DISEO E INNOVACIN DE UN PULSOMETRO, PARA QUE BRINDE UNA CLARA, TIL Y PRECISA INFORMACIN SOBRE EL COMPORTAMIENTO DEL CORAZN ANTE DIFERENTES ACTIVIDADES; DIRIGIDO A TODAS LAS PERSONAS, ESPECIALMENTE CON FALENCIAS CARDIACAS, INTERESADAS EN MONITOREAR SU RITMO CARDIACO, EN LA CIUDAD DE MEDELLN, MEDIANTE LA UTILIZACIN DEL PROGRAMA EAGLES 5. 11.0 PARA SU VERSIN VIRTUAL, Y MATERIALES BIODEGRADABLES PARA SU VERSIN FSICA.

MARIANA VILLEGAS KATERINE RESTREPO DANIELA RIVERA CONDE YEISON PIEDRAHITA CAMILO MUETON

INSTITUCIN EDUCATIVA COLEGIO LOYOLA PARA LA CIENCIA E INNOVACIN TECNOLOGA Y EMPRENDIMIENTO MEDELLN 2011

DISEO E INNOVACIN UN PULSOMETRO, PARA QUE BRINDE UNA CLARA, TIL Y PRECISA INFORMACIN SOBRE EL COMPORTAMIENTO DEL CORAZN ANTE DIFERENTES ACTIVIDADES; DIRIGIDO A TODAS LAS PERSONAS, ESPECIALMENTE CON FALENCIAS CARDIACAS, INTERESADAS EN MONITOREAR SU RITMO CARDIACO, EN LA CIUDAD DE MEDELLN, MEDIANTE LA UTILIZACIN DEL PROGRAMA EAGLES 5. 11.0 PARA SU VERSIN VIRTUAL, Y MATERIALES BIODEGRADABLES PARA SU VERSIN FSICA.

MARIANA VILLEGAS KATERINE RESTREPO DANIELA RIVERA CONDE YEISON PIEDRAHITA CAMILO MUETON

Proyecto 8 Asesor: Docentes Colegio Loyola

INSTITUCIN EDUCATIVA COLEGIO LOYOLA PARA LA CIENCIA E INNOVACIN TECNOLOGA Y EMPRENDIMIENTO MEDELLN 2011

CONTENIDO INTRODUCCIN 1. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA 1.1. DESCRIPCIN DEL PROBLEMA 1.2. ANTECEDENTES DEL PROBLEMA 1.3. FORMULACIND EL PROBLEMA 2. JUSTIFICACIN DE LA INVESTIGACIN 3. OBJETIVOS 3.1. OBJETIVO GENERAL 3.2. OBJETIVOS ESPECFICOS 4. MARCO REFERENCIAL 4.1. MARCO TERICO 4.1.1. Pulso Cardiaco 4.1.2. Frecuencia Cardiaca 4.1.3. Componente Electrnico 4.1.3.1. Circuito 4.1.3.2. Partes del Circuito 4.1.4. Relacin sistema respiratorio y cardiaco 4.2. MARCO CONCEPTUAL 4.2.1. Dispositivo 4.2.2. Dispositivo medico 4.2.3. Tipos de dispositivos 4.2.4. Pulsometro 4.2.4.1. Historia 4.2.4.2. Definicin 4.2.4.3. Utilidad 4.2.4.4. Funcionamiento 4.2.4.5. Tipos de pulsometros 4.2.5. Pulsiometra 4.3. MARCO CONTEXTUAL 4.3.1. ubicacin sociodemogrfica 4.3.2. resea histrica 4.3.3. Caractersticas de la Poblacin 4.3.4. Recursos Disponibles 4.4. MARCO METODOLGICO 4.4.1. Diseo 4.4.2. Objetivos del diseo 5. CONCLUSIONES 6. GLOSARIO 7. WEBGRAFIA Y BIBLIOGRAFIA 8. ANEXOS

GLOSARIO Dispositivo: Aparato, artificio, mecanismo, artefacto, rgano, elemento de un sistema. Dispositivo medico: Se define como dispositivo mdico a cualquier instrumento, aparato, aplicacin, material o artculo, incluyendo software, usados solos o en combinacin y definidos por el fabricante para ser usados directamente en seres humanos, siempre que su accin principal prevista en el cuerpo humano no se alcance por medios farmacolgicos, inmunolgicos o metablicos, aunque puedan concurrir tales medios a su funcin; con el propsito de diagnstico, prevencin, seguimiento, tratamiento o alivio de una enfermedad, dao o discapacidad; de investigacin o de reemplazo o modificacin de la anatoma o de un proceso fisiolgico, o de regulacin de la concepcin Circuito: un circuito es un conjunto de conductores que recorre una corriente elctrica, y en el cual generalmente hay intercalados aparatos productores o consumidores de dicha corriente. Componente electrnico: Se denomina componente electrnico a aquel dispositivo que forma parte de un circuito electrnico. Se suele encapsular, generalmente en un material cermico, metlico o plstico, y terminar en dos o ms terminales o patillas metlicas. Se disean para ser conectados entre ellos, normalmente mediante soldadura, a un circuito impreso, para formar el mencionado circuito. Pulso: Cuando la sangre es impulsada hacia las arterias por la contraccin ventricular, su pared se distiende. Durante la distole, las arterias recuperan su dimetro normal, debido en gran medida a la elasticidad del tejido conjuntivo y a la contraccin de las fibras musculares de las paredes de las arterias. Esta recuperacin del tamao normal es importante para mantener el flujo continuo de sangre a travs de los capilares durante el periodo de reposo del corazn. La dilatacin y contraccin de las paredes arteriales que se puede percibir cerca de la superficie cutnea en todas las arterias recibe el nombre de pulso

RESUMEN La investigacin implica apreciar la importancia de un pulsometro en un contexto medico y deportivo, como herramienta para monitorear con precisin y exactitud el ritmo cardiaco de una persona que sufre del corazn, o bien de aquella que practica una actividad fsica. A travs de la renovacin del pulsometro comn, partiendo de suplir una necesidad o mejorar incluso una debilidad del producto, se pretende brindar comodidad, y precisin a la hora de realizar un monitoreo cardiaco, con la datacin de fechas, registros del comportamiento cardiaco, y actividades correspondientes a cada uno de estos. Se llevaran acabo dos diseos del dispositivo, uno virtualmente, mediante el programa Eagle 5.11.0, generador virtual de circuitos, y finalmente, se realizara otro modelo fsico para presentar como resultado final de nuestra investigacin con el uso de materiales biodegradables y de alta calidad. Este nuevo modelo de utilidad del pulsometro, permite un monitoreo mas preciso, manejable y til para los usuarios del producto. Ya que implica la simplificacin de la tarea de recolectar datos, por parte del paciente, y de identificarlos, por parte de un especialista medico. ABSTRACT The investigation involve to appreciate how important is a heart rate monitor in a medical and sporting context, as a tool to accurately precisely the heart rate in a person who suffer of cardiac problems, anyway to athletes in a physic activity. Through the renewal of the heart rate monitor; parts meet a need or even improve a weakness of this product is intended to provide comfort and precision when performing cardiac monitoring, with dates dating, cardiac performance records, and activities under each of these. Two designs will be held device, a virtually through the Eagle program 5.11.0, virtual circuit generator, and finally, there is another physical model to present the final result of our research with the use of biodegradable materials and high quality. This new utility model of heart rate monitor enables more accurate monitoring, manageable and useful for users of the product. Because it involves simplifying the task of collecting data from the patient, and identify, by a medical specialist.

INTRODUCCIN El dispositivo a mejorar (pulsometro) tiene como objetivo ayudar a todas las personas bsicamente con falencias cardiacas, este podr monitorear el ritmo cardiaco de la persona mientras la persona graba en el dispositivo la actividad que esta realizando y cual es su ritmo cardiaco durante esta. Con este mecanismo podremos evitar la molestia de tener en la mano una hoja y un lpiz, ahora ser mucho mas fcil y sencillo, no tendr que usar una cinta alrededor de su pecho, simplemente ser una manilla, que adems de ser de un muy sencillo uso, tambin es muy cmodo, y no tiene que preocuparse de que se le quedo algo, porque no tiene que guardarlo, es muy sencillo adems de pequeo y manejable. Es muy liviano y es muy porttil, se puede llevar a cualquier terreno y es bastante preciso con las grabaciones, pues este tiene una tapa en la parte central donde se encuentran los botones para que no haya accidentes con las grabaciones. Se le aplicara inicial mente material de metal y goma y se harn usos de algunos materiales ecolgicos y reciclables para ayudar al medio ambiente. Por ultimo se le desarrollara un programa con el cual se podrn registrar el ritmo y monitoreo de la persona en el computador, y gracias a la memoria que tiene este aparato se puede guardar alguna informacin que sea necesaria.

1. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA 1.1. DESCRIPCIN DEL PROBLEMA

Nuestro proyecto fue creado bsicamente con el problema que mucha personas no tienen un buen conocimiento los dispositivos mdicos, tales como el espirmetro, pulsometro y Pulsioximetro que nos ayudan a mejorar y tener un buen maneja miento de estos instrumentos. Nuestro inconveniente es que personas no conocen estos instrumentos y hay muchas exageraciones en el ejercicio y no tienen en cuenta el tiempo que se llevan y la velocidad, si cuentan con una buena capacidad de exagerarse, lo pueden hacer segn su corazn y sin tener en cuenta que les puede dar un para cardiaco. 1.2. ANTECEDENTES DEL PROBLEMA

Los PEI (proyectos estudiantiles institucionales) se prolongan para la creatividad y la implementacin que tienen los jvenes para crear una investigacin en un proyecto. Con la poca preparacin que se dio de los estudiantes se hizo necesario que el casi todas la materia se trabajara este proyecto para que estos tengan un pleno conocimiento sobre lo que van a innovar. 1.3. FORMULACIN DEL PROBLEMA

Como disear e innovar un pulsometro, para que brinde una clara, til y precisa informacin sobre el comportamiento del corazn ante diferentes actividades; dirigido a todas las personas, especialmente con falencias cardiacas, interesadas en monitorear su ritmo cardiaco, en la ciudad de Medelln, mediante la utilizacin del programa Eagles 5. 11.0 para su versin virtual, y con materiales biodegradables para su versin fsica ?

2. JUSTIFICACIN Este nuevo dispositivo estar diseado para ofrecer una clara y til y muy precisa informacin sobre la conducta del corazn ante las diferentes actividades que se realizan en el da a da. Lo tenemos propuesto para todas las personas, pero esta enfocado especialmente en personas con falencias cardacas, interesadas en monitorear sus ritmos cardacos y deportistas. Tambin queremos realizarlo ya que hemos visto que es de muy mal gusto para unas personas situarse y anotar a que horas, cuantas pulsaciones da tu corazn y con que actividad. Lo que queremos lograr es ayudar a simplificar una tarea como la que es anotar una lista de datos que a veces muchos ni saben lo que es y simplemente lo muestran a un doctor y el les dice como estn o que dificultades hay y cosas que debe de hacer para mejorar, lo que queremos lograr es simplemente incorporar un grabador de voz que adems tenga una entrada USB. Con esta entrada USB podemos ver en nuestras computadoras una mas clara lista de datos sobre nuestro ritmo cardiaco, el grabador de voz servir para no tener que anotar los datos ya que tiene adems una memoria que nos permite guardar la informacin necesaria y con espacio suficiente para hacer comentarios ya sea con respecto a una duda o aclaracin del trabajo o ejercicio.

3. OBJETIVOS 3.1 .OBJETIVOS GENERALES - Identificar y aplicar los conceptos bsicos de los pulsometros como elementos bsicos de control y medicin cardiaca.

- Proponer aplicaciones para la comprensin del uso del pulsmetro como medida paliativa frente a problemas cardiacos y su prevencin.

- Prevenir las enfermedades cardiacas, mediante la utilizacin del pulsmetro, para mejorar en un buen porcentaje la calidad de vida de estos pacientes. 3.2. OBJETIVOS ESPECFICOS - Disear un dispositivo medico para medir las pulsaciones. - Mejorar la utilidad e innovacin del monitor, para monitorear el ritmo cardiaco. - Utilizar materiales biodegradables para disminuir el impacto ambiental que producen los desechos hospitalarios. - Estimular el uso del pulsometro en la ciudad de Medelln como medio de prevencin. - Conocer la aplicabilidad de tecnologa en el rea de la medicina cardiovascular. - Proponer a diferentes ncleos de personas un estilo saludable de vida y la utilizacin de tecnologa en el cuidado de su salud.

4. MARCO REFERENCIAL 4.1. MARCO TERICO

4.1.1. Pulso Cardiaco Es una onda que se origina en el corazn y se propaga a travs de todas las arterias en el cuerpo. Esto sucede cada vez que el corazn se contrae (o da un latido), y hace circular la sangre por todo el organismo. La onda se percibe como un pulso y se puede palpar o tomar en diferentes partes del cuerpo por donde pasan las diferentes arterias. Estos lugares pueden ser en el cuello donde se encuentra la cartida y cerca de la mueca en la radial. El pulso es el elemento bsico para conocer el grado de intensidad con que se est realizando un esfuerzo fsico y para verificar la aptitud fsica de una persona.

4.1.2. Frecuencia Cardiaca (F.C) El corazn tiene como tarea hacer fluir la sangre por el cuerpo, para esto necesita contraerse y expandirse. La velocidad de contraccin del corazn tambin se conoce como la frecuencia cardiaca. Esta es la cantidad de pulsaciones o contracciones por minuto (p.p.m) que realiza el corazn, lo cual corresponde a la cantidad de veces que el corazn se contrae en un minuto. 4.1.3. Componente Electrnico

Heart rate is the speed of people's emotional state, exercise intensity and objective indicator of cardiac function. But most people are very difficult to accurately measure the time and his heart rate values. If the heart rate monitor with me, heart ECG electrodes will be detected by monitoring the signal processing device, the user can at any time that your heart rate changes, changes in heart rate, self-monitoring status. Heart rate monitor block diagram shown in Figure 1, by the ECG electrodes,

amplifiers, frequency / voltage converter, voltage control gate, composed of the audio oscillator and sounder.

Heart rate monitor for heart rate range (60 ~ 160) / min. Circuit by adjusting the relevant components, in the (60 ~ 160) / min within the audible alarm can change the heart rate range. This heart rate range the width of the design center values 20% range. If central values such as emphasis on the 100 / exceptionally, the heart rate signal range (80 ~ 120) / min, if the heart rate exceeds this range, the lower limit, the instrument does not sound, if the heart rate in the range of the instrument ECG is the sound issue. And the sound of the beat signal with the same heart beat. If the heart rate is exactly the scope of the center of the instrument preset value, instrument sound frequency signal 2200Hz, then the maximum output volume; if heart rate, and the pitch becomes higher along with the beat and speed up; heart rate, the tone followed the beat goes low and slow. Heart rate or heart rate, the instrument output level is reduced. In this way, users can signal to the beat of the sound, pitch and loudness changes in three areas, the more obvious changes in heart rate to identify their own situation. Because to carry the instrument, so the volume is as small as possible in order to save power consumption. The supply voltage of 3V, the quiescent current is 150A. Heart rate monitor electrical schematic diagram shown in Figure. To facilitate the analysis, the circuit is divided into A, B, C, D four parts. A part of the ECG signal amplifier circuit, picked up by the ECG electrode ECG waveform is shown in Figure 22-3. Which is about the maximum rate of about 1mV, the pulse is called the steepest change in R wave, in addition to relatively slow changes in P affect T wave. Every time there is a heart beat R wave. ECG signals from electrodes attached to the human body removed from the two terminals 1,3 (see Figure 22-2) to the input circuit. RC network of the input back to the route, due to the time constant made smaller, so ECG can be separated in the R wave, and then through integrated operational amplifier (A) amplification, in a point will be able to output a constant amplitude (width slightly change) of the pulse sequence. Integrated operational amplifier circuit high open loop gain, R wave enough to cut the top of the circuit in a saturated state, so get in a square pulse points before and after the edge is very steep, do not need the other pulse shaping.

B part of the circuit for the frequency of the voltage conversion circuit date, its function is to use a point count rate circuit output pulse signal into DC voltage, required output voltage from the b point and pulse frequency (ie heart rate) is proportional to complete the frequency / voltage linear conversion. The beginning, C3, C4 no charge. Transistor VT1 zero bias, are off. When the first ECG positive pulse arrives, the diode VD is biased conductive, the transistor VT1 anti impartial conduct. Then input pulse directly to the C3, C4 charge. C4 charge while also discharge through R5. As much R5, C4 discharge is slow, so not consider its impact. If the input pulse has a certain width, to ensure the C3, C4 charge. If you ignore the voltage drop across the diode VD, according to the availability of capacitive divider, VC3 = C4/C3 + C4Vm VC4 = C3/C3 + C4Vm, Vm is the input pulse amplitude, set Vm = 1.5V, C3 = 1.5F, C4 = 1.5F, then VC3 = 1.5/1.5 +0.43 1.5 = 1.2 (V) VC4 = 0.43/1.5 +0.43 1.5 = 0.3 (V) When the first pulse is over, the diode VD anti impartial conduction, the transistor is biased on-VT1, VT1 on C3 reverse power, until the C3, C4 the voltage is equal (and opposite), VT1 was closed. So when looking into the right side from the input, C3, C4, series voltage is zero, meaning that there is no residual charge on the series capacitor. So once again when the second input pulse, the initial conditions exactly the same as the previous pulse. It can be seen after the second pulse in the past on another charge on C4 0.3V voltage, so the voltage on C4: VC4 = 2 C3/C3 + C4Vm = 0.6V So continue, C4 the voltage will be accumulated, if the input n pulses, the VC4 = n C3/C3 + C4Vm However, the voltage on C4 is not unlimited increase in C3, while also charging the discharge through R5. If the C4 charge per second and let go by the amount of charge equal to dynamic balance, C4 the voltage is no longer increased. So I finally decided to C4 is not the voltage level on the number of pulses, but the pulse frequency, that is, the number of pulses per second, VC4 = Vm Rb5 C3 f. Not difficult to see from the above equation, the voltage on the capacitor C4 and the input pulse frequency is proportional to. Potentiometer RP1 heart rate can be preset range of sound. It actually changes the circuit's input pulse count rate range of Vm, so regardless of the value of the heart

center is the number of electrical pulses, b points are the same output voltage, so the end of the working status of the same class, issued as sound law. A in the integrated operational amplifier output pulse, it is also the last stage through resistor R4 to the base of VT3 provides a bias current, so the final stage audio oscillator starts oscillation. When no ECG pulse, VT3 not bias current, the audio oscillator is not oscillating, then the last stage does not consume power. This would ensure that sound the same rhythm and heart rate and can save energy. C part of the circuit is a voltage-controlled gate, and its working principle is: b point output voltage is about +1.2 V DC voltage is applied to the gate FET VT2. FET in the circuit acts as a voltage-controlled variable resistor. With the added potential of the gate on the different VE, D, S resistance between RDS change with it. The circuit in Figure, VT2 is in reverse bias condition, the supply voltage minus the b point is the reverse bias voltage values. Since b point voltage electrical pulse and heart rate proportional to the time when the heart rate to a corresponding increase in b point voltage, so the reverse bias decreases. RDS decreases. The RDS for the post-level phase-shift audio oscillator, phase-shifting part of RC networks, so that the audio produced by the end of level oscillation frequency increased (see the principle behind the D section of the specific circuit), the heart rate to speed up the sound generated when the notes are goes high. As a long time after the battery voltage will gradually decrease, making a point of the output voltage decreases, b point voltage will be reduced, will measure the result in errors. However, FET VT2 work in reverse bias, when the supply voltage drops at the same time, making the reverse bias decreases VT2, RDS decreases, and its effect on b is equivalent to a certain point voltage compensation. But it can not compensate, in order to ensure accuracy, and when the battery voltage is reduced by 10% after, it should replace the battery. D part of the circuit works: This part of the four phase-shifted sinusoidal RC oscillator circuit. RC network at each level of phase-shifted 45 . This circuit is stable, wave good, make the sound more pleasant. Another advantage is the power supply voltage change has little effect on the oscillation frequency, can make the circuit stable and reliable work. Change the phase shift network resistance, the oscillation frequency change. FET VT2 of the D, S RDS equivalent resistance between the level of resistance of phaseshifting network. RDS changes, can control the oscillation frequency, RDS large oscillation frequency is low; R resistance of small oscillation frequency is high, but no matter change into small, when the deviation from the normal value (5.1kO) oscillations are weakened, when R is greater than 20kO , less than 2kO when to stop oscillation. Piezoelectric ceramics sounder can be used (plus help tune.)

4.1.3.1.

Circuito

4.1.3.2. -

Partes del Circuito

- Potencimetro - Led -74123 data sheet - display de 8 digitos - capacitores electrolticos y cermicos - diodos - transistores

4.2. MARCO CONCEPTUAL 4.2.1. Dispositivo 4.2.2. Dispositivo medico 4.2.3. Tipos de dispositivos 4.2.4. Pulsometro 4.2.4.1. Historia

Hasta hace unos cuantos aos, los medios para analizar la intensidad del esfuerzo fsico estaban tan slo al alcance de una mnima parte de la poblacin en los laboratorios de Medicina del Trabajo de Cardiologa o de Fisiologa del ejercicio. Incluso las entrenadores de importantes figuras del depone deban basar la intensidad de los programas de trabajo en los signos de fatiga que su experiencia permita captar desde el borde de la pista y en el profundo conocimiento de sus pupilos. Sin embargo, los avances tecnolgicos permiten en la actualidad que los impulsos elctricos que hacen contraerse el msculo cardiaco, captados; por lo general en la superficie de la piel del pecho, sean transmitidos en forma de ondas electrornagnticas de pequea potencia y corto alcance para ser recogidos y contabilizados pulso metros de tamao similar al de un reloj convencional, con lo que ya tenemos una forrna razonablemente sencilla, asequible, objetiva y fiable de medir la intensidad de numerosos tipos de esfuerzo. Para el deportista le cierto nivel este tipo de aparato es casi una necesidad y para los aficionados, un entretenido compaero de fatigas, pero si desde el mundillo del rendimiento est claro el inters, tambin hay que considerar sus posibilidades de uso desde el punto de vista de la salud y es que, vigilando las cifras de la pantalla o utilizando las alarmas que casi todos los modelos tienen, podemos poner limites seguros a la intensidad del esfuerzo, basndonos en el criterio de los mdicos o en el sentido comn. 4.2.4.2. Definicin

El pulsometro es un aparato que mide las pulsaciones del corazn, normalmente de forma instantnea es decir en el momento. 4.2.4.3. Utilidad

Los pulsometros son usados tanto por deportistas de competicin como personas que lo que buscan es mejorar su forma fsica. Ya que existe una relacin directa entre las pulsaciones por minuto y la intensidad del ejercicio, conocer las pulsaciones en un momento dado nos dar un dato objetivo de la intensidad del entrenamiento, de la serie o del ejercicio. Es comparable a ir en un coche sin cuenta revoluciones, como poder se puede, pero siempre tendrs un mejor control de lo que est pasando si puedes visualizar ese dato. 4.2.4.4. Funcionamiento 4.2.4.5. Tipos de pulsometros 4.2.5. Pulsiometra 4.3. MARCO CONTEXTUAL 4.3.1. ubicacin sociodemogrfica 4.3.2. resea histrica

4.3.3. Caractersticas de la Poblacin 4.3.4. Recursos Disponibles