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Aliviar la presión

Los medidores de presión sanguínea se utilizan habitualmente en hospitales y consultas médicas de todo el mundo dentro del procedimiento normal para comprobar la salud de los pacientes, sea cual sea el motivo de su visita. Debido al crecimiento de Internet de las Cosas y de la supervisión remota de los pacientes, es probable que también los veamos en muchos hogares. Un medidor de presión sanguínea mide las presiones sistólica y diastólica mediante detección oscilométrica, es decir, utilizando un sensor electrónico de presión con lectura numérica. La lectura de la presión sanguínea se indica normalmente con dos cifras, una encima de otra. La cifra superior – sistólica – es la presión en las arterias cuando se contrae el músculo del corazón. La cifra inferior – diastólica – es la presión en las arterias entre los latidos del corazón, que es cuando el músculo del corazón descansa entre latidos y se llena de sangre. Generalmente, una bomba y una válvula controladas de forma eléctrica inflan y desinflan del brazalete, que se puede ajustar sobre la muñeca o, más comúnmente, sobre la parte superior del brazo. El brazalete se infla hasta que supera la presión sistólica y a continuación se reduce hasta situarse por debajo de la presión diastólica. Esta demostración de un medidor digital de la presión sanguínea puede medir la presión de la sangre y el pulso cardíaco durante el proceso.

El medidor es un dispositivo no invasivo y se puede construir utilizando un amplificador de instrumentación y un microcontrolador de 16 bit. El diagrama de bloques de la Fig. 1 muestra un ejemplo en el que se ha utilizado un amplificador MCP6N16 y un microcontrolador PIC24F de Microchip. El principio de medida durante el inflado reduce el tiempo total de medida, lo cual reduce a su vez la incomodidad provocada por la presión en el brazalete. Una vez que el motor ha llevado la presión hasta 30mmHg en modo rápido, el motor pasa a modo lento gradualmente e infla el brazalete de forma lineal. Cuando la presión el brazalete es lo suficientemente alta como para empezar a constreñir el flujo sanguíneo, el pulso arterial pasa a ser detectable por el sensor de presión. Llegados a este punto, la forma de onda capturada en el canal ADC2 (la salida del filtro paso alto analógico) empieza a indicar el comienzo de la señal de oscilación de la presión sanguínea.
La señal de oscilación se filtra a continuación mediante un filtro de media móvil en dos pasos. La presión arterial media (mean arterial pressure, MAP) es la presión del brazalete que corresponde a la señal de oscilación máxima. A partir del algoritmo específico para el cálculo de la presión sanguínea se pueden determinar la presión sistólica (systolic pressure, SYS) y la presión diastólica (diastolic pressure, DIA), utilizando para ello el valor de MAP y una tabla de consulta con fórmulas empíricas, como muestra la Fig. 3. El proceso de inflado finaliza automáticamente cuando la presión alcanza un valor determinado. La frecuencia cardíaca se puede calcular a partir de la frecuencia de muestreo del convertidor A/D y de los números de muestras obtenidos en múltiples pulsos consecutivos.

Etapa de entrada analógica

El amplificador (INA) se utiliza para acondicionar la señal analógica adquirida en el puente de Wheatstone del sensor de presión del aire. La ganancia total del INA se ajusta a 101V/V. La señal de salida del amplificador se divide en dos rutas. Una de ellas representa la presión del brazalete y está conectada al canal ADC1 del microcontrolador. Otra ruta atraviesa el filtro paso alto activo de dos polos, con frecuencias de corte de 0,48 y 4,8 Hz, y una ganancia de 92. El filtro paso alto está formado por uno de los amplificadores operacionales internos del microcontrolador. La salida del filtro paso alto representa la señal de oscilación y se envía al canal ADC2 del microcontrolador.

Microcontrolador

El microcontrolador proporciona un convertidor A/D segmentado de alta velocidad de 12 bit. La señal de presión del brazalete y la señal de oscilación se muestrean a 250 Hz por el convertidor A/D de 12 bit. Este sistema de demostración – destinado a evaluación y desarrollo, pero no para uso médico – emplea uno de los amplificadores operacionales internos del microcontrolador para construir el filtro paso alto analógico. También utiliza uno de los convertidores D/A internos de 10 bit con tensión de salida con buffer para suministrar un nivel de offset de CC ajustable como polarización para el amplificador operacional. La tecnología de detección mTouch de Microchip se implementa en el firmware para los paneles táctiles capacitivos que utilizan la unidad de medida del tiempo de carga (charge time measurement unit, CTMU) del microcontrolador. Por su parte, el sensor de presión del aire necesita una corriente de alimentación estable de 100μA CC, también proporcionada por la CTMU. La demostración emplea el módulo PWM (pulse-width modulation) del microcontrolador para control el motor de la bomba de aire de forma que trabaje en modo de velocidad rápida o lenta. El ruido generado por el motor en funcionamiento puede interferir con la medida de presión durante el inflado. El diseño del circuito, el firmware y el trazado de la placa de circuito impreso tratan de reducir el ruido del motor. Los resultados de la presión sanguínea y la frecuencia cardíaca se pueden enviar a un visualizador LCD, un interface USB y un interface inalámbrico. El microcontrolador integra un controlador de LCD que genera los datos y el control de temporización necesarios para controlar directamente un visualizador LCD estático o multiplexado. Esta demostración utiliza el interface USB On- The-Go del microcontrolador para las comunicaciones de datos, así como la fuente de alimentación principal de 5V.

Para comunicaciones inalámbricas, el puerto SPI o UART del microcontrolador se conecta un módulo RN42 Bluetooth o a un módulo RN171 Wifi de Microchip. El visualizador LCD también muestra un reloj en tiempo real, utilizando para ello el reloj en tiempo real del microcontrolador y el módulo de calendario, que pueden funcionar en modo dormido profundo. La alimentación principal de entrada se obtiene de cuatro pilas alcalinas AAA de 1,5V o de la línea VBus de USB. El LDO MCP1802 convierte la tensión principal de entrada de 5 o 6V a la VDD de 3,3V.

En el firmware se implementa un filtro de media móvil en dos pasos con una frecuencia de corte de 3,5 Hz. Filtra las muestras brutas del convertidor A/D adquiridas en cada canal del convertidor A/D. Esta demostración emplea un algoritmo específico para el cálculo de la presión sanguínea y que fue desarrollado a partir de un artículo académico de dominio público escrito en 2012 por Wang Wei-Wei, Pu Bao-Ming, He Bao-Yue y Li Sheng-Jin en el Journal of Computer Systems & Applications. Conclusión El medidor de presión sanguínea es una de las herramientas básicas para los profesionales de la medicina. Para la construcción del circuito electrónico mostrado en esta demostración se han utilizado un amplificador de instrumentación y un microcontrolador de 16 bit.



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