Los próximos capítulos de la presente tesis se contempla una revisión de dispositivos wearable como estado del arte. Lo que le sigue es una explicación de los puntos teóricos importante para el desarrollo. Finalmente, se cuenta con la solución y los resultados. Se empieza mencionando los diferentes desarrollos tecnológicos en base a los dispositivos wearable y cómo estos han tenido resultados prometedores en el uso con personas o animales. Después de eso, se menciona la motivación para continuar con el desarrollo del trabajo; y se continúa con el estado del arte de las topologías para el diseño de filtros pasabajos en tecnología CMOS. En la parte de la revisión teórica, se desarrollarán aspectos necesarios tales como el análisis en pequeña señal, la obtención función transferencia por medio del Teorema de Blackman y el método de análisis en frecuencia del profesor Ali Hajimiri, y el uso de un Level Shifter. Para finalizar, se realizarán las simulaciones en condiciones nominales y PVT para cada tipo de respuesta: AC, DC, transitoria, ruido y potencia; luego se muestra la comparativa de este trabajo con la literatura.

Los próximos capítulos del presente trabajo tratarán sobre una revisión del estado del arte de los dispositivos “wearable”, seguido de una revisión teórica de la tecnología CMOS para empezar una estrategia de diseño y finalizar con el diseño propuesto. Se inicia con temas relacionados a la problemática y desarrollo de los dispositivos “wearable” y La revisión del estado del arte de estos dispositivos y de la tecnología CMOS. En la revisión teórica se desarrollarán aspectos referidos al filtro que será diseñado para poder empezar una estrategia de diseño mediante las ecuaciones planteadas. Este proceso es salvaguardado por simulaciones realizadas con la herramienta “Analog Design Enviroment” de la empresa Cadence. Para finalizar se abordarán simulaciones en condiciones nominales, PVT y de Montecarlo para cada una de las respuestas del circuito: respuesta AC, respuesta DC, respuesta Transitoria y Ruido.

Debido a la gran problemática que existe actualmente en el Perú y el mundo con respecto a la inactividad física, se desarrolló un dispositivo portátil capaz de mostrar algunos parámetros bioenergéticos como ritmo cardiaco, zona de entrenamiento y calorías consumidas. Su objetivo es brindar un apoyo a las personas que requieren ejercitarse de una forma específica; como las personas con sobrepeso que requieren reducir la grasa corporal, los pacientes cardiacos que no deben sobrepasar cierta frecuencia cardiaca y los adultos mayores que no deben perder su capacidad motora. El dispositivo desarrollado tiene la capacidad de calcular los parámetros antes mencionados gracias a que combina las características de un podómetro y un medidor de ritmo cardiaco. Cabe mencionar que actualmente no existe algún aparato con tales prestaciones. El dispositivo consta de un sistema de adquisición, un sistema de control y un sistema de visualización. En el sistema de adquisición, un sensor de aceleración se encarga de captar la señal para el podómetro y tres electrodos se encargan de captar la señal del corazón. Ambas señales son acondicionadas antes de pasar al sistema de control donde un microprocesador las evalúa y realiza los algoritmos respectivos para calcular los parámetros bioenergéticos. Por último, el sistema de visualización es el encargado de mostrar dichos parámetros al usuario. Es necesario añadir que para calcular los parámetros con mayor precisión, se utilizan algunos datos ingresados por el usuario, tales como su edad, su peso y su longitud de zancada. Según las pruebas realizadas, se logró obtener margen de error menor al 3%, cumpliendo así con el objetivo de precisión propuesto. Se espera que en un futuro sea implementado y utilizado por las personas.

En este trabajo de tesis se presenta el análisis y la comparación de un conjunto de estructuras de linealización de transconductores. Los transconductores son circuitos utilizados en la implementación de filtros integrados analógicos que reemplazan a los resistores los cuales ocupan demasiada área dentro del circuito integrado. En el caso de la adquisición de señales ECG, se requieren de filtros que trabajen en bandas en el orden de mHz a cientos de Hz y eso implica que los valores de transconductancia se encuentren en el orden de los pS a nS. Obtener estos valores de transconductancia manteniendo un rango lineal adecuado representa un gran desafío para el diseñador de este tipo de bloques analógicos, siendo necesario emplear alguna estructura de linealización. Sin embargo, se debe realizar un análisis cuidadoso del efecto de estas estructuras en parámetros como ruido y offset. Un punto importante en esta tesis es el desarrollo de ecuaciones que modelan el comportamiento eléctrico de las estructuras de linealización. Estas permiten obtener de manera rápida y efectiva un amplio panorama de los principales compromisos entre los parámetros de desempeño: transconductancia, rango lineal, ruido, consumo de corriente y offset. Cabe mencionar que estas ecuaciones fueron obtenidas utilizando el modelo matemático ACM (Advanced Compact Mosfet Model) del transistor MOS. Este modelo es válido en todas la regiones de operación del transistor y en todos los niveles de inversión, es decir, utilizando una única ecuación se puede modelar el comportamiento del transistor en todas las condiciones. Debido a esto, las ecuaciones desarrolladas en esta tesis para las arquitecturas de linealización son válidas para todas las condiciones de polarización de los transistores, lo cual representa un aporte importante del presente trabajo. Se realizó el análisis de tres estructuras de linealización: par diferencial con resistencias de degeneración, estructura propuesta por Krummenacher y Joehl [1] y la estructura propuesta por Silva Martinez [2]. La especificación de diseño fue que el rango lineal sea el máximo posible para una transconductancia de 10nS y una desviación estándar del offset menor a 5mV. El proceso de fabricación considerado para el diseño tiene 0,35μm como mínima longitud de canal.

En el presente trabajo de tesis, se desarrolla el diseño de un amplificador operacional - bloque fundamental en sistemas integrados en chip - en base a dispositivos de una tecnología CMOS cuya longitud de canal mínima es 0,35 μm. El diseño se orienta al uso del amplificador como buffer de salida en canales de acondicionamiento de señales médicas. Con la finalidad de aprovechar al máximo la tensión de alimentación disponible se eligió una etapa de salida del tipo rail to rail. Para conducir las cargas externas de manera eficiente y minimizando efectos de distorsión de cruce por cero se adoptó un esquema clase AB para la operación de la etapa de salida. El procedimiento de diseño propuesto permite analizar conjuntamente especificaciones de consumo, ruido, ancho de banda y offset de tal forma que para un conjunto de valores de esas especificaciones, es posible determinar si es posible o no alcanzarlas, y en el caso afirmativo, calcular las dimensiones de los transistores y capacitores y las corrientes de polarización. Este procedimiento de diseño está basado en el modelo del transistor MOSFET conocido como Advanced Compact Mosfet (ACM), el cual posee ecuaciones que son válidas en todos los regímenes de inversión del transistor. De acuerdo con los resultados de simulación, el circuito alcanza las siguientes especificaciones en el caso típico de parámetros tecnológicos a 27oC: Margen de fase de 83o con una carga capacitiva de 50pF, frecuencia de ganancia unitaria 650KHz, consumo de corriente de 13 μA, ruido rms de 67 μV. La desviación estándar del offset referido a la entrada es de 3mV. El voltaje de alimentación nominal será de 3,3V, sin embargo el desempeño del circuito fue comprobado también con una tensión mínima de 2,7V.

En la actualidad la electrónica está contribuyendo con la calidad de vida de los seres humanos mediante el desarrollo de equipos empleados en el diagnóstico o tratamiento de enfermedades. Un resultado de esta tendencia es la aparición de dispositivos portátiles, alimentados con baterías, que permiten la adquisición continua de señales de ECG (Electrocardiograma). La importancia de las señales ECG radica en que permiten detectar trastornos del ritmo cardíaco, de la conducción y desequilibrios electrolíticos, así como documentar el diagnóstico y evolución de los infartos del miocardio, isquemia y pericarditis; y también vigilar y evaluar efectos farmacológicos de los medicamentos sobre el corazón y la actividad de los marcapasos, entre otros. La presente tesis tuvo como objetivo el diseño de un filtro pasa-bajo en tecnología CMOS para acondicionar señales de ECG. Este acondicionamiento consiste en la eliminación de ruido de alta frecuencia y la limitación de la banda de frecuencia para evitar el efecto aliasing en la conversión analógica-digital. El circuito cumple con los requerimientos necesarios para filtrar correctamente la señal dejando pasar el rango de frecuencias que contiene la información más relevante del ECG. El filtro tiene una frecuencia de corte es 150Hz y está constituido por transconductores de 10nS que poseen un coeficiente de linealidad (®) menor a 1% en un rango de entrada de ±300mV . En esta tesis se describen todas las etapas de diseño del filtro pasa-bajo, el cual se llevó a cabo utilizando el modelo Level 1 del transistor MOSFET para los cálculos manuales y la herramienta CADENCE para la simulación eléctrica.

Una de las tecnologías actuales que está causando gran impacto en la vida de las personas con discapacidad motora severa es el Interfaz Cerebro-Máquina(BMI, por sus siglas en inglés), sistema que permite convertir pensamiento o intención de movimiento de una persona en medios de comunicación y comandos de control de dispositivos, logrando independencia para el usuario. Sin embargo, los equipos actuales dependen de una PC que realice el procesamiento de las señales cerebrales, lo que dificulta que el sistema sea portable y de bajo costo. La presente tesis estudia y propone el uso de un sistema embebido (microcomputadora) como alternativa al uso de la PC en el BMI. Las microcomputadoras a diferencia de las PC comunes, son diseñadas para ciertos propósitos específícos, esto presenta una reducción de costo y mayor portabilidad del equipo. Con ello se pretende contribuir al desarrollo de esta nueva tecnología en el Perú haciéndolo accesible para personas de escasos recursos, lo que impactaría en la mejora de calidad de vida de las personas con discapacidad motora severa. Los resultados muestran que el sistema embebido Odroid-xu4(que cuesta 20 veces menos y es 45 veces mas liviano) puede realizar el entrenamiento de los algoritmos y el procesamiento en tiempo real de señales EEG con la misma tasa de acierto que la laptop, tardando aproximadamente 9 veces más; sin embargo estos tiempos son mínimos para aplicaciones del interfaz cerebro-máquina por lo que se demuestra que el Odroid-xu4 puede ser usado como equipo de procesamiento para una BMI portable, confiable y de bajo costo. / Tesis

Las complicaciones que llevan a las personas a tener alguna amputación de miembro superior son cada vez más frecuentes, por ello para mantener la calidad de vida de estas personas se han venido desarrollando prótesis de todo tipo a lo largo de los años. Sin embargo, la mayoría de las prótesis funcionales no son accesibles por su elevado precio. Lo que provocó que el desarrollo de estos sistemas se mecanice mediante la impresión 3D, reduciendo considerablemente los costos de manufactura. Esta técnica puede ser más barata pero no termina de ser eficiente en cuanto a su interacción. Siendo el objetivo de estas prótesis que el usuario se fidelice con el sistema para que no lo abandone. Un sistema de control activado por señales EMG que coloque al usuario dentro del lazo de control con un sistema háptico, que retroalimente la fuerza de presión de la prótesis directamente al usuario mejora este tipo de interacción de los usuarios con el medio. El sistema de control más robusto para este tipo de aplicaciones que tiene la practicidad y rapidez que se necesita, es el control directo de posición-fuerza. En el presente trabajo de tesis se muestra el desarrollo de un sistema de control para una prótesis transhumeral con actuación híbrida (actuación mecánica de codo y mioeléctrica de mano). Este sistema será activado mediante el reconocimiento de la intención de movimiento del usuario, que se activa mediante la lectura de señales EMG del bíceps, y para tener un sistema de lazo cerrado con el usuario se implementa también un sistema háptico de retroalimentación que consta de un disco vibrador que traduce la cantidad de fuerza que ejerce el brazo con una frecuencia directamente proporcional de vibración. El desarrollo de este sistema de control permite interactuar al usuario con objetos y realizar la apertura y cierre de la mano de manera automática y manual. El control tiene un tiempo de establecimiento de aproximadamente 3.623 segundos y el sistema de control puede llegar a costar 3233 soles. Por ende, se puede mejorar las prótesis mecanizadas en impresión 3D mediante este sistema de control que es accesible, económico, y eficiente en cuanto al control de posición-fuerza para las personas que hayan sufrido alguna amputación de miembro superior.

El trabajo presentado, pretende dar continuidad a la línea de trabajo iniciada con una tesis previa titulada ''Estudio de métodos para procesamiento y agrupación de señales electrocardiográficas''. La problemática a abordar es la misma que en la tesis mencionada: reducción del número de latidos a examinar el un registro electrocardiográfico (ECG) de larga duración (conocido como Holter), mediante técnicas de agrupamiento no supervisado. Sin embargo, en este caso y como técnica de extracción de características se utiliza la aproximación poligonal (Polygonal Approximation, PA) y además, en la etapa de reducción de características, se usará un método estocástico basado en los modelos ocultos de Markov (Hidden Markov Models, HMM) y uno estadístico basado en el análisis de componentes principales (Principal Component Analysis, PCA). En esta tesis se describen las aportaciones realizadas en estas tres áreas: PA, HMM y PCA, aplicadas a esta problemática concreta. La validez de los! métodos viene refrendada por un conjunto amplio de experimentos utilizando como fuentes de datos las señales ECG disponibles en la base de datos del Massachusetts Institute of Technology (MIT). Como conclusión se enumeran las mejoras obtenidas de la aplicación de estos métodos sobre el proceso de clustering de latidos sobre señales ECG de tipo Holter. / Micó Tormos, P. (2005). Nuevos desarrollos y aplicaciones basados en métodos estocásticos para el agrupamiento no supervisado de latidos en señales electrocardiográficas [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/1856

The minimum variance (MV) beamformer is an adaptive beamforming method that has the potential to enhance the resolution and contrast of ultrasound images. Although the sensitivity of the MV beamformer to steering vector errors and array calibration errors is well-documented in other fields, in ultrasound it has been tested only under gross sound speed errors. Several robust MV beamformers have been proposed, but have mainly reported robustness only in the presence of sound speed mismatches. Additionally the impact of PAC methods in mitigating the effects of phase aberration in MV beamformed images has not been observed Accordingly, this thesis report consists on two parts. On the first part, a more complete analysis of the effects of different types of aberrators on conventional MV beamforming and on a robust MV beamformer from the literature (Eigenspace-based Minimum Variance (ESMV) beamformer) is carried out, and the effects of three PAC algorithms and their impact on the performance of the MV beamformer are analyzed (MV-PC). The comparison is carried out on Field II simulations and phantom experiments with electronic aberration and tissue aberrators. We conclude that the sensitivity to speed of sound errors and aberration limit the use of the MV beamformer in clinical applications, and that the effect of aberration is stronger than previously reported in the literature. Additionally it is shown that under moderate and strong aberrating conditions, MV-PC is a preferable option to ESMV. On the second part, we propose a new, locally-adaptive, phase aberration correction method (LAPAC) able to improve both DAS and MV beamformers that integrates aberration correction for each point in the image domain into the formulation of the MV beamformer. The new method is tested using fullwave simulations of models of human abdominal wall, experiments with tissue aberrators, and in vivo carotid images. The LAPAC method is compared with conventional phase aberration correction with delay-and-sum beamforming (DAS-PC) and MV-PC. The proposed method showed between 1-4 dB higher contrast than DAS-PC and MV-PC in all cases, and LAPAC-MV showed better performance than LAPAC-DAS. We conclude that LAPAC may be a viable option to enhance ultrasound image quality of both DAS and MV in the presence of clinically-relevant aberrating conditions. / Tesis