1. ˜ ´ ´
XII SIMPOSIO DE TRATAMIENTO DE SENALES, IMAGENES Y VISION ARTIFICIAL. STSIVA 2007 1
Dise˜ o HW de un sistema de medici´ n para los
n o
meridianos en electroacopuntura
Miguel Adolfo L´ pez Ortega
o
Grupo Din´ mica Simulaci´ n y Control DSC
a o
Ingenier´a F´sica
ı ı
Universidad del Cauca
miguel 626@hotmail.com
Abstract— Dentro de la medicina alternativa est´ el m´ todo
a e 2. Etapa del transductor
de diagnostico segun el estado de los meridianos en el
´ El transductor convierte la se˜ al detectada por el sensor
n
cuerpo, los cuales son una uni´ n de puntos estrat´ gicos
o e en otra forma de se˜ al, ya sea el´ ctrica, mec´ nica, optica,
n e a ´
cuyo comportamiento energ´ tico describe el estado de un
e
´
organo en particular, conocido como Electroacopuntura etc., con el fin de poderla cuantificar de manera simple.
de Voll. Resulta muy importante obtener una medici´ n o 3. Acondicionamiento de se˜ al n
muy confiable para el correcto diagn´ stico. Esto se logra
o Aqui, se toma la se˜ al del transductor y se modifica,
n
o ˜
aplicando los conceptos de medici´ n y tratamiento de senal. aumentando su magnitud mediante amplificaci´ n, elimi-
o
En este art´culo se describe el m´ todo realizado para
ı e nando partes de esta mediante filtrado y proporcionando
´
˜
obtener una senal confiable del estado energ´ tico de los
e
meridianos corporales a trav´ s de sensores de contacto
e
una conexi´ n hacia la etapa de salida.
o
cut´ neos, el respectivo filtrado y la comunicaci´ n de los
a o 4. Etapa de salida
datos obtenidos al computador. La etapa de salida proporciona una indicaci´ n del valor
o
Index Terms— Elecroacopuntura de Voll, estado energ´ tico,
e de la medici´ n, a trav´ s de pantallas de lectura o escalas
o e
˜
meridianos, tratamiento de senal, filtrado. gradudas con elementos indicadores.
I. ´
I NTRODUCCI ON
El principal objetivo en cualquier medici´ n es establecer
o Sensor Trx acondicio-
namiento salida
el valor o la tendencia de alguna variable, basandose
en el valor o tendencia que sugiere el dispositivo de
F IGURA 1. Componentes generales de un sistema de
medici´ n. Una medici´ n asigna un valor espec´fico a una
o o ı medici´ n.
o
variable f´sica. Un sistema de medici´ n es, pues, una
ı o
herramienta que se utiliza para cuantificar una variable
f´sica. Los sistemas de medici´ n se utilizan para ampliar
ı o A. Electrodos de contacto
las capacidades de los sentidos humanos, los cuales
Seg´ n el m´ todo de electroacopuntura de Voll, la medida
u e
aunque pueden detectar y reconocer diferentes tipos de
relativa del estado de un organo puede estar en un rango
´
se˜ ales, est´ n limitados y no tiene la capacidad de asignar
n a
de cero a cien. Esta medida se basa en la propiedad f´sica
ı
valores espec´ficos a las variables detectadas.
ı
resistiva del meridiano, la cual toma un valor diferente a
II . ´
S ISTEMAS DE MEDICI ON la de una medida en cualquier otro punto diferente sobre
la piel.
Un sistema general de medici´ n se divide en cuatro
o Los electrodos utilizados son de una aleaci´ n de cobre,
o
etapas generales (fig. 1) que son: de alta conductividad el´ ctrica lo cual disminuye las
e
⊲ Etapa del sensor. capacitancias par´ sitas entre la piel y el electrodo.
a
⊲ Etapa del transductor. En el proceso de medici´ n por medio de electrodos su-
o
⊲ Etapa de acondicionamiento de la se˜ al.
n perficiales o de contacto aparecen potenciales electricos
⊲ Etapa de salida. (E) debido a la uni´ n electrodo–electrolito en la piel, esto
o
podr´a dar lugar a valores no precisos. Un m´ todo simple
ı e
1. Etapa del sensor. de disminuir estos potenciales es utilizar dos electrodos
El sensor es un elemento f´sico que usa alg´ n fen´ meno
ı u o del mismo material, con lo cual el potencial medido entre
natural para detectar la variable que mide. ellos es peque˜ o.
n

2. ˜ ´ ´
XII SIMPOSIO DE TRATAMIENTO DE SENALES, IMAGENES Y VISION ARTIFICIAL. STSIVA 2007 2
Aplicamos LVK:
I1 R1 = I2 R2
I3 R3 = Ix Rx (2)
F IGURA 2. Equivalente electrico en la interfase entre el
electrodo y la piel. Hallamas la raz´ n entre las ecuaciones (1) y (2), teniendo
o
en cuenta que I1 = I3 y I2 = Ix :
R1 R2
Al medir a trav´ s de la piel se tiene un circuito elec-
e = (3)
R3 Rx
trico equivalente en la interfase piel–electrodo (fig. 2),
en donde se puede apreciar que aparecen impedancias De donde podemos despejar Rx :
capacitivas debido a los electrodos (R1 C1 ). Adem´ s de
a
esto hay que tener en cuenta la resistencia de la piel R2
debida a su pH caracteristico, la resistividad de la der- Rx = R3 (4)
R1
mis, epidermis, grasa corporal, etc. que hacen que cada
persona posea propiedades resistivas cut´ neas diferentes
a Es claro que para cualquier cambio en Rx , cuando el
(R2 ). puente esta balanceado, se generar´ una diferencia de
a
potencial ∆V proporcional al cambio en la resistencia.
Siendo entonces:
B. Transductor
∆VG ∆R/R
El identificar el tipo de se˜ al f´sica a medir, nos da
n ı = (5)
V 4 + 2(∆R/R)
una idea del transductor a utilizar, para convertir la
se˜ al f´sica a otro tipo de se˜ al, que en nuestro caso
n ı n
es el´ ctrica.
e C. Acondicionamiento de se˜ al
n
El puente de Wheatstone es un circuito para medici´ n de
o Cuando el puente de Wheatstone se descompensa, se
resistencia muy preciso, el cual se basa en conocer tres genera una diferencia de potencial, la cual esta direc-
de cuatro resistencias que lo componen (fig. 3). tamente relacionada con el cambio de resistencia en Rx ,
que en nuestro caso equivale a la medida de la resistencia
del meridiano a trav´ s de los electrodos de contacto.
e
El voltaje generado es diferencial, es decir, no est´ ref-
a
I1 I2 erenciado a tierra si no a un punto diferente, por lo que
es necesario restar los voltajes de R3 y Rx , para obtener
el potencial correcto.
IG Dependiendo de los valores de R1 , R2 , R3 y Rx , la
magnitud de ∆VG ser´ de mayor o menor magnitud1. Se
a
I3 Ix hace necesario entonces un dispositivo que me permita
obtener el voltaje diferencial y adem´ s que me adecue
a
el valor a un rango medible; utilizamos un amplificador
de instrumentaci´ n.
o
Los amplificadores de instrumentaci´ n poseen alta
o
impedancia de entrada por lo que garantizan una muy
buena recepci´ n de se˜ al y ajustan el valor de esta a
o n
un rango aceptable para su medici´ n. El amplificador
o
F IGURA 3. Circuito de puente de Wheatstone. de instrumentaci´ n utilizado es el AD620, de Analog
o
Devices R , cuyas principales caracter´sticas se indican
ı
el la tabla (I).
Cuando el puente esta balanceado, es decir IG = 0,
El diagrama de pines del amplificador de instrumentaci´ no
aplicando LCK tenemos: AD620 se muestra en la figura (4); este amplificador
necesita de una unica resistencia para determinar la
´
I2 = Ix
I1 = I3 (1) 1 Obviamente abriendo el circuito entre R3 y Rx .

3. ˜ ´ ´
XII SIMPOSIO DE TRATAMIENTO DE SENALES, IMAGENES Y VISION ARTIFICIAL. STSIVA 2007 3
Caracter´stica
ı valor unidades
Se puede considerar el proceso de muestreo como la mul-
Ganancia 1 a 1000 ––
Offsetin 50 µV tiplicaci´ n de dos funciones: una x(t) continua y δT (t)
o
Drift 0.6 µV/o C definida como una funci´ n impulso unitario. Matem´ tica-
o a
Offsetout 0.28 µV mente se expresa:
TABLA I. Caracter´sticas del amplificador de instru-
ı
mentaci´ n AD620.
o
x∗ (t) = x(t)δT (t) (8)
Donde x∗ (t) es la se˜ al digital impulso y:
n
ganancia de la se˜ al de salida, esta ganancia se calcula
n
con la ecuaci´ n (6).
o ∞
49,4kΩ δT (t) = δ(t − kT ) (9)
G= +1 (6)
RG k=0
La resistencia RG , se conecta entre los pines 1 y 8 Siendo T el periodo de muestreo y k ∈ Z.
del amplificador de instrumentaci´ n. El pin 5 debe ir
o Esto quiere decir que para cada tiempo T la se˜ al x∗ (t)
n
referenciado, en este caso, a tierra (GND). tomar´ el valor correspondiente a x(T ).
a
Es obvio que x∗ (t) es discontinua, por lo que se necesita
un operador que la haga continua, este proceso lo lleva a
cabo el retenedor, que, como su nombre lo indica, retiene
la se˜ al en un valor x∗ (T ) entre muestreos consecutivos,
n
es decir:
h(kT + t) = x∗ (kT ) (10)
Para 0 ≤ t < T , siendo h(t), la funci´ n digitalizada
o
escalonada.
La funci´ n de transferencia del retenedor, depende de
o
su orden. En operaciones de digitalizaci´ n de se˜ ales
o n
se utiliza el retenedor de orden cero, cuya funci´ n de
o
F IGURA 4. Configuraci´ n de pines para el amplificador
o transferencia es:
de instrumentaci´ n AD620.
o
1 − e−T s
GH0 (s) = (11)
Una vez la se˜ al est´ acondicionada, se la digitaliza para
n a s
su tratamiento, que en este caso es una etapa de filtrado Tenemos entonces:
digital.
El filtro implementado es un filtro pasabajas de segundo 1 − e−T s
orden, cuya funci´ n de transferencia es:
o H(s) = X ∗ (s) (12)
s
1
G(s) = (7) Por comodidad en los c´ lculos tomamos la transformada
a
1 + 2ξτ s + τ 2 s2
z de la ecuaci´ n (12):
o
Donde:
1 − e−T s
H(z) = Z X(z)
τ : constante de tiempo. s
ξ : factor de amortiguamiento. 1
H(z) = (1 − z −1 )Z X(z)
s : operador de Laplace. s
1
Cuando trabajamos en tiempo cont´nuo, el operador
ı H(z) = (1 − z −1 ) X(z)
1 − z −1
comunmente utilizado para hallar funciones de trans- H(z) = X(z) (13)
ferencia es la transformada de Laplace, sin embargo
cuando digitalizamos la se˜ al, ocurre una transformaci´ n
n o Ahora podemos centrarnos en la implementaci´ n delo
del espacio cont´nuo al espacio discreto, al proceso de
ı filtro digital de segundo orden.
cambio de una se˜ al continua a discreta se le conoce
n Los filtros de segundo orden se caracterizan por tener un
como muestreo. coeficiente de amortiguamiento, en nuestro caso, para las

4. ˜ ´ ´
XII SIMPOSIO DE TRATAMIENTO DE SENALES, IMAGENES Y VISION ARTIFICIAL. STSIVA 2007 4
altas frecuencias, la funci´ n de transferencia de un filtro
o 1. Protocolo RS232.
de paso bajo mejorado en tiempo discreto es: RS232 (Est´ ndar ANSI/EIA 232) es el conector serial que
a
se encuentra en los computadores IBM compatible, se
1 + z −1 utiliza para conectar dispositivos a m´ s de 15 metros
a
G(z) = k (14)
1 − az −1 con una velocidad de transmisi´ n no mayor a 9.6 kbps.
o
La conexi´ n es sencilla cuando la comunicaci´ n es
o o
La cual, normalizada en el origen, podemos programarla as´ncrona y unidireccional, ya que solo se requieren dos
ı
m´ s facilmente si la expresamos como una ecuaci´ n en
a o hilos de conexi´ n: el transmisor (Tx ) y la referencia
o
diferencias: (GND). El conector para serial (COM) es de nueve pines
(fig. 6) y se debe realizar una conversi´ n de se˜ al de TTL
o n
h(k) = ah(k − 1) + bx(k) + cx(k − 1) (15) del 18F4455 a RS232, utilizando el integrado MAX232
de Maxim R .
donde:
1−a
b =
2
a−1
c = (16)
2
La respuesta del filtro se muestra en la figura (5), el cual
se dise˜ o para una frecuencia de corte de 1.5 kHz.
n
[ % Se˜ al ]
n
1.00
F IGURA 6. Conexi´ n
o del pic18F4455 al puerto
0.75 RS232.
0.50 Para mejorar la calidad de la se˜ al, el pin n´ mero 1 del
n u
conector DB9 debe ir conectado al neutro o chasis del
dispositivo.
0.25
2. Protocolo USB.
USB es el acr´ nimo de Universal Serial Bus y puede
o
0 [ Hz ] alcanzar velocidades de transmisi´ n de hasta 480 Mbps
o
0 600 1200 1800 2400 3000 3600 a una distancia m´ xima de 5 metros en configuraci´ n
a o
F IGURA 5. Curva de respuesta del filtro.
high speed.
La comunicaci´ n se realiza identificando paquetes de
o
III . I NTERFAZ AL COMPUTADOR
La conversi´ n anal´ gica–digital y el filtrado de la se˜ al
o o n
se realizan en un mismo dispositivo; el microcontrolador
PIC18F4455 de Microchip R , el cual adem´ s nos da la
a
opcion de comunicaci´ n serial RS232 y USB 2.0.
o
A. Comunicaci´ n serial
o
La comunicaci´ n serial est´ basada en el env´o y recep-
o a ı
ci´ n de bits, uno a uno. Obviamente es mas lenta que
o
la comunicai´ n paralela, pero la ventaja es que aumenta
o
enormemente la distancia de comunicaci´ n.o F IGURA 7. Conexi´ n del pic18F4455 al puerto USB.
o

5. ˜ ´ ´
XII SIMPOSIO DE TRATAMIENTO DE SENALES, IMAGENES Y VISION ARTIFICIAL. STSIVA 2007 5
informaci´ n. El proceso es, b´ sicamente, el siguiente.
o a microcontrolador PIC18F4455.
Inicialmente el dispositivo se encuentra en modo de
espera hasta recibir un paquete token, el cual indica El proceso de filtrado debe realizarse siempre que el
que tipo de transacci´ n se va a realizar, luego se envia el
o sensor est´ retirado del dispositivo de tratamiento de la
e
paquete data el cual posee la informaci´ n de el dato a
o se˜ al, ya que los cables conductores son suceptibles a
n
transmitir, luego se env´a el paquete handshake el cual
ı la interferencia el´ ctrica y magn´ tica.
e e
se encarga de hacer el reconocimiento de la transacci´ n o
realizada y por ultimo el paquete start of frame el
´ La filtros digitales aventajan a los filtros hardware ya
cual indica el comienzo de un nuevo env´o. ı que estos ultimos son m´ s suceptibles al ruido el´ ctrico,
´ a e
El conector es de cuatro cables (tabla II) y se escoge el magn´ tico y/o t´ rmico debido a que su elaboraci´ n
e e o
modo de transmisi´ n mediante reistencias pull–up.
o involucran m´ s componentes f´sicos.
a ı
Pin Color Funci´ n
o Gracias a las ventajas de trabajar con la transformada z
1 rojo Vbus
2 blanco D−
en tiempo discreto, la implementaci´ n de filtros digitales
o
3 verde D+ (FIR, IIR) es muy sencilla pudiendose implementar filtros
4 negro GND de orden superior con muy pocas l´neas de c´ digo.
ı o
TABLA II. Descripci´ n de pines en el conector USB.
o
El uso de microcontroladores en tratamiento de se˜ al
n
ayuda a minimizar espacio y errores debido a ruido
En la figura (7) se muestra la conexi´ n del 18f4455 a
o o interferencias y permite en un mismo dispositivo
un puerto USB 2.0 en configuraci´ n full speed.
o la implementaci´ n de protocolos de comunicaci´ n
o o
El dispositivo montado con comunicaci´ n RS232 se
o al computador personal, lo que da ventaja sobre los
muestra en la figura (8), conectado a un PC portatil. sistemas anal´ gicos.
o
Cabe anotar que no se pretende verificar ni desmentir
la veracidad del proceso de electroacopuntura de Voll,
si no acoplar la tecnolog´a en la adquisici´ n de datos
ı o
y tratamiento de se˜ al a un proceso de diagn´ stico no
n o
ortodoxo.
V. AGRADECIMIENTOS
El autor quiere expresar sus agradecimientos a los
ingenieros de sistemas Ing. Jorge Giraldo, Ing. Jorge
Galindez, Ing. Jesus Mu˜ oz, Ing. Roberto Erazo y al Ing.
n
Carlos Alberto Cobos por la colaboraci´ n en el dise˜ o
o n
F IGURA 8. Dispositivo de medida conectado a un com- del software de adquisici´ n y presentaci´ n de datos y
o o
putador port´ til.
a
por la oportunidad de pertencer al grupo EAV M OBILE
D IAGNOSTIC campe´ n andino y finalista mundial del
o
concurso Imagine Cup promovido por Microsoft R .
IV . C ONCLUSIONES
Cuando se realiza una medici´ n el´ ctrica, o que este
o e
relacionada con este tipo de magnitud, hay que tener
B IBLIOGRAF´A
I
en cuenta ciertos criterios para que la medida sea lo
m´ s precisa posible, entre los que est´ n un aislamiento
a a [1] IRWIN , David. An´ lisis b´ sico de circuitos en inge-
a a
electrico del paciente para evitar fugas de corriente entre nier´a. Pearson Educaci´ n, M´ xico, 1997.
ı o e
el sensor y el dispositivo. [2] ANGULO, Jos´ . et. al. Microcontroladores avanza-
e
dos. Thomson, Espa˜ a, 2006.
n
Se debe tener presente que los objetos met´ licos o
a [3] OGATA, Katsuhiko. Sistemas de control en tiempo
que emitan campos magn´ ticos fuertes alteran un
e discreto. Prentice Hall, M´ xico, 1996.
e
poco la medici´ n ya que afectan –sobre todo este
o [4] Making sense of the USB standard.
ultimo– al dispositivo de procesamiento, en este caso el
´ [www.beyondlogic.org ]. On line, 4/10/2007.