Actas del Congreso Nacional de
Tecnología Aplicada a Ciencias
de la Salud
Actas del Congreso Nacional de Tecnología Aplicada a Ciencias de la Salud Vol. 4, 2022
El presente artículo describe el desarrollo e implementación de un sistema de monitoreo de signos vitales, que permite la obtención de 4 parámetros fisiológicos: saturación de oxígeno, presión arterial, frecuencia cardiaca y temperatura corporal, es un dispositivo no invasivo de fácil uso que permite la tele monitoreo de forma constante y precisa para llevar a cabo un correcto diagnostico por medio de telemedicina.
El sistema realizado cuenta con la técnica de Pletismografía por medio de un circuito analógico, procesamiento de la señal con un microcontrolador (Arduino) y la visualización de las variables en una plataforma de PHP con una base de datos para almacenar los cuatro parámetros fisiológicos y datos del usuario.
Palabras Claves: Hemodinámico, Telemedicina, Tele monitoreo
This article describes the development and implementation of a vital signs monitoring system, which allows obtaining 4 physiological parameters: oxygen saturation, blood pressure, heart rate and body temperature, it is a non-invasive device easy to use that allows constant and accurate remote monitoring to carry out a correct diagnosis through telemedicine.
The system uses the plethysmography technique by means of an analog circuit, signal processing with a microcontroller (Arduino) and the visualization of the variables in a PHP platform with a database to store the four physiological parameters and user data.
Keywords: Hemodynamic, Telemedicine, Telemonitoring
El monitoreo de signos vitales (SV) son parámetros que permiten estimar la eficiencia de las funciones básicas circulatorias, respiratorias, neurológicas y su transcripción para diversos estímulos fisiológicos y patológicos. Se trata de la cuantificación de parámetros fisiológicos, como la frecuencia cardíaca (FC), la presión arterial (PA), la temperatura corporal (TC) y la oximetría (OXM), que indican la supervivencia y calidad de vida. Los parámetros varían de un individuo a otro y dentro del mismo pueden ser diferentes en distintos momentos del día. Cualquier alteración de los valores comunes sugiere una disfunción corporal y, por tanto, un estado mórbido. En la actualidad, el hábito de tomar los datos de SV se ha integrado en las tecnologías de la comunicación, en sistemas electrónicos digital en beneficio de los pacientes, conformando así un método de tratamiento y seguimiento a distancia. Las principales variables que modificaron los signos vitales son la edad, el sexo, el ejercicio, el embarazo, el estado emocional, las hormonas, los medicamentos y el estado hemodinámico. Hoy en día abunda la telemedicina, lo que es posible gracias a la infraestructura de telecomunicaciones que tenemos. Llevar a cabo un sistema en conjunto de cuatro parámetros fisiológicos, es de gran importancia, ya que en el mercado es común conseguirlos de forma individual o si se encuentran en conjunto, suelen ser a un precio alto, por lo que se busca el desarrollo de un sistema preciso, de calidad y accesible a la población.
1.1 Telemedicina
Gracias a la telemedicina, hoy en día podemos implementar las tecnologías de la información, la imagen de video y las telecomunicaciones para ofrecer mejores servicios de salud. Esto ha permitido la evolución de los equipos biomédicos. La tele rehabilitación es considerada una rama importante de la telemedicina y se refiere a la aplicación clínica de servicios consultivos, preventivos, diagnósticos y terapéuticos a través de tecnologías interactivas bidireccionales.
1.2 Frecuencia cardiaca
Es la pulsación que se lee de la sangre, se crea al contraer del ventrículo izquierdo del corazón y como resultado se tiene el movimiento normal del grosor de las arterias al recibir el movimiento; manifiesta el mecanismo del latido del corazón y el movimiento de las arterias. Igualmente, explica como es el movimiento de la válvula aortica. El pulso periférico se siente fácilmente al tocar la muñeca, cuello, cara y pie. Prácticamente se puede sentir en cualquier lugar donde se pueda crear presión entre una parte superficial de hueso y una arteria. La cantidad de latidos por minuto usualmente se destina a la frecuencia cardiaca (FC). El pulso y la frecuencia cardiaca (FC) tienen un ligero cambio en los parámetros regulares según la edad de la persona, La FC es más alta en niños y menor en adulto, como se muestra en la Tabla 1; para las personas adultas es más grande la cantidad del tiempo que se requiere para aumentar el pulso e igualmente para regresar a estado de reposo [2].
Tabla 1. Rango de frecuencia cardiaca por edades
| Edad | Frecuencia cardiaca en reposo |
|---|---|
| Recién nacido 0 a 11 meses | 100-160/min |
| Niños 1 a 6 años | 65-140/min |
| Niños de 7 a 10 años | 70-110/min |
| Niños de 11 años y adultos | 60-100/min |
| Adultos mayores a 60 años. | 60- menos/min |
1.3 Saturación de oxígeno
La oximetría se basa en los principios fisiológicos de que la sangre oxigenada y desoxigenada, tiene diferente espectro de absorción. La sangre desoxigenada absorbe más luz en la banda roja (600 a 750 nm) y la oxigenada absorbe más luz en la banda infrarroja (850 a 1000 nm). La prueba del oxímetro emite luz a diferentes longitudes de onda, abarcando ambos espectros nombrados, la cual se transmite a través de la piel y es medida por un fotodetector; de acuerdo con el radio de la absorbancia de la luz, se correlaciona con la proporción de sangre saturada y desaturada en el organismo [1].
La saturación de la hemoglobina se saca mediante la siguiente fórmula (Ecuación 1):
Ecuación 1. Fórmulas para obtener la saturación de hemoglobina en la sangre
HbO2 es la hemoglobina oxigenada y Hb es la desoxigenada. La Tabla 2 nos muestra los parámetros aceptados como normales en la saturación de oxígeno.
Tabla 2. Rango de oximetría en adultos[4]
| Valoración | Rango |
|---|---|
| Normal | 97 a 100% |
| Normo saturados | Mayor a 95% |
| Desaturación leve | Entre 93 y 95% |
| Desaturación moderada | Entre 88 y 92% |
| Desaturación grave | Menor a 88% |
1.4 Presión arterial
La presión arterial es el resultado de la fuerza ejercida por la sangre expulsada por el corazón hacia los vasos sanguíneos. La fuerza de la sangre contra la pared de la arteria es la presión sanguínea y la resistencia opuesta por las paredes de estas es la tensión arterial. Ambas fuerzas ya mencionadas son contrarias y equivalentes. La presión sistólica es la presión de la sangre debida a la contracción de los ventrículos y la presión diastólica es la presión que queda cuando los ventrículos se relajan[1]. Se puede calcular la presión arterial media (PAM) mediante la siguiente formula (Ecuación 2):
Ecuación. 2: Formula para obtener la presión arterial media
Siendo lo normal una cifra menor de 95 mmHg. La PA es mayor en los adultos y más baja en los niños, como se muestra en la Tabla 3.
Tabla 3: Rango de presión arterial
| Edades | Sistólica (mmHg) | Diastólica (mmHg) | |
|---|---|---|---|
| Menores de 2 años | 104 – 111 | Y | 70 - 73 |
| 3-5 años | 108 - 115 | Y | 70 - 75 |
| 6-9 años | 114 - 121 | Y | 70 - 73 |
| 10-12 años | 122 - 125 | Y | 78 - 81 |
| 13-15 años | 130 - 135 | Y | 80 - 85 |
| Adolescentes 16-18 años | 136 - 141 | Y | 84 - 91 |
| 18 años y Adultos | 130 | Y | 80 |
1.5 Temperatura
Es la relación controlada el calor generado por el cuerpo y la dispersión de este. La temperatura regular del humano es diferente según su sexo, las actividades que haya hecho, lo que ingiera, el momento del día, y si es mujer, el momento en el que estén según su menstruación[2].
Otro factor que afecta la temperatura del cuerpo es la etapa de la vida en la que se encuentre la persona, así como el lugar en el que se toma el parámetro, como se muestra en la Tabla 4.
Tabla 4: Rangos de temperaturas normales en distintas edades [3]
| Edad | Temperatura axilar | Temperatura rectal |
|---|---|---|
| 0 a 2 años | 34.7°C – 37.3°C | 36.6°C – 38°C |
| 3 a 10 años | 35.9°C – 36.7°C | - |
| 11 a 65 años | 35.2°C – 36.9°C | - |
| Más de 65 años | 35.6°C – 36.3°C | - |
Para la creación tanto física como digital del circuito se comienza con la programación de cada uno de los sensores en conexión con la base de datos y Arduino para la obtención de la señal. Principalmente se debe de aclarar cuál será el circuito para crear para cada sensor a utilizar y posteriormente ir incorporando un sensor a la vez modificando la programación del Arduino hasta completar la lectura de todos los parámetros fisiológicos.
2.1 Sensor MAX30100
Comenzando con el sensor MAX30100 sensor de saturación de oxígeno y frecuencia cardíaca, se realizará el circuito de la (Fig. 1). En esta se muestra los pines analógicos que se utilizarán los cuales en la programación no deben de duplicarse al colocar los demás sensores. Se debe señalar que este sensor es el único sensor para utilizar que requiere dos pines analógicos para su funcionamiento.
Figura 1. Diagrama de conexión del sensor de pulso-oximetría MAX30100
2.2 Sensor MPX5050
Para el sensor de presión MPX5050 se utilizará el esquema de la (Fig. 2), en la cual se puede mostrar el pin Analógico a utilizar, la ventaja de utilizar este sensor es que no requiere librerías para su uso y esto a consecuencia facilita la configuración del pin a utilizar para su lectura.
Figura 2. Diagrama de conexión de sensor de presión
2.3 Sensor Termistor
Para el termistor se utilizó un diagrama similar al de presión con la particularidad de que se configurará diferente para mostrar los valores según la temperatura que registre y el pin de entrada será diferente a los ya utilizados para los sensores anteriores (Fig. 3).
Figura 3. Diagrama de conexión para termistor
2.4 Desarrollo de la interfaz y base de datos
Para la realización del proyecto, se utilizarán tres programas de software principalmente; Xampp y Arduino. En primer lugar, se utilizará el programa de Arduino para programar la placa junto con los sensores, una vez que el circuito funcione óptimamente y se muestre los valores de los sensores en el puerto.
Se continúa con la interfaz en PHP y su conexión con la base de datos (Fig. 4) para poder ilustrar los valores concretos de los sensores ya siendo procesados y modificados para su análisis.
Figura 4. Creación de la base de datos y funcionamiento óptimo de esta
Se creó una interfaz de inicio de sesión (Fig. 5) para tener un mejor control una vez que el usuario se registre, ya que así se tiene una mejor organización de los datos de los usuarios.
Figura 5. Visualización del inicio de sesión en PHP
También cuenta con un registro de usuarios para poder obtener un registro de los nuevos pacientes. Cuando se ingresa exitosamente a la página se muestran un aviso de privacidad, dónde se les informa a los usuarios sobre el almacenamiento y difusión de sus datos personales y se le sugiere leer el manual de usos.
Posteriormente se mostrará la interfaz con los valores obtenidos de los diferentes sensores (Fig. 6).
Figura 6. Interfaz de inicio y visualización de valores
Se realizaron las pruebas necesarias con los tres sensores empleados en el proyecto contra dos sensores comerciales. El termistor 10k fue puesto a prueba con un termómetro de mercurio y un termómetro digital, se realizaron 10 pruebas en 3 diferentes condiciones, su nivel de exactitud fue aceptado ya que, se mostró un margen de error menor 5%. El sensor MAX0100, fue puesto a prueba con un oxímetro comercial y un SMART WATCH, para la oximetría se realizaron 10 pruebas en dos diferentes condiciones, para la frecuencia cardiaca también se realizaron 10 pruebas, pero en 3 diferentes condiciones, en ambos casos su nivel de exactitud fue aceptado al mostrar un margen de error menor al 5%. Por último, el sensor MPX5050 fue puesto a prueba únicamente contra un sensor comercial en ter diferentes condiciones, fue aprobado debido a que su nivel de exactitud fue mayor al 95%. Se obtuvo una interfaz para 3 tipos de usuarios: administrador, médico y paciente, cada uno con determinadas funciones emplear con el fin de intercambiar información correctamente respetando los términos y condiciones de uso. De todas las pestañas disponibles (Fig. 7), el usuario administrador tiene acceso a todas, e usuario médico tiene acceso a la lista de pacientes y sus expedientes, al manual de usuario y puede generar un nuevo expediente, el usuario paciente sólo puede acceder a su expediente y el manual de uso. Cabe señalar que todos los usuarios pueden cambiar su contraseña.
Figura 7. Menú de pestañas de acceso
El generador PDF (Fig.8) contiene los datos de cada paciente y las lecturas de sus sensores en caso de acceder como médico o administrador, para el paciente únicamente se tiene el expediente de él mismo.
Figura 8. PDF
En el término del proyecto, se obtuvieron los objetivos planteados anteriormente debido a que los procedimientos empleados y las técnicas usadas terminaron por crear óptimamente el producto idealizado. En el punto de ayudar a resolver la contingencia actual se concluye que el proyecto terminado cumple ese aspecto; el equipo resultó económico en su elaboración además de la practicidad con la que utiliza. Según los valores mostrados por los sensores, se puede asegurar que todos los parámetros son leídos correctamente ya que, las investigaciones realizadas y los conocimientos adquiridos dieron paso a una correcta elaboración de circuitos y la programación del microcontrolador empleado. Junto con este proceso, se realizó una calibración y caracterización de los sensores utilizados para comparar y analizar los datos obtenidos, se corroboró que los valores obtenidos eran los adecuados mediante una exhaustiva prueba de hipótesis.
A futuro se pretende probar el sistema propuesto con un grupo de pacientes lo que permitirá crear historiales clínicos y así poder convocar a médicos para evaluar el correcto funcionamiento del sistema y en base a sus observaciones realizar las mejoras pertinentes.
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