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Medidor de Potencia Radiante para Unidades de Fototerapia
S. Diaz Carrasco1, L. A. Rocha
1, S. R. Gor
2, V.I. Rotger
1
1Departamento de Bioingeniería, Fac. de Cs Exactas y Tecnología, Universidad
Nacional de Tucumán 2Departamento de Luminotecnia, Fac. de Cs Exactas y Tecnología, Universidad Nacional
de Tucumán
Email: [email protected]
Abstract. Este trabajo presenta el diseño, implementación y construcción de un instrumento
para la medición y control de los niveles de la irradianza en las unidades de fototerapia. La
fototerapia es la terapéutica de elección y la más difundida para la hiperbilirrubinemia neonatal
no conjugada. Esta consiste en exponer al paciente a una fuente luminosa con un flujo de
radiación en el rango de luz azul. La finalidad es transformar la bilirrubina a productos más
solubles y permitir su excreción. Esta exposición disminuye la ictericia clínica y la
hiperbilirrubinemia Indirecta para prevenir su acumulación toxica en el cerebro que puede
causar complicaciones neurológicas permanentes o la muerte. Inicialmente se desarrollo la
medición utilizando un espectrorradiometro. Los resultados obtenidos y la recopilación
bibliográfica definieron las características del medidor. El dispositivo está compuesto por dos
bloques, uno analógico a través del cual se capta y acondiciona la señal y el otro digital donde
se procesa y visualiza. Las pruebas de campo se realizaron en el Instituto de Maternidad. Se
logro representar gráficamente el flujo de radiación incidente de las distintas unidades de
fototerapia y verificar sus niveles óptimos para el adecuado tratamiento, permitiendo concluir
que el equipo es apto para el funcionamiento previsto.
1. Introducción
El Sistema de Salud de la Provincia posee Servicios de Neonatología en tres Hospitales Públicos y
otros tantos en los Sanatorios Privados de Tucumán, los cuales cuentan con un parque tecnológico con
equipos médicos de diferentes complejidades, entre los cuales se encuentran las unidades de
fototerapia. La presencia de estas Tecnologías Médicas (TM) requiere el control permanente de las
mismas a fin de asegurar su confiabilidad. El número de equipos presentes representa una muestra
representativa para considerar la importancia de disponer de un dispositivo capaz de evaluar la
condición de las mismas.
La asistencia a los recién nacidos (RN) en condición de prematuros o con alguna patología
representan una cantidad significativa en los servicios de Neonatología, en los cuales se consulta o se
internan con diferentes patologías. Un ejemplo de ellas es la hiperbilirrubinemia, trastorno del cuerpo
humano principalmente en recién nacidos, cuya característica es una cantidad excesiva de bilirrubina
en la sangre. Esta sustancia se produce cuando se destruyen los glóbulos rojos. Debido a que es difícil
para los bebés deshacerse de la bilirrubina, es posible que ésta se acumule en su sangre, tejidos y
fluidos corporales, produciendo una coloración amarillenta en la piel y la zona blanca de los ojos. Los
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bebés prematuros son más propensos a este trastorno debido a que su hígado está menos desarrollado
que el de los otros bebés [1].
Para el tratamiento de dicha patología se utilizan las “unidades de fototerapia”. El Metabolismo de
la Bilirrubina se puede visualizar en la figura 1, la bilirrubina es metabolizada por el hígado y
eliminada por las heces y la orina [2].
Figura 1. Circuito de la bilirrubina en el cuerpo humano.
Enfermería Neonatal - Lic. Guillermina Chattás.
La fototerapia consiste básicamente en exponer el cuerpo del paciente a radiaciones luminosas en el
rango de longitudes de onda del azul, aproximadamente entre 420 a 500 nanómetros [nm], con lo cual
se disminuye la bilirrubina neonatal no conjugada convirtiéndose ésta en productos hidrosolubles
fáciles de excretar [3].
Existen diversas tecnologías en el campo de la fototerapia, las cuales utilizan distintas fuentes de
radiación como: lámparas incandescentes de cuarzo halógeno, tubos fluorescentes especiales y diodos
electroluminiscentes (led´s). A medida que transcurre el tiempo, la producción de radiación de estas
fuentes va disminuyendo por distintas causas, entre ellas el envejecimiento de las mismas, provocando
un cambio en la dosis que recibe el paciente. Como consecuencia de esto, para mantener la efectividad
del tratamiento de fototerapia es necesario aumentar los tiempos de exposición [4].
En general, las decisiones de los usuarios de los equipos de fototerapia (personal médico y técnico
de instituciones de salud) respecto del reemplazo de lámparas están basadas en recomendaciones del
fabricante, sobre periodos de tiempo de uso de las mismas [5]. De esta manera no se cuenta con un
método directo para determinar el momento adecuado para el reemplazo de éstas pudiendo recaer ya
sea en un submantenimiento cuyo resultado puede influir en la salud del (RN), como así también en un
sobremantenimiento (representan un cambio sistemático de la lámparas) que incidirá de forma
negativa sobre los recursos económicos de la institución.
2. Desarrollo
En función de las necesidades asistenciales antes descriptas se desarrollo el Medidor de Potencia
Radiante, bautizado como “Aura Meter DC”, el cual esta compuesto de dos bloques, uno analógico a
través del cual se capta y acondiciona la señal a estudiar y el otro digital donde se procede al
procesamiento y presentación de la misma. Para abordar el diseño fue necesario estudiar el
funcionamiento de las Unidades de Fototerapia a evaluar, Equipos de Medición y luminarias a ensayar
las cuales se detallan a continuación:
Unidad de Fototerapia – Spot Medix – mod. LU – 4 P (Pie Rodante)
Unidad de Fototerapia – Tubos Fluorescentes – mod. LU – 6T
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Unidad de Fototerapia – Mediled
Espectrorradiómetro Automático Optronic – mod. OL 750
Luz de día - Phillips TLT 20W/54 RS Day light.
Luz de Tratamiento - Phillips TL52/20W.
En particular, el diagrama en bloques del Medidor de Potencia Radiante se presenta en la figura 2
considerando cada una de las etapas.
FILTRO OPTICOUNIDAD
OPTOELECTRONICAACONDICIONAMIENTO
CONVERSION A/DPROCESAMIENTOPRESENTACION
DE DATOSLCD
FUENTE DE LUZ
Figura 2. Esquema.
La etapa de entrada se inicia con el transductor de medición, el cual está conformado por un filtro
óptico y la unidad optoelectrónica que en este caso se trata de un fotodiodo (S1087 – Hamamatsu),
ambos con características especificas. La finalidad de dicho transductor es captar la energía radiante
proveniente de la fuente de luz (unidad de fototerapia), y la conversión de la misma a otra magnitud
física. El diseño final del transductor se presenta a continuación.
Figura 3. Transductor de Medición.
De esta manera se obtiene la fotocorriente a partir de la cual se inicia todo el proceso de
acondicionamiento de la señal. En esta etapa se ajustan los niveles de tensión que resultan de la
fotocorriente generada a causa del flujo de radiación incidente sobre el fotodiodo, y se establecen
niveles de tensión para el rango de medición. Además se realiza un filtrado para eliminar los efectos
indeseables de la corriente alterna que se introduce.
El acondicionamiento se inicia con un circuito en configuración conversor corriente – tensión,
mediante el cual se obtienen valores de tensión proporcionales a la corriente generada en la entrada. Se
escogió un amplificador operacional tipo “chopper estabilizado” por lo que el error introducido por
Voff es prácticamente nulo, siendo innecesaria su corrección por medio de un circuito externo. Su alta
resistencia de entrada y su muy pequeña corriente IBIAS, además de tener A = 130 dB (valor típico), lo
hacen particularmente útil para el presente trabajo [6].
A la salida del amplificador conversor corriente – tensión, se tiene un nivel de tensión que varia
con el flujo de radiación incidente. Esta variación debe ser adecuada a valores estándares para que
luego estos puedan ser procesados en la etapa digital. Este es el objetivo de esta sub-etapa, es decir,
mediante ajustes en la ganancia se van a corregir los niveles de tensión de salida. La configuración que
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se utilizo es la de un Amplificador No Inversor, su elección se baso en su elevada impedancia de
entrada J-Fet, su baja corriente de bias y de offset, como así también su elevado slew rate.
Posteriormente se continua la etapa de filtrado de la señal con la cual se eliminan las variaciones
del flujo emitido por una fuente a causa de la tensión alterna de red, este efecto se denomina “flicker”.
Para ello se agrega un filtro pasabajos cuya constante de tiempo debe ser:
De esta manera se logra contrarrestar el comportamiento indeseado que posee la señal, inducido
por la red eléctrica aunque con el doble de la frecuencia (100 Hz). El filtro está conformado por
componentes pasivos R y C, cuyos valores se determinaron en base a una frecuencia de corte
establecida. Por consiguiente se obtiene una señal en condiciones de ser procesada en la etapa digital
para luego ser presentada en pantalla.
La etapa digital esta comandada por un microcontrolador que se encarga de la conversión A/D de
datos como así también del procesamiento de las señales. Este es un microcontrolador de 8-bits con
tecnología CMOS y memoria FLASH, de bajo costo y alto desempeño, posee un set de 35
Instrucciones Reducidas [7].
El sistema se complementa con una serie de periféricos entre los que tenemos indicadores
luminosos de conexión de fuente y de funcionamiento, pulsadores de reset, llave de comando, LCD y
control de sensibilidad de LCD. Este último va a mostrar en la primera línea de caracteres una leyenda
con el nombre del instrumento de medición y en la segunda línea se podrán apreciar los datos
obtenidos en cada medición según la siguiente figura.
Figura 4. Presentación de los Datos.
Todas las etapas antes nombradas están alimentadas por un único modulo, el cual funciona por
medio de una fuente externa tipo switching de 24V/2A. La tensión de salida es normalizada por medio
de un regulador de voltaje y a partir de éste se realiza una inversión de polaridad a través de otro
circuito integrado para obtener los valores necesarios para el correcto funcionamiento del circuito.
3. Calibración:
La calibración que se llevo a cabo relaciona valores de iluminancia [lux] obtenidos con un
luxómetro de precisión, con valores obtenidos con el equipo desarrollado y en base a estas mediciones
se elaboraron las respectivas curvas de calibración realizando los ajustes pertinentes. Como se
mencionase antes todos los ensayos se realizaron sobre una fuente luminosa en particular; y como
resultado se esperan obtener los parámetros necesarios para poder justificar los reemplazos de
lámparas de acuerdo a la conveniencia para el tratamiento del neonato como así también evitar ya sea
un submantenimiento y recaer en equipos cuyo efecto sea inferior al mínimo necesario, o en el
sobremantenimiento lo que produciría cambios innecesarios. En la figura siguiente se presenta el
escenario en el cual se llevo a cabo el proceso de calibración y el protocolo seguido para las
mediciones:
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Banco fotométrico:
Figura. 5. Medición de Fuentes Luminosas.
Se puede observar la estructura y los componentes que conforman la unidad conocida como banco
fotométrico, las lámparas bajo ensayo, y el posicionamiento tanto del equipo medidor como de su
transductor.
El Banco Fotométrico es un conjunto mecánico que permite mantener referencias de posición y
está constituido por un sistema de rieles de precisión, sobre los que se mueven con facilidad carros o
soportes, en los que se montan las lámparas cuyas características se van a medir, el comparador
fotométrico y el transductor del medidor, también dispone de pantallas para limitar la luz dispersa. En
una escala graduada en mm y grabada en uno de los rieles del banco se pueden medir las distancias
que separan los soportes entre sí.
4. Proceso de Calibración
Como primera medida se obtienen las curvas de respuesta del instrumento utilizado como
referencia patron en las mediciones, en este caso se utiliza un luxómetro de alta precisión, marca
LMT, modelo Pocket Lux 2; el mismo fue suministrado por el Departamento de Luminotecnia, Luz y
Vision de la Facet – UNT para llevar a cabo los ensayos.
Con respecto a las lámparas se trabajo con el mismo tipo, pero con 2 (dos) modelos diferentes:
Luz de Día - Phillips TLT 20W/54 RS Day light.
Luz de Tratamiento - Phillips TL52/20W.
Para cada ensayo las fuentes luminosas se ubicaron horizontales en el extremo sur del banco
fotométrico, centradas respecto al eje principal de su estructura. Este punto central entre ambas fuentes
se coloco a 20 cm respecto del inicio del banco por cuestiones de comodidad para con el ensayo y a 32
cm de altura respecto de la base del mismo. Esta altura coincide con el punto central tanto de la boca
de las pantallas limitantes como del sensor del luxómetro.
En la figura siguiente se puede apreciar lo antes descripto:
Fuente
Luminosa
Transductor Aura Meter DC
Guías de
desplazamiento
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Figura 6: Lámparas y soporte deslizable.
El barrido de lectura se hizo en pasos de 1 cm entre la posición inicial del sensor y hasta la marca
de 80 cm en el banco fotométrico, de ahí en adelante se avanzo con pasos de 5 cm. Esto se hizo debido
a que la zona de mayor preponderancia para el análisis de los datos se encuentra en las menores
distancias entre sensor y fuente luminosa, a causa de que la iluminancia varía inversamente con el
cuadrado de la distancia. De esta manera se obtendrán las respectivas curvas y en base a su análisis se
concluye respecto a la calibración del medidor luego de los ajustes pertinentes.
Se presentan las curvas resultantes:
Figura 7. Curvas de Respuesta para ambos instrumentos.
Luego del proceso de ajuste y calibración, como primera medida en la etapa analógica y luego a
nivel de la etapa digital en la presentación de datos, se obtuvo una respuesta cuya linealidad es lo
suficientemente aceptable en relación a los errores admisibles por parte del equipo medidor. En
conclusión, este presenta una variación cuadrática inversa en el rango de medición, con un Coeficiente
de Determinación R2 = 0.989; el cual representa estimativamente la bondad del ajuste.
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
0
25
50
75
100
125
150
175
200
225
250
20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150
Dat
os
Fin
ale
s [A
MD
C]
Niv
el d
e Il
um
inan
cia
[Lu
x]
Distancia [cm]
Comparación de Respuestas
LMT Aura Meter DC
Soporte
Deslizable
para el
sensor
Pantalla
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En la figura 8 se puede observar la linealidad de respuesta del medidor y la correlación que posee
con una recta de ajuste lineal.
Relación LMT – AMDC:
Figura 8. Relación de linealidad.
5. Mediciones de campo:
Terminada la fase de implementación, construcción y calibración del medidor, se procedió a la
aplicación del mismo sobre las distintas unidades de fototerapia.
Las mediciones se realizaron sobre distintas unidades marca Medix, mod. LU – 6T basadas en
Tubos Fluorescentes especiales, ubicadas sobre una incubadora (PC – 305 o PC – 307 Medix) en la
posición en la cual el área luminosa abarque completamente el cuerpo del bebe. El transductor del
equipo medidor va colocado dentro de la incubadora en la posición central del área delimitada según
las lámparas, se llego a la conclusión respecto a esta posición a través de mediciones previas sobre el
flujo incidente en la superficie de contacto (colchón antiescaras).El campo de trabajo es el siguiente:
Transductor LU -6T
(Lumino)
Incubadora
PC - 307
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Figura 9. Aura Meter DC en pleno funcionamiento.
Se trabajo con unidades de tratamiento cuyas fuentes luminosas presentaban diferente estado de
envejecimiento, es decir, se trabajo tanto con luminarias nuevas como envejecidas (aproximadamente
2000 hs. de uso), esto se planteo así para poder relacionar valores máximos y mínimos aceptables de
Iluminancia con los niveles de salida que acuse el equipo medidor considerando como valor de cambio
o reemplazo el correspondiente a un juego de lámparas envejecidas.
Las mediciones fueron realizadas para diferentes distancias que oscilan entre 33 y 80 cm, las
mismas se consideran a partir del conjunto “Filtro” del transductor hasta el acrílico protector de la
unidad LU – 6T. A los fines prácticos se eligió como distancia de referencia 50 cm, es decir que los
valores que se van a considerar como mínimo aceptable o de reemplazo van a ser establecidos a esta
distancia.
6. Resultados
A continuación se presenta la curva resultante obtenida como referencia patrón, y en relación a la
misma se realizaron lecturas test sobre 2 (dos) unidades pertenecientes al Servicio de Neonatología.
Estos estudios se realizaron en el Sector de UTI 1 (Unidad de Terapia Intermedia 1). La elección de
las unidades a ensayar fue al azar, sin conocimiento previo sobre el estado de las mismas.
Curva Representativa de Salida - Referencial:
Figura 10. Curva representativa de salida para una distancia de 50 cm.
Como resultado de los datos y curvas obtenidos, se puede establecer un valor considerado como el
mínimo aceptable a partir del cual deben responder las mediciones de chequeo que se lleven a cabo en
las distintas unidades de fototerapia. El valor mínimo aceptable se encuentra en 100 “Datos Finales”
entregados por el instrumento y se debe recordar que éste se referencia a una distancia y posición
especificas del transductor respecto de las fuentes luminosas.
A continuación se muestran las curvas obtenidas como resultado del test, comparadas con la
referencia patrón.
1
2
3
4
5
0102030405060708090
100110
1
2
3
4
5 Po
sici
on
amie
nto
Y
Dat
os
de
Sal
ida
[AM
DC
]
Posicionamiento X
Curva Representativa de Salida - AURA METER DC
100-110
90-100
80-90
70-80
60-70
50-60
40-50
30-40
20-30
10-20
0-10
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Figura 11. Curva representativa de salida para un Test Aleatorio. 1 –
Referencia, 2 y 3 unidades examinadas.
Una vez realizadas las mediciones correspondientes a ambas unidades, se pudo contrastar los datos
obtenidos con los valores referenciales. Los resultados fueron positivos, es decir, las unidades
presentan valores por encima del mínimo aceptable y por ende pasaron satisfactoriamente el test de
estado.
7. Impacto Economico
El prototipo del equipo diseñado a requerido la prueba de diferentes detectores (sensores) lo cual
exigió hacer una evaluación de tecnologías para determinar la opción más conveniente. Para el
desarrollo del módulo digital ha sido necesario incorporar el conocimiento de manejo y programación
de microcontroladores.
Los costos de gestión y logística para adquirir los componentes han representado un costo
económico significativo. En el análisis se debe incluir el diseño, fabricación y montaje de las placas
del equipo.
Es necesario considerar los ítems relacionados con la registración en ANMAT, los costos de
certificación y de validación para incorporar al dispositivo como un equipo de test propiamente dicho.
8. Discusión y conclusiones
El prototipo presentado cumple satisfactoriamente los objetivos planteados al inicio del proyecto,
dando como resultado un equipo de fácil manejo, interpretación y alto impacto en los Servicios de
Neonatología. Permite llevar a cabo una evaluación del funcionamiento de las unidades de tratamiento
y de esta manera conocer el estado actual de las mismas.
Los beneficios que conllevan los procesos de control y verificación de los equipos empleados en el
tratamiento directo de los RN con Ictericia, abarcan aspectos tanto médicos como económicos. En el
ámbito clínico se podría evitar que el neonato este expuesto durante tiempos prolongados bajo la
acción de una unidad de tratamiento, cuyas fuentes luminosas no estén en condiciones óptimas para
ofrecer los niveles de radiación adecuados. Considerando los aspectos económicos, se consigue evitar
procedimientos de mantenimiento que en determinados casos pueden ser innecesarios, en base a las
1 2 3 4 5 1 2 3 4 5 1 2 3 4 50
20
40
60
80
100
120
140
1 2 3 45
Posicionamiento Y
Dat
os
de
Sal
ida
[AM
DC
]
Posicionamiento X
Curva Representativa de Salida - AURA METER DC
120-140
100-120
80-100
60-80
40-60
20-40
0-20
1 2 3
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mediciones se pueden extrapolar los resultados para que los reemplazos de las luminarias se lleven a
cabo cuando estas así lo ameriten y no considerar solamente las recomendaciones del fabricante
llevando a cabo un mantenimiento preventivo.
En este tipo de equipos hablar solo de un mantenimiento correctivo seria no considerar los avances
que se logran en el tratamiento del paciente cuando la unidad se encuentra dentro de las normas de
funcionamiento y seguridad establecidas, es por ello que se deben realizar de manera programada
controles de verificación siguiendo los protocolos preestablecidos para el usuario.
Cabe resaltar nuevamente la importancia y los beneficios que se logran en el neonato que se
encuentra en tratamiento al estar bajo la influencia de unidades cuyo estado de funcionalidad es
óptimo, debido a esto es que la institución de salud debe contemplar la incorporación de este tipo de
tecnología para los servicios especializados.
9. Referencias
[1] Pontificia Universidad Católica de Chile - Facultad de Medicina. Escuela de Medicina.
Departamento de Pediatría. http://contacto.med.puc.cl/pediatria/PDF_PED/hiperbilirrubinemia.pdf
[2] Enfermería Neonatal (2008 – Octubre). Número 004. Ictericia en el recién nacido. Lic. Guillermina
Chattás.
[3] PRONEO – Programa de Actualización en Neonatología (2000). Manejo del Recien Nacido con
Hiperbilirrubinemia, Modulo Nº 2. En esta técnica es la terapéutica de elección (pp. 141-177).
Editorial Panamericana. Buenos Aires, Argentina.
[4]: Jeffrey Maisels, M.;McDonagh, Antony F. (2008). Fototerapia para la ictericia neonatal. Revista
del Hospital Materno Infantil Ramón Sardá, Vol. 27, Núm. 3, sin mes, pp. 100-111. Asociación de
Profesionales del Hospital Materno Infantil Ramón Sardá. Argentina.
[5]: Medix I.C.S.A. (2005). Unidad de Fototerapia - Tubos Fluorescentes – Mod. LU-6T. Manual de
Usuario y Servicio Técnico.
[6]: Gor, S. R. (1991). Medidor Digital Autorrango de Fotocorriente. Departamento de Luminotecnia,
Luz y Visión. UNT. Argentina.
[7]: Descripción General del PIC16F877. UMSNH-FIE 2005. www.microchip.com - 2001 Microchip
Technology Inc.
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