Ingeniería Electrónica
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Item Diseño de modelo físico de sistema circulatorio y corazón artificial simulado por computadora para estudios y desarrollos aplicables en cardiología(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2024-05-20) Bazalar Obregú, Jorge Luis; Vilcahuamán Cajacuri, Luis AlbertoLas enfermedades cardiovasculares (ECV) son actualmente una de las principales causas de fallecimientos en el mundo, debido principalmente a las cardiopatías coronarias y trastornos cardiovasculares. En el Perú, estas tienen una mayor letalidad debido a la precariedad en los servicios de salud. Es por ello que se vuelve crucial la implementación de instrumentos de estudio como simuladores por computadora o modelos físicos funcionales que sirvan para una mayor comprensión del funcionamiento del sistema circulatorio e incluso para la investigación y el desarrollo tecnológico en el campo de la ingeniería biomédica. En este trabajo se presenta el diseño de un modelo físico funcional del sistema circulatorio con corazón artificial simple, con capacidad de simulación de pacientes hipotéticos con enfermedades cardiovasculares, orientado a realizar estudios y desarrollos tecnológicos aplicables en cardiología. Este es gestionado haciendo uso de un software de monitoreo, con el cual se pueden modificar sus parámetros. Para validar el diseño, se presentan gráficas de presiones en distintos casos simulados tanto comunes como anómalos. Se plantea que este modelo físico, que incluye sensores, actuadores e interfaz con la computadora, sea capaz de configurar y gestionar las simulaciones. Además, incluirá características patológicas y no patológicas del sistema circulatorio en personas adultas, con un amplio rango de frecuencias de ritmo cardiaco entre 20 a 200 latidos por minuto y se medirá la presión en distintos puntos del sistema mediante circuitos electrónicos de instrumentación.Item Diseño de dispositivo médico para la aplicación automática de la prueba de estrés térmico en diagnóstico preventivo de pie diabético(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2020-09-24) Tardillo Martínez, Arlette Gineth; Vilcahuamán Cajacuri, Luis AlbertoEl proyecto “StandUp” (Smartphone Thermal ANalysis for Diabetic foot Ulcer Prevention and treatment) del programa de proyectos de la Comisión Europea H2020 viene desarrollando una investigación acerca de la prueba de estrés térmico aplicada en las personas con pie diabético. La presente tesis, la cual tiene una relación colateral con el proyecto mencionado, desarrolla el diseño de un dispositivo médico para la aplicación automática de la prueba de estrés térmico en el diagnóstico preventivo del pie diabético. Esta prueba aún no se ha aplicado a este tipo de diagnósticos, pero constituye un gran potencial de análisis térmico funcional, según sus aplicaciones en otras partes del cuerpo, que pueden ser usadas para detectar las zonas en riesgo de ulceración en pacientes, principalmente para evaluar la neuropatía y los trastornos vascular periféricos en la planta del pie. La prueba consiste en sumergir los pies del paciente con diabetes en agua fría (aproximadamente 15 °C) durante 1 a 2 minutos para luego analizar la recuperación de su temperatura inicial tomando imágenes térmicas cada minuto durante 10 minutos con ayuda de una cámara térmica. Las experiencias desarrolladas en el transcurso del proyecto “StandUp” dieron a conocer que, al realizar la prueba de estrés térmico, los pacientes realizan una serie de movimientos que son incómodos; tales como, echarse en la camilla y sentarse repetitivamente, que pueden afectar su salud. Además, el proceso no es muy higiénico por el uso de agua en grandes cantidades ocasionando salpicaduras en el lugar de trabajo. El objetivo de automatizar todo el proceso es que estos problemas desaparezcan. La tesis propone un sistema de control de temperatura mediante el modelamiento matemático de la celda Peltier y simulación en computadora. Además, se modela la planta del sistema correspondiente al ambiente dentro del dispositivo donde se enfriarán los pies. Posteriormente, se diseña y se plantean los requerimientos que debe cumplir el controlador utilizando el método del lugar geométrico de raíces, lo cual lleva a escoger un controlador PI. Asimismo, se analiza la elección de los componentes tales como sensor de temperatura, controlador, panel de activación de secuencias y cámara infrarroja, que conforman el dispositivo para su correcto funcionamiento. Como resultado se obtiene un dispositivo capaz de enfriar temporalmente los pies y obtener imágenes térmicas secuenciales durante el tiempo de recuperación de temperatura. Por otro lado, se logra una propuesta de diseño de la parte física que tiene como característica ser ergonómico para los especialistas y pacientes y ser no invasivo.Item Diseño e implementación de un dispositivo de estimulación eléctrica funcional inalámbrico para la corrección del síndrome del pie caído(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2017-02-15) Guerrero Guzmán, Juan José; Vilcahuamán Cajacuri, Luis AlbertoEl síndrome del pie caído es un trastorno de la marcha de origen neurológico en el cual una persona no puede realizar el movimiento de dorsiflexión del pie lo cual tiene como consecuencia el desarrollo de marchas patológicas que afectan directamente la integridad física de las personas al ser potenciales fuentes de lesiones. Los métodos de tratamiento para la corrección de este trastorno contemplan desde el uso de órtesis, dispositivos de estimulación eléctrica superficial y dispositivos de estimulación eléctrica implantables. Sin embargo, dado el elevado costo de estos equipos son muy poco utilizados en terapias de rehabilitación en el Perú. En el presente trabajo de tesis se diseña e implementa un prototipo de dispositivo de estimulación eléctrica funcional para la corrección del síndrome del pie caído que permite programar los parámetros de estimulación de acuerdo a la necesidad de cada paciente. El desarrollo del prototipo consta de dos módulos: el módulo de sensores de activación, compuesto por sensores FSR, y el módulo electroestimulador encargado de generar y enviar los impulsos eléctricos. En los primeros capítulos se aborda la problemática general del síndrome del pie caído y se mencionan los fundamentos relacionados con este síndrome así como las características de la técnica de estimulación eléctrica funcional. Posteriormente, se detalla el diseño del dispositivo y se describen los módulos que lo conforman así como las etapas involucradas en los mismos. Finalmente, se realizaron pruebas con el prototipo desarrollado con el fin de verificar el cumplimiento de los objetivos establecidos.Item Diseño de un exoesqueleto de mano basado en músculos activos artificiales (EAP) de dos dedos para ayuda en la vida diaria(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2016-07-07) Corman Armas, José Jhonatan; Vilcahuamán Cajacuri, Luis AlbertoLas principales enfermedades causantes de disfunción motora son los trastornos neurológicos, los cuales comprenden desde la epilepsia, esclerosis múltiple, Alzheimer, accidentes cerebros vasculares hasta dolor de cabeza. La pérdida total o parcial de la autonomía de la mano es el resultado más frecuente. Esto ocasiona en la persona la incapacidad para realizar sus tareas de forma independiente afectando tanto su vida como su autoestima. Los primeros dispositivos de ayuda en la vida diaria fueron los dispositivos netamente mecánicos, en donde encontramos cucharas, tenedores, cuchillos especiales entre otros, luego con la aparición de la electrónica los dispositivos evolucionaron hasta convertirse en prótesis o exoesqueletos cada vez más sofisticadas. Entre las prótesis más sofisticadas se encuentran las capaces de simular los movimientos, velocidad y fuerza de una mano real; sin embargo, debido a su alto costo son muy poco usados en el Perú. La presente tesis tiene como objetivo principal el diseño en una versión primaria de exoesqueleto de mano basado en músculo activo artificial (Flexinol) con dos dedos para la ayuda en la vida diaria. Como objetivos específicos se estudiaron la biomecánica de la mano, se analizó el uso del Flexinol, se implementó una mano impresa en 3D y se diseñó el sistema eléctrico y electrónico para el control del Flexinol con pruebas de movimientos y funciones básicas. En el prototipo, se utilizaron técnicas de ahorro de corriente como PWM para excitar al Flexinol; además, del uso de mosfets en lugar de transistores obteniendo un consumo total entre 500-700 mA. Por otro lado, el control de la planta permitió reproducir los movimientos de abducción y aducción de una mano real con una precisión de 2 grados sexagesimales. Por último, el prototipo obtenido es de bajo costo y peso con la finalidad de estar al alcance de todas las personas.Item Diseño conceptual de sistema integrado para pasteurizado de leche materna en el Instituto Nacional Materno Perinatal(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2015-07-23) Benites Carty, Humberto; Vilcahuamán Cajacuri, Luis AlbertoEl presente asunto de estudio contempla el diseño de un sistema integrado para el pasteurizado de la leche materna en el Banco de Leche Humana del Instituto Nacional Materno Perinatal. Actualmente, el procesamiento de la leche materna se realiza con la ayuda de tres equipos que funcionan de manera secuencial. El proceso que se sigue es conocido como pasteurización tipo Holder, el cual se caracteriza por someter a la leche materna a una temperatura de 62.5°C durante 30 minutos para después enfriarla rápidamente en menos de 15 minutos generando un cambio brusco en la temperatura que anula la acción de microorganismos que podrían dañar la salud de los neonatos. El desarrollo de esta tesis propone un sistema de control mediante modelamiento matemático y simulación en computadora. Para el diseño del sistema de pasteurizado, se realiza previamente un modelamiento matemático de los actuadores en conjunto con la planta. Para la etapa de precalentamiento y pasteurización se modela la resistencia eléctrica de inmersión en conjunto con el tanque que almacena los frascos de leche materna empleando ecuaciones diferenciales a partir de las leyes físicas del proceso, mientras que para la etapa de enfriamiento rápido se modela la celda peltier empleando equivalencias eléctricas a fenómenos térmicos que suceden en este dispositivo. Posteriormente, se diseña el controlador para cada etapa utilizando el método del lugar geométrico de raíces. Se plantean los requerimientos que debe cumplir el controlador a diseñar, lo cual lleva a elegir un controlador PI que es evaluado para tres valores del factor de amortiguamiento. Con el valor adecuado se hacen las simulaciones y se identifican los nuevos tiempos para cada etapa del proceso. Como resultado se obtiene un proceso optimizado del pasteurizado de leche materna junto con una alternativa de refrigeración eficiente y una propuesta física de pasteurización diferente a la utilizada en el Banco de Leche Humana del Instituto Nacional Materno Perinatal.Item Diseño de un sistema de producción del regenerado de tejidos blandos y óseos(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2015-06-17) Farfán Loza, Ana María; Vilcahuamán Cajacuri, Luis AlbertoEn el sector salud, el acceso a las tecnologías de salud es limitado en calidad y cantidad. Esto se debe a que somos un país importador de equipos médicos, como consecuencia no se tiene personal cualificado correctamente para el mantenimiento y reparación de los mismos; a esto se suma, el elevado precio del equipo una vez importado. El desarrollo del presente trabajo surge de la necesidad de iniciar una política de producción de equipos médicos en el Perú, adoptando una nueva estrategia de producción conocida como sistema de producción modular, el cual está basado en realizar el proceso solo con aquello que le da valor agregado al producto, dejando de lado el actual sistema de producción lineal que trabaja con recursos innecesarios que los considera necesarios, conocido como desperdicios. En la actualidad, la electrónica ayuda a la medicina física y nos presenta nuevas posibilidades para la realización de terapias físicas, entre ellas se encuentran la magnetoterapia, el ultrasonido, la laserterapia y la fototerapia. Sin embargo, esta ayuda debe ser complementada diseñando el sistema de producción el cual permita mayor accesibilidad a dicha tecnología. Sobre todo, cuando el equipo es fabricado en territorio nacional. El objetivo del presente estudio es diseñar un sistema de producción del equipo Regenerador de Tejidos Blandos y Óseos con tecnología mejorada basada en factores físicos combinados, para tratamientos en la especialidad de medicina física. Su desarrollo está dado en cuatro capítulos cuyo contenido es el siguiente: El primer capítulo, nos muestra la problemática actual de las enfermedades del tipo dermatológica, así como el estado actual de la producción de equipos médicos. Se presentan el objetivo general y los objetivos específicos. En el segundo capítulo, se definen los tipos de tratamientos físicos actuales. Además se describen los distintos tipos de sistemas de producción junto con sus características. En el tercer capítulo, se desarrolla el diseño del sistema de producción del Regenerador de Tejidos Blandos y Óseos, se identifican los procesos de producción involucrados. Seguido del diseño y propuesta de los Procedimientos de Operación Estándar, los cuales permitirán la reproducción del sistema de producción. En el cuarto capítulo, se presentan las pruebas y resultados. La verificación de los procedimientos planteados en el tercer capítulo, la toma de tiempos de fabricación y la prueba de funcionamiento del equipo terminado. Así como también el análisis económico del presente estudio. Finalmente, se presentan conclusiones y recomendaciones en el desarrollo del sistema; además de, posibles mejoras que se pueden dar en el futuro.Item Diseño de dispositivo basado en ultrasonido para desplazamiento de personas en condición de discapacidad visual(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2015-06-04) Parra Farfán, Magno; Vilcahuamán Cajacuri, Luis AlbertoEl siguiente trabajo describe el diseño de un dispositivo de ayuda para personas en condición de discapacidad visual, específicamente en lo relativo al desplazamiento, para así brindarles mayor seguridad. Se logró diseñar un dispositivo sencillo que permite la detección de obstáculos, el cual puede ser aplicado a apoyar a personas en condición de discapacidad visual a movilizarse de una manera más segura, llegando a detectar objetos hasta a una distancia de 2.50 metros e identificar una posición aproximada del objeto detectado. En el primer capítulo se estudiará la realidad de una persona en condición de discapacidad visual tanto nacional como mundialmente, se mostrarán los medios con que la persona en condición de discapacidad visual cuenta comúnmente; lo cual nos dará la justificación para el desarrollo de este trabajo, así como plantear los objetivos a lograr. A continuación, se abordarán aquellas tecnologías desarrolladas, tanto en laboratorio como comerciales, que son dirigidas a las personas en condición de discapacidad visual, específicamente aquellas tecnologías relativas al desplazamiento de la persona. Asimismo se estudiarán aquellos temas que nos serán útiles en el desarrollo del diseño, el cual será explicado más ampliamente en el modelo teórico. Luego, se plantearán los requerimientos del equipo que deberán cumplirse para lograr alcanzar los objetivos anteriormente planteados. Se presentarán los equipos seleccionados, así como el principio de funcionamiento del diseño propuesto. Finalmente, se mostraran los resultados a las pruebas realizas para estudiar los límites de los equipos seleccionados, así como pruebas del funcionamiento correcto del equipo diseñado y las conclusiones a las que se ha llegado.Item Diseño e implementación de un dispositivo electrónico de ayuda de desplazamiento para personas ciegas(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2015-06-03) Quezada Castillo, Juan Manuel; Vilcahuamán Cajacuri, Luis AlbertoLas personas ciegas presentan diversas dificultades al desarrollar sus actividades en el día a día. Una de estas actividades es desplazarse de un lugar a otro. Para este fin generalmente utilizan una herramienta, el bastón para ciegos es la más común, de tal manera que logren evadir los obstáculos que puedan presentárseles en su andar, con la finalidad de evitar golpes o caídas. Existen dispositivos electrónicos de ayuda de desplazamiento (Electronic Travel Aid, ETA) los cuales tienen la característica de detectar los obstáculos sin la necesidad de hacer contacto directo con estos a diferencia del bastón. El precio de adquisición de estos dispositivos es relativamente elevado para un gran número de personas con problemas de visión (entre 420.00 y 1295.00 dólares americanos). Por lo tanto, solo las personas capaces de pagar estos precios pueden beneficiarse con estos avances tecnológicos. Se diseñó e implementó un dispositivo electrónico de ayuda de desplazamiento para personas ciegas de bajo costo y de fácil manejo que permita detectar obstáculos ubicados en la parte frontal de la persona a un rango de 150 centímetros, además de detectar desniveles. En el desarrollo del proyecto se utilizó cinco sensores ultrasónicos, tres para detectar los objetos que se encuentren adelante y dos para detectar los desniveles. Por otro lado, para advertir a la persona ciega de los diversos obstáculos se utilizaron motores vibradores. La intensidad de vibración varía según la altura a la cual los tres sensores encargados de la detección de objetos identifiquen un obstáculo. El sistema se encuentra acoplado a un bastón. Finalmente, realizadas las pruebas se analiza la funcionalidad del dispositivo diseñado y el cumplimiento de los objetivos establecidos con el propósito de determinar si el sistema podría brindar una nueva alternativa de desplazamiento en busca de mejorar la calidad de vida de las personas ciegas.Item Diseño e implementación de un estimulador eléctrico muscular externo diafragmático para apnea central del sueño(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2014-03-24) Águila Gracey, María del Carmen del; Vilcahuamán Cajacuri, Luis AlbertoLa apnea central del sueño es un trastorno respiratorio que ocurre durante el sueño. En este sentido, la persona afectada experimenta la detención completa o parcial del flujo de aire hacia los pulmones debido a la falta de estímulo respiratorio del cerebro durante cortos periodos de tiempo. Esta falta de señal respiratoria genera la ausencia de esfuerzo respiratorio (es decir, no se producen movimientos toraxoabdominales), ya que el músculo diafragmático no es estimulado. Es así que quienes sufren de este mal aumentan el riesgo de padecer fatiga crónica, trastornos psicológicos e intelectuales, trastornos cardiovasculares, debilidad física, dificultad para deglutir, entre otros. Por otro lado, los métodos y dispositivos médicos utilizados para el tratamiento de esta afección son poco ergonómicos, en el Perú. Es por este motivo, que la presente tesis propone una alternativa para la mejora de la calidad de vida de quienes padecen esta afección. Para esto se tiene como objetivo general diseñar e implementar un sistema de estimulación eléctrica no invasivo para la apnea central del sueño basado en el estudio de la electrofisiología del diafragma. Es así que se busca desarrollar un dispositivo no invasivo para la estimulación eléctrica muscular, determinar las señales que serán utilizadas para la excitación del músculo diafragmático, estudiar el grado de excitación del músculo diafragmático y ajustar el dispositivo según cada paciente. El dispositivo a desarrollarse es un estimulador eléctrico muscular diafragmático no invasivo de larga duración (entre 10 a 12 horas de funcionamiento). Asimismo, será eficiente, liviano, pequeño, ergonómico, silencioso, seguro y fácil de usar. En cuanto a sus características técnicas será un aparato con bajo consumo de potencia, adecuado aislamiento eléctrico y resistente a interferencias y caídas. En el primer capítulo de la presente se desarrolla la problemática de este trastorno, con el fin de determinar los objetivos de la tesis y justificación de la misma. En el segundo capítulo se estudian y analizan los fundamentos teóricos para el desarrollo del dispositivo. En el tercer capítulo se realiza el diseño del estimulador eléctrico muscular diafragmático no invasivo. Finalmente, en el último capítulo se muestran los resultados de la implementación.Item Diseño e implementación de equipo regenerador de tejidos blandos basado en diodos emisores de luz y láser diodo(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2013-02-08) Romero Román, Herbert Ludwig; Manrique Solorzano, Susan Leslie; Vilcahuamán Cajacuri, Luis AlbertoEl objetivo del presente estudio es diseñar e implementar un equipo regenerador de tejidos blandos basado en diodos emisores de luz y diodo láser, con potencia luminosa regulable entre 5-100mW, en pasos de 5mW; con frecuencia de pulsación del haz de luz, generado por una onda cuadrada simétrica, variable entre 1-100Hz, en pasos de 1Hz; y tiempo de aplicación entre 1 y 15 minutos, con pasos de 1min; de esta de manera se puede controlar la energía luminosa total emitida por los diodos emisores de luz o diodo láser que contribuya en la investigación de una posible solución a la necesidad de acelerar el proceso regenerativo de los tejidos blandos. En la presente tesis se usará una longitud de onda entre 630 – 660nm, luz roja, debido a que en este rango de longitudes de onda se ha demostrado científicamente que se acelera el proceso de regeneración de las células. Se abarcan temas específicos como conocimientos teóricos y prácticos acerca del fundamento clínico de la regeneración celular. Para la implementación del equipo se hizo uso de un microcontrolador, que permitió controlar la energía luminosa emitida por los diodos emisores de luz y el láser diodo hacia los tejidos blandos, controlando la potencia, la frecuencia y el tiempo del tratamiento, además de ayudarnos a implementar un equipo interactivo con el usuario que permita su fácil uso, con una pantalla LCD y un teclado matricial. Se implementó el equipo siguiendo algunas consideraciones teóricas de la norma de seguridad eléctrica para equipos médicos, IEC60601 y la norma IEC 601-2-22, para equipos médicos eléctricos con requerimientos particulares para la seguridad del diagnóstico y terapia de equipos con láser. Se realizaron pruebas eléctricas y se verificó que el margen de error de 10% permitido por la norma no fuese superado. Las pruebas se realizaron a la corriente entregada para la potencia luminosa deseada, frecuencia y tiempo. Los resultados en potencia luminosa fueron: un error mínimo de 0.15% y máximo de 2.744% para los diodos emisores de luz, y un error mínimo de 2.338% y máximo de 8.371% para el diodo láser. Los resultados en frecuencia fueron: un error mínimo de 0.417% y máximo de 0.625%. Por último, el resultado en tiempo fue de un error del 0.01%. Se verifica que se cumplen las normas básicas para la implementación del equipo. Además se observa que el equipo deberá pasar muchas más pruebas para ser comercializado, ya que requiere experimentación clínica lo cual no es parte de esta tesis. Finalmente se realizó una tabulación del costo del proyecto.