INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL...Representación en el tiempo de cada sonido cardiaco. Ilustración 2.8. Representación gráfica de algunos tipos de cardiopatías. ... Vena cava:

INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL

ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA

UNIDAD PROFESIONAL “ADOLFO LÓPEZ MATEOS”

INGENIERÍA EN COMUNICACIONES Y ELECTRÓNICA

“DISPOSITIVO PARA AUSCULTACIÓN

DE RUIDOS CARDIACOS”

TESIS

QUE PARA OBTENER EL TITULO DE

INGENIERO EN COMUNICACIONES Y ELECTRÓNICA

PRESENTA:

JONATHAN CAMACHO EXIGA

ASESORES:

MAURICIO DARÍO SÁNCHEZ RAMOS

ISMAEL GABRIEL COSME CISNEROS

México, Ciudad de México, 2016

Dispositivo para auscultación de ruidos cardiacos

2


3

RESUMEN

El Fonocardiografo es un dispositivo que se encarga del registro de señales acústicas

generadas por el corazón, fue desarrollado para mejorar los resultados obtenidos con la

auscultación cardiaca, este dispositivo dispone de manera gráfica la señal acústica, además

de acondicionar la señal para poder escuchar de una manera eficiente la señal acústica.

En este proyecto, se presenta los resultados del diseño y construcción de un “Dispositivo para

auscultación de ruidos cardiacos”, para obtener un registro de la señal acústica que produce

el corazón, así mismo se describe el desarrollo los circuitos acondicionadores de señal, el

amplificador de audio y la interface con la que se tiene el registro y almacenamiento de la

señal. Se construyeron los sistemas electrónicos considerando las características fisiológicas

del pulso cardiaco, el software se desarrolló en lenguaje grafico usando como herramienta

LabVIEW 2015, este controla la adquisición de datos desde la tarjeta de adquisición hasta la

computadora. Se podrán guardar los datos obtenidos y generar un documento que

proporcione a los servicios médicos la información necesaria del paciente. Se podrá escuchar

los sonidos producidos mediante el uso de audífonos o altavoz. Se presenta el diagrama a

bloques de diseño del circuito acondicionador de señal, programa realizado en la tarjeta de

adquisición y de la interfaz gráfica de usuario. Finalmente, con el sistema funcionando se

muestra el procedimiento para realizar el monitoreo de los ruidos cardiacos mediante el

dispositivo.


4

ÍNDICE

INTRODUCCIÓN 9

JUSTIFICACIÓN 10

OBJETIVO GENERAL 11

OBJETIVOS ESPECÍFICOS 11

1. CAPITULO I ANTECEDENTES 12

1.1 Estetoscopio 12

1.2 Estructura del estetoscopio 13

1.3 Funcionamiento del estetoscopio 14

1.4 Tipos de estetoscopios 15

1.5 Fonocardiografía 17

2. CAPITULO II MARCO TEÓRICO 18

2.1 Bioseñales 18

2.2 Clasificación de bioseñales 19

2.3 Fisiología del corazón 21

2.3.1 Ciclo cardiaco 22

2.4 Ruidos y soplos cardiacos 24

2.4.1 Ruidos cardiacos 24

2.4.1.1 Características de los sonidos cardiacos 26

2.4.2 Soplos cardiacos 27

2.5 Auscultación cardiaca y áreas de auscultación 28

2.5.1 Límites de la auscultación 29

2.6 Obtención y tratamiento de la señal 31

2.6.1 Adquisición de la señal acústica. 32

2.6.1.1 Micrófonos 33

2.6.1.2 Características de un micrófono 33

2.6.1.3 Tipos de micrófono 34

2.6.1.4 Clasificación de los micrófonos apropiados para sonidos

cardiacos. 36

2.6.2 Acondicionamiento de la señal acústica. 36

2.6.2.1 Etapa de pre-amplificación 36

2.6.2.2 Etapa de filtrado 38

2.6.2.3 Etapa de amplificación 39

3. CAPITULO III DESARROLLO Y CONSTRUCCIÓN DEL DISPOSITIVO

PARA AUSCULTACIÓN 43

3.1 Diseño del sistema de adquisición y acondicionamiento 43

3.1.1 Elección del traductor_________________________ 43

3.2 Circuito acondicionador de señal______________________ 45

3.3 Diseño de los amplificadores 48


5

3.4 Amplificador de Audio 49

3.5 Costo de materiales __________________________________________ 51

3.6 Configuración del Microcontrolador 52

3.6.1 Configuración de los registro del ADC10 55

3.6.2 Transmisión de datos 59

3.7 Diseño de la interfaz gráfica de usuario

(Visualización y almacenamiento) 65

3.7.1 Configuración de los parámetros del puerto

de comunicación serial 66

3.7.2 Interpretación grafica del dato digital obtenido 67

3.7.3 Almacenamiento de la señal registrada y creación del reporte 68

3.7.4 Panel frontal de la interface gráfica 69

4. CAPITULO IV PRUEBAS Y RESULTADOS 71

4.1 Respuesta del transductor 71

4.2 Respuesta del circuito de amplificación 73

4.3 Proceso para realizar un registro 75

4.4 Análisis de la señal___________________________________________ 78

5. CONCLUSIONES 79

BIBLIOGRAFÍA 81

ÍNDICE DE FIGURAS

Ilustración 1.1. René Théophile Hyacinthe Laënnec.

Ilustración 1.2. Partes del estetoscopio.

Ilustración 1.3. Estetoscopio Tradicional.

Ilustración 1.4. Estetoscopio electrónico.

Ilustración 2.1. Procedimientos básicos para la evaluación de bioseñales a) evaluación visual del paciente por un médico para b) aplicación de un sensor biomédico en el paciente.

Ilustración 2.2. Métodos de diagnóstico primarios de inspección, a) Palpación, b) Percusión, c) Auscultación.

Ilustración 2.3. Sensor biomédico en el pecho para el registro de los sonidos del cuerpo.

Ilustración 2.4. Diagrama del corazón humano.

Ilustración 2.5. Acontecimiento del ciclo cardiaco referido a la función del ventrículo izquierdo, que

muestra las diferentes variaciones ocurridas.


6

Ilustración 2.6. Registro de los ruidos dentro de un periodo cardiaco.

Ilustración 2.7. Representación en el tiempo de cada sonido cardiaco.

Ilustración 2.8. Representación gráfica de algunos tipos de cardiopatías.

Ilustración 2.9. Áreas de auscultación en el pecho A, Aórtico; P, Pulmonar; T, Tricúspide; y M, Mitral. (Cardiología y C. Cardiovascular, Manual CTO, 6ta Ed)

Ilustración 2.10. Curvas de Fletcher-Munson de igual sonoridad.

Ilustración 2.11. Diagrama a bloques del sistema de adquisición y acondicionamiento de señales.

Ilustración 2.12. Amplificador inversor.

Ilustración 2.13. Filtro pasa banda de segundo orden.

Ilustración 2.14. Filtro pasa-banda tiene ganancia máxima a la frecuencia de resonancia fr.

Ilustración 2.15. Amplificador no inversor.

Ilustración 2.16. Seguidor de voltaje.

Ilustración 2.17. Sumador no inversor.

Ilustración 3.1. Diagrama a bloques.

Ilustración 3.2. Micrófono electret.

Ilustración 3.3 Adaptación del micrófono a la campana.

Ilustración 3.4. Circuito acondicionador de señal.

Ilustración 3.5. Pre-amplificador.

Ilustración 3.6. Amplificar de audio.

Ilustración 3.7. Diagrama completo del dispositivo.

Ilustración 3.8. Sistema de adquisición y tratamiento de la señal.

Ilustración 3.9. Diagrama a bloques del microcontrolador MSP430G2553.

Ilustración 3.10. Diagrama de Terminales del microcontrolador MSP430G2553 (Texas Instruments).

Ilustración 3.11. Diagrama de flujo adquisición y transmisión de datos.

Ilustración 3.12. Diagrama a Bloques ADC10.

Ilustración 3.13. Diagrama a bloques USCI_Ax: Modo UART (UCSYNC = 0).

Ilustración 3.14. Formato carácter.

Ilustración 3.15. Diagrama a bloques del monitoreo.

Ilustración 3.16. Diagrama de flujo del proceso de monitoreo.


7

Ilustración 3.17. Configuración de los parámetros de comunicación serie vía software.

Ilustración 3.18. Configuración para recepción de datos por puerto serie.

Ilustración 3.19. Interpretación del número digital.

Ilustración 3.20. Configuración del proceso de generar reporte.

Ilustración 3.21. Interface gráfica para el monitoreo.

Ilustración 4.1. Medición de la respuesta del transductor.

Ilustración 4.2. Respuesta en frecuencia del micrófono electret.


Ilustración 4.4. Respuesta en frecuencia del circuito acondicionador.

Ilustración 4.5. Vista superior del dispositivo.

Ilustración 4.6. Vista frontal del dispositivo.

Ilustración 4.7. Tarjeta de adquisición Launchpad MSP430.

Ilustración 4.8. Campo de datos y botón guardar.

Ilustración 4.9. Registro de la señal.

Ilustración 4.10. Generación del reporte con los datos y la gráfica.

Ilustración 4.11. Registro paciente de 44 años.

Ilustración 4.12. Ciclo cardiaco de una fonocardiografía digital normal.

ÍNDICE DE TABLAS

Tabla 1.1 Partes del estetoscopio.

Tabla 2.1. Rangos de algunas de las bioseñales más usuales.

Tabla 2.2. Características de los sonidos cardiacos.

Tabla 3.1. Características generales MSP430G2553

Tabla 3.2 Valores comunes para Baud Rate, UCOS =0.


8

GLOSARIO DE TÉRMINOS

Hemicardio:

Cada una de las dos mitades (arterial, izquierda y venosa, derecha) en las que se divide el

corazón.

Aurículas:

Designa la cavidad superior del músculo cardíaco que recoge la sangre

Ventrículos:

Cavidad de la parte inferior del corazón de mamíferos, aves y reptiles que recibe la sangre

procedente de las aurículas.

Tabique interventricular:

Parte del corazón que separa el ventrículo cardíaco derecho del ventrículo cardíaco izquierdo

Nódulo sinusal:

Estructura neuromuscular situada en la aurícula derecha del corazón. Tiene la función de

generar los impulsos bioeléctricos que estimulan las contracciones.

Vena cava:

Las venas cavas son las dos venas mayores del cuerpo. Existe una vena cava superior o

descendente, que recibe la sangre de la mitad superior del cuerpo, y otra inferior o ascendente,

que recoge la sangre de los órganos situados debajo del diafragma.

Válvulas Auriculoventriculares:

Son dos de las cuatros válvulas del corazón. Las válvulas auriculoventriculares comunican

las aurículas con los ventrículos y actúan como puertas de un solo paso; permite la circulación

de la sangre de las aurículas a los ventrículos, pero impiden a su vez el flujo en reverso, o

regurgitación, desde los ventrículos hacia las aurículas durante la sístole.

Soplo:

Es un ruido silbante, chirriante o áspero que se escucha durante un latido cardíaco. El ruido

es ocasionado por un flujo sanguíneo turbulento (desigual) a través de las válvulas

cardíacas o cerca del corazón.

Cardiopatía:

Enfermedad del corazón.

Apófisis xifoides:

Es el elemento más pequeño y variable del esternón, que se encuentra en su extremo

inferior.


9

INTRODUCCIÓN

El estetoscopio, también conocido como fonendoscopio, fue inventado por René-

Théophile-Hyacinthe Laënnec en 1816 y se usa aún en medicina para oír los sonidos

internos del cuerpo humano. Generalmente se emplea en la auscultación de los sonidos

cardíacos y los ruidos respiratorios. La aplicación más importante es como instrumento de

diagnóstico, por lo que se le llama “estetoscopio médico de diagnóstico”. 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 detalla el dispositivo para

auscultación, es decir un estetoscopio digital sencillo, haciendo énfasis en la etapa inicial,

para eliminar los sonidos indeseables y amplificar, almacenar y transmitir a una

computadora los sonidos cardíacos.


10

JUSTIFICACIÓN

Hoy en día los servicios médicos no logran cubrir la demanda de la atención médica, esto

debido a los altos índices de población que tienen los países, esta situación crea la necesidad

de requerir de dispositivos compactos y de fácil acceso que apoyen al servicio médico a

diagnosticar patologías, es por ello que el presente trabajo se realizara con la necesidad de

disponer de un dispositivo que apoye el diagnostico de patologías del corazón de fácil

adquisición y a bajo costo comparado con los dispositivos existentes en el mercado actual.

Los servicios médicos no disponen de este tipo de dispositivos, lo cual supone una rápida

aceptación, se verán beneficiados con la aplicación de este dispositivo al obtener mayor

información que apoye el diagnostico; mediante la observación física de la señal acústica del

corazón y propiamente el oír los ruidos producidos, se implementara un método básico de

adquisición de señales acústicas mediante un transductor y digitalización de la señal con el

uso de una tarjeta de desarrollo y una interfaz gráfica.

El alcance de este prototipo es obtener el registro y almacenamiento de la señal acústica

generada por el corazón y escuchar con mejor fidelidad los sonidos cardiacos.


11

OBJETIVO GENERAL

Diseñar y construir un dispositivo que mejore la auscultación cardiaca con mejor fidelidad e

intensidad del sonido, además que permita visualizar y almacenar la señal acústica de los

ruidos cardiacos.

OBJETIVOS ESPECÍFICOS

Analizar, probar y seleccionar el transductor.

Diseñar y construir el circuito acondicionador de señal y el circuito amplificador de

audio.

Realizar una interfaz gráfica de usuario para almacenar y visualizar la señal obtenida.


12

CAPITULO I ANTECEDENTES

1.1 Estetoscopio

La palabra estetoscopio proviene de las raíces griegas sthetos que significa “tórax” y skopos

que significa “observador”; la palabra fue acuñada después de su primera invención en 1816

por el médico francés René Théophile Hyacinthe Laënnec. La invención surgió de la idea de

cambiar la auscultación inmediata donde se juntaba el oído al tórax del paciente. La

clasificación de buena o mala calidad de sonido se basó en las medidas registradas de la

respuesta en frecuencia, encontrando que el diámetro del tubo era uno de los factores más

influyentes a la hora de obtener buena sensibilidad.

El estetoscopio es un dispositivo acústico que amplifica los

sonidos corporales para lograr su mejor percepción y por lo

tanto la integración de diversos signos, los cuales se

auscultan principalmente en corazón, pulmones y abdomen,

estos forman parte de la semiología de la medicina general

hasta las diversas especialidades. En algunos lugares se le

conoce con el nombre de fonendoscopio.

En el mercado existen dos tipos de estetoscopios, los

acústicos o mecánicos y los electrónicos, sin embargo el

principio de operación para ambos tipos es el mismo, las

ondas sonoras se propagan por medio de las estructuras adyacentes al órgano que produce

los ruidos, estas vibraciones son recuperadas por la membrana rígida que entra en un estado

de resonancia, haciendo que vibre con más intensidad; también los sonidos pueden ser

Ilustración 1.1 René Théophile

Hyacinthe Laënnec.


13

recuperados por la campana la cual se encarga de focalizar las ondas en un punto y

transmitirla a la parte usuaria.

Los estetoscopios en su mayoría están compuestos por tubos de goma en forma de “y”, que

permiten que el sonido pueda viajar a través de ellos, estos se conectan a dos olivas

ergonómicas las cuales cierran herméticamente con el canal auditivo para no perder o agregar

información al sonido auscultado. (CENETEC, 2004)

1.2 Estructura del estetoscopio

En la actualidad el estetoscopio convencional persiste con las mismas características del

estetoscopio del siglo XIX; a pesar de que se han implementado algunas mejoras al diseño,

este no modifica su principio de operación, ya que este solo tiene la función de focalizar los

sonidos sin realizar ninguna amplificación extraordinaria. (Henríquez E. & del Solar Z, 2008)

El estetoscopio convencional consta tan solo de 7 segmentos, los cuales le hacen funcional y

liviano.

Ilustración 1.2 Partes del estetoscopio.


14

Tabla 1.1 Partes del estetoscopio.

Elemento Descripción

1 Binaural Compuesto por dos tubos metálicos, el muelle y las olivas.

2 Olivas Son de material suave y rígido. Ofrecen un sellado hermético y por lo

tanto mejor transmisión acústica.

3 Arco

metálico

Parte en la que se acoplan las olivas.

4 Campana Se utiliza con un suave contacto con la piel para escuchar sonidos de baja

frecuencia y el diafragma se usa presionando firmemente sobre la piel del

paciente para escuchar sonidos de frecuencias altas.

5 Vástago Esta pieza conecta el tubo del estetoscopio con la campana.

6 Tubo El tubo usualmente es de PVC, plástico o de hule flexible, pudiendo ser

sencillo en su porción de la pieza pectoral hasta la división donde se dirige

a cada uno de los tubos metálicos auriculares, donde reduce su calibre esto

obviamente en detrimento de la calidad acústica del sonido que se percibe.

Debe de tener un diámetro interior mínimo de 4.0 mm y una longitud

mínima de 50 cm a partir de la parte final de la “Y”

7 Campana La campana es la parte del estetoscopio a través de la cual se captan los

sonidos del paciente.

1.3 Funcionamiento del estetoscopio

Tiene una membrana y una campana. Cualquiera de las dos partes puede colocarse en el

paciente. Las dos detectan las señales acústicas que viajan a través de los tubos llenos de aire

y llegan hasta los oídos del médico. La campana transmite los sonidos de baja frecuencia, es

ideal para escuchar los pulmones. La membrana, en cambio, detecta las altas frecuencias y

permite escuchar el corazón.


15

Para detectar las diferentes frecuencias, se tienen dos modos:

Modo Campana (baja frecuencia)

Para escuchar sonidos de baja frecuencia, apoye sin presionar el estetoscopio sobre la piel

del paciente. La membrana está sujeta por un contorno flexible quedando suspendida en ésta,

permitiendo que la membrana pueda vibrar ampliamente y transmitir sonidos de longitud de

ondas largas, es decir sonidos de baja frecuencia.

Modo Diafragma (alta frecuencia)

Para captar los sonidos de frecuencias más altas, se presiona firmemente, de la misma forma

que se haría con un estetoscopio tradicional de doble campana en el modo diafragma. Al

ejercer ésta presión, la membrana se desplaza hacia dentro hasta tocar con un anillo interno.

Este anillo restringe el movimiento de la membrana boqueando o atenuando las longitudes

de onda más largas de los sonidos de baja frecuencia, permitiendo escuchar solamente las

longitudes de onda más cortas de los sonidos de alta frecuencia.

El primer estetoscopio eléctrico se introdujo en 1923 y en 1952 se introdujo el primer

dispositivo con amplificación o atenuación.

1.4 Tipos de estetoscopios

Tradicional

Está compuesto por una campana, olivas, dos tubos de acero y otro de cloruro de polivinilo

usado como material hermético para transportar la onda. Hay de tres tipos, pediátrico,

cardiólogo y veterinario, la diferencia de estos se basa en el tamaño de la campana.


16

Ilustración 1.3 Estetoscopio Tradicional

Electrónico

El funcionamiento es igual al tradicional, la diferencia es la conversión de evaluación de

señal, pasa de señal acústica a señal eléctrica mediante un transductor, donde se le hace todo

el procesamiento de señal. Las ventajas del estetoscopio digital, es la mejora que posee en

respuesta de frecuencia, mejor sensibilidad al sonido de entrada, un control para el volumen,

para disminuir o elevar el sonido.

Ilustración 1.4. Estetoscopio electrónico.


17

1.5 Fonocardiografía

El fonocardiograma (PCG) es el registro de las señales acústicas generadas por el corazón

fue desarrollado para mejorar los resultados obtenidos con la auscultación, hace posible la

evaluación de los sonidos y soplos del corazón respecto a los eventos eléctricos y mecánicos

del ciclo cardíaco. Mejora algunas de estas limitaciones del oído humano, ya que proporciona

un registro cuantitativo y grafico de los sonidos cardiacos. Esta visualización gráfica simple

tiene limitaciones, debido a que el análisis debe hacerse manualmente. La capacidad de

reconocimiento de patrones del ojo no es muy adecuada para esta modalidad de visualización

de la información, especialmente en términos de detalles, tales como la extracción de

contenido de frecuencia que son importantes para caracterización del ruidos cardíacos. La

manipulación señales de este PCG no es conveniente en plataformas tradicionales.

Finalmente, las ventajas de la auscultación cardiaca ya no están disponibles después del PCG,

es el único registro que queda de los sonidos cardíacos.

Cuando analizamos los sonidos del corazón, hay información que no puede obtenerse con

solo escuchar el sonido del corazón, como en la auscultación cardiaca y se puede ver la forma

de onda del sonido el corazón como en una fonocardiografía.


18

CAPITULO II MARCO TEÓRICO

2.1 Bioseñales

Una señal es un medio de transmisión de información, cuya adquisición permite obtener

información sobre la fuente que la generó. Una bioseñal puede ser definida como una

descripción de un fenómeno fisiológico, la fuente puede ser un sistema fisiológico del

organismo, la captación de las bioseñales permite al médico extraer información sobre el

funcionamiento de los diferentes órganos para poder emitir un diagnóstico.

Primeras Bioseñales

El primer diagnóstico que se realizó a un paciente de manera verbal fue solo con ayuda de

los sentidos. Los métodos aplicados abarcan principalmente inspección, palpación, percusión

y auscultación (Ilustración 2.1).

Inspección: es la visualización completa de la paciente mediante el uso de simple

vista (Ilustración 2.1.a).

Palpación: implica la sensación de la superficie del cuerpo con las manos para

determinar el tamaño, forma, rigidez o la ubicación de los órganos debajo de la piel

(Ilustración 2.2.a)

Percusión: es un procedimiento que consiste en golpear el cuerpo de manera directa

o indirecta con golpes cortos con el dedo o un martillo (Ilustración 2.2.b).

Auscultación: describe un procedimiento de diagnóstico en el que el médico escucha

los sonidos internos del para detectar patologías o el estados de salud (Ilustración

2.2.c).


19

Ilustración 2.1. Procedimientos básicos para la evaluación de bioseñales a) evaluación visual del

paciente por un médico para b) aplicación de un sensor biomédico en el paciente.

Ilustración 2.2. Métodos de diagnóstico primarios de inspección, a) Palpación, b) Percusión, c)

Auscultación.

2.2 Clasificación de bioseñales

Las medidas medicas pueden agruparse en diversas categorías: biopotenciales mecánicas,

acústicas, imagen, impedancias, señales diamagnéticas y señales bioquímicas. Los factores

más importantes que caracterizan desde el punto de vista de la instrumentación son los rangos

de amplitud y frecuencia. Para dar un ejemplo de una bioseñal la Ilustración 2.3, muestra la

formación de una bioseñal acústica que es usada para evaluar patologías cardiorrespiratorias.

La tabla 2.1 muestra un resumen de algunas de las bioseñales más usuales y sus

correspondientes rangos. Dichos rangos pueden varias en función del método de adquisición,

y sus valores son aproximados, considerando tanto valores normales como anormales de los

parámetros listados.


20

Ilustración 2.3. Sensor biomédico en el pecho para el registro de los sonidos del cuerpo.

Tabla 2.1. Rangos de algunas de las bioseñales más usuales.

Bioseñal Definición Rango de

amplitud

Rango de

frecuencia

Electrocardiograma

(ECG)

Actividad eléctrica

cardiaca

0.5 – 4 mV 0.01 – 250

Hz

Electroencefalograma

(EEG)


cerebral

5 – 300 µV DC – 150 Hz

Electrogastrograma

(EGG)


gástrica

10 µV – 1 mV DC – 1 Hz

Electromiograma

(EMG)


muscular

0.1- 5 mV DC – 10 kHz

Electroneurograma

(ENG)


nerviosa

0.01 – 3 mV DC – 1 kHz

Electrooculograma

(EOG)

Potencial retina-cornea 50 – 3500 µV DC - 50 Hz

Electrorretinograma

(ERG)

Actividad eléctrica de la

retina

0 – 900 µV DC – 50 Hz

Fonocardiograma (PCG) Sonidos cardiacos 80 dB (rango

dinámico)

5 – 2000 Hz


21

100 µPa

(umbral)

Flujo sanguíneo Flujo sanguíneo 1 – 300 ml/s DC – 20 Hz

Gasto cardiaco Cantidad de sangre

bombeada por el corazón

en unidad de tiempo

4 – 25

litros/minuto

DC – 20 Hz

pH sanguíneo Medida del pH en sangre 6.8 – 7.8 unid.

pH

DC – 2 Hz

Plestimografía Medida de cambios de

volumen

Depende del

órgano medido

DC – 30 Hz

Pneumotacografía Medida del flujo

respiratorio

0 – 600

litros/minuto

DC – 40 Hz

Potencial acción Potencial característico de

diferentes tipos de células

100 mV 2 kHz

Potenciales evocados

(EP)

Respuestas cerebrales

evocadas por estímulos

sensoriales

0.1 – 10 µV 0.5 – 3 kHz

Presión arterial Presión sanguínea arterial 10 – 400 mm

Hg

DC – 50 Hz

Presión venosa Presión sanguínea venosa 0 – 50 mm Hg DC – 50 Hz

Respuesta galvánica de

la piel (GSR)

Potencial generado por la

actividad de las glándulas

sudoríparas de la mano.

1 – 500 kΩ 0.01 – 1 Hz

2.3 Fisiología del corazón

El corazón es un órgano muscular hueco en forma de cono invertido aproximadamente del

tamaño de un puño. Se puede considerar que el corazón está formado por dos sistemas de

bombeo independiente: un hemicardio derecho que bombea sangre a los pulmones y un

hemicardio izquierdo que bombea sangre a los órganos periféricos. Las bombas están

compuestas por cuatro cámaras: ventrículos izquierdo y derecho; aurículas izquierda y

derecha. Los lados derecho e izquierdo del corazón están separados por el tabique

interventricular.


22

Ilustración 2.4. Diagrama del corazón humano (Cardiología y C. Cardiovascular, Manual CTO,

6ta Ed).

2.3.1 Ciclo cardiaco

Todo lo que se origina desde el comienzo de un latido hasta el comienzo del siguiente se

conoce como ciclo cardiaco. Cada ciclo se inicia por la generación espontánea de un potencial

de acción en el nódulo sinusal. Este nódulo está situado en la pared lateral superior de la

aurícula derecha, cerca de la desembocadura de la vena cava superior, y el potencial de acción

viajara rápidamente a través de ambas aurículas y de ahí, a través del fasciculo A-V

(auriculoventricular), a los ventrículos. Debido a la disposición especial del sistema de

conducción desde las aurículas a los ventrículos, existe un retraso superior a 1/10 de segundo

en el paso del estímulo cardiaco de las aurículas a los ventrículos. Esto permite que las

aurículas se contraigan antes que los ventrículos, bombeando así sangre al interior de los

ventrículos antes que comience la energía contracción ventricular. Por tanto, las aurículas

actúan como bombas cebadoras de los ventrículos dado que los ventrículos son la fuente

principal de potencia para mover la sangre por el aparato circulatorio.


23

Ilustración 2.5. Acontecimiento del ciclo cardiaco referido a la función del ventrículo izquierdo,

que muestra las diferentes variaciones ocurridas (Cardiología y C. Cardiovascular, Manual CTO, 6ta Ed).


24

2.4 Ruidos y soplos cardiacos

Ilustración 2.6. Registro de los ruidos dentro de un periodo cardiaco.

2.4.1 Ruidos cardiacos

Los principales componentes audibles del PCG son golpes cortos que son reconocidos como

los componentes primarios (S1, S2, S3 y S4). Los otros tipos de sonidos son soplos. Sin

embargo, los dos sonidos audibles más importantes en un ciclo cardíaco normal son el

primero y el segundo ruido cardíaco, S1 y S2 como se presenta en la Ilustración 2.6.

Ilustración 2.7. Representación en el tiempo de cada sonido cardiaco.


25

Primer tono cardiaco S1

S1: Se produce en el inicio de la contracción ventricular durante el cierre de las válvulas AV.

Contiene una serie de vibraciones a baja frecuencia, usualmente es la componente del PCG

con mayor duración. Las componentes de S1 están asociados con el cierre de cada una de las

dos válvulas AV. S1 tiene una duración en promedio de 100 ms a 200 ms y sus componentes

de frecuencia se encuentran en el rango de 25 Hz – 45 Hz.

Segundo tono cardiaco S2

S2: Se escucha al final de la sístole ventricular, durante el cierre de las válvulas semilunares.

S2 dura aproximadamente 0.12 s, con una frecuencia de 50 Hz que es normalmente superior

a S1 en términos de contenido de frecuencia y más corto en términos de duración. Tiene sub-

componentes aórticas y pulmonares: A2 y P2 correspondientes a la parte de la aorta y las

partes pulmonares respectivamente. Generalmente A2 y P2 se cierran juntos, si existe una

diferencia entre A2 y P2 están lo suficientemente separados que se pueden escuchar como

dos golpes en S2 (Ilustración 2.7).

Tercer tono cardiaco S3

S3: Es el tercer sonido de baja frecuencia que puede ser escuchado del corazón al comienzo

del tercio medio de la diástole, durante el llenado rápido de los ventrículos. La aparición de

este sonido puede ser normal en los jóvenes (menores de 35 años de edad).

Cuarto tono cardiaco S4.

S4: En algunas personas, puede registrarse con el fonocardiograma un tono cardiaco

auricular, aunque casi nunca puede oírse con el estetoscopio debido a su baja frecuencia


26

(habitualmente 20 ciclos/s o menos). Este ruido se produce cuando las aurículas se contraen

y, al parecer, está producido por ingreso de sangre en los ventrículos, que inicia vibraciones

similares alas del tercer tono cardiaco.

En caso de insuficiencias y estenosis valvulares (estrechamiento anormal de las válvulas

arteriales), se producen sonidos de mayor frecuencia (hasta 2 kHz), denominados soplos.

Por esta razón, un análisis espectral de los tonos cardiacos puede proporcionar un diagnostico

útil para detectar determinadas patologías.

2.4.1.1 Características de los sonidos cardiacos

La identificación de los ruidos del corazón y los soplos se hace principalmente por la

ubicación temporal relativa en el ciclo cardíaco. Sin embargo, los diferentes sonidos que

componen el ciclo cardíaco también tienen diferentes características espectrales que ayuda a

caracterizarlos. La Tabla 2.2 resume algunos de los sonidos básicos su contenido de

frecuencia.

Tabla 2.2. Características de los sonidos cardiacos.

Sonido Duración (ms) Rango de frecuencia

aproximado (Hz)

S1 100 ms – 200 ms 25 Hz – 45 Hz

S2 0.12 s 50 Hz

S3 4 ms – 8 ms 10 Hz – 100 Hz

S4 3 ms – 6 ms 10 Hz – 50 Hz


27

2.4.2 Soplos cardiacos

Normalmente, en los intervalos existentes entre S1-S2 y S3-S4 no existe ningún sonido, con

la excepción del ruido ambiente captado por el estetoscopio. Sin embargo, en determinadas

cardiopatías, es posible escuchar en estos intervalos ruidos de alta frecuencia denominados

soplos, que están causados por turbulencias del flujo sanguíneo cuando circula a alta

velocidad. Las dos causas más comunes de estas condiciones son: el flujo sanguíneo

atravesando una válvula parcialmente obstruida (estenosis) y cuando una válvula no cierra

completamente y se produce un cierto reflujo de sangre en sentido inverso al turbulento y se

identifican por seis características:

Localización: Área valvular donde se oye mejor.

Frecuencia: Alta (percibidos con estetoscopio de diafragma), media y baja

(percibidos con estetoscopio de campana).

Calidad: Soplantes (200 – 400 Hz), duros o rudos (100 – 200 Hz), y musical (<100

Hz).

Momento: Sistólicos, diastólicos, continuos, precoz, meso, tardío.

Radiación: Áreas donde es audible el ruido, además del área donde se escucha mejor.

Cardiopatías detectables con Fonocardiograma (PCG).

Estenosis mitral.

Insuficiencia mitral.

Estenosis aortica.

Insuficiencia aortica.

Doble lesión mitral.

Doble lesión aortica.

Insuficiencia tricúspide.

Soplos inocentes.


28

Ilustración 2.8. Representación gráfica de algunos tipos de cardiopatías.

2.5 Auscultación cardiaca y áreas de auscultación

La escucha de los ruidos del cuerpo generalmente con la ayuda de un estetoscopio, se

denomina auscultación. La ilustración 2.9 muestra las áreas de la pared torácica desde donde

pueden oírse mejor los diferentes ruidos valvulares, aunque los ruidos de todas las válvulas

pueden escucharse desde todas las zonas, el cardiólogo diferencia los ruidos de las distintas

válvulas mediante un proceso de eliminación; esto es, mueve el estetoscopio de una zona a

otra, observando la intensidad de los ruidos en las diferentes áreas y seleccionando

gradualmente los componentes acústicos de cada válvula.

Existen cuatro áreas que corresponden a los puntos de auscultación para cada válvula

cardiaca. En el segundo espacio intercostal derecho cerca del esternón corresponde al foco

aórtico; segundo espacio intercostal izquierdo cerca del esternón corresponde al foco

pulmonar; en la punta en el cuarto y quinto espacio intercostal izquierdo sobre la línea medio


29

clavicular corresponde al foco mitral y el cuarto espacio intercostal izquierdo en la base de

la apófisis xifoides corresponde al foco tricúspide.

Ilustración 2.9. Áreas de auscultación en el pecho A, Aórtico; P, Pulmonar; T, Tricúspide; y M, Mitral. (Cardiología y C. Cardiovascular, Manual CTO, 6ta Ed)

2.5.1 Límites de la auscultación

La automática interpretación de señales hacen al estetoscopio un dispositivo de medición

subjetivo, muchas de las vibraciones están fuera del rango audible, y muchos sonidos dentro

del rango audible son amortiguadas durante el procesamiento de señales del oído humano.

Las curvas de igual sonoridad de Fletchar y Munson, se muestran en la Ilustración 2.10,

muestran que los sonidos de baja frecuencia necesitan mayor amplitud para ser percibidas


30

con la misma sonoridad que las frecuencias intermedias en el rango de 1000 Hz. Los sonidos

de alta frecuencia tienen un comportamiento similar, aunque hay pocos sonidos fisiológicos

que llegan a altas frecuencias.

Ilustración 2.10. Curvas de Fletcher-Munson de igual sonoridad. Sonidos de frecuencias bajas son atenuadas por el oido, haciendo la auscultacion cardiaca mas dificil para algunas vibraciones

originadas por el corazon.

La percepción de eventos de sonidos para el cerebro humano son influenciados por sonidos

anteriores de tres maneras. Fatiga ocurre cuando un sonido no es detectado después de un

sonido de alto volumen. Es difícil escuchar un sonido de baja intensidad cuando sonidos de

alta intensidad están presentes; esto es llamado enmascaramiento. Estos factores contribuyen

a oscurecer el leve murmullo que a menudo no se escucha en la presencia del más fuerte S1

y S2. Finalmente, la división ocurre cuando los sonidos están demasiado juntos como para


31

ser distinguidos por el oído. Esto varia acorde a la frecuencia, pero la mínima división

detectable por los humanos es cerca de 30 ms.

Las características del sonido incluyendo instantes de temporización, componentes de

frecuencia y formas envolventes de murmullos hacen mejor el uso de métodos de análisis

cuantitativos.

2.6 Obtención y tratamiento de la señal

Después de haber analizado las características eléctricas de la señal acústica y las zonas de

auscultación, se procede a obtener la señal acústica y darle el tratamiento adecuado.

Generalmente los estetoscopios digitales cuentan con etapas importantes como: etapa de

amplificación, etapa de filtrado y etapa de despliegue de datos, a continuación se describen

en forma general las etapas mencionadas

La adquisición, el acondicionamiento y el análisis de las señales se realizan mediante el uso

de un sistema de adquisición. Una vez obtenida la señal, es acondicionada y visualizada

gráficamente, además se extraen sus características en dominio del tiempo. En la Ilustración

2.11 se muestra el diagrama a bloques de la estructura del sistema de adquisición y

acondicionamiento propuesto.


32

Ilustración 2.11. Diagrama a bloques del sistema de adquisición y acondicionamiento de señales.

El primer bloque consta de un micrófono tipo electret para la obtención de la señal acústica.

En el segundo bloque se utiliza un amplificador, mediante el cual se ajusta la ganancia para

visualizar la señal del micrófono y se regulan los cambios de potencial generados en los

instrumentos de adquisición. Posteriormente, se utilizan filtros para eliminar el ruido y

permitir únicamente el paso de las frecuencias en el marco deseado. El cuarto bloque consta

de la etapa de rectificación que elimina los voltajes negativos para conectarlo a la interfaz

analógica de la tarjeta de desarrollo, para realizar la conversión analógico-digital y en la etapa

posterior se utiliza un segundo amplificador.

2.6.1 Adquisición de la señal acústica.

Los ruidos cardiacos son producidos por el corazón durante el ciclo cardiaco, el micrófono

extrae la información de esos ruidos, observando una señal variante el tiempo para ser

registrada e interpretada.

AdquisiciónPre-

Amplificación

FiltradoAmplificación


33

2.6.1.1 Micrófonos

Un micrófono es un elemento capaz de captar ondas sonoras convirtiendo la potencia acústica

en eléctrica de similares características ondulatorias. Para ello se necesita la combinación

escalonada de dos tipos de transductores. El primero de ellos consiste en una fina lámina,

denominada diafragma. Su objetivo es transformar las variaciones de presión mecánicas, es

por lo tanto mecano-acústico. El segundo las vibraciones mecánicas recibidas en magnitudes

eléctricas, es por tanto un transductor electromecánico. El conjunto de los dos transductores

puede considerarse como un electro-mecano-acústico.

2.6.1.2 Características de un micrófono

Rango dinámico: Rango de niveles sonoros en los que la señal eléctrica que produce el

micrófono es suficientemente alta para ser utilizada. Es difícil construir micrófonos con un

rango dinámico amplio, puesto que deben responder a señales sonoras fuertes sin estropearse

y por otro lado deben responder a señales de intensidad sonora baja.

Respuesta en frecuencia: Se caracteriza por la intensidad de la señal eléctrica producida por

un micrófono, para una amplitud determinada de la presión de la onda sonora, a diferentes

frecuencias. La respuesta ideal sería un gráfico completamente plano. En caso real, para las

frecuencias bajas se encuentra limitada por la frecuencia de resonancia de la vibración

mecánica del diafragma y para frecuencias altas decrece cuando la longitud de ondas de las

ondas sonoras son menores que el tamaño del diafragma.


34

2.6.1.3 Tipos de micrófono

Dinámicos

Conocido como de bobina móvil, posee un diafragma con una inductancia la cual se

encuentra unida a él. Cuando existe una excitación, el diafragma se moverá por los cambios

de presión de sonido, este cambio moverá la bobina la cual causa una corriente eléctrica al

cortar las líneas de flujo del imán. La deficiencia del micrófono dinámico es que posee una

sensibilidad limitada, es decir, dado un nivel bajo presión acústica, no va a generar la señal

eléctrica deseada, la sensibilidad es un factor muy importante, porque los sonidos del cuerpo

humano son de magnitudes pequeñas.

Micrófono de carbón

Es de bajo precio y alta durabilidad, el micrófono se compone de gránulos de carbón

comprimido entre dos placas de metal. Se aplica un voltaje a través de las dos placas y la

presión de sonido en una parte de la placa actúa como diafragma, comprimiendo los gránulos

de carbón, cambiando la resistencia y variando la corriente de salida. La sensibilidad el

micrófono suele ser bastante alta. Sin embargo, la respuesta de frecuencia es pobre y a

menudo son ruidosos. Debido a que el estetoscopio necesita una buena respuesta el

micrófono no es útil.

Micrófono ribbon:

Posee un diafragma fino y corrugado que es ubicado en la capa de aire de un magneto potente.

Es sostenido por sus límites pero se mueve libremente dentro de su zona. Cuando es sacudido


35

por la forma de onda sonora, vibra y corta las líneas magnéticas induciendo voltaje en sí

mismo. Posee un excelente comportamiento en frecuencia, pero, es un micrófono muy largo

y muy difícil para ser usado en un equipo que se encontrara en constante movimiento.

Piezoeléctricos

Son micrófonos de presión que se utilizan limitadamente para ciertos efectos. Depende de la

reflexión del sonido.

De contacto

Captan el sonido estando en contacto físico con la fuente. Estos micrófonos son generalmente

montados en instrumentos musicales, poseen la ventaja de eliminar cualquier sonido externo

que interfiera y de no sufrir la interferencia de las reflexiones del sonido al chocar con objetos

cercanos.

Capacitivos

Los micrófonos de condensador funcionan bajo el principio de un condensador eléctrico o

capacitor. Un diafragma de metal ultra delgado es fuertemente estirado sobre una pieza plana

de metal o cerámica, en la mayoría de los micrófonos de condensador necesitan una fuente

de poder que provee una carga eléctrica entre ambos elementos. Las ondas sonoras que

golpean el diafragma causan fluctuaciones en la carga.

Micrófono electret

Micrófono de condensador electret comúnmente conocido como electret, es una clase del

micrófono de condensador que utiliza el electrodo laminar de plástico que al encontrase

polarizado no necesita alimentación. Este micrófono tiene la característica de tener una


36

excelente respuesta en la frecuencia de trabajo y su sensibilidad es la adecuada para el

dispositivo de estetoscopio digital.

2.6.1.4 Clasificación de los micrófonos apropiados para sonidos cardiacos.

El micrófono apropiado para esta aplicación está caracterizado por:

Sensibilidad: La amplitud de la señal eléctrica para una presión sonora dada, esta debe

ser alta para maximizar la usualmente pequeña señal de salida, de esta manera

mejorando la relación señal a ruido.

Impedancia de salida: Para maximizar la transferencia de potencia. La impedancia de

carga debe igualarse a la del micrófono, de otra forma las impedancias deben ser

adaptadas a través de un transformador.

Respuesta en frecuencia: De 20 Hz en adelante para la detección de eventos de

relativa baja y alta frecuencia. Aunque alguna información que puede producir el

corazón puede oscilar entre 0.1 Hz y 19 Hz es información que no soporta a la

identificación de soplos puesto que estos son de más alta frecuencia que los sonidos

normales.

Voltaje de operación: Los altos voltajes no son permitidos, debido a los

requerimientos de baja potencia de los dispositivos amplificadores.

Relación señal a ruido (SNR): Debe ser alta mayor a 94 dB para mantener la

resolución a 10 bits o más y garantizar la calidad de la señal de entrada.

Tamaño: De dimensiones acoplables a la sonda o tubo de plástico del estetoscopio.


37

2.6.2 Acondicionamiento de la señal acústica.

En la auscultación se registran las diferencias de voltaje de la señal acústica, que son señales

pequeñas del orden de 30 µV hasta 6 mV, niveles que necesitan ser amplificados por lo cual

se requiere de etapas de acondicionamiento: pre-amplificación, filtrado y amplificación de la

señal.

2.6.2.1 Etapa de pre-amplificación

Para esta etapa de pre-amplificación puede ser utilizado el amplificador inversor que es uno

de los más utilizados (Ver Ilustración 2.12). Es un amplificador cuya ganancia en lazo

cerrado desde 𝑉𝑖𝑛 a 𝑉𝑜 está dado por 𝑅𝑓 y 𝑅𝑖. Puede amplificar señales de ca o cd. El voltaje

de salida está dado por la expresión 1:

𝑉𝑜 =𝑅𝑓

𝑅𝑖∗ 𝑉𝑖𝑛

( 1 )

Ilustración 2.12. Amplificador inversor.

Ri

Rf

RL

+V

-VGND

GND

GNDVo

Vin


38

2.6.2.2 Etapa de filtrado

Los filtros activos formados por resistencias, capacitores y amplificadores operacionales,

permiten que solo ciertas frecuencias seleccionadas pasen desde la entrada hasta la salida del

filtro. Estos circuitos se usan para aumentar o atenuar ciertas frecuencias en circuitos de

audio, para estudiar señales. Para esta etapa se utilizan filtros pasa banda como el que se

muestra en la Ilustración 2.13. Un filtro pasa-anda es un selector de frecuencia. Permite

seleccionar o pasar únicamente una banda particular de frecuencias entre otras que pueden

estar presentes en un circuito. En la Ilustración 2.14 se muestra su respuesta normalizada en

frecuencia. Este tipo de filtro posee una ganancia máxima a una frecuencia resonante 𝑓𝑟 . Hay

una frecuencia por debajo de 𝑓𝑟 en la que la ganancia cae a 0.707, es la frecuencia inferior de

corte 𝑓𝐿 (Expresión 3). En la frecuencia de corte mayor 𝑓𝐻 (Expresión 4), la ganancia también

es igual a 0.707, como se muestra en la Ilustración 2.14. Las ecuaciones de diseño

corresponden a las expresiones 2, 3 y 4.

𝐴𝑣 = −𝑅2

𝑅1

( 2 )

𝑓𝐿 =1

2𝜋𝑅1𝐶1

( 3 )

𝑓𝐻 =1

2𝜋𝑅2𝐶2

( 4 )


39

Ilustración 2.13. Filtro pasa banda de segundo orden.

Ilustración 2.14. Filtro pasa-banda tiene ganancia máxima a la frecuencia de resonancia fr. La

banda de frecuencias transmitidas queda entre fL y fH.

2.6.2.3 Etapa de amplificación

A pesar de la ganancia establecida en la etapa de pre-amplificación se considera que la señal

todavía no se encuentra dentro de los rangos de voltaje deseados para la extracción de datos,

por lo que se implementa una etapa más de amplificación con la finalidad de aumentar aún

R1

R2

RL

+V

-V

GND

GND

C1

C2

GND

Vo

Vin


40

más la amplitud de la señal. Para esta etapa se utiliza un amplificador no inversor. La

Ilustración 2.15 muestra el diagrama esquemático del amplificador.

Ilustración 2.15. Amplificador no inversor.

El voltaje de salida del amplificador no inversor está dado por la ecuación 5.

𝑉𝑜 = (1 +𝑅𝑓

𝑅𝑖) 𝑉𝑖𝑛

( 5 )

La etapa de amplificación también cuenta con un seguidor de voltaje, el cual cumple la

función de acoplador de impedancias, sin embargo, dadas las características del amplificador

no inversor, el cual cuenta con una impedancia de entrada muy grande, el uso del seguidor

no es indispensable. La Ilustración 2.16 muestra un seguidor de voltaje.

Ri Rf

RL

+V

-V

GND

GND

GND

VoVin


41

Ilustración 2.16. Seguidor de voltaje.

Otro circuito muy empleado es el que se muestra en la Ilustración 2.17 que corresponde a un

sumador no inversor. La expresión 6 corresponde a la suma de los voltajes de entrada, la

expresión 7 corresponde al voltaje de salida del sumador y la expresión 8 permite calcular la

resistencia para ajustar la ganancia.

𝑉𝑖𝑛 =𝑉1 + 𝑉2+. . +𝑉𝑛

𝑛

( 6 )

𝑉𝑜 = 𝑉1 + 𝑉2 + ⋯ + 𝑉𝑛 ( 7 )

𝑅𝑓 = 𝑅(𝑛 − 1) ( 8 )

RL

+V

-V

GND

GND

Vo

Vin


42

Ilustración 2.17. Sumador no inversor.

El circuito promediador pasivo consta de resistencias iguales RA y los voltajes deben

sumarse. La salida del promediador pasivo es 𝑉𝑖𝑛 , donde 𝑉𝑖𝑛es el promedio de 𝑉𝑖𝑛 =

𝑉1+𝑉2+..+𝑉𝑛

𝑛. Se obtiene 𝑉𝑜 al amplificar 𝑉𝑖𝑛 con una ganancia igual al número de entradas n.

Para diseñar se escoge un valor adecuado de R. Después se calcula Rf a partir de la expresión

8.

R

Rf

RL

+V

-V

GND

GND

GND

Vo

V1

GND

V2

GND

V3

RA RA RA

Promediador Pasivo


43

CAPITULO III DESARROLLO Y CONSTRUCCIÓN DEL DISPOSITIVO

PARA AUSCULTACIÓN

El dispositivo se desarrollara en diferentes etapas, la Ilustración 3.1 muestra las partes en la

que consta el dispositivo, se implementaran en cuatro fases que son; el diseño del sistema

de adquisición y acondicionamiento, diseño de los amplificadores, la digitalización de la

señal y transmisión de datos, y creación de la interfaz gráfica de usuario que corresponde a

la visualización y almacenamiento de la señal.

Ilustración 3.1. Diagrama a bloques.


44

3.1 Diseño del sistema de adquisición y acondicionamiento.

3.1.1 Elección del traductor.

Para el proceso de adquisición de la señal se necesita la elección del transductor correcto, los

requerimientos de respuesta en frecuencia desechan la mayoría de los micrófonos. En este

sentido los tipos de micrófono son dinámicos, de condensador y electret, los micrófonos

dinámicos y de condensador son la elección en música profesional. El inconveniente de los

micrófonos dinámicos es el tamaño, estos son grandes y requieren un transformador, por otro

lado los micrófonos de condensador usualmente requieren un voltaje de alimentación de 48

V. De manera que la elección está obligada a la selección del micrófono electret adecuado,

estos son robustos, baratos, pequeños y fácilmente integrables al hardware, pero sujetos a

una baja relación señal a ruido. Este micrófono tiene una respuesta en frecuencia de 50 Hz a

15,000 Hz.

Ilustración 3.2. Micrófono electret

Una vez elegido el transductor procedemos a adaptar el micrófono a una campana de un

estetoscopio que permitirá obtener la señal acústica. La Ilustración 3.3 muestra la campana

con la adaptación del micrófono.


45

Ilustración 3.3. Adaptación del micrófono a la campana.

3.2 Circuito acondicionador de señal.

Como el voltaje de la señal de salida de los micrófonos es del orden de milivolts,

este no es lo suficiente para ser detectado por el convertidor analógico digital, además el

convertidor analógico digital realiza la conversión de señales en el intervalo de 0 a 3.3 V. Por

ello es necesario acondicionar la señal de salida del micrófono, lo cual implica

amplificar la señal, sumar un voltaje de offset a la señal así como asegurar que el voltaje de

salida se encuentre en dicho intervalo, además que la señal de entrada esté limitada en

banda.

Como parámetros de diseño se fijaron el ancho de banda del circuito, la ganancia,

voltajes de operación y voltajes a los cuales se limita la señal de salida. El ancho de banda

del circuito sobre el que se hizo el diseño fue un intervalo de frecuencia de 20 Hz a 20

kHz, esto con el objetivo de cubrir el ancho de banda de la señal y el espectro audible, aunque

estemos limitados por la respuesta en frecuencia del micrófono, la ganancia de voltaje del

circuito debe ser lo bastante alta para que la señal de prueba sea captada y la señal de salida

es necesario que esté limitada al intervalo de voltajes de 0 a 3.3 V.


46

Se eligió el amplificador operacional TL074 debido a su ancho de banda de ganancia

unitaria BW de 3 MHz. De la Ilustración 3.4.a) se observa que el amplificador opera como

un sumador inversor con dos señales una que proviene del micrófono y la otra es un voltaje

que se añade para obtener de offset, que se obtiene del amplificador operacional conectado

como fuente de voltaje; se observa que el voltaje de offset es ajustado mediante la resistencia

variable 𝑅𝑣.

La ganancia del amplificador depende de las resistencias 𝑅1 y 𝑅2 y si el circuito se aproxima

a un amplificador inversor la ganancia de voltaje 𝐴𝑣 es igual a la expresión 2. Tal y como se

observa en la Ilustración 3.4.b). Los valores de 𝑅1 y 𝑅2 fueron elegidos.

Ilustración 3.4. Circuito acondicionador de señal

R

Rr

+V

-V

C1

C2

GND

R1

R2

R3

TL074

+V

-V

-V

D1

+V

Micrófono

TL074

Rv

50 %

-V

+V

TL074

R2

R1

R

GND-V

+V

a) Circuito acondicionador de señal

b) Circuito amplificador inversor formado por R1 y R2.


47

Los valores de 𝑅1 y 𝑅2 se muestran a continuación con lo que obtenemos la ganancia del

circuito.

𝑅1 = 4.7 𝑘Ω 𝑦 𝑅2 = 820 𝑘Ω

𝐴𝑣 = −820 𝑘Ω

4.7 𝑘Ω= −174.46

Para limitar en banda la señal, se necesita un filtro pasa banda el cual se forma con un filtro

pasa altas y un filtro pasa bajas. Estos filtros se componen de la malla 𝐶1 y 𝑅1, conectados

en serie forman un filtro pasa altas, y el filtro pasa bajas lo forman 𝐶2 y 𝑅2 conectados en

paralelo y que se encuentran en la malla de retroalimentación del amplificador sumador

inversor, para el cálculo de los capacitores se utilizan las expresiones 3 y 4

𝑓𝐿 =1

2𝜋𝑅1𝐶1

𝑓𝐻 =1

2𝜋𝑅2𝐶2

Calculando el valor de los capacitores

𝐶1 =1

2𝜋𝑅1𝑓𝐿

𝐶1 =1

2𝜋(4.7 𝑘Ω)(20 𝐻𝑧) 𝐶1 = 1.69 𝜇𝐹 𝑣𝑎𝑙𝑜𝑟 𝑐𝑜𝑚𝑒𝑟𝑐𝑖𝑎𝑙 𝐶1 = 2.2 𝜇𝐹

𝐶2 =1

2𝜋(820 𝑘Ω)(20 𝑘𝐻𝑧) 𝐶2 = 9.7 𝑝𝐹 𝑣𝑎𝑙𝑜𝑟 𝑐𝑜𝑚𝑒𝑟𝑐𝑖𝑎𝑙 𝐶2 = 8.2 𝑝𝐹

Los capacitores de ajustaran a valores comerciales de modo a que cubran el ancho de banda,

para el valor de 𝑅1 y 𝑅3 deben ser iguales para mantener la misma ganancia por canal y 𝑅


48

debe tener un valor igual al paralelo de 𝑅1 y 𝑅3, con lo cual 𝑅 = 2.35 𝑘Ω con valor comercial

de 𝑅 = 2.2 𝑘Ω.

Los valores de 𝑅1 y 𝑅2 fueron elegidos de tal manera a que con ellos fue posible obtener una

ganancia real lo bastante alta que cumpliera con la respuesta en frecuencia del circuito,

además la ganancia real se ve afectada por tres factores dos que ya han sido mencionados,

las resistencias externas, ancho de banda de ganancia unitaria, pero además los capacitores

con los que se forman los filtros pasa bajas y pasa altas.

Finalmente a la salida del amplificador operacional se encuentra un diodo rectificador, que

se encarga de rectificar la señal, los voltajes negativos son truncados.

3.3 Diseño de los amplificadores

Consta de diseñar los amplificadores, la salida de la etapa anterior se dividirá en dos canales

uno para la etapa de digitalización y el otro para los amplificadores de audio.

Pre-amplificador para la etapa de digitalización.

La Ilustración 3.5 muestra la etapa del pre-amplificador, para el cálculo del amplificador se

propone el valor de 𝑅𝑓 para poder ajustar el valor de la ganancia del amplificador.

Ilustración 3.5. Pre-amplificador.

TL074

RfRi

GND

-V

+V

TL074

-V

+V


49

Se propone 𝑅𝑓 = 100 𝑘Ω, y una 𝐴𝑣 = 5, mediante la expresión 5 calcular el valor de 𝑅𝑖.

𝑅𝑖 =𝑅𝑓

𝐴𝑣 − 1=

100 𝑘Ω

5 − 1= 25 𝑘Ω 𝑣𝑎𝑙𝑜𝑟 𝑐𝑜𝑚𝑒𝑟𝑐𝑖𝑎𝑙 22 𝑘Ω

La salida de esta etapa será conectada a la etapa de digitalización que se desarrollara en el

siguiente “apartado”.

3.4 Amplificador de audio

Para el amplificador de audio se aplicara el mismo procedimiento anterior, constara de un

seguidor de voltaje y amplificador no inversor y el amplificador LM386, la Ilustración 3.6

muestra el diagrama para el amplificar de audio.

Ilustración 3.6. Amplificar de audio.

TL074

RfRi

GND

-V

+V

TL074

-V

+V

LM38610kΩKey=A

50 %

GND GND

+V

1.2kΩ 10µF

GND

10Ω

0.05µF

250µF

GND

Headphones

GND


50

Una vez obtenidos los valores de los componentes el diagrama completo se muestra en la

Ilustración 3.7.

Ilustración 3.7. Diagrama completo del dispositivo.

La Ilustración 3.8 muestra el circuito de adquisición y tratamiento de la señal,

correspondiente a la Ilustración 3.7.

Ilustración 3.8. Sistema de adquisición y tratamiento de la señal.

R

Rr

+V

-V

C1

C2

GND

R1

R2

R3

TL074

+V

-V

-V

D1

+V

Micrófono

TL074

Rv

50 %

-V

+V

TL074

RfRi

GND

GND GND

GND

GND GND

-V

-V

+V

+V+V

TL074

LM38610kΩKey=A

50 % 1.2kΩ 10µF

10Ω

0.05µF

250µF Headphones

TL074

R6R7

GND

-V

-V

+V

+V

TL074

ADC


51

3.5 Costo de materiales

Se hace necesario realizar una estimación de los costos de los materiales que se van a utilizar

para la instrumentación del prototipo.

Componente Cantidad Precio Unitario Costo total

LM386N-1 1 $ 28.00 $ 28.00

TL074 2 $ 7.00 $ 14.00

Capacitores electrolíticos 5 $ 1.50 $ 7.50

Capacitores cerámicos 2 $ 1.50 $ 3.00

Resistencia de carbón 8 $ 0.25 $ 2.00

Jack 3.5 mm 1 $ 6.00 $ 6.00

Micrófono electret 1 $ 35.00 $ 35.00

Trimpot 3 $ 15.00 $ 45.00

Placa para PCB fibra de vidrio 1 $ 10.00 $ 10.00

Grapas 4 $ 2.50 $ 10.00

Bases para integrado 14 y 8 pines 3 $ 5.00 $ 15.00

Cable 1 $ 3.50 $ 3.50

Campana 1 $ 80.00 $ 80.00

Launchpad MSP430 1 $ 200.00 aprox. $ 200.00

Conectores 2 $ 5.00 $ 10.00

Gabinete 1 $ 45.00 $ 45.00

Apagador 1 $ 3.50 $ 3.50

Base pila 9 V. 2 $ 4.50 $ 9.00

Total = $ 526.50


52

3.6 Configuración del microcontrolador

Se empleara la tarjeta de adquisición Launchpad MSP430 para realizar la conversión

analógico digital y para él envió de datos a la PC, la Ilustración 3.9 muestra el diagrama a

bloques del microcontrolador MSP430G2553, las características generales del

microcontrolador se engloban en la siguiente tabla.

Tabla 3.1. Características generales MSP430G2553

Bajo voltaje de alimentación: 1.8 V a 3.6 V

Bajo consumo de corriente: 230 uA a 1 MHz, 2.2 V

Interface universal de comunicación serial (USCI): UART

IrDA

SPI

I2C

Convertidor analógico digital: 10 Bits 200-ksps

Cinco modos de bajo consumo

Modulo básico de configuración de reloj

Ilustración 3.9. Diagrama a bloques del microcontrolador MSP430G2553.


53

La Ilustración 3.10 muestra el diagrama de terminales del microcontrolador MSP430G2553

de la empresa Texas Instruments, el cual será empleado para la adquisición de datos, el

diagrama indica las terminales a usar; la terminal 3 y 4 corresponden al módulo UART para

el envío (UCA0TXD) y recepción (UCA0RXD) de datos; la terminal 6 se empleara como

canal analógico (A4) para digitalizar la señal mediante el módulo ADC.

Ilustración 3.10. Diagrama de Terminales del microcontrolador MSP430G2553 (Texas

Instruments).


54

La Ilustración 3.11 muestra el Diagrama de flujo del proceso de adquisición y transmisión

de datos.

Ilustración 3.11. Diagrama de flujo adquisición y transmisión de datos.


55

3.6.1 Configuración de los registros del ADC10

La Ilustración 3.12 muestra el diagrama del módulo ADC10, está compuesto por las entradas

analógicas (analog inputs, 10 canales desde A0 a A7, Vmid y Vtemp), referencias internas

(VCC, VSS, 2.5 V, 1.5 V), referencias externas (VeREF+ y VeREF-), en la capa funcional

se tiene una fuente de reloj (Clock Source; ADC10OSC, ACLK, MCLK, SMCLK) y un

divisor (ADC10DIV), conversión triggers (ADC10SC, TA0, TA1, TA2) y modos de

conversión; conversión de un solo canal, conversión de una secuencia de canales, conversión

repetitiva de un solo canal, conversión repetitiva de una secuencia de canales, un búfer donde

se almacena el resultado de la conversión ADC10MEM y un controlador de transferencia d

datos para cargar automáticamente el contenido del búfer ADC10MEM en posiciones de

memoria dentro del microcontrolador.

Ilustración 3.12. Diagrama a Bloques ADC10.


56

Elegiremos la terminal P.4 (ADC10 analog input A4) para leer el voltaje, la selección del

canal se realiza mediante los bits INCHx que se encuentra en el registro ADC10CTL1. La

configuración que se realiza es INCH = 4.

Configuramos los bits SHSx, que proporciona el pulso SHI que necesita el módulo ADC10

para iniciar un proceso de conversión. Elegimos Timer_AOUT0, que es la salida OUT0 del

canal 0 del Timer_A. Para que se habilite el trigger de dichas señales se necesita que el bit

ENC = 1.

Las posibles fuentes de reloj para el ADC10CLK pueden ser ACLK, MCLK, SMCLK o el

oscilador interno ADC10OSC, y son seleccionados mediante los bits ADC10SSELx. Así

mismo se cuenta con un divisor de frecuencia de 1 hasta 8 mediante los bits ADC10DIVx.

Utilizaremos el oscilador interno del ADC10OSC, el cual puede variar entre 3.7 a 6.3 MHz.


57

No dividiremos la frecuencia a lo cual los registros quedan como ADC10SSELx = 0 y

ADC10DIVx = 0.

Debido a que solo se utilizara un solo canal se configura los bits CONSEQx en el modo 2,

que corresponde al tercer modo “conversión repetitiva de un canal” (Repeat Single Channel)

que permite de manera automática la conversión de un canal analógico, se configura haciendo

CONSEQx = 10, el resultado de la conversión se muestra en el búfer ADC10MEM. Luego

lo que continúa depende del bit MSC (multi sample & conversion) donde, MSC = 1 significa

que el primer flanco de subida de la señal SHI bastará para continuar haciendo conversiones

del mismo canal sin necesidad de esperar otros triggers este se configura en el registro

ADC10CTL0.

Lo siguiente es configurar el voltaje de referencia, corresponde a configurar los bits SREFx

del registro ADC10CTL0, al elegir los voltajes de referencia se establecen los límites de


58

voltaje a medir, elegimos el voltaje de referencia del microcontrolador de 2.5 V y VSS;

SREFx = 1, habilitando el registro REF2_5V y REFON.

Los bits ADC10SHTx definen el valor del tiempo de muestreo, el tiempo del proceso de

muestreo viene dado por el tiempo de sincronización más el tiempo de muestreo,

inmediatamente se inicia el proceso de conversión el cual es siempre 13 ciclos del reloj

ADC10CLK. Configuramos los bits ADC10SHTx = 0,

Para cerrar los módulos de conversión configuramos los bits ADC10ON que enciende el

ADC10, los bits ADC10IE que habilita la interrupción del ADC10 y ENC que habilita el

convertidor. El registro ADC10AE0 permite habilitar los pines por donde se realizara la

conversión. La configuración de los registros queda de la siguiente manera:

ADC10CTL0_bit .ENC = 1; ADC10CTL0 = SREF_1 | ADC10SHT_3 | ADC10ON | ADC10IE | REFON | REF2_5V; ADC10CTL1 = INCH_4 | SHS_2 | ADC10DIV_0 | ADC10SSEL_0 | CONSEQ_2 ; ADC10AE0 = BIT4 ;


59

3.6.2 Transmisión de datos

La comunicación serial es una comunicación asíncrona utilizada como medio de interface

con una PC o con dispositivos externos de comunicación.

Configuración de los registro para la comunicación serial

Terminales del UART

El UART se encuentra dentro del módulo USCI_A0, y mediante unos bits de configuración

se elige dicho modulo para que trabaje con el protocolo UART. De acuerdo a la Ilustración

3.10 los pines del UART son P1.1 que corresponde con el pin de recepción RXD, y P1.2 que

corresponde al pin de transmisión TXD.

La configuración de los pines se realiza con poner en 1 el registro P1SEL, con este se

conectan al módulo USCI_A0.

Para que el módulo USCI_A0 se configure como UART necesitamos poner el bit

UCSYNC=0 con lo cual le indicamos al módulo que vamos utilizar una comunicación

asíncrona, luego especificamos el protocolo asíncrono UART seteando los bits

UCMODEx=00 para elegir UART mode, la Ilustración 3.13 muestra el diagrama o bloques

del USCI_A0.


60

Ilustración 3.13. Diagrama a bloques USCI_Ax: Modo UART (UCSYNC = 0).


61

Los parámetros de la comunicación UART como el bit de parada (UCPEN y UCPAR),

longitud de datos 7 u 8 bits (UC7BIT), bits de stop (UCSPB), y dirección de los datos

(UCMSB), la Ilustración 3.14 muestra el formato de la trama.

Ilustración 3.14. Formato carácter.

Baud Rate del UART en el USCI_A0

Antes de elegir el baud rate debemos especificar con que reloj generar los baudios para el

UART, esto se hace con los bits UCSSELx y su valor de entrada servirá para hacer el macth


62

junto con el baud rate deseado y ubicar los valores de configuración. Dicha señal de clock

dentro del USCI_A0 se llama BRCLK.

Dependiendo del reloj seleccionado debemos configurar los registros UCA0BR0 y

UCA0BR1, mediante estos registros se genera el baud rate, para nuestro caso a una velocidad

de 115200 baud. La tabla siguiente muestra los valores que deben tomar los registros

UCA0BR0, UCA0BR1 y UCBRX para generar un Baud Rate de 115200 bauds:


63

Tabla 3.2 Valores comunes para Baud Rate, UCOS =0.

Las interrupciones del UART de la recepción de datos se activan poniendo con

UCA0RXIE=1, la bandera UCA0RXIFG se activara cada vez que exista información para

leer en el buffer de recepción UCA0RXBUF.

Si se habilita la interrupción de transmisión haciendo UCA0TXIE=1, la bandera

UCA0TXIFG se activará cada vez que el buffer de transmisión UCA0RXBUF esté

disponible para enviar nueva información.

La configuración de los registros queda de la siguiente manera:

P1SEL |= UART_TXD + UART_RXD ; P1SEL2 |= UART_TXD + UART_RXD ; UCA0CTL0 |= UCMODE_0 ; UCA0CTL1 |= UCSSEL_2 ; UCA0BR0 = 8 ; UCA0BR1 = 0 ; UCA0MCTL = UCBRS1 + UCBRS0 ; IE2 |= UCA0RXIE ;


64

El código fuente de la configuración del Microcontrolador se muestra de en el siguiente

recuadro:

//_____________________Instituto Politécnico Nacional________________________ //_____________________Escuela Superior de Ingeniería________________________ //__________________________Mecánica y Eléctrica_____________________________ //____________________________UNIDAD ZACATENCO_______________________________ //_______________________Alumno: Jonathan Camacho Exiga #include "io430.h" //Declaración de variables a utilizar #define UART_TXD BIT1 // TXD on P1.1 #define UART_RXD BIT2 // RXD on P1.2 unsigned char Data ; //Se almacenan los datos a enviar unsigned char i; int main (void) WDTCTL = WDTPW | WDTHOLD ; // Detener watchdog BCSCTL1 = CALBC1_1MHZ ; //DCO Trabajando a 1MHz aprox. DCOCTL = CALDCO_1MHZ ; P1DIR = BIT0 ; //Indicara la transmisión de datos P1OUT = 0 ; //Inhabilito el puerto 1 //Configuracion del timer para la lectura del ADC P1SEL = BIT6 ; // OUT1 en P1 .6 P1DIR = 0xF5 ; // Salidas no utilizadas se configuran en bajo // Timer_A para frecuencia a 15.625 KHz en OUT0 , en modo: Up mode TACCR0 = BIT6; // Limite del ADC10MEM = 1023 TACCTL0 = OUTMOD_4 ; // Cambia OUT0 para simular el ADC10 TACTL = TASSEL_2 | MC_1 | TACLR ; // Up mode , limpiar el registo TAR //Configuracion del ADC, con referencia interna de 2.5V, activado por Timer1 ADC10CTL0_bit .ENC = 1; //Encencido del ADC ADC10CTL0 = SREF_1 | ADC10SHT_3 | ADC10ON | ADC10IE | REFON | REF2_5V; ADC10CTL1 = INCH_4 | SHS_2 | ADC10DIV_0 | ADC10SSEL_0 | CONSEQ_2 ; ADC10AE0 = BIT4 ; //Habilita el canal 4 del puerto 1 //Configurar la comunicacion Serial P1SEL |= UART_TXD + UART_RXD ; // P1.1 = RXD, P1.2 = TXD P1SEL2 |= UART_TXD + UART_RXD ; // P1.1 = RXD, P1.2 = TXD UCA0CTL0 |= UCMODE_0 ; UCA0CTL1 |= UCSSEL_2 ; // SMCLK UCA0BR0 = 8 ; // 1MHz 115200 UCA0BR1 = 0 ; // 1MHz 115200 UCA0MCTL = UCBRS1 + UCBRS0 ; // Modulación UCBRSx = 6 IE2 |= UCA0RXIE ; // Habilitar USCI_A0 RX interrupt __enable_interrupt() ; //Se habilitan las interrupciones __delay_cycles(10000) ; //Tiempo de espera for(;;) __low_power_mode_0 (); //Modo de bajo consumo // Servicio de interrupcion del ADC10 // ---------------------------------------------------------------------- # pragma vector = ADC10_VECTOR __interrupt void ADC10_ISR ( void ) int ADC = ADC10MEM; Data = (long long)ADC * 255L / 1024L; //El valor de ADCMEN, se ajusta a 255 while (!(IFG2 & UCA0TXIFG)); //Se enviara el dato hasta estar disponible UCA0TXBUF = Data; //el buffer.


65

3.7 Diseño de la interfaz gráfica de usuario (visualización y almacenamiento)

El diseño de la interfaz se desarrollara en el lenguaje de programación de LabVIEW 2015, la

Ilustración 3.15 muestra el diagrama a bloques del proceso de la interface para el monitoreo

y la Ilustración 3.16 el Diagrama de flujo del proceso.

Ilustración 3.15. Diagrama a bloques del monitoreo.

Configuracion del puerto

serial de la PC

Lectura del puerto serie

Adquisicion de datos

Conversion ASCII a

DecimalGraficar datos

Almacenar los datos


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Ilustración 3.16. Diagrama de flujo del proceso de monitoreo.

3.7.1 Configuración de los parámetros del puerto de comunicación serial

La configuración del puerto serial se realiza con la herramienta de VISA Configure Serial

Port VI, la Ilustración 3.17 muestra la configuración del puerto, con a una velocidad de

115200 baud, un bit de paro, sin bit de paridad, 8 bits de datos.


67

Ilustración 3.17. Configuración de los parámetros de comunicación serie vía software.

La recepción de los datos se realiza con la herramienta VISA Read con el nodo de propiedad

Byte at Port; regresa el número de bits disponibles en el puerto serial, el indicador read buffer

permite visualizar los datos recibidos.

Ilustración 3.18 Configuración para recepción de datos por puerto serie.

3.7.2 Interpretación grafica del dato digital obtenido.

Obtenidos los datos se proceden a realizar una conversion de datos ASCII a niveles de voltaje

la Ilustración 3.19 muestra el VI que realiza la conversion de datos:


68

Ilustración 3.19. Interpretación del número digital.

La variable read buffer obtiene el dato recibido del puerto serial, el VI String to Byte Array

( ) convierte un dato de tipo String o caracter a un dato binario de 8 bits no

signado, con el VI Index Array ( ) regresa el elemento o subarreglo de un arreglo de n-

dimensión, después se unen los datos obtenidos con el VI Join Numbers ( ) creando un

numero de dos bytes, el numero obtenido se multiplica por 2.5 que corresponde al valor de

referencia del ADC10, y después se divide entre 255, el resultado corresponde al valor en

voltaje del ADC10, el VI Number to fractional String ( ) convierte el resultado a numero

fraccional de tipo String o carácter. El VI Spreadsheet String to Array ( ) convierte el

dato String a un arreglo de una dimensión, posteriormente es dato se grafica mediante el VI

Waveform Chart.

3.7.3 Almacenamiento de la señal registrada y creación del reporte.

Para almacenar la información obtenida se emplea la herramienta LabVIEW Report

Generation Toolkit para Microsoft Office, para generar un documento con la señal obtenida

y los datos personales de la persona a la cual se le realiza la evaluación. La Ilustración 3.20

muestra los bloques que conforman este proceso, el diagrama de bloques genera el


69

documento de acuerdo a la plantilla (Template (empty)) seleccionada en el primer segmento,

se especifica el tipo de documento que generara con los datos del operador, paciente y la

fecha, se insertara la gráfica obtenido con el bloque Insert Easy Graph, para después ser

guardado en la dirección indicada en el bloque de guardar documento.

Ilustración 3.20 Configuración del proceso de generar reporte.

Con la herramienta New Report ( ) creamos un nuevo reporte de tipo Word, el VI Word

Easy Title ( ) agregamos el título del reporte y para llenar los datos del paciente,

operador y fecha se hace mediante el VI Append Report Text ( ), el registro debe incluir

la gráfica esto se realiza con el VI Append Control Image to Report ( ), para guardar el

archivo se utiliza el VI Save Report to File ( ) y con Dispose Report ( ) cierra el

archivo.

3.7.4 Panel frontal de la interface grafica

En la Ilustración 3.21 se tiene la interface gráfica con la cual se realiza el monitoreo de la

señal de audio producida por los ruidos cardiacos.


70

Ilustración 3.21. Interface gráfica para el monitoreo.

La interface gráfica que se muestra está compuesta por 3 botones, el botón superior con el

símbolo de “Archivo”, será para elegir la ruta donde se guardara el archivo; el botón

“Guardar”, permite generar el archivo y guardarlo; el botón “Play” permite iniciar el registro

de los datos obtenidos por el puerto serie, y el botón “STOP” detiene la ejecución de la

aplicación. La interface también cuenta con dos indicadores de texto que incluirán, el nombre

del operador y del paciente.

Con la herramienta de LabView “Build Specifications” en el panel de control del proyecto,

se realiza un archivo ejecutable (.exe) de la aplicación, se proporciona un nombre, la ruta

donde se guardara y un icono. Para la ejecución de la aplicación los requerimientos son los

siguientes:

Equipo:

o PC Windows XP/7/8

o RAM : 2 GB o mas


71

o Puertos: USB

Software:

o LabView 2015 o superior

o LabVIEW Report Generation Toolkit para Microsoft Office

o Driver: MSP430 Application UART

CAPITULO IV PRUEBAS Y RESULTADOS

Durante la elaboración del dispositivo se realizaron pruebas al circuito para poder obtener la

respuesta de cada parte del dispositivo; transductor, filtro y amplificadores.

El equipo utilizado para realizar las mediciones fue un osciloscopio Tektronix TDS3054B y

un generador de funciones RIGOL DG1022, en cada medición se hizo un barrido en

frecuencia de 10 Hz a 20 kHz, tomando una señal senoidal de referencia, con las mediciones

realizadas se obtuvieron las gráficas de la respuesta del transductor y del filtro.

4.1 Respuesta del transductor

Las mediciones se realizaron mediante un altavoz con una señal de referencia senoidal que

será captada por el transductor, la Ilustración 4.1 muestra una medición realizada al traductor

con una señal de entrada 316 mV a una frecuencia de 3.82 kHz, frecuencia donde se obtuvo

el voltaje máximo de respuesta del transductor 348 mV.


72


La Ilustración 4.2 muestra la respuesta del transductor se observa que tiene mejor respuesta

en frecuencias medias.

Ilustración 4.2. Respuesta en frecuencia del micrófono electret.


73

4.2 Respuesta del circuito de amplificación

El circuito de amplificación consta de los amplificadores y filtro, la respuesta del circuito se

realizó con una señal senoidal de referencia de 240 mVpp de amplitud.


La Ilustración 4.3 muestra una medición realizada al circuito con una frecuencia de 500 Hz,

donde se obtuvo el voltaje máximo. La Ilustración 4.4 muestra la respuesta del circuito

correspondiente al diagrama de la Ilustración 3.7.


74

Ilustración 4.4. Respuesta en frecuencia del circuito acondicionador.

Caracterizados los circuitos se procede a realizar pruebas del dispositivo, la Ilustración 4.5 y

4.6 muestran el dispositivo para auscultación de los ruidos cardiacos concluido.

Ilustración 4.5. Vista superior del dispositivo.


75

Ilustración 4.6. Vista frontal del dispositivo.

4.3 Proceso para realizar un registro

Después de haber obtenido la respuesta del dispositivo, se observa que cumple con los

requerimientos para poder realizar una correcta medición. Concluida la interfaz gráfica se

procede a realizar una prueba del dispositivo con la interfaz gráfica. Abrimos la aplicación

de la interfaz en el panel frontal en la parte inferior izquierda, al iniciar la aplicación se debe

mostrar el puerto en el cual está conectado la tarjeta de adquisición de datos del dispositivo

(Ilustración 4.7).

Ilustración 4.7. Tarjeta de adquisición Launchpad MSP430.


76

Sobre la aplicación los campos “Paciente” y “Operador” son asignados para mantener un

registro de cada una de las pruebas que se realizan. El campo “Guardar” se asigna para elegir

la ruta donde se guardara el archivo (Ver Ilustración 4.8).

Ilustración 4.8. Campo de datos y botón guardar.

Con el botón “PLAY” inicia la captura de datos y registro de los mismos. Para terminar de

capturar los datos se presiona de nuevo el botón como se muestra en la Ilustración 4.9.


77

Ilustración 4.9. Registro de la señal.

Después de terminado el proceso del registro de la señal, se presiona el botón “Guardar”, se

creara un archivo con la señal registrada, los datos del operador, el paciente, fecha y hora,

del momento en el cual se realizó el registro, la ilustración 4.10 muestra la aplicación y el

archivo generado.

Ilustración 4.10. Generación del reporte con los datos y la gráfica.


78

Las Ilustración 4.11 muestra un registro tomado a una persona de 44 años.

Ilustración 4.11. Registro paciente de 44 años.

4.4 Análisis de la señal.

Con base a los conocimientos del médico de base del Hospital General del Área de Nefrología

Rafael V. O., menciona que el registro de la señal de la Ilustración 4.11 corresponde a una

fonocardiografía, la información que contiene la señal indica que el paciente no posee

ninguna patología, indicando que la señal posee ruido, lo cual no se puede realizar un

diagnóstico preciso, la forma de la señal dependerá de la zona de auscultación donde se

realizó y se debe considerar aspectos médicos como el contenido de líquido que existe

alrededor del corazón, que son aspectos que influyen en la captación de la señal. Las

observaciones que realizo es que se debe reducir el ruido en la señal y considerar la zona de

auscultación para realizar un registro de la señal y tomar en cuenta conocimientos de la

fisiología del corazón para mejorar el diseño.


79

La señal de la Ilustración 4.11, se puede comparar con la Ilustración 4.12, es un registro de

un ciclo cardiaco normal obtenido con un estetoscopio digital.

Ilustración 4.12. Ciclo cardiaco de una fonocardiografía digital normal.

5 CONCLUSIONES

El trabajo presentado se basa en una aplicación práctica de electrónica, es decir, se

pretende materializar los conocimientos adquiridos en un instrumento útil, acorde con las

necesidades y aprovechando el avance tecnológico en el ámbito de la instrumentación virtual

y la electrónica.

El diseño y la implementación de un sistema de adquisición de señales vitales no es

tarea fácil, sobre todo a la hora de medir los ruidos cardiacos debido a las numerosas fuentes

de ruido que envuelven al dispositivo a la hora de una medición. El ruido fisiológico, es la

principal fuente de ruido en el registro de la señal, este ruido es debido, en su mayor parte, a

los ruidos generados por los movimientos torácicos durante la respiración.

De acuerdo a los objetivos planteados en el presente trabajo de tesis se tienen las

siguientes conclusiones:


80

Para lograr adquirir la señal adecuada se eligió un micrófono tipo electret son

reducidos en tamaño, tienen baja relación señal a ruido y muy fácil de adaptar al hardware,

obtuvimos su respuesta en frecuencia y cumple con los requerimientos necesarios, se diseñó

un amplificador, el cual capta la señal proveniente del micrófono ubicado en las diferentes

zonas de auscultación, la respuesta del amplificador cubre el ancho de banda necesario y el

diseño del amplificador permite conectar un altavoz o audífonos para escuchar los sonidos

provenientes del dispositivo. La interfaz gráfica de usuario provee una gran ventaja, debido

a que utiliza comunicación UART, se puede realizar la digitalización de la señal con

cualquier tarjeta de desarrollo que disponga de un módulo convertidor analógico–digital y

comunicación serie. En la interfaz con el usuario la señal se presenta de forma continua

cuando el usuario lo disponga, en este sentido, el software LabView es muy amigable en el

diseño de indicadores gráficos.

En general la valoración del dispositivo propuesto es positiva, la intención de tener

un dispositivo práctico que sirva de apoyo para el personal médico en el diagnóstico de

patologías cardiacas es importante, el dispositivo es de bajo costo y fácil manipulación por

el personal.

Posibles mejoras a futuro

Una mejora muy importante que puede tener el dispositivo es la transmisión de la

señal adquirida en tiempo real en dispositivos móviles, se puede realizar un análisis espectral

de los tonos cardiacos para proporcionar un diagnostico útil para detectar determinadas

patologías. Cambiar los componentes a tecnología de montaje superficial para reducir el

ruido y disminuir el voltaje de alimentación.


81

BIBLIOGRAFÍA

Areny, R. P. (1993). Adquisicion y Distribucion de Señales. España: Marcombo.

Coughlin, R. F. (1993). Operational Amplifiers & Linear Integated Circuits. Prentice-Hall.

Kaniusas, E. (2012). Biomedical Signals and Sensors I. Springer-Verlag Berlin Heidelberg.

S, Y. B. (9 de Marzo de 2012). The desing of an electronic stethoscope. pág. 5.

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INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL...Representación en el tiempo de cada sonido cardiaco. Ilustración 2.8. Representación gráfica de algunos tipos de cardiopatías. ... Vena cava: