1 “Módulo electrónico para la adquisición de datos de temperatura de la piel Neonatal” Ana Cecilia Moreno Álamo, Bach. Jesús Zegarra Flores, Msc. Luis Vilcahuamán Cajacuri amorenoa@pucp.edu.pe Resumen— A pesar del avance tecnológico existen serias deficiencias tanto en cantidad como en calidad de equipos para la atención de salud de los recién nacidos de alto riesgo, debido a que "la mayoría de nuestros hospitales no cuentan con tecnología adecuada para resolver problemas de extrema gravedad como la inmadurez” En el caso particular del Perú, esta deficiencia coadyuva en la alta tasa de mortalidad infantil (33 por mil nacidos vivos) de los cuales los neonatos constituyen aproximadamente los dos tercios del total. Uno de los problemas primordiales del recién nacido, es la facilidad que éstos tienen para enfriarse. El hecho es especialmente llamativo en los niños prematuros y de bajo peso. A comienzos del siglo XX se observó que los prematuros de menos de 1500 gramos que se enfriaban tenían una mortalidad significativamente alta. Un proyecto como el que presentamos a continuación permite la medición confiable, segura y continua de la temperatura de la piel del neonato, cumple los estándares internacionales dados para éste equipo, posee un alto aislamiento eléctrico que permite una seguridad plena para el recién nacido en la toma de temperatura, además posee un sistema de respaldo de suministro eléctrico el cuál al detectar la falta del suministro eléctrico AC, automáticamente accionará una batería que permitirá el funcionamiento continuo del equipo. La principal ventaja de esta solución consiste en su bajo costo de implementación, posee una interfase intuitiva incluso para usuarios con poca experiencia en el manejo de equipos, además si se desea monitorear históricamente la temperatura, esto será posible por medio de un software desarrollado en Visual Basic, que se puede instalar en una infraestructura ya creada (computadora). Todo ello le permite concentrarse en prestar un mejor servicio al recién nacido y reducir significativamente el riesgo de mortalidad infantil. Palabras clave— Medición, Temperatura, Aislamiento eléctrico. I. INTRODUCCIÓN U NO de los problemas primordiales del recién nacido, es la facilidad que éstos tienen para enfriarse. El hecho es especialmente llamativo en los niños prematuros y de bajo peso. A comienzos del siglo XX se observó que los prematuros de menos de 1500 gramos que se enfriaban tenían una mortalidad significativamente alta. El desarrollo de este sistema permite la medición confiable, segura y continua de la temperatura de la piel del neonato, cumple los estándares internacionales dados para éste equipo, posee un alto aislamiento eléctrico que permitirá una seguridad plena para el recién nacido en la toma de temperatura, posee un sistema de respaldo de suministro eléctrico, lo que permitirá su funcionamiento continuo. A continuación damos a conocer con mayor claridad las aplicaciones de este equipo portátil: • Tendrá aplicación directa en bebés o niños que tienen alguna enfermedad que involucra alguna alteración en su temperatura corporal (Por Ejm: Neumonía, infecciones, insuficiencia de termorregulación, etc.) • Para dar a conocer al médico o al usuario, la evolución histórica de la temperatura del recién nacido o del niño, a través de un entorno de monitoreo. • Para una comunicación con otros subsistemas que permitan trabajar en conjunto para solucionar problemas de salud del recién nacido (Ejm. Una incubadora) II. TEORÍA La termorregulación es la capacidad es la expresión de un equilibrio entre la producción de calor y la perdida de calor. El recién nacido, y especialmente el prematuro, tiene mayor facilidad para enfriarse, debido a que el recién nacido tiene mayores perdidas de calor o menor capacidad de aumentar la producción de calor en ambientes fríos o una combinación de ambas cosas.[1] Causas de pérdida de calor del recién nacido: Alta relación de superficie/volumen Menor aislamiento cutáneo Control vasomotor Postura corporal. Existe una producción de calor en el recién nacido que es metabolismo basal, la actividad y la llamada acción térmica de los alimentos. Esta es la llamada "termogénesis no termorreguladora".[1][11] Cuado las pérdidas de calor superan esta forma de producción de calor el organismo responde con mecanismos que disminuyen las perdidas (postura y vasoconstricción) y con una forma de producción de calor que es una respuesta específica a los ambientes fríos. Esta es la "termogénesis termorreguladora". [1][11] III. METODOLOGÍA 2 El equipo consiste en el desarrollo y la implementación los siguientes módulos: MÓDULO DE ADQUISICIÓN DE DATOS DE TEMPERATURA DE LA PIEL NEONATAL Este se subdivide en las siguientes etapas: a) Adquisición de señal de Temperatura de la piel neonatal. b) Suministro eléctrico de alto aislamiento. c) Supervisor de batería de respaldo. Fig. 1: Diagrama de bloques de la señal de temperatura de la piel MÓDULO DE VISUALIZACIÓN 1. Módulo de adquisición de datos de temperatura de la piel neonatal Este módulo se encarga de medir las señal de temperatura de la piel del recién nacido [2]. Consta de un sensor, circuitos electrónicos de acondicionamiento analógico (amplificadores de instrumentación, filtros analógicos), una etapa de conversión análoga digital, adquisición de datos e interfaz digital con el puerto serial de una computadora. Las características del Módulo electrónico son: 1 sensor de temperatura, cuyo rango de medición varía entre 0°C y 50°C, exactitud e intercambiabilidad del sensor +/0.1oC, tiempo de respuesta del sensor 0.3 segundos [3] y resolución de 12 bits. Se consideró estrictamente el cumplimiento de los siguientes estándares internacionales: La temperatura es medida en el rango de 15 a 45°C usando el sensor 427 de Yellow Spring Instruments cuya fabricación está hecha en base a un termistor. El termistor con una resistencia de rango de 984.2 ohmios a 3539 ohmios está conectado con la realimentación del amplificador X1B. La señal de referencia de 1.235 Voltios es alimentado por una referencia de voltaje V1 a través de la resistencia de precisión R1. Los diodos A2 y A3 son limitadores de corriente que actúan en caso de producirse algún cortocircuito en el amplificador. La etapa de amplificación, está conformada básicamente por el integrado AD706 el cual es un amplificador dual, de bajo consumo de potencia (750 uA), y conformados por amplificadores operacionales bipolares que tienen una entrada de corriente de “bias” de un amplificador JFET. Las resistencias R3=100, R4=100 y un condensador C7=0.1u. conforman un filtro pasa bajos. (Ver figura 2) Tabla I Características eléctricas del sensor Para sensar las temperaturas se utiliza el sensor de temperatura YSI427 (Yellow Spring Instruments) que consiste en un termistor NTC (Coeficiente negativo de temperatura), semiconductores que varían su resistencia en función del calor (temperatura) del medio en el cual se encuentran. La variación Resistencia vs. Temperatura es aproximadamente lineal, en el rango de 15ºC a 45ºC. (Ecuación de conversión más simple de calcular). a) Adquisición de señal de Temperatura de la piel neonatal: Para un mejor entendimiento se empleará el diagrama de bloques de la figura 1: Fig. 2: Diseño de etapa de amplificación y limitación de corriente El optoacoplador tiene un LED y dos sensores fotodiodos y trabaja en un modo servo con dos amplificadores operacionales. La función primordial de este optoacoplador lineal es el aislamiento de la etapa uno (Próxima a recién nacido), con la etapa dos conformada por: etapa de filtrado, conversión análoga-digital y procesamiento de datos. Ver: figura 4. Esto se diseñó para brindar SEGURIDAD TOTAL al recién nacido, debido a que la unión de éstas etapas consumiría 4ma. (Este diseño garantiza la seguridad total del bebé, ante alguna remota falla en la etapa 2). 3 Con éste diseño la etapa 1 consume menos de 1mA. de corriente y la etapa 2 consumirá 2.25mA. El filtrado y la conversión análoga-digital se realiza por medio del integrado ADS1110, este integrado contiene un filtro digital que atenúa las altas frecuencias de ruido, y su frecuencia de corte es de 10Hz, y para la conversión analógica digital se configura en modo de trabajo de 12 bits. La señal convertida será transmite a través del protocolo I2C al microcontrolador ATTINY45V, el cuál procesa la señal para luego ser mostrada al usuario. b) Suministro eléctrico de alto aislamiento Para un mejor entendimiento de lo que es el suministro eléctrico de alto aislamiento, presentamos el siguiente diagrama de bloques: conversor DC/DC (MAX 1864) con el cual se podrá entregar +5v / gnd2 con una corriente de salida de hasta 1A. y +5v / gnd1 con una corriente de salida de hasta 100mA, los cuales permitirán el funcionamiento continuo del módulo. (Etapa amplificadora: Funciona correctamente con una alimentación de +5v / gnd1). IV. RESULTADOS La ecuación de la conversión de la señal, la cual está determinada por el sensor mismo, por la ecuación de la ganancia del amplificador diferencial, por la etapa de optoaislamiento lineal (el cual no altera la ganancia del amplificador), es la siguiente: T = -14.643 * V + 72.29 (1) R = 0.992 (2) TEMPERATURA (°C) Temperatura Vs. Voltaje Fig.3: Diagrama de bloques del sistema de suministro eléctrico aislado Este suministro eléctrico está diseñado para cumplir los requerimientos de un aislamiento eléctrico mínimo de 1500V[11], primero se convierte el voltaje de 220Vac a un voltaje que puede variar en el rango de 40VAC a 115VAC , esto es debido a que el CONTROL PWM necesita ser alimentado con 36 Vdc., la función del CONTROL PWM es detectar las sobrecargas que pueda ocurrir en el circuito, por lo que ante un incremento en el potencial que entrega la red eléctrica el CONTROL PWM deja de enviar los impulsos de salida que permite funcionar al transformador de aislamiento, por lo que no se entregaría suministro eléctrico al módulo de adquisición de datos. Entre una de las características del Transformador aislado es que posee un alto voltaje aislamiento (3750VDC), y en el secundario tiene 2 referencias, los cuál fue muy necesario para el diseño del módulo de adquisición de datos de temperatura de la piel neonatal. Temp = -14.643(voltaje) + 72.29 R2 = 0.9843 50 40 30 Serie1 20 Lineal (Serie1) 10 0 1.5 3.5 VOLTAJE DE ENTRADA AL FILTRO DIGITAL(V) Fig.4: Gráfico de temperatura vs. Voltaje V. CONCLUSIONES El prototipo posee buena repetabilidad ante las pruebas realizadas. La distribución de energía se dará de la siguiente manera: Estudios como este permiten una mejora tecnológica del país y del sector salud para la atención de los recién nacidos. Además, su fácil interface permite que los usuarios de poca experiencia puedan aprender fácilmente su manejo. Finalmente el costo de implementación no es elevado lo que permite la accesibilidad de desarrollo en el país. Suministro 1: VDD=+5V / VEE= - 5V / GND2; cuya corriente de salida máxima es de hasta 200mA (Figura 6), suministran energía a la etapa 1(Figura 4) AGRADECIMIENTOS Suministro 2: VCC=5V y GND1; cuya corriente de salida máxima es de hasta 1A. (Figura 6) suministran energía a la etapa 2 (Figura 4). c) Supervisor de batería de respaldo Para garantizar que el equipo funcione continuamente se empleó el integrado Tps3610, el cual en caso de que no se disponga del suministro eléctrico AC, éste acciona una batería la cuál entregara un voltaje continuo de 5V y una referencia (GND 0); pero luego éste voltaje pasará por un Los agradecimientos especiales para el profesor Msc. Bruno Castillón, y para la profesora Msc. Rocío Callupe. REFERENCIAS [1] [2] [3] [4] [5] [6] Dr. Ventura Juncá Patricio ,”La termorregulación” Commission Electrotechnique Internationale)Norma Internacional IEC601-2-19:19 YSI http://www.ysi.com/temperature.htm Commission Electrotechnique Internationale) Norma Internacional Norma IEC601-2-19. 54.101 Commission Electrotechnique Internationale) Norma Internacional Norma IEC601-2-19. 50.104 (Commission Electrotechnique Internationale)Norma Internacional IEC601-2-19:15 4 [7] [8] [9] [10] [11] [12] [13] [14] [15] (Commission Electrotechnique Internationale)Norma Internacional IEC601-2-19:17 (Commission Electrotechnique Internationale)Norma Internacional IEC601-2-19:19 Real Academia Española. http://www.rae.es/ Denegri J, Ludmir A.Ginecología y Obstetricia: Mortalidad Perinatal. Sección I, Capítulo 14, Tema 52. CONCYTEC. Primera Edición. Lima, Perú. 1996. Fuentes M.Factores de Riesgo Asociados a Mortalidad Neonatal, en un hospital de Chiapas. México. Reproducao & Climaterio. 2001; 16:(1). Dres. Ticona M, Huanco D, Gonzales J,et al. Mortalidad Perinatal: Estudio Colaborativo Institucional Hospitales del Sur del Perú – 2000. Revista DIAGNÓSTICO, Enero - Febrero 2004; 43 (1). URL disponible en: Instituto Nacional de Estadística e Informática.Encuesta Nacional de Demografía y Salud 2000. Lima, 2001. Cervantes R., Muerte Materna y Muerte Perinatal en los Hospitales del Perú. Ministerio de Salud y la Sociedad Peruana de GinecoObstetricia. 1988. Instituto Peruano de Seguridad Social.Principales Indicadores de la Atención Perinatal. Lima, 1998.