CAPITULO IV ANALISIS DE RESULTADOS

A continuacin se presentan los resultados obtenidos con el diseo e implementacin de un prototipo de espirmetro digital, el cual es capaz de medir la capacidad pulmonar de un paciente. La informacin obtenida es mostrada en una pantalla LCD y se enva posteriormente al ordenador para distintas aplicaciones como almacenamiento y visualizacin local y remota.

4.1 Diseo

El equipo biomdico prototipo diseado es capaz de medir la capacidad pulmonar de un paciente. Su principio de funcionamiento se basa en el movimiento de una turbina, que gira por efecto del aire espirado por el paciente, de tal manera de excitar a un par de optoacopladores, cuya seal va a un circuito de acondicionamiento y posteriormente a un microcontrolador, para procesar la informacin. Luego del procesamiento, se pueden observar los valores obtenidos de FVC, FEV1 y %FEV1 en una pantalla LCD. El equipo puede contar con dos fuentes de alimentacin seleccionables por medio de un interruptor; una proporcionada por una batera de 9v y otra por medio de la conexin USB al ordenador. En caso de estar conectada al ordenador, los valores obtenidos son enviados a este a travs de la conexin USB, y visualizados en una interfaz grfica desarrollada en Visual Basic 6.0. A continuacin se puede observar de forma general un diagrama en bloques del equipo.31

Sensor

Circuito de Acondicionamiento

Alimentacin Externa +9V

Optoacopladores Regulacin +5V

Selector de Alimentacion Visualizacin Pantalla LCD 20x4 Microcontrolador PIC 18F4550

Ordenador

Conexin al Ordenador

Comunicacin USB

Figura 4.1. Diagrama en Bloques general del espirmetro digital Elaboracin propia

4.2 Consideraciones de Diseo

Para la elaboracin del diseo, se estudiaron distintos tipos de sensores utilizados en espirmetros comerciales y prototipos desarrollados por otras universidades. Entre los sensores estudiados se encontraban, sensores de presin, sensores piezoelctricos, turbinas con optoacopladores, un motor DC, entre otros.32

Luego de haber estudiado todos estos, se decidi utilizar una turbina con optoacopladores, los cuales son excitados cuando esta gira, cortando el haz de luz y generando un tren de pulsos que van a un circuito de acondicionamiento, para que puedan ser procesados por el microcontrolador. Luego de procesados los datos, se deban enviar al ordenador; se decidi que la comunicacin seria a travs del puerto USB, haciendo que este emulara un puerto serial. Se desarrollo una pequea aplicacin en Visual Basic 6.0 para observar los datos obtenidos en el ordenador. Adems, los datos obtenidos tambin se envan a una pantalla LCD.

Es importante resaltar que paralelamente al desarrollo de este proyecto, se est desarrollando otro, en el cual se generaran las graficas de Flujo-Volumen y Volumen-Tiempo con los datos obtenidos del prototipo.

4.3 Descripcin del diseo

A continuacin se explica como fue diseado tanto el hardware como el software del equipo.

4.3.1 Diseo final del hardware

Para el diseo y construccin de este equipo, fue necesario disear el hardware para su funcionamiento. El diseo se dividi en varias etapas, las cuales son: Diseo del sensor y circuito de acondicionamiento, circuito de control y procesamiento de la seal, etapa de envo de informacin a la LCD, etapa de envo de informacin al ordenador y etapa de alimentacin.33

4.3.1.1 Sensor y circuito de acondicionamiento

El prototipo de sensor,

se construyo utilizando una turbina y un par de

optoacopladores, los cuales, son excitados por la turbina que gira por efecto de la espiracin del paciente. Para la construccin de espirmetros secos, existen varios tipos de sensores que se pueden utilizar, pero todos tienen algo en comn: miden el flujo espirado y esta seal luego es integrada en un microprocesador, para as obtener el volumen de aire espirado por la persona. De todos los sensores estudiados, se decidi utilizar la turbina, por ser el ms sencillo de disear e implementar y menos costoso de construir.

Utilizando una reduccin de tubera de agua 3 a 2 se hizo el diseo mecnico del prototipo, colocando la turbina dentro de esta. Se tomo una tapa de 2 y se perforo, colocando dentro del hueco un tubo de aproximadamente 1. Esta tapa se coloco al prototipo, utilizando el tubo de 1 como boquilla, para que la persona espire por all. Por higiene, sobre la boquilla se coloca un pedazo de manguera de 1 y 1/2, que es intercambiable. A la turbina, la cual posee 11 labes, se le colocaron 2 optoacopladores, los cuales generan un pulso cada vez que alguno de los labes corta el haz de luz que va del emisor al receptor. En la figura 4.2 se puede observar un plano sencillo del sensor y en la figura 4.3 dos fotos del mismo.

Para la polarizacin de los optoacopladores se conecto una resistencia de 1k entre el nodo del diodo emisor y la alimentacin del circuito y el ctodo del diodo emisor a tierra. En el receptor o fototransistor, el emisor se conecto a tierra y el colector a una resistencia de 47K y esta la alimentacin del circuito. El pin base del fototransistor, se dejo no conectado.

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Figura 4.2 Plano lateral y frontal del sensor del EspirmetroElaboracin propia

Figura 4.3 Foto lateral y frontal del EspirmetroElaboracin propia

Cuando la seal del emisor llega al receptor, la salida es de 1V; si la seal llega la salida es de 5V. Para que el microcontrolador pudiera interpretar esta seal, era necesario llevarla a valores TTL, ya que tomaba el valor de 1V como 1 lgico.35

Por esta razn se tomo la salida de los optoacopladores y se llevo a un amplificador operacional (LM324) en modo comparador. En un pin del operacional se coloco la salida del optoacoplador, y en la otra un voltaje de aproximadamente 2.5 V, alimentando este con 5V y tierra. Como resultado, se obtiene una seal con dos valores: 0V o 5V, la cual se enva al circuito de acondicionamiento para posteriormente enviarla al microcontrolador.

Para evitar errores en el conteo, se conecto la salida del operacional a un circuito antirrebote, diseado con una compuerta 7414, un capacitor de 1f y una resistencia de 1k. En la figura 4.4, puede observarse el diagrama del circuito electrnico utilizado para la polarizacin del sensor y el acondicionamiento de la correspondiente seal.

4.3.1.2 Circuito de control y procesamiento de la seal

El circuito de control y procesamiento de la seal est compuesto por el microcontrolador PIC18f4550. La configuracin del microcontrolador se realiza internamente; esto es al momento de realizar el programa de control de los comandos para la captura de las seales enviadas por el sensor, fue necesario configurar las velocidades de adquisicin y procesamiento, y todo esto fue ejecutado por la herramienta de programacin PIC C Compiler (CCS). El microcontrolador necesita fsicamente un cristal externo de 4MHz que sincronice la velocidad de operacin y que permita generar por medio de la programacin del PLL interno del mismo, obtener una frecuencia de trabajo de 48MHz necesarios para lograr la comunicacin USB con el PC. Para el resto del programa, el microcontrolador utilizada el oscilador interno que posee.

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Figura 4.4 Circuito de uno de los sensores y de acondicionamiento de su seal. Elaboracin propia

Al cristal se le colocaron dos capacitores de 33pf conectados uno a cada pin de este y el otro extremo a tierra de modo de limitar los picos que se producen durante el oscilamiento del cristal, tambin se coloc un cristal de 1f en el pin 18 del PIC hasta tierra el cual es usado para la fuente del USB en el PIC.

Para la calibracin del equipo, se conecto el pin central de un potencimetro de 5K al pin AN0 del PIC; este es uno de los puertos analgicos del PIC, y con la seal recibida se realiza la calibracin del equipo.

Se coloco un dip-switch para seleccionar si utilizar el equipo conectado al ordenador o no, conectando este al pin RB4 del PIC. Tambin se conecto un

pulsador al pin RB3 para confirmar el modo de funcionamiento seleccionado previamente. A los pines RB2 y RB3 se conectaron pulsadores para seleccionar si se va a realizar la prueba de espirometra o la calibracin del equipo. Por ltimo se coloc un pulsador al pin 1 del PIC para el master clear (MCLR). La configuracin fsica del PIC se puede apreciar en la siguiente figura.37

4.3.1.3 Etapa de envo de informacin a la LCD

Esta etapa est conformada por el microcontrolador, una pantalla LCD de 20x4 y un potencimetro de 5k el cual cumple con la funcin de regular la el contraste de la pantalla. La LCD est conectada al microcontrolador de la siguiente manera: los pines de control E, RS y RW (6, 5 y 4 en la pantalla) estn conectados con los pines RD0, RD1 y RD2 del PIC18f4550 (pines 19, 20 y 21) respectivamente, los pines de dato D4, D5, D6 y D7 (11, 12, 13 y 14 en la pantalla) estn conectados con los pines RD4, RD5, RD6 y RD7 del PIC18f4550 (27, 28, 29 y 30 respectivamente). El pin 1 se conecta a tierra (GND), el pin 2 se conecta a +5V (VCC) y el pin 3 al potencimetro ya mencionado.

4.3.1.4 Etapa de envo de informacin al ordenador

Se basa en las conexiones para la comunicacin USB entre el PIC y el PC, la cual se distribuye de la siguiente manera: los pines 23 y 24 (RC4 y RC5 D- y D+) del PIC se conectan a los pines 2 y 3 del conector USB respectivamente, los pines 1 y 4 del conector son los de la fuente de alimentacin que posee el puerto USB del PC. Se debe conectar un capacitor de 470 f aproximadamente al pin 18 del PIC (Vusb) l cual es utilizado para la alimentacin interna del modulo USB del PIC.

4.3.1.5 Etapa de alimentacin

El diseo puede funcionar de en dos modos: con conexin USB y sin esta. Cuando se trabaja con la conexin USB, el puerto del ordenador proporciona la38

alimentacin para el funcionamiento del prototipo, ya que genera 5V para su funcionamiento.

Cuando se trabaja sin conexin USB, se utiliza una batera de 9V y un integrado L7805CV, el cual es un regulador de voltaje de 5V. En la siguiente figura se observa la conexin para la fuente del USB y la externa

Figura 4.5 Fuente de Alimentacin Elaboracin propia

En la figura 4.6 se puede observar la disposicin de los componentes electrnicos que conforman el diseo.

4.3.2 Desarrollo del Software

Luego de haber diseado el hardware del equipo, se procedi a desarrollar el software para su funcionamiento. Para desarrollar el software del microcontrolador, se utilizo la herramienta de programacin CCS compiler. La aplicacin para recibir y observar los datos en el ordenador, fue desarrollada utilizando la herramienta de programacin Visual Basic 6.039

Figura 4.6 Diagrama del Circuito Diseado Elaboracin propia

40

4.3.2.1 Software para el Microcontrolador

Se elabor un software utilizando la herramienta de programacin PIC C Compiler (CCS), el cual fue transferido al microcontrolador PIC18F4550 a travs de la aplicacin WinPic 800, con el circuito programador serial para microcontroladores de PICs de Microchip. Dicho microcontrolador, se encarga de tomar la seal proveniente del sensor y ejecutar las lneas de comandos, que permiten analizar y procesar la seal, para generar la data que ser mostrada en la pantalla LCD y enviada al PC, estableciendo de esta forma la interfaz hombre/maquina.

El prototipo diseado para realizar la prueba de espirometra forzada funciona de la siguiente forma:

En primer lugar, el usuario debe elegir si desea la comunicacin y la alimentacin del USB o el funcionamiento con fuente externa. Luego de seleccionar, se presiona el pulsador, para confirmar el modo de trabajo seleccionado. Luego se decide si realizar la prueba o calibrar el equipo. Al seleccionar realizar la prueba, el prototipo espera que la persona comience a espirar, para iniciar la captura de datos. Luego de terminada la prueba, los resultados son mostradas en la pantalla LCD. En caso de estar conectado al ordenador, se muestran all tambin.

Si la opcin elegida es calibrar el equipo, previamente se debe haber realizado una prueba, utilizando una jeringa de calibracin. Al elegir la opcin calibracin se muestra en la pantalla LCD el valor medido anteriormente. Girando el potencimetro, el valor observado se lleva hasta el valor deseado. Luego se presiona el pulsador conectado al pin B2 para volver al paso anterior.41

Para lograr que el microcontrolador realice su tarea se le grabo el programa que ser detallado a continuacin. Primero se comenz con la eleccin del oscilador a utilizar para el funcionamiento del PIC. Se eligi utilizar un cristal externo para el funcionamiento del USB, y para el resto de las tareas, el oscilador interno del PIC. Para obtener los 48 MHz para el trabajar con el USB, se eligi un PLL1, de modo que a partir de la frecuencia del cristal, se obtuvieron los 48MHz. Luego se adjuntaron las libreras FLEX_LCD420 y "\include\usb_cdc.h"; la primera posee las instrucciones de trabajo para la pantalla LCD y la segunda las del modulo USB del PIC, en modo CDC (emulando un puerto serial en el ordenador). Posteriormente se hizo la inicializacin de los puertos con los que se iba a trabajar la cual fue la siguiente:

El pin 6 del puerto A (RA6) fue dedicado para conectarlo como entrada para el cristal externo. El pin 3 del puerto E (RE3) fue programado y dedicado para el uso del master reset (MCLR). Los pines del 0 al 2 y del 4 al 7 del puerto D (RD0-RD2 y RD4-RD7) fueron inicializados y dedicados solo para trabajar con la pantalla LCD. El pin 0 del puerto A (RA0) el cual es el canal 0 (AN0) del convertidor analgico/digital (ADC) del PIC fue declarado como entrada analgica. Los pines 4 y 5 del puerto C (RC4 y RC5) fueron dedicados solo y exclusivamente para el trabajo de comunicacin con el modulo USB del PIC. Los pines 6 y 7 del puerto B, fueron inicializados y dedicados para la indicacin del modo de trabajo (USB o no USB). Los pines del 0 al 4 fueron inicializados y dedicados para conectar los pulsadores a utilizar, y el dipswitch para seleccin de modo.42

Los timer son configurados para distintas aplicaciones. Los timer 0 y 1, se configura en modo contador, para contar los pulsos generados por los optoacopladores. El timer 2 se configura para que se desborde al pasar un tiempo de 4ms, tiempo utilizado para tomar las muestras obtenidas en los timer 0 y 1. Al realizar la prueba de espirometra, se activan las interrupciones para el timer 2, desactivndose luego de terminar esta.

El siguiente paso consisti en inicializar la pantalla LCD con la llamada de la rutina de inicializacin (lcd_init();). Luego se comenz con la lgica del programa donde se tienen dos formas de trabajo que son cuando el equipo est conectado al USB del PC y la otra es cuando no lo est. Para ingresar al modo de trabajo que se desea usar se selecciona el modo en el dipswitch conectado al pin RB0 y se confirma al pulsar el pulsador conectado al pin RB1. En la pantalla LCD se muestra el modo seleccionado, antes de la confirma. En caso de elegir el modo USB, se configura la comunicacin USB del PIC mediante la instrucciones usb_cdc_init() y usb_init().

Ambas modos de trabajo tienen la misma lgica; Se muestra un men en la pantalla LCD, donde se debe elegir realizar la prueba de espirometra o calibrar el equipo. En la figura 4.7 se muestra un diagrama de flujo de esta seccin del programa.

4.3.2.1.1 Funcionamiento de la realizacin de la prueba

Para realizar la prueba de espirometra, se debe presionar el pulsador conectado a RB2 en caso de trabajar en modo no USB. Para modo USB, se debe presionar el botn en la aplicacin desarrollada en Visual Basic.43

INICIO

Declaracin e Inicializacin de Variables Configuracin de puertos: entrada y salida analgica/digitales Configuracin de timer0, timer1 y timer2. Inicializacin de la LCD

Espera por seleccin de modo de trabajo (USB o no USB)

Modo de trabajo

Modo no USB

Modo USB Configuracin del USB B

A

Figura 4.7 Diagrama de flujo de la lgica para configurar el PIC Elaboracin propia

Al seleccionar realizar la prueba, se pasa a una pantalla que muestra el mensaje La prueba comenzara al espirar. Al iniciar la espiracin, se cuentan los pulsos cada 40ms, y se acumulan en un vector. Cada 5 muestras se hace una integracin numrica, utilizando la regla de Boole para esto. Este valor calculado se multiplica por una constante (3.03 al encender el prototipo por primera vez), que se puede modificar al realizar la calibracin del equipo, obteniendo de este modo el volumen medido en ese intervalo de tiempo.44

Esto se realiza basndose en la siguiente hiptesis: la cantidad de pulsos contados en cada intervalo de tiempo, al realizar la prueba, es directamente proporcional al flujo de aire espirado por la persona. Al integrar flujo de aire en un intervalo de tiempo, se obtiene el volumen medido en ese tiempo.

Esta hiptesis, para la obtencin del volumen de aire medido, se basa en el estudio del funcionamiento de varios espirmetros comerciales, y algunos proyectos de universidades, en los cuales el volumen se obtiene por integracin numrica del flujo de aire medido.

El flujo medido se obtiene al multiplicar los pulsos medidos en el intervalo de tiempo, por la misma constante utilizada para calcular el volumen. Ambos valores, flujo y volumen, se acumulan en vectores de tipo float. Luego de terminar la prueba, que dura 8 segundos, en la cual se toman 200 muestras en total (25 por segundo), se muestran en la pantalla los resultados obtenidos.

El FEV1 se obtiene al tomar la posicin 4 del vector volumen, y el FVC al tomar la posicin 39 del vector volumen. Luego se calcula el porcentaje que representa FEV1 de FVC, y tambin se publica en la pantalla LCD. Si se encuentra el equipo conectado al ordenador, se envan los resultados publicados en la pantalla LCD, y los vectores volumen y flujo. Es importante acotar que para contar las muestras necesarias para calcular la integral numrica, se utiliza la variable j mientras que para el nmero total de muestras, se utiliza la variable i.

A continuacin se muestra un diagrama de flujo de esta seccin del programa realizado.45

A

Calibrar Equipo Realizar Prueba o Calibrar Equipo C Realizar Prueba

No Timer0 > 0 Si Se activa interrupcion timer 2 i=0 y j=0

Se toman muestras de timer 0 y 1 y se suman. Se aumentan i y j

j 200 Si

No

Calculo de FVC, FEV1 y %FEV1

Terminar Prueba Si

No

Figura 4.8 Diagrama de flujo de la lgica del programa del PIC. Seccin Prueba Elaboracin propia

46

4.3.2.1.2 Funcionamiento de la calibracin del equipo

Para la calibracin del equipo se debe realizar un paso anterior: se debe realizar una prueba de espirometra, utilizando una jeringa de calibracin, la cual genera un volumen de aire de 3 litros. Luego se elige la opcin de calibracin del equipo, y el valor de volumen medido es utilizado para la calibracin.

Al seleccionar la opcin Calibracin, el microcontrolador configura el convertidor analgico digital, y el pin RA0, para tomar las muestras. Los valores obtenidos de las muestras, que van desde 0 a 255 se llevan a valores entre 2 y 4, siendo utilizados estos como valores de calibracin.

Como ya fue acotado, al encender el equipo, este posee un valor de calibracin de 3.03. Este valor obtenido se opera con el FVC obtenido en la prueba de espirometra previa, y el valor de calibracin anterior, y el resultado se muestra en la pantalla LCD.

Al girar el potencimetro, se observa en la pantalla como varia el resultado. Cuando el resultado observado, sea el deseado (3 litros), se presiona el pulsador conectado al pin RB3, para culminar con la calibracin. En caso de estar conectado al ordenador, se presiona el mismo botn que se utiliza para iniciar la calibracin. Antes de volver al men anterior, el PIC detiene el convertidor Analgico-Digital.

En la figura 4.8 se muestra un diagrama de flujo de esta seccin del programa realizado.47

A

Realizar Prueba o Calibrar Equipo

Realizar Prueba D

Calibrar Equipo Se configura la entrada analgica

Se toma la tensin en el potencimetro

Se calcula el nuevo valor de ajuste y se opera con el valor de FVC de la prueba previa

Terminar Calibracion Si

No

Se detiene la captura en la entrada analgica

Figura 4.9 Diagrama de flujo de la lgica del programa del PIC. Seccin Calibracin Elaboracin propia

4.3.2.2 Software para la visualizacin de datos en el PC

Para la interfaz de visualizacin y recepcin de los datos del equipo enviados al PC por comunicacin USB se utiliz la herramienta de programacin Visual Basic 6.0. En ella se puede observar los valores obtenidos de la prueba, adems de los valores tericos para el paciente al que se realiza la prueba, de acuerdo a su masa corporal, altura, sexo y edad. En la siguiente figura se muestra la interfaz elaborada en Visual Basic 6.0.48

Figura 4.10 Interfaz de visualizacin en Visual Basic 6.0 Elaboracin propia

Al conectar el prototipo al ordenador, este es reconocido, pero para que el prototipo reconozca que est conectado al ordenador, se debe presionar el botn Conectar USB en la aplicacin de Visual Basic. Esto desbloqueara los dems botones.

Al presionar el botn Realizar Prueba, la aplicacin tomara las caractersticas de los pacientes, previamente introducidas y calculara los valores tericos para este, mostrndolos en la pantalla. Terminada esta accin,49

automticamente enviara la seal al PIC para habilitar el inicio de la prueba. Mientras se realiza la prueba, el PIC enviara los valores de Volumen, inmediatamente luego de calcularlos. Al terminar, se mostrara los resultados obtenidos en la pantalla. Luego, al presionar el botn Almacenar Datos, se calcularan los valores de Flujo, a partir de los valores de Volumen obtenidos del equipo, para generar las graficas de VolumenTiempo y Flujo-Volumen. Estos Valores sern almacenados en un archivo .txt. Al culminar esta accin, el PIC quedara habilitado para realizar otra prueba.

Al presionar el botn Calibrar Equipo, se enviara la seal al PIC para realizar esta accin. En la pantalla se mostrara el valor variando, al igual como se muestra en la pantalla LCD.

Para lograr la comunicacin USB del PIC con el ordenador se debe de instalar un driver en este. El driver se encuentra disponible en el CD que contiene este proyecto y a continuacin se detallaran los pasos a seguir para la instalacin del driver:

1) Para personalizar el driver se utilizo un programa desarrollado con este fin llamado. En este se colocan los datos del prototipo, se selecciona el tipo de comunicacin (CDC en este caso) y se genera el driver (mchpcdc.inf) y un archivo para agregar al programa del PIC (usb_desc_cdc.h), con estos datos. El archivo usb_desc_cdc.h se guarda en una carpeta llamada include, dentro de la carpeta donde est el cdigo fuente para la programacin del PIC. El driver, se debe guardar en una direccin donde pueda ser ubicado con facilidad. En este caso fue guardado dentro del CD, en la carpeta con el nombre DRIVER_USB. El programa para la generacin de los dos archivos se puede observar en la figura 4.1150

2) Se debe instalar el driver presionando con el botn derecho del ratn sobre el archivo y luego se elige la opcin de instalar. En la figura 4.12 se puede observar este paso. El ordenador no da ninguna seal cuando se ha instalado el driver. 3) Se conecta el dispositivo a algn puerto USB en el ordenador. Luego de conectar el USB aparecer el asistente para hardware nuevo encontrado, si este nos pregunta conectarnos a Windows Update le diremos "No por el momento" y se pulsa siguiente. 4) Se debe seleccionar "Buscar el controlador ms adecuado en estas ubicaciones", "Incluir esta ubicacin en la bsqueda", para a continuacin pulsar sobre el botn con la etiqueta "Examinar". Aparecer un explorador de Windows donde se busca la direccin de el archivo driver mchpcdc.inf, selecciona y luego se elige aceptar y luego siguiente como se muestra en la figura 4.13. 5) El ordenador buscar el dispositivo rpidamente ya que se le ha dado la ubicacin exacta donde encontrar el archivo. En algunas ocasiones aparece una ventana de advertencia; si este es el caso, se selecciona la opcin de continuar. 6) Por ltimo se habr instalado el dispositivo correctamente con lo que se debe pulsar el botn "Finalizar". 7) Para asegurarse que el puerto serie de comunicaciones ha sido correctamente instalado tiene que acceder al administrador de dispositivos que se encuentra en: Inicio -> Panel de Control -> Sistema -> Hardware -> Administrador de dispositivos. Posteriormente se expande Puertos (COM & LPT) y ah se ve que nmero le fue asignado al dispositivo (normalmente COM3 o COM4). A continuacin se hace doble click sobre l y se pueden observar los datos del dispositivo.51

Ilustracin de algunas imgenes de la instalacin:

Figura 4.11 Paso 1 para la instalacin del driver para el USB Elaboracin propia

Figura 4.12 Paso 2 para instalacin del driver para el USB Elaboracin propia

52

Figura 4.13 Paso 4 para instalacin del driver del USB Elaboracin propia

4.4 Pruebas

La primera prueba realizada, fue para medir la cantidad mxima de pulsos, que poda generar la turbina en 40 ms, para verificar el equipo posea una buena resolucin. Se obtuvieron valores de hasta 12 pulsos por 40 ms, pero por lo general el mayor valor obtenido fue de 8 pulsos, lo cual es una buena resolucin. Para estas pruebas se trabajo con 12 personas de distintas contexturas y capacidades fsicas. Una vez finalizado el montaje de todo el circuito se realizaron las pruebas necesarias para evaluar el funcionamiento del prototipo.

Para la validacin de un espirmetro, es necesario que tenga una precisin de 50ml; la primera prueba realizada, fue para evaluar la precisin del equipo. Se tomaron 4 pacientes y se realizaron 4 medidas a cada uno, teniendo estos resultados:53

Tabla 4.1. Tabla para Evaluar precisin del equipo

Paciente 1 Paciente 2 Paciente 3 Paciente 4

Medida FVC 1 4,40 4,82 5,00 3,90

Medida FVC 2 4,30 4,76 5,11 3,84

Medida FVC 3 4,27 4,71 5,13 3,87

Medida FVC 4 4,34 4,80 5,11 3,89

Mayor diferencia (ml) 70 110 130 60

Estos resultados demuestran que a pesar de no cumplir con los estndares existentes para la validacin de un espirmetro, el prototipo tiene una buena precisin y un buen margen de mejora.

Luego se realizo una segunda prueba, en la cual se compararon las mediciones del prototipo, con los valores tericos para una espirometra. Para esto, se parti de la formula existente para calcular el valor terico de FVC y FEV1 para una persona, de acuerdo a su masa corporal, sexo, estatura y edad. Se calcularon estos valores para 10 personas y a estas mismas, se les realizo la medicin con el prototipo. siguientes tablas se presentan los resultados obtenidos. En las

Tabla 4.2. FVC terico y FVC medido

Edad Persona 1 Persona 2 Persona 3 Persona 4 Persona 5 Persona 6 Persona 7 Persona 8 Persona 9 Persona 10 22 17 25 26 23 23 22 20 24 25

Sexo M M F F F M F M M M

Masa C. 80 90 51 54 50 80 55 93 100 70

Estatura 175 183 165 160 163 172 168 190 181 169 54

FVC Terico 5,4323 6,1027 4,1382 3,8901 4,0896 5,2687 4,3377 6,5332 5,8642 5,0359

FVC Medido 4,58 5,14 3,45 3,27 3,60 4,36 3,80 5,70 4,91 4,00

%FVC Medido 84% 84% 83% 84% 88% 82% 87% 87% 83% 79%

Tabla 4.3. FEV1 terico y FEV1 medido

Edad Persona 1 Persona 2 Persona 3 Persona 4 Persona 5 Persona 6 Persona 7 Persona 8 Persona 9 Persona 10 30 17 25 26 23 23 22 20 24 25

Sexo M M F F F M F M M M

Masa C. 80 90 51 54 50 80 55 93 100 70

Estatura 180 183 165 160 163 172 168 190 181 169

FEV1 Terico 4,5611 4,936 3,371 3,2146 3,2847 4,2605 3,5432 5,222 4,6885 4,0686

FEV1 Medido 3,96 4,52 2,90 2,76 2,84 3,92 3,00 5,03 4,11 3,23

%FEV1 Medido 86% 91% 86% 85% 86% 92% 84% 96% 87% 79%

Valores por encima del 80% de los valores tericos calculados, se consideran normales en personas sanas, y las 10 personas con las que se realizo esta prueba, fueron personas sin problemas respiratorios. Para la tabla, se tomaron los mejores valores de cada prueba, lo cual se hace en las pruebas de espirometra. Dado que no fue posible utilizar una jeringa de calibracin, para calibrar el equipo se utilizaron los valores que se fueron obteniendo durante la realizacin de esta prueba, para conseguir as un valor de ajuste para el equipo. En la siguiente imagen, se puede observar los resultados de la prueba de la persona 1, en la pantalla LCD.

Figura 4.14 Resultados de la prueba de la Persona 1 Elaboracin propia

55

4.5 Anlisis de los resultados Una vez concluida la realizacin del diseo, la construccin del sensor y el montaje se realizaron las pruebas correspondientes y se obtuvieron los siguientes resultados:

El equipo es fcil de utilizar, pero la realizacin de la prueba de espirometria requiere de un entrenamiento. El equipo posee una buena precisin. La medicin de FVC y FEV1 se obtiene de forma rpida. El prototipo es robusto, porttil y cmodo. Los datos generados por el equipo, son recibidos en el ordenador de forma sencilla, y almacenados para su posterior utilizacin.

4.5.1 Limitaciones y causas de error

A continuacin se presentan algunas de las posibles causas de error para las mediciones del equipo diseado:

Interferencias con otros aparatos electrnicos. La turbina utilizada tiene poca resistencia al movimiento, razn por la cual en ocasiones sobreestima los valores luego de transcurrido un segundo de la prueba.56

El prototipo espera que la turbina enve el primer pulso para iniciar la prueba; en ocasiones al manejar el equipo se puede generar un pulso antes de comenzar la espiracin, lo que produce errores en la prueba.

4.5.2 Prueba de Validacin

Para comprobar el funcionamiento del prototipo, se realizo una prueba de validacin en la cual se comparo el equipo con un equipo comercial. El equipo comercial utilizado fue un VITALOGRAPH, modelo ALPHA III. Algunas de sus caractersticas son las siguientes:

Dimensiones y Peso: 30.5cm x 25.5cm x 12cm, 3.8Kg. Temperatura de operacin: de 50 a 140 grafos Fahrenheit. Sensor: Neumotacometro tipo Fleisch. Deteccin de volumen por integracin de flujo. Mximo volumen: 8 L.

Figura 4.15 Espirmetro Vitalograph Alpha IIIhttp://www.mercadolibre.com.ar/jm/img?s=MLA&f=86316003_2559.jpg&v=E

57

Figura 4.16 Imagen tomada durante la prueba de Validacin Elaboracin propia

Para esta prueba se tomaron 8 personas y se les realizo una prueba de espirometria con el prototipo y con el espirmetro VITALOGRAPH. Cada persona realizo 3 espiraciones con cada equipo, tomando en cada caso el mejor valor de cada prueba; de esta forma es como se realizan las pruebas de espirometra. Estos valores obtenidos, se pasaron a una tabla. En esta tabla tambin se muestra el error de la medicin del prototipo con respecto a la medicin del equipo comercial. A continuacin se muestran las tablas.

Tabla 4.4. FVC prototipo y FVC Equipo Comercial

Edad Persona Persona Persona Persona Persona Persona Persona Persona 1 2 3 4 5 6 7 8 19 25 22 20 27 19 26 20

Sexo F F M M M F M M

Masa C. 55 47 80 85 80 47 95 80

Estatura 170 155 175 175 182 160 187 171

FVC FVC Prototipo Vitalograph 3,70 3,60 3,22 3,33 4,40 4,11 4,70 4,62 4,45 4,80 3,51 3,51 5,10 5,23 4,32 4,20

Error 2,70% 3,30% 7,05 % 1,73 % 7,29% 0% 2,48% 2,85%

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Tabla 4.5. FEV1 prototipo y FEV1 Equipo Comercial

Edad Persona Persona Persona Persona Persona Persona Persona Persona 1 2 3 4 5 6 7 8 19 25 22 20 27 19 26 20

Sexo F F M M M F M M

Masa C. 55 47 70 85 80 47 95 80

Estatura 170 155 170 175 182 160 187 171

FEV1 Prototipo 3,00 2,82 3,72 3,89 3,99 2,61 4,11 3,69

FEV1 Vitalograph 3,10 2,89 3,67 3,80 3,91 2,41 4,01 3,69

Error 3,22% 2,42% 1,36% 2,36% 2,3% 8% 2,5% 0%

En la figura 4.17, se pueden observar los resultados de la prueba de validacin para la persona 3.

Figura 4.17 Resultados de la prueba de validacin de la Persona 3 Elaboracin propia

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Es importante acotar, que al realizar varias pruebas de espirometra a una persona, es muy poco probable obtener dos veces el mismo resultado, ya que la persona debe hacer un esfuerzo para la realizacin de la prueba, y es bastante difcil que la persona espire exactamente la misma cantidad de aire varias veces.

4.6 Estimacin de Costos

Para implementar el diseo se analizaron los costos de todos los componentes necesarios y tambin su disponibilidad en el mercado y se concluyo que eran accesibles. Los dispositivos empleados se muestran en la tabla 4.6 con sus respectivos costos para la fecha del 20/10/2010.

Tabla 4.6. Estimacin de Costos

COMPONENTE PIC18F4550 Pantalla LCD 16X4 Cristal de 4MHZ Diodo led Cable USB Capacitores cermicos Capacitores electrolticos LM339 74LS14 Resistencias Pulsador Optoacoplador Dip-Switch Pot. de 5 K Reduccin Tubera 3 a 2 Tubo 1 Manguera 1 1/4 TOTAL (BsF) TOTAL ($)

CANTIDAD 1 1 1 2 1 3 3 1 1 15 4 2 1 2 1 1 1m -

PRECIO UNITARIO(BsF) 88 110 5 2 25 1 1 4 4 1 2 7 5 5 10 10 25 -

SUBTOTAL(BsF) 88 110 5 4 25 3 3 4 4 15 8 14 5 10 10 10 25 343 79,77

Elaboracin propia

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