HITO 1: PROBLEMÁTICA
HITO 4
4.1
Diseño electrónico de los componentes de la solución
Diseño electrónico y simulación del sensor EMG (Myoware)
Criterio para selección de valores
Para simular la función del sensor de Electromiografía de Superficie se usó un potenciómetro virtual. De acuerdo a estudios realizados para detectar crisis convulsivas a través de la electromiografía de superficie indican que el rango valores que arroja el sensor durante la convulsión tónico-clónica está entre 0.356 y 2.46 mV con una mediana de 1.16 mV [1]. Por ello, para la simulación se consideró que cuando el potenciómetro esté en este rango se evalúe si efectivamente está ocurriendo una crisis. Esto último se realiza mediante la comparación con los valores obtenidos por el acelerómetro.
Circuito para la simulación del sensor de EMG
En la Fig. 21 se simula la obtención y evaluación de los datos del sensor. Además, se muestra cuando estos valores están dentro del rango establecido y cuando no.
a)
b)
Figura 21. a) Led apagado cuando el valor del sensor no está en el rango establecido. b) Led encendido cuando el sensor arroja valores dentro del rango establecido. Elaboración propia.
En la Fig. 22 se muestra el código que nos permite obtener la señal del sensor Myoware simulada por un potenciómetro. Cabe resaltar que se hizo una conversión en las unidades para que estas estén en el orden de 10-4 V pues en este entorno de simulación todo valor entre cero y uno se considera nulo. Por otro lado, que el led esté prendido implica que se encuentra la lectura del sensor está en el rango establecido y se procede a comparar con los valores obtenidos por el acelerómetro.
Figura 22. Código para la obtención y evaluación de la señal EMG simulada por un potenciómetro. Elaboración propia
Diseño electrónico y simulación del acelerometro (ADXL335)
Criterio para selección de valores
Para simular la función del sensor de acelerometría se utilizó tres potenciómetros virtuales que representan los movimiento en las tres coordenadas. De acuerdo a estudios realizados para detectar crisis convulsivas a través de la acelerometría, se deben detectar los cambios bruscos, es decir, de gran amplitud y frecuencia, limitando los movimientos normales (continuos) y de reposo (sin cambio de coordenadas).
Circuito para la simulación del sensor
En la Fig. 23 se simula la obtención y evaluación de los datos del sensor. Además, se muestra cuando estos valores están dentro del rango establecido y cuando no. Este está determinado por la variable “atotal”.
Figura 23. Basado en resultados experimentales del sensor acelerómetro, se puede observar zonas de reposo, zonas rojas (zonas de cambio brusco) y zonas verdes (movimiento normal). [2]
Figura 24. Led apagado cuando el valor del sensor no está en el rango establecido (EMG y Acelerómetro).
Circuito general del dispositivo Thainy
En la figura 29 se muestran las conexiones y componentes del dispositivo a elaborar. Se usa un interruptor que regula la alimentación total. Así mismo, el divisor de voltaje sirve para obtener una señal analógica que se conecte al arduino y así siempre monitorear el nivel de batería restante. Las demás señales analógicas provienen del sensor Myoware y del acelerómetro. Por otro lado, se usan pines digitales para la barra de 10 leds que muestra el nivel de batería.
Figura 29. Esquema del circuito del dispositivo. Elaboración propia
4.2
Diseño del software de la aplicación
El dispositivo estará vinculado a la aplicación de Thayni para poder tener un registro de sus episodios convulsivos, alertar a sus contactos elegidos en caso de una crisis y monitorear el estado del usuario con epilepsia. El prototipo de la aplicación móvil está dividido en tres secciones: el usuario con epilepsia, el padre o la madre y el cuidador (profesional de salud).
Usuario con epilepsia
Al descargar la aplicación el usuario tendrá que otorgar permisos indispensables para el buen funcionamiento de la aplicación (figura 30), posterior a ello deberá registrarse con su correo electrónico e ingresar el código del dispositivo como contraseña (figura 31). Posteriormente, visualizará las opciones de la aplicación y realizará las configuraciones para contactar a tres personas en caso de una crisis convulsiva. Asimismo, podrá visualizar el reporte de sus episodios de convulsión de acuerdo a la semana y día, además se mostrará con mayor detalle la última crisis convulsiva (figura 32). Adicionalmente, se visualizará un mensaje para motivar al usuario en su día a día (figura 33).
Figura 30. Permisos necesarios para el funcionamiento de la aplicación. Elaboración propia
Figura 31. Primer ingreso y registro en la aplicación. Elaboración propia
Figura 32. Registro de los episodios de epilepsia del usuario. Elaboración propia
Figura 33. Mensaje para el usuario. Elaboración propia
Usuario madre/padre
La visualización de la aplicación para la madre o el padre es similar al del usuario con epilepsia; sin embargo, la principal diferencia es que el usuario madre/padre recibirá una notificación de alerta cuando el dispositivo haya detectado un episodio de convulsión, asimismo se mostrará un mensaje con la ubicación en tiempo real.
Figura 34. Notificación de alerta, mensaje de alerta y ubicación del usuario durante su episodio de epilepsia. Elaboración propia
Usuario cuidador
La visualización de la aplicación para el cuidador es similar al del usuario con epilepsia y al del usuario madre/padre; sin embargo, la principal diferencia es que el usuario cuidador, además de recibir la notificación de alerta y ubicación, también podrá recibir información detallada de la convulsión para poder tener un registro de monitoreo del estado de salud del paciente con epilepsia, ya que el usuario cuidador es un profesional de la salud.
Figura 35. Notificación de alerta, mensaje de alerta y reporte del usuario. Elaboración propia
Problem Statement
4.3
Diseño mecánico del prototipo
Para este proyecto, se hizo un diseño 3D mediante la aplicación Inventor professional 2021 bajo licencia estudiantil. Las dimensiones, peso y diseño cumplen con los requerimientos propuestos en un inicio. Se adjunta un mapa con las medidas más importantes en mm.
Figura 36. Mapa del prototipo con medidas (mm).
4.4
Propuesta de protocolo de uso
Con la finalidad de brindar una calidad de servicio y seguridad óptimos para con el usuario, se deben tener ciertas consideraciones fundamentadas en pruebas previamente ya establecidas y recomendadas por la EBME ( sitio web para profesionales de ingeniería biomédica y clínica ).Esto es debido a que el dispositivo brindado hace uso de circuitos eléctricos incorporados lo cual mediante ciertas pruebas o testeos aseguran un mínimo riesgo durante el uso del dispositivo a lo largo del tiempo, dentro de las pruebas tenemos la prueba IEC 60601-1 (segunda edición), cláusula 17 , la prueba DB9801 y la prueba HEI 95 . Por otra parte, es imperativo que la tecnología e información recopiladas estén protegidas contra ataques cibernéticos, ya que una mala manipulación de esta podría producir consecuencias adversas para la salud física y mental del paciente [3]. Por eso presentamos un protocolo de uso para la persona que adquiera este dispositivo.