Resumen

Datos de la Encuesta Nacional de Adicciones muestran que en México hay alrededor de 17.3 millones de personas fumadoras activas, además de 11 millones de fumadores pasivos. Actualmente no existen métodos en tecnología portátil  para dejar de fumar, que aprovechen los últimos avances de la tecnología, tales como el aprendizaje automático, sensores, electrónica, software. Este proyecto presenta en su primera etapa un sistema de adquisición de las bioseñales necesarias para el monitoreo de los hábitos de consumo de un fumador activo. Para tal tarea, el dispositivo registrará el electrocardiograma (ECG), frecuencia cardiaca, frecuencia respiratoria e impedancia sobre la piel. A la vez que se almacena esta información en una memoria SD para su posterior análisis por un especialista en la materia, para que este realice el diagnóstico del sujeto de estudio. Sobre la base de la información registrada, en una segunda etapa se diseñará un accesorio de vestir inteligente que implementará la terapia de reemplazo de nicotina (NTR), para ayudar a los fumadores a reducir su consumo de cigarrillos por una rutina personalizada basada en el comportamiento de los fumadores habituales y diversos parámetros biomédicos que son modificados después de la ingestión de un cigarro.

Pregunta de Investigación

Planteamiento del Problema

El tabaquismo en México deja un saldo diario de 130 personas muertas y al año se reportan 46 mil 400 decesos, además de que las patologías ocasionadas por este producto le cuestan al gobierno unos 50 mil millones de pesos anuales (Hernández AM, 2007); por lo que es necesario sensibilizar a la población en torno a los daños a la salud, tras el consumo del tabaco.

Por estas razones algunos fumadores activos se encuentran interesados en dejar el hábito de fumar, para lo cual, es de vital importancia tener conocimiento previo del grado de dependencia fisiológica y mental del fumador de tabaco, y así poder llevar a cabo un programa adecuado que sea beneficioso y una solución a largo plazo. Entender la naturaleza de esta conducta, y sus características particulares, es esencial para iniciar el camino del cambio, y para la toma de conciencia social de la necesidad de dicho cambio

Antecedentes

Métodos existentes que reducen el hábito de fumar El tabaquismo es una enfermedad crónica caracterizada por la presencia de recaídas en el proceso de dejar el hábito.

Es de vital importancia recordar que dicho proceso se encuentra influenciado tanto de forma física como mental

El procedimiento para anular el consumo de la nicotina consta de disminuirla gradualmente, para lo cual existen distintos métodos:

 Terapia de reemplazo de nicotina con parche, goma de mascar, aerosol nasal, inhaladores de nicotina o pastillas para chupar.

 Intervención farmacológica sin nicotina con Bupropión y antidepresivos.

Holters en general, características o especificaciones. Actualmente se han desarrollado distintos equipos capaces de realizar un monitoreo continuo de bioseñales y de forma portátil, principalmente del ritmo cardiaco durante un periodo de 24 a 48 horas. A estos equipos se les ha nombrado como Holters, debido a su inventor, el cual desarrollo el primer equipo portátil para el monitoreo del ritmo cardiaco.

Inicialmente se comenzó con la frecuencia cardiaca y a partir de ahí con el paso del tiempo, se han desarrollado distintos equipos cada vez más complejos y completos capaces de realizar el monitoreo portátil de la frecuencia cardiaca y de aun más señales.

El procedimiento para el uso de un Holter es muy similar entre ellos, se utilizan electrodos los cuales se adhieren a la piel, estos se conectan a un monitor el cual registra la actividad del corazón, dicho monitor es compacto de tal forma que pueda ser llevado en el cinturón o cualquier otro lugar cómodo para el usuario.

Objetivo

Desarrollar un dispositivo ambulatorio capaz de obtener y almacenar distintas bioseñales con el propósito de determinar la pesadez de un fumador.

Justificación

Alrededor de 2 de cada 3 fumadores quieren dejar de fumar pero, sin ayuda, muchos no logran tener éxito. La razón principal por la cual tan pocos fumadores tienen éxito, a pesar de que quieren dejar de fumar, se debe a que el tabaquismo es una enfermedad, asociada a la adicción a la nicotina. Además el fumar activa componentes emocionales como: la excitación, la culpa y la ansiedad. El fumador al enfrentar una adicción severa, condiciona una dependencia psicológica y física cuyas  características son las de un adicto a la nicotina, y que eventualmente puede desarrollar síntomas del síndrome de abstinencia al abandonar el consumo

Diferentes variables fisiológicas como: la frecuencia cardiaca, la temperatura corporal y la impedancia en piel, se modifican minutos después de haber consumido un cigarro. La correlación de estos parámetros con los hábitos de un fumador, permitirán desarrollar rutinas personalizadas que ayuden a un fumador a disminuir su consumo de cigarros a través de terapia de remplazo con nicotina con un mínimo de riesgo en recaer.

Hipótesis

Desarrollar un sistema de monitoreo para el diagnóstico de la dependencia de un fumador que aporte resultados objetivos y variados para el diagnóstico de la dependencia fisiológica del sujeto. En una segunda etapa construir una prenda inteligente que implementará la terapia de reemplazo de nicotina (NTR), para ayudar a los fumadores a reducir su consumo de cigarrillos con una rutina personalizada.

Método (materiales y procedimiento)

Es un dispositivo ambulatorio capaz de obtener y almacenar distintas bioseñales con el propósito de determinar la pesadez de un fumador. (Etapa 1).

En una segunda etapa, a partir de los resultados obtenidos en la primera etapa, construir una prenda inteligente que implementará la terapia de reemplazo de nicotina (NTR), para ayudar a los fumadores a reducir su consumo de cigarrillos con una rutina personalizada.

Para elegir las herramientas empleadas para construir la invención se utilizó la Metodología de diseño robusto para el aseguramiento de la calidad en el desarrollo de productos innovadores, cuyas fases se muestran en el siguiente cuadro.

Fase I. QFD.

Se relacionan los requerimientos de los clientes (que abreviamos RC) con las características técnicas (CT) necesarias para satisfacerlos. Se obtienen las demandas y expectativas de los clientes, traducidas en pasos sucesivos, a características técnicas y operativas satisfactorias para el sistema ambulatorio de monitoreo para el diagnóstico de la pesadez de un fumador.

Con los resultados del QFD, se obtiene el  análisis de las necesidades del cliente, se realizó un estudio estadístico para poder determinar los requisitos técnicos necesarios en base a los criterios del cliente y finalmente poder definir los objetivos de diseño.

Fase 2. Generación de conceptos

Se realizó una lluvia de ideas de cómo sería el dispositivo ergonómico (diseño y material), que componentes electrónicos se utilizarán en la etapa del diseño, como se adquirirá las señales, como se alimentará el dispositivo.

Se determinó que se diseñará el dedal para el pulsioxímetro, y el diseño de una prenda inteligente (anillo)  que permitirá de una manera segura y cómoda la obtención de bioseñales del fumador.

Material de fabricación para diseño mecánico: PLA para impresora de 3D.

Tiempo de fabricación prototipos. Dedal 3hrs, prenda inteligente (anillo) 1:30hrs.

Material electrónico:

Se decide utilizar los siguientes componentes electrónicos para el diseño de circuitos:

• Circuitos de instrumentación para hacer un pulsioximetro – Fabricación en circuito impreso.

El pulsioximetro es un método no invasivo, que permite determinar el porcentaje de saturación de oxígeno de la hemoglobina en sangre de un paciente con ayuda de métodos fotoeléctricos. El pulsioxímetro emite luces con longitudes de onda, roja e infrarroja que pasan secuencialmente desde un emisor hasta un fotodetector a través del paciente. Se mide la absorbancia de cada longitud de onda causada por la sangre arterial, excluyendo sangre venosa, piel, huesos, músculo, grasa. Con estos datos será posible calcular la saturación de oxígeno en sangre.

Para la elaboración del circuito de instrumentación se consideraron los siguientes componentes electrónicos:

Fototransistor: Es un dispositivo sensible a la luz, normalmente a los infrarrojos. Es utilizado para detectar la luz que incide sobre alguna región de base, generando portadores en ella.

Led infrarrojo: Es un dispositivo optoelectrónico capaz de medir la radiación electromagnética infrarroja de los cuerpos en su campo de visión. Los rayos infrarrojos se caracterizan por ser portadores de calor radiante.

Estos rayos son producidos en mayor o menor intensidad por el sujeto.

Construcción del circuito de instrumentación que funciona como un pulsioximetro

• Circuitos de instrumentación para hacer un Electrocardiograma– Fabricación en circuito impreso.

Electrodos de Monitoreo: Se emplean para monitorear parámetros que indican el estado de la frecuencia cardiaca basado en el ECG.

Construcción del circuito de instrumentación que funciona como un ECG.

Fase 3. Diseño

En la fase de desarrollos del modelado de prueba, fue necesario su previo diseño en la plataforma de modelado y simulación de elementos tridimensionales Autodesk Inventor, en la cual se obtuvo el prototipo

Desarrollo de la interfaz de la Aplicación Móvil.  

Galería Método

Resultados

Evidencias del avance del diseño de la prenda.

A continuación se presentan las versiones físicas de los elementos previamente diseñado en tercera dimensión en el software Autodesk Inventor. Estas versiones físicas del diseño fueron creadas en una impresora 3d marca CubeX Duo.

Evidencias de avance de circuitos electrónicos (pulsoximetro y ECG) 

A continuación se presentan las versiones físicas de los elementos previamente diseñado en el software de diseño de circuitos electrónicos Eagle e impresos en LPKF Laser & Electronics.

Evidencias de avance de adquisición de datos LABVIEW

Para la adquisición de datos obtenidos a través del circuito de instrumentación ECG y pulsioxímetro se utilizó la plataforma NI-DAQ tradicional y NI- ELVISmx, así mismo la plataforma modular de enseñanza para desarrollo de proyectos, ELVIS.

A continuación se muestran la adquisición de datos obtenidos a través de las pruebas pertinentes en el software LabVIEW a través del circuito de instrumentación (pulsioxímetro).

A continuación se muestran la adquisición de datos obtenidos a través de las pruebas pertinentes en el software LabVIEW a través del circuito de instrumentación (ECG).

Galería Resultados

Discusión

• Impacto ambiental

Al desarrollar la prenda inteligente se podrán reducir problemas que la sociedad tiene al consumir tabaco, en general se podrán prevenir enfermedades, como es el cáncer en sus diferentes tipos (pulmonar, estómago, hígado, colón) y muertes prematuras, además de problemas de higiene como  el mal olor así como la calidad de vida de las personas con su entorno.

Además otro problema que es causado por el humo del cigarro es la contaminación ambiental. Un estudio realizado en Italia muestra que la contaminación del medio ambiente es mayor que la de los automóviles, debido a que el humo del cigarro contiene hasta 4,000 productos químicos.

Por lo que se busca al realizar la prenda es reducir el consumo del tabaco y disminuir la contaminación del aire.

• Impacto social

El beneficio para la sociedad al realizar la  prenda inteligente es el disminuir y prevenir enfermedades causadas por el humo del cigarro, especialmente el cáncer, así como problemas de higiene y además con la realización de la prenda inteligente se implementara una terapia de remplazo de nicotina (NTR) para que las personas disminuyan su hábito por el consumo del tabaco hasta que lo dejen por completo si es su necesidad con base a una rutina personalizada.

Un estudio realizado por la OMS muestra que 2 de cada 3 fumadores quieren dejar de fumar pero, sin ayuda, en conclusión muchos no logran tener éxito. La razón principal por la cual tan pocos fumadores tienen éxito, a pesar de que quieren dejar de fumar, se debe a que el tabaquismo es una enfermedad, asociada a la adicción a la nicotina.

Conclusiones

En base a los resultados adquiridos después de las pruebas realizadas con los sistemas de monitoreo de ritmo cardiaco y gracias a las encuestas previamente realizadas para recabar estadísticamente datos sobre fumadores acerca de sus hábitos pudimos concluir.

El estudio se realizó a una muestra poblacional de 20 individuos, en él se obtuvo la estadística que muestra que el 90% de los sujetos no conoce algún método para dejar el hábito de fumar, por otro lado el 35% compraría un artefacto tecnológico que lo ayude a dejar de fumar con ciertas  características de diseño como por ejemplo un diseño ergonómico.

También se muestra en el estudio estadístico que el 95% de los individuos les gustaría utilizar dicho artefacto tecnológico como una prenda inteligente que les ayude a dejar la adicción por el tabaco con un costo no mayor a 2000 pesos según dicha estadística realizada.

Gracias a las pruebas del circuito pulsoximetro nos dimos cuenta que los parámetros de las señales cardiacas cambian según sea el estado del individuo del que se obtendrán las bioseñales; ya sea previo, durante o posteriormente al consumo de tabaco, estos parámetros nos ayudaron a comprender de qué forma atacar el problema de manera directa y efectiva.

Bibliografía

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Bacher I, H. S. X. X., 2011. Monoamine oxidase A binding in the prefrontal and anterior cingulate cortices during acute

Summary

Research Question

Problem approach

Background

Objective

Justification

Hypothesis

Method (materials and procedure)

Method Gallery

Results

Results Gallery

Discussion

Conclusions

Bibliography