Diseño y evaluación de un oxímetro de pulso de bajo costo para dispositivos móviles

Introducción


La oximetría de pulso es una tecnología de detección óptica no invasiva que es capaz de medir la saturación de oxígeno arterial. Esta tecnología ha contribuido significativamente a reducir el riesgo de muerte relacionada con la anestesia y la cirugía. El oxímetro de pulso se ha convertido en un dispositivo de monitorización estándar en los hospitales modernos, obligatorios en América del Norte, gran parte de Europa y en muchas otras regiones del mundo. Sin embargo, todavía hay lugares a nivel mundial donde los oxímetros de pulso no se utilizan habitualmente durante la anestesia, ya que no están disponibles.

La Organización Mundial de la Salud (OMS) se ocupa de este déficit a través de la iniciativa Oximetría Global (GO). Como resultado de ello, los representantes de la Asociación de Anestesistas de Gran Bretaña e Irlanda (WFSA), y la Escuela de Salud Pública de Harvard, han creado una organización benéfica para facilitar el acceso a los oxímetros de pulso a bajo costo adecuados para su uso en la anestesia. El oxímetro LifeBox es suministrado para EE.UU. a 250 dólares y es respaldado por donaciones internacionales. El oxímetro de pulso también tiene el potencial para actuar como un dispositivo de diagnóstico en las vías respiratorias y enfermedades cardíacas, así como enfermedades sistémicas tales como la preeclampsia y la sepsis, que afectan a múltiples sistemas del cuerpo incluyendo los pulmones.

Un oxímetro de pulso funciona por el resplandor de la luz a partir de dos diodos emisores de luz (LEDs) en diferentes longitudes de onda, por lo general de 660 nm (rojo visible) y 910 nm (cercano al infrarrojo), a través de la sangre arterial de un dedo o la oreja y detectar la luz transmitida con un fotodiodo. Las moléculas de hemoglobina con y sin oxígeno unido tienen diferentes características de absorción óptica a estas longitudes de onda , y la saturación de oxígeno puede deducirse de la relación de la luz transmitida a las dos longitudes de onda. La saturación de oxígeno es el porcentaje de moléculas de hemoglobina que tienen al oxígeno unido en comparación con aquellos que no están vinculados al oxígeno.

Un individuo sano tiene un nivel de saturación de oxígeno por encima de 95%. Un descenso por debajo del 95% es un fuerte indicador de un suministro de oxígeno o el desequilibrio del consumo, por ejemplo, causado por el impedimento de intercambio de gases en los pulmones que resulta de enfermedades respiratorias graves como la neumonía y el asma o debido a un aumento en el consumo, así como el impedimento de intercambio de gases visto en otras enfermedades inflamatorias e infecciosas sistémicas. De esta manera, la oximetría de pulso puede ser usada, por ejemplo, para diferenciar la neumonía grave de afecciones más leves.

Por lo tanto, la oximetría de pulso tiene el potencial de ser una herramienta poderosa en la prevención de la mortalidad infantil en los países de bajos y medianos ingresos. Por desgracia, estas zonas del mundo siguen en gran medida sin acceso a la tecnología. Parte del problema es que los oxímetros de pulso convencionales son dispositivos costosos y voluminosos destinados a ser utilizados en los hospitales modernos, y no son adecuados para su uso en entornos de bajos recursos.

Con el fin de hacer que la oximetría de pulso más accesible, los investigadores han desarrollado un Oxímetro para Smartphones, que se conecta a un módulo de oxímetro comercial basado en un microcontrolador de impulsos del Smartphone.

Los teléfonos están ampliamente disponibles, incluso en las zonas más remotas, y se han convertido en una piedra angular de las economías en desarrollo y el sustento de la comunicación en todas partes. Por ejemplo, África ha experimentado un enorme crecimiento en el uso del teléfono móvil en los últimos años, con 648,4 millones de abonados de telefonía móvil en 2011, más que en los Estados Unidos o la Unión Europea.

Los estudios de usabilidad del prototipo del oxímetro previamente realizado en Canadá y Uganda dieron puntuaciones generales de usabilidad de 82 % y 78 % respectivamente.

En este trabajo describe el desarrollo de un oxímetro pensado para teléfonos inteligentes, el mismo es de bajo costo y no requiere un microcontrolador intermediario (muy costoso), interconectando del sensor directamente al teléfono. Mediante el aprovechamiento de las capacidades del teléfono, el costo total del nuevo dispositivo se reduce al sensor para el dedo en sí, y toda la infraestructura de soporte es inherente al teléfono móvil.

Cualquier implementación viable de un sensor de señales biológicas que se base en la electrónica de consumo debe tener una forma efectiva de verificar el rendimiento a través de diferentes dispositivos.

El siguiente es un esquema del sensor del oxímetro con dos diodos emisores de luz y un fotodiodo está interconectado a un smartphone con una aplicación de software de oxímetro de pulso.

Los investigadores observaron que los dispositivos de la familia Apple iOS (iPhone, iPod Touch, iPad y iPad Mini) generan las tensiones de salida suficientes para realizar las mediciones clínicas. El fotodiodo sensor del oxímetro se interconecta a al micrófono del teléfono con un fotodiodo.

Interfaz de software
Dado que no se utiliza ningún módulo microcontrolador, el oxímetro del smartphone debe realizar el procesamiento de señal necesario para calcular la saturación de oxígeno de la señal.