Oximetro De Pulso

OXIMETRO DE PULSO

En el presente proyecto se diseña y construye un Oxímetro de Pulso, para lo cual se implementa un módulo de acondicionamiento de señal y una fuente de alimentación para el sensor de oximetría. La señal será digitalizada y procesada en la plataforma de Automatización Momentum que estará conectada a un computador, en el que se desarrollará el interfaz HMI para monitorear los niveles de Saturación de Oxígeno y el pulso cardiaco. Se proveerá al sistema de alarmas y almacenamiento al momento en que se sucedan, impresión de datos, niveles de seguridad y administración de cuentas de usuario.

MARCO TEÓRICO

Definición

La oximetría de pulso o pulsioximetría1 es la medición de la cantidad de oxígeno transportado por la sangre hacia los tejidos y la cuantificación del pulso o frecuencia cardiaca.

En sentido químico, la oximetría valora a la saturación de oxígeno (SaO2), la cual expresa la cantidad de oxígeno que se combina con la hemoglobina para formar la oxihemoglobina, que es la molécula encargada de transportar el oxígeno hacia los diferentes tejidos y órganos.

La oximetría de pulso es una técnica no invasiva, (no requiere de la obtención de una muestra de sangre por punción de la arteria), realiza la medición de forma continua y óptica, es decir, aplicando principios de espectrometría los cuales se explicarán mas adelante.

DISEÑO DEL HARDWARE

Para el diseño del Hardware se partirá de la descripción técnica tanto del sensor de oximetría así como de la plataforma de automatización Momentum para posteriormente analizar si se requiere de algún tipo de acondicionamiento para la señal del sensor.

Diagrama de bloques constitutivo del oxímetro de pulso

Monitor

Hardware

DESCRIPCIÓN DEL SENSOR A UTILIZARSE

Existen pocas empresas dedicadas al diseño y construcción de oxímetros de pulso, cada una de las cuales ha diseñado su propio modelo de conector para los sensores.

Fabricante Tipo de Conector

CSI (CRITICARE)

DATASCOPE

NOVAMETRIX

OHMEDA

PHILIPS(HP)

SPACELABS

NELLCOR

De acuerdo al modelo del conector se optó por los sensores de la marca Nellcor ya que su modelo es compatible con conectores tipo hembra DB9 estándar.

Por otro lado, los fabricantes dan una gran variedad de diseños de acuerdo al paciente, por ejemplo se tienen sensores para recién nacidos, especialmente diseñados para disminuir su sensibilidad al ruido, otros para niños y para adultos, del tipo desechable y re-usable, o para distintos lugares de sensamiento tales como un dedo de la mano, del pie, el lóbulo de la oreja, del tipo pinza o en Y o del tipo reflectante comúnmente usado en la frente del paciente.

Ubicación del sensor tipo Y en diferentes áreas del paciente.

La información técnica de los sensores así como de la configuración de los pines de cada sensor es muy reservada, en ningún manual técnico de las marcas líderes se ha logrado obtener detalles concretos y específicos de los sensores, ni de sus voltajes de polarización, mucho menos de la identificación de entradas y salidas en el conector.

Por lo tanto se adquirió un sensor del tipo desechable para adulto de la marca Nellcor con el objetivo de desarmarlo y averiguar de esta manera la configuración de los pines del mismo. Además, se consulto los manuales técnicos de los oxímetros Nellcor para deducir la información técnica del sensor.

Posteriormente se adquirió un sensor de tipo pinza re-usable para adulto que está indicado para la vigilancia continua no invasiva de la saturación de oxígeno arterial y la frecuencia del pulso en pacientes de más de 40 kg de peso. Cabe resaltar que este tipo de sensor está contraindicado para pacientes activos (personas con movimiento) o para usos prolongados. No está diseñado para la vigilancia durante largos períodos de tiempo. Debe moverse cada 4 horas (o más a menudo si así lo requiere el estado de la circulación o la integridad de la piel) y volverse a aplicar en un lugar diferente.

Sensor DS – 100A de Nellcor

De la experimentación con el sensor desechable y de la lectura de los manuales técnicos de los oxímetros Nellcor se dedujo la configuración de pines mostrada en la Tabla, para los sensores compatibles con la marca:

Descripción de pines del sensor utilizado PIN DESCRIPCIÓN

1 R sensor

2 Polarización de los Leds.

3 Polarización de los Leds

4 No existe

5 Salida (+)

6 R sensor

7 GND del cable.

8 No existe.

9 Salida (-).

Los pines 1 y 6 correspondientes a R sensor, son los terminales de una resistencia interna codificada por el fabricante, la cual es utilizada por los oxímetros para determinar el tipo de sensor, ya sea desechable, rehusable, para niño, o adulto. Por tanto estas dos terminales no serán usadas en el desarrollo del proyecto.

Los pines 2 y 3 corresponden a la polarización de los leds rojo e infrarrojo los cuales están colocados dentro del sensor.

Los pines 5 y 9 son los terminales del fotodiodo que es el encargado de detectar la variación de la luz transmitida por los leds.

El pin 7 corresponde al recubrimiento metálico del cable que al estar conectado a tierra, da un cierto grado de protección con respecto al ruido electromagnético y a la estática.

Los diodos Leds presentan un comportamiento parecido al de un diodo rectificador sin embargo, su tensión de umbral, varía dependiendo del color del diodo.

COLOR TENSION DE UMBRAL

Infrarrojo 1,3v

Rojo 1,7v

El conocimiento de esta tensión es fundamental para el diseño del circuito, pues normalmente se le coloca en serie una resistencia que limita la intensidad que circulará por el. Cuando se polariza directamente se comporta como una lámpara que emite una luz cuyo color depende de los materiales con los que se fabrica. Cuando se polariza inversamente no se enciende y además no deja circular la corriente. Es por ello que la marca Nellcor ha decidido colocar el led rojo inversamente con respecto al led infrarrojo, para que al conmutar la polarización se encienda uno u otro.

La intensidad luminosa con la que brilla un led se puede controlar de acuerdo a la intensidad de corriente que pasa por él. La mínima intensidad de corriente que necesita un diodo LED para que emita luz es de 4mA y, por precaución como máximo debe aplicarse 50mA. Además el sensor de saturación de oxígeno utiliza leds diseñados especialmente para emitir su luz a una determinada longitud de onda, la misma que para los sensores Nellcor es de 662nm para el led rojo y de 905nm para el led infrarrojo.

La luz emitida por los leds pasará a través del dedo y será captada por un único fotodiodo el cual es un dispositivo semiconductor de unión p-n cuya región de operación está limitada a la región de polarización inversa. “La aplicación de luz a la unión dará como resultado una transferencia de energía de las ondas de luz incidente (en forma de fotones) a la estructura atómica, produciéndose un aumento en la cantidad de portadores minoritarios y un incremento del nivel de la corriente inversa. La corriente de oscuridad es aquella que existe cuando no se ha aplicado iluminación.

Hay que destacar que la corriente solo regresará a cero con una polarización positiva aplicada igual a VT

Características del fotodiodo

De la figura anterior podemos destacar que el espaciado casi igual entre las curvas para el mismo incremento en flujo luminoso revela que la corriente inversa y el flujo luminoso están relacionados casi linealmente. En otras palabras, un aumento en intensidad de luz dará como resultado un incremento similar en corriente inversa.

Es importante destacar que la corriente producida en el fotodiodo debido a la captación de luz, está en el rango de los μA, en este punto se ve la necesidad de poder amplificarla y convertirla en voltaje para su correcto y mejor sensamiento.

Características Técnicas del sensor de Oximetría

Características del sensor a tomar en cuenta para el diseño del Hardware

1 led que emite en el rango rojo a 662nm

1 led que emite en el rango infrarrojo a 905nm

Los 2 leds están colocados opuestamente uno del otro

Rango de corriente de alimentación para los leds es de 0 – 50 mA

...