facultad de ciencias de la ingenierÍa e carrera de...
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UNIVERSIDAD UTE
FACULTAD DE CIENCIAS DE LA INGENIERÍA E
INDUSTRIAS
CARRERA DE INGENIERÍA MECATRÓNICA
DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE UN SISTEMA MÓVIL
MECATRÓNICO PARA TELEMEDICINA.
TRABAJO PREVIO A LA OBTENCIÓN DEL TÍTULO
DE INGENIERO EN MECATRÓNICA.
DARWIN HUMBERTO ENRÍQUEZ YÁNEZ
DIRECTOR: ING. GONZALO GUERRÓN
Quito, Octubre 2018.
© Universidad UTE 2018.
Reservados todos los derechos de reproducción
FORMULARIO DE REGISTRO BIBLIOGRÁFICO
PROYECTO DE TITULACIÓN
DATOS DE LA OBRA
TITULO: Diseño y Construcción de un sistema móvil
de Telemedicina
AUTOR O AUTORES: ENRÍQUEZ YÁNEZ DARWIN HUMBERTO
FECHA DE ENTREGA DEL PROYECTO
DE TITULACIÓN:
Octubre/2018
DIRECTOR DEL PROYECTO DE
TITULACIÓN:
Ing. Gonzalo Guerrón
PROGRAMA PREGRADO POSGRADO
TITULO POR EL QUE OPTA: Ingeniería en Mecatrónica
RESUMEN: Mínimo 250 palabras El presente trabajo de titulación tuvo como
finalidad el desarrollo de un robot móvil
mecatrónico para telemedicina. El equipo
permite la adquisición y visualización en
tiempo real de signos vitales como:
frecuencia cardiaca y respiratoria, pulso,
auscultación cardiaca, nivel de glucosa entre
otros. El dispositivo además de realizar la
lectura de señales biomédicas también
almacena y envía los datos para un posterior
análisis del paciente. La lectura de las
señales médicas se realiza mediante una
tarjeta de adquisición de datos (DAQ),
circuito electrónico fundamental en el
desarrollo de este proyecto, debido a sus
características que están orientadas a
propósitos médicos. Los datos son
procesados a través de un software que
DATOS DE CONTACTO
CÉDULA DE IDENTIDAD: 1714501705
APELLIDO Y NOMBRES: ENRÍQUEZ YÁNEZ DARWIN HUMBERTO
DIRECCIÓN: QUITO – GUAMANI - SAN FERNANDO
EMAIL: [email protected]
TELÉFONO FIJO: 052-764-558
TELÉFONO MOVIL: 0992749511
X
realiza; el monitoreo de las constantes vitales
en tiempo real, expone el nivel de las señales
vitales de forma detallada y genera alarmas
respecto a las constantes vitales promedio.
El dispositivo a través del uso de software
externo (TeamViewer) facilita la visualización
remota del software que presenta las señales
adquiridas para brindar servicios médicos a
distancia: teleasistencia, telecuidados,
telediagnosticos, telemedicina. También
cuenta con un sistema de movilidad remoto
controlado a través de una aplicación de
smartphone o software del equipo
(ordenador), lo que permite transportar los
sensores, brindando comodidad al médico al
momento de realizar visitas virtuales al
paciente. Este equipo fue desarrollado como
base para posteriores avances tecnológicos
en la Telemedicina como: la inclusión de
reconocimiento facial, seguimiento al
paciente, SLAM (localización y modelado
simultaneo) para una navegación autónoma
del dispositivo, generar un historial clínico
inteligente u otras aplicaciones.
PALABRAS CLAVES: Telemedicina, Señales Biomédicas, Atención
Remota, Tele-diagnostico, Tele-consulta.
ABSTRACT:
The aim of this work is developed of a
mechatronic mobile robot for telemedicine.
The robot allows to read biomedical signals,
the device also stores and sends the data for
further analysis of the patient this one in
addition allow of the heart rate and
respiratory, pulse, cardiac auscultation,
among others. The reading of the medical
signals is done by means of a data
acquisition card (DAQ), a fundamental
electronic circuit in the development of this
project, due to its characteristics oriented to
physicians. The data is processed through
software that performs; the monitoring of vital
signs in real time, provides a detailed
analysis and generates alarms regarding the
average vital signs. The device through the
use of external software facilitates the remote
visualization of acquired signals to provide
medical services remotely: telecare, telecare,
telediagnosis, telemedicine. It also has a
remote mobility system controlled through an
application or software of the equipment,
which allows transporting the sensors,
providing comfort to the doctor when making
virtual visits to the patient.This device was
developed as a basis for further technological
advances in telemedicine such as: the
inclusion of recognition and patient follow-up,
SLAM (location and simultaneous mode),
gen
KEYWORDS
Telemedicine, Biomedical Signals, Remote
Attention, Tele-diagnosis, Teleconsultation.
Se autoriza la publicación de este Proyecto de Titulación en el
Repositorio Digital de la Institución.
:__________________________________________
ENRÍQUEZ YÁNEZ DARWIN HUMBERTO
C.I: 1714501705
DECLARACIÓN Y AUTORIZACIÓN
Yo, ENRÍQUEZ YÁNEZ DARWIN HUMBERTO, C.I: 1714501705 autor del
trabajo de titulación: DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE UN SISTEMA
MECATRONICO MÓVIL DE TELEMEDICINA, previo a la obtención del título
de Ingeniería en Mecatrónica en la Universidad UTE.
1. Declaro tener pleno conocimiento de la obligación que tienen las
Instituciones de Educación Superior, de conformidad con el Artículo
144 de la ley Orgánica de Educación Superior, de entregar a la
SENESCYT en formato digital la copia del referido trabajo de
graduación para que sea integrado al Sistema Nacional de información
de la Educación Superior del Ecuador para su difusión pública
respetando los derechos de autor.
2. Autorizo a la BIBLIOTECA de la Universidad UTE a tener una copia del
referido trabajo de graduación con el propósito de generar un
Repositorio que democratice la información, respetando las políticas de
propiedad intelectual vigentes.
Quito, 26 de Octubre del 2018
f:__________________________________________
ENRÍQUEZ YÁNEZ DARWIN HUMBERTO
C.I: 1714501705
CERTIFICACIÓN
Certifico que el presente trabajo que lleva por título “DISEÑO Y
CONSTRUCCION DE UN SISTEMA MÓVIL MECATRÓNICO PARA
TELMEDICINA”, que, para aspirar al título de Ingeniero en Mecatrónica fue
desarrollado por Darwin Humberto Enríquez Yánez, bajo mi dirección y
supervisión, en la Facultad de Ciencias de la Ingeniería e Industrias; y cumple
con las condiciones requeridas por el reglamento de Trabajos de Titulación
artículos 19, 27 y 28.
_________________________________
Gonzalo Guerrón
DIRECTOR DEL TRABAJO
C.I. 0401241245
DECLARACIÓN
Yo ENRÍQUEZ YÁNEZ DARWIN HUMBERTO, declaro que el trabajo aquí
descrito es de mi autoría; que no ha sido previamente presentado para ningún
grado o calificación profesional; y, que he consultado las referencias
bibliográficas que se incluyen en este documento.
La Universidad UTE puede hacer uso de los derechos correspondientes a este
trabajo, según lo establecido por la Ley de Propiedad Intelectual, por su
Reglamento y por la normativa institucional vigente.
_________________________________________
ENRÍQUEZ YÁNEZ DARWIN HUMBERTO
C.I: 1714501705
DEDICATORIA
Este trabajo dedico a mi madre que ha sido fuente de inspiración, quien ha
sabido guiarme, colocando su confianza en mí y apoyándome en cada
momento importante de mi vida, especialmente en los momentos difíciles,
dándome fuerza y consejo.
AGRADECIMIENTO
Agradezco a Dios quien me brinda sabiduría para el arduo camino de la vida,
a mis padres por la confianza y paciencia depositada en mí, a mis abuelos y
mis familiares por su apoyo incondicional.
A mis maestros Ing. Gonzalo Guerrón e Ing. Marcelo Moya por la paciencia,
apoyo, confianza y sabiduría de gran voluntad a través del desarrollo del
trabajo de titulación, agradeciendo también la confianza colocada en mi para
el desarrollo de este proyecto.
A los médicos Dr. Patricio Gavilanes especialista cardiovascular y a la Dra.
Mayra Molina que contribuyeron con ideas y conocimientos al desarrollo de
este proyecto.
i
INDICE DE CONTENIDOS PÁGINA
RESUMEN ...................................................................................................... 1
ABSTRACT .................................................................................................... 2
1. INTRODUCCIÓN ..................................................................................... 3
2. METODOLOGÍA .................................................................................... 20
2.1 REQUERIMIENTOS ......................................................... 13
2.1.1 CARACTERÍSTICAS. ......................................................... 14
2.2 DISEÑO CONCEPTO DEL SISTEMA .............................. 15
2.3 DISEÑO ESPECIFICO ...................................................... 16
2.3.1 DISEÑO MECANICO .......................................................... 16
2.3.2 DIMENSIONAMIENTO PARA MOTORES DEL
PROTOTIPO ...................................................................... 16
2.3.3 DISEÑO DE LA ESTRUCTURA PARA SOPORTE DEL
PROTOTIPO ...................................................................... 18
2.3.4 DISEÑO DE LA CARCASA DEL PROTOTIPO .................. 20
2.3.5 DISEÑO ELECTRÓNICO ................................................... 21
2.3.6 DISEÑO DE SOFTWARE ................................................... 25
2.3.7 INTERFACES DEL SOFTWARE ........................................ 27
2.3.8 RADIOCONTROL DEL ROBOT ......................................... 32
2.3.9 APLICACIÓN ANDROID CONTROL DE MOVILIDAD DE
DISPOSITIVO .................................................................... 33
2.4 INTEGRACIÓN DEL SISTEMA ......................................... 34
3. RESULTADOS Y DISCUSIÓN .............................................................. 53
3.1 PRUEBAS DE FUNCIONAMIENTO ................................. 36
3.1.1 TEST 1: VELOCIDAD DE RESPUESTA TERMOMETRO.. 36
3.1.2 TEST 2: PRUEBA DE FUNCIONAMIENTO CONTINUO. .. 36
3.1.3 VALIDACIÓN DEL EQUIPO ............................................... 37
3.1.4 ANALISIS DE ERRORES ................................................... 38
4. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES ......................................... 57
CONCLUSIONES ......................................................................................... 40
RECOMENDACIONES ................................................................................. 41
BIBLIOGRAFÍA ............................................................................................ 42
ANEXOS ....................................................................................................... 62
ii
INDICE DE FIGURAS PÁGINA
Figura 1. Estructura de la Norma ISO 2500 ................................................... 6
Figura 2. RP-VITA. ......................................................................................... 6
Figura 3. Vigilias MITEE. (Vigilias-Telehealth, 2016) ..................................... 7
Figura 4. Avizia CA750. (Avizia, 2016) ........................................................... 8
Figura 5. Dr. Angélica Florén recibiendo el kit MySignals. ........................... 10
Figura 6. TeamViewer en la Telemedicina. .................................................. 10
Figura 7. Diagrama de Flujo del Triaje de Manchester. ............................... 11
Figura 8. Metodología de modelo en V. ....................................................... 13
Figura 9. Modelo concepto del prototipo móvil para Telemedicina. ............. 15
Figura 10. Diagrama conceptual del Prototipo de Telemedicina. ................. 16
Figura 11. Cargas presentes en el desplazamiento del prototipo. ............... 17
Figura 12. Tabla de coeficientes de rodadura. ............................................. 17
Figura 13. Elementos estructurales sometidos a mayor esfuerzo ................ 18
Figura 14. Cargas y reacciones en la barra a estudiar. ................................ 19
Figura 15. Diagrama de Momento Flector .................................................... 19
Figura 16. Estructura base del prototipo móvil de Telemedicina. ................. 20
Figura 17. Carca del equipo de telemedicina. .............................................. 20
Figura 18. Tarjeta de adquisición de datos Mysignals ................................. 21
Figura 19. Diagrama de conexiones del Hardware a los sensores .............. 24
Figura 20. Diagrama de conexiones del Hardware a los motores. ............... 25
Figura 21. Diagrama de Flujo de software del prototipo de Telemedicina. .. 26
Figura 22. Interfaz de Inicio de sesión del Software. .................................... 27
Figura 23. Interfaz del Menú de Inicio del Software. .................................... 27
Figura 24. Interfaz de Datos personales del paciente del Software. ............ 28
Figura 25. Interfaz de Triaje de Manchester del Software. ........................... 28
Figura 26. Interfaz Menú Estetoscopio. ........................................................ 29
Figura 27. Interfaz del software de Auscultación Cardiaca. ......................... 29
Figura 28. Interfaz del software de Auscultación Pulmonar. ........................ 30
Figura 29. Interfaz de Reproductor de Sonidos de Auscultación. ................ 30
Figura 30. Interfaz de Signos Vitales. .......................................................... 31
Figura 31. Interfaz del Software de Análisis de Datos. ................................. 31
Figura 32. Interfaz de software de Envió de datos. ...................................... 32
Figura 33. Interfaz de software de Radiocontrol del Robot. ......................... 32
Figura 34. Sistema de Control retroalimentado del Sistema ........................ 33
Figura 35. Direcciones de control del prototipo. ........................................... 33
Figura 36. Activity de inicio de Sesión en la aplicación Android. .................. 34
Figura 37. Activación del servicio Bluetooth. ................................................ 34
Figura 38. Activity de control de movilidad del dispositivo. .......................... 34
Figura 39. Ensamblaje del Prototipo. ........................................................... 35
Figura 40. Curva temperatura vs tiempo. ..................................................... 36
Figura 41. Gráfico de Dispersión de datos de temperatura. ......................... 38
iii
INDICE DE TABLAS PÁGINA
Tabla 1. Características del RP VITA. ............................................................ 7
Tabla 2. Características principales del Vigilias MITEE. ................................. 8
Tabla 3. Características principales del AVIZIA CA750. ................................. 9
Tabla 4. Requerimientos. ............................................................................. 14
Tabla 5. Datos del Motor seleccionado ........................................................ 18
Tabla 6. Características Tarjeta Mysignals (DAQ) ........................................ 22
Tabla 7. Características de alimentación tarjeta Mysignals .......................... 22
Tabla 8. Características de la Tarjeta de Desarrollo ..................................... 23
Tabla 9. Características modulo Bluetooth ................................................... 23
Tabla 10. Características técnicas de la Batería .......................................... 23
Tabla 11. Características técnicas del controlador de motores .................... 24
Tabla 12. Características Termómetro Digital. ............................................. 36
Tabla 13. Prueba de funcionamiento continuo. ............................................ 37
Tabla 14. Tabla de errores de dispersión de los datos. ................................ 38
Tabla 15. Comparación de error porcentual frente a otros equipos. ............. 39
iv
INDICE DE ECUACIONES PÁGINA
ECUACIÓN 1. ................................................................................................. 16
ECUACIÓN 2. ................................................................................................. 17
ECUACIÓN 3. ................................................................................................. 17
ECUACION 4. ................................................................................................. 19
ECUACIÓN 5. ................................................................................................. 37
ECUACIÓN 6. ................................................................................................. 38
v
INDICE DE ANEXOS PÁGINA
ANEXO 1. .................................................................................................... 46
ANEXO 2. .................................................................................................... 48
1
RESUMEN
El presente trabajo de titulación tuvo como finalidad el desarrollo de un robot
móvil mecatrónico para telemedicina. El equipo permite la adquisición y
visualización en tiempo real de signos vitales como: frecuencia cardiaca y
respiratoria, pulso, auscultación cardiaca, nivel de glucosa entre otros. El
dispositivo además de realizar la lectura de señales biomédicas también
almacena y envía los datos para un posterior análisis del paciente. La lectura
de las señales médicas se realiza mediante una tarjeta de adquisición de
datos (DAQ), circuito electrónico fundamental en el desarrollo de este
proyecto, debido a sus características que están orientadas a propósitos
médicos. Los datos son procesados a través de un software que realiza; el
monitoreo de las constantes vitales en tiempo real, expone el nivel de las
señales vitales de forma detallada y genera alarmas respecto a las constantes
vitales promedio. El dispositivo a través del uso de software externo
(TeamViewer) facilita la visualización remota del software que presenta las
señales adquiridas para brindar servicios médicos a distancia: teleasistencia,
telecuidados, telediagnosticos, telemedicina. También cuenta con un sistema
de movilidad remoto controlado a través de una aplicación de smartphone o
software del equipo (ordenador), lo que permite transportar los sensores,
brindando comodidad al médico al momento de realizar visitas virtuales al
paciente. Este equipo fue desarrollado como base para posteriores avances
tecnológicos en la Telemedicina como: la inclusión de reconocimiento facial,
seguimiento al paciente, SLAM (localización y modelado simultaneo) para una
navegación autónoma del dispositivo, generar un historial clínico inteligente u
otras aplicaciones.
Palabras clave: Telemedicina, Señales Biomédicas, Atención Remota,
Tele-diagnostico, Tele-consulta.
2
ABSTRACT
The aim of this work is developed of a mechatronic mobile robot for
telemedicine. The robot allows to read biomedical signals, stores and sends
the data for further analysis of the patient this one in addition allow of the heart
rate and respiratory, pulse, cardiac auscultation, among others. The reading
of the medical signals is done by means of a data acquisition card (DAQ), a
fundamental electronic circuit in the development of this project, due to its
characteristics oriented to physicians. The data is processed through software
that performs; the monitoring of vital signs in real time, provides a detailed
analysis and generates alarms regarding the average vital signs. The device
using external software facilitates the remote visualization of acquired signals
to provide medical services remotely as: telecare, telecare, telediagnosis,
telemedicine. It also has a remote mobility system controlled through an
application or software of the equipment, which allows transporting the
sensors, providing comfort to the doctor when making virtual visits to the
patient. This device was developed as a basis for further technological
advances in telemedicine such as: the inclusion of recognition and patient
follow-up, SLAM (location and simultaneous mode), generating an intelligent
KEYWORDS: Telemedicine, Biomedical Signals, Remote Attention, Tele-
diagnosis, Teleconsultation.
1. INTRODUCCIÓN
3
Según el concepto de la American Telemedicine Association (ATA) define la
Telemedicina como: «El uso de información médica intercambiada de un sitio
a otro mediante comunicación electrónica para la salud y educación del
paciente, o del proveedor de cuidados, con la finalidad de mejorar su
cuidado.» (Fernández, 2015).
Para conocer el estado actual de telemedicina alrededor del mundo se
menciona a continuación los avances desarrollados en diferentes países:
Estados Unidos: País donde este servicio se encuentra ampliamente
desarrollado. Tiene una gama de aplicaciones en todo el país, a nivel de
hospitales y facultades de medicina. Emplean sistemas satelitales de fibra
óptica entre los diferentes centros médicos, y tecnología inalámbrica
doméstica para la atención domiciliaria (Nader, 2018).
Reino Unido: Telefónica ha puesto en servicio Help at Hand (ayuda a
mano), el primer servicio de teleasistencia del Reino Unido es un novedoso
servicio de telemedicina soportado en su totalidad en tecnología móvil
(smartphones). Este sistema monitorea la actividad del paciente mediante
el uso de pulseras conectadas a sus dispositivos móviles, para responder
a posibles emergencias (Telefónia, 2014).
Nicaragua: Gracias a Marcos Lacayo, emprendedor estadounidense que
busca incursionar en el campo de la telemedicina en Latinoamérica, se ha
desarrollado un proyecto que a través de (Kioscos) brindan servicios de
salud mediante el uso de telemedicina (El-Nuevo-Diario, 2017).
El Ecuador con su reforma de del Plan Nacional del Buen Vivir adoptó un
programa nacional de Telemedicina/Telesalud a través del cual el país
busca mejorar el modelo de atención primaria. El Programa Nacional de
Tele-salud tiene como meta fundamental, fortalecer el modelo de atención
de salud, a través de herramientas telemáticas. En la búsqueda para llegar
de manera virtual y sin costo a toda la población ecuatoriana, mediante
consultas clínicas y de especialidad a distancia (López, 2014).
La Telemedicina ayuda a contrarrestar la falta actual de médicos especialistas
debido a varios factores como: mala distribución médica; escasa ofertas
académicas, fuga de talentos, entre otros. Como prueba de esto se cita al Dr.
Orly Oyague que explica la situación actual del país en cuanto a médicos
especialistas:
De acuerdo con el Censo de Población y Vivienda del 2016, en el país existen
34.000 médicos, 16.500 generales y 17.500 especialistas. Asegura que esta
cifra no concuerda con los subregistros de la Federación Médica Ecuatoriana.
4
“En el país hay 44.000 médicos de los cuales 10.000 están fuera, porque no
hay plazas de trabajo y el sueldo es bajo.” (La-HORA, 2016).
Especialistas del tema afirman que los trámites para abrir posgrados son
demasiado difíciles lo que limita las ofertas académicas. Debido a esta
carencia de médicos especialistas en las áreas rurales se ha visto que:
Existen muchos centros de salud que no cuentan con médicos especialistas,
donde es difícil acceder a servicios médicos especializados (Cardier &
Manrique, 2016).
Hay ocasiones que en estos centros de salud no cuentan con enfermeras
capacitadas. Por ello se dificulta el tratamiento de pacientes en estado crónico
o pacientes en cuidados paliativos (Litewka, 2013).
La tecnología está implicada en el campo de la medicina, desde la invención
del teléfono con la facilidad que brindaba para realizar consultas médicas
sencillas, hasta operaciones remotas que se realizan en la actualidad. Esto ha
facilitado de gran manera un diagnóstico más preciso a través de plataformas
como Skype.
La telemedicina es considerada desde hace algún tiempo como una opción
para; los ancianos con problemas de movilidad o pacientes con
enfermedades, que hacen que ir al consultorio resulte una odisea. Para estas
personas las consultas virtuales podrían ser algo más que una conveniencia
(Diario-de-San-Luis, 2018).
Estos equipos ayudan a realizar consultas básicas que, con la continua
evolución tecnológica, lo que se busca es crear instrumental médico que
permita la conexión directa a través de plataformas IOT (internet of things),
obteniendo como resultado un diagnóstico oportuno a tiempo real.
Gracias al continuo apoyo del gobierno de Ecuador en telemedicina, el
gobierno realizo una inversión para el desarrollado de la atención primaria.
Ahora existe un gran proyecto de telemedicina en Pastaza, debido a la
carencia de médicos especialistas, sobre todo en cardiología y
otorrinolaringología. Este proyecto se basa en el robot Da Vinci que puede
operar en tiempo real y es el primer equipo tele-médico en el país (El-
Telegrafo, Noticias Iess Su Propio Robot TeleSalud, 2014).
Con los recientes avances tecnológicos, muchos países están optando por la
telemedicina para solventar ciertas carencias de cobertura, y brindar una
atención de primera con un monitoreo constante a pacientes que lo requieren
(Litewka, 2013).
5
Las investigaciones actuales para el desarrollo de Telemedicina en el país
principalmente son desarrolladas por las universidades, las cuales buscan ser
pioneras en la creación de nuevos proyectos.
Tres universidades de España, Ecuador y Bolivia promueven la telemedicina
en países andinos con el objetivo de mejorar la atención a pacientes y reducir
costos en salud. Esta práctica ofrece una solución a la falta de personal
médico especializado en zonas rurales, que puede dirigir tratamientos
específicos, desde hospitales integrales a lugares remotos. El paciente se
ahorra el traslado al hospital, tratando su malestar en una clínica local.
Reduciendo así la congestión en los centros de salud urbanos (El-Telegrafo,
Universidades promueven telemedicina en Ecuador y Bolivia para mejorar
salud, 2013).
En la Universidad Tecnológica Equinoccial, profesionales médicos usan la
tecnología para enseñar y tratar a pacientes en lugares de difícil acceso: “En
estas tele-consultas, el médico de atención primaria va a tener la asesoría de
un especialista para tratar al paciente”, explica Manuel Baldeón, director del
Centro de Investigación Biomédica (Cenbio) (Universidad-UTE, 2017).
Para el desarrollo de un proyecto de Telemedicina con mayor alcance
tecnológico, se debe tomar en cuenta las principales normas a las cuales el
proyecto estará referenciado.
Al implementar una HMI (interfaz Hombre-Maquina) en el proyecto, debe
incorporarse una norma que permita su estandarización. Además, el
dispositivo debe cumplir estándares de fabricación para el uso en ambientes
médicos, con el cumplimiento de las siguientes normas:
ISO 13485 Sistemas de Gestión de la Calidad de Equipos Médicos (ISO-
13485, 2016).
El principal objetivo de la norma es; establecer la regulación de los
sistemas de gestión de calidad dentro del sector de productos sanitarios.
Canon basado en la norma ISO 9001, orientada a la satisfacción del cliente
y mejora continua (ISO-13485, 2016).
ISO 25000 norma que establece las características internas, externas y de
uso y desarrollo de Software.
La Figura 1 representa la estructura de la norma, dividida en calidad:
interna, externa y de uso.
La calidad interna se relaciona con las propiedades estáticas del software;
la externa hace alusión a las características asociadas con la ejecución del
software, y la calidad de uso considera la calidad del sistema en su
6
ambiente operacional para los usuarios en las tareas específicas que
realizan (ISO, 2016).
Figura 1. Estructura de la Norma ISO 2500
(ISO, 2016)
En el campo de la telemedicina se encuentran varios equipos orientados a:
diagnóstico, monitoreo, cuidado intensivo, educación y consulta, entre los
cuales se encuentran:
RP VITA Robot con navegación autónoma desarrollado para cuidado y
monitoreo de pacientes. Figura 2 (InTouchTechnologies, 2018).
RP-VITA cuenta con capacidad de navegación autónoma, centrada en las
tareas de atención al paciente a través del uso SLAM, con acceso en tiempo
real a datos clínicos y capacidad de conectarse con dispositivos de
diagnóstico como: otoscopios, ultrasonido y estetoscopio
(InTouchTechnologies, 2018).
Figura 2. RP-VITA. (InTouchTechnologies, 2018)
7
En la Tabla 1 se presentan las características técnicas con las que cuenta el
equipo.
Tabla 1. Características del RP VITA.
RP VITA Características
Video 480
Detección Facial No
Conectividad 120 X (Wi-Fi)
802.11 a/b/g/n
Bluetooth No
Duración de la Batería 4 Horas
Estetoscopio digital Si
Examinador visual No
Navegación Autónoma Si
Portátil No
Peso 176 lbs
Parlantes Superiores de los 80 dB
Pantalla de Visualización 15 inch LCD
Resolucion 1024 x 768
(InTouchTechnologies, 2018)
Vigilias MITEE Sistema de telemedicina basado en teléfonos inteligentes,
con alcance de examen digital incorporado. Figura 3 (Vigilias-Telehealth,
2016).
Con 70 libras de peso el dispositivo de telemedicina facilita el monitoreo al
paciente desde cualquier lugar. Vigilias MITEE está equipado con una cámara
de enfoque automático y continuo para la interrelación médico-paciente. Este
equipo es capaz de ejecutar gran variedad de programas, además cuenta con
la capacidad de realizar un examen completo a través los sensores
incorporados.
Figura 3. Vigilias MITEE. (Vigilias-Telehealth, 2016)
8
Los principales sensores para generar el diagnóstico médico son:
Pulsioxímetro
Termómetro
Glucómetro
Espirómetro
Lector PT/INR
En la Tabla 2 se presentan las características técnicas principales del equipo:
Tabla 2. Características principales del Vigilias MITEE.
Vigilias MITEE Características
Video 720HD*
Detección Facial Si
Conectividad Wi-Fi+Celular+Bluetooth
802.11 a/b/g/n ac
3G, 4G, LTE
Bluetooth 4.0 technology
Satelital Available
Duración de la Batería Superior a 10 Horas
Estetoscopio digital Si
Examinador visual Si (exam camara)
Navegación Autónoma No
Portátil Si
Peso Superior a 10 lbs
Auto Ajuste de banda para
videoconferencia
Si
(Vigilias-Telehealth, 2016)
Avizia CA750 Las opciones de configuración hacen que este equipo de
telemedicina sea ideal para ofrecer una variedad de servicios médicos.
Figura 4 (Avizia, 2016).
Figura 4. Avizia CA750.
(Avizia, 2016)
9
En la Tabla 3 se presenta las características técnicas del equipo.
Tabla 3. Características principales del AVIZIA CA750.
Avizia CA750 Características
Video 720HD
Detección Facial No
Conectividad 3G y Wi-Fi
Bluetooth No
Duración de la Batería 4 Horas o 8 Horas
Estetoscopio digital Si
Examinador visual Si (exam camara)
Navegación Autónoma No
Portátil Si
Peso Superior a 90 lbs
Pantalla de Visualización 24 inch LCD
Resolución 1440 x 900
Plataforma de Videoconferencia En todos los Sistemas Operativos
Auto Ajuste de banda para
videoconferencia
Si
(Avizia, 2016)
Avicia CA750 está equipada con una plataforma de Tele-salud, aplicación
móvil que brinda un acceso conveniente y seguro en cualquier momento y
lugar. Además, cuenta con una tableta Telehealth que agiliza la admisión de
pacientes, y cuenta a su vez con sensores periféricos de tele-salud:
Estetoscopio digital
Estetoscopio Electrónico
Cámara de Exploración
Sistema de alcance digital.
Cardionics E-Scope
Existen múltiples investigaciones orientadas a la telemedicina, que buscan
facilitar el acceso a la atención médica. Dentro de estos proyectos existen
algunos que resaltan por la utilidad que presentan, tales como:
My Signals: El proyecto que ayuda a reducir las muertes maternas en
República Dominicana
Con el objetivo de monitorear pacientes con riesgo de sufrir hipertensión
arterial, fundaciones de este país utilizan MySignals, tarjeta electrónica usada
para identificar los síntomas en los pacientes de varios centros sanitarios
como: el Hospital Maternidad Los Minas, en Santo Domingo, y el Hospital Dr.
Jaime Mota en Barahona (Libelium, 2017).
En la Figura 5 se aprecia a colaboradoras de este proyecto interactuando con
el programa.
10
Figura 5. Dr. Angélica Florén recibiendo el kit MySignals.
(Libelium, 2017)
Mysignals utiliza la plataforma de Libelium, que incluye 15 sensores para
monitorear hasta 20 parámetros biométricos (Libelium, 2017).
Como resultados de este proyecto se ha reducido de gran manera la muerte
de neonatos y madres. Mediante diagnósticos oportunos a bajos costos,
permitiendo así llegar a zonas antes no consideradas.
Modelo probado: Es como se denomina este proyecto, que utiliza
TeamViewer para la conexión remota y la transmisión de datos clínicos a
través de la red, para el análisis, control y monitoreo del paciente.
Se han implementado múltiples servicios de atención, ayudando a los
doctores a compartir experiencias y conocimientos, sin importar la posición
geográfica de los médicos.
Los pacientes también requieren de consultas y consejos para solventar
problemas con patologías que son fácilmente tratables a la distancia. Como
la diabetes, que es monitoreada de forma remota asegurando la consistencia
de un servicio presencial (MCPRO, 2013).
En la Figura 6 se presenta una imagen del uso del software. TeamViewer
realiza servicios de conexión remota y transmisión datos del software médico,
permitiendo así dar servicios de telemedicina.
Figura 6. TeamViewer en la Telemedicina.
(MCPRO, 2013)
11
En la actualidad muchas empresas de teleasistencia han recurrido a los
servicios de TeamViewer, que es un modelo de comunicación funcional.
Software que asegura la trasmisión de datos, debido al cifrado de intercambio
de claves RSA 2048, basada en estándares https/SSL, los cuales cumplen
normas actuales de seguridad.
Dentro de la investigación realizada encontramos como tema relevante el uso
del Triaje de Manchester.
El Triaje de Manchester es un sistema de clasificación y priorización de
pacientes. Está diseñado para solventar problemas de congestión en la
atención médica del servicio público.
Mediante este protocolo se realiza una mejor gestión del análisis de prioridad
de atención al paciente, asignando una determinada clasificación
dependiendo de varios factores que reflejen el estado del paciente.
Prioridad 1; atención Inmediata (identificados con el color Rojo)
Prioridad 2; atención Muy Urgente antes de 10 min, (color Naranja)
Prioridad 3; atención Urgente antes de 60 min (color Amarillo)
Prioridad 4; atención Menos Urgente antes de 120 min (color Verde)
Prioridad 5; atención No Urgente antes de 240 min (color Azul)
Mostrado en la Figura 7 un diagrama de flujo del funcionamiento del Triaje.
Figura 7. Diagrama de Flujo del Triaje de Manchester.
(GET-Manchester, La escala MTS Manchester Triage System, 2013)
El diagrama del Triaje de Manchester representa el método que define: flujos
y circuitos que deben seguir enfermeros para contribuir de manera decisiva a
la organización del Servicio de Urgencias (GET-Manchester, Triaje de
Manchester. Celebrada la II Jornada Nacional en el Infanta Leonor, 2015).
12
Debido a la escasez de médicos especialistas y su creciente demanda, según
el artículo “Ecuador, un país sin médicos especialistas”. y Cardier & Manrique
con su trabajo de telemedicina en Latinoamérica. Los pacientes se ven
obligados a buscar esta clase de atención en hospitales de las principales
ciudades. Saturando de esta manera el sistema de salud actual del país.
Tomando en cuenta que los pacientes deben realizar viajes para obtener este
servicio y debido a que en múltiples circunstancias se requiere: exámenes,
chequeos, pruebas para consultas. Los costos en cuanto a salud se ven
incrementados drásticamente por rubros de hospedaje, transporte y demás.
Para solventar el problema se plantea el desarrollo de un sistema móvil de
telemedicina el cual pretende; facilitar el acceso de atención médica
especializada.
Para esto en el proyecto se establece el siguiente objetivo general:
Diseñar y construir un sistema mecatrónico móvil para telemedicina.
Para el cumplimiento de este objetivo el proyecto se ha dividido en los
siguientes objetivos específicos:
Obtener y analizar datos de constantes vitales (pulso, señales ecg,
temperatura, frecuencia respiratoria, saturación de oxígeno, nivel de
glucosa, auscultación de ruidos cardiacos y respiratorios) a través del uso
de sensores y una tarjeta de adquisición de datos.
Implementar un software para visualización de los datos clínicos de los
pacientes que permita almacenar los datos.
Desarrollar un sistema de monitoreo remoto que permita al médico usuario
aplicar servicios de telepresencia.
Transmitir datos del paciente a través del uso de software de tele-gestión.
Determinar margen de errores y validar el equipo mediante la comparacion
con sensores existentes en el mercado.
Como justificación del proyecto se busca solventar problemas y necesidades
de la actualidad en el campo médico.
Con base en las características de investigaciones anteriores, este proyecto
optimiza el uso de recursos usando sistemas integrados de adquisición de
datos. Este proyecto se guia en el modelo de equipos ya desarrollados, y en
los conocimientos obtenidos a lo largo de la carrera de Ingeniería Mecatrónica,
para desarrollar un equipo móvil de Telemedicina.
Incorporando a este proyecto equipos de fácil acceso, sin perder
funcionalidad. Esto permite dar paso a futuras investigaciones que incluyan
un chequeo inteligente de pacientes.
2. METODOLOGÍA
13
Para el diseño y construcción del sistema mecatrónico móvil de telemedicina,
se utilizó el modelo en V. La Figura 8 especifica las etapas y secuencia lógica
de los procesos que se debe seguir para la obtención del prototipo.
Figura 8. Metodología de modelo en V.
La metodología pretende que desde el inicio se tengan en cuenta todos los
elementos de diseño (diseño concepto, diseño específico y sistema de
integración) (VDI, 2014).
Este modelo busca principalmente facilitar la generación del prototipo,
mediante estudios sistemáticos y simultáneos, buscando la satisfacción del
cliente y la aceptación del producto en el mercado.
Una de las características principales por la cual el modelo en V ayuda a
garantizar la satisfacción al cliente, es debido a su retroalimentación que
proporciona el modelo (VDI, 2014).
2.1 REQUERIMIENTOS
Para establecer los requerimientos que debe cumplir el dispositivo móvil de
telemedicina, se realizó un estudio de las características principales de los
equipos anteriormente expuestos.
En la Tabla 4, se enlista los requerimientos y características necesarias del
equipo médico, tomando en cuenta los objetivos establecidos a cumplir en
este proyecto.
El uso de normas para generar un producto de calidad es un requerimiento
implícito dentro del desarrollo de este proyecto, que garantiza la satisfacción
de los usuarios. (ISO-13485, 2016)
14
Tabla 4. Requerimientos.
Requerimientos del Usuario
Número Características
1 Tomar signos vitales
2 Diagnostico visual del paciente
3 Autonomía del dispositivo
4 Movilidad del equipo
5 Visualización de datos
6 Puertos de sensores
7 Radiocontrol del dispositivo
8 Registro de datos
9 Fácil Limpieza
10 Facilidad de Uso
11 Transmisión mediante software externo
12 Facilidad de maquinabilidad
2.1.1 CARACTERÍSTICAS.
Signos vitales: Se realizará mediciones de las funciones básicas del
cuerpo, mediante los sensores de: señales electrocardiograma, pulso,
saturación de oxígeno, nivel de glucosa, temperatura corporal,
frecuencia respiratoria y cardíaca, auscultación respiratoria y pulmonar.
Diagnostico visual: Se pretende utilizar la cámara integrada del
computador para realizar el diagnostico visual.
Autonomía del dispositivo: El dispositivo debe contar con una
autonomía de 1 hora para la movilidad.
Movilidad del equipo: Para esto el equipo debe ser capaz de
movilizarse en un terreno plano y horizontal. Para la navegación del
robot se usará dirección diferencial, por lo cual se precisa el uso de dos
motores. eléctricos.
Visualización de datos: Los datos obtenidos serán reflejados en el
monitor del computador mediante la interfaz a diseñarse.
Puertos de sensores: El equipo debe contar con puertos para cada
uno de los sensores, que facilite la manipulación de estos.
Radiocontrol del dispositivo: Esto permitirá una navegación remota
del dispositivo para brindar servicios de telepresencia.
Registro de datos: Con una capacidad de almacenamiento de 255 Kb
de información, guardada de tal forma que sea reproducible en el
mismo software.
Fácil limpieza: Facilidad de limpieza del dispositivo.
Facilidad de uso: Entorno amigable con el usuario, de fácil
manipulación.
15
Transmisión de datos: A través de un software externo que ofrezca
conexión remota con el ordenador.
2.2 DISEÑO CONCEPTO DEL SISTEMA
Como diseño concepto, el dispositivo debe ser capaz de navegar dentro un
centro médico u hospital, para brindar servicios de telepresencia. Dando la
comodidad al médico de visitar virtualmente al paciente a través del uso de la
cámara integrada, incluyendo el uso de sensores biomédicos para conocer el
estado actual del paciente por medio de la conexión remota.
En la Figura 9 se muestra un diseño concepto del prototipo a desarrollar. El
robot móvil de telemedicina cuenta con diferentes sistemas:
CPU
Sistema Movilidad
Sistema de adquisición de datos
Sistema de visualización de datos.
Figura 9. Modelo concepto del prototipo móvil para Telemedicina.
Sistema de movilidad; comprende las partes que hacen posible el
desplazamiento del robot en el centro médico.
Sistema de adquisición de datos; permite recolectar los datos de los
sensores de signos vitales.
CPU; analiza los datos para brindar alarmas en caso de que una señal se
encuentre fuera de rango.
Sistema de visualización de datos; ayuda a monitorear al paciente a través
del HMI reflejada en el monitor.
En la Figura 10, se presenta una integración del sistema concepto y las
conexiones entre sus principales subsistemas.
16
Figura 10. Diagrama conceptual del Prototipo de Telemedicina.
2.3 DISEÑO ESPECIFICO
2.3.1 DISEÑO MECANICO
El sistema mecánico del prototipo es capaz de transportar el equipo de
sensores de los signos vitales, el sistema de visualización, y permite al médico
usuario recorrer virtualmente el centro de salud.
2.3.2 DIMENSIONAMIENTO PARA MOTORES DEL
PROTOTIPO
Para el dimensionamiento de los motores de la plataforma, se debe establecer
las cargas a las cuales está sometido el equipo en estado de reposo, las
mismas que afectan el comportamiento del motor. El análisis se realizó
considerando que él prototipo debe desplazarse por un plano completamente
horizontal.
Para que el prototipo inicie su movimiento sobre el plano, necesita vencer la
fuerza de fricción entre el piso y las llantas. Dicha relación se expresa en la
ecuación [1]:
f = μ ∙ N [1]
Donde f es la fuerza de rozamiento, μ el coeficiente de rodamiento y N es la
fuerza normal, que se produce al estar en contacto las dos superficies. La
fuerza de rozamiento es la componente que debe ser vencida por el torque
del motor como se muestra en la Figura 11.
17
Figura 11. Cargas presentes en el desplazamiento del prototipo.
A través de la tabla de la Figura 12 se establecerá el coeficiente de fricción
con el cual se trabajará para el desarrollo de los cálculos.
Figura 12. Tabla de coeficientes de rodadura.
(Marquez, 2014)
En base a datos de velocidad tomados del robot ASIMO se determina la
aceleración del equipo mediante la ecuación [2] (Honda, 2018).
𝑎 =𝑉𝑓 − 𝑉𝑜
𝑡
[2]
a = 0.45 ms2⁄
Con la aceleración y el análisis de fuerza de fricción se determina la fuerza
que se debe ejercer para el desplazamiento del robot, y con esto se hace el
cálculo de torque de los motores. A través de la ecuación [3].
T = F ∙ d [3]
T = (20.19 N) ∙ (10 cm)
T = 201.885 N ∙ cm
d: representa el radio de rueda del dispositivo.
T: toque necesario para el desplazamiento del equipo.
18
Dividiendo para los dos motores encargados del movimiento se tiene un
torque de motor (Tm) de:
Tm = T2⁄
Tm = 10.289 kg ∙ cm
Debido a los futuros proyectos de investigación del robot, en los cuales se
pretende implementar nuevos equipos. Se ha multiplicado el torque calculado
por un factor de seguridad de 2.5, así se selecciona un motor con
características representadas en la Tabla 5:
Tabla 5. Datos del Motor seleccionado
MOTOR SF7152
Par Torsión 27 kg * cm
Corriente 6.86 A
Voltaje 12 V
Velocidad de Operación 132 rpm
(KING-RIGHT, 2016)
Mediante la tabla de Torque vs Amperaje de KING-RIGHT, se representa los
diferentes parámetros del motor a usar, como consumo de energía, eficiencia
y torque (KING-RIGHT, 2016).
2.3.3 DISEÑO DE LA ESTRUCTURA PARA SOPORTE DEL
PROTOTIPO
Para el bastidor del prototipo se procedió a diseñar una estructura que permita
el soporte de los motores, batería y el resto del equipo, para esto se desarrolló
una estructura con perfiles cuadrados.
Para determinar sus dimensiones se procedió a verificar el elemento que
soporta mayor esfuerzo, mediante simulación en el software ANSYS, como se
muestra en la Figura 13.
Figura 13. Elementos estructurales sometidos a mayor esfuerzo
19
Para el diseño de estos elementos se utilizó la metodología planteada en el
libro “Diseño de elementos de máquinas” de Robert L. Mott. En la Figura 14
se representan las reacciones y fuerzas a las cuales estará sometido el
elemento de estudio (Mott, 2006).
Figura 14. Cargas y reacciones en la barra a estudiar.
Mediante sumatoria de fuerzas y cálculo de momentos, se determina el
momento flector de mayor esfuerzo al cual está sometido el elemento a
estudio.
En la Figura 15 se representa el diagrama de momentos flectores de la barra
sometida a mayores esfuerzos.
Figura 15. Diagrama de Momento Flector
El acero A36 es un material de fácil maquinabilidad, este será analizado para
evaluar si cumple con los requisitos del diseño de la estructura.
Esfuerzo de fluencia: σ = 2530 kg
cm2⁄
Se determinó la sección de la viga a través de la ecuación [4]:
Sx =Mmax
σ
[4]
Sx =864.749 kg ∙ cm
2530 Kg/cm2
Sx = 0.341 cm3
20
En base a los cálculos realizados y con relación al catálogo de perfiles
cuadrados de IPAC de la tabla (Tubería estructural cuadrada, catálogo de
IPAC), se selecciona el perfil de 25 mm de lado con un espesor de 1.4 mm
(IPAC, 2014).
Una vez seleccionado el perfil que soporta mayor esfuerzo, el resto de la
estructura se construyó bajo este mismo perfil.
La estructura diseñada en SolidWorks con el perfil seleccionado y la
distribución de los elementos, tenemos un diseño basado en el siguiente
concepto como se muestra en la Figura 16.
Figura 16. Estructura base del prototipo móvil de Telemedicina.
2.3.4 DISEÑO DE LA CARCASA DEL PROTOTIPO
Para el desarrollo de la carcasa se debe tener en cuenta las normas ISO y
considerar que se trata de un prototipo. La carcasa se construyó en madera
liviana (Laurel) y esta revestida con pintura no toxica de fácil limpieza, lo que
asemeja a materiales requeridos el desarrollo real de equipos médicos (ISO-
13485, 2016).
El diseño concepto se muestra en la Figura 17.
Figura 17. Carca del equipo de telemedicina.
21
La carcasa tiene compartimentos que facilitan el transporte del equipo de
sensores y la base para el soporte del equipo de visualización. Además, el
equipo cuenta con una protección para las ruedas, de esta manera se evita
posibles accidentes con el cableado de los sensores.
Para ser desarrollado como un producto final la carcasa del equipo deberá ser
remplazada con el uso de fibra de vidrio o un metal anti oxidable usado
comúnmente en centros médicos (ISO-13485, 2016).
2.3.5 DISEÑO ELECTRÓNICO
Con base en los resultados obtenidos en el proyecto de Mysignals, se optó
por la tarjeta electrónica de libelium, como tarjeta de adquisición de datos.
Este circuito es la base para el desarrollo del proyecto, debido a las
certificaciones (CE, FCC, IC) con las que cuenta (Libelium, 2017).
Mysignals es una tarjeta que cuenta con circuitos de multiplexación, esto
permite expandir los puertos de comunicación del microcontrolador,
aumentando la capacidad de lectura de datos de varios sensores a la vez
(Libelium, 2017).
En la Figura 18 se puede apreciar una imagen de la tarjeta y la conexión de
los diferentes sensores con los cuales se puede trabajar.
Figura 18. Tarjeta de adquisición de datos Mysignals
(Libelium, 2017)
Buscando mantener funcionalidad se utilizó la tarjeta de Mysignals v2.0 para
la adquisición de las constantes vitales, la cual cuenta con las siguientes
características expresadas en la Tabla 6.
22
Tabla 6. Características Tarjeta Mysignals (DAQ)
Tarjeta Mysignals
Arquitectura Libelium IOT core
Microprocesador Atmega 328 (Arduino uno)
Memoria RAM 2k
Memoria flash 32 K
Sockets UART 1
KIT Completo Si
SDK Si
Pantalla TFT (gráficos Básicos)
Pantalla Táctil Si
Almacenamiento en la nube Si
Sensores 18
Conectividad Bluetooth, WiFi
(Libelium, 2017)
Las especificaciones técnicas de alimentación de la tarjeta mysignals para su
adecuada operación se muestran en la Tabla 7.
Tabla 7. Características de alimentación tarjeta Mysignals
Tarjeta Mysignals caracteristicas
Corriente de Operación 1 A
Voltaje de Operación 5 V
Corriente por Pin 20 mA (max)
Voltaje por Pin 5 V
(Libelium, 2017)
Para el uso de esta tarjeta se requiere el uso de un microcontrolador que
permita la gestión y transmisión de los datos biomédicos obtenidos.
La compatibilidad de la tarjeta de adquisición de datos Mysignals con Arduino,
hace de estas tarjetas de desarrollo idóneas para aplicaciones de
investigación.
Estas tarjetas de desarrollo facilitan la comunicación para la lectura y el paso
de información, debido a la interfaz de comunicación serial a través del puerto
USB incorporado (Arduino, 2018).
Otras de las principales ventajas de estas tarjetas de desarrollo es que son de
código abierto y gracias a la amplia comunidad de desarrolladores, el producto
es adecuado para trabajos de investigación.
En la Tabla 8 se presentan las características de la tarjeta de desarrollo a
usarse.
23
Tabla 8. Características de la Tarjeta de Desarrollo
Tarjeta de Desarrollo
Modelo Arduino UNO
Microcontrolador ATmega 328p
Voltaje de Entrada 7 - 12 V
Pines digitales 14
Entradas/ salidas PWM 6
Memoria Flash 32 k
Velocidad de Reloj 16 MHz
Direccionamiento de bits 32
(Arduino, 2018)
Para la conectividad del radio control del sistema de movilidad, se seleccionó
como hardware la tarjeta HC-06. Esta, permite la comunicación bluetooth para
realizar aplicaciones de radiocontrol. En la Tabla 9 se muestran las
características de operación del módulo de conexión.
Tabla 9. Características modulo Bluetooth
Modulo Bluetooth
Protocolo de Comunicación Bluetooth V2.0
Voltaje de Alimentación 3.3 VDC – 6VDC
Voltaje de Operación 3.3 VDC
Velocidad en Baud 9600, 19200, 38400
Tamaño 4.4 cm x 1.6 cm x 0.7 cm
Corriente de Operación Menor 40 mA
Corriente modo sleep Menor 1 mA
(ElectroniLAB, 2018)
Basado en los cálculos de torque realizados y el consumo de energía
representado en la tabla Torque vs Amperaje de KING-RIGHT, se seleccionó
una batería de 12V que brinda la energía necesaria para alimentar el sistema
de movilidad, las características están representadas en la Tabla 10.
Tabla 10. Características técnicas de la Batería
Batería
Voltaje nominal 12 V
Carga flotante Block 13.65 V
Carga flotante Cell 2.275
Voltaje de carga cíclica 14.5 V
Dimensiones 261 mm * 168 mm * 225 mm
(Yuasa, 2018)
24
Para el control de los motores se debe separar el circuito de potencia del
circuito de control, el cual permite las conexiones lógicas para envió de datos
del sistema de movilidad.
Para esto se seleccionó un controlador el cual permite la sinergia entre el
circuito de potencia y de control, sin crear ruidos que puedan interferir en la
comunicación de radio control del dispositivo.
El controlador usa el circuito integrado VNH2SP30 que tiene un nivel de 5 V
de operación lógico, que es una ventaja al usarlo con la tarjeta de desarrollo
Arduino que trabaja con 5 V de operación (life.augmented, 2016).
En base al consumo energético de los motores el circuito integrado de la
marca SparkFun es adecuado para el desarrollo de la movilidad del prototipo.
En la Tabla 11 se presentan las características principales del controlador de
motores.
Tabla 11. Características técnicas del controlador de motores
SparkFun Monster Moto Shield
Voltaje Máximo 16 V
Máxima corriente nominal 30 A
Detección de corriente para
el pin analógico
Si
Frecuencia máxima de PWM 20 kHz
Apagado Térmico Si
Apagado autónomo En Sobrevoltaje y
Voltaje insuficiente
(SparkFun, 2018)
En la Figura 19 se representa a través de un diagrama las conexiones y la
dirección de comunicación entre el microcontrolador, la tarjeta de adquisición
de datos, los sensores y el ordenador, el cual es capaz de administrar la
información.
Figura 19. Diagrama de conexiones del Hardware a los sensores
25
En el diagrama de la Figura 20 se representan las conexiones del
microcontrolador al controlador de motores y a los motores. También se
representa las conexiones al módulo bluetooth, el cual establece
comunicación para el manejo de radiocontrol del dispositivo móvil de
telemedicina.
Figura 20. Diagrama de conexiones del Hardware a los motores.
2.3.6 DISEÑO DE SOFTWARE
Para el diseño de la arquitectura del software se tomó como pauta la norma
ISO 25000 (System and Software Quality Requirements and Evaluation) que
hace referencia a la calidad del software (ISO, 2016).
Con base al diagrama de la Figura 21 se desarrolló la lógica para la
implementación del software, que gestione la lectura de los signos vitales, el
posterior análisis de los datos adquiridos y el almacenamiento de estos.
El desarrollo del software es a través de LabVIEW, software que brinda un kit
de herramientas que facilitan la realización del HMI (Interfaz Hombre-
Maquina), y a su vez permite trabajar con datos médicos gracias a su toolkit
biomedical.
En la Figura 21 se muestra todas las funciones que la interfaz brinda al usuario
para acceder a distintos niveles y funciones, que ofrece el equipo de
telemedicina móvil.
26
Figura 21. Diagrama de Flujo de software del prototipo de Telemedicina.
27
2.3.7 INTERFACES DEL SOFTWARE
Para la pantalla de inicio de sesión se realizó la interfaz mostrada en la Figura
22. Mediante la solicitud de credenciales, asegura el acceso a personal
capacitado para el uso del software de telemedicina.
Figura 22. Interfaz de Inicio de sesión del Software.
En la Figura 23, se representa la interfaz del menú de inicio del programa, que
posee 7 opciones, cada una de las cuales facultan al usuario a ingresar
diferentes funciones del software.
Datos Personales
Signos Vitales
Estetoscopio
Análisis de Datos
RC Robot
Envió de Datos
Triaje de Manchester
Figura 23. Interfaz del Menú de Inicio del Software.
28
Siguiendo el diagrama de flujo esta la interfaz de datos personales. El usuario
puede llenar los campos con los datos del paciente y además especificar
ciertas características relevantes para una ficha médica.
Esta interfaz también cuenta con antecedentes patológicos personales y
familiares, formando así un historial clínico reducido, pero con los datos
esenciales. Mostrado en la Figura 24.
Figura 24. Interfaz de Datos personales del paciente del Software.
La siguiente ventana es la interfaz del triaje de manchester, en esta interfaz
se analiza el nivel de urgencia que un paciente requiere para ser atendido.
Esta interfaz tiene una alarma, la cual indica los 5 niveles de urgencia de
atención. El triaje a su vez esta complementado con la escala de Glasgow que
permite determinar el nivel de conciencia del paciente en la Figura 25 se
representa la interfaz.
Figura 25. Interfaz de Triaje de Manchester del Software.
Ingresando en la opción de estetoscopio está la interfaz de la Figura 26 en la
que el usuario selecciona una de tres opciones propuestas: la auscultación de
sonidos cardiacos, sonidos pulmonares y como última opción está el
reproductor de sonidos de auscultación.
29
Figura 26. Interfaz Menú Estetoscopio.
En la interfaz de auscultación cardiaca, el usuario tiene 4 segmentos para
elegir y grabar los sonidos de auscultación de las válvulas:
Aortica
Pulmonar
Tricúspide
Mitral
Cada uno de los segmentos cuenta con el espacio para la gráfica y determinar
los picos de sonido al ser grabados.
La interfaz de auscultación cardiaca está representada en la Figura 27.
Figura 27. Interfaz del software de Auscultación Cardiaca.
Para la Interfaz de auscultación pulmonar representada en la Figura 28 el
usuario de igual modo puede trabajar con varios segmentos los cuales graban
diferentes puntos relevantes para el estudio del pulmón.
Con el objetivo de analizar y comparar entre los diferentes sonidos y estudiar
de mejor manera al paciente.
30
En la interfaz se presentan dos imágenes de la caja torácica y los puntos para
ser evaluados y etiquetados a través de letras para un fácil reconocimiento de
estos puntos.
Figura 28. Interfaz del software de Auscultación Pulmonar.
A través de la consulta en la página de Medline Plus que cita a la Biblioteca
Nacional de los Estados Unidos se tomó los datos para la selección de los
puntos principales de auscultación (Medline-Plus, 2017).
Dentro del menú estetoscopio, está la interfaz de reproducción de sonidos de
auscultación. Permitiendo al usuario acceder a las grabaciones realizadas.
Interfaz representada en la Figura 29.
Figura 29. Interfaz de Reproductor de Sonidos de Auscultación.
La Figura 30 representa la interfaz de signos vitales. Esta ventana ofrece al
usuario las opciones de tarjetas de adquisición de datos y las fichas medicas
para seleccionar al paciente, al cual se desea anexar los datos.
Cuenta con un campo para la visualización de datos personales del paciente,
como también con campos para la visualización de los signos vitales como:
Temperatura corporal
Nivel de glucosa del paciente
31
Pulsos por minuto del corazón
Porcentaje de saturación de oxígeno en la sangre
Esta interfaz tiene dos graficas en las que se verifican los siguientes datos:
Curva del Electrocardiograma
Frecuencia respiratoria del paciente.
La interfaz a su vez presenta alarmas que colocan al usuario en estado de
alerta para verificar las constantes vitales, las cuales garantizan un monitoreo
oportuno del paciente.
Figura 30. Interfaz de Signos Vitales.
Para la interfaz análisis de datos se trabajó sobre la interfaz de signos vitales
modificándola para la reproducción de datos ya almacenados de los
pacientes.
En esta interfaz se puede detener la reproducción de los datos para que el
médico usuario respectivo, pueda realizar un análisis con mayor precisión.
Gracias a los datos almacenados se puede llevar un historial clínico detallado,
el cual brinda un registro de los signos vitales tomados en el momento de la
consulta del paciente. Interfaz representada en la Figura 31.
Figura 31. Interfaz del Software de Análisis de Datos.
32
En la interfaz envió de datos se trabaja con un navegador, en el que se accede
a cualquier correo electrónico para él envió de los datos almacenados.
Permitiendo reproducir los datos almacenados en cualquier ordenador que
cuente con el software.
A través del envió de datos, el medico usuario puede examinar al paciente en
cualquier parte sin restricciones de tiempo, con un análisis de la información
vital del paciente. Esta interfaz se presenta en la Figura 32.
Figura 32. Interfaz de software de Envió de datos.
Para la interfaz rc-robot (radiocontrol robot) mostrada en la Figura 33.
Esta interfaz permite al usuario realizar las siguientes acciones: chequeo
visual aprovechando la cámara integrada del ordenador, y el recorrido de las
instalaciones de una manera virtual buscando simular la presencia médica.
+ Figura 33. Interfaz de software de Radiocontrol del Robot.
2.3.8 RADIOCONTROL DEL ROBOT
Para el desarrollo del sistema de control de movilidad del dispositivo móvil de
telemedicina se determinó que se requiere un sistema de lazo abierto
mostrado en la Figura 34.
33
Se ha desarrollado un control ON/OFF para el sistema de control a través de
una red de radiocontrol, manejado mediante una aplicación Android o el
software diseñado en el ordenador.
Figura 34. Sistema de Control retroalimentado del Sistema
En la Figura 35 se muestra las direcciones las cuales el prototipo puede seguir
a través del mando a distancia, dando al médico usuario una mejor
experiencia en cuanto a telepresencia al recorrer las estancias del centro de
salud y visitar a los pacientes.
Para el control de las direcciones se usó dos motores que marcan dirección
mediante el cambio de polaridad.
Figura 35. Direcciones de control del prototipo.
2.3.9 APLICACIÓN ANDROID CONTROL DE MOVILIDAD DE
DISPOSITIVO
Para el desarrollo de la aplicación en Android primero se diseñó un “activity”
de inicio de sesión, interfaz que garantiza la seguridad del uso del prototipo.
En la Figura 36 se muestra una captura de pantalla de la aplicación, donde se
muestra los campos que solicitan el usuario y contraseña.
Aplicación diseñada para el control de movilidad mediante un smartphone.
34
Figura 36. Activity de inicio de Sesión en la aplicación Android.
La Figura 37 muestra la generación de un mensaje que da paso a activar el
bluetooth del dispositivo móvil para establecer la comunicación con el
prototipo móvil de telemedicina
Figura 37. Activación del servicio Bluetooth.
La última “activity” está representada en la Figura 38, tiene botones que
facilitan el control de dirección del dispositivo, además de un botón para
terminar la comunicación entre el dispositivo y el smartphone.
Figura 38. Activity de control de movilidad del dispositivo.
2.4 INTEGRACIÓN DEL SISTEMA
En la integración del proyecto se busca incompatibilidades que se generen en
la unión de los diferentes sistemas desarrollados con el fin de formar el
sistema total (Prototipo móvil de Telemedicina).
35
Al realizar el ensamblaje total del prototipo se realizó la unión del sistema de
software, junto con el sistema electrónico el cual está acoplado al sistema
mecánico.
En la Figura 39 se presenta el prototipo ensamblado, finalizado y funcionando.
Figura 39. Ensamblaje del Prototipo.
3. RESULTADOS Y DISCUSIÓN
36
3.1 PRUEBAS DE FUNCIONAMIENTO
En este capítulo se muestran los resultados de las 10 pruebas a las cuales se
sometió al equipo. Evaluando a 5 personas diferentes se verificó el correcto
funcionamiento, y el cumplimiento de objetivos del proyecto.
También se exponen los resultados obtenidos mediante comparaciones entre
el equipo médico de la cruz roja y el prototipo, esto para determinar la fiabilidad
de mediciones del equipo.
3.1.1 TEST 1: VELOCIDAD DE RESPUESTA TERMOMETRO
Para esta prueba se cronometro el tiempo de respuesta del termómetro del
equipo móvil de telemedicina frente al tiempo de respuesta de un termómetro
digital. En la Tabla 12 se representa las características del termómetro digital.
Tabla 12. Características Termómetro Digital.
Termómetro Digital
Marca Carlitos
Precisión ±0.1°C
Rango 35.0° a 39.0°
(P.R.O.C, 2018)
En la Figura 40 se presenta las curvas de respuesta de los termómetros frente
al tiempo.
Figura 40. Curva temperatura vs tiempo.
En las curvas anteriores se puede apreciar que el termómetro del equipo logra
estabilizarse en un tiempo aproximado de 200 segundos a comparación con
el termómetro digital que lo logra en un tiempo de 150 segundos.
3.1.2 TEST 2: PRUEBA DE FUNCIONAMIENTO CONTINUO.
Para esta prueba se mantuvo al programa en funcionamiento por más de 30
min, en búsqueda de algún tipo de error al programar el software.
37
Se ha medido la cantidad de datos almacenados, basado en el dato del
porcentaje de saturación oxígeno el cual es un dato prueba para determinar
el funcionamiento del software.
En 5 pruebas se verificó el funcionamiento continuo del software, sin presentar
errores en la transmisión de datos.
Se aprecia la correlación en el paso del tiempo y los datos almacenados por
la aplicación, mostrado en la Tabla 13.
Tabla 13. Prueba de funcionamiento continuo.
Cantidad de Datos Almacenados.
Tiempo Datos %SO2
5 min 26811
7 min 37535
30 min 137087
Como observación de esta prueba se determinó que: para el análisis posterior
de los datos médicos, es preferible no sobrecargar el sistema(tiempo). Para
la lectura de datos almacenados, basado en las pruebas realizadas se
determinó que es recomendable trabajar con un límite de tiempo de muestreo
de 8 min, permitiendo al software trabajar de manera fluida al reproducir los
datos.
3.1.3 VALIDACIÓN DEL EQUIPO
Para la validación del equipo se realizó 20 pruebas, en las cuales se busca
medir el error de las respuestas de los datos obtenidos de los sensores del
equipo frente a datos teóricos.
El cálculo de la media aritmética de error se calcula mediante el uso de la
fórmula de la ecuación [5]:
�̅� =∑ 𝑋𝑖
𝑁𝑖=1
𝑁
[5]
X̅ = 36.58
Según Medline-plus el promedio de temperatura corporal oscila entre 36.2 y
37.1 °C, este dato es comparado con la media aritmética calculada de los
datos obtenidos del dispositivo (Medline-Plus, 2017).
Al realizar una comparación con el dato promedio teórico se obtuvo un error
calculado en la ecuación [6]:
38
%Error =ValorTeorico − ValorExperimental
ValorTeorico∙ 100
[6]
%Error = 3.5
En la Figura 41 se muestra el grafico de dispersión respecto al dato teórico
promedio.
Figura 41. Gráfico de Dispersión de datos de temperatura.
En la Tabla 14 se muestra el error de dispersión respecto de los datos teóricos
de cada uno de los sensores con los que se trabaja.
Tabla 14. Tabla de errores de dispersión de los datos.
Errores de Dispersión
Sensores Dato Promedio
Teórico
Dato promedio del
Equipo
% Error
Termómetro 36.65 36.58 0.19
%SO2 97.5 96.85 0.67
Pulso 80 83.4 4.25
Glucómetro 111.5 115.2 3.31
Frecuencia
Respiratoria
16 15.2 5.00
3.1.4 ANALISIS DE ERRORES
Se busca determinar el porcentaje de error que presenta el equipo móvil de
telemedicina, mediante la comparación de los datos frente a sensores
similares.
Para el cálculo del error se tomará los datos obtenidos de los sensores del
equipo de cruz roja como valores teóricos y los datos del equipo como valores
36,2
36,3
36,4
36,5
36,6
36,7
36,8
36,9
0 5 10 15 20 25
Tem
pe
ratu
ra
Número de pruebas
Dispersión de Datos
39
experimentales. Para esto, se utilizó la formula del porcentaje de error
mostrada en la ecuación [6].
En la Tabla 15 se muestra la comparación de los datos obtenidos y el error
calculado.
Tabla 15. Comparación de error porcentual frente a otros equipos.
Error porcentual
Sensores Dato equipo Cruz
Roja
Dato equipo de
Telemedicina
% Error
Termómetro 36.3 36.49 0.523
%SO2 93.4 93.3 0.107
Pulso 84.5 87.7 3.781
Glucómetro 98.2 96.5 1.731
Frecuencia
Respiratoria
17.1 16.3 4.678
Para tomar los valores se ha realizado 5 pruebas, de las cuales se ha obtenido
un valor promedio, con esto se ha calculado errores máximos de 4.678% de
los sensores del prototipo frente a los equipos médicos ya existentes
dedicados a esta tarea.
4. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
40
CONCLUSIONES
Se desarrollo el sistema de obtención de datos de las constantes vitales
del paciente. Generando una historia clínica que permite, llevar un registro
inteligente de los datos del paciente. El equipo cuenta con un sistema de
movilidad que permite al médico usuario brindar servicios de teleasistencia
entre médico-paciente.
A través del hardware Mysignals y sus sensores se realiza la obtención de
las constantes vitales del paciente, para una lectura y análisis posterior de
la información médica y un monitoreo constante de los signos vitales.
Se desarrollo el software utilizando LabVIEW, que es un programa
multiplataforma versátil para la mayoría de los sistemas operativos.
Además, LabVIEW cuenta con el toolkit biomedical que ayuda al desarrollo
de aplicaciones médicas, al trabajar con un ordenador. Esto permite
obtener una mejor adquisición y almacenamiento de las constantes vitales
del paciente.
Mediante el desarrollo del software se acondicionó el programa para
garantizar la comunicación con el dispositivo, lo que brinda servicios de
telepresencia como: Teleconsultas, Telediagnosticos, Telecuidados y
más.
El uso del Software TeamViewer brinda sus servicios de forma gratuita al
ser un trabajo de investigación. Al no tener que desarrollar la red de
comunicación se hace factible la viabilidad de este proyecto en el campo
laboral. TeamViewer cuenta con sistemas dedicados a telemedicina lo cual
garantiza la seguridad de los datos de los pacientes mediante el cifrado
RSA 2048, lo cual permitiría llevar a este proyecto a un desarrollo
industrial.
Las pruebas muestran porcentajes máximos de error: del 5.00% en la
lectura de las constantes vitales, frente a sensores que se encuentran en
el mercado. También se muestra datos del funcionamiento continuo del
prototipo por más de 30 min sin pérdida de datos. En cuanto a la velocidad
de muestreo existe un retardo máximo de 200 segundos en el sensor del
termómetro.
41
RECOMENDACIONES
Es recomendable un mantenimiento periódico del sistema de movilidad,
para el correcto funcionamiento de este.
El uso de un sistema de localización y modelado simultáneo (SLAM) haría
del prototipo un sistema autónomo. Esto incrementaría la eficiente del
equipo al auto cargarse la batería. Realizando también visitas autónomas
a pacientes que requieran de sus servicios.
Se considera que el uso del reconocimiento facial en el campo de la salud
sería de gran ayuda, al llevar un registro inteligente de pacientes, que
permite autonomía en el manejo de datos.
Este proyecto abre las posibilidades para el desarrollo de equipos más
sofisticados en cuando al campo de la Telemedicina en Ecuador. El
proyecto busca simplificar el sistema actual de atención a los pacientes
tanto en zonas alejadas como en zonas locales, por lo tanto, una
recomendación principal es seguir trabajando en el uso de la Telemedicina
con proyectos de investigación innovadores.
42
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ANEXOS
46
Anexo 1 GUÍA DE USUARIO.
Se presenta una guía de usuario para la conexión de sensores del equipo al
sistema de lectura de datos.
Signos Vitales
1. En la sección 1 se selecciona la tarjeta de adquisición de datos para la
lectura de los sensores de signos vitales.
2. Se selecciona el paciente a quien se desea anexar los datos tomados a
través de la tarjeta.
3. Se procede a realizar la comunicación para el paso de datos leídos, para
poder ser visualizados en el sistema de telemedicina.
4. Aquí se visualizan los datos leídos.
5. El botón 5 permite regresar al menú del sistema de telemedicina.
Radiocontrol Robot
1. Se selecciona la tarjeta de control, para el manejo del sistema de
telemedicina.
2. Botones que permite dar la dirección del equipo.
3. Retorno al menú del sistema.
1 2 3
4
5
47
Sonidos Cardiacos
1. Se selecciona al paciente.
2. Se escoge la arteria a grabar.
3. Dar click para grabar el sonido
1
2
3
1
2
3
48
Anexo 2 PLANO DEL EQUIPO.
49