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TECNOLQ(jlCO
DE MONTE:RREY
Instituto Tecnológico y de Estudios Sup1eriores de Monterrey
Campus Ciudad de Méi~ico
División de Ingeniería y Arquitectura
Departamento de Ingeniería Eléctrica y .Electrónica
Ingeniería en Electrónica y Comunicaciones
Bioimpedanciónnetro
Autores:
Aldo Castellanos Gordillo
Osear Fuentes Sánchez
Raymundo Rodríguez García de León
Eduardo González Arellano
Profesor:
Dr. Jorge Brieva
Asesores:
lng. Jesús Mejía
lng. Luis Montesinos
M. en C. José Castillo
TECNOLÓGICO
DE MONTERREY•
México DF a 2 de diciembre de 2005.
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Indice
1 . Problemática
2. Objetivos
3. Marco teórico
3.1 Conceptos y definiciones
3.1.1 Composición de la célula
3.1.2 Cantidad total de agua en el cuerpo y cantidad de tejido magro
3.1.3 Diálisis y Hemodiálisis
3.2 ¿Cómo se mide la impedancia?
3.2.1 Modelos sencillos
3.2.2Modelos del cuerpo asociados con la impedancia
3.3 Seguridad sistema - paciente
3.3.1 Frecuencia
4. Sistema propuesto
4.1 Etapa Electrónica
4.1.1 Generador de funciones XR2206
4.1.2 Convertidor voltaje-corriente
4.1.3 Amplificador de Instrumentación
4.1.4 Filtrado
4.1.5 Convertidor de precisión CA - CD
4.1.6 Amplificador sumador inversor
4.1. 7 Sistema electrónico completo
4.1.8 Sistema de alimentación
4.2 Etapa Digital
4.2.1 Justificación de la utilización de un DSP familia C2000 de Texas
lnstruments (TMS320 F2808)
4.2.2 Digitalización
5. Método de Piccoli
5.1 Desarrollo y pruebas de interfaz
6. Resultados y pruebas
6.1 Interpretación de resultados con el método de Piccoli
7. Conclusiones y perspectivas
Anexo 1: Programa DSP
Anexo 2: Programa Piccoli
Bibliografía
Bioimpedanciómetro
Índice
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Índice de figuras y tablas
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Indice de figuras y· tablas
Figura 1: Posicionamiento de los electrodos, análisis de bioimpe·dancia eléctrica de fluidos y
composición corporal.
Figura 2: Diagrama de bloques ejemplificando como se realiza la hemodiálisis.
Figura 3: Diagrama general del riñón.
Figura 4: Ejemplo del modelo eléctrico de un segmento del cuerpo.
Figura 5: Toma de medida de impedancia en cuatro terminales.
Figura 6: Modelo alterno del circuito.
Figura 7: Maneras alternas de colocar los electrodos.
Figura 8: Medidas típicas obtenidas.
Figura 9: Ejemplificación gráfica de corrientes.
Figura 1 O: Gráfica de las frecuencias en la corriente aplicada al cuerpo.
Figura 11: Diagrama general del funcionamiento del sistema.
Figura 12: Multiplexor analógico CD4051 B.
Figura 13: Diagrama de funcionamiento de XR2206.
Figura 14: Convertidor voltaje-corriente.
Figura 15: Amplificador de instrumentación.
Figura 16: Función de transferencia del amplificador de instrum•~ntación.
Figura 17: Filtro pasa-bajas de segundo orden.
Figura 18: Convertidor CA-CD.
Figura 19: Amplificador sumador inversor.
Figura 20: Esquema de la etapa electrónica completa.
Figura 21: Forma de alimentar el sistema.
Figura 22: Regulador de voltaje 79XX.
Figura 23: Modulo DSP.
Figura 24: Sistema del ADC.
Figura 25: Selección del canal a digitalizar.
Figura 26: Señal digitalizada.
Figura 27: Caracterización del defasamiento.
Figura 28: Ejemplo de gráfico vectorial según Piccoli.
Figura 29: Ejemplificación de gráficas de Piccoli.
Figura 30: Ejemplo de elipses de confidencia de distintas poblaciones.
Figura 31: Interfaz gráfica para seleccionar genero.
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Índice de figuras y tablas
Figura 32: Interfaz para graficar punto (hombres).
Figura 33: Interfaz para graficar punto (mujeres).
Figura 34: Generación de frecuencia a 1 kHz.
Figura 35: Generación de frecuencia a 5kHz.
Figura 36: Generación de frecuencia a 1 OkHz.
Figura 37: Generación de frecuencia a 50kHz.
Figura 38: Generación de frecuencia a 1 OOkHz.
Figura 39: Generación de frecuencia a 225kHz.
Figura 40: Simulación P-Spice convertidor voltaje corriente.
Figura 41: Simulación en P-Spice amplificador de instrumentación.
Figura 42: Respuesta del amplificador de instrumentación en osciloscopio.
Figura 43: Filtro pasabalas a 50kHz.
Figura 44: Filtro pasabalas a 225kHz.
Figura 45: Convertidor CA-CD simulado P-Spice.
Figura 46: Convertidor CA-CD osciloscopio.
Figura 47: Caracterización de la resistencia.
Figura 48: Ejemplo de cambios en los vectores según Piccoli.
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Figura 49: Representación gráfica de los valores de resistencia y reactancia basado en vectores
de impedancia bioeléctrica. 48
Tabla 1: Valores de corriente y efectos sobre el cuerpo humano.
Tabla 2: Valores de resistencia acorde a la frecuencia de operación.
Tabla 3: Tabla de verdad del multiplexor analógico.
Tabla 4: Variables que incluyen las ecuaciones de predicción.
Tabla 5: Ejemplo de poblaciones normales según Piccoli.
Tabla 6: Caracterización de la resistencia.
Tabla 7: Indicaciones para la medición correcta del bioimpedianciómetro.
Bioimpedanciómetro
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Problemática
1. Problemática
El sistema renal es el encargado de eliminar las sustancias de desecho, resultado del proceso de
absorción de nutrientes; además, brinda equilibrio hidroelectrolítico, regula la presión arterial y
produce hormonas para la formación de hueso y glóbulos rojos. Su colapso deriva en situaciones
críticas para el individuo, pues además de la acumulación de sustancias altamente tóxicas para la
salud, altera la producción de glóbulos rojos, el metabolismo dE~ los huesos y la correcta nutrición.
Tras el colapso o mal funcionamiento de los riñones, el individuo requiere de tratamientos que
sustituyan el funcionamiento de estos órganos e impidan un fallo permanente como lo es, la
insuficiencia renal.
Uno de los tratamientos más conocidos pero también más drásticos que sustituyen la
función del riñón, es la diálisis. Este método, pese a que permite la limpieza de la sangre, tiene el
problema de ser invasivo -es decir, agresivo para el paciente-, molesto, desgastante y altamente
doloroso. Además, aunado al proceso de diálisis peritoneal se i:mcuentran otros métodos como la
hemodiálisis, utilizada para enfermos con problemas hepáticos como es el síndrome hepato renal y
también por personas cuya insuficiencia renal es total, tratamientos que si bien son necesarios,
pueden desencadenar otros problemas a largo plazo. Así, estos métodos invasivos desgastan el
metabolismo y su uso excesivo puede ser nocivo para c1quellos que se encuentran bajo
tratamiento, provocando así, desnutrición.
Por otro lado, el sobrepeso y la obesidad ocupan, cada vez más, una preocupación central
en la salud de la población; sin embargo, este factor no es el parámetro ideal para determinar el
estatus nutricional de los individuos. En este sentido, se requiere tener mayor conocimiento sobre
grasa, masa muscular, masa intracelular, y sobretodo, y más importante aún, saber el grado de
depleción entre los componentes. Es sólo a través de esta forma, en que se pueden conocer los
parámetros nutricionales reales en los que el paciente se encuentra. Sin embargo, la mayoría de
los estudios que revelan dichos datos, no son integrales, y peor aún, su costo es excesivo para la
media poblacional.
Todos estos factores -los problemas renales y hepáticos-, hacen imperante el desarrollo de
métodos más prácticos y funcionales para los pacientes, pero más aún, es necesaria la
elaboración de un sistema que, pensando en el pleno desarrollo humano, permita la integridad
física y anímica de quienes lo requieren.
Ante esta situación, nosotros por parte del Instituto Tecnológico y de Estudios Superiores
de Monterrey en conjuntocon el Instituto Nacional de Nutrición Salvador Zubirán, construiremos un
sistema que a través del uso de la bioimpedancia de tejidos, permita determinar variables
adecuadas, para de esta forma, conocer la cantidad de diálisis que requerirá un paciente -evitando
problemas graves de desnutrición-, y que además, sea capaz ele entregar datos como el índice de
masa corporal (IMC), masa muscular, tejido graso, líquido intracelular, líquido extracelular y nivel
Bioimpedanciómetro
Problemática
de electrolitos en el cuerpo de manera rápida, con un bajo costo, confiable y de forma no invasiva,
todo, con base a la variación de frecuencias (Hz).
Bioimpedanciómetro 2
Objetivos
2. Objetivos
Objetivo general:
Construir un sistema electrónico con mayor capacidad de excitación (extensión de frecuencias con
respecto a otros dispositivos) capaz de medir el índice de masa corporal, masa muscular, tejido
graso, líquido intracelular, líquido extracelular y nivel de electrolitos en el cuerpo de manera segura
y de forma no invasiva, aplicando el principio de impedanciometría graficando nuestros resultados
con base en el método de Piccoli para que el medico pu,eda dar un diagnostico confiable
rápidamente.
Objetivos específicos:
Además de contribuir a los avances en investigación biomédica y tecnológica para el desarrollo de
métodos más eficientes para el paciente, otros objetivos específicos son:
• Aplicar conocimientos de electrónica y comunicacionE!S para elaborar un sistema que
contribuya a la integridad y salud de la sociedad.
• Desarrollar un sistema que permita conocer distintos índices de nutrición.
• Elaborar un dispositivo que sea de fácil acceso por su bajo costo de producción.
Objetivo técnico:
Desarrollar un dispositivo electrónico que determine la bioimpedancia (ángulo y voltaje de una
señal proveniente del paciente), y que a través del método de Piccoli (graficación de resultados con
curvas de tolerancia y vectorialmente), pueda realizar una precisa medición de niveles de fluidos y
electrolitos.
Objetivos técnicos específicos:
• Diseñar un bioimpedanciómetro.
• Digitalizar señales de 1 kHz, SkHz, 1 OkHz, SOkHz, 1 OOkHz y 225kHz.
• Desarrollo de la interfase de diagnostico que visualice las medidas de interés y los pueda
comparar con el método de Piccoli.
• Validar el sistema comparando con otros sistemas exist,3ntes en el mercado.
Bioimpedanciómetro 3
Marco teórico
3. Marco teórico
El desarrollo de biotecnología se hace cada vez más necesaric, para avanzar en el camino de la
salud social. De esta forma, la elaboración de dispositivos específicos y evolucionados, brindan la
posibilidad de otorgar al paciente mejores posibilidades y mayor calidad de vida. La ingeniería en
electrónica y comunicaciones puede contribuir a la elaboración ele nuevos mecanismos y sistemas
que contribuyan al avance de la especialidad biotecnológica, y para ello, es necesaria la
construcción de un marco teórico que sustente y valide los resultados obtenidos.
Puesto que el sistema propuesto es un dispositivo que se! va a utilizar en el cuerpo humano
introduciendo corrientes y manejando al cuerpo como un circuito eléctrico consideramos necesario
el dar una teoría biomédica básica. Además, debido a que el proyecto mide datos a través de la
impedancia, es importante entender el funcionamiento del sistema así como el objetivo de la
impedanciometría.
3.1 Conceptos básicos y definiciones
3.1.1 Composición de la célula
La célula constituye la unidad fundamental de todos los si:lres vivos, y en ella, está prescrita
una naturaleza bioeléctrica. Las células están inmersas en un líquido extracelular (LEC), y tienen
un contenido líquido intracelular (LIC). A su vez, el LEC está compuesto por líquido intersticial que
baña a todas las células y queda fuera del plasma sanguíneo; y por plasma sanguíneo, que llena el
sistema vascular. La suma de estos elementos es lo que determina la naturaleza de bioeléctrica de
las células, pues estos fluidos son de esencia electrolítica ya quH en ellos, se encuentran disueltas
sales como el cloruro de sodio (NaCL) y el cloruro de calcio (CaCL2). Además, las células
mantienen un delicado balance químico que dicta, entm muchas otras funciones, su
comportamiento eléctrico.
Todas las células en el cuerpo se encuentran agrupad3s formando tejidos, mismos que
pueden ser excitables y no excitables. El tejido excitable es aque,I que produce una respuesta ante
un estímulo como son los receptores sensoriales, cuerpos neuronales, fibras musculares y algunas
glándulas. Para poder estimular un tejido, se debe hacer pasar una corriente a través de él, ya que
los tejidos no responden a voltajes; estas corrientes generalmente producen que el tejido muscular
se contraiga 1.
1 La seguridad eléctrica será tratada posteriormente. Resulta sumamente importante conocer la naturaleza de las
corrientes que pueden dañar el cuerpo, evitando así, poner en riesgo al paciente.
Bioimpedanciómetro 4
Marco teórico
Las propiedades bioeléctricas de un organismo dependen de la geometría del mismo y sus
resistividad especifica; esta última, varía en función de la comp,osición de tejido y de la frecuencia
de la señal de prueba. [Crz] En 1969 se propuso que la geometría compleja del cuerpo humano se
tratara como un conductor simple, uniforme de forma cilíndrica. A partir de este principio, se hace
posible el cálculo del volumen del cilindro, volumen que puede ser interpretado con respecto a la
composición del cuerpo, si a este se le percibe como un conjunto de varios componentes que
difieren en resistividad puestos en paralelo.
La resistividad del tejido adiposo es considerablemente mayor a la del tejido muscular y la
diferencia, es en proporción al contenido de agua de estos tejidos. De esta diferencia es posible
razonar que la grasa que no tiene tanta agua no es un buen conductor debido a su alta resistencia,
mientras que la masa libre de grasa es un muy buen conductor; así, los resultados dependerán de
la señal de prueba que podamos arrancar de la masa libre de grasa. [Lee] Algo importante a
considerar es la concentración de electrolitos en los fluidos corporales, pues representan un
problema al ser solamente constantes en personas saludables.
Por ejemplo, para frecuencias entre 1 OOHz y 1 OOMhz las membranas celulares tienen una
permitividad eléctrica baja y por tanto, la impedancia refleja solamente el fluido extracelular. A
frecuencias más altas, la resistencia de las membranas celulares comienzan a ceder debido a la
capacitancia de las células. A 300MHz se puede decir que no hay ninguna diferencia entre lo
externo y lo interno por tanto, con altas frecuencias, se obtiene la cantidad total de agua de la
célula y por ende, del cuerpo.
Cuando el objetivo es medir la impedancia en humanos, la longitud del conductor es
tomada como la estatura del individuo; la resistencia y la reactancia del cuerpo entero se calculan
mediante el voltaje arrojado entre los electrodos con corriente y un electrodo detector adyacente.
Los electrodos se colocan en muñecas y talones como lo muestra la Figura 12•
La bioimpedancia generalmente es medida con el paciente recostado y con las
extremidades alejadas del tórax. Para no verse afectada la medición, el individuo debe estar
descansado y sin haber practicado ningún tipo de ejercicio y en c1yunas.
Figura 1: Posicionamiento de los electrodos, análisis de bioimpedancia eléctrica de fluidos y composición
corporal. [Luk]
2 Diversos estudios publicados han usado el método tetrapolar, utilizando electrodos con aluminio y gel.
Bioimpedanciómetro 5
Marco teórico
Con todo lo anterior, se puede concluir que la bioimpedanciometría es un método rápido y
confiable que posibilita determinar con precisión la cantidad total de agua en el cuerpo y la
cantidad de masa muscular comparado con otras técnicas antropométricas.
3.1.2 Cantidad total de agua en el cuerpo y cantidad die tejidomagro
Un tercio de la población sometida a diálisis o hemodiálisis sufre de problemas nutricionales como
consecuencia de estos tratamientos, pues es común que componentes como el hierro se filtren y
queden eliminados del organismo. Por otro lado, la precisa determinación de la cantidad total de
agua contenida en el cuerpo es importante para el tratamiento ele diálisis; sin embargo, muchos de
los métodos existentes para determinar esto no son nada exact1:>s, son invasivos y muy laboriosos,
y de hecho, sólo algunas fórmulas estadísticas y la bioimpedc1nciometría resultan eficaces en la
medición. En este sentido, estudios realizados por diversas instituciones a nivel mundial, concluyen
que la aplicación de estos métodos -impedanciometría y fórmulas antropométricas- en población
saludable, tienen la misma eficacia, sin embargo, en paciemtes bajo tratamiento de diálisis
peritoneal, las fórmulas antropométricas no son lo suficientemt:mte sensibles para detectar casos
de desnutrición3•
Cabe recalcar la importancia que para nuestro estudio tiene el saber la cantidad total de
agua en el cuerpo, pues nuestro sistema se basa en la conductividad y en el principio de que la
masa sin grasa tiene un mayor número de electrolitos, pero que funciona de manera óptima con
una hidratación adecuada.
Con el sistema propuesto, al pasar una corriente de 800pA a 50Khz de frecuencia lo que se
está calculando es cierta cantidad de fluidos existente en el cuerpo, para determinar así, que el
paciente sometido a diálisis/hemodiálisis no esté deshidratado y corra riesgos mayores. En este
sentido, la impedancia bioeléctrica es un método no invasivo muy seguro y rápido, además de ser
eficaz para calcular la cantidad total de agua en el cuerpo y la cantidad de tejido magro.
3.1.3 Diálisis y hemodiálisis
Los riñones son responsables de eliminar los desechos del cue1·po, regular el equilibrio electrolítico
y la presión sanguínea, al igual que estimular la producción de glóbulos rojos. Los riñones
funcionan como filtros para la sangre, removiendo productos de la degradación de aminoácidos.
Además de ello, sirven para retomar y regular el agua del cuerpo, mantener el equilibrio de
electrolitos y asegurar que el pH sanguíneo permanezca entre 7.35 y 7.45. La vida no es posible
sin la función del riñón.
• Diálisis
Este procedimiento se realiza para retirar los elementos contaminantes (impurezas o desechos) de
la sangre cuando los riñones no pueden hacerlo. La diálisis es mucho más frecuente en pacientes
con insuficiencia renal aunque también se puede usar para remover con rapidez drogas o
sustancias tóxicas en situaciones agudas. Esta técnica puecle salvar la vida de personas con
insuficiencia renal crónica.
3 En cuanto a las formulas antropométricas, una excepción es la Fórmula de Watson, método que ha resultado ser preciso
pero para la que no existe justificación que la valide del todo. Aún así, la fórmula es menos precisa que la
bioimpedanciometría.
Bioimpedanciómetro 6
Marco teórico
La diálisis peritoneal se realiza al utilizar la membrana peritoneal del cuerpo que se
encuentra dentro del abdomen como membrana semipermeable. Se infunden soluciones
especiales que ayudan a eliminar las toxinas, permanecen en el abdomen por un lapso de tiempo y
luego se drenan. Esta forma de diálisis se puede llevar a cabo en casa pero debe hacerse de
manera continua todos los días.
• Hemodiálisis
La hemodiálisis se realiza al hacer circular la sangre a través d13 filtros especiales. La sangre fluye
a través de una membrana semipermeable (dializador o filtro), junto con soluciones que ayudan a
eliminar las toxinas. La hemodiálisis requiere un flujo de sangre de 400 a 500 mililitros por minuto.
Una sonda intravenosa en un brazo o pierna no soportará ese volumen de flujo sanguíneo. En
consecuencia, se requiere un tipo especial de acceso al sistema circulatorio.
El acceso puede ser temporal o permanente. El primero toma la forma de catéteres para
diálisis, que son catéteres grandes perforados, colocados en las venas grandes que pueden
soportar flujos de sangre considerables. La mayoría de los catéteres se usan en situaciones de
emergencia durante cortos períodos de tiempo. Sin embargo, los catéteres llamados catéteres en
forma de túnel se pueden usar durante períodos prolongados, a menudo de semanas a meses.
El acceso permanente es creado uniendo quirúrgicam13nte una arteria a una vena. Esto
permite que la vena reciba sangre a alta presión, llevando al E!ngrosamiento de la pared venosa.
Ahora esta vena "arterializada" puede resistir punciones repetitivas y también suministra excelentes
tasas de flujo sanguíneo. La conexión entre una arteria y una vena se puede hacer utilizando vasos
sanguíneos (una fístula arteriovenosa o AVF por su sigla en inglés) o un puente sintético (injerto
arteriovenoso o AVG por su sigla en inglés).
La fístula arteriovenosa es más deseable debido a que lé1s tasas de infección son muy bajas
y es muy durable. Puede tomar muchos para que esta fístula madure, por lo que se requiere una
planeación cuidadosa.
Se puede tener acceso al injerto arteriovenoso unas cuantas semanas después de su
creación y se debe intentar sólo si la fístula arteriovenosa no es factible.
Uno de los avances más importantes en los sistemas prostéticos de la medicina moderna
es el riñón artificial, el cual, está conectado periódicamente a un sistema encargado de remover
todos los desperdicios metabólicos que encuentre en la sangre.
Bioimpedanciómetro 7
Agua
Bomba
medidora
Cámara de
mezclado
Bomba
Concentrado
de diálisis
Bomba
medidora
Sangre hacia las venas
Cámara de
Intercambio
(sangre)
Sangre de las arterias:
Marco teórico
Desperdicio
Bomba
Figura 2: Diagrama de bloques ejemplificando como sei realiza la hemodiálisis. [Webs]
Existen dos unidades básicas en el sistema de hemodiálisis: el intercambiador y el sistema
de entrega dialisable. El intercambiador consiste en la cámara de diálisis misma, el cual, puede ser
visualizado como un compartimiento que contiene la sangre clel paciente y otro que contiene la
sustancia que hace la diálisis los cuales, están separados por una membrana semipermeable que
permite que los desperdicios en la sangre contaminada se eliminen
Riíión I
Arteria renal
Vena renal
Corteza
Figura 3: Diagrama general del riñón [Webs]
Bioimpedanciómetro
Pelvis
renal
Médula
8
Marco teórico
3.2 ¿Cómo se mide la impedancia?
La impedancia es la oposición que presenta un circuito al paso de la corriente alterna. Es un valor
vectorial compuesto en su parte real por un valor de resistencia y en su parte imaginaria por un
valor de reactancia y se calcula de la siguiente manera:
ec. (1)
Donde:
Z = Impedancia medida en Ohms (O)
R = Resistencia medida en Ohms (O)
X = Reactancia total medida en Ohms (O)
El valor anterior corresponde al módulo de la impedancia, mientras que al argumento de la misma
viene dado por la expresión:
arg Z = arctan
1 2efl-~
2efC
R
ec. (2)
El valor complejo de la impedancia se puede representar también como:
Z=R+}X ec. (3)
En electricidad se utiliza el prefijo j, para denotar números imaginarios con el fin de evitar su
confusión con el símbolo de la intensidad i.
El valor de resistencia es constante, sin tomar en cuienta los efectos de temperatura;
mientras que los de reactancia son una función de la frecuencia.
3.2.1 Modelos sencillos
Lidiar con modelos basados en la predicción de la densidad de distribución de la corriente, con sus
campos eléctricos resultantes y acompañando la actividad fisie>lógica, son difíciles de crear y de
manejar tanto en la práctica como en la teoría. Por ello, !~eneralmente en los estudios de
impedanciometría siempre existen modelos muy sencillos; un ej1~mplo de ello está representado en
la Figura 4, centrándose el modelo en una extremidad y de forma paralelo se estudia el tejido
muscular, la sangre y el hueso, teniendocomo resultado el que una extremidad se pueda modelar
como un cilindro de hueso rodeado de músculo y con sangre fluyendo a través de este.
En el ejemplo, se sugiere una combinación de tres elementos en paralelo con una
resistencia dependiente de su resistividad y de la longitud entre el área. Esta combinación sugiere
Bioimpedanciómetro 9
Marco teórico
una combinación de tres elementos en paralelo con una resistencia dependiente de su resistividad
y de la longitud entre el área. Los valores resistivos de la sangre y el músculo harán que estos dos
componentes dominen en el resultado de la resistencia de dicha extremidad.
______.. J l l 1
i_Rª_J _R_']_, -R~mr
Figura 4: Ejemplo del modelo eléctrico de un segmento del cuerpo. [Lee]
3.2.2 Modelos del cuerpo asociados con la impedancia
Las fuentes de error asociadas con la medida de una impedancia en el cuerpo, pueden ser
analizadas usando el modelo esquematizado en la Figura 5. El analizador de impedancia consiste
en una fuente de corriente constante a la entrada, para obtener un voltaje de salida; esto,
idealmente, presenta impedancias infinitas que podemos imaginar como 21 y Zv. El cuerpo es
modelado como un área homogénea de tejido profundo (Figura 5) con una impedancia total entre
el voltaje de los electrodos y Zb.
T ejdo superflciol
Tejido profundo Z9
Bioimpedancia
Figura 5: Toma de medida de impedancia en cuatro terminales. La c,)rriente es introducida en dos de las
terminales y el voltaje del tejido es recogido por el otro par de electrodos. [Luk]
Bioimpedanciómetro 10
Marco teórico
1 z
1
z
1 z
1 -1
@1 Z1 Vm Zv V z Ze
_j
1 z
1
z
1 z
1
T~do T,,jdo
Sl4)erl. proM'ldo
Figura 6: Modelo alterno del circuito. [Luk]
Está demostrado que la técnica de medición es simple, certera y no invasiva cuando la
impedancia se mide entre la muñeca y el talón; así mismo, dicho proceso sirve para determinar la
cantidad total de agua en el cuerpo, así como los cambios de volumen del fluido, ya que distintas
investigaciones confirman que utilizando múltiples frecuencias, es posible medir la cantidad de
agua extracelular.
Usar diferentes frecuencias está basado en la propiedad que las membranas celulares
tienen, esto es, una bioimpedancia alta a bajas frecuencias lo quH resulta en el paso de la corriente
en el área extracelular. Aunque la diferenciación entre la cantidad de agua extracelular y la
cantidad total de agua en el cuerpo es teóricamente posible, hasta hoy, no ha sido completamente
demostrado que la cantidad de fluido extracelular pueda ser medida aparte en la masa conductora
del cuerpo.
En recientes estudios se ha determinado también, que una medida de bioimpedanciometria
a una simple frecuencia entre la muñeca y el talón, puede ser usada en una relación empírica para
determinar la cantidad de agua y el porcentaje de esta en el c:uerpo, convirtiéndola así en una
medida popular para calcular el porcentaje de grasa corporal.
En síntesis, está comprobado que la simple medición de la muñeca y el talón tiene un rango
de error pequeño. Esta conclusión es fundamental ya que es la medición aplicable para el sistema
en desarrollado. Sin embargo, considerando que existe un peque!ñO grado de error en la medición,
es importante estar plenamente concientes de que no es completamente exacta sino aproximada.
Existen otras técnicas que, según investigaciones, aseguran arrojar mejores resultados, no
por ser mejores técnicas sino por que las mediciones, con aplicación en otras regiones del cuerpo,
pueden dar resultados todavía más aproximados.
B ioimpedanciómetro 11
Marco teórico
• Lado derecho •Brazos •Pierna derecha • Tronco
Figura 7: Maneras alternas de colocar los electrodos. [Lee]
La Figura 8 muestra los valores típicos de impedancia obtenidos de las mediciones
alternas. Como claramente se observa, una medida de talón y muñeca está muy influenciada por la
impedancia del brazo y de la pierna, y algunos resultados de investigadores especializados,
enfatizan en sus resultados, la gran influencia de las ramas más distantes entre si. Este
razonamiento, nos lleva a defender que la medición en talón y muñeca es la más adecuada y la
más acertada en el caso de tomar sólo una medida, es pues, la más aproximada.[Lee]
PO
Figura 8: Medidas típicas obtenidas. [Lee]
3.3 Seguridad sistema-paciente
Como previamente se mencionó, el sistema propuesto introduce una corriente eléctrica en el
cuerpo. A pesar de que se tiene previsto que el trabajo del bioimpedanciómetro se realice con
corriente directa (baterías de 9 volts), es primordial profundizar en lo concerniente a la seguridad
eléctrica que se tiene que llevar a cabo al realizar un dispositivo bic,médico.
La revisión de la literatura muestra un alto número de padentes heridos y accidentes en
clínicas y hospitales, por el uso de aparatos eléctricos que se con1!ctan al cuerpo. Las causas son
diversas y van desde la falta de capacitación que se les da a las pE!rsonas en los hospitales para la
utilización de los dispositivos, hasta fallos eventuales en los sistemas. Pese a esto, existe una
Bioimpedanciómetro 12
Marco teórico
amplia gama de seguridad en el diseño de algunos dispositivos desarrollados, que minimizan los
riesgos que pueden afectar la integridad del paciente.
Para el funcionamiento del bioimpedanciómetro, es necesario contemplar al cuerpo humano
como una parte del circuito, haciendo posible con esto, explicar los efectos que puede tener la
corriente eléctrica en el paciente. Como el principio lo establece, la magnitud de la corriente será
igual al voltaje aplicado, divido entre la suma de las impedancias en serie del tejido del cuerpo y de
las interfases en la entrada; la impedancia más larga es la de la resistencia de la piel en la
superficie de contacto.
Hay tres fenómenos básicos que pueden ocurrir cuando la corriente fluye a través de un
tejido biológico:
• Estimulación eléctrica del tejido (nervios y músculo).
• Calentamiento del tejido debido a su resistencia natural.
• Quemaduras y daño del tejido debido a la corriente directa y altos voltajes.
T bl 1 V 1 a a a ores e comente y e ectos so re e cuerpo d f b h umano.
Valores de corriente Posibles efectos en t!I cuerpo humano
Más de 3 mA Shock doloroso
Más de 10 mA Contracción muscular
Más de 30 mA Parálisis pulmonar temporal
Más de 50 mA Posible falla del corazón, usualmente fatal
100 mA a 4A Fibrilación ventricular
Más4A Parálisis cardiaca y quemaduras severas
Ahondado un poco más, se presentan a continuación, e1I umbral de percepción, umbral de
movimiento voluntario, parálisis respiratoria, dolor y fatiga, y fibrilación ventricular entre otros
síntomas. Para ello, se parte de una corriente a 60Hz en un AWG # 8 conectado en cada mano de
un paciente de 70 Kg.
• Umbral de percepción: Es la mínima corriente que se puede llegar a sentir. Aunque varía
considerablemente dependiendo de cada individuo, pode~mos aterrizar que una persona con
las manos húmedas tomando los cables puede tener un umbral mínimo de 0.5 mA hasta 1 O
mA, y se puede llegar a tener un calentamiento muy levei en la piel.
• Umbral de movimientos voluntarios: Es la máxima corriente en donde el paciente tiene
control de sus músculos, a pesar de que se estuviese eh~ctrocutando. Esto es, debido a que
con corrientes mayores la estimulación de músculos y nervios es mucho más fuerte y
existen contracciones involuntarias de estos El umbral mínimo de movimientos voluntarios
es de 6 mA.
• Parálisis respiratoria, dolor y fatiga: Corrientes más altas que el umbral de los
movimientos voluntarios pueden causar contraccione~s involuntarias de los músculos
respiratorios, lo suficientemente severos para causar asfixia si la corriente no es
interrumpida. Esto se logra con 18 o 22 mA. Adem;3s, las contracciones involuntarias
pueden causar dolor o fatiga en periodos muy largos.
• Fibrilación ventricular: El corazón es muy susceptible a la corrienteeléctrica lo que hace
que algunas corrientes sean muy peligrosas. Si se aplicara una corriente en el pecho, parte
de la corriente eléctrica se iría por el corazón y si ésta es demasiado grande para excitar
una parte del músculo del corazón, la propagación normal en este sería interrumpida; si la
interrupción es muy grande, el corazón puede latir unas trescientas veces por minuto con
Bioimpedanciómetro 13
Marco teórico
arritmia severa. En estos casos, si no se desfibrila con otro shock, la muerte puede ser muy
rápida. Además, en el caso de la fibrilación ventricular, no importa si la corriente que se
mete al cuerpo se detiene, pues una vez que la corriente se introdujo, de haberse afectado
al corazón, el daño es irreparable.
• Contracción sostenida al miocardio: Cuando la corriente está entre 1 y 6 A, todo el
corazón se contrae y aunque deja de latir cuando la corri1ente es aplicada, los experimentos
que han sido realizados muestran que, si la corriente es rápidamente detenida, no hay
daños irreversibles y generalmente el corazón vuelve a tener un ritmo normal al cese de
corriente.
• Quemaduras y danos físicos: Al parecer, se sabe muy poco de las consecuencias que se
tienen en corrientes mayores a los 1 O A La resistencia natural de la piel, ante corrientes
muy grandes, produce calentamientos altos que provocan quemaduras muy profundas;
recordando que la piel es la parte del cuerpo que más opone resistencia, es lógico que
tenga un calentamiento muy grande por lo que disipa.
Evidentemente se deben tener en cuenta, las variaciones que pueden ocurrir entre pacientes, pues
los ejemplos mostrados estaban diseccionados a un caso específico. Aún así, existen, en la
distinta documentación, gráficas donde se muestran distribuciones gaussianas tanto para hombres
como para mujeres. [webs]
60Hz .......... ..
1-3 :,. ~ mbral de movimiento voluntario
~ mbral de percepción
1 1 1111 1 1 l 1 1 lf t
1 mA IOmA
Corriente rms, 60Hz
'"'"' lOOmA 1 111111 ' 11 "" IA IOA
Figura 9: Ejemplificación gráfica de corrientes. [Webs]
B ioimpedanciómetro
1 1 t 1111
IOOA
14
Marco teórico
3.3.1 Frecuencia
No solamente es importante ver la magnitud de las corrientes o de los voltajes que se introducen al
cuerpo, también la frecuencia juega un papel fundamental, y tie1ne que ver mucho en la seguridad
sistema-paciente.
Las frecuencias menos toleradas y que tienen un umbral más bajo para los movimientos
libres son las frecuencias utilizadas comercialmente, mientras que para muy bajas frecuencias,
como los 1 OHz, el umbral de los movimientos libres aumenta debido a que los músculos pueden
relajarse más tiempo durante el ciclo negativo. También cuando se habla de frecuencias de cientos
de Hz o mayores, el umbral aumenta, pero es preciso dejar muy claro que incluso a 1 OHz el
corazón sigue siendo muy vulnerable. [Webs]
100.---....... -----....... -----------
@ªº
1
o ·e
~
560
i
o e o ·e
·s: 40
o e
o .,,
i
.a
j 20
u ,,
s
e o
"E o u o 500
Frecuencia, Hz
Figura 10: Gráfica de las frecuencias en la corriente aplicada al cuerpo. [Webs]
Bioimpedanciómetro 15
Sistema propuesto
4. Sistema propuestc>
4.1 Etapa electrónica
Generador - Conwrtidor i----,, Paciente ~ lmpedanclómatro multifrecuencla Voltaje-Corriente
1 ADC 1 1 1
l __r-i ADC 1
DSP Computadora ,-
L_1
'
l ADC r--
Conwrtidor
CA-CD
Programa de
AnáHsis de ~ Gráficas Plccoli
Vectores de
Impedancia
Figura 11: Diagrama general del func1onam1ento del sistema.
El sistema parte de un chip XR2206, encargado de generar la señal senoidal a las diferentes
frecuencias requeridas; posteriormente, dicha señal llega a un convertidor voltaje-corriente que
regula la corriente que va hacia el paciente (800µA) para, de esta manera, no dañarlo. La corriente
se hace pasar por el paciente a través de unos electrodos, y debido a la resistencia natural del
cuerpo se produce un voltaje que se lleva hasta la entrada de un amplificador de instrumentación,
necesario para amplificar voltajes muy pequeños. Tras haber sido amplificado, el voltaje entra a un
filtro de ganancia unitaria con frecuencia de corte máxima de :250 kHz, el cual, ayuda a limitar el
ancho de banda para obtener el rango de frecuencias deseado (1 kHz-250 kHz). De la etapa de
filtrado descrita anteriormente, se obtiene el defasamiento, haciendo la comparación de la señal
original con la obtenida después del filtro, lo cual nos ayuda a c:aracterizar su reactancia. El voltaje
arrojado por el filtro entra a un convertidor de precisión CA-CD, que da como resultado un valor de
CD, el cual entra a un ADC que se encuentra en el DSP, importante para caracterizar el valor de
resistencia correspondiente al cuerpo.
Bioimpedanciómetro 16
Sistema propuesto
Las dos señales obtenidas -tanto la de salida del filtro como la del convertidor AC-CD- son
enviadas al DSP por medio de dos convertidores analógico-digital (ADC), el cual, estará encargado
de caracterizar la resistencia y el defasamiento. Finalmente, las señales son procesadas en el DSP
y enviadas a una computadora, la cual, por medio de un programa de análisis vectorial nos
ayudara a la obtención de resultadazos basados en el método de Piccoli.
Para poder polarizar los amplificadores operacionales, todo el sistema es alimentado por
pilas de 9 volts. Haciendo uso de reguladores (7805, 7905), e:s posible alimentar ciertos circuitos
que no requieren más de 5 volts, como es el caso del XR2206.
4.1.1 Generador de funciones XR2206
El XR2206 es un generador de funciones capaz de producir modulaciones de AM/FM. La
configuración básica, así como los componentes externos, son necesarios para un funcionamiento
de alta calidad. El circuito mostrado en la Figura 13, está diseñado para trabajar con un valor
máximo de (16 V, -16V), y al mismo tiempo, para generar tres tipos de señales: senoidal ,
triangular y cuadrada; y para fin del presente proyecto, serán únicamente necesarias las señales
de tipo senoidal. Dicha señal, variará su voltaje de salida, dependiendo la resistencia interna de la
fuente. La obtención de las diferentes frecuencias se determina a través de los capacitores que se
encuentran conectados entre la pata 5 y 6, por medio de la siguiente ecuación:
1
fo= RC ec. (4)
Para poder generar el rango de frecuencias deseado (1 kHz, 5kHz, 1 OkHz, 50kHz, 1 OOkHz ó
225kHz), se dejó fijo un capacitor con valor de 1000pF; de esta manera, se determinaron los
valores de resistencias correspondientes -resistencias de pre,cisión-, que posteriormente serán
multiplexadas para poder elegir sólo una frecuencia de operación. El valor de las resistencias de
acuerdo a la frecuencia de operación se muestra en la siguiente tabla:
Tabla 2: Valores de resistencia acorde a la frecuencia de operación.
Frecuencia Resistencia
1 kHz 1 MO
5 kHz 200 kO
10 kHz 100 kO
·-
50 kHz 20 kO
100 kHz 10 kO
225 kHz 4.4 kO
Para seleccionar el valor de resistencia adecuado y obtener la frecuencia deseada, se
utiliza un multiplexor analógico (CD4051 B).Este multiplexor esta conectado entre la pata 10 y la
pata 7 del XR2206.
Bioimpedanciómetro 17
LOGIC
LEVEL
CONVERSION
BINARY
TO
1 OF8
DECODER
WITH
INHIBIT
CHANNEL lflfOUT
7 6 5 4
Figura 12: Multiplexor analógico CD4051 B.
Sistema propuesto
1 O
TG
TG
Para seleccionar la resistencia adecuada se utiliza un dip switch, el cual dependiendo del
número binario que se le asigne, seleccionará la resistencia adecuada, y por lo tanto la frecuencia
de operación. Para tener una mejor idea del funcionamiento del multiplexor, a continuación se
muestra la tabla de verdad del (CD4051 B)
Tabla 3: Tabla de verdad del multiplexor analógico.
INPUT STATES
INHIBIT e B A "ON" CHANNEL(S)
CD4051B
o o o o o
o o o 1 1
o o 1 o 2
o o 1 1 3
o 1 o o 4
o 1 o 1 5
o 1 1 o 6
o 1 1 1 7
1 X X X ll.lone
Bioimpedanciómetro 18
Sistema propuesto
VEE
Yr(; ~;E
o
') R1 R7 • U1 ,> 1K '> 311K RX l .. ) • •AM N>ur'-
Q - 1 AMINP. Va: "/ ~ 16 , SYMADJ. -
1
Vcc C3
11
111F
~
o ... 9 R11 o
S1
,...
C4
1 1
0.1¡11' :- KEYIN 15
2:51(
E .. SYMMETWY =· .., C5: ;0.111.,F TC1 • R5 - F.,. l 5K .., C6 : .0.001¡11' XR-2206 .> G- 2 ,.,P - 6 SIIEOUT OUTPUT H- TC2
::: L )SYNC OUTPUT
=1:-
- - (11"1.F SWIMG)
R..,. 3 MILTOIIT Rlli ' 5K fi12 - Vcc ,,
AMA.m.JIE OI •
SYNCOIIT
11 ,., .. SYNCOUTPUT
13 Re_3!KI :o CRJIJ. SWING) w,.1
R9 l R2 100K l
~- ...
11, S2 R1D 1K 1M e --
VEE o--! - - -DCOFFSET GND ' L_ 1
TRI/SINE SW
T T
p
Vcc t M2 14 _N ~=E R R
.ú:\'\v+
1 2 s ...
~AED 7 *' ID C2 R14 ·-.! =: 5.1K :> • C7 10¡11'" IU "4 :::r:: 1Di,,f
A 10V 1K ' J C 91( 6V ... ~Grc> C ,... ~111.M:K
CI R15
1)
5.IK \ VEE ..! =::. '> 1D¡aF.,.
111\f ~V-
~
~ IILUE
VEE
, ' , ' 1 ~,
1 J K --R13 • ~1M
SWEEP FREQUENCY
INPUT
Figura 13: Diagrama de funcionamiento del XR2206.
4.1.2 Convertidor voltaje-corriente
Un convertidor de voltaje-corriente (V-1) al que también s,3 le denomina amplificador de
transconductancia, acepta un voltaje Vt y produce una corriente de salida de tipo io= Av1, donde A
es la ganancia o sensibilidad del circuito en amperes por volt. La carga (cuerpo) se utiliza como el
elemento de retroalimentación.
En la Figura 15, el amplificador de instrumentación produce cualquier corriente io que sea
necesaria para hacer que el voltaje inversor de entrada siga a \'1, o para hacer que R io = V1. Al
despejar a i0 se obtiene:
1
1 =V-~
L 'R
49
Esta expresión se cumple sin importar el tipo de carga.
Bioimpedanciómetro
ec. (5)
19
Sistema propuesto
0--'\/lL/\~--------4
i R1
Figura 14: Convertidor voltaje-corriente. [Cast].
Como se puede observar, la topología de un convertidor V-1 es la de un amplificador inversor, el
cual, produce un voltaje de salida determinado por la siguiente ecuación:
V, =(l+ RL }· o R I
1
ec. (6)
Para fines de la investigación, se diseñó un convertidor que únicamente proporciona una
corriente de 800µA sin importar la carga, aunque típicamente, la carga del cuerpo es de 500 n.
Para determinar el valor de resistencia correspondiente y no sobrepasar la corriente se utilizó la
siguiente ecuación:
1
J, =V~ ' IR
1
ec. (7)
El voltaje de entrada corresponde al voltaje generado por el XR2206 (3V). De acuerdo a la
ecuación, despejando R1 se obtiene su valor igual a 1875 n.
Observaciones:
1. La topología anterior, permite convertir un voltaje de entrada en k.
2. El convertidor ofrece la ventaja de tener una alta impedancia de entrada (el voltaje V¡ se
encuentra conectado directamente a Vp).
3. Para el correcto funcionamiento del circuito, es necesario que exista la carga (RL), de no ser
así, la retroalimentación negativa no se cumple y por tantci, el análisis no es válido.
4.1.3 Amplificador de instrumentación
Un amplificador de instrumentación (Al) es un amplificador de dife,rencias que satisface las
siguientes especificaciones:
• Impedancias de entrada de modo diferencial y comúnmente altas (infinitas en forma ideal).
• Impedancia de salida muy baja (idealmente cero).
• Ganancia exacta y estable.
• Razón de rechazo, por lo general, extremadamente alta.
Bioimpedanciómetro 20
Sistema propuesto
El Al se usa para amplificar, de manera exacta, una señal de nivel bajo en presencia de un
componente grande de modo común, tal como una salida transc:onductora en procesos de control y
biomedicina. Por esta razón, los Al se aplican frecuentemente! en instrumentación de pruebas y
medición.
C1
~--------t
10n
Vee
Vcc
Vcc
Vee
Vcc
10k R7
o
Figura 15: Amplificador de instrumentación. [Cast]
El amplificador de instrumentación que mejor se adecuó a los fines del proyecto desarrollado, es el
mostrado en la Figura 15.
El LF411 es un amplificador operacional JFET de propósito general, con bajo voltaje de
offset y bajas fugas. Este dispositivo es de bajo costo, de alta v13locidad y mantiene un buen nivel
de ganancia durante un amplio ancho de banda (3MHz).
La ganancia del amplificador de instrumentación se ajustó a G=1.9 para mantener el mayor
ancho de banda posible y que los niveles de ruido en la señal 110 fueran excesivos. El voltaje de
salida se determina por medio de la siguiente ecuación:
V0 =( {~ }(1+2 ~ }(v, -V,) ec. (8)
Como se sabe, la ganancia es el cociente entre el voltaje de salida y el de entrada
(Vo/Vi).
El sistema tiene la característica de tener todas las resistencias iguales (R = 1 OkO) excepto,
RG = 22k0, lo que arroja una ecuación mucho más sencilla petra determinar el Vo y nada más
dependerá de RG como a continuación se observa en la siguiente ecuación:
Bioimpedanciómetro 21
Sistema propuesto
V, =(1+2{; }(V8 -V,) ec. (9)
Haciendo los cálculos pertinentes, se obtiene una ganancia de 1.52 (teórico). El voltaje obtenido de
la diferencia entre los electrodos es de 800mV (práctico), lo que da a la salida del Al, un voltaje de
1.2 V pk-pk, correspondiente a una ganancia de 1.5.
3.UU 1 ----------------------------------------
' 1
1
1
1
1
1
1
2. uu ~
1
1
1
1
1
1
1
1
1. uu ~
uu -1------.-::-
1. UHz 1.UKHz
e U(R14:1)
1. 0MHz 1. 0GHz
Figura 16: Función de transferencia del amplificador de instrumentación.
Es importante garantizar la inmunidad de este amplificadc,r al ruido, por lo que se calculó su
relación de rechazo en modo común y se obtuvo una relación de rechazo en modo común (RRMC)
de 90dB; ello, indica que el amplificador es apto para manejar :señales bioeléctricas, y por tanto,
que su funcionamiento es confiable.
Observaciones:
1. La topología anterior permite amplificar la diferencia de la~; señales de Va y Vb.
2. Con la resistencia RG se ajusta la ganancia del amplificador. Es recomendable que RG sea
un potenciómetro.
3. Se emplea en el sensado de señales muy pequeñas y que no proporcionen suficiente
corriente, como por ejemplo, señales electrocardiográficas, señales bioeléctricas, etc. Esto
se logra gracias a que las señales entran directamonte por las terminales de alta
impedancia de los amplificadores de instrumentación 1 y 2.
4. En principio, un amplificador de instrumentación puede ser lento, pero su ganancia puede
ser muy alta (1000).
5. Para que la diferencia de las señales sea lo más precisa posible, es necesario que la
tolerancia de las resistencias se menor o igual 1 %.
B ioimpedanciómetro 22
Sistema propuesto
4.1.4 Filtrado
El filtro R-C proporciona una respuesta pasa-bajas de primer orden. Al poner en cascada dos de
tales etapas, se debería proporcionar una respuesta de segundo orden sin usar alguna
inductancia. Entonces, a frecuencias bajas los capacitares actúan como circuitos abiertos, con lo
que se permite que la señal de entrada pase a través con H -1\/N. A frecuencias elevadas, la que
entra pasará en paralelo a tierra, primero por C1 y luego por C2, y así, brindará una atenuación de
dos etapas; de ahí provine la designación de segundo orden. Este tipo de filtro da un factor de
calidad Q menor a 0.5; si se desea incrementar el factor de calidad, se debe reforzar la respuesta
de magnitud. Una forma de hacer esto, es proveer una cantidad controlada de retroalimentación
positiva. A estos filtros, se les llama KRC o filtros Sallen-Key.
Al obligar a que K=1, se minimiza el número de componentes y también, se maximiza el
ancho de banda del amplificador operacional (opam).
Debido a la naturaleza de las señales, al trabajar a fre!cuencias altas, éstas se pueden
amplificar, lo que podría presentar un problema de ruido de alta frecuencia y por tanto, impedir un
correcto uso de la señal original amplificada. Debido a esto, :se hace necesaria una etapa de
filtrado en la que sólo se deje pasar la frecuencia de la señal original.
ne Vee
mR R Vo
Vcc
o
Figura 17: Filtro pasa-bajas de segundo orden. [Cast]
Para poder determinar los valores que satisface la frecuencia de corte del filtro, se usaron
las siguientes fórmulas:
1
COo =-=--
JmnRC
ec.(10)
Se propone: C= 1 nF; m= 1; y, Q= O. 707. Con estos valores, se obtiene n = 4Q2. la n obtenida es
igual a 1.99, así que se toma el valor próximo n = 2, por lo tanto nC = 2nF. Estos valores son
sustituidos en la ecuación (1 O) para poder determinar el valor de la resistencia R. El valor obtenido
de R= 500 O. Con estos valores de capacitares y resistencias es posible hacer que el filtro corte a
una frecuencia de 225kHz.
Bioimpedanciómetro 23
Sistema propuesto
Observaciones:
1. Los filtros empleados en el sistema, tienen una frecuemcia de corte de 250 kHz en la
práctica debido al uso de componentes que no son de pre,cisión.
2. El filtro es de ganancia unitaria K=1.
4.1.5 Convertidor de precisión CA-CD
La aplicación más común de los circuitos de precisión de valor absoluto es la conversión de CA-
CO; esto es, la generación de un voltaje CD proporcional a la amplitud de una onda de CA dada.
Para realizar esta tarea, primero se rectifica con onda completa la señal de CA, y después, se hace
pasar por un filtro pasa-bajas para sintetizar un voltaje de CD. Este voltaje es el promedio de la
onda rectificada,
T
vprom =
1 f ]v(t) 1 dt
To
ec.(11)
donde v(t) es la onda de CA y T es el periodo. Sustituyendo v(t) = Vmsen2eft, donde Vm es la
amplitud del pico y f = 1/T, la frecuencia se obtiene:
ec. (12)
Un convertidor CA-CD se calibra para que cuando sea étlimentado con una señal de CA,
proporcione como resultado, el valor de la raíz cuadrada media (RMS),
V,., -( i · Í v'(t)dt r ec. (13)
Al sustituir v(t) = Vmsen2eft e integrando, se obtiene:
V = _l,"m_ = O 707 · V
rms f ' m
12
ec. (14)
El V,ms se obtiene al multiplicar el Vm por un factor de 1.11 creado a base de resistencias.
La salida del convertidor CA-CD es utilizada para la caracterización de la resistencia. Como
anteriormente se mencionó, esta señal es enviada a un ADC que se encuentra dentro del DSP, se
digitaliza y posteriormente, se caracteriza.
Bioimpedanciómetro 24
Sistema propuesto
R21 C5
~----------------..J\11,ll.-------------' ~------
R15
10k
01 N4001
Vee 02
Vcc
10k 3.3u
R17 R18 R19 R20 _ __,.""'-·-----~~
10k 10k 1k 100
Vee
R16
10k
Figura 18: Convertidor CA-CD. [Cast]
4.1.6 Amplificador sumador inversor
Este circuito es empleado en el sistema para generar un offset nE!cesario para poder digitalizar los
valores que se encuentran por debajo de cero, ya que el DSP no c:umple esta función.
El voltaje de salida del sumador inversor se obtiene a partir de la siguiente ecuación:
V,={ t}(va+ Vb+ ..... +Vx) ec. (15)
Esta ecuación se cumple si el valor de las resistencias es i~~ual
Bioimpedanciómetro 25
Observaciones:
Ir
Vxo,--,1v,.,-------,I\A,~---~
-+Rx
Ix :
•
VBo,--,·"" __ _
r;+
VAo
----+
IA
Rr
Vcc
Figura 19: Amplificador sumador inversor. [Cast]
Sistema propuesto
1. La topología anterior permite amplificar o atenuar la suma de las señales de entrada 0Ja,
Vb .... ,Vx).
2. La señal de salida está desfasada 180º con respecto a la suma de las señales de entrada,
de aquí su nombre de sumador inversor.
3. Dado que Vn = Vp = O, este circuito tiene una tierra virtual en la terminal inversora.
4. Una tierra virtual es aquella que tiene un voltaje de cero volts, pero que no está conectado
físicamente en la terminal de tierra.
4.1. 7 Sistema electrónico completo
oz
rti,, ~.
Ioc
d:
I
Voc
Voc
Bioimpedanciómetro
1111 Rl
l
1121 05
,-----------w,.-.....----11----,1
1111 :J~
11.15
ac
Figura 20: Esquema de la etapa electrónica completa.
26
Sistema propuesto
4.1.8 Sistema de alimentación
El sistema tiene que ser alimentado con diferentes voltajes para garantizar su buen
funcionamiento. Los amplificadores operacionales, normalmente, trabajan con un voltaje mínimo de
:t. 9 volts, los cuales, se obtiene de dos pilas que comparten la tierra y en donde cada una
proporciona su voltaje correspondiente :t. 9 volts como se muest1·a en la Figura 21.
- 1 LM78XX 3 ---o
lop.,t Oulpul +
2
::e, ::
O~F Co
0.1~F
,,
le, Co l
O~F O. 1~F
2
1
LM79XX
3 --0
Oulpul-
Figura 21: Forma de alimentar el s1stoma
Algunos dispositivos como el XR2206 tienen que ser polarizados con :t. 5 volts, por ello, es
necesario utilizar reguladores de voltaje (7805, 7905) para podeir reducir el voltaje de 9 volts a 5
volts, y de esta manera, garantizar el buen funcionamiento del chip y no dañarlo.
Bioimpedanciómetro
INFIUT
l
o
~
~
o
OUTf'UT
INPUT
GROI.INO
0000734]-14
Front View
Order Number LM7905CT, LM7912CT or Lllll7915CT
See NS Package Number TOJB
Figura 22: Regulador de voltaje negativo 79xx.
27
Sistema propuesto
4.2 Etapa digital
4.2.1 Justificación de la utilización de un DSP familia C5000 (TMS320-C5416)
Un DSP es un dispositivo capaz de procesar grandes cantidades de información, en un tiempo
comparativamente menor respecto a otros mircroprocesadores. Éste, permite realizar operaciones
simultáneas, pues su función principal es el procesamiento dE~ señales. Los requerimientos del
proyecto respecto al dispositivo no son críticos. La principal limitante es la capacidad de digitalizar
señales de frecuencias tan altas como 225KHz, lo que implic:a, que en un ciclo de máquina,
pudiera leerse la señal. Sin embargo, aunque el proceso del proyecto es simple, se eligió el DSP
por la capacidad de digitalizar y procesar hasta 16 señales al mismo tiempo, permitiendo así, que
el proceso completo de medición de impedancia se realice en tiempo real.
La comunicación con la PC es otra característica de suma importancia en la selección del
dispositivo, pues su compatibilidad permite un fácil manejo para los usuarios del sistema; así, por
ejemplo, los resultados pueden ser vistos con el software Quickbasic, requerimiento del personal
del Instituto Nacional de Nutrición. Además, los niveles de voltaje que recibe y lee, están pensados
para aplicaciones biomédicas, siendo así, un dispositivo esp1~cializado para el fin último del
proyecto. La comunicación DSP-PC se consigue con el módulo FffDX (Real Time Data Exchange)
del DSP. Este módulo permite transferir datos entre la tabla de desarrollo y aplicaciones del host
(PC).
Figura 23: Módulo DSP.
La aplicación particular envía datos unidireccionalmente por los pipelines. La PC almacena
esta información en un buffer o en un archivo tipo log, de forma que no interfiera con los procesos
realizados por la aplicación con que se desea comunicar.
Bioimpedanciómetro 28
Sistema propuesto
La familia es también escalable y compatible con un gran número de componentes. La gran
capacidad de cálculo resulta importante para generar las señales de frecuencias altas. Además, el
CODEC es capaz de convertir nuevamente a analógica la señal que se genera digitalmente.
Finalmente, en una fase superior de desarrollo del proyecto, el dispositivo es óptimo al
permitir la adición de memoria, así como también, displays !~ráficos que pudieran eliminar la
necesidad de una PC para su visualización.
4.2.2 Digitalización
La digitalización se realiza con un ADC interno del DSP. Dicho convertidor tiene una resolución de
12 bits y una frecuencia máxima de muestreo de 8.3 MHz. El módulo completo del ADC consiste
de Multiplexores análogos, circuitos de SAMPLE y HOLD, así como dos secuenciadores que
pueden controlar hasta 16 canales de entrada.
S/W
Analog
MUX
SIH-A
SIH-8
System
control block
High-speec!] 4 SYSCLKOUT 1
presc.aler • c2sx ___ -,--__,_ ____ _
ADCENCLK HSPCLI<
Result Registers
ResullReg O 70A8h
ResullReg 1
Resull Reg 7 70AFh 12-Bit
ADC
module
i--------,
Resull Reg 8 70B0h
Result Reg 1 !! 70B7h
ADC Control Reg,sters
t---,---------,------·----r---t"1t--SIVI/
EVA SOC Sequencer 1 Sequen::er 2 SOC EVB
~ ----------------------
SPRU060 Anslog-to-Digfts,' Converler (ADC) 1-3
Figura 24: Sistema del ADC.
El ADC lee por la entrada analógica y compara un voltaje de referi:mcia; dichovalor es escalado y
registrado en un búfer de entrada (Result Registers (O ... 15)). Los SE!cuenciadores controlan el canal
que se digitaliza y se almacena en dicho búfer. Estos dos secue·nciadores pueden funcionar de
forma independiente o en secuencia, según el caso de interés ADCCTRL 1.4.
Existen diversos modos de operación, todos controlables mediante la manipulación de los
registros de control del ADC (Spru 60). Entre sus características más importantes, se encuentra el
modo de operación continua, en la que el ADC inicia su operación al activarse el bit SEQSOC en
Bioimpedanciómetro 29
Sistema propuesto
la dirección ADCTRL2.13 y ADCTRL2.14. Así, la digitalización puede iniciarse y detenerse vía
software.
ADC lnDUt Channel SeJeet seauenclna control Reaisters (Cf1SELSEQ1,
(Address Offset 03h)
15 14 13 12 1 11 10 9 8 1 7 6 5 4 1 3 2 . o
COtlV03 CON'/02 1 CONVl1 1 CONVOl 1
RIW.O RM,0 R/W,;) Rffl-0
Nole: R • Rted IOOIH. W • Wrlle MIOHI, -C: • 'tel1,t _, '""
ADC Input cnannel Seleel Sequenclng control Reglsters (CHSELSEQ2)
(Address orrset 04h)
15 14 13 12 1 11 10 9 8 1 7 6 5 4 1 3 2
. o
1 CONV07 CON'/06 1 CONVJ5 1 CONV04 1
RIW-0 RM-0 R/W-l R/W-0
Nota: R • Aud -H. W • Wrtt. -. -C: • vali,a llftar rnat
ADC lnDUt Channel ,Seiect Seauenclna COl7trol Reqlsters (CHSCLSEQ;J>
(Actctress orrset 05h)
15 14 13 12 11 10 9 9 1 7 e s 4
1
3 2 . o
1 COfN11 CON'/10 1 CONVJ9 CONV09 1
R/W-0 RM-0 R/W-) RIW-0
Hale: R = Reaa KIDl!ss. w .. Wrlw -. -e= value alhlr 11!9et
ADC lnout Channel $elect 5eauencina Control Realsters (CHS~LSEQ~J
(Address Offset 08/1)
1S 14 13 12 1 11 10 9 9 1 7 8 s 4
1
3 2 o
1 COtlV1S (Ubicación: C: \MSlm 8\BlnDL I CONV13 CONV1Z 1
R/W-0 RM-0 RfW,;) RIW-0
Nota: R .. Reed •-H. W • Writa -. -C • valua aftat-rw-.t
Each of the 4-bit fields, CONVnn, seleds ooe of the 16 muxed analog input
AOC channals far an autouquenced corivarsion.
. . ..
Figura 25: Selección del canal a digitahzar. La selección del canal a digitahzar se reahza mediante los
registros CHSELSEQ1 a CHSELSEQ4. En dichos registros se ordena a los secuenciadores qué canales y
cuándo deben ser leídos. Los registros CHSELSEQn se dividen en grupos de 4 bits.
En cada uno de los grupos CONVxx se controla ,~I canal que el multiplexor debe
seleccionar de forma secuencial. Cuando la primera conversión se realiza, el ADC mira el valor en
CONVOO (un número del 1 a 16), y le indica qué canal debe leer, y así, sucesivamente, seguirá
leyendo el canal a digitalizar en la siguiente corrida hasta llegar al valor en el registro MAXCONV.
Al llegar a este punto, los secuenciadores regresarán a cero y reiniciarán la lectura de los registros
CHSELSEQn, mientras siga habilitada la lectura.
Los resultados se almacenan en los registros RESUL TREGO ... 16 de forma secuencial, es
decir que, la lectura del canal indicado por CONVOO se almacenará en RESUL TREGO , el canal en
CONV01 , en RESUL TREG1 y así, sucesivamente. De esta forma, si se utiliza el ADC en modo de
Bioimpedanciómetro 30
Sistema propuesto
cascada (2 secuenciadores de 8 bits) es posible hacer hasta 16 conversiones simultáneas de
cualquiera de los 16 canales de entrada.
La frecuencia de muestreo se controla mediante una secuencia que lea el canal de interés.
La máxima frecuencia de muestreo es 8.3 MHz. Si cada uno de los registros CHSESELn nos
remitiera al mismo canal, entonces, dicho canal tendría una frecuencia de muestreo efectiva igual a
este máximo; pero, si alternamos dos canales, entonces ambos serán muestreados al mismo
tiempo, pero con una frecuencia de muestreo de 8.3MHz/2. Para descender dicha frecuencia de
muestreo, deben asignarse lecturas controladas, es decir, aunque los 16 registros de resultados se
almacenen, la información redundante puede eliminarse mediante una secuencia que sólo lea el
canal de entrada una vez cada 16 períodos de muestreo.
• Caracterización de la resistencia
La caracterización de la resistencia es la etapa más simple, pues, el circuito del
bioimpedanciómetro genera una señal de voltaje en CD que eis proporcional a la carga resistiva
censada. Dicho nivel de CD es muestreado y registrado para que después, la señal de CD sea
digitalizada a lo largo del tiempo (1000 muestras aproximadamente). Finalmente, es utilizado un
promedio del muestreo para eliminar picos en la lectura.
La primera etapa de caracterización consiste en la captura de diferentes valores resistivos,
dentro del rango de valores característicos del cuerpo humano. Dichos valores, son tabulados
para encontrar una regresión lineal que relaciona dos variablE~s: resistencia vs valor de CD. La
regresión lineal es sumamente precisa, ya que se obtiene un coeficiente R 2 =1. Es decir, la forma
de la ecuación lineal se ajusta exactamente con la de los valores medidos, lo que genera una
medición sumamente confiable.
11111
t3G
1G14 -531,
•
--
l
14:ill
1161
J
51'5-
58'1-
292-
.
..
Figura 26: Señal d191tahzada. La operación lineal se implementa Em el DSP que regresa un valor de
resistencia en ohms.
• Caracterización de la reactancia y defasamiento
Una vez terminada la caracterización de la resistencia, en la sig1uiente etapa se caracteriza la carga
resistiva del circuito. Para obtener este valor, se busca el defasamiento que existe entre la
corriente que entra a la carga resistiva (convertidor voltaje-corriente), y el voltaje que sale de la
carga.
Para obtener la diferencia en fase, dos señales deben se,r digitalizadas. Por un canal, se lee
la señal excitadora (entrada a la carga) y por otro, la señal de voltaje en la carga. Hasta aquí, se
tienen dos señales de la misma frecuencia, pero con magnitud y ángulo de fase diferentes. La
diferencia en magnitudes se explica por la parte resistiva de la carga, pero debido a que la carga
Bioimpedanciómetro 31
Sistema propuesto
resistiva es caracterizada mediante el circuito, la diferencia ein magnitudes es irrelevante. La
diferencia en fase concerniente es la que está relacionada directamente con la parte reactiva.
La primera etapa del proceso consiste en obtener un valor promedio de las señales. Una
vez logrado, para homologar las señales y obtener una medición más precisa, se implementa un
comparador digital, en donde las señales son comparadas en cada punto contra el valor medio;
así, en esta segunda etapa, se obtienen, a la salida del comparc1dor, señales cuadradas que tienen
la misma magnitud y la misma frecuencia.
Tras este proceso, se obtienen dos señales con el mismo origen de tiempo, por lo que el
cálculo del defasamiento se realiza en muestras y para que las señales sean iguales. Así, se
conoce el tiempo total de defasamiento (número de muestras por periodo de muestreo).
X excitadora[k] = X salida [ k - J j= número de muestras en
que la señal está defasada.
ec. (16)
El ángulo de defasamiento se obtiene por una regla de tres. Primero, debe conocerse a qué
número de muestras equivale un ángulo de fase de 360 grados. Para esto, se sabe el período de
muestreo y se calcula el número de muestras que toma un ciclCJ completo de la señal. Se calcula
un número de muestras "h" tal que X[k]=X[k+h]. Entonces "h" se, asigna al valor de 360 grados y el
número de muestras "j" tendrá una correspondencia con el ángulo de defasamiento. Finalmente, el
ángulo de defasamiento caracteriza la carga reactiva de acuerdo a la frecuencia de trabajo, y un
proceso de tabulación similar al punto anterior.
·- . .....
1111 ,,u .. .. - -ut a
o - - ..., __ -· ...... IJ, _..., . ..... .... ....
-m _,. ... ,89&
-- ... 1J1l' -13U
,..,, -18'1G
,1$ SDO &21 1,i) llf!¡ , .... ,.,. ~ - ffl 1'511 111'5 1111111 11:14 Figura 27: Caracterización del defasam1ento El canal de la señal excitadora sólo sirve como una referencia,
a que el programa asigna un ángulo de fase igual a cero.
Nota: Si se requiere conocer el código del programa del DSP consultar Anexo 1.
Bioimpedanciómetro 32
Método de Piccoli
5. Método de PiccoliLa composición corporal es el eje principal sobre el que se construye la valoración del estado de
nutrición del paciente; además, su conocimiento contribuye a diagnosticar los factores nutricionales
para fin de diversas especialidades médicas (gastroenterología, oncología, etc.). Aunque existen
diversos métodos para el estudio de la composición corporal como los dilusionales o los de
medición de grasa subcutánea, los métodos basados en la conductancia eléctrica resultan
bastante precisos. En este sentido, el análisis vectorial de la bioimpedancia es un método muy útil
para conseguir resultados fiables y útiles tanto de la composición corporal, como del estado de
hidratación.
Como se ha planteado desde el inicio de la investigación, el análisis de la bioimpedancia
eléctrica, se basa en la naturaleza de la conducción de una corriente eléctrica a través del
organismo, en don de la aplicación de una corriente eléctrica alterna constante y de baja
intensidad, produce una oposición o impedancia que depende de la frecuencia de de dicha
corriente.
El método de Piccoli fue desarrollado por el médico de origen italiano con el mismo nombre,
quien a la fecha, trabaja en el Departamento de Ciencias Médiicas y de Cirugía de la Universidad
de Padova en Italia. La función de este método, básicamente, es la de convertir una señal eléctrica
aplicada directamente al cuerpo humano para poder convertirlc1 en una función clínica que sea de
utilidad. Esto se logra basándose en un análisis vectorial de la impedancia bioeléctrica del cuerpo
humano y, generalmente, se estudia de manera gráfica poniendo la parte resistiva en el eje X y la
parte reactiva en el eje Y. [pie]
B ioimpedanciómetro 33
Método de Piccoli
IRA
60
IRA
50
40
E --....
E
..e
o 30
I-.___
V
>< / 20
11/ 10
//
o -----,-
O 1 00 200 300 400 500 600
R/H, Ohm/m
Figura 28: Ejemplo de gráfico vectorial.
Parte importante del método, es el entendimiento pleno ele los valores que el análisis arroja,
y es que, la precisión de la medición final, depende, fundamentalmente, de la exactitud con la que
las variables sean medidas.
Tabla 4: Variables que incluyen las ecuaciones de predicción.
Resistencia (.Q)
Estatura (m)
Peso corporal (kg)
Edad (años)
Sexo (F/M)
Por otro lado, según el Método en cuestión, es trascendental tener una base de datos muy
detallada de la población a la que se quiere estudiar para poder graficar las elipses con respecto a
esta base de datos. De esta forma, se puede tener un panorama completo sobre el paciente pero
también y de gran importancia, sobre las condiciones poblacionales -o de los pacientes sometidos
a determinados tratamientos- y su estado nutricional.
Tabla 5: Ejemplo de poblaciones normales según Piccoli.
N R/HW/m Xc/H W/m
Sexo Promedio R/HSD Promedio Xc/H SD Coef Cr
354
H* 298.6 43.2 30.8 7.3 0.47
372
M* 371.9 49.0 34.4 7.7 0.41
631 H 297.8 35.3 33.8 5.2 0.61
346 F 397.3 50.0 42.9 7.1 0.66
A diferencia de los métodos convencionales de interprietación en donde se asume que la
corriente a baja frecuencia sigue un recorrido extracelular y que la corriente a frecuencias más
elevadas transita libremente por las células ignorando efectos dieléctricos de las membranas, en el
Bioimpedanciómetro 34
Método de Piccoli
método vectorial de Piccoli, la resistencia medida es interpretada como la resistencia extracelular
(Ro) en las medidas a baja frecuencia, y como resistencia total {R00 , intra y extracelular) cuando se
inyecta corriente a alta frecuencia. El volumen eléctrico intracelular (R intracelular) se calcula por la
diferencia del volumen eléctrico total menos el extracelular Finalmente, el resultado de la
resistencia extracelular y de la resistencia total, son obtenidos por interpolación de un círculo de
distintos vectores de impedancia a distintas frecuencias ( 1 kHz, 5 kHz, 20 kHz, 50 kHz, 100 kHz
y 225 kHz).
El método, está basado en un modelo gráfico de Resistencia-Reactancia (RX.c), en donde la
Resistencia (R), es la oposición al flujo de una corriente alterna, y Reactancia (Xc), es la
capacitancia producida por las interfaces tisulares y las membranas celulares. El arco tangente de
Xc/R, es el ángulo de fase, y la estatura (H), es la medida de la longitud del conductor humano.
Las dos medidas R y Xc, son obtenidas simultáneamente como miembro del vector de impedancia
Z. Finalmente, una vez que el método está completo las gráficas presentan patrones
característicos dependiendo del padecimiento en cuestión. Según la tolerancia, son tres elipses las
que genera el programa (50%, 75% y 95%).
-3
-3
2 3
Z(R)
eHJV/6
o
Anorexia
Figura 29: Ejemplificación de gráficas de Pic:coli.
Una gran ventaja de este método es que se puede diagnosticar rápidamente además, de
brindar información que permita saber si es o no necesaria la n3alización de otros estudios o
pruebas médicas. Para el análisis nutricional de un paciente no basta con analizar un solo aspecto
de los parámetros bioeléctricos, sino, la trayectoria del vector de, Z y sus componentes. Para
obtener mayores conclusiones de estados de nutrición, o de composición corporal, es necesario
tener las elipses de tolerancia con las referencias sanas de la población en estudio, teniendo en
cuenta, factores como raza, peso, estatura, sexo y edad.
8 ioimpedanciómetro 35
Método de Piccoli
IO IO
~
50 50
40
.. /\-- ',/
/1 J¡
/ ... _;·'
/ \ .... __ .,..., .....
30
20
30
20
10
/ ,.
10 /
,..,..._/_~-~-~-~-~-~~- .. ,...._/_' -~~--~-~-~-~-~-.
- O 100 200 300 •oo 500 IDO 700 O 100 200 300 .too 500 IDO 700
Figura 30: Ejemplo de elipses de confidencia de distintas poblaciones.
5.1 Desarrollo y pruebas de interfaz.
El desarrollo del programa y la interfaz para poder graficar los puntos con base en el método de
Piccoli, se realizo con Visual Basic 6.0. Este programa nos permite primeramente seleccionar el
género (masculino, femenino), como se muestra en la Figura 31.
iii. Gráfica Piccoli .: ..
¿Qué gráfica deseas manipular?
11 .. .. .... .. ........ Mujeres ................... il Hombres _J
___ s~
Figura 31: Interfaz gráfica para seleccionar geinero.
Una vez obtenidos los valores de resistencia y reactancia del bioimpedanciometro, los
valores son introducidos en los campos que aparecen en cada una ele las figuras (Xc = reactancia,
R= resistencia y H = altura), y de esta manera se puede observar la representación del punto
sobre las curvas de tolerancia.
Bioimpedanciómetro 36
Método de Piccoli
Es importante mencionar que la forma de graficar las elipses de tolerancia para hombres y para
mujeres es diferente, dependerá de variables correspondientes al genero, como se muestra en la
Figura 32 y Figura 33, respectivamente para hombres y mujeres.
li; Gráfica Hombres Piccoli J:.~·
60
50
40
Ohm/m
30
20
10
o
o 100
Bioimpedanciómetro
Gré.fica de Hombres:
200
Hombres
300
95%
400
Ohm/m
500
Valores:
Xc:
R:
H:
Muestre. a generar:
Genern.r Punto
600 700
Regresar
Figura 32: Interfaz para graficar punto (hombres).
Ohm
Ohm
m
1
Salir
37
íii . Gráfica Mujeres Piccoli ¡ ~ ·
60
50
40
Ohm/m
30
20
10
o
o 100
Gráfica de Mujeres:
200
Mujeres
300
95%
400
Ohm/m
500 600 7DIJ
Método de Piccoli
Valores:
Xc:
R:
Ohm
Ohm
H: m
Muestra a generar: 1
Generar Punto
Regresar Salir
Figura 33: Interfaz para graficar punto (mujeres).
Aparentemente las curvas de tolerancia son iguales, pero como se menciono anteriormente
presentan cambios que son propios a las características del género, sin embargo el procedimiento
para graficar los puntos correspondientes a una reactancia (Xc) y resistencia (R) es el mismo.
Nota: Si se requiere conocer el código del programa que ~irafica el punto sobre las elipses,
consultar Anexo 2.
Bioimpedanciómetro 38
Pruebas y resultados
6. Pruebas y resultadlos
Las pruebas realizadas en un inicio,fueron en el generadc,r de funciones (XR2206); dichas
pruebas fueron únicamente para determinar si éste, generaba las frecuencias requeridas para el
sistema (1, 5, 10, 50, 100 y 225 kHz).
Como se puede observar de la Figura 34 a la Figura 39, el generador de funciones
(XR2206) produce las frecuencias utilizadas por el sistema. Es importante mencionar que el
sistema trabaja con una sola frecuencia a la vez, esto se lleva a cabo por medio de un multiplexor
analógico de 8 canales (CD4051 BE), el cual, permite tener sólo una salida, independientemente
del número de entradas que se tengan.
Bioimpedanciómetro
(Jec.
~
. _]_ ..
:¡
··r···
.¡
D ;par,lo6: 4,7G V
•= 2.nv
6: 2, 19kHz
•: G41 Hz
Chl fre<11e11c·
1.09GIIHz
1 ¡ : . __¡__* _ _¡__._ .
pr;,o¡¡,.s: A! ch, J -120 .. ,v
27 0<:t 2005
~~l:l 1:i(i"ii,v rn,J, 11,~ -~ U':io:oi
Figura 34: Generación de frecuencia a 1 kHz.
39
Bioimpedanciómetro
~
.... 1 ...
D n o
A¡ Chl J -920111\1!
6: '·ªº" •: 1,41 V
6: 4,3tkHZ
•: 1.30kHz
Chl PICD-P
'!.OolV
270CI 20G'!
Rell 4 s 17:20:<17
Figura 35: Generación de frecuencia a 5kHz.
6: 2,36V
•: "'401nY
6: l,77kHz
•: 2.stkHz
thl fl'KU911
10.1711H:r
Figura 36: Generación de frecuencia a 1 O kHz.
D ~16: MOmV •: ZIOmY
.... 6: 17,7kHz
•: 25,tkHz
ttll rrecu,n
S0.3SkH:r
Chl Pleo-P ,.osv
Al Cht . J -tzon,v¡
270cl 200'!
Rt>f3 s S 17:22:07
Figura 37: Generación de frecuencia a 50 kHz.
Pruebas y resultados
40
DI m o
6: 2.41V
•: 3G01nv
6: 17.7kHZ
· •: 25,PkHz
Cll1 fl'ICY911
IOl.OkHl
27'0CI 200!
~elJ s t U'::12:4<1
Figura 38: Generación de frecuencia a 1 OOkHz .
. . .. : .... t··
P 1 . ~~ Al Ch I f -1:ton,v;
270CI 200!
R~l:l VO<rt [i .w • ~ lf:U::M
Figura 39: Generación de frecuencia a 225kHz.
Pruebas y resultados
El convertidor voltaje-corriente es un circuito fundamental para la construcción del
bioimpedanciometro; de él, depende que la corriente de entrada al cuerpo no sobrepase los 800uA,
de ser así, el paciente puede llegar a sufrir daños. El circuito fue simulado en P-Spice, dando
como resultado la siguiente gráfica, en donde podemos observa1r en el eje de las X el tiempo (us) y
en el eje de las Y la corriente, siendo ésta, la necesaria para nuE!stros fines.
Bioimpedanciómetro 41
800uA ...---- ----- ------------------,
1
1
1
1
1
1
-800uA + ----- ------,--------------
1
1
1
1
1
1
Ous 5 Ous 1 OOus
e -1 (RL)
Ti111e
Figura 40: Simulación P-Spice convertidor voltaje corriente.
Pruebas y resultados
La Figura 40, muestra el buen funcionamiento del convertidor voltaje-corriente, ya que la
corriente no supera los 800uA, lo cual es positivo, ya que de esta manera, no se daña al paciente,
además de ser la adecuada para obtener los diferentes parámetros de acuerdo a la frecuencia de
operación.
El amplificador de instrumentación fue sometido a divers.as pruebas, la primera de ellas fue
en P-Spice, de donde se pudo obtener la siguiente gráfica, que muestra que el voltaje de salida de
acuerdo a la ganancia propuesta (2 volts), siendo el de entrada ·1 volt.
2. uu "T" - - - - - -- - - -- - - - - - - - -- - - - - - - - - - ,
1 1
1 1
1 1
1 1
1 1
1 1
1 1
1 1
1 1
uu I
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1 1
-2. UU +----- ---- -- -- -r-- --- - - -- -----i
Os 50us 10Uus
e U(C1 :1) o U(R14:1)
Ti111e
Figura 41: Simulación en P-Spice amplificador do instrumentación.
Bioimpedanciómetro 42
k Ejec. '
u
D1sp1m1do
: Ch I Pico-P"
L05V
Ch I Pro1nedlo
-1,o,1nv
cn:i ?W::o-Vieo
¡_g7 V
Pruebas y resultados
Figura 42: Respuesta del amplificador de instrumentc1ción en osciloscopio.
Como podemos observar, en los resultados obtenidos en la Figura 42, el Al se comporta de la
misma manera teóricamente que en la práctica, ya que nos arroja un voltaje de salida
aproximadamente igual a 2 volts, que es la ganancia esperada por nuestro sistema.
Las pruebas realizadas en la etapa de filtrado, únicamente, se hicieron con el circuito
electrónico, ya que los filtros, a pesar de ser circuitos muy sencillos, suelen ser delicados para dar
resultados adecuados; es decir, las frecuencias de corte deseadas pueden variar de acuerdo a los
componentes pasivos. Sin embargo, en las figuras siguientes podremos observar que el
comportamiento del filtro KRC a diversas frecuencias, es nece:sario para no sobrepasar el ancho
de banda deseado, podremos observar también, que la ganancia es unitaria y la amplitud varía
muy poco con respecto a la frecuencia de operación.
Creemos relevante mostrar solamente, las gráficas que corresponden a frecuencias
representativas como lo son SOkHz y 225 kHz.
B ioimpedanciómetro
Al Chl J 0.00 ~
Ch2 Pico-Ple
7.90 V
14 Nov 2005
u~· 0.00000 s 14:21:19
Figura 43: Filtro pasabajas a 50 kHz.
43
o. 00 \lj
226.9kHz
Ch 1 Pico-Ple
8.60 V
Ch2 Pico-Pico
6.40 V
14 Nov 2005
ü•• 0.00000 s 14:25:41
Figura 44: Filtro pasabalas a 225 kHz.
Pruebas y resultados
En las dos figuras anteriores podemos observar qu«:! el comportamiento del filtro es
adecuado, ya que el voltaje de salida prácticamente no cambia con respecto al voltaje de entrada.
Es importante mencionar que el filtro forma una parte fundamental en el
bioimpedanciómetro, debido a que a la salida, se obtiene el defa1samiento.
Al realizar pruebas en el convertidor CA-CD podemos observar que la respuesta es la
esperada, ya que se obtiene un voltaje de DC correspondiente a la resistencia del cuerpo. Con
este último circuito, se puede llevar acabo la caracterización, es decir, dependiendo de la
resistencia que se encuentra en el convertidor voltaje-corriente E!S el voltaje DC que se obtiene.
A continuación se presentan las dos graficas correspondientes al convertidor CA-CD. La
primera, es una simulación en P-Spice, la cual nos indica teóricamente que los valores, tanto de
resistencias como de capacitares, son los adecuados en el diseño. La segunda grafica muestra los
valores de voltaje de CD correspondientes al circuito práctico.
Bioimpedanciómetro
1. uu "T"-----------------------------,
1 1
1 1
J
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
-1. UU +-- ------ -- ----r- - - - - -- ---- -- -~
Us 5 Urns 1 U Urns
e RMS(U(R59:1)) • U(U25:0UT)
Tirne
Figura 45: Convertidor CA-CD simulado P-Spice.
44
t . . ..................... ·.-¡:·.··:: : .·.-
+
' ~1.1.: 1.21V : !11: 1.11 V
. . . .. ¡
· Chl rttcuen
5t.HkMl
Chl Plco-P
}.tlV
Ch2 l'roni.oolo
1.NV
Ch1 1,HY P U>.0)11: ,t,¡ Chl ./' 40.0ITl\.'1
noe1 zoH
f:4!13 fco,mv--,¡w¡¡s1u , •• íb-a-a--¡-- 12:21::H
Figura 46: Convertidor CA-CD osciloscopio.
Pruebas y resultados
Los resultados obtenidos tanto del la etapa de filtrado CC)mo del convertidor CA-CD, son de
suma importancia para este proyecto, ya que de ellos, dependerá la reactancia y la resistencia
respectivamente.
En la Tabla 6 se muestran algunos resultados de voltc1jes CD obtenidos de acuerdo a al
resistencia del cuerpo. La frecuencia de operación es de 50 kHz ya que es la frecuencia más
representativa de nuestro sistema.
Tabla 6: Caracterización de la resistoncia.
Resistencia !l Voltaje
100 117mV
132.5 160mV
159.5 195mV
200.7 247mV
326 407mV
389.1 486mV
469 591mV
551 694mV
680 857mV
822 1.04V
902 1.14V
990 1.25V
Bioimpedanciómetro 45
Pruebas y resultados
Caracterizacion de la resistencia
1.4
1.2
1
CD
"¡ij' 0.8 -= 0.6 > I • Serie1 1
0.4
0.2
o
o 500 1000 1500
Resistencia
Figura 47: Caracterización de la resis·tencia.
Como se puede observar en la Figura 47, el voltaj«:l dependerá de la carga que se
encuentra en retroalimentación negativa en el convertidor ve>ltaje-corriente. Como se sabe, la
corriente que pasa por la carga independientemente de ésta «:ls de BOOuA y aplicando la ley de
ohm, se obtiene un voltaje diferente para cada carga lo c:ual no afecta al amplificador de
instrumentación ya que se hace una diferencia de voltajes y eso es lo que se amplifica.
6.1 Interpretación de resultadoscon el método de Piccoli
Según el método de Piccoli, el gráfico R vs Xc es la representación de las medidas de Reactancia
y Resistencia que son consideradas simultáneamente como miembros del vector de impedancia Z
y confrontado por la estatura (H) de un sujeto. Dichos resultados, son representados por distintas
elipses según el valor de tolerancia (50%, 75% y 90%).
R inimnp,1,::inrinmPtrn 46
Pruebas y resultados
Estado Estacionario Migración de vectores
R/H, Ohm/m R/H,Ohm/m
Figura 48: Ejemplo de cambios en los vectores según Piccoli. En las ~¡ráficas se observa el desplazamiento
vectorial según la indicación del estado nutricional.
Con base en lo anterior, las variaciones en la hidratación sin alteración de la estructura
tisular son asociadas a un acortamiento -en caso de hiperhidratación-, o a un alargamiento -para
el caso de deshidratación-, del vector en la dirección del eje mayor de las elipses de tolerancia.
Variaciones en los tejidos --delgados o adiposos- hacen que el v13ctor cambie en la dirección del eje
menor de las elipses, con aumento del ángulo de fase -obesos o atletas-, o con una disminución
del ángulo de fase -caquexia, anasarca, anorexia, etc.-. Finalmente, variaciones combinadas de
hidratación y nutrición son asociadas a migración del vector en la dirección de la combinación de
las dos direcciones principales.
Bioimpedanciómetro
Tecnológico de Monterrey, campus audad de México
Biblioteca
47
70
eo
50
E
i 40
,,::.
0
% 30
!
20
10
Deshidratación
Delgado
Obeso
Anasarca
D +-~--r---,---.-----.-----..~~~~~--~--r---.
o 1 oo 200 300 400 500 eoo
Ohmlm
Pruebas y resultados
Figura 49: Representación gráfica de los valores de resistencia (R) y reactancia (Xc) basado en vectores de
impedancia bioeléctrica.
Diversos estudios han comprobado que la bioimpedanciometría es un método confiable
para el estudio de la composición corporal; debido a lo anterior, y a lo sencillo de su aplicación, ha
ido en incremento el uso de este método en pacientes cuyas; enfermedades afectan el estado
nutricional natural -hemodiálisis, diálisis, endocrinología, etc ... Sin embargo, para su correcta
aplicación, existen medidas que deben ser acatadas de forma q1Je, no se altera sustancialmente la
medición:
Tabla 7: Indicaciones para la medición correcta del bioimpedianciómetro.
• De preferencia estar en ayuno
• Con un mínimo de ropa y sin objetos
metálicos
• Bien hidratado
• No hacer ejercicio extenuante antes del
análisis
• No beber agua durante 4 h ant13s de la
prueba
• Orinar antes de la prueba
• No consumir bebidas alcohólicas 48 h antes
• No tomar diuréticos 7 días antes de lét prueba
• No presentar retención de líquidos
• No tener fiebre
• En un lugar adecuado y confortable
• Colocación adecuada de electrodos
Bioimpedanciómetro 48
Pruebas y resultados
En México, el análisis corporal y nutricional por el método de la bioimpedancia eléctrica no
se ha utilizado, por lo que no están precisadas las variaciones biológicas intrínsecas de la
población para esta técnica, ni los intervalos de lo normal de los parámetros eléctricos impedancia
(Z), resistencia (R), reactancia (Xc) y ángulo de fase (cp) de la población. Sin embargo, el estudio
debe ser considerado pues El análisis de impedancia bioeléctrica es una herramienta útil para
evaluar la masa corporal, y sus componentes, la masa celular corporal y la masa extracelular.
Además, los resultados proveen de un inmediato asesoramiento para una temprana intervención
en aquellos que lo requieren, y al mismo tiempo, las características nutricionales de una
determinada población.
Bioimpedanciómetro 49
Conclusiones y perspectivas
7. Conclusiones y pe1rspectivas
La investigación y desarrollo de proyecto culminó tras un año de esfuerzo conjunto. Tras el
proceso, se logró que el sistema electrónico construido generara todas las frecuencias (1 khZ, 5
khZ, 1 O khZ, 50 khZ, 100 khZ y 225 khZ) necesarias para la eficiente aplicación en distintas
especialidades de la medicina como oncología, gastroenterología, nefrología, nutrición, medicina
del deporte, etc. Por si fuera poco, con las frecuencias generadas por el sistema, es posible
calcular, el índice de masa corporal, la masa muscular, el tejido graso, líquido intra y extracelular, y
el nivel de electrolitos en el cuerpo. En este sentido, resulta satisfactorio haber cumplido el objetivo
general planteado al inicio de la investigación.
Además de contribuir a los avances en investigación biomédica y tecnológica en nuestro
país, el equipo encargado de desarrollar el Bioimpedanciómetro. logró construir un sistema que
beneficiará a pacientes bajo tratamientos que pueden ver su estado nutricional deteriorado. Así, el
desarrollo de un aparato no invasivo con base en el método de F'iccoli, resulta importante porque
beneficiará tanto a pacientes como a médicos. En este sentido, a través de la aplicación de
conocimientos en ingeniería electrónica y comunicaciones, los des.arrolladores hemos contribuido a
la integridad y salud de la sociedad.
En cuanto a la parte técnica, el sistema electrónico, Bioimpedanciómetro, está funcionando
en su totalidad; las señales obtenidas de la etapa de filtrado y del convertidor CA-CD, proporcionan
el valor de reactancia y resistencia respectivamente. Estas señales son observables ya sea, a
través de un osciloscopio de manera analógica, o de manera digital en una computadora. Sin
embargo, debido a la falta de tiempo de los médicos encargados de usar el equipo, el sistema no
fue validado con los bioimpedanciómetros del Instituto Nacional de Nutrición, y por ello, es
importante mencionar que no conocemos si existe un porcentajei de error. Ante esta situación,
queda abierta la posibilidad de validar el sistema desarrollado y autentificar sus usos y
características.
Debe tenerse en consideración, el empleo de elementos pasivos de precisión para poder
obtener en cada etapa resultados acorde a lo esperado. Siguiendo esta misma línea, el sistema
puede ser mejorado en gran porcentaje utilizando elementos de precisión que consideran una
tolerancia del 1 %.
La necesidad de establecer un protocolo de comunicación emtre el DSP y la computadora,
no fue, desgraciadamente, completado por falta de especialización en el tema. Sin embargo, es
posible mostrar el método de Piccoli manualmente ya que el programa que grafica las elipses de
tolerancia está hecho al 100%, y nada más, es necesario meter dos valores -reactancia y
resistencia-, para poder observar los resultados gráficamente. En este sentido, uno de los factores
potenciales a desarrollar, es un sistema propio que permita una comunicación eficiente y eficaz.
Otro impedimento que entorpeció el desarrollo del proyecto, fue que el DSP, fundamental
para eficientar el sistema, no es de fácil disponibilidad y su obtendón requiere de larga espera.
Bioimpedanciómetro 50
Conclusiones y perspectivas
Aunado a esto, en la etapa electrónica fue complicado obtener con precisión las ganancias y
voltajes requeridos por el sistema, debido a la falta de componentes de precisión.
Sin duda, el bajo costo de producción es una de las ventajas que se obtienen al desarrollar
un bioimpedanciómetro en manos mexicanas. El costo aproximado fue de $11.000 pesos, mismo
que podría bajar considerablemente si los sistemas fueran ela1borados en serie. Al respecto, el
margen de error en la producción podría ser muy pequeño, si se emplean los estándares de
calidad necesarios; así, se obtendría un aparato mexicano para mexicanos.
La calidad es fundamental en cualquier servicio, y má1s, si de él depende la salud de
individuos. Por ello, sería importante ofrecer servicios posventa para la correcta manutención del
bioimpedanciómetro. Servicios de mantenimiento, reparación e incluso capacitación serían ideales
para que personal y equipo se integren en su totalidad.
Finalmente, y de manera fundamental, sería la elaboración deun sistema y base de datos -
utilizando el método de Piccoli-, que permita indicar el perfil nutricional de las poblaciones
(pacientes) sometidos a procesos médicos. De esta forma, sei completaría el esfuerzo para la
creación de un sistema de salud de desarrollo sustentable.
La posibilidad de impactar socialmente a través de conocimientos en nuestra área de
estudio, nos ha abierto una perspectiva diferente sobre el rumbo y las posibilidades a explotar. Es
imperante que se continúe apoyando el talento y habilidades dei estudiantes mexicanos para que
de esta forma, podamos contribuir más, en aras de la superación de nuestro país.
Bioimpedanciómetro 51
Anexo 1: Programa DSP
Programación del DSP TMS320F2808
-Proyectos de Ingeniería IEC Agosto-Diciembre de 2005
-Autores:
Osear Fuentes
Raymundo Rodríguez
Eduardo González
Aldo Castellanos
-Lenguaje de programación: C++
-Compilador: Cede Componer Studio F2808EzDSP de Texas lnstrurnents
#include "DSP281x_Device.h" // DSP281x Headerfile lnclude File
#include "DSP281x_Examples.h" // DSP281x Examples lnclude File
#include "Math.h"
#define POST _SHIFT O // Shift results after the entire sample table is full
#define INLINE_SHIFT 1 // Shift results as the data is taken from the results regsiter
#define NO_SHfFT O // Do not shift the results
Anexo 1: Programa DSP
#define ADC_MODCLK Ox3 // HSPCLK = SYSCLKOUT/2*ADC_MODCLK2 = 1Ei0/(2*3) = 25MHz
#define ADC_CKPS OxO II ADC module clock = HSPCLK/1 = 25MHz/(1) == 25MHz
#define ADC_SHCLK Ox1 // S/H width in ADC module periods = 2 ADC cycle
#define AVG 1000 // Average sample limit
#define ZOFFSET OxOO II Average Zero offset
#define BUF _SIZE 1000 // Sample buffer size
Uint16 SampleTable[BUF _SIZEJ;
Uint16 Truco[BUF _SIZE];
Uint16 Res[BUF _SIZEJ;
main()
{ double c,ang,r,frec;
int16 i,j,defas;
Uint16 array_index;
double mean1 ,mean2,mean3;
j=1;
frec=19;
r=390;
lnitSysCtrl();
B ioimpedanciómetro 52
Anexo 1: Programa DSP
EALLOW;
SysCtrlRegs.HISPCP.all = ADC_MODCLK;
// HSPCLK = SYSCLKOUT/ADC MODCLK
EDIS; -
// Step 2. lnitialize GPIO:
// This example function is found in the DSP281x_Gpio.c file and
// illustrates how to set the GPIO to it's default state.
//lnitGpio();
// Enable the pins as XF pin as output
EALLOW;
GpioMuxRegs.GPFMUX.bit.XF _GPIOF14 = 1; //enable XF pin on GPOF14
EDIS;
DINT;
lnitPieCtrl();
IER = OxOOOO;
IFR = OxOOOO;
lnitPieVectTable();
lnitAdc(); // For this example, init the ADC
AdcRegs.ADCTRL 1.bit.ACQ_PS = ADC_SHCLK; // Sequential mode: Sample rate = 1/[(2+ACQ_PS)*ADC clock in
ns]
11 = 1/(3*40ns) =8.~IMHz
// lf Simultaneous mode enabled: Sample rate = 1/[(3+ACQ_PS)*ADC
clock in ns]
AdcRegs.ADCTRL3.bit.ADCCLKPS = ADC_CKPS;
AdcRegs.ADCTRL 1.bit.SEQ_CASC = 1; // 1 Cascaded mode
AdcRegs.ADCCHSELSEQ1 .bit.CONVOO = OxO;
AdcRegs.ADCTRL 1.bit.CONT_RUN = 1; // Setup continuous run
AdcRegs.ADCTRL 1.bit.SEQ_OVRD = 1; // Enable Sequencer override foature
AdcRegs.ADCCHSELSEQ1 .bit.CONVOO = Ox3;
AdcRegs.ADCCHSELSEQ1 .bit.CONV01 = Ox1;
AdcRegs.ADCCHSELSEQ1 .bit.CONV02 = Ox3;
AdcRegs.ADCCHSELSEQ1 .bit.CONV03 = Ox1;
AdcRegs.ADCCHSELSEQ2.bit.CONV04 = Ox3;
AdcRegs.ADCCHSELSEQ2.bit.CONV05 = Ox1;
AdcRegs.ADCCHSELSEQ2.bit.CONV06 = Ox3;
AdcRegs.ADCCHSELSEQ2.bit.CONV07 = Ox1;
AdcRegs.ADCCHSELSEQ3.bit.CONV08 = Ox3;
AdcRegs.ADCCHSELSEQ3.bit.CONV09 = Ox1;
AdcRegs.ADCCHSELSEQ3.bit.CONV10 = Ox3;
AdcRegs.ADCCHSELSEQ3.bit.CONV11 = Ox1;
AdcRegs.ADCCHSELSEQ4.bit.CONV12 = Ox3;
AdcRegs.ADCCHSELSEQ4.bit.CONV13 = Ox1;
AdcRegs.ADCCHSELSEQ4.bit.CONV14 = Ox3;
AdcRegs.ADCCHSELSEQ4.bit.CONV15 = Ox3;
// lnitialize all ADC channel selects to AO
AdcRegs.ADCMAXCONV.bit.MAX_CONV1 = Ox7; // convert and store in 8 results registers
// Step 5. User specific code, enable interrupts:
Bioimpedanciómetro 53
// Clear SampleTable
for (i=O; i<BUF _SIZE; i++)
{
SampleTable[i] = O;
}
11 Start SEQ1
AdcRegs.ADCTRL2.all = Ox2000;
while ü==1)
{ // Take ADC data and log them in SampleTable array
// lnitalize the array index. This points to the current
// location within the SampleTable
array _index = O;
for (i=O; i<(BUF _SIZE/8); i++)
{
// Wait for INT1
while (AdcRegs.ADCST.bit.lNT_SEQ1== O){}
asm(" setc XF "); // Set XF for monitoring -optional
AdcRegs.ADCST.bit.lNT_SEQ1_CLR = 1;
#if INLINE_SHIFT
SampleTable[array_index]= ( (AdcRegs.ADCRESUL T0)»4);
Truco(array_index++J= ( (AdcRegs.ADCRESUL T1)»4);
SampleTable[array_index]= ( (AdcRegs.ADCRESUL T2)»4);
Truco(array_index++J= ( (AdcRegs.ADCRESUL T3)»4);
SampleTable[array_index]= ( (AdcRegs.ADCRESUL T4)»4);
Truco[array_index++J= ( (AdcRegs.ADCRESUL T5)»4);
SampleTable[array_index]= ( (AdcRegs.ADCRESUL T6)»4);
Truco[array_index++J= ( (AdcRegs.ADCRESUL T7)»4);
#endif //-- INLINE_SHIFT
while (AdcRegs.ADCST.bit.lNT_SEQ1== O){}
AdcRegs.ADCST.bit.lNT_SEQ1_CLR = 1;
#if INLINE_SHIFT
SampleTable[array_index]= ( (AdcRegs.ADCRESUL T8)»4);
Truco[array_index++J= ( (AdcRegs.ADCRESUL T9)»4);
SampleTable[array_index]= ( (AdcRegs.ADCRESUL T10)»4);
Truco[array_index++J= ( (AdcRegs.ADCRESUL T11)»4);
SampleTable[array_index]= ( (AdcRegs.ADCRESUL T12)»4);
Truco[array_index++J= ( (AdcRegs.ADCRESUL T13)»4);
SampleTable[array_index]= ( (AdcRegs.ADCRESUL T14)»4);
Truco[array_index++J= ( (AdcRegs.ADCRESUL T15)»4);
#endif //-- INLINE_SHIFT
j=O;
}
mean 1 =mean2=0;
for (i=O; i<(BUF _SIZE-10); i++)
{ mean1 =mean1 +SampleTable[i];
mean2=mean2+ Truco[i];
mean3=mean3+Res[i];
Bioimpedanciómetro
Anexo 1: Programa DSP
54
Anexo l: Programa DSP
}
mean1=mean1/(BUF _SIZE-10);
mean2=mean2/(BUF _SIZE-10);
mean3=mean3/(BUF _SIZE-10);
for (i=O; i<BUF _SIZE; i++)
{
if( SampleTable[i]<mean1){
if( SampleTable[i]>=mean1){
if( Truco[i)<mean2){
if( Truco(i)>=mean2){
for (i=O; i<BUF _SIZE; i++)
{
Sample Table[i]=O;
}
SampleTable[i)=1640;
}
Truco[i]=O;
}
Truco[i)=1640;
}
if(Truco[i]==O && Truco(i+1)!=0 && Truco[i+2]!=0){ for O=O; j<BUF __ SIZE; j++){
if(SampleTableU)==O && SampleTableU+1]!=0 && SampleTableU+2:!=0){ defas=absQ-i);
j=BUF _SIZE;
}
}
i=BUF _SIZE;
ang=360*defas/frec;
c=atan( ang);
r=.0013*mean3-.0089;
Bioimpedanciómetro 55
Anexo 2: Programa Piccoli
Anexo 2: Programa fticcoli
Programación del DSP TMS320F2.:308
-Proyectos de Ingeniería IEC Agosto-Diciembre de 2005
-Autores:
Osear Fuentes
Raymundo Rodríguez
Eduardo González
Aldo Castellanos
-Lenguaje de programación: Visual Basic
-Compilador: Microsoft Visual Studio 2005
Option Explicit
Private Sub Command1_Click()
End
End Sub
Private Sub Command2_Click()
Form1 .Visible= False
Form2.Visible = True
End Sub
Prívate Sub Command3_Click()
Form1. Visible = False
Form3.Visible = True
End Sub
Prívate Sub Form_Load()
End Sub
B ioi mpedanciómetro
Programa Picolli (ventana principal}.
56
Option Explicit
Dim Xc As Double
Dim R As Double
Dim H As Double
Dim alto As Double
Dim ancho As Double
Dim punto As lnteger
Private Sub Command1_Click()
End
End Sub
Prívate Sub Command2_Click()
Form2.Visible = False
Form1 .Visible = True
End Sub
Prívate Sub Command3_Click()
Programa Piccoli (rutina para muj«~res).
lf Text4.Text > 25 Or Text4.Text < O Then
MsgBox "Sólo se pueden colocar 25 muestras", vbCritical, "Error"
Else
lf Text1 .Text = "" Or Text2.Text = "" Or Text3.Text = "" Then
MsgBox "Faltan valores para generar punto", vbExclamation, "Error"
Else
Xc = Text1.Text
R = Text2.Text
H = Text3.Text
punto= Val(Text4.Text)
lf punto = 1 Then
Picture2.Visible = True
alto= (416- (Xc/ H) * 6.1333333)- 2
ancho = (6 + (R / H) * 0.55) - 2
Picture2.Top = alto
Picture2.Left = ancho
End lf
lf punto = 2 Then
Picture3.Visible = True
alto= (416-(Xc/ H) * 6.1333333)-2
ancho= (6 + (R / H) * 0.55) - 2
Picture3.Top = alto
Bioimpedanciómetro
Anexo 2: Programa Piccoli
57
Picture3.Left = ancho
End lf
lf punto = 3 Then
Picture4.Visible = True
alto= (416 - (Xc / H) * 6.1333333) - 2
ancho= (6+ (R / H) * 0.55) - 2
Picture4.Top = alto
Picture4.Left = ancho
End lf
lf punto = 4 Then
Picture5.Visible = True
alto= (416 - (Xc / H) * 6.1333333) - 2
ancho = (6 + (R / H) * 0.55) - 2
Picture5.Top = alto
Picture5.Left = ancho
End lf
lf punto = 5 Then
Picture6.Visible = True
alto= (416 - (Xc / H) * 6.1333333) - 2
ancho= (6 + (R / H) * 0.55)-2
Picture6.Top = alto
Picture6.Left = ancho
End lf
lf punto = 6 Then
Picture7.Visible = True
alto= (416 - (Xc / H) * 6.1333333) - 2
ancho= (6 + (R / H) * 0.55) - 2
Picture7.Top = alto
Picture7.Left = ancho
End lf
lf punto = 7 Then
Picture8.Visible = True
alto= (416 - (Xc / H) * 6.1333333) - 2
ancho= (6 + (R / H) * 0.55) - 2
Picture8.Top = alto
PictureB.Left = ancho
End lf
lf punto = 8 Then
Picture9.Visible = True
alto= (416 - (Xc / H) * 6.1333333) - 2
ancho = (6 + (R / H) * 0.55) - 2
Picture9.Top = alto
Picture9.Left = ancho
End lf
lf punto = 9 Then
Picture10.Visible = True
alto= (416 - (Xc / H) * 6.1333333) - 2
ancho= (6 + (R / H) * 0.55) - 2
Picture10.Top = alto
Picture10.Left = ancho
End lf
lf punto = 1 O Then
Picture11 .Visible = True
alto= (416 - (Xc / H) * 6.1333333) - 2
B ioimpedanciómetro
Anexo 2: Programa Piccoli
58
ancho= (6 + (R / H) * 0.55) - 2
Picture11.Top = alto
Picture11.Left = ancho
End lf
lf punto = 11 Then
Picture12.Visible = True
alto= (416 - (Xc / H) * 6.1333333) - 2
ancho= (6 + (R / H) * 0.55) - 2
Picture12.Top = alto
Picture12.Left = ancho
End lf
lf punto= 12 Then
Picture13.Visible = True
alto= (416 - (Xc / H) * 6.1333333) - 2
ancho= (6 + (R / H) * 0.55) - 2
Picture13.Top = alto
Picture13.Left = ancho
End lf
lf punto = 13 Then
Picture14.Visible = True
alto= (416 - (Xc / H) * 6.1333333) - 2
ancho= (6 + (R / H) * 0.55)- 2
Picture14.Top = alto
Picture14.Left = ancho
End lf
lf punto= 14 Then
Picture15.Visible = True
alto= (416 - (Xc / H) * 6.1333333) - 2
ancho= (6 + (R / H) * 0.55) - 2
Picture15.Top = alto
Picture15.Left = ancho
End lf
lf punto = 15 Then
Picture16.Visible = True
alto= (416- (Xc/ H) * 6.1333333)-2
ancho = (6 + (R / H) * 0.55) - 2
Picture16.Top = alto
Picture16.Left = ancho
End lf
lf punto = 16 Then
Picture17.Visible = True
alto= (416 - (Xc / H) * 6.1333333) - 2
ancho= (6 + (R / H) * 0.55) - 2
Picture17.Top = alto
Picture17.Left = ancho
End lf
lf punto = 17 Then
Picture18.Visible = True
alto= (416 - (Xc / H) * 6.1333333) - 2
ancho= (6 + (R / H) * 0.55) - 2
Picture18.Top = alto
Picture18.Left = ancho
End lf
lf punto = 18 Then
Bioimpedanciómetro
Anexo 2: Programa Piccoli
59
Picture19.Visible = True
alto= (416 - (Xc / H) * 6.1333333) - 2
ancho = (6 + (R / H) * 0.55) - 2
Picture19.Top = alto
Picture19.Left = ancho
End lf
lf punto = 19 Then
Picture20.Visible = True
alto= (416 - (Xc / H) * 6.1333333) - 2
ancho= (6 + (R / H) * 0.55) - 2
Picture20.Top = alto
Picture20.Left = ancho
End lf
lf punto = 20 Then
Picture21 .Visible = True
alto= (416 - (Xc / H) * 6.1333333) - 2
ancho= (6 + (R / H) * 0.55) - 2
Picture21.Top = alto
Picture21.Left = ancho
End lf
lf punto= 21 Then
Pícture22.Visible = True
alto= (416 - (Xc / H) * 6.1333333) - 2
ancho= (6 + (R / H) * 0.55) - 2
Picture22.Top = alto
Picture22.Left = ancho
End lf
lf punto = 22 Then
Picture23.Visible = True
alto= (416 - (Xc / H) * 6.1333333) - 2
ancho = (6 + (R / H) * 0.55) - 2
Picture23.Top = alto
Picture23.Left = ancho
End lf
lf punto = 23 Then
Picture24.Visible = True
alto= (416 - (Xc / H) * 6.1333333) - 2
ancho = (6 + (R / H) * 0.55) - 2
Picture24.Top = alto
Picture24.Left = ancho
End lf
lf punto = 24 Then
Picture25.Visible = True
alto= (416 - (Xc / H) * 6.1333333) - 2
ancho= (6 + (R / H) * 0.55) - 2
Picture25.Top = alto
Picture25.Left = ancho
End lf
lf punto = 25 Then
Picture26.Visible = True
alto= (416 - (Xc / H) * 6.1333333) - 2
ancho = (6 + (R / H) * 0.55) - 2
Picture26.Top = alto
Picture26.Left = ancho
End lf
Bioimpedanciómetro
Anexo 2: Programa Piccoli
60
End lf
End lf
End Sub
Prívate Sub Form_Load()
Picture2.Visible = False
Picture3.Visible = False
Picture4.Visible = False
Picture5.Visible = False
Picture6.Visible = False
Picture7.Visible = False
Picture2.Visible = False
Picture9.Visible = False
Picture10.Visible = False
Picture11 .Visible= False
Picture12.Visible = False
Picture13.Visible = False
Picture14.Visible = False
Picture15.Visible = False
Picture16.Visible = False
Picture17.Visible = False
Picture18.Visible = False
Picture19.Visible = False
Picture20.Visible = False
Picture21.Visible = False
Picture22.Visible = False
Picture23.Visible = False
Picture24.Visible = False
Picture25.Visible = False
Picture26.Visible = False
End Sub
Option Explicit
Dim Xc As Double
Dim R As Double
Dim H As Double
Dim alto As Double
Dim ancho As Double
Dim punto As lnteger
Prívate Sub Command1_Click()
End
End Sub
Prívate Sub Command2_Click()
Form3.Visible = False
Form1.Visible = True
End Sub
Programa Picolli (rutina para hombres).
Prívate Sub Command3_Click()
lfText4.Text > 25 Or Text4.Text < O Then
MsgBox "Sólo se pueden colocar 25 muestras", vbCritical, "Error"
Else
lfText1.Text = "" Or Text2.Text = "" Or Text3.Text = "" Then
MsgBox "Faltan valores para generar punto", vbExclamation, "Error''
Else
Bioimpedanciómetro
Anexo 2: Programa Piccoli
61
Xc = Text1.Text
R = Text2.Text
H = Text3.Text
punto= Text4.Text
lf punto = 1 Then
Picture2.Visible = True
alto= (416- (Xc / H) * 6.1333333) - 2
ancho = (6 + (R / H) * 0.55) - 2
Picture2.Top = alto
Picture2.Left = ancho
End lf
lf punto = 2 Then
Picture3.Visible = True
alto= (416 - (Xc / H) * 6.1333333) - 2
ancho= (6 + (R / H) * 0.55) - 2
Picture3.Top = alto
Picture3.Left = ancho
End lf
lf punto = 3 Then
Picture4.Visible = True
alto= (416 - (Xc / H) * 6.1333333) - 2
ancho= (6 + (R / H) * 0.55) - 2
Picture4.Top = alto
Picture4.Left = ancho
End lf
lf punto = 4 Then
Picture5.Visible = True
alto = (416 - (Xc / H) * 6.1333333) - 2
ancho = (6 + (R / H) * 0.55) - 2
Picture5.Top = alto
Picture5.Left = ancho
End lf
lf punto = 5 Then
Picture6.Visible = True
alto= (416 - (Xc / H) * 6.1333333) - 2
ancho = (6 + (R / H) * 0.55) - 2
Picture6.Top = alto
Picture6.Left = ancho
End lf
lf punto = 6 Then
Picture7.Visible = True
alto= (416- (Xc/ H) * 6.1333333)- 2
ancho = (6 + (R / H) * 0.55) - 2
Picture7.Top = alto
Picture7.Left = ancho
End lf
lf punto = 7 Then
PictureB.Visible = True
alto= (416-(Xc/ H) * 6.1333333)- 2
ancho= (6 + (R / H) * 0.55)-2
PictureB.Top = alto
PictureB.Left = ancho
End lf
Bioimpedanciómetro
Anexo 2: Programa Piccoli
62
lf punto = 8 Then
Picture9.Visible = True
alto= (416 - (Xc / H) * 6.1333333) - 2
ancho = (6 + (R / H) * 0.55) - 2
Picture9.Top = alto
Picture9.Left = ancho
End lf
lf punto = 9 Then
Picture10.Visible = True
alto= (416 - (Xc / H) * 6.1333333) - 2
ancho = (6 + (R / H) * 0.55) - 2
Picture10.Top = alto
Picture10.Left = ancho
End lf
lf punto = 1 O Then
Picture11 .Visible = True
alto= (416-(Xc/ H) * 6.1333333)-2
ancho= (6 + (R / H) * 0.55) - 2
Picture11.Top = alto
Picture11.Left = ancho
End lf
lf punto = 11 Then
Picture12.Visible = True
alto= (416 - (Xc / H) * 6.1333333) - 2
ancho = (6 + (R / H) * 0.55) - 2
Picture12.Top = alto
Picture12.Left = ancho
End lf
lf punto = 12 Then
Picture13.Visible = True
alto= (416 - (Xc / H) * 6.1333333) - 2
ancho = (6 + (R / H) * 0.55) - 2
Picture13.Top = alto
Picture13.Left = ancho
End lf
lf punto = 13 Then
Picture14.Visible = True
alto= (416 - (Xc / H) * 6.1333333) - 2
ancho = (6 + (R / H) * 0.55) - 2
Picture14.Top = alto
Picture14.Left = ancho
End lf
lf punto= 14 Then
Picture15.Visible = True
alto= (416 - (Xc / H) * 6.1333333) - 2
ancho= (6 + (R / H) * 0.55) - 2
Picture15.Top = alto
Picture15.Left = ancho
End lf
lf punto = 15 Then
Picture16.Visible = True
alto= (416 - (Xc / H) * 6.1333333) - 2
ancho= (6+ (R / H) * 0.55) - 2
Picture16.Top = alto
Picture16.Left = ancho
Bioimpedanciómetro
Anexo 2: Programa Piccoli
63
End lf
lf punto= 16 Then
Picture17.Visible = True
alto= (416 - (Xc / H) * 6.1333333) - 2
ancho = (6 + (R / H) * 0.55) - 2
Picture17.Top = alto
Picture17.Left = ancho
End lf
lf punto = 17 Then
Picture18.Visible = True
alto= (416 - (Xc / H) * 6.1333333) - 2
ancho = (6 + (R / H) * 0.55) - 2
Picture18.Top = alto
Picture18.Left = ancho
End lf
lf punto = 18 Then
Picture19.Visible = True
alto= (416 - (Xc / H) * 6.1333333) - 2
ancho= (6 + (R / H) * 0.55) - 2
Picture19.Top = alto
Picture19.Left = ancho
End lf
lf punto = 19 Then
Picture20.Visible = True
alto= (416 - (Xc / H) * 6.1333333) - 2
ancho = (6 + (R / H) * 0.55) - 2
Picture20.Top = alto
Picture20.Left = ancho
End lf
lf punto = 20 Then
Picture21 .Visible= True
alto= (416 - (Xc / H) * 6.1333333) - 2
ancho = (6 + (R / H) * 0.55) - 2
Picture21.Top = alto
Picture21.Left = ancho
End lf
lf punto = 21 Then
Picture22.Visible = True
alto= (416-(Xc/ H) * 6.1333333)-2
ancho= (6 + (R / H) * 0.55) - 2
Picture22.Top = alto
Picture22.Left = ancho
End lf
lf punto = 22 Then
Picture23.Visible = True
alto= (416 - (Xc / H) * 6.1333333) - 2
ancho = (6 + (R / H) * 0.55) - 2
Picture23.Top = alto
Picture23.Left = ancho
End lf
lf punto = 23 Then
Picture24.Visible = True
alto= (416 - (Xc / H) * 6.1333333) - 2
ancho= (6 + (R / H) * 0.55) - 2
Bioimpedanciómetro
Anexo 2: Programa Piccoli
64
Picture24.Top = alto
Picture24.Left = ancho
End lf
lf punto = 24 Then
Picture25.Visible = True
alto= (416 - (Xc / H) * 6.1333333)- 2
ancho= (6 + (R / H) * 0.55) - 2
Picture25.Top = alto
Picture25.Left = ancho
End lf
lf punto = 25 Then
Picture26.Visible = True
alto= (416 - (Xc / H) * 6.1333333) - 2
ancho = (6 + (R / H) * 0.55) - 2
Picture26.Top = alto
Picture26.Left = ancho
End lf
End lf
End lf
End Sub
Prívate Sub Form_Load()
Picture2.Visible = False
Picture3.Visible = False
Picture4.Visible = False
Picture5.Visible = False
Picture6.Visible = False
Picture7.Visible = False
PictureB.Visible = False
Picture9.Visible = False
Picture10.Visible = False
Picture11 .Visible = False
Picture12.Visible = False
Picture13.Visible = False
Picture14.Visible = False
Picture15.Visible = False
Picture16.Visible = False
Picture17.Visible = False
Picture18.Visible = False
Picture19.Visible = False
Picture20.Visible = False
Picture21.Visible = False
Picture22.Visible = False
Picture23.Visible = False
Picture24.Visible = False
Picture25.Visible = False
Picture26.Visible = False
End Sub
Bioimpedanciómetro
Anexo 2: Programa Piccoli
65
Bibliografía
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Recursos en línea:
• Texas lnstruments
www.ti.com
• Datasheets
www.alldatasheets.com
• Tanita
http://www.tanita.com/
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