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INSTITUTO TECNOLÓGICO DE TIJUANA
DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA
ANTEPROYECTO
Mejora de monitoreo de los sensores de temperatura y pulsioxímetro en áreas
neonatales.
Ingeniería Biomédica Duran Magaña Kenia 18210119 Lorenzana Belli Iván 19212409 Talavera Pérez Fernanda 19212439 Velázquez Montoya Ismael 19212445 Lugar de realización: a. Instituto Tecnológico de Tijuana. b. Blvd. Limón Padilla (Industrial) y Ave. ITR Tijuana s/n, Mesa de Otay, C.P. 22500. c. Organigrama. Docente M.C. Manuel de Jesús García Ortega Dr. José Ricardo Cárdenas Valdez
Indice.
- Introducción
- Antecedentes
- Planteamiento del problema
- Delimitación
- Objetivos
- 5.1 Objetivo general
- 5.2 Objetivos específicos
- Metodología
- 6.1 Diagrama de flujo preliminar de la operación.........................................
- 6.2 LabVIEW
- 6.3 Diseño de la incubadora neonatal..........................................................
- 6.3.1 Especificaciones de la incubadora.
- Cronograma de actividades
- Justificación
- Resultados esperados
- Asignaturas de la carrera que se aplicarán
- Referencias
- Planteamiento del problema: Estadísticas de muerte neonatales en México y como el sector salud a descuidado un poco la parte de monitoreo neonatal. En la sección de objetivos se señaló como se proporcionará una interfaz de usuario que permita almacenar los datos del área neonatal, con el fin de facilitar su monitoreo y almacenamiento de datos. Con respecto a la metodología se desglosan los pasos y softwares utilizados para el desarrollo de la interfaz de incubadora neonatal y paciente, así como el almacenamiento de estos en una pagina web disponible para el hospital y padres de familia, obteniendo gran parte de los resultados esperados. Un punto importante a tener en cuenta es que dichos dispositivos deben funcionar de manera óptima para garantizar que se cumpla con su objetivo principal, por esta razón setrata de construir un prototipo funcional, el cual cumpla con las especificaciones técnicas mínimas requeridas para que estos equipos.
2. Antecedentes
Estudios anteriores se enfocan en la determinación del problema y él porque es necesario el desarrollo de un dispositivo que presente mejores especificaciones de comportamiento en algunos de los parámetros de estudio. Según estos estudios en el año 2014 se presentaron 14845 muertes de neonatos en Turquía a causa de las incubadoras en las que los bebes fueron colocados durante su estadía en la unidad de cuidados intensivos. Las fallas que las incubadoras neonatales presentaron durante el estudio no habían sido visibles debido a que los analizadores muestran deficiencias en cuanto a la exactitud con que presenta los datos y falta de parámetros a medir, como lo son saturación de oxígeno dentro de la incubadora y radiación de luz UV y la falta de exactitud de la temperatura, causando que aquellas incubadoras que tienen fallas del termostato o calefactor presenten temperaturas dentro de la incubadora superiores o inferiores a las deseadas, y al no ser esta anomalía detectada es otra causa de riesgo para el neonato [ 1 ] Existe evidencia observacional analítica por vigilancia epidemiológica, experimental y resultados de investigación cualitativa llevado a cabo en áreas de neonatología que sugieren que las políticas de dichas instalaciones en unidad abierta (padres pueden entrar a cualquier hora y permanecer el tiempo que deseen y estar con su hijo) favorece el vínculo. En Colombia el Instituto Nacional de Salud (INS), monitorea el comportamiento de los eventos de mortalidad neonatal y perinatal en todas las regiones del país mediante el proceso de vigilancia en salud pública de la mortalidad perinatal y neonatal tardía, agrupando los principales factores de riesgo y las causas de muerte frecuentes, brindando herramientas para orientar las decisiones en torno a la disminución de la tasa de mortalidad y la mejora de la atención antes, durante y después del nacimiento. La mortalidad perinatal y neonatal tardía es considerado un problema en salud pública porque es un indicador del desarrollo económico y de la calidad de vida de las madres gestantes, los bebés y sus familias, así como de los servicios de salud en términos de acceso, cobertura y la calidad de la atención [ 2 ]
4. Delimitación
Con la realización del presente proyecto se pretende que el alcance sea que se pueda consultar y revisar la información al momento por medio de la interfaz propuesta a realizarse, es decir, a distancia, para una consulta eficaz. Como limitación se encuentra, que, al utilizarse medios digitales y electrónicos, existe la posibilidad de que ellos puedan llegar a fallar y falsear la información dada. La propuesta realizada consta de material físico con posibilidad de mejora por lo que los resultados teóricos, así como conocimientos básicos de circuitos eléctricos, electrónica analógica y electrónica digital. La realización de una nueva página para almacenamientos de datos obtenidos en las señales de los sensores, es un proceso un tanto complicado ya que se deberán convertir de señales analógicas obtenidas por el sensor (hardware) ya sea de temperatura o pulsioxímetro, a digitales, donde estas se almacenarán en una página web controlada por usuarios restringidos tales como los médicos, enfermeros de la UCIN y personal a cargo de los pacientes neonatales. Se tienen como asesores internos a los docentes M.C. Manuel de Jesús García Ortega y al Dr. José Ricardo Cárdenas Valdez al ser ellos los que revisaron la propuesta de anteproyecto, sin embargo, al estar enfocados en lo que vendría siendo instrumentación virtual y un tanto el desarrollo de un servidor para tener activa una página web, se tiene planeado para desarrollarlo a futuro buscar asesoría del docente Arturo Sotelo Orozco al tener por expertos el área de Instrumentación virtual y el entorno de desarrollo LabVIEW, también se buscará el apoyo y asesoría adicional por parte del docente Fortunato Ramírez Arzarte, ya que él está especializado en el área de Sistemas de Cómputo y Redes dentro del departamento de Electrica-Biomedica. Como primer paso se planea el proyecto como investigación de técnicas y métodos adecuados para una próxima implementación en físico a futuro. Por lo que será necesario una ardua documentación respecto a los Software de instrumentación virtual y al desarrollo de servidores y manejo de Bases de Datos. Se tienen conocimientos básicos de LabVIEW por lo que el diseño interno del diagrama de bloques está abiertos a mejoras.
5. Objetivos
5.1 Objetivo general
Desarrollar una mejora en el área de cuidados neonatales con el propósito de mejorar su monitoreo. Proporcionando una interfaz de usuario que permita almacenar los datos del área neonatal, con el fin de facilitar su monitoreo y almacenamiento de datos donde sea más sencillo realizar las tareas del personal asignado en el área. Donde a través de esta interfaz de usuario el personal puede monitorear el área a distancia y mantener una vigilancia constante.
5.2 Objetivos específicos
● Se propone el diseño de una interfaz equiparada a la incubadora, que permita el monitoreo de los signos vitales de los pacientes neonatos (temperatura, pulso, respiración, oximetría, etc.), que tenga la posibilidad de mandar alertas o señales al personal a cargo de los pacientes en la Unidad de Cuidados Intensivos Neonatales, en caso de haber alguna anormalidad dentro de estos signos vitales. ● Se creará una incubadora, la cual cuente con distintos sensores que ayuden al correcto monitoreo de los SV, que a su vez almacenará estos datos para después ser almacenados en la base de datos de la página web que se planea realizar. ● Agilizar el nivel de respuesta del personal con señales de alerta en caso de haber signos vitales fuera de los rangos establecidos. ● Almacenamiento de SV en la base de datos de página web de las incubadoras.
6.2 LabVIEW El diagrama de bloques se divide en 3 secciones importantes en las que se basa su funcionamiento, la parte exterior, la que se encuentra dentro del ciclo while, y la del Case structure. En la parte exterior se encuentran los bloques necesarios para la Inicialización de la conexión con el puerto serial del Arduino, el cual consta de un controlador VISA resource name, para seleccionar el puerto de comunicaciones el cual se encuentra ligado a la computadora y el Arduino, las siguientes dos constantes se encargan de manejar la frecuencia del canal serial y su espera en tiempo de respuesta, en dado caso de que esta última falle, se generará un error para verificar conexiones, como se muestra en la ilustración 5. Posteriormente tenemos la estructura de un ciclo while en el cual encierra gran parte del diagrama de bloques para que este se siga ejecutando más de una vez, los elementos más destacables son los botones de "OK Button" y de "Stop", "OK Button" envía una señal verdadera para que se ejecute dentro del case structure y así poder dar inicio a la lectura, visualización y captura de datos. Por último se tienen los Case structures, que solamente se ejecutarán, cuando el botón "OK Button" esté encendido, los bloques VISA READ, se encargan de leer los datos obtenidos en el puerto serial, esta información se encuentra concatenada separada por simples comas, el siguiente paso es separar estos datos, con la ayuda del bloque "Spreadsheet String to array", el cual separa la cadena de caracteres, en cinco datos distintos, la clave para la separación es hacer una buena inicialización y configuración del bloque. Una vez obtenido de manera individual los datos, estos pueden ser desplegados ya sea en una gráfica o de manera numérica, inclusive se usó los datos de tipo binario para controlar el apagado y encendido de un ventilador y focos.
Ilustración 2 : Diagrama de bloques, LabVIEW. Los registradores de datos pueden recopilar los signos vitales que describen la temperatura, temperatura ambiental, frecuencia cardiaca, frecuencia respiratoria y oximetría, esto gracias al uso de sensores remotos, que por medio de la interfaz de LabVIEW transmiten la información a la base de datos y después estos pueden ser visualizados por medio de una computadora. 6.3 Diseño de la incubadora neonatal. Se diseñó un prototipo en el software de Autocad como se muestra en la ilustración 3, donde se observan tres secciones en el contorno de la figura, caja de base, la sección de ventiladores y las ranuras para la movilidad considerando las dimensiones; 80 cm de largo, 40 cm de ancho y 60 cm de altura.
● Presupuesto de potencia eléctrica: Se utilizará el voltaje de salida del microcontrolador Arduino 1 el cual es de 5 volts con una corriente de 500mA, dando como resultado 2.5 W que será nuestra potencia máxima a utilizar en el Arduino. Para el ventilador de utilizan 0.2 A, aplicando los mismos 5V obtenemos 1W de potencia por el ventilador. El sensor LM35, que es el sensor de temperatura a utilizar, requiere de 5v para funcionar generando una corriente de 114 μA, consumiendo así 5.7 X 10 -^4 W. Así mismo el sensor MAX 30102 utilizado para el pulsímetro requiere de 2 V generando 600 μA, que al final consume una potencia de 1.2 mW El sensor de humedad y temperatura DTH11, se utiliza 2.5mA y 5V, para dar un total de 0.32 W. [ 6 ] Para la pantalla OLED SSD1306, se tiene un consumo de 0.5 W conformado por una fuente de alimentación de 5V, y un amperaje de 0.1 A. Para el LED de color verde, se tiene previsto un consumo aproximado de 3.6 W. [ 7 ] ● Tiempo de respuesta: 16Mhz, cerca de 62.5 nanosegundos pico-pico
7. Cronograma de actividades
Actividades Mes Mayo Junio Semana 1 2 3 4 1 2 3 4 5 Propuesta de ideas x Investigación del Marco Teórico necesario x Bocetos y diagramas x Planteamiento de la Problemática x Desarrollo del prototipo x Desarrollo de la base de datos x Desarrollo de la página web x Visitas con asesor interno x Documentación x
8. Justificación
Los primeros 28 días de vida periodo neonatal son los más vulnerables para la sobrevivencia de niños [ 3 ], las muertes en la etapa neonatal tienen principalmente un origen obstétrico, por una pobre salud materna, inadecuada atención materna, mal manejo de complicaciones durante el embarazo y parto, mala higiene durante el parto y en las primeras horas de vida y ausencia de cuidados del recién nacido. Con el rápido crecimiento de la población mexicana, los hospitales se enfrentan al problema de no contar con suficiente personal capacitado o el equipo médico necesario para atender a los recién nacidos, los problemas de no atender a tiempo las necesidades médicas de un recién nacido, a la larga pueden ocasionar una pérdida de capacidades físicas y en algunas ocasiones capacidades motrices del paciente, ya que estas secuelas pueden ocasionar daños considerables que serán más y más notorios con el paso del tiempo. Nuestra atención está dirigida a la rápida y concisa atención del neonato, el mero hecho de que tantas vidas se pierdan por la falta de personal médico es inaceptable. Desde el final del periodo neonatal y durante los primeros 5 años de vida, las principales causas de muerte son la neumonía, la diarrea, los defectos congénitos y el paludismo (Malaria). La malnutrición es el factor concomitante subyacente que agudiza la vulnerabilidad de los niños a las enfermedades graves. Es por estas razones que surge la idea de este proyecto, que va dirigido a la sección de la población infantil más vulnerable. Sabemos que la captura de datos manual para una óptima atención médica suele ser muy tardados o difíciles, porque en su mayoría al tener tiempos tan alejados un dato del otro, no permiten obtener datos útiles en relación a la hora y fecha que se realizó la captura de datos, que sean de ayuda al personal médico para un correcto diagnóstico. El diseño de una incubadora neonatal se inició tomando en cuenta las necesidades y datos que son necesarios recolectar como lo son la temperatura. Partiendo de separar la actividad de diseño a bajo nivel de la instrumentación, igual que las actividades de análisis y diseño aíslan las consideraciones de lo que se desea de la estructura que logrará los resultados deseados.
Ilustración 6 : Signos vitales registrados de cada paciente. Por parte del apartado de LabVIEW el panel frontal funcionando queda la posibilidad de mejora presentando comenzando en este primer prototipo. Ilustración 7 : Panel frontal, control de temperatura y pulsioxímetro en funcionamiento.
La página web cumple el propósito de poder controlar y monitorear los signos vitales de diferentes pacientes. Los pacientes solamente tendrán acceso a su propia información, mientras que los médicos pueden acceder a la de cualquier paciente que se le haya asignado, ya sea para monitorear o para capturar los datos principales del neonato, tales como el sexo, fecha de nacimiento, padres entre otros, se muestra en la ilustración 9. Ilustración 8 : Pagina web, Principal UCIN Ilustración 9 : Registro del neonato
10. Asignaturas de la carrera que se aplicarán
● Instrumentación Virtual ● Microcontroladores ● Sensores y Actuadores ● Programación orientada a objetos ● Física medica ● Electrónica digital y analógica
Referencias
[1] Agudelo LFU. Diseño de un dispositivo para el análisis completo de incubadoras neonatales. Universidad de los Andes, Colombia; 2016. [2] Alejandro Muñoz Juanias D. SISTEMA PARA MONITOREO Y SUPERVISIÓN DE VARIABLES Y CONDICIONES DE FUNCIONAMIENTO EN INCUBADORAS NEONATALES A TRAVÉS DE INTERNET DE LAS COSAS IoT. [PROGRAMA DE INGENIERÍA BIOMÉDICA]: UNIVERSIDAD DEL ROSARIO; 2020. [ 3 ] OMS. "Mejorar la supervivencia y el bienestar de los recién nacidos". WHO | World Health,Organization.https://www.who.int/es/news-room/fact-sheets/detail/newborns- reducing-mortalityn [ 4 ] Organización Mundial de la Salud (OMS). [Internet]. Disminuye la mortalidad neonatal, pero aumenta su proporción en la mortalidad en la niñez a escala mundial. Informe de un Grupo Científico de la OMS. Ginebra: OMS;2011. Disponible en http://www.who.int/mediacentre/news/releases/2011/newborn_deaths_20110830/es/ [ 5 ] de Andrade M. Incubadora Neonatal [Internet]. Definición ABC. 2017A. Available from: https://www.definicionabc.com/ciencia/incubadora-neonatal.php [ 6 ] MAX30102 Sensor Pulso Concentración Oxígeno [Internet]. UNIT ELECTRONICS.
- Available from: https://uelectronics.com/producto/max30102-sensor-pulso- concentracion-oxigeno/ [ 7 ] Sensor de Temperatura analógico LM35 [Internet]. Naylamp Mechatronics - Perú.
- Available from: https://naylampmechatronics.com/sensores-temperatura-y- humedad/234-sensor-de-temperatura-analogico-lm35.html [ 8 ] Icteria [Internet]. 2021. Available from: https://www.cancer.gov/espanol/publicaciones/diccionarios/diccionario-cancer/def/ictericia
