Diseño e implementación de un pulsioxímetro reflexivo y estudio de su funcionamiento en diferentes zonas del cuerpo

Abstract

A día de hoy, las enfermedades cardiovasculares son la principal causa de muerte en todo el mundo. La Organización Mundial de la Salud, OMS, calculó que en 2015, último año en el que se han publicado datos, murieron 17,7 millones de personas por enfermedades cardiovasculares, lo que representa un 31% de todas las muertes que se registraron en el mundo durante ese año. La prevención juega un papel importante en el tratamiento de estas enfermedades, medida que pasa por seguir hábitos de vida saludables y controlar los signos vitales del paciente, en algunos casos mediante una monitorización continua. Dos de los signos vitales que proporcionan mayor información sobre el estado de salud de una persona son el ritmo cardíaco y la satuación de oxígeno en sangre. Estos dos parámetros se evalúan utilizando un dispositivo electrónico llamado pulsioxímetro. Los pulsioxímetros más extendidos tienen forma de pinza, se colocan en el dedo y operan mediante la transmisión de luz de un punto a otro del dedo. Sin embargo, la realización de tareas cotidianas puede resultar complicada si se tiene colocado este pulsioxímetro de pinza en uno de los dedos continuamente; por esta razón en este trabajo se estudia un método alternativo menos intrusivo. Para dar respuesta a esta necesidad se ha realizado el diseño e implementación de un pulsioxímetro basado en técnicas de reflexión de luz, en lugar de transmisión. En primer lugar, se ha diseñado un prototipo de pulsioxímetro reflexivo, y para ello se ha elegido el sensor MAX30102 de Maxim Integrated y un microprocesador Arduino Nano. Con este hardware junto al código necesario se obtiene una señal que se analiza en Matlab. El método reflexivo a diferencia del de transmisión no está limitado a partes periféricas del cuerpo en las que el emisor está en un lado y el receptor en el otro, por lo que el número de zonas en las que se pueden medir los parámetros de pulso y saturación de oxígeno a priori es mucho mayor. Este hecho hace necesario seleccionar, de todas las zonas posibles en las que se podrían tomar medidas, aquellas en las que el sensor obtiene una calidad de señal lo suficientemente buena como para ser procesada. Una vez que se han elegido las zonas en las que se va a procesar la señal, se han tomado diferentes medidas en cada una de estas zonas en tres voluntarios varones de edades diferentes y se ha comprobado el comportamiento del sistema respecto a un pulsioxímetro comercial. Además, se han empleado dos métodos diferentes de procesamiento para el cálculo de la frecuencia cardíaca y la saturación de oxígeno con el fin de evaluar cuál de ellos funciona mejor en cada una de las zonas del cuerpo seleccionadas.

According to the World Health Organization, the leading cause of human death in the world are cardiovascular diseases. In 2015, 17,7 million people died for this reason, this figure represents 31% of all deaths that were registered in the world that year. Prevention has an important role in the treatement of these diseases, this prevention is usually accomplished by following healthy habits and controlling the vital signs of the patient. In some of these patients a continuous control of these vital sings can be needed. Two of the vital signs that give more information about a patient’s health state are the beats per minute and the blood oxygen saturation. These two parameters are measured by an electronic device called pulse oximeter. The most common pulse oximeter has the form of clamp and is placed on one finger. They work by light transmission from one point of the finger to another so the light can cross the finger. In daily life this kind of pulse oximeter can be intrusive and might be hard to do daily activities wearing it. These are the reasons why in this project a less intrusive method is studied. First of all, a prototype of a pulse oximeter that works using a reflexive method has been designed and implemented. This prototype is formed by the MAX30102 sensor by Maxim Integrated and an Arduino Nano microprocessor. This hardware works with Matlab code and can receive a signal that will be processed later. Unlike the transmission method, the reflexive method is not limited to periferic parts, so the number of places that the parameters of beats per minute and oxygen saturation can be measured is much bigger. Because of this, a selection of all the places that could be measured in theory is made by the quality of the signal obtained in these places, this signal must be good enough to be processed. Once we have the places where the signal is going to be analised, several measurements are acquired with three volunteers of different ages. These measurements are taken to evaluate how good or bad is the sensor working compared to a comercial pulse oximeter. Besides, two different methods were used for calculing beats per minute and oxygen saturation so that we can evaluate which method works better in each part of the body.