Diseño e implementación de un sistema de monitoreo de presión en el cojín de una silla de ruedas con alertas integradas para la prevención de lesiones
El proyecto se basó en el proceso de diseñar y desarrollar un sistema electrónico de monitoreo de presión para el cojín de una silla de ruedas, con el fin de evitar úlceras por presión en personas con movilidad limitada o que usan una silla de ruedas por tiempo prolongado. Para llevar esto a cabo, s...
- Autores:
-
Bermúdez Vélez, Juan Sebastian
Cárdenas Pérez, Carlos Andrés
- Tipo de recurso:
- https://purl.org/coar/resource_type/c_7a1f
- Fecha de publicación:
- 2025
- Institución:
- Universidad El Bosque
- Repositorio:
- Repositorio U. El Bosque
- Idioma:
- spa
- OAI Identifier:
- oai:repositorio.unbosque.edu.co:20.500.12495/18130
- Acceso en línea:
- https://hdl.handle.net/20.500.12495/18130
- Palabra clave:
- Monitoreo de presión
Úlceras por presión
Tecnología asistiva
ESP-NOW
Interfaz gráfica
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Pressure monitoring
Pressure ulcers
Assistive technology
ESP-NOW
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- Rights
- License
- Attribution-NonCommercial-ShareAlike 4.0 International
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El proyecto se basó en el proceso de diseñar y desarrollar un sistema electrónico de monitoreo de presión para el cojín de una silla de ruedas, con el fin de evitar úlceras por presión en personas con movilidad limitada o que usan una silla de ruedas por tiempo prolongado. Para llevar esto a cabo, se diseñó una solución de hardware estructural, usando una implementación de una matriz física de diez galgas extensiométricas de carácter resistivo colocadas estratégicamente dentro de dos espumas de cojín y una placa de acero para el mapeo de presión. Se integró una arquitectura de comunicación de bajo consumo mediante el uso de dos microcontroladores ESP32 de 38 pines, los cuales se comunican entre sí mediante el protocolo ESP-NOW, lo cual nos va a permitir lograr así una transmisión eficiente y confiable de datos en el menor tiempo posible. El resultado final del diseño físico fue una tarjeta electrónica con cargador de baterías integrado para la autonomía del sistema y su facilidad de portabilidad al momento de usarse por un usuario. Para la interacción, se desarrolló una interfaz en Python que permitió la integración de todas las funciones del proyecto en una sola ventana de trabajo, esto, a la vez, posibilitando la gestión completa de pacientes, consulta de historiales y visualización en tiempo real del mapa de presión con codificación por color del mapa de presión. El resultado fue un dispositivo tecnológico con un 5% de error en las mediciones de presión en las pruebas de validación, lo que lo valida como un dispositivo funcional y adaptable para el monitoreo preventivo. |
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[1] Mayo Clinic Staff, "Úlceras de decúbito (úlceras por presión) - Síntomas y causas", Mayo Clinic, 2023. [En línea]. [2] Organización Mundial de la Salud (OMS), "Discapacidades y salud", OMS, 2021. [En línea]. [3] Ministerio de Salud y Protección Social de Colombia, "Lineamientos técnicos para la prevención de úlceras por presión", Bogotá, 2019. [4] Sprigle, S. y Chung, D., "High-density foam vs. viscoelastic cushions in pressure redistribution," Journal of Rehabilitation Research and Development, vol. 45, no. 7, pp. 1091–1103, 2008. [5] Tekscan Inc., "Seat and Cushion Pressure Mapping," 2023. [En línea]. [6] XSENSOR Technology Corporation, "Seating Pressure Mapping Solutions," 2023. [En línea]. [7] Sciortino, A., et al., “Smart wearable devices in prevention of pressure ulcers: A pilot study,” Sensors, vol. 21, no. 2, 2021. [8] Yamada, S., et al., "Development of an automatic posture adjustment wheelchair to prevent pressure ulcers," IEEE Trans. Neural Syst. Rehabil. Eng., vol. 26, no. 6, pp. 1151–1159, 2018. [9] Permobil, “ROHO Dynamic Seating,” 2023. [En línea]. [10] Smith, J. F., et al., “Effectiveness of posture reminders for spinal cord injury users,” Disability and Rehabilitation: Assistive Technology, vol. 15, no. 2, pp. 134–142, 2020. [11] Li, X., et al., “Deep learning-based prediction of pressure injuries using multimodal sensor data,” IEEE Journal of Biomedical and Health Informatics, vol. 24, no. 10, pp. 2861–2872, 2020. [12] Organización Mundial de la Salud (OMS), "Community-based rehabilitation: CBR guidelines," Ginebra: WHO Press, 2010. [13] Ochoa, J., "Sensores resistivos aplicados en ingeniería biomédica," Revista Colombiana de Bioingeniería, vol. 18, no. 2, pp. 55–64, 2020. [14] Hernández, L., "Aplicación de microcontroladores en dispositivos médicos portátiles," Ingeniería y Ciencia, vol. 16, no. 32, pp. 45–62, 2020. [15] Texas Instruments, "INA125 Precision Instrumentation Amplifier," TI Datasheet, 2022. [16] Espressif Systems, "ESP32 Technical Reference Manual," 2023. [17] Bluetooth SIG, "Bluetooth Core Specification 5.3," 2021. [18] Organización Internacional de Normalización (ISO), "ISO 14971: Medical devices — Application of risk management," ISO, 2019. [19] INVIMA, "Guía para la clasificación de dispositivos médicos en Colombia," Bogotá, 2021. [20] IEC, "IEC 60601-1: Medical electrical equipment – General requirements for basic safety and essential performance," 2018. [21] Rodríguez-Palma, M. et al. (GNEAUPP), "Úlceras por presión: Etiopatogenia", ulceras.net, 2016. [22] Dewesoft, "Cómo Medir la Tensión y la Presión con Sensores de Galgas Extensiométricas", dewesoft.com, 2025. [23] OpenELAB Technology Corporation, "ESP-NOW: Ocho Puntos Que Debes Conocer", openelab.io, 2024. [24] Mervis, J. S. y Phillips, T. J., "Pressure ulcers: Pathophysiology, epidemiology, risk factors, and presentation", Journal of the American Academy of Dermatology, vol. 81, no. 4, pp. 881–890, 2019. [25] National Instruments, "Strain Gage Measurements," NI Application Note, N/A. [26] Espressif Systems, "ESP-NOW Protocol: Low-Power, Low-Latency Wireless Communication," ESP-NOW Documentation, N/A. [27] Callister, W. D., & Rethwisch, D. G., "Materials Science and Engineering: An Introduction," 9th ed., Wiley, 2014. [28] Horowitz, P., & Hill, W., "The Art of Electronics," 3rd ed., Cambridge University Press, 2015. [29] Smith, W. A., et al., “A Low-Cost Digital Filter Implementation for Real-Time Biomedical Data Smoothing,” IEEE Transactions on Instrumentation and Measurement, vol. 68, no. 5, pp. 1500-1509, 2019. [30] European Pressure Ulcer Advisory Panel (EPUAP), "Prevention and Treatment of Pressure Ulcers: Clinical Practice Guideline," EPUAP/NPIAP/PPPIA, 2019. [31] Tekscan Inc., "Theory of Operation: Force and Pressure Sensing," Application Note, 2023. [En línea]. [32] Organización Internacional de Normalización (ISO), "ISO 13485: Medical devices — Quality management systems — Requirements for regulatory purposes," ISO, 2016. |
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Se integró una arquitectura de comunicación de bajo consumo mediante el uso de dos microcontroladores ESP32 de 38 pines, los cuales se comunican entre sí mediante el protocolo ESP-NOW, lo cual nos va a permitir lograr así una transmisión eficiente y confiable de datos en el menor tiempo posible. El resultado final del diseño físico fue una tarjeta electrónica con cargador de baterías integrado para la autonomía del sistema y su facilidad de portabilidad al momento de usarse por un usuario. Para la interacción, se desarrolló una interfaz en Python que permitió la integración de todas las funciones del proyecto en una sola ventana de trabajo, esto, a la vez, posibilitando la gestión completa de pacientes, consulta de historiales y visualización en tiempo real del mapa de presión con codificación por color del mapa de presión. El resultado fue un dispositivo tecnológico con un 5% de error en las mediciones de presión en las pruebas de validación, lo que lo valida como un dispositivo funcional y adaptable para el monitoreo preventivo.Ingeniero ElectrónicoPregradoThe project was based on the process of designing and developing an electronic pressure monitoring system for a wheelchair cushion, with the aim of preventing pressure ulcers in people with limited mobility or who use a wheelchair for extended periods. To accomplish this, a structural hardware solution was designed, using a physical array of ten resistive strain gages strategically placed within two foam cushions and a steel plate for pressure mapping. A low-power communication architecture was integrated using two 38-pin ESP32 microcontrollers, which communicate with each other via the ESP-NOW protocol, enabling efficient and reliable data transmission in the shortest possible time. The final result of the physical design was an electronic board with an integrated battery charger for system autonomy and ease of portability when used by a user. For interaction, a Python interface was developed that integrated all of the project’s functions into a single working window, enabling complete patient management, history retrieval, and real-time visualization of the pressure map with color-coded pressure mapping. The result was a technological device with a 5% error in pressure measurements during validation tests, which confirms it as a functional and adaptable device for preventive monitoring.application/pdfAttribution-NonCommercial-ShareAlike 4.0 Internationalhttp://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/4.0/Acceso abiertohttps://purl.org/coar/access_right/c_abf2http://purl.org/coar/access_right/c_abf2Monitoreo de presiónÚlceras por presiónTecnología asistivaESP-NOWInterfaz gráfica621.381Pressure monitoringPressure ulcersAssistive technologyESP-NOWGraphical interfaceDiseño e implementación de un sistema de monitoreo de presión en el cojín de una silla de ruedas con alertas integradas para la prevención de lesionesDesign and implementation of a system for monitoring the pressure in the cushion of a wheelchair with integrated alerts for injury preventionIngeniería ElectrónicaUniversidad El BosqueFacultad de IngenieríaTesis/Trabajo de grado - Monografía - Pregradohttps://purl.org/coar/resource_type/c_7a1fhttp://purl.org/coar/resource_type/c_7a1finfo:eu-repo/semantics/bachelorThesishttps://purl.org/coar/version/c_ab4af688f83e57aa[1] Mayo Clinic Staff, "Úlceras de decúbito (úlceras por presión) - Síntomas y causas", Mayo Clinic, 2023. [En línea].[2] Organización Mundial de la Salud (OMS), "Discapacidades y salud", OMS, 2021. [En línea].[3] Ministerio de Salud y Protección Social de Colombia, "Lineamientos técnicos para la prevención de úlceras por presión", Bogotá, 2019.[4] Sprigle, S. y Chung, D., "High-density foam vs. viscoelastic cushions in pressure redistribution," Journal of Rehabilitation Research and Development, vol. 45, no. 7, pp. 1091–1103, 2008.[5] Tekscan Inc., "Seat and Cushion Pressure Mapping," 2023. [En línea].[6] XSENSOR Technology Corporation, "Seating Pressure Mapping Solutions," 2023. [En línea].[7] Sciortino, A., et al., “Smart wearable devices in prevention of pressure ulcers: A pilot study,” Sensors, vol. 21, no. 2, 2021.[8] Yamada, S., et al., "Development of an automatic posture adjustment wheelchair to prevent pressure ulcers," IEEE Trans. Neural Syst. Rehabil. Eng., vol. 26, no. 6, pp. 1151–1159, 2018.[9] Permobil, “ROHO Dynamic Seating,” 2023. [En línea].[10] Smith, J. F., et al., “Effectiveness of posture reminders for spinal cord injury users,” Disability and Rehabilitation: Assistive Technology, vol. 15, no. 2, pp. 134–142, 2020.[11] Li, X., et al., “Deep learning-based prediction of pressure injuries using multimodal sensor data,” IEEE Journal of Biomedical and Health Informatics, vol. 24, no. 10, pp. 2861–2872, 2020.[12] Organización Mundial de la Salud (OMS), "Community-based rehabilitation: CBR guidelines," Ginebra: WHO Press, 2010.[13] Ochoa, J., "Sensores resistivos aplicados en ingeniería biomédica," Revista Colombiana de Bioingeniería, vol. 18, no. 2, pp. 55–64, 2020.[14] Hernández, L., "Aplicación de microcontroladores en dispositivos médicos portátiles," Ingeniería y Ciencia, vol. 16, no. 32, pp. 45–62, 2020.[15] Texas Instruments, "INA125 Precision Instrumentation Amplifier," TI Datasheet, 2022.[16] Espressif Systems, "ESP32 Technical Reference Manual," 2023.[17] Bluetooth SIG, "Bluetooth Core Specification 5.3," 2021.[18] Organización Internacional de Normalización (ISO), "ISO 14971: Medical devices — Application of risk management," ISO, 2019.[19] INVIMA, "Guía para la clasificación de dispositivos médicos en Colombia," Bogotá, 2021.[20] IEC, "IEC 60601-1: Medical electrical equipment – General requirements for basic safety and essential performance," 2018.[21] Rodríguez-Palma, M. et al. 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