Sistema de monitoreo y alivio del stress y la ansiedad by Luiggi Everth Sly Tello Alegria

Sistema Mecatrónico Antiestrés

El presente artículo completo lo puedes encontrar en el siguiente link: Sistema de monitoreo y alivio del stress y la ansiedad

Algunos de los materiales que utilizarán los puedes encontrar en nuestra tiena online Ferrustronix:

• Bluetooth HC-06

RESUMEN

El presente proyecto consiste en el diseño de un Sistema de Monitoreo y Alivio del Stress y la Ansiedad. Este sistema se encarga de recepcionar las señales del cuerpo que distintos estudios han correlacionado con el stress y que son usadas para diagnosticar el estado anímico de la persona. Usando estas señales se activan elementos masajeadores en la parte posterior del cuello del usuario aplicando una presión similar a la producida por un masajista humano. La intensidad con que se aplican los masajes será variada acorde a la reacción del usuario ante el estímulo, generándose así un masaje inteligente adaptado al paciente.

Este sistema está dividido en 2 subsistemas con funciones específicas que en conjunto realizan el proceso ya descrito, pero además pueden ser usados por separado como unidades independientes. El primer subsistema es una sistema de adquisición de datos, portátil (60x50x30mm) y cuenta con batería autónoma de hasta de 15 horas de funcionamiento. El segundo subsistema se encarga de realizar los masajes, este requiere de conexión externa a 12VDC y está recubierto por espuma de poliuretano, esta espuma es densa por lo que provee de rigidez al elemento sin restarle comodidad.

Requerimientos del sistema mecatrónico

Requerimientos Físicos

• Portable.- Es el requerimiento físico básico. El propósito de este sistema es ser usado para evaluar las señales de ansiedad y stress en la vida cotidiana o para investigación médica con la menor perturbación posible en el usuario, por tanto tiene que ser tanto ligero como de reducidas dimensiones.
• Seguro.- Como este es un aparato electrónico en contacto con una persona, debe garantizarse que la persona no vaya a ser lesionada por descargas eléctricas, quemaduras por electricidad o falla de la batería. Así también que los materiales en contacto con la piel sean hipoalergénicos y no causen molestias.
• Práctico.- El sistema debe poder ubicarse en aéreas donde no interfiera con las actividades normales, por ejemplo en la muñeca, el brazo o el tobillo. Debe ser fácil de colocar y retirar.
• Requerimientos Eléctricos – Electrónicos
• Confiabilidad.- Las señales captadas por el aparato tienen que ser confiables y un verdadero reflejo de la carga cognitiva en el usuario, para así poder ser de real ayuda en la detección de los causantes del stress y en la mejoría del paciente. Como en general distintas situaciones emocionales generan las mismas señales el análisis de los datos se debe llevar a cabo con cuidado y criterio.
• Efectivo.- El usuario debe poder comprender claramente el significado de las señales visuales y maniobrar fácilmente las características del Módulo.
• Autónomo.- Debido a su modo de uso, este equipo no debe limitar al usuario a una sola locación, sino permitir su libre desplazamiento. Por ello contara con una batería recargable que soporte al menos 6 horas de uso continuo.
• La autonomía también implica que pueda almacenar los datos relacionados con el stress durante largos periodos para poder luego ser visualizados por un especialista o el usuario en un computador o un Smartphone. Deben poder almacenarse al menos 6 horas de información.

Requerimientos de Control

Se debe adquirir las señales del cuerpo como tensión muscular o ritmo cardiaco con una frecuencia de muestreo adecuada. Se obtendrán al menos 2 señales distintas, por tanto son necesarios al menos 2 puertos ADC.

• Se debe desarrollar un algoritmo que relacione las señales biológicas adquiridas con el método que actúa sobre el usuario.

Concepto de la solución

La propuesta planteada se basa en el concepto de Biofeedback, el proceso por el cual el paciente recibe información expresa de su estado anímica y es un método que abre enormes posibilidades de comunicación no solo en terapia sino también de interacción con el entorno. Incluso es posible usar esta información para restringir o regular el comportamiento del usuario como en sus vehículos o sus hogares.

Los datos que se pueden obtener del comportamiento humano son variados: Posición, desplazamientos, acciones frecuentes, posiciones frecuentes, etc.

Además es posible obtener datos biológicos asociados al estado anímico y que también se relacionan al comportamiento como la tensión muscular, las ondas cerebrales, el ritmo cardiaco y la conductividad de la piel.

Normalmente las acciones de control sobre el stress y la ansiedad las lleva a cabo el usuario con técnicas de respiración u otros similares visualizando su estado actual en un dispositivo de adquisición.

Por otra parte es posible influenciar al menos de manera indirecta sobre el estado del usuario para ayudarlo con la relajación. Por ejemplo, uno de los síntomas relacionados con la aparición del stress es la excesiva tensión de los músculos y la reducción de la irrigación sanguínea en varias zonas del cuerpo, normalmente brazos y cuello.

Para la disminución de esta tensión muscular es efectiva la terapia de masajes que reduce los niveles de Cortisol, induce a la relajación y está ligado psicológicamente con el manejo del stress; es decir si cuando nos estresamos los músculos se tensan, cuando los músculos se relajen la mente “cree” que ya no hay necesidad de generar señales de stress y los anula. En este sentido existen dispositivos diseñados para ejercer estímulos de relajación de diversos tipos como variedad de masajeadores, simuladores de acupuntura o de estimulación eléctrica. Sin embargo cualquiera de estos solo realiza una acción predeterminada sobre el cuerpo y no recibe ninguna retroalimentación sobre su real efectividad.

La propuesta es un sistema mecatrónico que se encargue de obtener información en tiempo real del estado del usuario desde un elemento en forma de pulsera y la envíe a un elemento masajeador colocado en el cuello del usuario para que este modifique su acción en base a la respuesta del paciente.

La ventaja de separar las funciones del sistema en 2 módulos de trabajo es que ambos pueden ser usados de forma independiente para finalidades específicas. Por ejemplo se puede usar solo el Módulo de Adquisición para evaluar a un paciente durante un periodo de tiempo frente a estímulos de stress.

Sistema mecatrónico

Módulo 1: Adquisición de señales.- Su principal función es adquirir las bioseñales del cuerpo y utilizar los datos para hacer un diagnostico cualitativo para uso directo del usuario. El módulo obtendrá 2 señales que se encuentran altamente correlacionadas con los niveles de stress y carga cognitiva, estos son:

Conductividad de la piel y Variabilidad del ritmo cardiaco; que serán medidos por una resistencia y un fotoemisor-receptor respectivamente. Por último este dispositivo tiene la propiedad de poder ser usado de forma independiente y autónoma durante el día sin interferir con las labores cotidianas del usuario.

Adquisición de señales.- Las señales son tomadas por dos sensores ubicados en la muñeca que miden la conductividad de la piel y el ritmo cardiaco. Los sensores son de reducidas dimensiones, no invasivos y de bajo consumo eléctrico.

Sistema de Procesamiento de señales.- Las señales pasan a través de un filtro pasa bajos para atenuar el ruido y posibles errores de medición y llegan al micro controlador. El micro controlador, un PIC16F1459, se encarga de recepcionar las señales, almacenarlas en la memoria y calcular un indicador cualitativo (algoritmo de regresión logística, debe obtenerse experimentalmente) que se mostrará en el Sistema Indicador.

Sistema Indicador.- Consiste en una escala de rojo a verde compuesta por 2 leds e indica el nivel de ansiedad que presenta la persona. La intensidad de los leds es controlada vía PWM.

Sistema Almacenamiento.- Consiste en una memoria para 12 horas de almacenamiento, para ello se eligio MRAM de 1MB de la empresa Everspin. En esta se almacenaran los datos obtenidos, el indicador de estado, la fecha y la hora.

Sistema de Comunicación Bluetooth.- La comunicación entre módulos es vía Bluetooth, para ello se dispone de un dispositivo HC-06 encargado de realizar la conversión de serial (RS232) a Bluetooth. El Módulo 1 es capaz de transmitir y recibir y es capaz de conectarse no solo al Módulo 2, sino también con otros dispositivos como computadores y smartphones.

Módulo Bluetooth HC06

Alimentación.- La alimentación estará dada por una batería Li-ion de 3.7VDC Panasonic 1700mAh. El cálculo del requerimiento de corriente se detalla en el Anexo Cálculos.

BIBLIOGRAFÍA

Alegría, T., & Luiggi, E. S. (2014). Sistema de monitoreo y alivio del stress.