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UNIVERSIDAD AUTÓNOMA METROPOLITANA UNIDAD IZTAPALAPA

DlVlStÓN CBi

SEMINARIO DE PROYECTOS I Y II

LICENCIATURA: INGENlERh BIOMÉDICA. ÁREA DE CONCENTRACIÓN: INSTRUMENTAClbN MÉDICA ELECTR~NICA.

SISTEMA DE ADQUISICIÓN DE SENALES MANOMÉTRICASPARA EL REGISTRO DE LA PRESIÓNINTRALUMINALEN EL RECTO.

ALUMNO: M A R T ~ N E Z PABLO .JEHU. MATRICULA:

86327893

CONTENIDO

1

INTRODUCCION

I

2

OBJETI vo.

4

2.1

JUSTIFJCAC IÓN.

4

3

DESCRIPCIÓN DEL SISTEMA.

5

4

EVALUACIÓN Y CORRECCIÓN DE ¡,OS AMPLlFICADORES

DE PRESIÓN.

5

5

FlJENTE DE PODER.

7

5.1

INTRODUCCI~N ‘rEóRIcA.

7

5.2

FUENTE CONMUTADA.

9

5.3

FUENTE AISLADA

12

5.4

RESULTADOS.

17

6

CARAC’TERIZACION

17

7

CONCLUSIONES.

23

8

API~NDICE A.

25

8.1

INSTAL,ACIi)N DEL SISTEMA

25

9

APÉNDICE B

27

9.I

CONTROLES DEL AMPLIFICADOR CARRIER MODELO 88058.

27

10

APÉNDICE c.

30

10.1

CALIBRACTÓN DEL AMI’LIFICADOR CARRIER MODELO 8805B

30

11

API~NDICED.

32

11.1

DIAGRAMA ELÉC’TRICODE L A F[JENTE AISLADA

32

12

BIBLIOGRAF~A.

35

AGRADECIMIENTOS:

A mis Padres .- Por el apoyo incondicional, el esfuerzo y la preocupación por brindarme una educación y las herramientas básicas para salir adelante.

A mis Hermanos .- Por sus valiosos consejos y por haberme brindado todo el apoyo necesario para poder concluir mis estudios.

A mi Hijo - Por ser el estimulo más grandes que me motivó a terminar mis estudios.

A mis profesores

.-

Especialmente al M.en I. Alfonso Martinez Ortiz, M.en I.

Miguel Ángel Peña, M en I. Rocío Ortiz, Ing. Aída Jiménez. Por sus valiosos consejos, sugerencias y cooperación .

A todos y a cada uno les expreso mi más sincero agradecimiento

JEHÚ MART~NEZP.

I

Una de las regiones del cuerpo poco estudiada es la Región Anorrectal. No implica que este excento de patologías, por el contrario se trata de una zona con posibilidades de infección y en algunas ocasiones con problemas de continencia. La falta de información por una parte quizás se debe a que se trata de un área muy escrupulosa, por otro lado existe una gran variedad de parámetros que intervienen en su funcionamiento, lo que hace aún más difícil el estudio del mismo. El problema que se está abordando es la Continencia Anal. Resulta un poco

difícil dar una definición precisa de la Continencia Anal por la imposibilidad de aglutinar y sintetizar todos los componentes que intervienen , sin embargo, se asume como una definición válida la siguiente: Continencia Anal ,- Es la capacidad de controlar la defecación voluntariamente, distinguir la calidad del contenido rectal y mantener un control nocturno. Como ya se ha mencionado, en el proceso de defecación intervienen un conjunto de factores extremadamente complejos de los cuales actualmente no se tiene un pleno conocimiento, ni la forma en que estos se relacionan para realizar su función . Desde un punto de vista meramente didáctico se asumen los siguientes factores que intervienen en el mantenimiento de la continencia. a) Factores Estructurales. b) Factores Musculares. c) Factores Sensoriales. A manera de ejemplo sólo se mencionan algunos de estos factores. Factores estructurales:

2

O

Angulación Anorrectal.- El eje del recto forma un ángulo de 90° con el eje del

Canal Anal, lo que impide una carga directa de la materia fecal sobre el conjunto esfinteriano. Dicho ángulo se abre al adoptar la posición de Squatting, pero fundamentalmente se hace obtuso en el esfuerzo evacuatorio. O

Presión Intraluminal. Esta se transmite a nivel del elevador del Ano por los

lados del Canal Anal a modo de una válvula de vibración. Factores Musculares. Deriva de la acción coordinada de la musculatura Lisa y estriada del Canal Anal y el suelo Pélvico, así como su integridad anatómica. Factores Sensoriales. La sensación rectal pone en funcionamiento el complejo proceso defecatorio, desencadenando una respuesta tanto de la musculatura lisa como la estriada y

para ello intervienen distintos receptores y

vías

neuromusculares. Una forma muy útil para obtener información sobre el tono muscular en la región Anorrectal es a través de la aplicación de técnicas manométricas. Es una opinión generalizada que con la exploración digital en esta región se

puede obtener información objetiva del tono muscular (en condiciones básales y tras contracción voluntaria ), del comportamiento motor del Recto-Ano después de diferentes estímulos ( distensión rectal con Balón, Perfusión de Líquidos etc.) y maniobras (continencia y defecación). Para la transmisión de la presión Anorrectal se puede utilizar un Balón relleno de aire o agua , acoplado mediante un catéter al transductor de presión extracorpóreo. Las variaciones de presión que se registran están en función de las modificaciones de volumen que se producen en el interior del Balón como consecuencia de la presión Intraluminal y de la tensión de la pared intestinal. Las presiones que se registran dependen del tamaño, forma y de las

características viscoelásticas del material conque están construidos los Balones.

Aunado a este sistema Transductor-Balón se precisa de un sistema de adquisición de datos a fin de poder almacenar los registros obtenidos para después analizarlos y determinar los factores que han respondido a los estímulos de la defecación. En el presente proyecto se trata de resumir e integrar las partes que deben conformar al sistema de adquisición, para posteriormente aplicarlo al trabajo de investigación de la región Anorrectal, que se está desarrollando en el Laboratorio de Fenómenos Fisiológicos.

4

OBJETIVO:

El objetivo de este proyecto, consiste en desarrollar un sistema de adquisición de

señales

manométricas, utilizando como

instrumento un

amplificador Carrier Hewlet Packard modelo 88058. Así mismo reconstruir al menos uno de tres de estos amplificadores y diseñar e implementar una fuente de alimentación aislada para el mismo.

J USTIFICACI~N: En el

laboratorio de

investigación de

los fenómenos

fisiológicos se desarrolla un proyecto de investigación titulado actividad eléctrica y mecánica del aparato esfinteriano anorrectal, el cual requiere de un sistema para la.adquisición de las señales de presión que se desarrollan dentro de la cavidad anorrectal. Para lo cual es necesario desarrollar, implementar y reconstruir esta parte importante del proyecto de investigación. Existe en este laboratorio 3 amplificadores carrier 88058 que no se iAilizaban debido a que presentaban fallas en la tarjeta electrónica ; por otro lado no contaban con una fuente de alimentación aislada ; lo que hacía prácticamente imposible su uso por el alto riesgo que esto representaba para el paciente; surgió además, la necesidad de contar con una caracterización sobre su funcionamiento para que este a doc con el objetivo que se persigue. La idea de reconstruir estos amplificadores obedecía a la necesidad de utilizarlos como instrumento para medir presiones biológicas mediante métodos invasivos y no invasivos.

5

DESCRIPCIÓN DEL SISTEMA :

El sistema que se pretende desarrollar consiste básicamente en un Módulo de transducción de presión a una señal eléctrica; amplificación de dicha señal; adquisición de datos y finalmente, filtración y registro de los mismos. Para la etapa de transducción se puede utilizar un sensor externo acoplado a un catéter en cuyo extremo se instala un balón de látex, el cual se llena de una solución biológica a fin de transmitir la presión ejercida sobre el balón hacia el sensor. La amplificación de esta señal se puede llevar a cabo mediante el uso de un amplificador Carrier 88058 el cual entrega una señal analógica, que puede ser digitalizada y analizada utilizando un convertidor analógico-digital (BIOPAC) conectado a una tarjeta electrónica de adquisición de datos y a una computadora personal (PC). El cual nos va a permitir adquirir, desplegar y analizar la señal.

EVALUACIÓN Y CORRECCIÓN DE LOS AMPLIFICADORES DE PRESI6N:

El siguiente punto consiste en reconstruir uno de los amplificadores Carrier Modelo 88058 y diseñar una fuente aislada para el mismo Cabe mencionar que al iniciar este proyecto sólo se contaba con el manual de operación del amplificador HP 88058; siendo necesario el manual de servicio para realizar la instalación y el servicio correctivo de los amplificadores. Por una parte se desconocía la corriente y el voltaje que estos amplificadores requieren para su funcionamiento ; por otro lado, es necesario determinar los puntos de prueba y las señales características que estos deben mostrar. .

Finalmente se logró conseguir el manual de servicio del amplificador HP 8805C que es un modelo posterior , sin embargo, el sistema electrónico es similar al del 88058. Se realizó una prueba preliminar con una fuente regulada a los tres amplificadores para determinar en que condiciones se encontraban y resultó que ninguno de los tres funcionaba. Mediante una inspección visual se pudo determinar que uno de los tres amplificadores se encontraba en muy malas condiciones, ya que, le hacían falta algunos transistores, fue por eso que se optó por fijar la atención en los otros dos restantes, sin embargo, después de hacer una revisión en los puntos de prueba estratégicos de estos, se llegó a la conclusión de que sólo uno podría tener una reconstrucción casi inmediata. Pensando que después se trataría de reconstruir los otros dos amplificadores, se inició el servicio correctivo a este último. Se encontraron algunas soldaduras falsas ; se le dió una limpieza general a la tarjeta y también se le cambiaron algunos cables que tenían problemas de continuidad. Después de limpiar y lubricar los controles el equipo respondió satisfactoriamente. El segundo equipo presentó fallas en una bobina que suministra potencia al sistema; y que proporciona además una señal de excitación para el transductor de presión y entrega una señal de referencia para los controles de calibración.; por lo que fué necesario reemplazarlo. Debido a que la compañía Hewlet Packard dejó de producir refacciones de esta tarjeta; fue necesario tomar la bobina del tercer amplificador que ya se encontraba en muy malas condiciones y por lo consiguiente difícil de reconstruir. Otro problema encontrado fue el desprendimiento de un puente de resistencia que maneja los controles de POSICIÓN Y BALANCE. Este problema fué solucionado al soldar otra vez el puente.

La tarjeta y los controles estaban cubiertos de polvo lo que producía una débil conducción eléctrica, provocando que el sistema funcionara ineficientemente. Se le dió una limpieza general y lubricación a los controles. FUENTE DE PODER: INTRODUCCI~NTEÓRICA:

Algunos procedimientos médicos en ocasiones exponen al paciente a mas riesgos que el que ellos tienen normalmente en casa o en el trabajo ; esto es porque en el ambiente médico la piel y algunas membranas mucosas son frecuentemente penetradas o alteradas, y expuestas a diferentes fuentes de substancias potencialmente peligrosas y formas de energía que podrían afectar tanto al paciente como al grupo médico. Estas fuentes incluyen fuego, aire, agua, químicos, drogas, microorganismos, radiación nuclear, y corrientes eléctricas. Siendo esta Última de gran interés para un Ingeniero Biomédico, ya que, puede ser un asesino silencioso difícil de cazar, puesto que, rara vez deja evidencias. Tres fenómenos pueden ocurrir cuando una corriente eléctrica fluye a través del tejido biológico.

1. Estimulación eléctrica de tejidos excitables (nervios y músculos). 2. Calentamiento resistivo del tejido y 3. Quemaduras electroquímicas y daño de tejidos por corriente directa y altos

voltajes. Los daños que puede provocar una corriente de 60 Hz. Aplicado durante tres

segundos en las manos, pueden ser según su amplitud: una simple percepción , estimulación y Contracción involuntaria de músculos, parálisis respiratorio, fibrilación ventricular, contracción sostenida del miocardio y quemaduras (Ver figural ).

QUEMADURAS CONlR&Xl6N DEL MIOCARDIO

,/ P A R A L I ~ SRESPIRATORIO

AA

FLUJO DE CORRIENTE

UMBR~SL DE P E R S E P C I ~ N

lulll

1 mCI

I111111

l0mA

I I Ilil I I I I IIiii IQOrnCI

1A

I I I I IIII I I I I~iIlI I0A

100 A

FIGURA 1. Efecto fisiológico de una corriente de 60 hZ.

Estos niveles de percepción pueden bajar aún más si disminuimos la resistencia de la piel o penetramos directamente algún tejido u Órgano; en ese caso los niveles van desde unos cuantos microamperes hasta el orden de miiiamperes. A medida que la frecuencia aumenta, los umbrales de percepción también

incrementan. Desafortunadamente

la

corriente

mínima para

producir

contracciones

involuntarias ocurre para una línea de poder comercial de 50 a 60 ciclos por segundo. Por lo antes mencionado existe la necesidad de instalar una fuente de poder aislada a nuestro equipo, aún cuando el sistema desarrollado no lo requiere . El balón y las tuberías utilizadas son elementos altamente dieléctricos. Sin embargo, para mayor seguridad y versatilidad del sistema se decidió desarrollar una fuente aislada Una fuente de alimentación aislada consiste básicamente en una

buena

separación de tierras eléctricas. El diseño de esta fuente esta basado en el principio de operación de una

fuente de poder conmutada.

Fuente Conmutada: Una fuente conmutada es un diseño cuyas principales característica son las siguientes: Utiliza un transformador de alta frecuencia y reducidas proporciones, así como rectificadores más sencillos y filtros de menor capacidad; en algunos ocasiones puede prescindir de los reguladores de voltaje. En la siguiente figura se muestra un diagrama a bloques de una fuente conmutada. DIAGRAMA A BLOQUES FUENTE CONMUTADA

RECTIFIC&DOR

4

w DISPOSITIVO CONMUTADOR

I

CONIROLPWM

FIGURA 2. Una Fuente Conmutada es un dispositivo que ofrece una salida estable a pesar de que el voltaje de alimentación sufra variaciones considerables.

En este caso, la línea de AC llega directamente hasta un rectificador y un filtro. por lo que se obtiene un voltaje de CD con un valor elevado (Porlo general arriba de 150 volts). Dicho voltaje llega hasta uno de los extremos del primario de un transformador de alta frecuencia, mientras que en el otro extremo se encuentra un dispositivo conmutador (Cn), el cual puede ser un transistor bipolar, un tiristor, un MOSFET de potencia o un circuito integrado. A su vez, este conmutador es excitado por un

1o

circuito de control (PWM) que determina la frecuencia de encendido y el ciclo de trabajo, con lo que se controla el nivel de voltaje en los secundarios de salida. De acuerdo al principio de operación del transformador, es necesario que la corriente que circula por el primario sea de tipo pulsante, lo que se traduce en campos magnéticos variables y en una inducción en los secundarios. Como en este caso ya se tiene una alimentación de DC a la entrada del primario, es necesario un dispositivo que se encienda y apague sucesivamente y de manera muy rápida, para que la corriente del primario no sea continua y pueda haber inducción. Este elemento es precisamente el conmutador. Sin embargo, los pulsos que se alimentan al conmutador deben de ser de tal naturaleza que en los secundarios se pueda controlar cuidadosamente el nivel de voltaje, lo cual podría ahorrar el uso de los reguladores. Para continuar con esta descripción es necesario recordar el concepto de impedancia.

El concepto de impedancia se aplica sólo a los elemento pasivos (resistencias, condensadores y

bobinas)

.

Son pasivos aquellos que presentan un

comportamiento Único , que puede variar desde una simple carga hasta un almacén de energía. La impedancia de un condensador es inversamente proporcional a la frecuencia, esto es, mientras mas rápido oscile la señal de entrada, el condensador se comportará crecientemente como un corto circuito ; y al contrario una bobina tiene una impedancia directamente proporcional a la frecuencia, esto es, conforme aumenta la frecuencia también se incrementa la oposición al paso de la corriente en su interior , lo que significa que a mayor frecuencia habrá mayor impedancia. AI diseñar un transformador, uno de los parámetros críticos es la frecuencia

de operación a la que sera sometido, ya que es un factor que determina el

número de espiras tanto del primario como del secundario, así como del calibre del alambre empleado. En el diseño de un transformador de baja frecuencia (digamos 60Hz),se precisa de un número elevado de espiras en el lado del primario, para evitar que circule por este segmento un gran flujo de corriente que pueda dañar al dispositivo. Por lo tanto, si se quiere que el transformador maneje una corriente apreciable, debe combinarse una

magnitud considerable de espiras con un

alambre de calibre relativamente grueso. En cambio, un transformador que es alimentado en su primario por una frecuencia de oscilación elevada, requiere de mucho menos espiras, lo que da por resultado un dispositivo más compacto y de menor peso. Lo que se pretende en las fuentes que utilizan conmutador es alcanzar una frecuencia de oscilación muy superior a la que se dispone en la línea de alimentación, sin embargo, se presenta un pequeño inconveniente; las láminas convencionales empleadas en la construcción del núcleo de los transforinadores tradicionales, no son capaces de responder con la suficiente rapidez al elevar la frecuencia de la señal manejada (por encima de los 200 Hz), por lo que deben emplearse otros materiales como la Ferrita. Pero a su vez los núcleos de Ferrita son elementos difíciles de obtener (de hecho, existen pocas compañías a nivel mundial que la producen), por lo que resultan considerablemente más caros que los núcleos convencionales. Una de las principales ventajas de las fuente conmutadas, es la posibilidad de ofrecer

una salida estable a pesar de que el voltaje de alimentación sufra

variaciones considerables. Existen tres tipos básicos de fuentes conmutadas, dependiendo del parámetro modificado para efectuar la regulación: I)Tipo PAM o modulador de amplitud de pulso.

12

2) Tipo PWM o moduladora de ancho de pulso. 3) Tipo FM o moduladora de frecuencia.

Como se puede apreciar de lo anterior , una fuente conmutada cumple con algunas características deseables para una fuente aislada, puesto que maneja señales a muy alta frecuencia, con lo cual evitamos corrientes eléctricas de 60

Hz, las cuales resultan ser muy peligrosas para el cuerpo. La Única variante de una fuente conmutada y una fuente aislada es una separación total de tierras eléctricas.

FUENTE AISLADA

El amplificador que estamos tratando requiere de una fuente de polarización de +/- 18 volts y +/- 12 volts a 1 Ampere de corriente aproximadamente.

Para la implementación de este sistema utilizamos el siguiente material: 2 chips TL 594; circuito modulador de ancho de pulso. 4 tips No34; Transistores PNP.

2 Transformadores tipo Toroide con núcleo de ferrita preferentemente. 12 diodos FsRS3 ; diodos de recuperación rápida.

2 puentes rectificadores a 2 Amperes. 6 reguladores de voltaje; (2) 7805, 7812,7912,.7818,7918. 2 capacitores electroliticos de 100 pF a 250 volts. 2 capacitores electrolíticos de 1000 pF a 25 volts. 6 capacitores electrolíticos de 2200 pF a 25 volts.

4 capacitores de Tantalio de 22 pF a 25 volts. 2 Capacitores ceramicoc de 0.01 pF. 4 Capacitores ceramicos de O. 1pF.

O

6 resistencias de 5.6 KO.

O

4 resistencias de 4.7 KD.

O

2 resistencias de 56 KSZ.

O

2 resistencias de 10 KQ.

O

2 resistencias de 150 O.

O

4 resistencias de 100 0.

O

2 resistencias de 390 R.

O

2 resistencias de 5.6 IR.

O

4 disipadores de calor.

o

1 tarjeta de circuito impreso de 15 x 15 Cm.

O

1 paquete de calcomanías Rapid Circuit.

O

ILíquido corrosivo para circuito impreso.

El TL594 es un control de modulación de ancho de pulso de frecuencia fija;

incluye un oscilador ajustable, un modulador de ancho de pulso y un amplificador de error. Como funciones adicionales incluye un detector de sobre corriente, un control independiente de tiempo muerto, un regulador de precisión con voltaje de referencia de 5 volts y una salida de control lógico que permite una operación singular o push pull de los 2 transistores internos. La modulación de los pulsos de salida es realizada por la comparación de la onda diente de sierra creado por un oscilador interno con cualquiera de las dos señales de control. La etapa de salida es habilitada cuando el voltaje de la onda diente de sierra es más grande que el voltaje de control de la señal. Cuando la señal de control aumenta , el ancho de los pulsos de salida decrementa. Las señales de control son derivados de 2 fuentes: Los de control de tiempo muerto y los amplificadores de error.

14

Los comparadores de tiempo muerto tienen un offset fijo de IOOmv, el cual provee un preset de tiempo muerto de 10% aproximadamente. Este el tiempo muerto mínimo que puede ser programado con el pin 4 aterrizado (ver figura 3). MODULACIÓN DE ANCHO DE PULSO

I

I

I

I

1

I

FCGURA 3.-Pulsos de salida Vs Voltaje de control Diente de Sierra.

El comparador de modulación de ancho de pulso genera la señal diferencial,

creado por cualquiera de los dos amplificadores de error. Un amplificador es utilizado para monitorear el voltaje de salida y provee un cambio en la señal de voltaje de control. El otro amplificador de error monitorea la corriente de salida y su cambio en el voltaje de control provee la limitación de la corriente. La referencia interna de 5 volts provee una referencia estable para: el pulso de control lógico que gobierna al Flip Flop, el oscilador, el comparador de tiempo muerto, y circuitería de la modulación del ancho de pulso (PWM). El oscilador interno provee una onda diente de sierra positiva a los comparadores de PWM y a la señal de tiempo muerto para comparación con las diferentes señales de control. La frecuencia de oscilación es establecido por un capacitor y una resistencia en los pines 5 y 6 y se puede calcular por la siguiente ecuación fosc = 1 I RTCT.La frecuencia de oscilación es igual a la frecuencia de

15

salida Únicamente para aplicaciones singulares; en configuración Push Pull es una mitad de la frecuencia de oscilación.

El esquema de la fuente se ilustra en la figura 4. La fuente utiliza un par de transistores PNP (Tip 34) en configuración Push Pull. La frecuencia de oscilación es de 25 Khz y esta establecido por el capacitor C3 y la resistencia R5 conectados en el pin 5 y 6 respectivamente del circuito integrado TL 594.

El centro de conexión de las 2 resistencias R3 y R4 en los pins 13 y 14 establece un voltaje de referencia de 2.5 volts en el pin 2 que es la entrada inversora del amplificador de error que controla el voltaje de salida. El voltaje de retroalimentación en el pin 1, viene del divisor de voltaje formado por las resistencias R11 y R12 localizados a la salida de la fuente de 5 Volts. Lo mismo ocurre para el amplificador de error que controla la corriente de salida; en su entrada inversora se establece un voltaje de referencia de 0.70mV mediante las resistencias R1 y R2 y en su entrada no inversora pin 16 se conecta el voltaje de retroalimentación proveniente del divisor formado por las resistencia R9 y R10 localizados a la salida de la fuente de 5 volts.

Los transistores en configuración Push Pull del TL594, entregan una señal pulsante a la base de los transistores PNP (también en configuración Pus Pull) las cuales se activan (uno a la vez) cuando se produce una caída de voltaje en su base, provocando una señal alterna en los extremos del primario del transformador lo que se traduce en una inducción en los 3 secundarios del transformador, estas señales finalmente son filtradas y rectificadas para obtener voltajes de DC.

Se toma una fracción de una de estas tres señales para controlar el voltaje y la corriente de las otras dos. Como se puede observar en el diagrama eléctrico la referencia de las fuentes de +/- 18 volts y +/- 12 volts es independiente del resto del circuito; logrando de esa forma el aislamiento electric0 de las fuentes.

1.i

17

RESULTADOS: AI implementar el diseño en una tarjeta impresa se encontró que efectivamente el

sistema proporciona niveles de voltaje de +/- 18 volts y +/- 12 volts, y la corriente suficiente para polarizar a los Amplificadores Carrier 88056, sin embargo, este sistema presentó algunos problemas. El más grave de ellos fué un ruido eléctrico de alta frecuencia, ya que, esta señal se transmite ai amplificador y se manifiesta en la señal que se quiere analizar. Otra de las dificultades fue el calentamiento excesivo de los transistores de potencia por estar drenando un flujo de corriente considerable. Después de haber analizado el circuito con detenimiento y tras haber eliminado las posibles fuentes de ruido se determinó que el problema es generado por el transformador de alta frecuencia ya que este fué construido sobre un núcleo que no es completamente de Ferrita, debido a que no fué posible conseguir un núcleo de Ferrita pura. Después de varios intentos por eliminar el ruido en la fuente se optó por colocar un filtro paso bajo a la salida del amplificador Carrier 88056 para depurar la señal; reforzándolo con un filtro digital desde la computadora. Por otro lado el calentamiento de los transistores se soluciona colocando disipadores de mayor capacidad de disipación de calor.

CARACTERIZAC IÓN :

Una vez que todas las partes del equipo fueron integradas y bajo una previa calibración se tomaron varias muestras, incrementando la presión desde O hasta 200 mmHg y después decrementándolas desde 200 mmHg hasta O a fin de poder caracterizar al sistema.

18

TABLA DE CARACTERIZACI~N X X X mmHgmmHg mmHg mmHg mmHg mmHg mmHg mmHg mmHg mmHg mmHg mmHg

Y

X

X

X

X

X

X

X

X

O 4

O 4 8 12 16 20 24 28 32 36 39 43 47 51 55 59 63 67 71 75 79 83 87 91 95 99 103 107 111 115 119 123 127 132 136 140

-2 2

O 4 8 12 16 20 23 27 32 35 39 43 47 51 55 59 63 67 71 75 79 83 87 91 95 99 103 107 111 115 119 123 127 131 135 139

-2 2 6 14 15 18 22 26 30 34 38 44 46 50 54 58 62 66 70 74 78 82 86 90 94 98 102 106 110 114 118 123 127 131 135 139

O 4 8 12 16 20 24 28 32 36 40 44 48 52 56 60 64 68 72 76 79 83 88 92 96 99 104 108 112 116 120 123 128 132 136 140 144

O 4 8 12 16 20 24 28 32 36 40 44 48 52

O

O 4 8 12 16 20 24 28 32 36 40 44 47 52 56 59 64 67 71 75 79 83 87 91 95 99 103 107 111 115 119 123 128 132 136 140 144

8 12 16 20 24 28 32 36 40 44 48 52 56 60 64 68 72 76 80 84 88 92 96 IO0 104 108 112 116 120 124 128 132 136 140 144

7 11 14 18 22 26 30 34 38 42 46 49

54 58 62 66 70 74 78 82 86 90 94 98 102 106 110 115 119 123 127 131 135 140

56 60 63 67 71 76 80 83 87 91 95 O0

03 07 1 15 19 124 127 131 136 140 144

5 8 13 17 20 25 29 33 36 40 44 48 52 56 60 64 68 72 76 80 84 88 92 96 1O0 103 108 112 116 120 123 128 132 136 140 144

O 10 20 30 40 50 60 70 80 90 1O0 I10 120 131 141 151 161 170 180 190 200

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 1O0 110 120 30 40 50 60 70 80 90 200

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 1O0 110 120 130 140 151 160 171 181 190 200

entrada

salida

ent.rada

ascen.

descend.

19

148 152 156 160 salida

148

152 entrada entrada ascend. descen.

entrada ascend.

entrada descen.

156 160

entrada ascend.

148 152 156 160

entrada descen.

promedio ascendente

148

152 156 160

entrada ascend.

148 152 156 160

entrada descen.

promedio promedio Hegresión lineal descendente total (1roo> (0150) -0,500 3,60 3,488 4,20 3,OO 8,OO

7,25

7,63 7,475

12,20

12,25

12,23 -0,500

16,40

15,25

15,83 15,450

20,OO

19,oo

1930

19,438

24,OO

23,OO

23,50

23.426

28,OO

27,OO

27,50

27,413

32,20

31,O0

31,60

31,401

35,80

35,OO

35,40

35,388

39,60

39,OO

39,30

39,376

43,60

43,50

43,55

43,364

47,60

46,751

47,18 47,351

51,60

50,75

51,18 51,339

55,60

55,OO

55,30

59,60

58,75

59,18 59,314

63,60

62,75

63,18

63,302

67,60

66,50

67,05

67,289

71,60

70,50

71,O5

71,277

75,40

74,75

75,08

75,264

79,20

78,75

78,98

79,252

83,20

82,50

82,85

83,240

87,40

86,50

86,95

87,227

91,40

90,50 94,50

90,95

91,215

94,95

98,75

98,98

95,202 99,190

102,50

102,85 103,178

95,40 99,ZO 103,20

55,326

20

106,50

106,95 107,165

111,40

110,50

110,95 111,153

115,40

114,75

115,08 115,140

I19,40

118,75

119,08 119,128

123,OO

123,25

123,13 123,116

127,60

127,25

127,43 127,103

131,60

131,25

131,43 131,091

136,20

135,50

135,85 135,078

139,60

139,75

139,68 139,066

143,67

144,OO

143,83 143,054

147,67

148,OO

147,83 147,041

152,OO

152,OO

152,OO 151,029

156,OO

156,OO

156,OO 155,016

160,OO

160,OO

160,OO

107,40

159,004

Nota:'El Veri-cal es un instrumento digital, el cual nos proporciona una lectura con mayor precisión de la presión que esta entregando, no obstante en el osciloscopio se realiza una lectura con mayor incertidumbre, es por eso que se fijan las lecturas de salida y se determinan las entradas.

scu3ir6 Curva del comportamiento Lineal del aiiiplificador Carrier Modelo 8805B.

FIGURA 5

Como se puede observar en la gráfica y en la tabla de regresión lineal el sistema se comporta lineal en un rango de O a 200 mmHg. Para propósito de adquisición de señales manométricas esfínter anorrectales es más que suficiente. La Sensibilidad Nominal: 50 pV rms de entrada es igual a 1 Volt de DC de salida; con una ganancia de 20,000. Voltaje Drift: Es menor a 20mV por IOOc. Linealidad: Tiene una desviación de 10mV máximo de la línea de regresión para algún punto de calibración.

23

CONCLUSIONES

Una de la principales razones que impulsaron a la realización de este sistema de adquisición de datos manometricas, fue precisamente el trabajo de investigación sobre señales manometricas esfínter anorrectales que se ha estado desarrollando en el laboratorio de fenómenos fisiológicos. Sin embargo este sistema puede llegar a ser Útil en la adquisición de otras señales fisiológicas tales como Temperatura, EMG, EOG, etc.; con adaptaciones minimas y utilizando los transductores correspondientes. En general los sistemas computarizados ofrecen grandes ventajas y este no puede ser la excepción; el hecho de tener la información digitalizada y 0

almacenada en un disket, ayuda al usuario a la realización de un estudio más profundo de estas señales en un tiempo mínimo. Actualmente existen diversos Software que permiten hacer este tipo de análisis uno de ellos es el programa llamado Acqknowiedge de Biopac. Otra gran ventaja es el poder ver la señal a través de una pantalla, que puede ser la de un osciloscopio, la de una computadora o ambas ya que esto reduce enormemente el costo de un estudio comparado con otras técnicas que utilizan registro en papel donde normalmente el papel es de tipo especial e importado. En cuanto al diseño de la Fuente aislada, se trata de un modelo que se puede perfeccionar para eliminar completamente el ruido de alta frecuencia generado por el transformador de aislamiento. Una posible solución es tratar de embobinar el transformador en un núcleo de Ferrita puro o en su defecto utilizar otro sistema de aislamiento, como pueden ser

los Optoacopladores y un sistema de potencia para lograr los voltajes y corriente deseados.

24

Puede

ser

conveniente

aislar

con

alguna

resina

los

elementos

(Transformadores, capacitores electrolíticos y resistencias verticales) que actúan como receptores de ruido externo

25

APÉNDICE A

INSTALACIÓN DEL SISTEMA MATERIAL:

1.- Un Transductor de Presión. 2.- Un Soporte Universal.

3.-Unas Pinzas de nuez doble. 4.- Unas Tenazas.

5.-Un Osciloscopio. 6.- Un Simulador de presión (VERI-CAL).

PROCEDIMIENTO: Conecte el transductor de presión y

el osciloscopio al

amplificador HP 8805B de la siguiente manera: a).- Del panel frontal tome la señal de 2400 Hz de los pines D y E para excitar al transductor. Conéctelo a los extremos del transductor de presión. b).- La salida del transductor corresponde a los dos puntos restantes situados en el centro. Conéctelo en el panel frontal del amplificador, a los pines A y B (Ver figura 6). c).- Utilice el soporte universal, las tenazas y las pinzas de nuez doble para fijar el transductor. d).- Conecte el osciloscopio a la salida del amplificador situado en la esquina inferior derecha del panel frontal.

26

e).- Conecte el Veri-cal al transductor de presión.

El Veri-cal es un instrumento de calibración . Este simula una presión entregando un volumen de aire proporcional a la presión seleccionada . La salida de este instrumento se conecta al transductor de presión y éste a su vez al amplificador Carrier 8805B;finalmente la salida del amplificador se conecta a un osciloscopio, y es por éste último instrumento por el cual se va a registrar la presión que se

ejerce sobre el transductor. DIAGRAMA DE CONEXIÓN

4 S A L I D A DEL

f--

TRANSDUCTOR TRiU SD JCTOR

FIGURA 6.- Diagrama de conexión del transductor de presión al amplificador Carrier 88058

27

APÉNDICE B CONTROLES DEL AMPLIFICADOR CARRIER MODELO 88058 : Los controles de SUPRESIÓN DE CERO, CAL% FULL LOAD Y CAL FACTOR del 88058 , son herramientas muy útiles en la medición y calibración de señales fisiológicas. La utilidad de estos controles depende de la comprensión del funcionamiento de cada control. Aun cuando los controles pueden ser empleados efectivamente sin el conocimiento de la teoría eléctrica de su operación. Los controles se vuelven mucho más versátiles cuando su operación es comprendida. El control de SUPRESi6N DE CERO puede funcionar para eliminar una gran carga estática del transductor y permite que la porción dinámica sea amplificada y desplegada . Cuando el control de CAL FACTOR es colocado apropiadamente , la, amplitud de la carga estática del transductor puede ser leído directamente de la perilla de supresión de cero . La supresión de cero puede ser usado como una fuente de calibración para cualquier posición del interruptor de RANGO . Las ocho posiciones del interruptor de RANGO provee un cambio en la ganancia del amplificador de un máximo de 10,000 baja a 50.

El switch de CAL FULL YOLOAD del panel frontal del 88056 es usado para

insertar una señal conocida a la entrada, con propósitos de calibración. La amplitud de la señal CAL puede ser igual a 2%, IO%, 50%, Ó 100% del control CAL FACTOR. Por ejemplo, si el control de CAL FACTOR es igual a 200 mmHg, la señal CAL podría ser 2% (4mmHg), 10% (20mmHg), 50% (IOOmmHg) ó 100% (200 mmHg). El control de CAL FACTOR provee un ajuste de amplitud para los controles de

Supresión de Cero y

Cal % Full Load. Existen dos formas de colocar este

control:

1.- Usando un Manómetro y

2 - Usando una fórmula

Ambos métodos se describen a continuación. USANDO UN MANÓMETRO. a) Balancee y calibre el 8805B. b) Conecte el Manómetro al transduct0r.y ponga el Manómetro con presión cero. c) Vea la lectura a la salida del 8805B d) Determine el rango de presión que sea fácilmente divisible por 1000 e) Aplique la presión determinada en el paso anterior y vea el cambio en la salida. Regrese el Manómetro a cero. f) Ponga la perilla de CAL FACTOR en cero. g) Ponga la perilla de SUPRESIÓN DE CERO a 1000; y el switch + OUT - en (-) ,

o ponga el switch CAL%FULL LOAD en 100%. h) Gire el dial CAL FACTOR hasta que la señal de salida regrese a la misma posición que en el paso e). i) Asegure la perilla de CAL FACTOR. USANDO UNA FORMULA. El transductor conectado al 88058 opera a 2400Hz de excitación. El voltaje de salida del transductor es a 2400 Hz y es proporcional a la señal . Este voltaje es procesado por el 8805B y aparece a la salida de este como un voltaje de DC. El procedimiento se ilustra con el siguiente ejemplo. El transductor de presión

Hewlet Packard modelol,28OC, tiene una

sensibilidad de 4mV / V de excitación del transductor por cada 100 mmHg (4 mV / Vex / 100 mmHg). Se puede ver fácilmente que a 10 mV de señal / Vex serían igual a 250 mmHg de presión. Así como el dial de supresión de cero es igual a 0,25 mmHg. Un máximo normal de Supresión de Cero debería ser 200 mmHg y

así el de Cal Factor debería colocarse en 800.

y el interruptor CAL% FULL LOAD permite a estos controles fijar una cantidad de

mmHg, mmH20 o grados de temperatura para la sensibilidad de algún transductor . Este amplificador también cuenta con un circuito de eliminación de cuadratura automática que continuamente monitorea el componente de cuadratura de la señal amplificada del transductor y nulifica este efecto en la salida . Esta característica elimina el control de balance del panel frontal de un amplificador carrier normal. La respuesta en frecuencia del 88058 puede ser cambiado por un interruptor de cuatro posiciones (FILTER). La frecuencia superior es de 3 decibeles debajo 16 Hz en la posición AVG, 30Hz en la posición LOW, 225Hz en la posición MED y 850Hz en la posición HI. Un filtro armónico se encuentra instalado en este

amplificador y es utilizado con transductores Hewlet Packard , este reduce la frecuencia en la posición HI a aproximadamente 450 Hz. El filtro puede ser deshabilitado por la opción o removiendo un puente interno.

30

APÉNDICE c

CALIBRACIÓN DEL AMPLIFICADOR CARRIER MODELO 88058 Antes de registrar las primeras muestras, calibre el equipo siguiendo paso a paso el siguiente procedimiento: a) Asegúrese que la interconexión este completa . b) Cheque las uniones y las cajas de las interconexiones. c) Aplique potencia al sistema y encienda todos los switchs.

d) Coloque los controles como sigue: 1.- CALL% FULL LOAD -------------Off

2.- RANGO ________-_____________________ 200

3.-GANANCIA _________________________ 112 Rango 4.- POSIC16N __________________________ 1/2 Rango

5.-R. BAL. ______________________________ 1/2 Rango. 6.- FILTRO _____________________________ Alto; Medio; Bajo; AVG. Dependiendo del transductor . Medio, Bajo para transductores externos. 7.- SUPRESIÓN DE CERO ------------ Fuera. 8.- CAL FACTOR _______________________ Cualquiera .

9.- SUPRESIÓN DE CERO ------------ Cualquiera.

e) Conecte el transductor y asegúrese que no haya carga en el transductor. f) Determine los rangos de presión deseado.

g) Con el control de posición coloque el trazo del osciloscopio en el centro del monitor. h) Coloque el Switch CALL% FULL LOAD en use.

31

Lentamente coloque el switch de RANGO hasta 1 y en cada posición centre el haz con el control RBAL; una vez terminado asegure el control .

j) Conecte el Veri-CAI al transductor.

k) Simule una presión de 200 mmHg. I) Coloque el switch de RANGO en la posición indicada y con un desarmador ajuste el control de ganancia para colocar el haz en la posición correcta. m) Disminuya la presión suavemente hasta cero y ajuste nuevamente con el control de RBAL. Nota: La calibración y el balance del equipo deberá ser checado todos los días.

W

33

R1.- 10 KiR

C1.- 2200 pF a 25 V

R2.- 150 SZ

C2.- 0.1 pF a 100 V

R3.-5.6 KSZ

C3.- 0.01 pF a 100 V

R4.-5.6 Ksz

C4.- 100 pF a 250 V

R5.- 56 Kin

C5.- 2200 pF a 25 V

R7.- 1000

C6.- 2200 pF a 25 V

R8.- IOOQ

C7.- 2200 pF a 25 V

R9.- 4.7 KR

C8.- 2200 pF a 25 V

R10.- 5.6 KQ

C9.- 1000 pF a 25 V

R11.- 390R

Cl0.- 22 pF a 25 V

R12.- 5.6R

C l 1 . - 22 pF a 25 V

T I .- Transistor PNP (TIP 34)

C12 - 22 pF a 25 V

T2.- Transistor PNP (TIP 34)

C13.- 5 pF a 25 V

Reguladores de voltaje:

C14.- 0.1 pF a 100 V

a) 7818

C15.- 0.1 pF a 100 V

b) 7918

C16.- 0.1 pF a 100 V

c) 7812 d) 7912 e) 7805 El transformador tienen las siguiente características: relación 1 : 1.4 Alambre del No20.

El primario tiene 20 vueltas. Sobre el núcleo incluyendo la derivación central y una impedancia de 0.11 Ohms.

Los secundarios de las fuentes de +/ - 18 Volst y +/ - 12 Volts tienen 28 vueltas sobre el núcleo incluyendo la derivación central y una impedancia de 0.11 Ohms.

El secundario que sirve de referencia tiene 10 vueltas sobre el núcleo incluyendo la derivación central y una impedancia de 0.025 Ohms

34

Nota. Los rectificadores de salida fueron construidos con diodos de recuperación rápida a 2 Amperes. Todas las resistencias son a % Watt

BIBLIOGRAFiA

Manual de usuario del HP 88058. Manual de servicio del HP 8805C. Gran Enciclopedia Electrónica edic. Nueva Lente. España. Medical instrumentation.

J. Webster. 2a Edición. Editorial J.Wesley. Circuitos integrados lineales y amplificadores operacionales.

Robert F. Coughlin; Frederick F. Driscoll. 2a Edición.

Prentice Hall. 1987 México.

Teoría y servicio electrónico. Fuentes de alimentación reguladas y conm itadas en videograbado as. Ing. Leopoldo Parra; Felipe Orozco. Centro japonés de información electrónica. 1995 México.

Manual de Texas Instrument. Reguladores de voltaje. Volumen 3 de Circuitos Lineales 1989 Dallas Texas.

Avances en Coloproctología.

S. Lledó; J. V. Roig; M. Mínguez. Editorial JlMS S.A. 1990 Barcelona ,España.