LMIVERSI DAD AUT- HETROPOL I T M - I ZTAPALAPA

..ti-

/ PROYECTO : ADGWISICION DIE SEaLES ESPIROñETRICAS

Y PLETISlWGRAI-ICAC P#? HEDIO DE

LZNLA COnWTADíXCA PERSONAL

t . ALUleK) : ANGEL CECCW W i CRISPIN CANCHEZ

CIATRICUALA I 84220724

UEA : SEMINARIO DE qi;mYECTOS I1

ACECORES s Iffi. ALEJANDRO SANTOS #)RTES

DF!. FEWWWi PRIETO H.

Y

HE:XICO D.F. ENERO DE 1990

CONTEN I DO

I . - I NTRCIDCICC: I ClN

1 1 . - GENERALIDADES

I I I . - VOLUMENES Y CAPACIDADES PULMONARES

1V.- E L PLETISMOORAFO

V.- DESCRIPCION GENERAL

VI .- CARACTERISTICAS DEL SICTEMA

VI I . - FUENTE DE AL IMENTACICIN PARA LOS TRANSDUCTORES

VI11 .- SISTEMA DE MULTIPLEXAJE

I X . - SISTEMA DE AUTOCAL 1EF:ACICiN

X . - DETECCICIN DE IN-EX

X I .- SISTEMA DE AMPLIFICACION DI: GANANCIA PROGRAMAELE

X I I . - INTERFACE CON L A COMPI-ITADOFtA PERSCiNAL

X I I 1 . - LISTA DE PARTES EN E L SISTEIMA

X IV , - PERCPECT I VAS A FUTI-IRII

X V . - CONENTARICIS Y CONCLUSIONES

X V I .- EIBLIOGRAFIA

I NTRODUC I aJ

L a s pruebas f uncioriales r e s p i r a t o r i a s son impresc ind ib les para e l

d iayn6st i ca , p ronbs t i co y coritr.ol t e r apéu t i c o de l o s enfermos con

padecimientos pulmonares d i v e r s o s . Mot ivo por- e l cua l l a demanda

de e s t e t i p o de e s tud ios s e ha incrementado iricluso en algunos

c en t r o s hQsp i t a l a r i o s l l e g a a superar l a capacidad ope ra t i v a de

l o s laboratorios de f i s i o l o g í a Pcilmonar .

A l u t i l i z a r e l sistema de medicibri t r a d i c i o n a l , l o s volumenes y

capacidades pulmonares se obt i enen en un gt-qan modulo compuesto de

v a r i o s pequeños modi-tlos amp1 i f i cadores independientes que son

cont ro lados manualmente dependiendo de l a pr.ueba requer ida y

f irialmerite nos 1 l e v a a UI-I graf i cador .

A l a g r á f i c a ohtenida poster- iormente se l e hacen algunos t r a z o s

que son IDS que n o s s i r v e n f ina lmente con ayuda de t ab l a s estan-

dares y algcinas fbrmulas ya e s t a sb l e c i da s a okterleir l o s

r e su l t ados f i r la les ; Luego se hace un r-epor-te de l pac i en t e

e s p e c i f icarrdo l o s v a l o r e s de l o s par.ametros obtenidos en e l

e s tud io para poder. hacer ctn d iagnds t i co y a r c h i v a r l o en su

r e s p e c t i v o exped iente ; l o cua l s e hace mciy l en t o e n r.elaci61-I a l a

d em a rl da e x i s t e ri t e .

En e l mercado in te rnac iona l actualmente ex i s ten equipos

computarizados de pruehas func iona l e s , pero su costo es muy

e levado de acuerdo a l a s condic iones econ6micas en que s e

encueritra e l s e c t o r s a lud , razón por. l a Cual su importación

r e s u l t a r i a d i f i c i l .

E 1 L ab o rat o r i o d e r- u e h a s F cm c i on a 1 e s Re s i rat o r i a s d e 1 Ho s p i t a 1

General en su departamento de Neumología ha apoyado e l desarr.0110

en e s t a á rea .

E l d l t imo avance eri e s t e s is tema fue l a u t i l i z a c i d n de urla

computadora persona l EPM ST de u so genera l , donde l a s seKales a

procesar s e tornan d e l graf i c ado r x ,y de l equipo EODYTECT JUNIOR

de l a marca JAEGER de fabr - icac ión Alemana y se l l evan a t.ma

tair jeta comercial de convers ión ana lóy i co -d i g i t a l que se maneja

desde un programa e s c r i t o eri p a s c a l .

E n e l d e s a r r o l l o de l p resente proyecto s e ha d i s e h d o y

construido un s is tema que nos pe rm i t i r á tomar l a seKal

directamente de l o s t ransductores de l a cahiria de l pac iente y

p r o c e s a r l a inmediatamente con l a computadora; evitando algunas

l imi tantes que nos presentaba e l equipo BCiDYTEST, como l o es l a

seleccióri de prciehas y c a l i b r a c i ó n manual, pasando a s e r

totalmente automático , de ta l manera que s e contará con i.u-1

equipo de pruekas Funcionales Re sp i r a t o r i a s de a l t a c a l idad,

s o f i s t i c a c i ón y a LII-I h a j o cos to .

Se podrá obtener una gran va r i edad de mediciones como son:

1.- C.I. <Capacidad i n s p j r a t o r i a ?

2.- C.V. (Capacidad V i t a l ?

9.- C.P.T. (Capacidad Pulmonar T o t a l ?

4.- C.R.F. (Capacidad Furicional Res idua l )

5.- V.E.R. CVolcimen I n s p i r a t o r i o de Reserva )

4.- V.R. (Volumen Res idual ?

7 . - V.R. /C. P. T. (Re l a c i 6ri Vo l umen Resi dual /Capaci dad pulmonar

t o t a l )

8.- V.E.F. (Volumert e sp i r a t o r * i o f o r zado a l primer. segundo)

9 , - V. M . VI C Veri t i 1 a t i ón Máx i ma Vo 1 un tar. i a )

10.- F.E.P. ( F l u j o e sp i r - a t o r i o P i c o :) 11.- F.E.F.25X ( F l u j o e s p i r a t o r i o For-zacio al 29% 1

12.- F.E.F.SOX ( F l u j o e s p i r a t o r i o Forzado a1 50% ?

13.- F.E.F.7”JX CFii-rjo e s p i r a t o r i o Forzado a l 75% 1

14.- F.I.N. ( F l u j o Insp i rado Máximo ?

15.- R.ü.4. ( R e s i s t enc i a de l a Vias Aer-eas )

16.- C.D. {Comglianza Dinámica > 17.- C.E. CComplianza E s t á t i c a :)

Todas estas pruehas se haceil en tiempo r e a l y son l o s parámetros

de rlutina err l o s e s tud ios d e P l e t i smog ra f í a .

A Es~irbmetro

Inspiración máxima

Campana

I

Volumen de reserva inspiratoria I

I I 'I I ' I \

Volumen de reserva espiratoria

Espiración máxima

_ _ _ _ _ _ _ _ __- - -------- -- f- Tiempo, s

Figura 1 Determinación de los volúmenes y capacidades pulmonares con un espir6metro. A . Esquema de un espirórnetro lleno con agua. 6. Determinación del volumen corriente, capacidad vital, capacidad inspiratoria, volumen de reserva inspiratoria y volumen de reserva espiratoria a partir de un trazo del espirómetro.

F

GENERALIDADES

Las pruebas func iona les r e s p i r a t o r i a s t ienen como f i n valorar .

a lgunos aspectos de l a funcidn r - e sp i r a to r i a , pr-incipalmente l o s

re lac ionados con l a mecánica toraco-pulmonar y de intercamhio de

gases, pudiendo obtener datos que permi tan:

a ) Analizar. e l estado genera l de l pac iente (sano o enfermo)

h) Evaluar l a s condic iones de UTI paciente como pa r te de un

examen m6dico per - iódico , especialmente en indiv iduos con

en f e rmeda d e s p u 1 m or1 a r e 5 c r6 n i c a s ,

c j Detectar camhios bruscos en l a cor~dicióri de l pac iente

durante f a s e s agddas de una erif ermedad.

d ) Va lo ra r l a condic ión de l pac iente antes y despues de un

t r a tani en t o .

e ) Tener. un a rch ivo de l comportamiento de l pac iente a t r avés de l

tiempo a l poder.se almacenar sus parametros en d i s c o , pudiendo

hacer es tud ios comparativos.

VOLUMENES Y CAPACIDADES PLfLMiIiNARES

E l métodú más usado pa ra medir volCtmenes y capacidades e5 l a

espir-ometria C 4 >. La f i g u r a 1 muestr-a e l esquema de un

espirómetro t i p i c o . Durante l a exhalac ión, l a campana suhe

tiaciendo bajar. l a pluma mediante un sistema de po leas y

coritrapeso. Durante l a inha lac ión l a campana haja y l a pluma

sukle. Asi s e puede ap r e c i a r en pr imer l u ga r e l volumen corpiente

que es e l volumen insp i rado y esp i rado en cada respipación

normal. A l volumen exhalado por e l paciente durante una

e sp i r ac ión máxima inmediata a una inspir.aci6ri máxima se l e llama

capacidad v i t a l . A 6 n después de una máxima espi rac i6r1 , permanece

un poco de gas en l o s pulmones, a e s t a cantidad se l e llama

volumert r e s i dua l . Y por u l t i m o , se l e l lama capacidad r e s idua l

fcinciorial a l volumen de gas ex i s t en te en l o s pulmones despues de

ima espiraci6r-I normal. En base a l o s va lo res de volumenes

obtenidos s e ca l cu l an ot ros par-ámetr-os como son: capacidad

i 1-1 s p i rat o ria, de

r e se rva , etc. (3) ( f i g u r a 1 ) .

T o d o s l o s v a l o r e s normales de v o l ~ h e n e s y capacidades pulmonares

s o n furicidiri de l a t a l l a y de l a edad de l a persona y son

aproximadamente c i r ~ 20% menores en l a mujer. que en e l hombre, y

como es de e spe ra r se , sori mayores en personas a l t a s y depor t i s tas

que eii personas pequenas que no pi-acticari a1gi:in e j e r c i c i o f i s i c o .

cap at i dad p ct 1 mona r- t o t a 1 , v o 1 um en e sp i ra t o r i o

Algunos de l o s v a l o r e s normales en un hombre joven adulto de 1.70

metros de estatura, son: (3)

Vo 1 urnen c o rr i ente 500 m l

Volumen r e s i d u a l 1200 m l

Capacidad v i t a l 4400 m l

Capacidad r e s i dua l func iona l 2500 m l

Capacidad pulmonar t o t a l ~ ~ ~ 0 0 m l c P.

Aunque estos v a l o r e s variar1 dependiendo principalmente de l a

regióri geogr-áf i c a , dehido a l a s va r i ac iones que ex i s t en en la

pres ión a tnos f g r i ca a d i s t i n t o s n i v e l e s con r e f e r enc i a a l mar.

S i se a na l i z a l a f i g u r a < 1 > se puede observar que por simple

e s p i rom e t pí a no s e p ue den o kt t en e r. a 1 gun o s pa ram entro s

impor.tarites. Los volitmenes que no pueden obtenerse so1-i :

V o 1 urn en r e s i 03 ua 1

Capacidad ves idua l func iona l

Capacidad pulmonar t o t a l

S in emhargo, ca lcu lando l a capacidad f unciorial r e s i d u a l se piieden

obtener 10s o t r o s dos parámetros.

L a capaciúad f unciorial r e s i d u a l s e puede ototener haciendo que e l

s u j e t o resp4ir.e oxígeno p u r o durante v a r i o s mil-lutos, hasta que

todo e l n i t rbgeno erl sus pulmones sea eliminado con e l a i r e

esp i rado . Entonces recogiendo e l ail-.e esp i rado y arializando l a

cant idad t o t a l de n i t rógeno , puede c a l cu l a r s e l a cant idad t o t a l

de a i r e contenido en l o s pulmones a l i n i c i o de l a prueBa, que es

l a capacidad r e s i d u a l furrciorial y s e puede c a l c u l a r mediante :

C.R.F. = v o l . de nitrdgerio el iminado *100/78

La fbrmula s e basa en e l hecho que e l 78% de los gases pulmonares

e5 r ~ i t r b g e n o y e l 22% r e s tante es oxigeno y agua < par-a s e r

exactos en l a medición deben hacerse cor recc iones p o r l a difusidrt

de n i t rdgeno f u e r a de l a sangre hacia l o s pulmones ). Otra tecnica para l a ohterici6n de l a C.R.F. se basa en conectar

a l indiv iduo a l espirómetro conteniendo un gas con una

concentración conocida de he1 i o , e l cua l es virtualmente

i n s o l u b l e en sangre < 1 > . E l s u j e t o r -esp i ra durante a lgQn tiempo

hasta que l a s concentraciones err e l espir-bmetro y l o s pulmones

sean l a s mismas. Dado que no hay perd ida de h e l i o , l a cant idad

presente a n t e s de l e q u i l i h r i o < concentracidn por voltimenes )

C1 8 U1 es i g u a l es i g u a l a l a cai it idad despues de l e q u i l i b r i o

CZ t C U1 + VZ 1 de donde :

u2 = v i * < Cl - C2 > / C2 V 2 = C.R.F.

PLET ISMCIGRAFO

L a forma más usada en l a ac tua l i dad pa ra ohterier e l v a l o r de l a

capacidad furicional r e s i d u a l es usaiido un plet ismbgr-afo.

E l término p l e t i smógra fo se r e f i e r - e en genera l a l a medición de l

volumerl, o mas concretamente a l camhio en volumen de una porcidt-1

i

de l cuerpo. Un p l e t i smógra fo co rpo ra l e s simplemente una c a j a

ce r r ada herméticamente en l a cual se co loca a l paciente . Part icularmente, p a r a c a l c u l a r l a C.R.F. se hace 1 0 s i gu i en te :

a l f i n a l de una esp i r ac ión noi-.mal se hloquea e l ti.iBo por donde

e s t a respi rando e l s u j e t o , y se l e p ide que haga un es fuerzo por

r e s p i r a r . A l t r a t a r de i nha l a r , expande e l gas que t i ene en sus

pi..ilmones, aumenta e l volumen de l o s mismos, y se aumenta l a

presi6rr de l a c a j a , puesto que e l voli-imen de l gas en l a misma

disminuye. De acuerdo a l a l e y de Eoyle PV = c t e . a temperatura

constante, poi-. l o que conociendo e l cambio en l a pres i6n err la

c a j a y su volumen, se puede determinar e l camhio en volumenes del

pulmórc. Despues , apl icando l a l e y de Eoyle a l gas ; se t i ene que

C P1 ) V = P2C v + -v >, donde P1 y P2 son l a s pres iones de l a

boca y V e s l a C.R.F. iBtenierido de e s t a marlera l a capacidad

funcional r e s i dua l =

Un plet ismógraf o c o rpo r a l , además de usarse para medir vol8meries

y capacidades pulmonares, puede s e r u t i 1 izado para medir l a s

r e s i s t e nc i a s de l a v i a s a é r e a s , a s i como para medir. e l r i e go

sanguíneo co rpo r a l .

Para l a medicibri de l a r e s i s t e n c i a de l a s v i a s acreas se d e j a que

l a persona Tespir-e a i r e dentro de3 pletismt5gr.afo, mient~--as se

registrat-1 l o s camtios de volumen en e l mismo. Conocieado estos

camkios y e l volumen pulmonar, medido en l a forma antes

exp l i cada , se puede c a l c u l a r l a p re s i ón de gas dentro del pulmón.

Esta presión menos l a pres ión de l gas en e l p let ismógrafo da l a

d i f e r e n c i a de presiórc que impulsa e l a i r e a t r avgs de l a s v i a s

aBreas. S i s e mide a l mismo tiempo e l f l u j o de a i r e e s y i r a t o r i o , I

s e puede c a l c u l a r l a r e s i s t e n c i a de las v i a s dereas de acuerdo a

l a fórmula :

R = P / V ........ C 1 1

Esta f b r + u l a es l a l ey de P o i s e v i l l e en su forma más

s imp l i f icacta, s u p o n i e n d ~ que e l gas c i r c u l a en forma de f l u j o

laminar. . En l a ecuación < l > , E representa l a suma de l a s r e s i s t e n c i a s de

l a s v i a s aér-eas, y puede def inir -se como l a d i f e r e n c i a de pr-esióri

inttapulmonar en centímetros de agua necesa r i o s p a r a olterier cm

f l u j o de 1 l itr -o/segundo.

En l o s individuas normales y en p o s i c i b r ~ sentada, l a r e s i s t e n c i a

t i e ne u)-I v a l o r aproximado de 2 cm. de agua p o r . l i t r o de a i r e poi-.

seyi.indo, s iendo mayor cilurante l a e sp i r ac ión . Se tienen va lo re s

de 20 cm. de agua-seg/ l i t ro en l a espiraciór i forzada y es

i n f erial-. a l o s 10 cm'.de agua-seg/ l i t ro en l a in sp i r ac ión forzada .

L a r e s i s t e n c i a de l a s v i a s atireas aumenta cuando es tas se

ofisti-uyen como resu l tado de asma, enfisema obstructive y

enfermedades simi l a r e s que a fectan l o s bronquios, or ig inando un

aumento de t r -&a jo para vesp i r a r .

DESCRIPCION GENERAL

E l s istema e s t a formado p o r v a r i a s pavtes como se muestra en e l

diarama a b loques de l a figur-a C 2 ) , donde l a s par tes que se

encuentran encerradas por l i n e a puriteada son l a s desar ro l lacias y

c on s t r 8-1 i das e Is e s t e p I-. o y e c t o :

1. - Fuente de a l imentación pa r a l o s t ransductores .

2.- Sistema be mu l t i p l exa j e .

3.- Sistema de cal ihi -ación automática.

d.- Sistema de amplif i c a c i h progr-amahle de ganáncia . 5.- In te r f ace con l a computadora personal Crto construida ) .

GARACTERISTICAS

E l proceso que s igue e l s istema de adqu is ic ión de seKale5

espi rometr icas y p let ismográf i c a s por medio de una computador-a

4 a

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s 3 c3

LI Y

persona l (sistema ACEC) para l a r e a l i z a c i ó n de las pruebas es e l

s i gu i e n t e < f i g u r a 2 1:

L a s señales de r e sp i r ac i bn se obtienen de l módulo de l o s

tvansductores de pr.esidn de l a cab ina , l a s cua les s o n de l t i po

ana ldg ico continuas en e l tiempo; seña les que t raen un n i v e l de

o f f s e t debido a l o s t\-.ansductoves .

En e l sistema de au toca l ik rac ión , a cada señal se l e sumará un

n i v e l de v o l t a j e de compensación , quedando a s i l a l i n ea

caliktrada . Poster iarmente e s t a seK’al pasa a l sistema de

ñmplif icación programahle donde se l e dá una ganancia por. medio

de programación dependiendo de l t i p o de prueba que se e s t a

e jecutando en ese momento; L a señal p a s a a l a tair jeta de

conversión ana lóg i co -d i g i t a l , quedando l i s t a para s e r procesada

p o r l a congutadora.

E n l a computadora se procesan l a s seña les ya en forma d i g i t a l ,

ca lcu lando a s i l o s v a l o r e s de volumenes, capacidades pulmonares,

f l u j o y r e s i s t enc i a de l a s v i a s aér-eas.

Lh-m vez ohterlidQs l o s v a l o r e s de l o s par-ámetrús de inter-es antes

mencionados, se procede a generar un veporte o informe de

pac iente como e l que se muestra en l a pag ina s i gu i en te , p o r medio

de l a impr-esora de l a computadora; hahiendo quedado toda l a

informacibn a rch ivada en d i s co .

‘ - ..- ; . ir . 6 A L / ¡ ~ ?

E 1

! 4

La computadora usada en e s t e pv-oyecto e s una PPM ST que cuenta

con un CPU de 10 Mhz, 8 b i t s externos de l bus de datos y soporta

una d i recc ión de 20 b i t s {l MB de almacenamiento 1.

FUENTE DE ALIMENTAGION PARA LOS TRANSDICTORES iy

Lo6 requerinentos para a l imentar t r e s mbdulos de transduccibn es

un v o l t a j e de -21 y +21 v o l t i o s de co r r i en t e d i r e c t a a 3 Amperes

no regulados C necesariamente 1 .

E l d iseño de es ta es muy s e n c i l l o ! urt transformador alimentado

con un v o l t a j e de 110 a 127 V. /40 Hz en e l debariado pr imar io , y

p a r a e l dabanado secundario un v o l t a j e de s a l i d a de 42 V. con

der ivac ión c en t r a l , que soporte una ca rga de 3 Amperes. L a

der ivac ión cent ra l s e ra l a r e f e r enc i a C t i e r r a de l c i r c u i t o 1 a s i

obtenemos dos v o l t a j e s de 21 Vo l t ios - 3 Amperes de corr-ierite

a l te rna .

Un puente de diodos de 4 Amperes a 50 V o l t i o s , que se encarga de

r e c t i f i c a r e l v o l t a j e de s a l i d a de l transformador, ok*tertiertdo a

su s a l i d a dos v o l t a j e de +Zl y -21 V. de co r r i en t e dir -ecta.

t

c

Poster iormente se f i l t r a n con Cl y C2 l o s cua l e s se ca l cu l a ron

po r medio de : -3

C = ( 4 r(: 10 ) iL/dV.

Obteniendo unos v a l o r e s que a l compararlo con l a t a h l a de v a l o r e s

comercia les nos dan 4700uf./35V. @ Ta = 45 grados cent ig rados , 3.1 Amperes RMS. Y f inalmente C3 y C4 se u t i l i z a n pa ra e l iminar

t ransc ientes y ru ido en e l sistema, ut i l i zamos dos condensadores

de lOrrf ./35V. De e s t a manera obtenemos e l v o l t a j e necesar io para

a l imentar l o s t ranductores de l a cakriria de l pac iente .

Tambien es necesa r i o contar con un f u s i b l e y un i n te r rup to r a l a

entrada de l transformador como se muestv-a en e l diagrama

esquemático de l a f i g u r a C 3 ) . Para a l imentar l a pa r te de autocalihr-aci6r1, ampli f icac i6n

programahle y de i n t e r f a c e s e toman l o s v o l t a j e s directamente de l

conector de l a computadora personal e l cua l nos provee de 1 0 5

s i gu i en tes v o l t a j e s C canal I/O 3 :

+5 Vdc 2 5% loca l i z ado en 2 p ines de l conector

.-= ci Vdc 2 10% loca l i z ado en 1 p in de l conector

+12 Vdc 2 5% l o ca l i z ado en 1 p in de l conector

-12 Vdc 2 5% loca l i z ado en 1 p in de l conectar.

T i e m a ( t i e r r a ) l o ca l i z ado en 3 p ines de l conector

I

F

......1.......1'" L

c

CL I

I

L, a &I f- z w 3 Ii-

U-

SISTEMA DE MULTIPLEXAJE

Los requerimentos ern e s t a p a r t e es poder contar con un I

mult ip lexor que maneje seña les a r ~ a l d g i c a s s i n d i s to r s idn y con un

r8pido cambio de cana les . P o r sus c a r a c t e r í s t i c a s se ha tomado

e l CD4052BC, que es un mul t ip lexor ana lóg ico contro lado

d ig i ta lmente por interrupciones ana ldg i cas . Para nuestro caso

p a r t i c u l a r en e l deseamos manejar o c o n t r o l a r seña les ana ldg icas

en un rango de 2 5 Vo l t i o s , y en l a s d i recc iones ut i l izamos O 6

5 V o l t i o s como n i v e l e s 16gicos . E l CD4052BC, se p o l a r i z a :

VDD = + 5 Vo l t i o s

VSS = 0 Vo l t i o s

VEE = - 5 Vo l t i o s

Este mul t ip lexor es de l t i p o d i f e r e n c i a l de 4 canales con 2

cont ro l e s b i r iar ios A y B, y una entrada de inh ib i c i ón . Las dos

entradas h ina r i a s seleccionan uno de cuat ro cana les para conectar

una entrada ana ldg ica a l a s a l i d a d i f e r e n c i a l .

Otras de sus c a r a c t e r i s t i c a s que son impor-tantes de tomar en

cuenta. son:

a.- Cor r iente de consumo es de 5 micro-ampers

b.- Tiempo de propagacidn a t ravgs del cana l e s de 25 nano-sey.

c .- Respuesta err f recuenc ia (onda senoida l 1 40 MHz.

d.- Temperatura de operacidri - 40 a + 89 grados cent íg rados .

4

Finalmente se presenta l a t a b l a de condiciones

Inhi b i c i 6r1 A B Canal en turno

o O O OX , OY

o o 1 1x , 1Y

O 1 O 2x , 2 Y

O 1 1 3x , 3Y t * NADA 1

SISTEMA DE AUTOCALIBRACION

Inicialmente y después de l mul t ip lexor se encuentra un

ampl i f icador d i f e r e n c i a l UZeA, e l cua l nos permit i r8 r e a l i z a r l a

suma o diferertca de v o l t a j e segGn sea e l caso de l v o l t a j e de

o f f s e t ocasionado p o r l o s t ransductores , c o n e l v o l t a j e de

compensacih que n o s es suministmdo por U14 e l cua l para

f i n e s de p r e c i s i b n en l a c a l i b r a c i ón se l e puede modi f i ca r l a

ganancia entre 1.2 y 1.7 eon Pd. Y as i a l a s a l i d a de Ll2rA

encontramos l a señal que es ta entrando en ese momento de l a

s a l i d a X U1, compensada en o f f s e t .

E l procese vea l de ca l ihvac i6n corista de v a r i a s etapas pequeñas

que s o n descr i tas a continuaci6n:

c;l €4 CI

d

t 2 Po M

a

‘I /I\

E 3 M

I ’I

O cil w a

a

a E 91 é. v1

v1 U

a a a

a cc W

n a d

Se ve rá f a t i lmente s i nos re fe r imos a l diagrama a hloques de e s te

cisterna en p a r t i c u l a r C f i g u r a 4 >, aqui l a seña l in ic ia lmente

ent ra a un sumador, donde se l e sumará un v o l t a j e de compensación

que nos entr.ega un conver t idor ana lóg i co -d i g i t a l de 12 B i t s ,

manejadn por un contador , e l cua l a su ver es contro lado po r una

seKal proveniente de un detector de cvuce por ce ro ; cuando e l

contador se detiene es porque l a l i n e a en turno ha s ido

“cero izada” y se procede a guardar esa pa l ah ra d i g i t a l en l a RAM

de 16 * 12 en una l o c a l i d ad acorde con l a s dir -ecciones de l

mul t ip lexor de entrada. A s í a l terminar e l mismo proceso con

l o s cuatr-a cana les , es tos estarátt calibrados y l a s pa l ab ra s

d i g i t a l e s correspondientes quedarán guardadas en l oca l i dades

e spe c i f i c a s en l a RAM, de t a l manera que en l a etapa de hacer l a

prueba r e s p i r a t o r i a , simplemente se e s ta r4 leyendo l a p a l a b r a

d i g i t a l de l a señal en t u r n o en tiempo r e a l .

ürm exp l i cac ión más de ta l l ada se presenta a continuación:

DespuBs de ha&er pasado po r U2:A l a señal C sin s e r c a l i b r a d a I r

e s t a pasa a U2:B donde se l e pi-oporciona una gariartcia de 82, con

e l f i n de terter un r a n g o más amplio en l o s va l o re s de l a señal

cercanos a cero ; en va lo re s a l t o s a r r i h a y ahajo de +: V

respectivamente, en l a s a l i d a de W : E se verán v a l o r e s de

sat i i ración como q u i e n ve una sen”a1 de r e l o j t r apezo ida l Cal tener

una señal senoida l a l a entrada 1 . E l s iguente p a s o es e l

comparador de cruce po r c e r o 112:C, e l cua l con c e r o en sus dos

entradas pondrd un cero a su s a l i d a y a t r a ve s de lJ3:A s e tendrá

un 1 l ó g i c o , l o que realmente nos e s t a r á generando un pulso de

; subida que e s l o que s e n e c e s i t a p a r a hacer camhiar de estado e l

1 Flip-Flop CI4:A, en e s t e ca so p a r a detener e l contador de 12 B i t s I

I

i 116, e l r e l o j que proporciona l a frecuertcia de conteo hacia a r r i b a

de 1115 e s t a conformado po r U3:E, R í 5 y C3. Cuando en l a entrada 1

de U3:A se t i ene un ce ro l ó g i c o , s e t i e n e e l pu l so de r e l o j en l a

entrada 10 de U&, y cuando se tenga un 1 l ó g i co n o habrá pulso de

r e l o j p o r l o que e l contador se para automáticamente . A l tener

h a b i l i t a d a l a l i n e a PL1 , , l a p a l a b r a d i g i t a l en l a s a l i d a de l

contador pasará directamente a l a entrada de l convert idor

ana log i co -d i g i t a l 1114, e l cua l f irtalmente nos proporc ionará e l

I

I 1

v o l t a j e de compensación de o f f s e t deseado C l J l4 e s t a conf igurado

por. medio de U2rD, Hl, RZ, R19, P5 y D5 para trahajar en forma

b i p o l a r en dos cuadrantes >. E l proceso de almacenaje en l a s RAM U11, Ll12, y U13 ya s e

mencionó anteriormente, sir1 emharyo e s importante mencioriar que

e s t a s RAM entregan l a s a l i d a negada, l o que j u s t i f i c a l a

u t i l i z a c i ó n de U10 y de U9; E l tiempo de e s c r i t u r a e s de 25 ns y

e l de l e c t u r a es de 25 ns, tiempos que no s o n de preocuparnos

debido a que l a s seña les a p rocesa r son l en t a s . Las l i n e a s PL5 y

PLb n o s permiten e l proceso de l ec tu ra - e sc r i tu ra y de inhibicittn.

Este sistema se muestra en l a f igur -a C 5 >.

1 Y k

.. e U* nr-

1 1 1

1 i I

I 1 1 1 1 I

i !

DETECCION DE IN-EX

Esta etapa es muy s e n c i l l a ; se u t i l i z a n 2 comparadores, uno para

IN < U1S:D ) y o t r o p a r a E X C Cll5:P >. E n e s t e caso se ut i l izan

como comparadores de ventana con un v o l t a j e de re fer -encia de +30

mV. f i j a d o en PZ para de tec ta r - la señal en l a etapa de espiracibr i

< EX ) y de -30 mV. f i j a d o en P1 para de tec ta r l a señal en l a

etapa de in sp i r ac i bn . Df y D2 se u t i l i z a n en e l l a zo de

retroa l imentación de 105 dos comparadores para limitar e l v o l t a j e

de s a l i d a a 5.6 V o l t i o s , ya que poster iormente enconti-amos

acoplados circcr itos CMOS, l o s cua l e s trahajarr con n i v e l e s l ó g i co s

de cero y c inco v o l t i o s . CI3:D y F sort usados pa ra asegurar- l os

n i v e l e s l dg i cos y U3:E pa ra i n v e r t i r l a señal de in sp i r ac i bn ;

f inalmente encontramos l o s LEDs ind icadores de IN-EX.

Este sistema es mostrado en l a f i g u r a ( 6 >.

SISTEMA DE AMPLIFICACION DE GANANCIA PROORAMABLE

Lo importante en e s t a etapa sori l o s Convert idores Analóyico-

d i g i t a l e s u t i l i z a d o s ( U20 y Cl21 > y l a forma como estan

corif igurados .

I ' I I .

3-

-u nr I N

I ' I ' I '

I

! I 1

I I I "i

O 1 re

s* nu

nl

I

Y

o L

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X W

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W P

2 a

u U w w w fi

a

w

Y

Y

1 U

Y

I

CD

4: cr: =>

lA

. E

E l DACIOZOLCN es b4sicamente un amp l i f i c ado r de co r r i en te de

r e f e r e n c i a conformado po r una r ed r e s i s t i v a R-2R , con 10

inter ruptores de a l t a ve loc idad ; Estos interr .uptores funcionan en

operacibri n o i nve r t i da , o sea que para un estado a l t o , e l

i n te r rup to r s e a c t i v a proveyendo con e s t o l a componente de

co r r i e n t e r e spec t i va . Este c i r c u i t o t i e n e un h a j o consumo de

potenc ia C 30 mW. máx. 1 . Las entradas d i g i t a l e s s o n compatibles

con DTL,TTL y CMOS, y su tiempo de coriversibr~ es de 500 ns .

UZO se encuentra conf igurado como un atenuador d i g i t a l e l cual a

t r aves de U2d:C, nos provee de v a l t a j e s dependiendo de l a pa l ab ra

d i g i t a l a su entrada como se muestra en l a s i gu i en t e ecuacidn

D Vo = - * V i

1 O 2 4

y C4 es u t i l i z ado como compensador de f a s e .

Acoplado par medio de Ll2J:E que l e da una ganancia de 0 .5 con l a

r ed r e s i s t i v a de R20 y R22, realmente e s t a ganancia se ve

modificada porque hay o t r a entr-ada de l a señal s i n atenuar. a

t r aves da i t21 ; a s i l a seKñ1 pasa a l convert idor . U21 , e l cua l

e s t a conf igurado como amgl i f icador- de ganancia pr-ogpamable dando

a l a s a l i d a un v o l t a j e de acuerdo a l a ecuación:

1024 U0 = - f V i

D

y C4 es usado nuevamente como compensador- de f a s e .

Este s i s tene es mostrado en l a f i g u r a <: 6 1 .

INTERFACE U3N LA COMPUTADORA PERSONAL

En e l diagrama de i n t e r f a c e de l a f i g u r a { 7 >, se muestra e l

c i r c u i t o u t i l i z a d o pe ra l a comunicacidn ent re l a computadora

personal y e l s istema, que es l a decod i f i cac ión a puerto , donde

tomamos l a s d i r ecc iones a puer to de l a computadora :

OSecH, OZedH, CGeeH, 03efH.

La decod i f i cac ión se r e a l i z a mediante e l c i r c u i t o integrado

74LS155, que es un decod i f i cado r dob le de 2 a 4 l i n ea s , y l a s

s a l i d a s altas se u t i l i z a n pa ra s e l ecc iona r 4 r e g i s t r o s . L o s

r e g i s t r o s u t i l i z a d o s son l o s 74HC373 que son 8 l a tches t i po - D,

con s a l i d a de t e r c e r es tado y cont ro l comh de s a l i d a s .

En e l casu de l a gartartcia programahle e l pr.oceso a s e gu i r es de

t r e s pasos como s i gue : primero se pone en e l bus de datos l a

p a l a b r a d i g i t a l se lecc ionada en determinada gartartcia, es to para

e l a j u s t e grueso , a tiempo de que ita s ido h a b i l i t a d a l a l i n e a MJ1

que es para e s c r i t u r a en e l l a t ch de a j u s t e grueso de gartartcia

U23, como segundo p a s o s e hace l o mismo que en e l pr imero, so l o

que e s t a vez manejaremos l a pa l ah ra d i g i t a l para e l a j u s t e f i n o

de gartartcia en e l l a t ch U22 hah i l i t ado pa r a e s c r i b i r por medio

de l a l i n e a MJ2; de e s t a manera tendremos una pa l a b r a d i g i t a l de

16 B i t5 para martejar l a gartancia deseada en cada prueba, a l s e r

hah i l i tados l o s l a t ches p o r medio de l a l i n e a MJ3 se escr ihe

d icha pa labra en l o s conver t idores ana log i co -d i g i t a l LIZO y LIZ1

r e sp ec t i v-rt t e .

938 90

b a 4 I

a a

a

a

t I

M

f

n c I

1'

A

También es necesa r i o t ene r un r e g i s t r o para l a s a l i d a de datos de

l a P.C. e l cua l s e a c t i v a con l a l i n e a WR de l a computadora

(Ll35), ta l r e g i s t r o manejará l a s l i n e a s de d i recc iones de l

mul t ip lexor de entrada CiJl), l a s l i n e a s de d i recc iones , lectura-

e s c r i t u r a e inhilricidri de l a s RAM CU11, U l2 , Uí3) y l a s l i neas de

hab i l i t a c i ó n o d e shab i l i t a c i dn de l o s b u f f e r s U7, U8 y U9.

Y f inalmente un r e g i s t r o p a r a entrada de datos a l a P.C. que s e

a c t i v a con l a l i n e a de entrada RD de l a computadora, este

r e g i s t r o es e l Li36, en e l cua l provis ionalmente oe leeran l a s

seña les de IN y de EX de l s istema. Así podemos tener contro l

ahso luto deb proceso de pruebas .

LISTA DE PARTES EN EL SISTEMA

Li 1 CD4052EP

lJ2 TL080

L13 CD4584BPC

Ud GDQ027BCN

cis MC14071UBPC

U6 F404OBPC

u7 MN74HC24dN

iJ8 MN74HG244N

Li9 MN74HC240N

Lilt:) CD4584EiP

I

u1 1

u12

u13

u 14

u15

u20

u2 1

u22

CIS3

u3 1

u32

U33

Li34

U35

U34

R1

k2

R3

R4

RS

H6

R 7

R8

R 9

SN74S189J

SN74Sle9J

SN74SlEr9J

DACl222LCN

TL084

DAC1020LC

DAC1020LC

SN74HC373N

CN74HC373N

CD407 1 ECN

CD40 1 1 BCN

SN74HC30N

CD74HCl55E

SN74HC373N

SN74HC373N

10 KOhm

10 KOhm

10 KOhm

12 KOhm

10 KOhm

15 KCihm

1 0 KOhm

820 ).;Ohm

1 0 KOhm

RlO

R l 1

R12

Rl3

R14

R1S

Rl6

R17

R18

R19

R2Q

R2 1

. R22

coi

CO2

GO3

COP

Cl

c2

c3

c4

c5

C6

Dl

10 KOhm

10 KOhm

10 KOhm

1 KOhm

1 5 0 KOhm

10 KOhm

15 KOhm

10 KOhm

10 KOhm

4.7 KOhm

20 Kühm

20 KOhm

10 KOhm

CAP. ELECTR. 4700uf./33V.

CAP. ELECTR. 4700uf./35V.

CAP. TANTAL. lOnf./SSV.

CAP. TANTAL. 10nf./3SV.

33 Pico-faradios

2.2 Nano-faradios

47 Nano-faradios

18 Pico-taradioo

4.7 Pico-faradios

4.7 Pico-faradios

Zener de 3.6 Voltios

D2

D3 ,

D4

DS

D6

P1

P2

P3

P4

P5

CON 1

CON2

RECl

TRANS 1

Zener de 3.6 Vo l t i o s

Zener de 5.4 Vo l t i o s

LED Verde a S Vo l t i o s

LED Rojo a 5 Vo l t i o s

LM334.5 C D i o d o Referencia > POT. 50 KOhm

POT. 50 KOhm

POT. SO KOhm

POT. 5 KOhm

POT. 10 KOhm

CONECTOR 34 VIAS

CONECTOR d VIAS

GI KBL O1 - 8811

PRill3-127V. SECr32V.

PERSPECTIVCIS A FUTURO

A f u t u r o inmediato L

1 1 . - L o inmediatamente p o s t e r i o r a l o expuesto en e s t e proyecto e s

' c o n s t r u i r l a etapa de i n t e r f a c e ; en base a l o diseñado eri es te

r ep o r t e f i n a l y comprobar e s t a con un pequego programa de prueba

r

diseñado cart e s t e f i n p a r a l a computadora pe r sona l .

2.- Modificar. e l sistema de s a l i d a de l conve r t ido r analogico-

d i g i t a l , u t i l i z a d o pa r a generar e l v o l t a j e de compensacibn, de

ta l forma que en l u g a r de t ene r ert e l p i n 7 de UZrE una rampa

h i p o l a r en dos cuadrantes, podamos tener una rampa b i p o l a r erg

cua t r o cuadrantes como l a que se muestra a continuacibn; o en

caso necesar io camhiar dicho convert idor .

FIGURA 10.- RAMPA BIPOLAR EN 4 CUADRANTES NECESARIA PARA

FACILIDAD EN LA CALIBRACXON.

J

I

u

I

I

n11)

L D

I=1 u l 6 u

t Y 0 3 C u .

n

eL O w a I PP

I

I 1

1 2 3 4 5 6 7 8

I I - I1

f

FIGURA 8.-

C O W F I 6 U R ñ C I O N DEL COWIG’CTOR P R O U I S I O N f i L DE PRUEBAS

3.- Diseñar y hacer l a t a r j e t a de c i r c u i t o impreso del sistema

diseñado en e s t e proyecto y mostrado en l a f i g u r a 9, p a r a poder

s e r i n s t a l ada en un " s l o t " o entrada de' t a r j e t a ad i c i ona l de l a

computadora como cualquier - otra t a r j e t a .

4.- Armar en c i r c u i t o impreso l a fuente de al imentación para 105

transductopes de l a cab ina de paciente diseñada en e s t e proyecto.

CONCLUSIONES

Cabe mencionar que un proyecto como e l pr-esentado ert e s t e informe

e s de gram importancia po r su aporte tecnológ ico a l a s c i enc i a s

MOdicas, y l a s venta j a s económicas debido a que se ha

de s a r r o l l a do po r medio de pr-oyectos de t e s i s en l a Universidad

Autónoma #etr.opolitana de i z t apa l aya .

En p a r t i c u l a r y hahlando de l proyecto en s i , es una gran venta j a

e l que pcrdamos u t i l i z a r m a computadora personal debido a su

comercia l izac ión y ve r . s a t i l i dad . Asi en un f u tu ro es p o s i b l e

ampl iar fac i lmente e l sistema, ya sea modificando l a t a r j e t a

d isegada em e s t e proyecto o instalando o t r a s en e l i n t e r i o r de l a

Chidad Cenaval de Procesamiento.

I

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