UNIVERSIDAD CATÓLICA DE SANTA MARIA FACULTAD DE CIENCIAS E INGENIERÍAS FÍSICAS Y FORMALES ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA
CURSO:
INTELIGENCIA ARTIFICIAL II
ELECTROESTIMULADOR
ALUMNO: HUAYLLAZO CANCAPA JAIME ABRAHAN TICONA SAAVEDRA JUAN CARLOS
DOCENTE: ING.RAUL RICARDO SULA TORRES
AREQUIPA-PERU
2017
Introduccion En electroterapia, al aplicar un estímulo sobre un nervio motor es posible generar un potencial de acción que se transmita a lo largo del nervio y, en último lugar, excite el músculo que enerva dicho nervio. En este trabajo de investigación se diseñó y construyó un estimulador electrónico que envía pulsos eléctricos a músculos inervados, mediante un par de electrodos superficiales que se colocan sobre los puntos motores de los distintos gr upos musculares. Los valores de frecuencia, intensidad de corriente y voltajes suministrados por el electroestismulador se encuentran dentro de los rangos especificados por la norma NTC 4121, la cual establece las magnitudes máximas permitidas para no causar traumas en el paciente.
estimulación neuromuscular eléctrica (ENE) o electroestimulación, es la generación de contracción muscular usando impulsos eléctricos. los impulsos se generan en un dispositivo que se aplica con electrodos en la piel próxima a los músculos que se pretenden estimular. Los impulsos imitan el potencial de acción proveniente del sistema nervioso central, causando la contracción muscular. Los electrodos generalmente se adhieren a la piel. La EEM es una forma de electroterapia o de entrenamiento muscular. Se cita por diversos autores como una técnica complementaria para el entrenamiento deportivo, existiendo numerosos estudios publicados al respecto.
EFECTOS DE LAS DISTINTAS FRECUENCIAS En los parámetros de los electroestimuladores encontramos las frecuencias de sus diferentes programas, atendiendonos a ellas (Hz) podemos co nseguir los diferentes efectos: -
1 a 3 Hz - Tiene un efecto descontracturante y relajante, es ideal para contracturas musculares. Algunos electroestimuladores lo denominan programa descontracturante . Provoca un efecto descontracturante en los grupos musculares aplicados. La utilización médica de la EEM para disminuir el tono muscular existe desde hace años. Este efecto descontracturante se mantiene va rias horas después de la sesión de electroestimulación y permite un mejor control de los movimientos efectuados. Está indicada su aplicación en molestias o dolores musculares ocasionados por contracturas. Se puede utilizar en cualquier momento y si el dolor es importante o persistente, se recomienda consultar a un médico.
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4 a 7 Hz - Aumenta la segregación de endorfinas y encefalinas, logrando una disminución del dolor y la ansiedad. En los electroestimuladores se suele encontrar como programa de relajación o recuperación activa . Logra un efecto endorfínico máximo (5 Hz) provocando una anestesia local natural, una disminución del dolor (efecto antálgico) así como una relajación general de la musculatura y una disminución de la ansiedad. Facilita el sueño. A 7 Hz se consigue un aumento del flujo sanguíneo y una hiperoxigenación. Su aplicación es idónea para evitar calambres, reoxigenar tejidos, acelerar el retorno venoso, eliminar edemas y lo s metabolitos acumulados.
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8 a 10 Hz - El aumento del flujo sangíneo es máximo, se multiplica por cinco. Los electroestimuladores suelen tenerlo con el nombre de capilarización . Crea nuevos capilares, permite una restauración de los tejidos y un verdadero drenaje venoso y parece ser que linfático. Al aumentar los capilares evita tener contracturas musculares. Es particularmente eficaz para el cansancio localizado y en la disminución del lactato. Este aumento del riego sanguíneo facilita la restauración de tejidos y, bajo consejo médico o fisioterapéutico, es de gran ayuda en problemas articulares. “Siete voluntarios son sometidos a una electroestimulación de los nervios ciáticos popliteos interno y externo. El resultado es que aumenta el flujo arterial femural (181 a 271% del valor basal) El resultado es máximo a 9 Hz” M. ZICOT, P. RIGAUX, 1995 “Ocho deportistas de competición efectuan después de un esfuerzo de fuerte producción láctica uno de los dos métodos de recuperación: Footing aeróbico de 20 minutos o EEM a 8 Hz de los músculos solicitados en el esfuerzo. Se mide el lactato antes, después del esfuerzo y a los 3, 6, 15, 30 y 60 minutos. Durante los seis primeros minutos, después del esfuerzo,
la tasa de lactato es menor con la EEM. En los minutos siguientes, se observa el fenómeno inverso y después de los 30 minutos los datos son muy iguales, siendo idénticos después de los 60 minutos. Ello revela la EEM como esencial en la recuperación después del esfuerzo.” F. RIBEYRE, 1998 -
10 a 33 Hz - Recluta las fibras ST, lentas, (tipo I) y aumenta la resistencia de las mismas. Los electro estimuladores tienen este programa con el nombre de resistencia aeróbica o firmeza muscular. “Las investigaciones demuestran la transformación de fibras FTa, rápidas, (tipo IIa) en ST, lentas, (tipo I) con lo que aumenta el VO2 localizado” L. W. STEPHENSON y otros 1987 Es idónea para el aumento del tono muscular y en la mejora de la resistencia muscular localizada. Su aplicación para la mejora estética (abdominales o glúteos) conjuntamente con un entrenamiento que gaste calorías, cardiovascular (correr, bicicleta, …) permite aunar esfuerzos y aumentar el tono a la v ez que se utiliza la grasa como mecanismo de energía.
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33 a 50 Hz – Solicita fibras intermedias, concretamente las IIa. Logra el mayor aumento de resistencia a la fatiga, es ideal para deportes de resistencia. En los electro estimuladores se encuentran estos programas con el nombre de resistencia aeróbica o firmeza muscular a niveles altos. Proporciona un mayor aumento del tono muscular sin desarrollar la musculatura. La sensación de potencia de contracción en grupos musculares determinados (glúteos, aductores, abdominales,…) es inalcanzable con ejercicios voluntarios.
Desarrollo los pulsos tienen frecuencia de 1 a 100 Hz, pero la frecuencia con la que los trenes pasan va de 1 a 10 Hz, esta frecuencia es conocida como frecuencia envolvente y se calcula como el inverso del período de la señal envolvente Descrita esta parte de la programación y la generación de las diferentes señales, se pasa al funcionamiento de cada parte del circuito mostrado en la figura 1, encargado de generar y enviar las señales a la salida del equipo. Esta descripción se puede dividir en cinco bloques teniendo en cuenta todo lo presente. un transformador elevador, es algo muy importante en este diseño puesto que permite no distorsionar la señal a la salida, es decir, para garantizar que la señal sea rectangular o triangular a la salida de los electrodos. De la salida del am plificador operacional (P6) se tiene una resistencia de 1000 ohmios, y se conecta a la base del transistor 2N2222A, al colector del transistor se tiene una resistencia de 100 ohmios y de aquí a la base de un potenciómetro de 20K, este potenciómetro está conectado a la salida de la fuente de 80V DC y a tierra, como la señal en la base del transistor está variando, y la señal en el colector es constante, entonces el transistor nos proporciona una señal de salida pulsada y aumentada su amplitud, siendo esta la señal entregada por el equipo. Esta señal es aplicada al músculo esquelético mediante los electrodos. Para hacer referencia a la señal de salida del electroestimulador, se puede comparar la señal de este equipo con la señal de otro diseño que ya está funcionando. Encontrándose una gran diferencia en la forma de la señal. Como podemos apreciar en la figura 6, se tiene un diseño de un equipo en el que la señal generada es cuadrada, pero a la salida del equipo se distorsiona y deja de ser cuadrada, esta distorsión en la señal de salida se debe al uso de un transformador para aumentar la amplitud de la señal. A diferencia de este diseño en el cual la señal conserva la forma original, sigue siendo cuadrada o triangular como se puede aprecia en la figura 7. Este aspecto es muy importante tenerlo en cuenta en el diseño del electroestimulador. Lo cual es uno de los objetivos planteados en este trabajo mejorar
la señal de salida y así contribuir al mejoramiento en la aplicación en fisioterapia Otro aspecto para mencionar en este diseño es la posibilidad de realizar otros programas de generación de ondas como exponencial, senoidal, etc., y poder cambiar el Pic utilizado.
. Modulación PWM Los pulsos de Electrestimulación y Tens deben tener un ancho de pulso controlado entre 200 us. a 1 ms. para un efectivo tratamiento. Para logra este tiempo de duración de impulso se debe controlar modulando el ancho de pulso. Para modular la señal triangular que nos entrega en generador de ondas y obtener un tiempo que este en el rango mencionado utilizaremos el circuito integrado LM 741 en su configuración como comparador. En la figura 3.5. Se muestra como el amplificador U2, U3 compara una señal triangular con una señal de referencia que es regulada por la r esistencia variable, de modo que cuando la señal triangular sobrepase la señal de referencia el amplificador operacional se saturara, como la señal de la onda triangular varia en amplitud en el tiempo la señal de referencia es posible su saturación modulando ancho de pulso positivo (PWMP) requerido para la electroterapia. Para la modulación de ancho de pulso de señal negativa (PWMN) se procederá de la misma forma la diferencia está en que la señal de referencia va a la entrada positiva y la señal de triangular a la entrada negativa
Teniendo en cuenta los análisis que se han realizado en este equipo, en su parte de programación del microcontrolador, el funcionamiento del circuito y el funcionamiento del equipo completo, eléctricamente las respuestas del circuito han sido aceptables y las medidas hechas están en concordancia con los valores calculados en el diseño y dentro de los parámetros establecidos para este tipo de equipos eléctricos, es decir, se tiene un equipo con los parámetros especificados dentro del ámbito de la electroestimulación. Se puede decir que un primer resultado es el Estimulador Eléctrico Muscular EEM digital construido co n elementos que son de fácil adquisición y de bajo costo Este equipo EEM digital, puede ser empleado como parte de un programa terapéutico por lo que un segundo paso lo constituyen las pruebas que se realicen en diferentes pacientes que presenten músculos atrofiados y se puedan comparar los resultados que se obtengan con los resultados referidos a otros equipos empleados para tal fin Este equipo llamado EEM digital, por ser un prototipo está expuesto a mejoras, en la parte de la programación del microcontrolador se pueden incluir nuevos programas de terapia variando los diferentes parámetros en el algoritmo. En cuanto a los componentes utilizados, es posible sustituir el pic16f877 debido a que no se utilizan los 40 pines de este micro y reemplazarlo por uno de menor número de pines, se podría utilizar el pic16f873 el cual tiene 28 pines. En cuanto a la presentación se puede hacer de menor tamaño y en otra instancia alcanzar una competitividad en el mercado comercial de equipos de electroterapia. Desacuerdo con el desarrollo del proyecto se concluye que el estimulador muscular entrega a los pacientes una terapia efectiva al que va según el estudio de señales que se usan para este tipo de terapia, las señales involucradas comprenden la potencia la duración de pulso y la frecuencia que se necesita para una adecuada terapia. El equipo no es de costo elevado es por esto estará al alcance de profesional en la aplicación de la terapia de estimulación, también podrán adquirirla el usuario común que este entendido en el tema. El equipo es portable confiable fiable confiable, las partes que la componen son de mantenimiento de bajo costo.