monitoreo remoto de señales biomedicas a traves de una red lan
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1. SharpDevelop versi n 4 0 compatible con la DAQ y sus librer as se logra la programaci n necesaria para obtener el arreglo de datos de la se al an loga del coraz n estas a su vez ser n guardadas y publicadas para su posterior muestreo en base al servidor MySQL que en buena forma es amigable con el programa Presentaci n de datos en la PC ECG Tarjeta Electrocardi grafo DAQ NI prenne USB 6008 Driver A D Arreglo de 1000 muestras capturadas mediante SharpDevelop Servidor Web Lenguaje php Almacenamiento Servidor de base de datos NySQL x Procesamiento de la se al Monitoreo en red de PCs Distribuci n de la se al con retardo m nimo en http localhost ecg Figura 1 Diagrama Funcional del Sistema El desarrollo de este proyecto representa un esfuerzo en convertir se ales de electrocardi gratos anal gicos en digitales con s lo conectar un m dulo electr nico entre el electrocardi grato y el computador PC Por otra parte se adicion la posibilidad de manejo y almacenamiento de datos de la se al cardiaca en las computadoras monitoreadas El diagrama de la arquitectura completa del sistema implementado se puede observar en la Fig 1 I PRESENTACION DEL PROBLEMA Un electrocardi grafo com n tiene como prop sito visualizar la se al cardiaca de manera clara para un posterior an lisis m dico El proyecto presentado cumple con ese prop sito y adem s presenta el beneficio2. n se logr en dos etapas la primera etapa es mediante un amplificador operacional INA121 Tabla 1 Caracter sticas de Diferentes Biopotenciales 2 Clasificaci n Rango Frecuencial 0 2 200 Hz DC 100 Hz Electroretinograma ERG Electrooculograma EOG Electroencefalograma EEG 0 5 100 Hz Electromiograma EMG 0 01 500 Hz Electrocardiograma ECG 0 05 100 Hz Se observa del diagrama de bloques las diversas etapas b sicas que contiene el electrocardi grato en las cuales comienza donde se produce la captura y amplificaci n de la se al tambi n la realimentaci n para la eliminaci n de ruido separaci n de fuentes aislamiento de tierras para la protecci n de la persona filtrado de la se al cardiaca para eliminar los niveles de DC no deseados acondicionamiento de la se al para la digitalizaci n y transmisi n a la PC v a la tarjeta DAQ la se al se debe regular el rango de amplitud y el nivel de offset Esta etapa resulta ser muy importante ya que la se al ser ingresada a la tarjeta y deber tener una amplitud en el rango de 0 a 2Vadc se alen modo com n se al cardiaca Captura y Amplificaci n de se ales Realimentaci n Etapa de Amplificaci n INA121 Etapa de Filtrado se al de Salida Figura 2 Etapas del Electrocardi grafo El DAQ tiene un l mite de hasta 10 Khz de frecuencia no pudiendo pasar se ales de voz por ejemplo mediante el pin
3. a distance for immediate diagnosis The system consists of a main monitoring computer in which after converting the heart signal from analog to digital by a data acquisition board produces the capture processing storage and publication on this website to a network of computers under the MySQL system These computers were connected with the right doctor thus monitoring and evolution of the cardiac signal I INTRODUCCI N Existen una serie de se ales que han de ser supervisadas de forma constante o peri dica en los pacientes Las m s comunes son la se al de concentraci n de ox geno en la sangre presi n arterial la se al del coraz n etc El electrocardi grato es el registro de los potenciales recogidos en la superficie corporal originados por la actividad el ctrica del coraz n 1 En el proyecto se presenta una soluci n confiable a los problemas de an lisis a distancia en se ales card acas instalado en una sala de cuidados intensivos el paciente desde la comodidad de su hogar trabajo o centro de estudios contar con la respuesta r pida y efectiva del equipo m dico en servicio Ahorr ndose el tiempo que le tomar a en recibir atenci n en un establecimiento de salud en el centro de la ciudad Luego de la obtenci n de la se al cardiaca se procede a la conversi n en se al digital por la tarjeta de adquisici n de datos NI USB 6008 por una sola entrada an loga pin 16 Mediante el programa C
4. prueba del generador de funciones de 1 Hz simulando a la se al cardiaca se puede observar que la se al ingresa al computador por medio de la DAQ es procesado y luego mostrado en el diagrama final de la Fig 12 colocando tambi n la siguiente direcci n obtenemos solo el grafico de la se al a enviar http localhost ecgGraph Tarjeta de adquisici n D Ae 10 de datos DAQ Ae mts LLAM RELE TIRO TI IURA 1 LLO e j Mura 340 e i 1412084701437 AIEI N 448916137919706 Conexion de la PEE i 7904 datil Generador de Se ales se al de prueba i 4 161685404 11464 CPI EPA MAU EO PECI TO MAA NI E O ACTA Fr P 711984 ICAO 14 09 a AO A DY i 5 Mi 18148 M METE 1090941011444 Figura 11 Conexi n de una se al de prueba Figura 13 Se al del coraz n De la Fig 11 se observa los diferentes componentes con la que se realiz la transferencia de una se al cuadrada de prueba al sistema la se al de salida vista en la computadora principal se aprecia en la Fig 12 Finalmente se logra mostrar la se al del coraz n con su respectivo reporte de los datos de esta que no es m s que la separaci n en diversas muestras de la se al del coraz n original para que luego sean guardadas y enviadas hacia la red de ordenadores con un tiempo de retardo CEE CEET CONEA considerable de 5 segundos consigui ndose as el seguimiento y la evoluci n de la se al del paciente FuertesandEspinoza R ECG Taller 4 UR
5. 2 se logra la transferencia de la se al del coraz n hacia la computadora Con esto se termina la primera fase del proyecto cabe recordar que cualquier otra se al an loga de un generador de funciones com n puede tambi n suplantar a la transmisi n obteniendo el mismo resultado d ndose as la transferencia de la se al hacia la computadora Interfaz con la PC Para la recepci n en la PC se utiliz la tarjeta DAQ La frecuencia de muestreo fue de 1000Hz con esa trabajamos en SharpDevelop para la captura datos por la tarjeta DAQ Se cumple con el teorema de Nyquist ya que el rango de frecuencias de inter s est entre 0 05Hz y 100Hz tal como se puede observar en la Tabla 1 siendo la m nima frecuencia de muestreo para poder reconstruir la se al de 200Hz Para la digitalizaci n se utiliz el conversor A D de DAQ NI USB 6008 con una resoluci n de 12 bits esta es compatible para los programas LabVIEW LabWindows CVI and Measurement Studio para Visual Studio NET este ltimo programa es el que utilizaremos en C SharpDevelop PEPE AREA ISA Example program TdmsContAcgVoltagesamples IntCik Category Al EEES using System using System Drawing using 5ystem Collections using 5ystem ComponentModel using System Windows Forms using System Data Figura 3 Extracto del programa final Como se observa en la Fig 3 por medio de la siguiente librer a compatible con la ta
6. P 2011 1 a ECG Data 0y IV CONCLUSIONES En el presente proyecto se ha desarrollado un sistema de electrocardi grato con monitoreo en la red de internet Esta es una herramienta m dica que puede ser utilizada en centros m dicos dentro y fuera del pa s por la calidad de la se al resultante robustez y por la forma de diagnosticar las se ales card acas a trav s de procesamiento digital de se ales Figura 12 Se al de prueba vista en red La soluci n presentada representa una alternativa tecnol gica y posee toda la fortaleza como para Cambi ndola a http localhost ecgData que sea aplicada en las diversas cl nicas y obtenemos la se al con los datos muestreados hospitales de atenci n m dica que han sido guardados en el arreglo del primer programa tal como se muestra en la Fig 13 Los resultados experimentales demuestra la posibilidad de obtener una se al cardiaca limpia de ruido e interferencias para luego ser procesada y publicadas en la p gina web correspondiente Se realiz la conversi n de electrocardi grafos anal gicos en digitales con s lo conectar un m dulo electr nico entre el electrocardi grato y el computador Adicionando la posibilidad del manejo y almacenamiento de datos en el mismo PC y en las que est n en red La monitorizaci n de pacientes tiene tendencias actuales que van encaminadas hacia una mayor ubicuidad en los pacientes Las redes inal mbricas y la tel
7. REMOTE MONITORING OF BIOMEDICAL SIGNALS THROUGH A LAN NETWORK Ernesto Espinoza 2004121370 mail urp edu pe Armando Fuertes 2005108420 mail urp edu pe ASESOR Profesor Antonio Mor n amoran O mail urp edu pe Curso CE 1002 Taller de Electr nica IV Escuela Profesional de Ingenier a Electr nica Universidad Ricardo Palma RESUMEN En el presente trabajo se muestra el dise o de un sistema de obtenci n de la se al cardiaca por medio de un electrocardi grafo com n hacia una red de ordenadores con la posibilidad de transmisi n en tiempo real proporcionando al m dico los datos necesarios para su posterior monitoreo obteniendo una respuesta a distancia para diagn sticos inmediatos El sistema se compone de un computador principal de monitoreo en el cual tras convertir la se al del coraz n de anal gica a digital por medio de una tarjeta de adquisici n de datos produce la captura procesamiento almacenamiento y publicaci n en p gina web de estos hacia una red de ordenadores bajo el sistema MySQL Estas computadoras se encontrar n conectadas con la del m dico indicado logrando as el seguimiento y la evoluci n de la se al cardiaca ABSTRACT This paper shows the design of a system for obtaining cardiac output by means of an electrocardiograph common to a computer network with the possibility of transmission in real time providing the medical data necessary for subsequent monitoring obtaining a response at
8. de poder almacenar la se al cardiaca como un archivo de datos mediante un arreglo de estos para su an lisis y procesamiento digital con fines de autodiagn stico as como para enviar la se al a la Internet y poder compartir el archivo con distintas instituciones m dicas a nivel nacional e internacional Esto puede ayudar de manera significativa a cardi logos que est n perfeccion ndose en este campo as como a una atenci n adecuada desde cualquier parte del hemisferio sin gastar tiempo en ir a un centro de salud lejano ll DESCRIPCION DE LA SOLUCION Este subsistema se encarga de la captura de la biose al pas ndola a una se al el ctrica a trav s de los electrodos Se utilizan 3 sensores que se sit an en el t rax del paciente para generar diversas derivadas Las derivadas son combinaciones lineales de los potenciales captados por los electrodos Con un promedio de 60 latidos por minuto tomamos las muestras para un hercio 1 Hz con un tiempo de 1 segundo por cada latido como se observa en la Tabla 1 se presentan algunos valores t picos de los diferentes biopotenciales utilizados por un centro m dico En la Fig 2 se muestra el diagrama de bloques de las etapas empleadas para la transferencia de la se al del coraz n a la tarjeta de adquisici n Captura y amplificaci n de las se ales cardiacas La captura se realiz por medio de electrodos y cables apantallados para la reducci n del ruido La amplificaci
9. e MySQL tenemos que entender que SQL Structure Query Language Lenguaje de Consulta Estructurado es un lenguaje de programaci n para trabajar con base de datos relacionales como MySQL Oracle etc MySQL es un interpretador de SQL es un servidor de base de datos permite crear base de datos y tablas insertar datos modificarlos eliminarlos ordenarlos hacer consultas y realizar muchas operaciones etc resumiendo administrar bases de datos Es muy utilizado en aplicaciones web su popularidad como aplicaci n web est muy ligada a PHP que a menudo aparece en combinaci n con MySQL MySQL es una base de datos muy r pida en la lectura cuando utiliza el motor no transaccional MyISAM pero puede provocar problemas de integridad en entornos de alta concurrencia en la modificaci n En aplicaciones web hay baja concurrencia en la modificaci n de datos y en cambio el entorno es intensivo en lectura de datos lo que hace a MySQL ideal para este tipo de aplicaciones Sea cual sea el entorno en el que va a utilizar MySQL es importante adelantar monitoreos sobre el desempe o para detectar y corregir errores tanto de SQL como de programaci n Directivas de Configuraci n de MySQL e mysql allow persistent boolean Si permitir o no conexiones MySQL persistentes e mysal default_host string El servidor por defecto para utilizar cuando se conecte al servidor de bases de datos si no se especifica otro distinto e mysal defau
10. efon a m vil son clave para este desarrollo de tecnolog a V BIBLIOGRAFIA 1 Rosanna Tinoco Hernandez Margarita Paredes Bejarano Norman Romero Chaglia Miguel Yapur Electrocardi grafo por computadora Universidad de Texas Arlington USA 1986 2 Mckkee J J Evans N E Wallace D Sigma Delta analogue to digital converters for ECG signal acquisition IEEE Engineering in Medicine and Biology Society vol 1 p 19 20 1996 3 Miguel Angel Alvarez 2007 Julio 1 Disponible http www desarrolloweb com articulos xampp html 4 Manual de PHP gu a del usuario 5 Curso de Tutoriales Disponible en http www mysqlya com ar
11. guaje PHP O Servidor de base de datos MYSAL card aca Figura 4 Etapas del acondicionamiento y env o de la se al card aca Se al del coraz n envi ndose Tarjeta de Adquisici n de Datos DAQ Electrocardi grafo Y Electrodos Cable de conexi n a red LAN Figura 5 Partes del sistema de captura de la se al card aca Envio de la se al Una vez completado la programaci n en Sharpdevelop tendremos que programar con XAMP XAMPP es un servidor independiente de plataforma software libre que consiste principalmente en la base de datos MySQL el servidor web Apache y los int rpretes para lenguajes de script PHP y Perl El nombre proviene del acr nimo de X para cualquiera de los diferentes sistemas operativos Apache MySQL PHP Perl El programa est liberado bajo la licencia GNU y act a como un servidor web libre f cil de usar y capaz de interpretar p ginas din micas Actualmente XAMPP est disponible para Microsoft Windows GNU Linux Solaris y MacOS X Caracter sticas y requisitos Solamente requiere descargar y ejecutar un archivo zip tar o exe con unas peque as configuraciones en alguno de sus componentes que el servidor Web necesitar XAMPP se actualiza regularmente para incorporar las ltimas versiones de Apache MySQL PHP y Perl Tambi n incluye otros m dulos como OpenSSL y phpMyAdmin Para instalar XAMPP se requiere solamente una peque a fracci n del tiempo necesa
12. los m s importantes el documento ecgGraph php que contiene la grafica de la se al enviada que ser actualizada cada 5 segundos y ecgData php que contiene los puntos de la grafica segmentada y que a su vez son guardados y muestreados en la misma p gina Amplitude vs Samples Chart Auto scale chart Y APA a 11 11 2008 04 30 06 01 2010 09 25 a 10 12 2009 12 52 a 08 12 2009 08 35 a 06 01 2010 11 59 a 09 06 2011 07 11 10 06 2011 04 59 0701 2010 03 2 17 06 2011 11 25 17 06 2011 04 11 walidate js validate_wehiculomenor js conection php consulta3 php denegado php ecgData php ecg raph php o Tipo Archivo PHP fpdf php Tama o 2 31 KB index php Fecha de modificaci n 17 06 2011 04 1 login php 17 06 2011 08 52 a logout php 0701 2010 12 00 a main php 16 06 2011 10 21 24 08 2010 09 14 a 09 06 2011 07 00 28 01 2010 04 51 noaccess php nodbase php testfpdf php Figura 9 Listado de programas para la creaci n de la p gina web Los resultados finales de la p gina donde se publicar n las se ales a mostrar se observan en la Fig 10 Colocando la direcci n http localhost ecg se muestra la p gina acabada con nombre de Usuario Victor y Contrase a Victor se puede ingresar al sistema en red URP Ingenier a Electr nica Taller4 DaveWare ECG 2011 1 INGRESAR AL SISTEMA Usuario Contrase a Figura 10 Portada de la p gina web Colocando una se al de
13. lt_user string El nombre de usuario por defecto para utilizar cuando se conecta al servidor de base de datos si no se especifica otro e mysql max_links integer El n mero m ximo de conexiones de MySQL por proceso incluyendo las persistentes 5 Implementando estos algoritmos en lenguaje de programaci n se puede decir que el desarrollo del software esta completo Ill RESULTADOS Se realiz la conexi n como se observa en la Fig 5 para la captura de la se al card aca y se ales de prueba que fueran correspondientes para la verificaci n de la estructura completa de monitoreo con la tarjeta de adquisici n de datos se transforma la se al de an loga a digital mediante sus entradas en los 3 electrodos tal como se ve en la Fig 6 estos van conectados a distintas partes del cuerpo as se tendr que el electrodo izquierdo se colocar en la parte de arriba del pez n izquierdo el electrodo derecho en la parte de arriba del pez n derecho respectivamente y el electrodo com n se conectar en la parte del estern n lado izquierdo debajo del pez n izquierdo A partir del programa en SharpDevelop se arm el recuadro visto en la Fig 7 se muestra la se al de prueba y el reporte de datos de donde se ha fragmentado la onda y creado un arreglo de estos tambi n se genera una tabla con diversos botones que nos indica el rango el tipo de par metros y los resultados obtenidos Conexi n de la red LAN Electrodo iz
14. quierdo Tarjeta DAQ Electrodo com n Electrodo derecho Figura 6 Componentes del electrocardi grafo 1 ECG basado en DAQ USB NI6008 Par metros del Canal Resultados Informaci n Adquirida V Canal Fisico Dew 17ai0 Valor Minimo W 10 00 Dev tait 5418561357 M ximo Valor V 10 00 5 708487197 5 595873897 Par metros de Temporzaci n 5 423548020 5 753959776 Muestras por Canal 1000 5 585802789 5 851619006 5 854 365672 5 606250190 6 004821924 Frecuencia Hz 10000 00 Figura 7 Tabla final de resultados a partir de una se al de prueba La se al de prueba fue ruido originalmente como se observa en la siguiente Fig 8 que viene ser la se al adquirida por la tarjeta de adquisici n Test Panels NI USB 6008 Dev3 Analog Input Analog Output Digtal 1 0 Counter 1 0 0 46 0 47 0 48 0 49 05 0 51 0 52 0 53 0 54 0 55 0 56 0 57 0 58 3 84 Figura 8 Muestra la se al de prueba y sus componentes Lo que viene ser la pagina web su programaci n fue realizada por XAMPP de donde manda la base de datos a la p gina web http localhost ecg todos los programas que esta con la librer a php son generados en el programador XAMPP que har funcionar esta misma web Dando click al archivo ecg se podr observar los programas con los cuales se trabaj para el dise o de la pagina web siendo
15. rio para descargar y configurar los programas por separado Aplicaciones Oficialmente los dise adores de XAMPP s lo pretend an su uso como una herramienta de desarrollo para permitir a los dise adores de sitios webs y programadores testear su trabajo en sus propios ordenadores sin ning n acceso a Internet En la pr ctica sin embargo es utilizado actualmente como servidor de sitios Web ya que con algunas modificaciones es generalmente lo suficientemente seguro para serlo Con el paquete se incluye una herramienta que crea una conexi n entre una red de ordenadores 3 Lenguaje de programaci n PHP PHP PHP Hypertext Pre processor es un lenguaje de programaci n interpretado dise ado originalmente para la creaci n de p ginas web din micas Es usado principalmente en interpretaci n del lado del servidor Server side scripting pero actualmente puede ser utilizado desde una interfaz de l nea de comandos o en la creaci n de otros tipos de programas Quiz la caracter stica m s importante de PHP es su soporte para una gran diversidad de bases de datos escribir un interfaz v a web para una base de datos es una tarea simple con PHP 4 Las siguientes bases de datos est n soportadas actualmente Adabas D Ingres Oracle OCI7 and OCI8 dBase InterBase PostgreSQL Empress FrontBase Solid FilePro mSQL Sybase IBM DB2 MySQL Velocis Informix ODBC Unix dbm Servidor de base de datos MySQL Para hablar d
16. rjeta de adquisici n DAQ TdmsContAcqVoltageSamples_IntCik se logra trabajar con el lenguaje de programaci n Sharpdevelop SharpDevelop constituye un entorno de desarrollo integrado IDE en ingl s para aplicaciones NET Soporta el desarrollo de aplicaciones escritas en los lenguajes CH Visual Basic NET y Boo Esta herramienta de c digo abierto est elaborada en CA Proporciona todas las caracter sticas demandadas para un entorno de programaci n de Windows como el autocompletado de c digo plantillas de proyecto depurador integrado o dise ador de formularios SharpDevelop es compatible con Visual Studio Express y Visual Studio 2005 emplea el mismo tipo de formato para los ficheros de proyecto y c digo fuente Se trata de una fant stica interfaz de programaci n que constituye una alternativa seria a la herramienta por excelencia de Microsoft Dada la numerosa cantidad de l neas de c digo en el programa fue requerido simplificar En la Fig 4 se muestra en diagrama de bloques el proceso de la captura de la se al y su preparaci n para la publicaci n en la p gina web http llocalhost eco Se al del electrocardi grato Tarjeta DAQ NI USB 6008 5SharpDevelop V 4 Descompone la se al en un arreglo de muestras 5e modifica los par metros de temporizaci n y los par metros de canal Programa XAMP Env o hacia la base de datos a la p gina web Servidor WEB Len
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