Resumen

El trabajo presentado a continuación es una tesis de diseño biomédico e instrumentación electrónica que utiliza conceptos anatómicos, fisiológicos, y de espirometría para comprender las necesidades médicas actuales del sistema de salud tal como la pandemia del COVID-19 y aplicar las competencias ingenieriles necesarias al desarrollar un instrumento biomédico. Esta propuesta surge por la necesidad actual de dispositivos para terapia respiratoria remota con el fin de desarrollar un dispositivo terapéutico efectivo el cual se pueda utilizar desde la comodidad del hogar sin exponerse en clínicas médicas saturadas. En el documento se reporta el diseño mecánico, digital, instrumental, de transmisión y el método de despliegue de datos, de un espirómetro de turbina para la terapia respiratoria. El espirómetro es un dispositivo ampliamente utilizado para evaluar la mecánica respiratoria y así poder analizar, determinar, monitorear y brindar terapia a enfermedades pulmonares obstructivas crónicas (EPOC) o patologías relacionadas con el sistema respiratorio. La terapia respiratoria es importante para la rehabilitación exitosa de enfermedades relacionadas con el sistema respiratorio como son la EPOC y el COVID19. La numerosa cantidad de muertes registradas a nivel mundial por la pandemia y considerando que la EPOC es la cuarta causa de defunción en el mundo se considera que es indispensable la evaluación y terapia del sistema respiratorio. Para realizar esta terapia se necesitan aparatos espirométricos y médicos especialistas para interpretar las pruebas, obligando a los pacientes a desplazarse en cuestiones de salud precarias y realizar gastos notables. El espirómetro de turbina diseñado es un dispositivo portátil y telemétrico que abre las puertas al paciente para realizar una terapia respiratoria efectiva con retroalimentación médica. En este trabajo se desarrolla un diseño mecánico en CATIA para la futura elaboración del prototipo físico. Por medio de la instrumentación digital y el sensado magnético se adquiere y procesa una señal de flujo espiratorio para después ser convertida en una medición de flujo máximo espirado por segundo. Los datos son procesados en un microcontrolador Arduino para después ser transmitidos por medio de bluetooth y visualizados a en una terminal virtual que representa un dispositivo móvil. Abstract. For the successful elaboration of this thesis, anatomical, physiological, and spirometry concepts where studied; and engineering skills where applied in order to comprehend the actual health care needs with the current COVID-19 pandemic. The proposal arises from the current need of medical devices for remote respiratory therapy, with an aim to design a therapeutic device that can be used at home without exposing the patient to overcrowded medical facilities. This document thoroughly explains the mechanical, digital, instrumental, and data transmission designs of a turbine spirometer for respiratory therapy. The spirometer is a medical divide which is widely used to evaluate the respiratory mechanics of a patient for further evaluating, analyzing, monitoring, and aiding in respiratory therapy for those who suffer from a chronic obstructive pulmonary disease (COPD). Respiratory therapy is essential for a successful recuperation from a COPD and COVID-19. The substantial amount of deaths due to the pandemic and considering that COPD is the fourth cause of mortality worldwide, it is imperative to make the therapeutic area of the respiratory system a focal point. Spirometers and trained doctors are needed to perform a successful therapy, causing patients with a precarious health to commute constantly. The turbine spirometer designed has the advantages of being portable and telemetric, opening a window of opportunity to an effective respiratory therapy which establishes constant medical feedback. A mechanical design is developed in CATIA to later create a physical prototype. Using digital instrumentation and a magnetic sensor to acquire and process the exhalation done by the user, into a maximum exhalation flow rate. The data is processed in an Arduino microcontroller for later transmission via Bluetooth to a virtual terminal which emulates a smartphone.

Palabras clave: ingeniería biomédica, sistema respiratorio, espirometría, terapia respiratoria, turbina.

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Índice de contenido

Portada

Agradecimientos

Índices

Capítulo 1. Introducción

Capítulo 2. Sistema respiratorio y enfermedades pulmonares obstructivas crónicas

Capítulo 3. Espirometría

Capítulo 4. Descripción del proyecto

Capítulo 5. Sistema mecánico

Capítulo 6. Sistema de instrumentación electrónico, digital y de transmisión

Capítulo 7. Resultados del trabajo realizado

Capítulo 8. Conclusiones del trabajo realizado

Capítulo 9. Trabajo a futuro

Referencias

Apéndice A. Planos del diseño

Apéndice B. Código desarrollado para Arduino

Apéndice C. Hojas técnicas

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Gallardo Montes, B. 2020. Espirómetro de turbina para terapia respiratoria. Tesis Licenciatura. Ingeniería Biomédica. Departamento de Ingeniería en Computación, Electrónica y Mecatrónica, Escuela de Ingeniería, Universidad de las Américas Puebla. Diciembre. Derechos Reservados © 2020.