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Diseño de un equipo de fototerapia
aplicado en el tratamiento de enfermedades
de la piel
Jesús Zegarra, Ana Moreno, José Pyñeiro, Rocío Callupe, Rosa Alvarado,
E-Bio Pontificia Universidad Católica del Perú, [email protected] , 511-6262000 a4674
Resumen—En el Perú, las enfermedades de la piel ocupan
el noveno según estadísticas oficiales del Ministerio de Salud
(1.9%). Dentro de estas enfermedades tenemos a las úlceras
de pacientes diabéticos, úlceras venosas, herpes simples y el
acné. Existen diferentes terapias para el tratamiento de estas
enfermedades como las terapias tópicas, sistémicas, y el
tratamiento con luz conocido como fototerapia.
Las
deficiencias principales de las dos primeras terapias radican
en que la duración de estos tratamientos es larga y costosa y
en muchos casos no se llega a resultados favorables. El
objetivo principal de nuestro trabajo es diseñar el prototipo de
un equipo de fototerapia con Diodos Emisores de Luz (LEDs).
Este prototipo permitirá reducir el tiempo de tratamiento y
sus costos en diferentes enfermedades de la piel. La ledterapia
es una tecnología que esta aún en desarrollo y que plantea una
alternativa de solución en el área de la dermatología. El diseño
del sistema posee las siguientes partes: subsistema de
adquisición, subsistema de control y subsistema de actuación.
Se tendrá en cuenta las características principales de los
equipos actuales ya elaborados. La interfaz usuario permite
una fácil configuración y uso, está compuesta por un teclado
matricial, una pantalla de cristal liquido y alarmas de
seguridad. Se podrá visualizar
valores de potencia y
frecuencia emitida en dicha pantalla. Los LEDs utilizados
poseen características básicas de longitud de onda estrecha y
ángulo sólido de emisión estrecho. Las longitudes de onda son de
660 nm y 890 nm., para casos de ulceraciones y herpes simple, y
de 415 nm. para el caso del acné. En conclusión, el diseño de este
sistema será de gran ayuda en el área de dermatología debido a
los beneficios que representa en términos de tiempo de
tratamiento, costo del tratamiento y costo del equipo.
longitud de onda y la frecuencia de estimulación de las
células.
En la segunda parte desarrollamos la teoría necesaria
para entender los conceptos básicos de la fototerapia. En la
tercera sección desarrollamos la metodología de las partes
del diseño y los componentes utilizados con el que consta
cada parte del diseño. En la sección cuatro mostramos los
resultados obtenidos del diseño. Las conclusiones se
presentan en la sección cinco; mientras que en la sección
seis constan de algunas discusiones así como proyecciones.
II. TEORÍA
La fototerapia se basa en la interacción de la luz con
cualquier superficie, en este caso la superficie de la piel. La
piel es un medio no homogéneo y presenta dos
características importantes de absorbancia y de refracción
de la luz como se observa en la figura 1. [1]
La profundidad a la que la luz ingresa dependerá de la
longitud de onda para que la luz se refracte o se refleje. [1]
Palabras clave—dermatología, fototerapia, LED.
I. INTRODUCCIÓN
E
N el Perú las enfermedades de la piel ocupan el
noveno lugar
de atenciones de acuerdo a las
estadísticas[2] (1.9% de las atenciones a nivel
nacional) mostradas por el MINSA ( Ministerio de Salud).
Dentro de estas enfermedades tenemos a las úlceras
venosas, los muñones de amputación de los pacientes
diabéticos, la herpes simple y el acné. Los tratamientos
utilizados para este tratamiento son: tratamientos tópicos
basados en cremas y tópicos,[2] tratamientos sistémicos
basados en píldoras; y un tratamiento físico conocido como
fototerapia.
Las deficiencias principales de los tratamientos tanto
como cremas y tópicos no presentan buenos resultados y se
hace necesario en muchas ocasiones utilizar el un tercer
tratamiento.[2]
El presente trabajo se basa en el diseño de un sistema de
fototerapia utilizando Diodos Emisores de Luz (LEDs) que
permite regenerar las células de la piel dependiendo de la
Fig. 1: Profundidades a la que ingresa la luz en la piel
Cuando nosotros modelamos el transporte de la luz en un
medio sin dispersión o de muy pequeña dispersión sucede
que la luz ingresa al medio y se atenúa exponencialmente
debido a la absorción. Esta ley puede ser descrita como
sigue:[2][9][10][1]
L(d ) = (1 − Rf ) E exp(−u t d )
(1)
Donde L(d) es la intensidad de la luz transmitida medida
usando un fotodetector con una apertura pequeña en W/cm
2
; Rf es el coeficiente de reflexión de Fresnel de una
incidencia normal[1]
2
Rf = [(n − 1) /(n + 1)]2
(2)
Donde n es el índice de reflexión promedio relativo de
la piel. E es la intensidad de la luz incidente W/cm 2, y
ut =ua + us
(3)
A través de la Interfaz Usuario, constituido básicamente
por una pantalla de cristal líquido y un teclado matricial, el
operador del equipo, que puede ser un doctor u enfermero
capacitado, puede seleccionar, configurar y manipular la
intensidad, potencia de los LEDs y tiempo de
exposición.[10][12]
ut es el coeficiente de extinción donde ua es el coeficiente
de absorción y us es el coeficiente de dispersión.[1]
III. METODOLOGÍA
Después de observar a los equipos de fototerapia
utilizando LEDs de las empresas Bioscan, Omnilight,
Revitamed, Led Pad y Electronic Healing, la mayoría de
estas empresas estadounidenses, las características que
encontramos son:[3][4][5][6][11][12][13][14]
Fig. 3: Fotografía del diseño de la tarjeta del microcontrolador
•
•
•
•
Poseen un sistema de configuración de
tiempo de exposición
Poseen un sistema de configuración de
frecuenta de emisión
Posee un sistema de configuración de
potencia
Paleta de LEDs removibles
El diseño propuesto consta de las siguientes partes como
se observa en la figura 2:
Subsistema de actuación: Basado en el transistor capaz
de hacer funcionar los LEDs. Los LEDs obtenidos son de la
empresa “Rother Technolgy” de las longitudes de onda de
890 y 660 nm. Así tenemos, el accionamiento de los LEDs
que son de la longitud de 890 nm. de 660 nm. para el caso
del rojo y del infrarrojo para la herpes simple y para los
muñones de amputación debido a la regeneración celular.
También la de color azul(415 nm) para el caso del acné
Esta formado por una resistencia de 330 ohmios y un
transistor para que se encienda los LEDs la potencia puede
aumentar o disminuir dependiendo de la configuración que
se le asigne.[11]
Se presenta a continuación las características eléctricas
de los LEDs.
Tabla 1: Características eléctricas de los LEDs
Fig. 2: Diagrama funcional del diseño
ESTRUCTURA ELÉCTRICA DE DISEÑO
Subsistema de control: Constituido básicamente por un
microcontrolador, se ha seleccionado el PIC 16F877A [13].
Este tiene a su cargo las tareas de atención a la sección
interfaz usuario, la configuración del conteo del tiempo de
exposicición, la configuración de la potencia, y la
frecuencia de oscilación de los LED. La configuración de la
Interfaz de usuario es bidireccional; mientras que la
configuración de emisión de los LEDs es unidireccional.
En la figura 3 se puede observar la tarjeta del
microcontrolador.
Fig. 4: Gráfico del diseño de la paleta de los LEDs
Subsistema de adquisición: Este es un accesorio del
equipo y no forma parte del equipo en sí. Basado en el
sensor que es un fotodiodo comercial capaz de medir las
señales de intensidad de la luz en todo el rango[10]. En la
3
figura 5 se puede observar el diseño del fotodiodo
comercial y su configuración con el opamp.
El fotodiodo es configurado con un amplificador
operacional LF356N para poder tener una señal de entrada
entre los 5V. Sirve para medir la potencia emitida de la luz
Tabla 2: Potencia óptica vs. Corriente a través del Led
Fig. 5: Gráfica del detector de la señal
Se establece la siguiente comparación entre la potencia
óptica y la eléctrica:
Programas internos
El sistema posee básicamente un programa interno
con varias funciones en el microcontrolador.[12]
El programa principal que se encuentra en el
microcontrolador básicamente tiene el control de los
elementos componentes de la interfaz con el usuario
referido anteriormente. También es el responsable de la
generación de ondas para encender y apagar los LEDs.
Otra función que realizará este sistema es la adquisición de
la potencia de emisión, pero eso aún se encuentra en
pruebas. [13]
La ecuación encontrada que relaciona la potencia
eléctrica y óptica es aproximadamente una ecuación
lineal:
IV. RESULTADOS
Los resultados que se pueden presentar son:
La potencia eléctrica entregada es configurada con el
voltaje y corriente aplicado al LED, este es un modo de
poder controlar la potencia de emisión de los LEDs.
Potencia eléctrica en W
Potencia eléctrica Vs Voltaje
0.035
0.03
0.025
0.02
0.015
0.01
0.005
0
Potencia eléctrica Vs
Voltaje
0
0.5
1
1.5
Fig. 7: Gráfica de la Potencia óptica vs. potencia eléctrica
2
PO = 4.4231( PE ) − 0.6
(4)
V. DISCUSIÓN
El problema del equipo radica básicamente que la
ledterapia al ser una nueva tecnología distinta del láser
recién está teniendo acogida en los distintos hospitales,
pero los beneficios que puede tener son verdaderamente
considerables en relación al tiempo de tratamiento y costo a
largo plazo [2] . El equipo actualmente se viene probando
en los hospitales como Cayetano Heredia basamos
básicamente en los estudios realizados por diferentes
autores. [3][4][5][6][7]
Voltaje del LED
Fig. 6: Gráfica de la Potencia Eléctrica vs. Voltaje
Después de tener presente esto se va a la hoja de datos
para poder observar la potencia correspondiente:
VI. CONCLUSIONES
Sometida a varias pruebas el prototipo, se comprobó el
buen funcionamiento cada una de las partes, mostrando a su
4
vez buena respetabilidad de los valores en todos sus
parámetros.
El sistema de fototerapia permite el tratamiento para
distintas enfermedades de la piel entre las que destacamos
las úlceras de los pacientes diabéticos, úlceras venosas,
herpes simple y el acné dependiendo de la longitud de onda
que se tenga de la luz. La sencillez de su manejo así como
su aplicación es un gran aporte para nuestro Sistema
Nacional Peruano de Salud.
AGRADECIMIENTOS
Los agradecimientos especiales para el Msc. Ing. Luís
Vilcahuamán asesor principal del proyecto.
REFERENCIAS
[1]
[2]
[3]
[4]
[5]
[6]
[7]
[8]
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[11]
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for Medical Diagnosis” Edition 2000
Hospital Nacional Cayetano Heredia, “Centro de Informática y
estadística”, 2005.
Dra. Claudia A. Robin González, Dr. Eduardo Rojas Cortéz, Algo
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