Proyecto biomédico con el Raspberry Pi

En esta entrada del blog quiero compartir con ustedes el desarrollo que hice para mi Maestría en ingeniería clínica. Esta es la tesis que realicé cuando finalice mi curso en Septiembre de 2012, la tesis se llamó “Desarrollo de un ventilador compacto basado en un innovador compresor” diseño 100% Colombiano. El proyecto en general, consistía en realizar el diseño del Hardware para controlar un nuevo tipo de ventilador usado en sistemas de refrigeración que se quería adaptar para equipos médicos, creado por un profesor de la City University London.

Lastimosamente por temas de tiempo, ya que la Universidad nos da solamente 4 meses para terminar los proyectos de grado, no fue posible poner las manos en un modelo a escala de este novedoso sistemas de compresión de aire. Por lo tanto tuve que recurrir al ingenio a la “colombiana” y use una aspiradora portátil en modo invertido para generar la presión positiva para probar mi sistema de control.

Compresor alternativo

Compresor alternativo

El problema identificado fue que hay 3 diferentes tipos de ventilación médica portátil, para paciente con problema de APNEA. Para entonces, no había un solo equipo que realizará los 3 tipos de ventilación disponible (CPAP, APAP y BiPAP). Me puse en la tarea a diseñar un sistema para que pudiera ejercer las 3 funciones en una sola máquina.

Fue así que puse el Raspberry Pi y mi diseño de Hardware a trabajar, en aquella época el Raspberry Pi era nuevo y no había mucha información acerca de como hacer funcionar el GPIO y como hacer interfaces. Hoy en día esta tarea se nos facilita bastante con los diferentes  tipos de librerías que hay ha disposición.

Concepto del proyecto

Para que el sistema funcionará era necesario diseñar un sistema de control cerrado, donde la presión creada por el ventilador fuera controlada por la velocidad del compresor. Para esto necesitaba el compresor, control de velocidad para el compresor y el sistema de sensores de presión, todo el sistema se puede ver en la siguiente foto.

Raspberry Pi y prototipo biomédico

Raspberry Pi y prototipo biomédico

Para resumir un poco el trabajo que hecho; para operar el motor utilice un H-Bridge para controlar la velocidad del Motor del compresor, la velocidad la controle por medio del puerto PWM del Raspberry Pi, me toco calcular la curva característica del motor para poder determinar la relación entre la velocidad del motor y la presión positiva que este podía generar.  Me toco incluir un sensor de temperatura para hacer compensación del calculo de la presión, para esto utilice el sensor TO-220 que usa protocolo I2C. La presión la media por medio del sensor Honeywell 40PC001B7 que trabaja en el rango de presión requerida y conectado al ADC MCP3008 que usa interface SPI. Utilice Python como el lenguaje de programación para hacer el sistema de control, así como la interface de operación.

Circuito montado

Circuito montado

Me toco realizar un sistema de calibración para ajusta mi Hardware y mi Software, use las técnicas de calibración de equipos de ventilación que usamos en el hospital donde trabajaba en ese entonces. Como resultado, en el siguiente video pueden ver como el sistema corre con presión a 5 cmH2O, se puede ver que el instrumento muestra que el sistema corre con un error cercano al 2% lo cual es muy aceptable.

Dejo acá mi tesis (2 MB, esta en inglés) para los que estén interesados y deseen tener ideas de cómo crear prototipos con el Raspberry Pi, sinceramente es una herramienta muy interesante y entretenida para crear sin número de sistemas embebidos de cualquier característica. Lastimosamente, por temas de propiedad intelectual con la Universidad, no puedo publicar los programas de control hechos en Python.

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Si tienen alguna duda o pregunta no duden en contactarme o deje su comentario aquí.

Mario G. Bejarano M.
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Mario G. Bejarano M.

PhD Researcher at City, University of London
Fundador de Frambuesa Pi. Estudiando un PhD de Ingeniería Biomédica en City, University of London. Entusiasta y promotor de los principios de Raspberry Pi para los que hablamos español.
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4 Responses to Proyecto biomédico con el Raspberry Pi

  1. Fernando dice:

    Buen dia.
    Me intereso mucho tu proyecto, y yo tengo uno en mente me gustaria saber si podria preguntarle algunas cosas. Todavia soy estudiante.
    Gracias

  2. jhon javer lozano dice:

    buen dia.
    me intereso mucho tu proyecto, yo estoy iniciando uno y me gustria contar con tu ayuda.

  3. Estimado me interesa tener una idea si conoce de algun proyecto hecho en Rapsberry, de un monitor Parametrico. Abrazo.

  4. Kevin dice:

    Que interesante! tengo una pregunta, el sensor de presión que utilizas, no entiendo como recibe la presión,porque pareciera que solo mide la del ambiente, mide la del flujo de aire que vota el motor o en la manguera???, y porque decidiste que era conveniente medir ahí la presión que se le aplicará al paciente??? para el paciente, no sé si puedas dejarme tu Facebook o dirección de correo electrónico para algunas dudas que me surgieron en cuento a la aplicación que le diste de antemano te agradezco la respuesta

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