Fig. 1.3.1.. Figura 1.3.1 Focos de auscultación [14]..

(20) CAPÍTULO 1. SONIDOS CARDĺACOS Y AUSCULTACIÓN. 1.4. 9. Estetoscopio. El “estetoscopio” fue inventado en 1816, por el médico francés René-Théophile-Hyacinthe Laënnec (Fig. 1.4.1) [14] [1] [23] [24] [19]. Estetoscopio proviene del griego στηθοσκόπιο, de στήθος, stéthos - pecho y σκοπή, skopé - observar) [21]. También es conocido como fonendoscopio, que etimológicamente significa instrumento para ver el pecho [19] [21].. Figura 1.4.1 Retrato de R.T.H Laënnec y cubierta del Tratado de Auscultación Mediata [21] [24].. Generalmente es usado en la auscultación de los latidos cardíacos o los ruidos respiratorios, aunque algunas veces, también se usa para objetivar otros ruidos [20]. La aplicación más importante es como instrumento de diagnóstico, por eso se le llama “estetoscopio médico de diagnóstico” [19] [25] [1]. 1.4.1. Clasificación de los estetoscopios. En la actualidad los estetoscopios varían en su diseño, material, y fabricantes. En general es un dispositivo con un largo aproximado de 70 cm, cuya configuración más familiar consta de una campana, olivas, dos tubos de acero y otro de cloruro de polivinilo [26] [1]. Las partes del estetoscopio son mostradas en la Fig. 1.4.2..

(21) CAPÍTULO 1. SONIDOS CARDĺACOS Y AUSCULTACIÓN. 10. Figura 1.4.2 Partes del estetoscopio tradicional [27].. Generalmente constan de un diafragma y una campana, los que son intercambiables de forma reversible, en dependencia de los sonidos a auscultar, ya que ambos poseen características acústicas diferentes [3] [14]. Los estetoscopios proveen diferentes opciones de filtrado, concediéndole al estetoscopio tres modos de funcionamiento: Tipo Campana (Bell) para sonidos que van entre 20 Hz y 200 Hz, Tipo Membrana (Diaphragm) para frecuencias de 100 Hz a 500 Hz y Tipo Extendido para frecuencias comprendidas entre 20 Hz y 1000 Hz [3]. Por ejemplo el estetoscopio de campana sigue la curva fonocardiográfica de frecuencia media, por lo tanto es la ideal para auscultar los soplos débiles de media y baja intensidad. Por otra parte el estetoscopio de membrana (Diaphragm) descarta las bajas frecuencias, captando selectivamente las altas frecuencias siendo más útil en la auscultación de los sonidos cardíacos y soplos de regurgitación [14]. Los estetoscopios se pueden clasificar de diferentes maneras dependiendo de las aplicaciones en que se utilicen las cuáles son [19] [21]: Estetoscopio diafragmático: Instrumento para auscultar los ruidos corporales. consta de un disco vibrante, o diafragma, que transmite las ondas de sonido a dos auriculares a través de unos tubos de goma [19]. Estetoscopio biauricular: Estetoscopio con dos ramas ajustables a ambos oídos. Estetoscopio diferencial: Estetoscopio que permite la comparación de los sonidos de dos diferentes partes del cuerpo [19] [21]..

(22) CAPÍTULO 1. SONIDOS CARDĺACOS Y AUSCULTACIÓN. 11. Estetoscopio flexible: Tubo de caucho provisto de auricular y pabellón [19] [21]. Estetoscopio electrónico: Estetoscopio diseñado y equipado para detectar, filtrar y amplificar los ruidos corporales [19]. 1.4.2. Estetoscopio electrónico. El estetoscopio electrónico cada día se está utilizando más, ya que presenta una mejora considerable al estetoscopio tradicional. Tiene una mayor respuesta a la frecuencia, mejor sensibilidad al sonido y esta provisto de un control de volumen para disminuir el nivel si el sonido es muy fuerte o molesto para el oído humano [28] [29] .En general, el sonido es recopilado por un sensor, amplificado y luego trasmitido a los audífonos [29] [13]. Los estetoscopios electrónicos en su configuración básica están formados por un micrófono, un filtro, y un amplificador de audio, que conforman el bloque de acondicionamiento analógico de entrada [29] [2], al que llamaremos front-end, y además como bloques adicionales los estetoscopios digitales presentan un conversor analógico/digital (A/D) [2], una memoria de almacenamiento, una unidad inteligente y puertos de comunicación con la PC [30] [31]. Este esquema se muestra a continuación en la Fig. 1.4.3.. Figura 1.4.3 Esquema del estetoscopio digital..

(23) CAPÍTULO 1. SONIDOS CARDĺACOS Y AUSCULTACIÓN. 12.  Micrófonos Los micrófonos son una variedad de transductores [32], encargados de recoger y transformar las pequeñas señales de energía acústica (sonido) en energía eléctrica [32]. Existen distintos tipos de micrófonos atendiendo a la forma de transformar las ondas de sonido en señal eléctrica, cada uno posee diferentes características que los identifican, por ejemplo: sensibilidad, impedancia, direccionalidad, respuesta de frecuencia entre otras. Entre los distintos tipos de micrófonos que existen, solamente tres son los usados para el diseño de estetoscopios electrónicos, estos son: Micrófonos piezoeléctricos: Este utiliza la fuerza producida por la presión del aire para deformar un material piezoeléctrico, que genera carga eléctrica [10] [33]. Los materiales utilizados pueden ser cristales naturales (cuarzo, turmalina, etc.), o creados añadiendo impurezas a una estructura cristalina natural (titanatos de Bario y titanozirconatos de Plomo). Estos micrófonos se caracterizan por una alta impedancia de salida, en el orden de los megaohms, una respuesta de frecuencia varía entre los 80 y 6500 Hz [34] y son omnidireccionales [30]. Estos micrófonos son relativamente pequeños y presentan como desventaja su rápido deterioro frente agentes como altas temperaturas y humedad [34]. Micrófonos capacitivos: Los micrófonos de condensador usan una membrana muy ligera y una plataforma fija que actúa como lado opuesto para formar el condensador. La presión del sonido al chocar contra esta fina membrana de polímero, hace que se mueva. Este movimiento varía la capacidad de este circuito, creando un cambio eléctrico en su salida. Los micrófonos capacitivos presentan una respuesta en frecuencia muy uniforme y una buena capacidad de respuesta a sonidos efímeros [35]. Las características de su diseño lo dotan de una buena respuesta a las bajas frecuencias, y su muy buena captura de las altas frecuencias se debe a la baja masa del diafragma de la membrana. Micrófonos electret: Los micrófonos electret son una variante de los micrófonos capacitivos, los cuáles utilizan un electrodo laminal plástico polarizado por lo que no necesita fuente de voltaje [32]. Estos micrófonos pueden ser direccionales u omnidireccionales. Habitualmente son pequeños y robustos por lo que su.

(24) CAPÍTULO 1. SONIDOS CARDĺACOS Y AUSCULTACIÓN. 13. manipulación no los deteriora significativamente. Su respuesta de frecuencia es prácticamente plana y oscila entre 50 y 15000Hz [32], aunque son menos sensibles en la zona de los agudos. Su principal inconveniente es su sensibilidad a los cambios de humedad y temperatura, lo que unido al polvo deteriora su rendimiento[35]. Con estos micrófonos podemos obtener un sonido natural, limpio y claro..  Acondicionamiento analógico de la señal de entrada Este bloque está formado por el filtro pasa-bandas y el amplificador de audio. Primeramente la señal pasa al filtro pasa-bandas, que se compone de un filtro paso-alto donde se eliminan los niveles de corriente directa (DC) por debajo de los 10 Hz de frecuencia. Luego un filtro paso-bajo que eliminaría las componentes de alta frecuencia por encima de los 500 Hz causantes de ruidos e interferencias en el sistema. El amplificador de audio aumenta la señal de entrada hasta lograr el nivel suficiente para que sea audible. Este amplificador debe proporcionar una ganancia de voltaje entre 20 y 100, dependiendo de la sensibilidad del transductor [14] [29]. La señal amplificada puede ser escuchada directamente a través de audífonos de forma analógica, además puede introducir las señales en la computadora a través de la tarjeta de sonido de la PC. Este bloque de acondicionamiento de la señal es el esquema básico para la construcción de un estetoscopio.  Bloques adicionales del estetoscopio digital El próximo paso es la conversión digital de la señal, usando un conversor analógico/digital (A/D). Posteriormente estos datos son guardados en un dispositivo de almacenamiento, que puede ser una memoria flash, EEPROM, etc. La información guardada en memoria es transmitida a través de diferentes formas de comunicación a la PC, como comunicación infrarroja, inalámbrica o a través del puerto USB (Universal Serial Bus)..

(25) CAPÍTULO 2. DISEÑO DE ESTETOSCOPIO DIGITAL. 14. CAPÍTULO 2. DISEÑO DE ESTETOSCOPIO DIGITAL. El diseño del estetoscopio digital se decidió dividirlo en dos partes. La primera es el frontend o bloque de adquisición de la señal. En la segunda parte estarían los bloques encargados de la digitalización, almacenamiento y comunicación de las señales. En el primer epígrafe se explicará la selección del micrófono, así como el diseño del filtro pasabandas y el amplificador de audio [30] [31] que conformarían el front-end. El segundo epígrafe explicará el diseño y selección de los bloques digitales, la unidad inteligente que controlara el sistema digital, el conversor A/D para la digitalización, así como la memoria de almacenamiento y los puertos de comunicación a utilizar para transmitir la información a la computadora. 2.1. Diseño del front-end. El micrófono seleccionado es el del tipo electret, modelo KUC 3523 (Fig. 2.1) con una sensibilidad de -45dB/Pa, impedancia de salida de 1 kΩ y un consumo de corriente de 0,5 mA, con una respuesta de frecuencia plana entre los 20 Hz y 2 kHz, que incluye el rango de frecuencias de los sonidos cardíacos. Además, es de bajo costo y fácil adquisición [36]..

(26) CAPÍTULO 2. DISEÑO DE ESTETOSCOPIO DIGITAL. 15. Figura 2.1 Micrófono KUC 3523 [36].. 2.1.1. Diseño del filtro pasa-banda y amplificador de audio. Para realizar el diseño del filtro se realizó una búsqueda de información para establecer el rango de frecuencias útil de los sonidos cardíacos, tanto en humanos como en animales. La búsqueda de información realizada en el primer capítulo arrojó que el rango de frecuencias para los humanos está entre los 10 Hz y 500 Hz [1] [8] [14] y para los animales entre 20 y 450 Hz [37]. Además, para verificar estos datos se realizaron grabaciones de sonidos cardíacos a través de la tarjeta de sonido de la computadora con una frecuencia de muestreo de 44100 Hz, usando el software de sonido SoundForge 7.0. Luego se realizó un análisis de densidad espectral de potencia, usando el periodograma de Welch, con ventana de Hamming y 50 % de solapamiento, además con una FFT de 16384 puntos. Estos análisis se muestran en las Figuras 2.1.1 y 2.1.2, confirmándose experimentalmente que existe correspondencia con lo reportado en la literatura consultada, para los rangos de frecuencia útil de los sonidos cardíacos, tanto en humanos como en animales..

(27) CAPÍTULO 2. DISEÑO DE ESTETOSCOPIO DIGITAL. 16. Power Spectral Density Estimate via Welch -35. -40. Power/frequency (dB/Hz). -45. -50. -55. -60. -65. -70. -75. -80. 0. 0.05. 0.1. 0.15. 0.2 0.25 0.3 Frequency (kHz). 0.35. 0.4. 0.45. 0.5. Figura 2.1.1 Espectro de frecuencias de los sonidos cardíacos humanos obtenida experimentalmente. Power Spectral Density Estimate via Welch -30. -35. Power/frequency (dB/Hz). -40. -45. -50. -55. -60. -65. -70. 0. 0.05. 0.1. 0.15. 0.2 0.25 0.3 Frequency (kHz). 0.35. 0.4. 0.45. 0.5. Figura 2.1.2 Espectro de los sonidos cardíacos de perros obtenida experimentalmente.. Para el diseño del filtro pasa-bandas se utilizó un pre-amplificador convencional a transistor, usando el Q2SC945, como se muestra en la Fig. 2.1.3..

(28) CAPÍTULO 2. DISEÑO DE ESTETOSCOPIO DIGITAL. 17. Figura 2.1.3 Bloque básico del pre-amplificador.. Durante el diseño se hicieron varias modificaciones a la configuración básica del preamplificador. Primero se cambiaron varios componentes que modificaron la respuesta de frecuencia del filtro. Entre los cambios está el del capacitor de la unión colector-base que se sustituyó por uno de 100nF. Luego se modificó el valor de los filtros, de 2µF a 1µF, para colocar la frecuencia baja de la banda de paso aproximadamente en 10 Hz [38]. Además, se cambió de lugar la resistencia de 1 MΩ, desde la unión base-colector del Q2SC945, modificando así la polarización del transistor. La ganancia del pre-amplificador fue necesario aumentarla para que pudiera captar la señal a través del micrófono electret, por lo que la resistencia del emisor se disminuyó desde 100Ω a 68Ω [38], con lo cuál se cumplieron los parámetros de diseño. Luego se procedió con la etapa de potencia, para lo que se decidió tomar una configuración de una reproductora de casetes con dos transistores tipo NPN, 2SC9014 y 2SC9013 (Figura 2.1.4). El primero es un pre-amplificador de bajo nivel y bajo ruido, para disminuir el ruido asociado a la señal y el Q2SC9013 con una potencia de salida de 1 W.. Estos se conectaron con la etapa pre-amplificadora, modificando de manera significativa la respuesta de frecuencias del filtro. Para esto se sustituyó el condensador de la unión base-colector del Q2SC9014 de 220pF por uno de 300pF [38], con lo cual se limitan las altas frecuencias. Además, se modificaron los dos filtros electrolíticos de acople a la entrada de la base del transistor Q2SC9013, de 1µF a 4,7µF limitando así las bajas frecuencias. Después de estas.

(29) CAPÍTULO 2. DISEÑO DE ESTETOSCOPIO DIGITAL. 18. modificaciones, el nivel de potencia a la salida no era suficiente para que la señal fuera audible, por lo se modificó el valor de la resistencia de emisor del Q2SC9013, de 100Ω a 68Ω [38], lo que aumentó la ganancia del circuito hasta 25. Finalmente se colocó un potenciómetro de 10 kΩ entre la etapa de pre-amplificación y la de potencia, para regular el nivel de potencia de acuerdo a la necesidad del usuario (Figura 2.1.5).. Figura 2.1.4 Etapa de potencia del pre-amplificador.. Figura 2.1.5 Etapa de potencia del pre-amplificador modificada..

(30) CAPÍTULO 2. DISEÑO DE ESTETOSCOPIO DIGITAL. 2.2. 19. Diseño en PSoC. Para el diseño de los bloques digitales, se utilizó como unidad inteligente un PSoC, (Sistema Programable en un chip), de Cypress Microsystems. Estos son dispositivos inteligentes que ofrecen facilidades de implementación de circuitos analógicos y digitales [39], y han probado ser una solución viable para múltiples aplicaciones. La familia PSoC consiste de varios dispositivos con arreglo de señal mezclada y controlador on-chip. Estos dispositivos son diseñados para remplazar los componentes de los sistemas tradicionales basados en microcontroladores (MCU), por un solo componente, programable y de bajo costo [39]. Un PSoC incluye bloques configurables de lógica digital y analógica, así como interconexiones programables. Esta arquitectura le permite al usuario crear configuraciones de periféricos a la medida, para satisfacer los requerimientos de cada aplicación individual. Adicionalmente se incluyen una CPU rápida, memoria de programa Flash, memoria de datos SRAM, y I/O configurables, con un conjunto diverso de encapsulados [39] [40]. Específicamente, usaremos el chip CY8C24894-24LFXI [40], donde se realizara la digitalización, almacenamiento y transmisión de la información. Este chip ofrece 6 bloques analógicos, 4 bloques digitales y una microcomputadora empotrada de 8 bits, todo configurable, en un encapsulado de 28 terminales por menos de 8,00 USD/unidad. Permite definir qué funciones realizar, cuándo aparecen (re-configuración dinámica) y cómo se interconectan [39] [40]. Además, el PSoC tiene un núcleo microprocesador empotrado M8C con arquitectura Harvard, que puede trabajar hasta 24 MHz; un multiplicador por hardware, que permite implementar funciones básicas de procesamiento digital, así como el control de los convertidores, amplificadores, filtros y demás bloques del sistema. Este dispositivo brinda múltiples opciones de comunicación, destacándose el chequeo que puede realizar de redundancia cíclica (CRC) de 2 a 16 bits, así como la implementación de los estándares: I2C (de Philips), SPI y UART (para comunicación serie), e IrDA (por infra-rojo). Además este módulo posee un puerto para la comunicación a través del puerto USB. Tiene 16 KBytes de memoria de programa flash con protección robusta de lectura/escritura y 1 KBytes de memoria de programa RAM [39] [40]..

(31) CAPÍTULO 2. DISEÑO DE ESTETOSCOPIO DIGITAL. 20. Este chip resulta adecuado por su bajo consumo, incluso a alta velocidad; presentando flexibles modos de reposo (sleep), con corrientes tan bajas como 3 A. Sus voltajes de trabajo van desde 3V hasta 5,25V, aunque puede ser bajado a 1V, usando SMP (switch mode pump) [40].. 2.2.1. Implementación de los módulos de usuario (UM). Para la implementación de los bloques del PSoC, se utilizó el software de diseño PSoC Designer 4.4 [41]. En esta aplicación específica usaremos re-configuración dinámica. Es decir tres configuraciones que se activarán en diferentes momentos, atendiendo a la operación a efectuar por el usuario [41]. La primera es la adquisición de la señal analógica que amplificará, filtrará, digitalizará y almacenará las señales de audio [41]. La próxima función del dispositivo es transmitir la señal digitalizada a la PC, a la que llamaremos descarga. La última operación es la reproducción de la señal almacenada, donde se accedería a la memoria donde estaría la información digital para reproducirla y volver a escuchar la señal de audio adquirida anteriormente..  Adquisición de la señal analógica Para la adquisición de la señal, es necesario amplificarla para así aumentar el nivel de señal a la entrada del conversor A/D (CAD), por lo que se utilizara PGA (amplificador de ganancia programable). Este consta de un bloque analógico de tiempo continuo, con nivel de ruido de 99 nV/ Hz, que ofrece la posibilidad de variar la ganancia y ajustar el offset. Las ganancias del PGA pueden ser múltiplos o divisores de ganancias predeterminadas anteriormente [40] [41]. Luego del PGA sigue el FPB (filtro paso-bajo), que limita las componentes de frecuencia por encima de la mitad de la frecuencia de muestreo del CAD (fs’/2) para evitar el aliasing. Está señal de sonido varía lentamente y no requiere una frecuencia de muestreo tan elevada, por lo que se recomienda muestrear a una razón de fs=4fm (fm es la máxima componente de frecuencia en la señal) para que no se recargue inútilmente la memoria de datos (MEM) [40] [41]..

(32) CAPÍTULO 2. DISEÑO DE ESTETOSCOPIO DIGITAL. 21. El PSoC posee diferentes tipos de CAD, de los cuales seleccionaremos uno, teniendo en cuenta las características de la señal a digitalizar y las propiedades de cada uno de los CAD existentes dentro del PSoC [41] [42]. Entre las posibles opciones, se hallan los de aproximaciones sucesivas (SAR6), del tipo incremental (ADCINC, ADCINC12, ADCINC14, ADCINCVCR) y sigma-delta (DELSIG8, DELSIG11). Teniendo en cuenta resolución, por ciento de uso de la unidad de control de procesos (UCP), latencia, linealidad, ruido, consumo de potencia y de otros recursos (bloques analógicos y digitales, RAM, flash) [41] [42]. Se seleccionó el sigma-delta de 8 bits (DELSIG8) [42] por ser más inmunes al ruido y facilitar el trabajo del FPB como anti-aliasing [41]. Al convertir la señal analógica a digital se hace imprescindible enviarla a un dispositivo de almacenamiento. Esto se realiza a través de un bloque de comunicación SPIM (Serial Peripheral Interconnect master). Para guardar está información existen en la actualidad modernas memorias flash tipo serie, de alta capacidad, pequeño tamaño, bajo consumo y mínimo número de terminales [43], las que pueden conectarse a los PSoC. Una de éstas memorias es la flash externa de 32 Mbits modelo W2SX32VSS16, con un precio de $ 3,63 [43]..  Descarga de la señal digitalizada La descarga de la información hacia una unidad inteligente con cierta potencia de cálculo y posibilidades de visualización se puede realizar mediante diferentes vías de transmisión. En este caso se utilizará un recurso adicional con que cuenta este dispositivo en específico, que es el protocolo USB, que conectado con un SPI master extraería la información de la memoria y la transmitiría a la PC.  Reproducción de la señal digital La última función es la reproducción de los sonidos digitales almacenados en la memoria. Como primer UM se utilizó un SPI master para la comunicación entre el PSoC y la memoria. El próximo paso es la conversión D/A donde el PSoC cuenta con conversores D/A (CDA). Para esto se colocó un CDA del tipo DAC8. Luego le sigue el filtrado a través.

(33) CAPÍTULO 2. DISEÑO DE ESTETOSCOPIO DIGITAL. 22. de un FPB anti-imagen con una frecuencia de corte de 500 Hz. El último UM es un PGA que amplifica la señal analógica para que el médico escuche los sonidos cardíacos con claridad y potencia para lograr un buen diagnóstico médico con una ganancia unitaria, pues ya la señal tiene el nivel de voltaje necesario, evitando así que se sature el PGA..

(34) CAPÍTULO 3. RESULTADOS DEL DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DEL ESTETOSCOPIO DIGITAL. 23. CAPÍTULO 3. RESULTADOS DEL DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DEL ESTETOSCOPIO DIGITAL. En el siguiente capítulo se expondrán los resultados del diseño y construcción del estetoscopio digital, analizándose los resultados obtenidos del front-end y el diseño en PSoC. Además se expondrán los resultados del análisis económico de los componentes del dispositivo. 3.1. Diseño y construcción final del front-end. El diseño final del front-end quedó implementado con cuatro transistores, el primero de estos actúa como pre-amplificador de la señal de audio, los dos siguientes se encargan de proporcionar la potencia necesaria para su escuchar a través de audífonos. El circuito en general se comporta como un filtro pasa-bandas, filtrando la señal de acuerdo a los parámetros de diseño. Además, con el objetivo eliminar el efecto de carga producido por los audífonos, se colocó un transistor 2SC945 que realiza la función de seguidor por emisor con una alta impedancia de entrada y baja impedancia de salida. Con esto se logra que la salida de la señal hacia el PSoC no esté afectada por la carga de los audífonos. El circuito final se muestra en la Fig. 3.1.1..

(35) CAPÍTULO 3. RESULTADOS DEL DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DEL ESTETOSCOPIO DIGITAL. 24. Figura 3.1.1 Circuito final del front-end.. Este circuito presenta como características propias, una impedancia de entrada de 10 kΩ, logrando disminuir la demanda de corriente del micrófono y por ende el consumo del transductor. Presenta además una impedancia de salida de 16 Ω, logrando así la adaptación de impedancia necesaria para el acople de audífonos a la salida del circuito. Según el análisis del punto de operación del circuito obtenido usando el OrCAD 10.5, este presenta una potencia de salida de 0,35 W y presenta un voltaje en el nodo de salida de 1,28V. Por otra parte, opera correctamente con una fuente de corriente directa de 3V, lo que se puede lograr usando dos pilas de 1,5 V de cualquier tamaño, pero en este caso se utilizaron dos pilas AAA por ser de fácil adquisición. 3.1.1. Respuesta de frecuencia final del filtro pasa-bandas. Tras las diferentes pruebas realizadas durante la simulación se obtuvieron valores de frecuencia de corte cercanos a los parámetros de diseño. De 10 Hz en la frecuencia baja esperada, se obtuvo 8,65 Hz. Para las altas frecuencias se obtuvo 501,2 Hz la cual es cercana a los 500 Hz del diseño. La respuesta de frecuencia del filtro se muestra en la Fig. 3.1.2. En la fase de montaje y puesta a punto del circuito se utilizó breadboard,.

(36) CAPÍTULO 3. RESULTADOS DEL DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DEL ESTETOSCOPIO DIGITAL. 25. osciloscopio y multímetro digital. Durante esta fase, se colocó a la entrada del preamplificador una señal sinusoidal de 10mV de amplitud, logrando a la salida una onda de 250 mV de amplitud, lo que se ajusta a los parámetros esperados según la simulación.. Figura 3.1.1 Respuesta de frecuencia del filtro pasa-banda.. Realizada la puesta a punto del dispositivo y la simulación en la breadboard, procedimos a obtener el impreso del circuito utilizando el software Ultiboard 10.1, el cual mostramos a continuación.. Figura 3.1.2 Circuito impreso del front-end..

(37) CAPÍTULO 3. RESULTADOS DEL DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DEL ESTETOSCOPIO DIGITAL. 26. Figura 3.1.3 Vista en 3 D del circuito impreso.. 3.2. Diseño final del PSoC. Para el diseño se utilizó la re-configuración dinámica con tres funciones: adquisición, descarga y reproducción de la señal, con el objetivo de reutilizar los recursos de este chip. Para la implementación de los UM se tuvo en cuenta una señal de entrada al chip Vi que varía entre 240 y 260 mV, con un ancho de banda de 500 Hz. 3.2.1 Configuraciones del PSoC La primera función del dispositivo es adquirir la señal analógica. El módulo inicial es un PGA (amplificador de ganancia programable), que fue programado con una ganancia de 8, con la cual se amplifica la señal, para cubrir así el rango dinámico de CAD. Sigue en la cadena el módulo del filtro paso-bajo con el que eliminamos el aliasing de la señal. Además, fijamos la frecuencia de corte en 500 Hz, con una frecuencia de muestreo de 2 kHz. La salida del FPB se conecta a la entrada del CAD DELSIG8, con una resolución de 8 bits. Este UM realiza la conversión de la señal analógica a digital para su posterior almacenamiento en la memoria flash externa de 32 Mbits modelo W2SX32VSS16. Luego de la digitalización, está presente un SPI master que transmite la información a la memoria flash antes mencionada. Analizando el tiempo de información digital almacenada, se tiene.

(38) CAPÍTULO 3. RESULTADOS DEL DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DEL ESTETOSCOPIO DIGITAL. 27. que tomando 2000 muestras/s con 8 bits de resolución cada una, se pueden almacenar 33 min. de información. La próxima función es la transmisión de la información digital a la PC. Por lo que el primer UM de esta configuración es un SPI master, que extrae la señal almacenada en la memoria externa para su transmisión a través de un UM especial de este chip, Este es un protocolo para puerto USB que transmite la información a la PC para la realización de procesamiento de señales, creación de bases de datos, etc. La última función del PSoC es la encargada de extraer los sonidos digitalizados, guardados en la memoria flash, convertirla a analógica, amplificarla para que sea escuchada por el médico. Para esto, el primer módulo es SPI master para extraer la información almacenada, luego de este UM le sigue un filtro anti-aliasing con una frecuencia de corte de 500 Hz. El próximo paso es la conversión de la señal digital a analógica, para esto se colocó un CDA del tipo DAC8, con 8 bits de resolución, de donde salen niveles de voltaje que entran al último UM de esta configuración. Este último es un PGA que amplifica la señal analógica, para que el médico escuche los sonidos cardíacos con claridad y potencia, para así lograr un buen diagnóstico médico. En esta aplicación específica, al utilizarse la re-configuración dinámica, los recursos de este chip quedan distribuidos en diferentes configuraciones y se activarán dependiendo de la configuración que este en funcionamiento. Luego, la primera configuración usa durante su operación, 2 de los 4 bloques digitales disponibles, 5 de los 6 bloques analógicos. De un total de 1 Kbyte de memoria de datos disponible RAM, solo se emplean 2 bytes por concepto de UM. Por último, de los 16 Kbyte de memoria de programa disponible, se emplean 288 bytes por concepto de UM y 1039 bytes en total. En la Figura se muestra el consumo de los recursos de la primera configuración de adquisición de la señal.. Figura 3.2.1 UM de la configuración Adquisición de la Señal..

(39) CAPÍTULO 3. RESULTADOS DEL DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DEL ESTETOSCOPIO DIGITAL. 28. Figura 3.2.2 Recursos utilizados en la configuración Adquisición de la señal.. La descarga de la señal digitalizada es la próxima función de este dispositivo, donde se consumió 1 bloque digital, de los 4 bloques existentes. Además, se usaron 48 bytes de memoria datos por concepto de UM del Kbyte disponible de memoria de datos. Por ultimo de los 16 Kbyte de memoria de programa disponible, se emplean 2327 bytes por concepto de UM.. Figura 3.2.3 UM de la configuración Descarga.. Figura 3.2.4 Recursos utilizados en la configuración Descarga.. La última configuración de esta aplicación consumió 1 bloque digital, además 5 bloques analógicos. De la memoria de programa disponible se emplearon 363 Bytes por concepto de UM. La Figura muestra el consumo de recursos de la configuración de reproducción..

(40) CAPÍTULO 3. RESULTADOS DEL DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DEL ESTETOSCOPIO DIGITAL. 29. Figura 3.2.5 UM de la configuración Descarga.. Figura 3.2.6 Recursos utilizados en la configuración Reproducción.. 3.3. Análisis económico. En la actualidad los estetoscopios digitales, que presentan entre sus ventajas, almacenamiento y transmisión hacia la PC, son dispositivos muy caros que oscilan entre los 400 y 800 dólares en el mercado mundial. Teniendo en cuenta que los estetoscopios digitales post-procesamiento de las señales, creación de bases de datos, así como en la telemedicina. Por lo tanto, se puede realizar el diseño y construcción de un estetoscopio digital cuyo costo de construcción no excede los 11 dólares americanos. Esto se puede observar en la tabla presente a continuación. Además, estos componentes son de fácil adquisición en el mercado, por lo que este dispositivo a este costo podría estar al alcance de nuestros médicos para realizar un buen diagnóstico médico.. Tabla 3.1 Costo económico del Estetoscopio Digital. Descripción. Vendedor. Estado. Precio (USD). Fabricante. BJT_NPN, 2SC945 Digi-Key CAP_ELECTROLIT, 1µF 5% Digi-Key. Lead free / RoHS compliant 0,03240. NEC Electronics. Lead free / RoHS compliant 0,03241. Panasonic - ECG. RESISTOR, 1kΩ 5%. Digi-Key. Lead free / RoHS compliant 0,03242. Yageo. RESISTOR, 10kΩ 5%. Digi-Key. Lead free / RoHS compliant 0,03243. Yageo. RESISTOR, 510Ω 5%. Digi-Key. Lead free / RoHS compliant 0,03244. Yageo.

(41) CAPÍTULO 3. RESULTADOS DEL DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DEL ESTETOSCOPIO DIGITAL. RESISTOR, 1MΩ 5%. Digi-Key. Lead free / RoHS compliant 0,03245. Yageo. RESISTOR, 68Ω 5% CAP_ELECTROLIT, 4,7µF 5% CAP_ELECTROLIT, 4,7µF 5%. Digi-Key. Lead free / RoHS compliant 0,03246. Yageo. Digi-Key. Lead free / RoHS compliant 0,03247. Panasonic - ECG. Digi-Key. Lead free / RoHS compliant 0,03248. Panasonic - ECG. RESISTOR, 100Ω 5%. Digi-Key. Lead free / RoHS compliant 0,03249. Yageo. RESISTOR, 1,5kΩ 5%. Digi-Key. Lead free / RoHS compliant 0,03250. Yageo. RESISTOR, 16Ω 5%. Digi-Key. Lead free / RoHS compliant 0,03251. Yageo. RESISTOR, 39kΩ 5%. Digi-Key. Lead free / RoHS compliant 0,03252. Yageo. CAPACITOR, 220µF 5% Digi-Key. Lead free / RoHS compliant 0,03253. Panasonic - ECG. CAPACITOR, 100nF 5% Digi-Key. Lead free / RoHS compliant 0,03254. Panasonic - ECG. CAPACITOR, 300pF 5% Digi-Key. Lead free / RoHS compliant 0,03255. Murata Electronics. RESISTOR, 360Ω 5%. Digi-Key. Lead free / RoHS compliant 0,03256. Yageo. 2SC9014, 2SC9014. Digi-Key. Lead free / RoHS compliant 0,03257. Micro Comercial Co. 2SC9013, 2SC9013 POTENTIOMETER, 10kΩ. Digi-Key. Lead free / RoHS compliant 0,03258. Micro Comercial Co. Digi-Key. Lead free / RoHS compliant 0,03259. Yageo. LED_green. Digi-Key. Lead free / RoHS compliant 0,03260. Yageo. RESISTOR, 220Ω 5%. Digi-Key. Lead free / RoHS compliant 0,06400. Yageo. RESISTOR, 1kΩ 5% Digi-Key CAP_ELECTROLIT, 1µF 5% Digi-Key. Lead free / RoHS compliant 0,05800. Yageo. Lead free / RoHS compliant 0,14000. PSoC. Digi-Key. Lead free / RoHS compliant 7,15. Panasonic - ECG Cypress Semiconductor Corp.. MEMORIA FLASH. Digi-Key. Lead free / RoHS compliant 3,63. Yageo. PRECIO TOTAL. 3.4. 30. 10,78. Conclusiones del capítulo. En este capítulo se describieron los resultados obtenidos durante el diseño y construcción del estetoscopio digital. Se logró construir el bloque de acondicionamiento analógico de la señal de entrada, al cual se le realizaron pruebas en la Clínica Veterinaria de Santa Clara, obteniéndose buenos resultados. Además, se realizó el diseño del estetoscopio digital utilizando como unidad inteligente el microcontrolador CY8C24894-24LFXI. Aunque no se concluyó la construcción del estetoscopio digital, por la falta del Kit de desarrollo, está listo para realizar su montaje y pruebas finales..

(42) CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES. Conclusiones 1. Se diseñó y construyó un circuito sencillo para mejorar el diagnóstico de los médicos.. 2. Se comprobó utilidad y limitaciones de herramientas de diseño: OrCAD 10.5, Multisim&Ultiboard 10.1 y se adquirieron habilidades prácticas durante el diseño, simulación y puesta a punto del dispositivo.. 3. Se logró el diseño y construcción del estetoscopio digital, con el cual se mejora el diagnóstico médico, siendo además un equipo práctico, barato y de fácil construcción.. Recomendaciones 1. Generalizar esta experiencia con fines didácticos en otros centros donde se imparta la carrera de Ing. Biomédica.. 2. Generalizar la construcción de este equipo a todas las instituciones médicas, ya sean del hombre como de animales.. 31.

(43) CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES. 32.

(44) ANEXOS. 33. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS. [1]. L. J. L. Obradors, (2002) "Análisis acústico del sonido respiratorio traqueal durante las maniobras de espiración forzada. Comparación entre sujetos sanos y pacientes afectos de asma bronquial durante la prueba broncodilatadora", in Departamento de Medicina, Barcelona, Universidad Autónoma de Barcelona. 9-12, 63-68, disponible en: http://www.tdr.cesca.es/TESIS_UAB/AVAILABLE/TDX-1114103143003//llo1de1.pdf [Accesado el día 15 de Marzo de 2009].. [2]. J. L. S. T. Marcela A. Barajas, (2001) "Sistema Digital para el Apoyo, Registro y Almacenamiento de la Auscultación." [En Línea], disponible en: http://triton.javeriana.edu.co/carrera/tgrado/2002-1/ascultacion.pdf [Accesado el día 7 de Mayo de 2009].. [3]. L. Z. S. Mejía, A Tamayo, O Cardona, (2005) "Diseño de un Fonendoscopio Digital para la Red de Telemedicina de Antioquia (RTA)". [En Línea], disponible en: http://www.memsocbio.sld.cu/habana2005/arrepdf/T102.PDF [Accesado el día 10 de Febrero de 2009].. [4]. J. G. Webster, "Measurement Instrumentation and Sensors Handbook", Ed: Second Edition, Prentice Hall, (1998), 75-2, 80-1. [5]. J. D. Bronzino, "The Biomedical Engineering Handbook", Ed: Third Edition, CRC Press Inc., (2006), 806. [6]. S. M. M. Sara L. Valdés, Andrés S. Alonso, Carlos F. Labandera, (2004) "Pruebas Diagnósticas". [En Línea], disponible en: http://www.saludalia.com/docs/Salud/web_saludalia/pruebas_diagnosticas/doc/doc_ auscultacion_respiratorio.htm [Accesado el día 10 de Febrero de 2009].. [7]. A. Schrider, (2008) "Sonidos Respiratorios". [En Línea], disponible en: http ://www.nlm.nih.gov/medlineplus/spanish/ency/ [Accesado el día 15 Enero de 2009].. [8]. A. Berger, (2008) "Soplos o ruidos cardíacos anormales ". [En Línea], disponible en: http://www.nlm.nih.gov/medlineplus/spanish/ency/article/003266.htm [Accesado el día 10 de Febrero de 2009].. [9]. A. T. Society, (1997) "Respiratory Advances Beyond the Stethoscope," American Journal of Respiratory and Critical Care Medicine, vol. 156, pp. 974-987, [En Línea] disponible en:http://ajrccm.atsjournals.org/cgi/content/full/156/3/974 [Accesado el día 5 de Mayo de 2009]..

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