T06TCPe22

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“Módulo electrónico para la adquisición de
datos de temperatura de la piel Neonatal”
Ana Cecilia Moreno Álamo, Bach. Jesús Zegarra Flores, Msc. Luis Vilcahuamán Cajacuri
[email protected]
Resumen— A pesar del avance tecnológico existen serias
deficiencias tanto en cantidad como en calidad de equipos
para la atención de salud de los recién nacidos de alto riesgo,
debido a que "la mayoría de nuestros hospitales no cuentan
con tecnología adecuada para resolver problemas de extrema
gravedad como la inmadurez” En el caso particular del Perú,
esta deficiencia coadyuva en la alta tasa de mortalidad infantil
(33 por mil nacidos vivos) de los cuales los neonatos
constituyen aproximadamente los dos tercios del total.
Uno de los problemas primordiales del recién nacido, es la
facilidad que éstos tienen para enfriarse. El hecho es
especialmente llamativo en los niños prematuros y de bajo
peso. A comienzos del siglo XX se observó que los prematuros
de menos de 1500 gramos que se enfriaban tenían una
mortalidad significativamente alta.
Un proyecto como el que presentamos a continuación
permite la medición confiable, segura y continua de la
temperatura de la piel del neonato, cumple los estándares
internacionales dados para éste equipo, posee un alto
aislamiento eléctrico que permite una seguridad plena para el
recién nacido en la toma de temperatura, además posee un
sistema de respaldo de suministro eléctrico el cuál al detectar
la falta del suministro eléctrico AC, automáticamente
accionará una batería que permitirá el funcionamiento
continuo del equipo.
La principal ventaja de esta solución consiste en su bajo
costo de implementación, posee una interfase intuitiva incluso
para usuarios con poca experiencia en el manejo de equipos,
además si se desea monitorear históricamente la temperatura,
esto será posible por medio de un software desarrollado en
Visual Basic, que se puede instalar en una infraestructura ya
creada (computadora).
Todo ello le permite concentrarse en prestar un mejor
servicio al recién nacido y reducir significativamente el riesgo
de mortalidad infantil.
Palabras clave— Medición, Temperatura, Aislamiento
eléctrico.
I. INTRODUCCIÓN
U
NO de los problemas primordiales del recién nacido,
es la facilidad que éstos tienen para enfriarse. El
hecho es especialmente llamativo en los niños prematuros y
de bajo peso. A comienzos del siglo XX se observó que los
prematuros de menos de 1500 gramos que se enfriaban
tenían una mortalidad significativamente alta.
El desarrollo de este sistema permite la medición
confiable, segura y continua de la temperatura de la piel
del neonato, cumple los estándares internacionales dados
para éste equipo, posee un alto aislamiento eléctrico que
permitirá una seguridad plena para el recién nacido en la
toma de temperatura, posee un sistema de respaldo de
suministro eléctrico, lo que permitirá su funcionamiento
continuo.
A continuación damos a conocer con mayor claridad las
aplicaciones de este equipo portátil:
• Tendrá aplicación directa en bebés o niños que
tienen alguna enfermedad que involucra alguna
alteración en su temperatura corporal (Por Ejm:
Neumonía,
infecciones,
insuficiencia
de
termorregulación, etc.)
• Para dar a conocer al médico o al usuario, la
evolución histórica de la temperatura del recién
nacido o del niño, a través de un entorno de
monitoreo.
• Para una comunicación con otros subsistemas que
permitan trabajar en conjunto para solucionar
problemas de salud del recién nacido (Ejm. Una
incubadora)
II. TEORÍA
La termorregulación es la capacidad es la expresión de
un equilibrio entre la producción de calor y la perdida de
calor. El recién nacido, y especialmente el prematuro,
tiene mayor facilidad para enfriarse, debido a que el
recién nacido tiene mayores perdidas de calor o
menor capacidad de aumentar la producción de calor
en ambientes fríos o una combinación de ambas cosas.[1]
Causas de pérdida de calor del recién nacido:
Alta relación de superficie/volumen
Menor aislamiento cutáneo
Control vasomotor
Postura corporal.
Existe una producción de calor en el recién nacido que
es metabolismo basal, la actividad y la llamada acción
térmica de los alimentos. Esta es la llamada
"termogénesis no termorreguladora".[1][11] Cuado las
pérdidas de calor superan esta forma de producción de
calor el organismo responde con mecanismos que
disminuyen las perdidas (postura y vasoconstricción) y
con una forma de producción de calor que es una
respuesta específica a los ambientes fríos. Esta es la
"termogénesis termorreguladora". [1][11]
III. METODOLOGÍA
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El equipo consiste en el desarrollo y la implementación
los siguientes módulos:
MÓDULO DE ADQUISICIÓN DE DATOS DE TEMPERATURA DE LA
PIEL NEONATAL
Este se subdivide en las siguientes etapas:
a)
Adquisición de señal de Temperatura de la piel
neonatal.
b) Suministro eléctrico de alto aislamiento.
c) Supervisor de batería de respaldo.
Fig. 1: Diagrama de bloques de la señal de temperatura de la piel
MÓDULO DE VISUALIZACIÓN
1. Módulo de adquisición de datos de temperatura de la
piel neonatal
Este módulo se encarga de medir las señal de
temperatura de la piel del recién nacido [2]. Consta de un
sensor, circuitos electrónicos de acondicionamiento
analógico (amplificadores de instrumentación, filtros
analógicos), una etapa de conversión análoga digital,
adquisición de datos e interfaz digital con el puerto serial
de una computadora.
Las características del Módulo electrónico son: 1
sensor de temperatura, cuyo rango de medición varía entre
0°C y 50°C, exactitud e intercambiabilidad del sensor +/0.1oC, tiempo de respuesta del sensor 0.3 segundos [3] y
resolución de 12 bits.
Se consideró estrictamente el cumplimiento de los
siguientes estándares internacionales:
La temperatura es medida en el rango de 15 a 45°C
usando el sensor 427 de Yellow Spring Instruments cuya
fabricación está hecha en base a un termistor. El termistor
con una resistencia de rango de 984.2 ohmios a 3539
ohmios está conectado con la realimentación del
amplificador X1B. La señal de referencia de 1.235 Voltios
es alimentado por una referencia de voltaje V1 a través de
la resistencia de precisión R1. Los diodos A2 y A3 son
limitadores de corriente que actúan en caso de producirse
algún cortocircuito en el amplificador. La etapa de
amplificación, está conformada básicamente por el
integrado AD706 el cual es un amplificador dual, de bajo
consumo de potencia (750 uA), y conformados por
amplificadores operacionales bipolares que tienen una
entrada de corriente de “bias” de un amplificador JFET.
Las resistencias R3=100, R4=100 y un condensador
C7=0.1u. conforman un filtro pasa bajos. (Ver figura 2)
Tabla I Características eléctricas del sensor
Para sensar las temperaturas se utiliza el sensor de
temperatura YSI427 (Yellow Spring Instruments) que
consiste en un termistor NTC (Coeficiente negativo de
temperatura), semiconductores que varían su resistencia en
función del calor (temperatura) del medio en el cual se
encuentran. La variación Resistencia vs. Temperatura es
aproximadamente lineal, en el rango de 15ºC a 45ºC.
(Ecuación de conversión más simple de calcular).
a)
Adquisición de señal de Temperatura de la piel
neonatal:
Para un mejor entendimiento se empleará el diagrama
de bloques de la figura 1:
Fig. 2: Diseño de etapa de amplificación y limitación de corriente
El optoacoplador tiene un LED y dos sensores
fotodiodos y trabaja en un modo servo con dos
amplificadores operacionales.
La función primordial de este optoacoplador lineal es
el aislamiento de la etapa uno (Próxima a recién nacido),
con la etapa dos conformada por: etapa de filtrado,
conversión análoga-digital y procesamiento de datos. Ver:
figura 4.
Esto se diseñó para brindar SEGURIDAD TOTAL al
recién nacido, debido a que la unión de éstas etapas
consumiría 4ma. (Este diseño garantiza la seguridad total
del bebé, ante alguna remota falla en la etapa 2).
3
Con éste diseño la etapa 1 consume menos de 1mA. de
corriente y la etapa 2 consumirá 2.25mA.
El filtrado y la conversión análoga-digital se realiza por
medio del integrado ADS1110, este integrado contiene un
filtro digital que atenúa las altas frecuencias de ruido, y su
frecuencia de corte es de 10Hz, y para la conversión
analógica digital se configura en modo de trabajo de 12
bits.
La señal convertida será transmite a través del protocolo
I2C al microcontrolador ATTINY45V, el cuál procesa la
señal para luego ser mostrada al usuario.
b) Suministro eléctrico de alto aislamiento
Para un mejor entendimiento de lo que es el suministro
eléctrico de alto aislamiento, presentamos el siguiente
diagrama de bloques:
conversor DC/DC (MAX 1864) con el cual se podrá
entregar +5v / gnd2 con una corriente de salida de hasta
1A. y +5v / gnd1 con una corriente de salida de hasta
100mA, los cuales permitirán el funcionamiento continuo
del módulo. (Etapa amplificadora: Funciona correctamente
con una alimentación de +5v / gnd1).
IV. RESULTADOS
La ecuación de la conversión de la señal, la cual está
determinada por el sensor mismo, por la ecuación de la
ganancia del amplificador diferencial, por la etapa de
optoaislamiento lineal (el cual no altera la ganancia del
amplificador), es la siguiente:
T = -14.643 * V + 72.29
(1)
R = 0.992
(2)
TEMPERATURA (°C)
Temperatura Vs. Voltaje
Fig.3: Diagrama de bloques del sistema de suministro eléctrico aislado
Este suministro eléctrico está diseñado para cumplir
los requerimientos de un aislamiento eléctrico mínimo de
1500V[11], primero se convierte el voltaje de 220Vac a un
voltaje que puede variar en el rango de 40VAC a 115VAC
, esto es debido a que el CONTROL PWM necesita ser
alimentado con 36 Vdc., la función del CONTROL PWM
es detectar las sobrecargas que pueda ocurrir en el circuito,
por lo que ante un incremento en el potencial que entrega la
red eléctrica el CONTROL PWM deja de enviar los
impulsos de salida que permite funcionar al transformador
de aislamiento, por lo que no se entregaría suministro
eléctrico al módulo de adquisición de datos.
Entre una de las características del Transformador aislado
es que posee un alto voltaje aislamiento (3750VDC), y en
el secundario tiene 2 referencias, los cuál fue muy
necesario para el diseño del módulo de adquisición de
datos de temperatura de la piel neonatal.
Temp = -14.643(voltaje) +
72.29
R2 = 0.9843
50
40
30
Serie1
20
Lineal (Serie1)
10
0
1.5
3.5
VOLTAJE DE ENTRADA AL
FILTRO DIGITAL(V)
Fig.4: Gráfico de temperatura vs. Voltaje
V. CONCLUSIONES
El prototipo posee buena repetabilidad ante las pruebas
realizadas.
La distribución de energía se dará de la siguiente
manera:
Estudios como este permiten una mejora tecnológica del
país y del sector salud para la atención de los recién
nacidos. Además, su fácil interface permite que los usuarios
de poca experiencia puedan aprender fácilmente su manejo.
Finalmente el costo de implementación no es elevado lo
que permite la accesibilidad de desarrollo en el país.
Suministro 1: VDD=+5V / VEE= - 5V / GND2; cuya
corriente de salida máxima es de hasta 200mA (Figura 6),
suministran energía a la etapa 1(Figura 4)
AGRADECIMIENTOS
Suministro 2: VCC=5V y GND1; cuya corriente de salida
máxima es de hasta 1A. (Figura 6) suministran energía a la
etapa 2 (Figura 4).
c) Supervisor de batería de respaldo
Para garantizar que el equipo funcione continuamente se
empleó el integrado Tps3610, el cual en caso de que no se
disponga del suministro eléctrico AC, éste acciona una
batería la cuál entregara un voltaje continuo de 5V y una
referencia (GND 0); pero luego éste voltaje pasará por un
Los agradecimientos especiales para el profesor Msc.
Bruno Castillón, y para la profesora Msc. Rocío Callupe.
REFERENCIAS
[1]
[2]
[3]
[4]
[5]
[6]
Dr. Ventura Juncá Patricio ,”La termorregulación”
Commission Electrotechnique Internationale)Norma Internacional
IEC601-2-19:19
YSI http://www.ysi.com/temperature.htm
Commission Electrotechnique Internationale) Norma Internacional
Norma IEC601-2-19. 54.101
Commission Electrotechnique Internationale) Norma Internacional
Norma IEC601-2-19. 50.104
(Commission Electrotechnique Internationale)Norma Internacional
IEC601-2-19:15
4
[7]
[8]
[9]
[10]
[11]
[12]
[13]
[14]
[15]
(Commission Electrotechnique Internationale)Norma Internacional
IEC601-2-19:17
(Commission Electrotechnique Internationale)Norma Internacional
IEC601-2-19:19
Real Academia Española. http://www.rae.es/
Denegri J, Ludmir A.Ginecología y Obstetricia: Mortalidad
Perinatal. Sección I, Capítulo 14, Tema 52. CONCYTEC. Primera
Edición. Lima, Perú. 1996.
Fuentes M.Factores de Riesgo Asociados a Mortalidad Neonatal, en
un hospital de Chiapas. México. Reproducao & Climaterio. 2001;
16:(1).
Dres. Ticona M, Huanco D, Gonzales J,et al. Mortalidad Perinatal:
Estudio Colaborativo Institucional Hospitales del Sur del Perú –
2000. Revista DIAGNÓSTICO, Enero - Febrero 2004; 43 (1). URL
disponible en:
Instituto Nacional de Estadística e Informática.Encuesta Nacional de
Demografía y Salud 2000. Lima, 2001.
Cervantes R., Muerte Materna y Muerte Perinatal en los Hospitales
del Perú. Ministerio de Salud y la Sociedad Peruana de GinecoObstetricia. 1988.
Instituto Peruano de Seguridad Social.Principales Indicadores de la
Atención Perinatal. Lima, 1998.