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Grove Finger Clip – ¿Cómo funciona un Sensor de frecuencia Cardiaca?

Grove-Finger-clip - portada Blog T-Bem Robotica

Existen diversos modelos de sensores para medir la frecuencia cardiaca. En este artículo vamos a revisar las especificaciones y saber cómo funciona el sensor Grove Finger Clip. Dentro del mundo Maker es uno de los sensores más robustos, de alta calidad, incluye su propia carcasa, además de una banda para poder tomar muestras en brazo, muñeca o en el dedo.

Para comprender el funcionamiento del sensor, así como de otros modelos basados en el mismo principio, comenzaremos por definir la fotopletismografía.  Bien, repitamos juntos, foto-pletis-mo-grafía. ¡Excelene!

La fotopletismografía (photoplethysmogram por sus siglas en inglés), también conocida como PPG; es un proceso para detectar sangre en el tejido subcutáneo. Básicamente utiliza luz verde de un LED (emisor) y un fotodiodo (receptor) que recibe diferentes intensidades de luz reflejada en la sangre.

En términos más científicos: La fotopletismografía (PPG) puede proporcionar el valor de la frecuencia cardiaca, a través del registro y análisis de una señal de origen óptico, obtenida en un lecho vascular, y que resulta modulada por el cambio del volumen sanguíneo debido a la acción de bombeo del corazón. [1]

¿Cómo obtiene el sensor la frecuencia cardiaca?

El proceso se resume en estos pasos generales:

1.- El LED Verde proyecta la luz verde hacia las venas.
2.- La luz verde rebota en la sangre que hay en las venas.
3.- La luz que se refleja en el rebote es captada por un fotodiodo.

Mientras más sangre hay en los vasos sanguíneos, más luz va a reflejarse, y viceversa.

Cuando el corazón bombea, fluye más sangre que cuando no bombea, es aquí donde el sensor detecta los latidos del corazón haciendo mediciones por lapsos de tiempo pequeños, luego compara entre cada lapso, y así va a determinar las variaciones de intensidades de luz reflejada con respecto al tiempo.

Con estas mediciones se estima la cantidad de sangre irrigada y así por fin es capaz de identificar cada latido del corazón.

Grove Finger Clip

Vista del Sensor Grove Finger Clip – Incluye bandas de sujeción y Carcasa protectora.

Este módulo de detección cardiaca está basado en el PAH8001EI-2G. Un procesador CMOS de alto rendimiento con un muy bajo consumo de energía. Mediante la tecnología óptica permite que el sensor se utilice en aplicaciones como el cuidado del corazón o en los deportes. Además es no invasivo y muy práctico para colocarlo al usuario.

El protocolo de comunicación de este sensor es mediante I2C.

Para logra un alto procesamiento, el módulo internamiente tiene un procesador ARM a 72MHz modelo STM32F103 [2]. Cuenta con una interface SWD para reprogramarse en caso de ser necesario para el usuario desarrollador.

Grove Finger Clip

Diagrama a bloques de funcionamiento del Sensor PAH8001EI-2G.

 

¿Cuáles son las especificaciones técnicas del Grove Finger Clip?

Hemos mencionado ya algunos datos técnicos de este módulo, en seguida los resumimos:

  • Bajo consumo de energía. Ahorro de energía mientras no está en uso.
  • Protocolo de trabajo para obtener los datos del sensor: I2C.
  • Incluye LEDs con magnitud de onda de 525nm.
  • Voltaje de trabajo: 5Vdc.
  • Interface para reprogramar el procesador interno: SWD.
  • Temperatura óptima de operación: -20 a 60°C.

 

A continuación una imagen donde se muestran las partes importantes en el diseño de la tarjeta PCB del sensor.

Grove-Finger-clip - diagrama pinout del sensor - Blog T-Bem Robotica_2

 

¿Cómo utilizar el Sensor?

Este es un sensor ideal para el prototipado rápido, nos permite generar proyectos en biomédica de forma casi inmediata. Al ser un módulo con una interface de comunicación amigable I2C, tener bandas de ajuste, y contar con un plug práctico para su conexión; montar nuestro primer monitor cardiaco puede resultar tan simple como el siguiente ejemplo.

  1. Conectar el módulo como se muestra en la imagen.

Grove-Finger-clip - como conectar - Blog T-Bem Robotica_3

Se recomienda utilizar el cable Grove de 4 pines para mayor comodidad al usuario. El cable lo puedes ver aquí.

2. Coloca el sensor en tu dedo, muñeca o brazo.

Ajusta el módulo y revisa que el sensor quede en contacto directo con la piel, procura que se mueva lo menos posible, para ello, usa las bandas de ajuste como se ve en las imagenes.

Grove Finger Clip. Cómo se coloca en el dedo.

Grove Finger Clip. Cómo se coloca en el dedo.

 

Grove-Finger-clip - como conectar - Blog T-Bem Robotica_5

Grove Finger Clip. Cómo se coloca en la muñeca.

 

Grove Finger Clip. Cómo se coloca en el brazo.

Grove Finger Clip. Cómo se coloca en el brazo.

 

Después copia, pega y carga este código a tu Arduino.

Listo. Ahora abrimos el Monitor Serial y comenzaremos a ver los valores arrojados por el Sensor.

 

Información IMPORTANTE.

El sensor Grove Finger Clip puede entregar métricas de los latidos del corazón, pero no debe se debe considerar como un dispositivo de uso médico en pacientes.

Algunas recomendaciones extras.

Cuando se utilice el dispositivo en el dedo, muñeca o brazo toma en cuenta estas consideraciones:

  • Debes sujetar bien el sensor, procurando que haga bien contacto con la piel, evitando que éste se mueva. También mantener fijo el dedo, muñeca o brazo sobre una superficie plana como una mesa. Esto ayudará a obtener mediciones más precisas. En caso de que el sensor no tenga el contacto adecuado, o haya movimientos mientras se está midiendo, los datos serán erroneos.
  • El sensor tiene un mejor rendimiento mientras hay un mayor flujo sanguinio en el usuario. En días fríos, o si el suario tiene mala circulación presentando dedos, manos o pies fríos; la precisión del sensor puede verse afectada debido a un menor flujo sanguinio.

 

Ahora que ya cuentas con los fundamentos de funcionamiento de un nuevo sensor, tienes la posibilidad de incursionar en nuevos proyectos Maker. Echa a volar tu imaginación y revisa cómo puedes mejorar o proponer alguna solución a algún problema que hayas notado en tu vida diaria.

En caso de que quieras hacer la medición manualmente (ojalá que no sea así), aquí te dejamos esta guía de cómo medir el pulso cardiaco con un cronómetro y tus dedos.

 

How to: Measure Resting Heart Rate

Learn how to measure heart rate.

 

conecta y hazlo posible!

 

Fuentes:
Óptica pura y aplicada.
Wikipedia.
Seeed.

Imagen Exercise Equipment.

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