Medidor de presión arterial GSM

Antes que nada quiero agradecerles a todos por sus amables comentarios, recomendaciones y puntos. Gracias por visistar el post!

Para las personas que prefieren la información resumida:

Soy un tipo que estudia ingeniería mecatrónica. Hice un aparato que mide la presión arterial (sistólica y diastólica) y el pulso del paciente.
Lo particular del aparato es que además de darte una medición exacta de la presión arterial y pulso, envía por celular los valores obtenidos y en caso de encontrar alguna anomalía en la medición, enviará un mensaje de alerta al teléfono del doctor.

Gracias por pasar, no te olvides de recomendar el post a tus seguidores



Para las personas que quieran saber cómo lo hice, intentaré hacerlo lo más didáctico posible y al final del post les muestro un video con el sistema funcionando.
También les comento que me tomé el trabajo de escribir cada palabra que encontrarán en este post. Todo el contenido es de mi autoría (excepto el proyecto como tal, ese lo hice con un amigo de la facu). Les pido de favor que si tienen unos minutos libres lo lean completo. Me esforzaré por no aburrirlos

Introducción

En la actualidad existen problemas de salud y complicaciones graves producto de las variaciones fuera de lo normal en los rangos de presión arterial.
Cuando la presión arterial disminuye demasiado, se conoce como hipotensión arterial. Muchas personas tienen regularmente la presión arterial baja o algunas experimentan este cambio cuando se ponen de pie rápidamente. La hipotensión arterial representa un problema cuando causa mareos, desmayos o en casos extremos shock en el paciente.
Por otro lado, si la presión arterial aumenta, se conoce como hipertensión arterial. La hipertensión arterial es el aumento de dicha presión en forma crónica. Es una enfermedad que no da síntomas durante meses e incluso años, y si no se trata, puede desencadenar complicaciones severas como un infarto de miocardio, una hemorragia o incluso trombosis cerebral.
La única manera de detectar la hipertensión en sus inicios es mediante revisiones periódicas, por lo que construí un sistema que además de revisar periódicamente el estado del paciente, remite la información vía celular a las personas más indicadas dependiendo de la gravedad dell problema; de esta manera se podrán tomar las medidas necesarias a tiempo, protegiendo ante todo al paciente. (En especial lo hice pensando en los adultos mayores que sufren este tipo de problemas y muchas veces no tienen alguien cerca cuando se da uno de estos problemas. Sin embargo el aparato puede ser usado por cualquier persona que quiera monitorear su presión arterial.)
Con esto busco brindar un aporte significativo en salud a la comunidad utilizando aplicaciones modernas y fáciles de usar dentro de los campos que abarca la mecatrónica.

Empezaré explicando lo que es la presión arterial:

La presión arterial es la fuerza que ejerce la sangre sobre las paredes de las arterias.
Cuando el corazón late, bombea sangre a las arterias. Su presión arterial estará en el nivel más elevado cuando el corazón late para bombear la sangre. A esto se le conoce como presión sistólica. Adicionalmente, cuando el corazón está en reposo, entre un latido y otro, la presión sanguínea disminuye. A esto se le llama presión diastólica.
La medición de la presión arterial utiliza tanto la presión sistólica como la presión diastólica. Estos valores se escriben uno junto al otro, por ejemplo, 115/85 es un valor de presión arterial.

Ahora que sabía lo que es la presión arterial, el siguiente paso fue investigar algunos métodos de medición:

Métodos para medir la presión arterial

Método Auscultatorio

Consiste en hacer desaparecer los sonidos del pulso tras colapsar una arteria con un manguito de goma, y posteriormente volverlos a escuchar determinando la tensión arterial mínima y máxima según la naturaleza de dichos sonidos (creo que es el más conocido por todos).

Método Oscilométrico

En la medición oscilométrica, se usa un sensor de presión electrónico con lectura numérica de la presión arterial. El manguito se infla y libera mediante una bomba y válvula operadas eléctricamente. Se puede adaptar al brazo o la muñeca.

Método Ultrasónico

Este método utiliza el ultrasonido para determinar las presiones máxima y mínima de la sangre a su paso por las arterias. Los valores quedan registrados digitalmente y se usa solamente en servicios especializados por su elevado precio.

Método Intraarterial

Consiste en medir la presión máxima, mínima y media dinámica de la sangre al paso por la arteria canalizada a través de un transductor que hace que las variables se conviertan en dígitos observables. Es necesario heparinizar las vías para su correcto funcionamiento. Es el único método exacto, pero es el más traumático. Sólo se utiliza en monitorizaciones en Unidades de Cuidados Intensivos.

Descarté el método auscultatorio porque me pareció casi imposible automatizarlo, peor aun meterle comunicación GSM

Descarté los métodos ultrasónico e intraarterial porque un elevado costo dentro de la investigación era algo que no se podía permitir en caso de querer comercializar el producto

Mentira, es que no quería gastar demasiado

Finalmente, el único método que al menos mencionaba algo relacionado con mi carrera es el oscilométrico, así que ese fue mi punto de partida.

Método Oscilométrico

Este método, como se mencionó anteriormente, utiliza un sensor de presión electrónico calibrado que analiza las oscilaciones de la arteria del brazo al colapsarla con un compresor que actúa en vez de manguito controlando los procesos de inflado y desinflado del sistema. Su funcionamiento se basa en un microprocesador unido a un cristal de silicio que se deforma en mayor o menor medida al recibir la presión del aire. Este cristal, alimentado por corriente, varía su resistencia según el grado de su deformación y generalmente aumenta su resistencia a medida que la presión aumenta.

Analizando por partes el método:

En primer lugar, un sensor de presión electrónico cuesta aproximadamente $30 (unos $165 pesos argentinos). En segundo lugar, me pidieron que el aparato sea considerado como equipo médico. Para hacer esto tiene que cumplir una cantidad de normas tan bestial que no terminaría de enunciarlas en este post. Y para finalizar, me iba a tomar demasiado tiempo ponerme a medir y procesar señales, se necesita diseñar filtros, curvas, etc.

Además de los componentes electrónicos, se necesita una bomba o microcompresor que cuesta entre $90 y $160 (de 500 a 880 pesos argentinos aproximadamente).

Para no seguir con la lista de componentes y basado en la imagen del "niño rata" que les presenté anteriormente, concluí que debía recorrer las calles de mi ciudad en busca de uno de esos aparatos que miden la presión que venden en las farmacias.
Mi esperanza era utilizar los componentes de uno de esos aparatos para reducir costos, o utilizar el aparato como tal para medir la presión e interceptar la señal en algún punto del circuito para realizar la comunicación GSM.



Para no hacer la historia más larga, conseguí uno de estos:

Con la esperanza de encontrar algo útil, desarmé el aparato, y al fijarme en un detalle de la placa electrónica, pude por fin concluir que había solucionado la mitad del problema.

En esa foto pueden ver el aparato desarmado. Los cables blanco y naranja los soldé yo. Resulta que la placa venía con pines disponibles de TX/RX/GND, es decir, mandaba los datos por comunicación serial (en lenguaje común, encontré una manera extremadamente sencilla de intervenir el circuito y obtener los datos deseados)

Funcionamiento específico

El equipo consta de un sensor de presión, encargado de recolectar las oscilaciones provenientes del brazalete, conectado a un amplificador de instrumentación que se encarga de acondicionar la señal hacia un microcontrolador.

Se crean dos señales de presión. La primera será la señal de desinflado calibrada, la segunda, obtenida a partir de la amplificación de la anterior y un filtro pasa altos, será la que mostrará las pequeñas oscilaciones que impone la pulsatilidad arterial sobre el brazalete durante el desinflado.

El microcontrolador es el encargado de controlar la válvula de escape, la bomba de inflado , digitalizar las 2 señales descritas y enviar los datos a un display LCD y el terminal TX de la placa. (el que me interesa para interceptar los datos).

Al comenzar, el sistema activará la bomba para inflar el manguito hasta una presión supra sistólica. El inflado del manguito se realizará con la válvula de escape cerrada. Cuando se alcanza la presión máxima de inflado se detiene la bomba y comienza el desinflado lineal del manguito, a través de la valvula de desinflado. En ese momento se registran las dos señales de presión que ingresan en paralelo por dos canales independientes de conversión.

La frecuencia de muestreo de cada canal es de 60Hz.
Ambas señales son almacenadas hasta que la presión cae por debajo de 50mmHg, donde se abre la válvula y comienza el desinflado rápido. El display indica las señales de presión sistólica, diastólica y pulso.

P_max=175mmHg
P_min=50mmHg

Recepción de la señal

Y EMPEZARON LAS PRUEBAS DE MEDICIÓN!

Una vez que verificamos que estábamos leyendo los datos correctos, éste fue el resultado:

El único valor de todas las cadenas de caracteres que nos devolvía el aparato, y que tenía algún tipo de posible relación con los valores de presión arterial era un string que mandaba unas milésimas de segundo antes de que los valores sean presentados en el display del aparato.
Dicho string o cadena de caracteres era de este tipo:

Inicialmente me sentí perdido, pero luego de realizar muchísimas pruebas con comunicación serial, ésto fue lo que pude concluir:

La primera f de la cadena de caracteres nos indica donde debemos empezar a receptar los datos.

El segundo y tercer caracter son ceros que no se utilizan.

El cuarto y quinto carácter son los dígitos de un número que se relaciona con la presión sistólica.

El sexto y séptimo carácter son números que no representan nada.

El octavo y noveno carácter son los dígitos de un número que se relaciona con la presión diastólica.

El décimo y décimo primer carácter son números que no representan nada.

El décimo segundo y décimo tercer carácter son los dígitos de un número que se relaciona con el pulso.



Hasta que finalmente:

Las relaciones encontradas entre los caracteres útiles son descritas mediante las siguientes ecuaciones:




Donde Ps es la presión sistólica, Pd es la presión diastólica y Pp es el pulso. Adicionalmente, el término (dec) se usa para expresar que el valor de la cadena hexadecimal obtenido debe ser transformado a decimal.

Luego de eso, hice un programa para leer y transformar los datos utilizando el software BASCOM (lo utilizo para programar microcontroladores).
Realizando las mismas pruebas con un microcontrolador ATMEGA8, finalmente obtuve en la pantalla los valores decimales de presión sistólica, presión diastólica y pulso (no contaba con el pulso pero ayudó bastante a mejorar la funcionalidad del proyecto)

Recapitulando:

Conseguí un módulo electrónico de medición de presión arterial, el cual mediante comunicación serial me devuelve una cadena de caracteres cada que se realiza la medición. Luego de analizar las cadenas de caracteres programé un microcontrolador para que haga lo mismo automáticamente. Lo único que falta es que envíe la información por celular.

Comunicación GSM

A lo largo del desarrollo del proyecto, economicé todo el tiempo y dinero que pude, y no iba a dejar de hacerlo al final, así que en vez de armarme alto protocolo de comunicación, decidí usar un Shield GSM SIM900, que es el que se muestra en la figura arriba.

Básicamente lo que hace el shield es permitirme controlar un dispositivo mediante comunicación GSM utilizando comandos AT (comandos de telefonía globales) para que, mediante un microcontrolador, realice operaciones.

Es muy fácil de usar, simplemente hay que comprar un chip de telefonía de la operadora que mejor tenga señal en tu país (influye demasiado, me di el gusto de probarlo) y el resto lo realizas con conocimiento intermedio de microcontroladores.

Luego de investigar, el rango de presiones en el que se maneja el programa es el siguiente:

Presión normal.- Desde 90/50 hasta 150/110

Presión alta.- Desde 151/111 en adelante y puede presentar hemorragia.

Presión baja.- Menor a 89/49; se puede presentar desmayo.

Para finalizar, el funcionamiento secuencial del prototipo es el siguiente:

1. Colocar el brazalete según especificaciones del manual (omití muchas cosas en el post, incluyendo el manual, pero pueden mandarme MP les remito lo que necesiten).

2. Presionar el botón "start/stop"

3. Esperar que se realice la medición

Durante la medición de presión:

Se envían uno o más mensajes de texto:

Si la presión es normal, se muestra la información en el display y se envía un mensaje al paciente informándole los datos y un aviso de "situación normal"

Si la presión es más alta o más baja que los límites establecidos, la información se muestra en el display y se envían mensajes de texto con los datos y respectivas advertencias a los celulares del doctor y familiar más cercano del paciente, de manera que las medidas para salvar su vida puedan ser tomadas a tiempo.

Finalmente, la prueba del funcionamiento

Notas:

Traté de hacer el post lo más simple y explicativo que pude, sin embargo, si hay alguna persona aficionada a estos temas que necesite información más técnica acerca del proyecto, no duden en enviarme un mensaje privado. Mis proyectos son totalmente libres, es decir, si les interesa tomarlo como punto de partida para hacer algo más interesante, pueden hacerlo

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