Electrooculograma: Comunicación mediante la detección del movimiento sacádico ocular

UNAS – Sistemas de Instrumentación y Biomédica 2020 - B

Electrooculograma: Comunicación mediante la detección del movimiento sacádico ocular

Chavez Peralta,

Junior Rolando

jchavezper@unsa.edu.pe

Mendoza Lima,

Roberto Bill

rmendozali@unsa.edu.pe

Merma Olarte,

Rony Brayan

rmermao@unsa.edu.pe

Universidad Nacional de San Agustín

Facultad de Producción y Servicios

Escuela Profesional de Ingeniería Electrónica

Sistemas de Instrumentación y biomédica – Periodo 2020 B

Asesor: Ing. Erasmo Espinoza Sulla

esullae@unsa.edu.pe

Resumen

Este trabajo, pretende desarrollar un módulo de asistencia de un sistema que es capaz de entender el movimiento sacádico ocular de las personas con discapacidades motrices y mediante un proceso, lograr transformarlo de tal manera que se convierta en un medio de comunicación de manera asertiva y precisa realizada con el menor esfuerzo posible. Se desarrollan tanto las plataformas de hardware y software que van a permitir observar una muestra gráfica, basada en respuestas precisas a través de los impulsos que se perciban de los seis músculos extraoculares que rodean al globo ocular. Esto facilitará a los usuarios con discapacidades motrices severas a causa de diferentes patologías como distrofia muscular, parálisis cerebral, lesiones en la espina dorsal, o esclerosis múltiple, brindar respuestas precisas frente a cualquier situación al usar la retina de sus ojos como medio de comunicación.

Abstract

This work aims to develop an assistance module of a system that is capable of understanding the ocular saccharic movement of people with motor disabilities and through a process, to transform it in such a way that it becomes a means of communication in an assertive and precise way made with the least possible effort. Both the hardware and software platforms are developed that will allow us to observe a graphic sample, based on precise responses through the impulses that are perceived from the six extraocular muscles that surround the eyeball. This will facilitate users with severe motor disabilities due to different pathologies such as muscular dystrophy, cerebral palsy, spinal cord injuries, or multiple sclerosis, providing accurate responses to any situation when using the retina of their eyes as a means of communication.

Palabras Clave

Aplicación del Electrooculograma, Músculos extraoculares, Electrooculograma, Movimiento sacádico ocular.

1. Introducción

La información alzada hace mención del uso de las señales electrooculograficas para implementar una aplicación de sistemas de control de movimiento para una plataforma móvil [1] así como también alcanzar la escritura mediante estas señales [2], también se refiere al desarrollo de  diseño y posterior construcción de un sistema de adquisición de datos para este tipo de señales [3], agregando una información adicional sobre las señales electromiograficas para desarrollar un detector de movimientos faciales [4].

Con base a las características de estos textos podemos agruparlos en 3 grupos:

• Sistema de adquisición de datos.
• Aplicación de señales electrooculograficas.
• Aplicación de señales electromiograficas.

Realizando un análisis minucioso, se observa la descripción del proceso de desarrollo e implementación de un módulo preliminar de asistencia en la interacción y comunicación con el entorno cercano para personas que se encuentran sumergidas en un alto nivel de discapacidad física, inmovilidad e incomunicación, que sin embargo tienen la lucidez mental y el control suficiente del sistema motor ocular para maniobrar el dispositivo y así poder desenvolverse y comunicarse eficientemente dentro de su entorno cotidiano [1].

De manera más detallada, se analiza el diseño y construcción de un sistema capaz de captar la diferencia de potencial que se genera alrededor del ojo cuando este se mueve. Para eso se diseñó y construyó un sistema basado en el software Arduino, el cual es capaz de procesar los datos del electrooculograma para que puedan ser analizados y procesados, posteriormente se hizo uso de una tarjeta de adquisición de datos y finalmente se implementó un circuito de acondicionamiento para los oculogramas, el cual consiste de varias etapas: amplificación, filtrado, entre otros [2].

De manera exacta, también se describe el desarrollo de un sistema tal que por medio de señales oculográficas brinda una alternativa más económica a los dispositivos de acceso a computadoras. Haciendo uso del hardware y software, se realiza la escritura de textos en un teclado virtual simplemente mirando los comandos a utilizar o letras a escribir, siendo éste capaz de mostrar el resultado en el monitor de una computadora. Esta tecnología facilitará a usuarios con discapacidades motrices severas usar la computadora como medio de comunicación, por lo que el proyecto se acotó a un sistema que permite escribir frases cortas y pronunciarlas [3].

Se estudia además a un detector de movimientos faciales mediante el registro y procesamiento de señales mioelectricas generadas durante la contracción muscular, gracias a esto, se permite a personas discapacitadas utilizar un programa editor de texto mediante una computadora. Para lograr este hecho, se implementa un circuito de acondicionamiento que posee varias etapas, así como también se empleó un programa de edición de textos “PREDWIN” [4].

Con base a la información analizada, es posible establecer regímenes para el estudio de todo aquello que engloba al desarrollo, implementación, y aplicaciones del electrooculograma.

1. Marco Teórico

1. Anatomía y Fisiología Ojo Humano

l ojo humano tiene es una estructura esférica de aproximadamente 2,5 cm de diámetro con un marcado abombamiento sobre su superficie anterior, está formado por un grupo óptico, conformado por la córnea, el iris, la pupila el cristalino, el fotorreceptor, la retina y otros elementos encargados de diversas tareas como protección, transmisión de información nerviosa, alimentación, mantenimiento de la forma, etc.

Las partes que destacan en la anatomía del ojo humano, son:

• Cornea: Es una membrana resistente, compuesta por cinco capas, a través de la cual la luz penetra en el interior del ojo. Por detrás, hay una cámara llena de un fluido claro y húmedo (el humor acuoso) que separa la córnea de la lente del cristalino.
• Retina: Es una capa compleja compuesta sobre todo por células nerviosas. Las células receptoras sensibles a la luz se encuentran en su superficie exterior detrás de una capa de tejido pigmentado. Estas células tienen la forma de conos y bastones y están ordenadas como los fósforos de una caja.

[pic 1]

Así mismo, es importante resaltar que cada ojo ve aproximadamente 150º sobre el plano horizontal y con la superposición de ambos se abarcan los 180º. Sobre el plano vertical sólo son unos 130º, 60º por encima de la horizontal y 70º por debajo. El campo visual de cada ojo es de tipo monocular, sin sensación de profundidad, siendo la visión en la zona de superposición de ambos campos del tipo binocular.

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