Desarrollo e implementación de una PCB para la captación y caracterización de señales auditivas

Abstract

[ES] La medición de la función del sistema auditivo es una de las maneras más comunes para el diagnóstico de pacientes con problemas de oído. La detección temprana de estos problemas es clave para un tratamiento prematuro. Actualmente, las pruebas principales utilizadas para la medición de la capacidad y detección de problemas auditivos son la timpanometría y la audiometría. La timpanometría mide la condición del oído medio a partir de la movilidad del tímpano, emitiendo tonos puros durante variaciones del gradiente de presión en el canal auditivo con respecto al exterior. Por otro lado, la audiometría permite determinar la capacidad de un paciente para escuchar sonidos a distintas frecuencias del espectro humano y la fase del proceso de audición que está alterada. No obstante, estos métodos implican la presencia de un profesional clínico para que los lleve a cabo. En el presente TFM, se propone el diseño de un sistema para la medición de la salud auditiva de pacientes sin la intervención activa de un especialista clínico durante el proceso de adquisición. Para ello, se desarrolla un dispositivo tipo wearable de electrónica de consumo. El sistema está constituido por un microcontrolador y diferentes módulos como memoria, sensores, actuadores y módulos para la comunicación, que van empotrados en una misma PCB. El sistema se diseña entorno a un objetivo principal, la adquisición de señales para la caracterización del funcionamiento del sistema auditivo. Para ello el diseño deberá ser orientado a un bajo consumo y una capacidad de procesamiento en tiempo real. El bajo consumo permite que el dispositivo wearable tenga una gran autonomía. Por otro lado, se requiere de una frecuencia de muestreo elevada para conseguir una capacidad de procesamiento en tiempo real. Esto permite ampliar la resolución de las muestras y por consiguiente una mejor caracterización de la señal auditiva captada. Además, para la implementación del dispositivo se utiliza la herramienta de software PCB Eagle, la cual da la posibilidad de diseñar diagramas y placas de circuito impreso.

[EN] The measurement of the function of the auditory system is one of the most common ways to diagnose patients with hearing problems. Early detection of these problems is key to early treatment. Currently, the main tests used for the measurement of hearing ability and detection are tympanometry and audiometry. Tympanometry measures the condition of the middle ear from the mobility of the eardrum, emitting pure tones during variations of the pressure gradient in the ear canal with respect to the outside. On the other hand, audiometry allows to determine the ability of a patient to hear sounds at different frequencies of the human spectrum and the phase of the hearing process that is altered. However, these methods require the presence of a clinician to perform them. In this TFM, the design of a system for measuring the hearing health of patients is proposed without the active intervention of a clinical specialist during the acquisition process. To do this, a wearable type consumer electronics device is developed. The system consists of a microcontroller and different modules such as memory, sensors, actuators and modules for communication, which are embedded in the same PCB. The system is designed around a main objective, the acquisition of signals to characterize the functioning of the auditory system. For this, the design must be oriented to low consumption and real-time processing capacity. The low consumption allows the wearable device to have a great autonomy. On the other hand, a high sample rate is required to achieve real-time processing capacity. This allows to broaden the resolution of the samples and consequently a better characterization of the audio signal captured. In addition, for the implementation of the device, the software tool PCB Eagle is used, which gives the possibility of designing diagrams and printed circuit boards.