Fotopletismografia



























Autores:

Carlos Benalcazar
Edison Carpio
Adriano Gionannini

Dirigido por:
Yiyao Ye Lin
Fco. Javier García Casado
Enrique Guijarro Estellés
Índice

1. Breve descripción del trabajo. Objetivos. 1
2. Principales características del sensor/señal a instrumentar 1
3. Diseño del circuito de acondicionamiento de señal 33.1. Descripción del circuito 3
3.2. Diseño de componentes 4
4. Circuito de aplicación 6
5. Resultados 6
6. Conclusiones 8
7. Bibliografía (Libros, catálogos, revistas, URL’s….) 8


1. Breve descripción del trabajo. Objetivos.

El presente trabajo tiene como objetivo la implementación y el manejo de un dispositivo de monitoreo del pulso cardiaco basado en la técnica de lafotopletismografía (PPG). La fotopletismografía consiste en utilizar una fuente de luz emisora y un fotoreceptor para determinar la cantidad de luz reflejada o transmitida sobre una parte de la piel, la cual va a depender de la cantidad de sangre que circula por los vasos sanguíneos. A partir de esta señal medida se podrá estimar un valor de frecuencia cardiaca.

Para la implementación del dispositivo setoma como fuente emisora un diodo led cuya luz es detectada por el fotodiodo receptor situado en la cara opuesta, de tal forma que el dedo del paciente queda entre ambos elementos. Para el acondicionamiento de la señal proveniente del fotoreceptor se utilizan diferentes etapas: acoplamiento de impedancias, filtrado y amplificación.

Al final, la señal de salida contendrá frecuencias en el rangode 0.3 y 30 Hz de manera que no se alteren las componentes de la misma, mientras que la amplitud se presentará con una ganancia igual o mayor a 100 veces la amplitud de la señal de entrada. La forma de onda de las pulsaciones de la señal se visualizará junto con los parámetros de frecuencia y amplitud en la pantalla del osciloscopio para diferentes situaciones.

2. Principales característicasdel sensor/señal a instrumentar

Debido a que el volumen de sangre bombeado hacia las arterias varía con el transcurso de los ciclos cardiacos, la fotopletismografía aprovecha esta característica para determinar el pulso cardiaco. La fuente emisora (diodo let rojo HLMP-EG08-WZ00) emite una luz roja a 635nm sobre una zona de la piel y al ser esta recibida por el fotoreceptor (TSL251) permiteobservar una señal que varía en relación con el volumen de la sangre arterial. Esta señal obtenida tiene dos componentes: componente continua (dc) y alterna (ac). La amplitud de la señal ac que contiene la información sobre el ritmo cardiaco variará del 1 al 2% del valor de la componente continua (alrededor de 1mV), mientras que su ancho de banda se encuentra en el rango de 1 a 3Hz dependiendo de lafrecuencia cardiaca (FC), la cual puede variar desde un estado en reposo 60ppm hasta un estado de actividad física dado por FC = 220 - edad1.
Para la fuente emisora se utiliza una alimentación de 5V y una resistencia de protección en serie de 150Ω que se determina a partir de los parámetros característicos del diodo utilizado (VF = 1.90V y IF = 20mA) 2. Ver Figura 1.

 Valor comercialFigura 1. Fuente emisora

Para el fotoreceptor la alimentación es la misma 5V. Su función consiste en convertir la energía óptica de la luz en energía eléctrica (transductor), para ello consta de un fotodiodo y un amplificador de transimpedancia (convertidor de corriente a voltaje). Cuando un haz de luz con energía suficiente incide sobre el fotodiodo (unión PN) excita a un electrón dándolemovimiento y creando un hueco (par electrón-hueco). Mientras más pares electrón-hueco se produzcan, la corriente que circula por el fotodiodo polarizado de manera inversa aumentará, de esta forma se plantea una relación entre la intensidad de la luz incidente y la corriente que circula por el fotodiodo. Una vez que se obtiene la corriente, ésta es convertida en una señal de voltaje a través del...