M ATRl CU LA

UNIVERSIDAD
AUTÓNOMA
METROPOLITANA
UNIDAD:
IZTA PA LA PA
DIVISI~N:
CBI
CARRERA:
IN C EN IERíA BI O M ÉD ICA
MATERIA:
SEMINARIO DE PROYECTOS II
TITULO:
“ESTIM ULADOR M USCULAR”
FECHA:
22 DE MARZO DE 1999
ALUMNO:
MATRl C ULA:
ALVAREZ TAPIA ROBERTO
91 2 2 0 3 3 4
ALUMNO:
MATRl C ULA:
RAMOS ACEVES LUIS EDUARDO
92219700
ASESOR:
NORBERT0 RAMíREZ MANDUJANO
INDICE:
IN TRODUCCIÓN
Marcapasos Cardiacos Y Otros Estim dadores Eléctricos................(I)
..
Estimulador De Vejiga.................................................................. (2)
Eliminación Del Dolor Por Medio De l a Estim ulación Eléctrica........ (4)
Estim dadores Musculares.............................................................
(4)
Desfibriladores ............................................................................
(5)
Estructura y funcionamiento del Músculo......................................
(6)
. ,.
Bases Biologicas............................................................................ (6)
Control Nervioso ........................................................................ (7 1)
CONSIDERACIONES CLíNICAS PARA EL USO DE LA ESTIMULACIÓN
ELÉCTRICA
Porqué Desarrollar l a Terapia Eléctrica......................................
(7 3 )
Efectividad Terapéutica de las Corrientes Eléctricas....................(7 3 )
Tolerancia a las Corrientes Eléctricas..........................................
Un Nuevo Acercamiento Terapéutico..........................................
(I 4 )
.(7 6)
OBJTIVOS .........................................................................................
(7 9 )
METODOíOCíA
..
Materiales Utilizados........................................................... ........( 7 9)
Etapas del Hardware ................................................................... (20)
Etapas del Software.. .................................................................. (26)
Listado del Programa .................................................................. (32)
05/€TlVOS ALCANZA DOS................................................................. (39)
CONCLUSIONES.................................................................................
I
BIBLIOGRAFIA.....................................................................................
.(39)
(4 1)
ESTIMULALOR MUSCULAR
SEMINARIO DE PROYECTOS II
Marcapasos
Cardiacos Y Otros Estimuladores Eléctricos
Hay una amplia variedad de estimuladores eléctricos utilizados en muy diversas
áreas de la investigación y para muy variadas aplicaciones. Algunos tienen rangos
de baja corriente y ciclo de trabajo; tal es el caso del marcapasos cardiaco. También
los hay con alta corriente de salida y pulso sencillo de estimulación, tal es el caso
del desfibrilador. El marcapasos cardiaco es un estimulador eléctrico que produce
estímulos eléctricos periódicos que son conducidos a través de electrodos
localizados la superficie del corazón, o en el músculo cardiaco (miocardio), o
también dentro de las cavidades cardiacas. Los estímulos de este modo son
conducidos hacia el corazón causando la contracción del miocardio. Esto puede
usarse en el tratamiento de enfermedades en las cuales el corazón no esta siendo
estimulado apropiadamente por el sistema de conducción cardiaco. Una de las
principales patologías en la cual se utiliza el marcapasos es en el bloqueo cardiaco.
Un marcapasos asíncrono es el que se encuentra funcionando libremente, sin
importar si existe actividad eléctrica alguna en el corazón. El estímulo eléctrico
brota libremente a una frecuencia fija sin importar la frecuencia natural de
estimulación propia del miocardio. Por lo tanto fija la frecuencia cardiaca.
La Figura 1 muestra un diagrama eléctrico a bloques de un marcapasos cardiaco
asíncrono. La fuente de poder es necesaria para suministrar al circuito la energía
necesaria para funcionar. En algunos casos como en los marcapasos externos ésta
puede ser suministrada por líneas de potencia (brindadas por un campo
magnético) pero el riesgo de un choque eléctrico debido a las corrientes de fuga
hace que esta técnica sea de poca aceptación. Uno de los métodos más
convenientes y más usados, para resolver el problema, consiste en derivar la
potencia del primario al secundario utilizando una batería como fuente. En
algunos marcapasos implantables, la energía es transmitida al implante a través de
inducción magnética por medio de una bobina externa situada sobre la piel en el
lugar del implante.
Figura 1.- Marcapasos Cardiac0 Asíncrono.
FUENTE DE PODER
OSCILADOR
PULSO DE
SALIDA
CABLES DE
DERIVACIONES
ELECTRODOS
SEMINARIO DE PROYECTOSII
ESTIMULADOR MUSCULAR
Existen en general dos principales tipos de marcapasos:
1) El síncrono.- el cual toma en cuenta si existe actividad eléctrica en el corazón.
2) El asíncrono.- el cual funciona sin importar la presencia de actividad eléctrica
en el corazón.
De tal manera que según sea el padecimiento del paciente se recomienda el uso de
uno u otro de los tipos de marcapasos antes mencionados.
Si el paciente tiene actividad cardiaca debería utilizarse el marcapasos síncrono ya
que si se utilizara el marcapasos asíncrono podría causarle una fibrilación
ventricular por existir la posibilidad de estimulación en el periodo refractario del
corazón (periodo de recuperación eléctrica del rniocardio).
El marcapasos asíncrono debe ser empleado en el caso de no existir actividad
eléctrica alguna en el corazón.
Estimulador De Vejiga.
La incontinencia urinaria y otros trastornos neurológicos de la vejiga pueden
tratarse en algunos casos por medio de la estimulación eléctrica. En el caso de una
incontinencia, el esfínter y los músculos que rodean la uretra son incapaces para
mantener la contracción suficiente para ocluir la uretra. En algunos casos de
trastornos neurológicos esto puede provocar un incontrolable paso de la orina.
Varias investigaciones contemplan distintas maneras a través de las cuales se
puede resolver el problema por medio de la estimulación eléctrica. Estos
involucran patrones de estimulación provocados en los músculos que envuelven a
la uretra y al esfínter encargado de dicho control, o sobre los nervios que controlan
estos músculos.
En el caso de algunos pacientes se requiere continua estimulación para evitar la
incontinencia y estos necesitan, a demás, de altas velocidades de estimulación. Por
lo tanto requieren de gran capacidad en la fuente de energía. Por esta razón se
utilizan técnicas de estimulación transcutanea como la que se muestra en la Figura
2. Estas técnicas son frecuentemente empleadas en los marcapasos cardiacos.
Estos estimuladores hacen uso de una unidad de radiofrecuencia (RF). El implante
del circuito es enteramente pasivo, con la bobina secundaria situada debajo de la
piel y ésta a su vez acoplada con la bobina primaria situada sobre l a piel. La
bobina primaria maneja al rededor de 1 MHz de RF de oscilación que es la
frecuencia requerida para que la unidad funcione. La fuente de poder esta
implementada sobre un receptáculo de baterías recargables. El circuito interno
consta de un capacitor que resuena con la bobina externa a la frecuencia dada. El
ESTIMULADOR MUSCULAR
SEMINARIO DE PROYECTOS II
Figura 2.- Estimuiador Transcutaneo de Radio Frecuencia (RF).
Cl RCUIT0
TEMPORIZADOR
OS CHAD OR
BOBINA
EXTERNA
DE RF
A l MHz
PIEL
1
W
2
FUENTE DE
PODER
BOBINA IMPLANTADA
SEMINARIO DE PROYECTOS II
ESTíMULADOR MUSCULAR
diodo detector y el otro capacitor eliminan de la señal las componentes de RF y el
estímulo es entonces aplicado sobre los electrodos.
Eliminación Del Dolor Por Medio De La Estimulación Eléctrica.
La estimulación eléctrica en tejidos en algunos casos es utilizada para la
eliminación del dolor. El estimulador transcutaneo opera a través de electrodos de
superficie sobre la piel.
Se ha podido demostrar que con una adecuada terapia se logran aumentar los
umbrales de percepción del dolor en las cercanías de los electrodos. Los electrodos
implantados en la periferia de los nervios han sido utilizados para incrementar el
umbral del dolor en áreas inervadas, especialmente en el nervio distal como punto
de estimulación.
El estímulo de porciones posteriores del cordón espinal (Estimulación de la
columna en la parte dorsal) es otra aplicación para aliviar el dolor por medio de la
estimulación eléctrica. La técnica de la transmisión transcutanea de RF es
típicamente utilizada con unidades portátiles ahora muy comunes. Los estímulos
utilizados por estos instrumentos son similares a los del estimulador de vejiga.
La utilización de la acupuntura es controversial. Esta técnica se emplea muy
comúnmente para reducir el dolor en pacientes, el método tradicional de
acupuntura sin embargo necesita insertar en varios lugares del cuerpo agujas que
requieren de una apropiada estimulación (no eléctrica). Ahora estas han sido
reemplazadas por los modernos practicantes de este antiguo arte con
estimuladores eléctricos. Los electrodos son colocados de la misma manera que las
agujas utilizadas antiguamente.
Estimuladores Musculares
Los estimuladores musculares son muy utilizados en la terapia física. Los
estimuladores son especialmente utilizados en donde hay una parálisis temporal
que resulta en una atrofia del músculo debida al desuso, lo cual significa una
reducción de la masa muscular. Con la periódica estimulación del músculo (el
ejercicio clínico del músculo) se logra recobrar la normal neuro-estimulación no
disponible en esos casos. La estimulación de los músculos también se utiliza para
regenerar la función de estos que se encuentran paralizados, cuando esta parálisis
es provocada por algún daño neurológico. Lo anterior esta siendo demostrado por
los pacientes con el cordón espinal dañado que presentan regeneración de la
función de músculos esqueléticos específicos, lo que significa una estimulación
eléctrica programada para tales músculos. La Figura 3 nos muestra el diagrama
eléctrico a bloques de un típico estimulador muscular.
ESTIMULADOR MUSCULAR
SEMINARIO DE PROYECTOS II
Figura 3.- Diagrama Eléctrico a Bloques de un Estimulador Muscular.
FUENTE
-b
OSCILADOR
CONFORMADOR
DE PULSOS
A
’
ETAPA
DESALIDA
ET.ECTRODOS
Los parámetros de estímulo utilizados para el músculo esquelético varían acorde
al tipo de estimulación, el número de canales de estimulación, el tipo de electrodo
usado y el factor de riesgo que implica el uso de altas corrientes en zonas cercanas
al corazón.
Desfibriladores
La fibrilación cardiaca es una condición en la cual los músculos cardiacos se
contraen asíncronamente sin ningún patrón relativo de contracción. Ésta es una
condición muy seria en la cual la salida de sangre (gasto cardiaco) del corazón se
ve reducida casi a cero. Esto debe ser corregido los más pronto posible antes de
que exista un daño irreversible para el paciente. La resucitación del paciente debe
de realizarse dentro de los siguientes cinco minutos cuando menos después del
ataque.
El choque eléctrico en el corazón puede ser utilizado para restablecer el ritmo
cardiaco normal. Los equipos eléctricos que producen este choque son conocidos
con el nombre de desfibriladores, estos se pueden clasificar de acuerdo al tipo de
salida eléctrica que producen en cuatro categorías básicas:
1. El desfibrilador de A.C. o de corriente alterna.
2. El desfibrilador de descarga capacitiva.
3. El defibrilador de descarga capacitiva con retardo en linea.
4. El desfibrilador de onda cuadrada.
En el desfibrilador la descarga de corriente se lleva a través de electrodos situados
sobre la superficie torácica directamente en los extremos externos del corazón.
También se llegan a utilizar electrodos situados en el interior del tórax
directamente sobre el corazón, pero solo cuando se trata de cirugías a corazón
abierto. Los médicos pueden utilizar el desfibrilador con electrodos internos,
utilizando bajos niveles de corriente, sin embargo existen desfibriladores con
ambos sistemas; estimulación interna y externa.
Estos instrumentos también incorporan medidas de seguridad muy estrictas
debido al alto voltaje y a la elevada corriente que manejan en la salida.
SEMINARIO DE PROYECTOS II
ESTIMULADOR MUSCULAR
Estructura y funcionamiento del Músculo
Bases Biológicas
El músculo deriva del mesodermo, en donde un grupo de células fusiformes
denominadas mioblastos se reúnen en masas denominadas miotomas. Los
mioblastos proliferan hasta formar grandes columnas para después fusionarse,
desapareciendo la membrana que los separa, formando una célula enorme
denominada miotubo. Posteriormente, el miotubo madura hasta formar una célula
muscular o fibra muscular, la cual constituye la unidad estructural y funcional del
tejido muscular esquelético. En la mayoría de los músculos, las fibras se
encuentran distribuidas paralelamente y se unen en sus extremos a un tendón. Las
fibras se encuentran dispuestas en forma de haces o fascículos (ver figura 4).
Figura 4.- Estructuras Proteicas Importantes Dentro de la Masa Muscular
Cisternas terminiles
fúbuio transverso
Cisternas terminales
Banda
SEMlNARlO DE PROYECTOSII
EST/MULADOR MUSCULAR
Los músculos representan del 40 al 50 % del peso total del cuerpo. Existe una gran
variedad de músculos que van desde el pequeño músculo extra-ocular que hace
girar el globo ocular, hasta los músculos de los miembros más grandes que
producen la locomoción y el control de la postura. La forma de los músculos
depende del tipo de movimiento que realizan y de la fuerza que ejercen. En el
arreglo más simple (fusiforme), las fibras musculares se extienden paralelas a lo
largo del músculo uniéndose a ambos tendones. Los músculos que producen una
gran fuerza tienen una estructura más complicada en la cual, muchas fibras
musculares cortas se unen al tendón y se extienden sobre una gran parte del
músculo. Este arreglo (unipinado) aumenta el área de sección transversal y la
fuerza contráctil del músculo. Cuando las fibras del músculo se extienden a ambos
lados del tendón, la estructura se denomina bipinada.
I
Las funciones principales del sistema muscular son el desarrollo de la fuerza, la
contracción y la relajación; también son importantes para la regulación térmica del
cuerpo. El tejido muscular es un tejido estriado y voluntario. En el músculo se
encuentra una bicapa lipídica (sarco1ema)que encierra las fibras musculares y
separa el mioplasma intracelular del fluido intersticial (ver figura 4).Una capa de
tejido conectivo llamado endomisio, compuesto principalmente de colágeno y
elástica, une las fibras adyacentes.
El conjunto de haces de fibras se mantiene unido por otra capa gruesa de tejido
conectivo llamado perimisio. Todo el músculo esta contenido en una capa más de
tejido conectivo llamado epimisio. El tejido conectivo continúa con los tendones
que unen al músculo con el esqueleto.
En el mioplasma se intercalan pequeños filamentos gruesos y delgados llamados
sarcómeros. Estos filamentos al conectarse en serie, forman las miofibrillas que se
extienden longitudinalmente a todo lo largo de la fibra muscular. El acortamiento
global de un músculo durante la contracción, integra el efecto neto de todos los
sarcómeros en serie acortándose simultáneamente.
La fibra muscular presenta las siguientes características (ver figura 5).
0
0
0
0
0
Tienen un diámetro de 10 a 100 micras.
Tienen una longitud de 30 a 40 cm.
Posee colágeno en los dos extremos formando tendones.
Es de forma celular multi-nucleada.
Esta constituido por miofibrillas.
~
ESTIMULALWR MUSCULAR
SEMINARIO DE PROYECTOS II
Figura 5.- Fibra Muscular Esquelética con sus Células Multinucleadas (parte alta) y Sus Principales Proteínas
Constituyentes (parte baja).
Fibra r n w b
0‘
‘0
/’
/’~
Miofibrilla
A
Banda 2
NU-
’
00
F0
,‘
Banda M
Miolibri!ia
-\
\
\
\
‘\
z
Filamento ds F-actinn
\
\
suobmsni
Filamento de rnioslna
ESTIMULADOR MUSCULAR
SEMINARIO DE PROYECTOS II
Las características más importantes de la miofibrilla son:
0
0
0
Tienen un diámetro de 1 a 2 micras.
Son cilíndricas.
Todas se encuentran en la misma posición.
Presentan estrías, es decir, zonas claras y zonas obscuras.
Están constituidas por miofilamentos.
El miofilamento esta constituido por los sarcómeros en serie. El sarcómero esta
formado por dos zonas. La zona Y (zona obscura) que se encuentra a los extremos
y esta formada por la proteína actina. La zona A, denominada la zona clara, se
encuentra al centro y esta formada por la proteína miosina. La línea Z forma los
límites entre los diferentes sarcómeros. (ver figura 5).
En el acortamiento del músculo la actina se desliza sobre la miosina. Cada
filamento de miosina esta rodeado por 6 filamentos de actina. Para la fijación de la
actina-miosina se necesita la presencia del calcio, del ATP y de las proteínas
troponina y tropomiosina que actúan como inhibidores durante la fijación. Por lo
tanto, en presencia del calcio se producirá la fijación de las proteínas y en su
ausencia no se dará. El calcio se almacena en el retículo sarcoplásmico y los túbulos
T, los cuales permite la propagación del potencial bioeléctrico a través de la
membrana. La liberación de calcio de los ffibulos T provoca la despolarización de
la membrana, produciéndose el potencial de acción que dará origen a la
contracción. El proceso que se ha mencionado es un proceso activo por medio del
cual se genera fuerza en el músculo. (ver figura 6).
Figura 6.- Esquema Microscopico de la Accibn del la Actina y la Miosina en el Acortamiento Muscular.
Filamento de irctina
t
transversal
Filamento de miosina
ESTIMUlADOR MUSCULAR
SEMINARIO DE PROYECTOS I1
Cuando se gráfica la fuerza de un músculo contra el alargamiento se observa que
la fuerza aumenta hasta llegar a una longitud L máxima, y que cuando se rebasa
este alargamiento L, la fuerza comienza a disminuir. Si se gráfica la fuerza contra la
velocidad, la fuerza permanece constante hasta llegar a una velocidad determinada
y que a partir de esa velocidad la fuerza comienza a disminuir hasta hacerse cero.
La velocidad de contracción esta relacionada con la formación del tétanos. El
tétanos es la respuesta mecánica de un músculo, resultante de una estimulación
repetitiva de frecuencias suficientemente rápidas para producir una acción
sostenida. El tétanos se presenta más frecuentemente en músculos gruesos. Por
otro lado, se presenta la fatiga cuando existe una estimulación prolongada y se
produce una caída de tensión. La figura 7 nos muestra la duración de la
contracción muscular para el músculo esquelético identificándose tres distintos
periodos o etapas en la contracción.
Figura 7.- Etapas en la Contracción Muscular.
Periodo
tetente
Relajeci6n
Contracctón
I
I
4
l-l
1
I
\
I
I
I
I
a
O
t
Estimulo
2'0
I
40
I
60
80
100
T i p o (moj
Un músculo puede tener cinco tipos de contracciones que a continuación se
explican:
0
0
1sométrica.- Cuando la contracción ocurre a una longitud constante,
modificándose la tensión. No se realiza trabajo alguno.
1sotónica.- Se mide el acortamiento o alargamiento de un músculo bajo carga
constante. No hay cambio en la tensión pero si se ejerce trabajo.
Auxotónica.- Hay acortamiento y cambio de tensión.
Postcarga.- Primero hay cambio de tensión y luego existe un cambio de
longitud.
Excéntrica.- El músculo se alarga por ser muy grande el peso.
SEMINARIO DE PROYECTOS II
ESTI MULADOR MUSCULAR
Control Nervioso
Una fibra muscular típica es inervada por los nervios en un punto llamado la placa
terminal o la unión neuromuscular. En esta unión, cada neurona motora forma
inervaciones colaterales e inerva aleatoria y uniformemente las fibras musculares
en una región elíptica y circular que varia de 2 a 110 mm de diámetro. La neurona
motora y las fibras musculares que inervan constituyen la llamada unidad motora
(ver figura 8). La sección transversal del músculo ocupada por la unidad motora se
conoce como el territorio de la unidad motora. El número de fibras musculares por
neurona motora (Ia relación de inervación) varía por ejemplo de 3:l en los
músculos donde se requieren contracciones finas, como en los músculos del ojo, y
hasta 120:l en los músculos donde se realizan movimientos gruesos, como en los
músculos de las extremidades. Las fibras de una unidad motora se mezclan con las
fibras de otras unidades motoras, de esta manera pueden residir varias unidades
motoras en el mismo lugar.
Figura 8.- La Unidad Motora: Formada de una sola Neurona Motora y las Fibras Musculares inemadas.
SEMINARIO DE PROYECTOS II
ESTlMU i A DOR MUSCUiAR
Una unidad motora se clasifica en dos tipos: Anaerobias y aeróbicas. Las unidades
motoras anaerobias o tónicas, son unidades motoras grandes que inervan varias
fibras musculares, presentan baja excitabilidad y generan movimientos lentos de
entre 60 a 120 m/seg. Las unidades motoras aeróbicas o fásicas, son unidades con
menor número de elementos que inervan pocas fibras musculares, presentan alta
excitabilidad, generan movimientos rápidos y tienen velocidad de propagación de
entre 10 y 50 m/seg.
En un movimiento voluntario se activan primero las unidades motoras que
contienen un menor número de fibras y posteriormente las que contienen un
mayor número de ellas, a esto se le conoce como principio deI tamaño.
Los músculos que doblan una extremidad a nivel de una articulación se llaman
músculos flexores y los que la enderezan múscuIos extensores. Los músculos que
mueven las extremidades separándolas de la línea media del cuerpo se llaman
múscuIos abductores mientras que los aductores los mueven hacia la línea media.
Los músculos que dan rigidez a un hueso estacionario se llaman músculos de
hlación, los cuales están encargados de dar la tensión necesaria a los huesos que
sirven de soporte para el movimiento de otros. El movimiento corporal voluntario
pone en juego una diversidad de músculos de manera coordinada. Por ejemplo,
para mover una extremidad es necesaria la contracción de algunos grupos de
músculos y al mismo tiempo la relajación de otros. A los músculos que producen el
movimiento se les llama agonistas y a los que se relajan antagonistas. La
integración de un movimiento voluntario es llevada a cabo por el Sistema Nervioso
Central y depende de una retroalimentación continua de receptores de sentido
espacial para producir el grado preciso de excitación o inhibición de las
motoneuronas que controlan la contracción o relajación muscular.
A diferencia del miocardio, los músculos esqueléticos no contienen células
marcapaso de las cuales surja la excitación y ésta se propague. La excitación
eléctrica del músculo esquelético se inicia y controla por el Sistema Nervioso
Central y Periférico. Las neuronas motoras llevan los impulsos nerviosos de las
células del asta anterior de la médula espina1 a las terminaciones nerviosas donde
los potenciales bioeléctricos producen la liberación, entre otros, del
neurotransmisor Acetilcolina (Ach) en los espacios que separan la membrana
sarcolema de las terminaciones del axón. En el momento que la Ach se une al
sarcolema, los canales del sodio sensibles a ésta, se abren produciendo potenciales
miniatura de la placa terminal. Si se libera suficiente Ach, la suma de los
potenciales miniatura alcanzará el umbral de excitación y el potencial se propagará
hacia los tendones.
SEMINARIO DE PROYECTOS II
EST1MULADOR MUSCULAR
CONSIDERACIONES CLÍNICASPARA
EL USO DE LA ESTIMULACIÓN ELÉCTRICA
i Por qué
Desarrollar La Terapia Eléctrica?
El tratamiento médico siempre se ha basado en el diagnóstico. Este término es de
origen griego y implica varias acepciones en su definición. Éstas incluyen examen,
reflexión, diferenciación y una decisión. El tratamiento adecuado requiere también
de un diagnóstico correcto. Cualquier diagnóstico hecho por un Doctor o
Terapeuta es un diagnóstico diferencial, es decir el resultado es de consideración,
evaluación y diferenciación de los síntomas individuales.
Explorando el campo de la Farmacoterapia, el Doctor tiene numerosas
oportunidades de ganar amplios y profundos conocimientos durante sus estudios.
Sin embargo, los profesionales Médicos normalmente no tienen la misma
oportunidad de obtener una visión en los varios modos de electroterapia y los
mecanismos relacionados. Debido a su conocimiento limitado de los mecanismos
de acción de las corrientes eléctricas, ellos no saben normalmente aprovecharse de
estos métodos. Como resultado, ellos excluyen esta gama de posibilidades
terapéuticas.
Hay un gran número de propuestas en electroterapia hoy en día. Al intentar
escoger el tipo más conveniente de corriente en un caso particular, el Terapeuta
debe basar su juicio en un criterio claramente definido. Éstos criterios pueden
inferirse de examinar la efectividad y la tolerancia a los diferentes tipos de
corriente.
Efectividad Terapéutica
de las Corrientes Eléctricas
Al evaluar la efectividad de una corriente eléctrica, necesitamos considerar dos
criterios principales:
1. El Alcance de los Efectos
El médico debe diferenciar primero cual efecto se desea en cada caso particular.
Este efecto o combinación de efectos pueden escogerse de los siguientes casos
posibles dentro de la electroterapia:
0
0
0
o
Alivio del dolor.
Efecto de estimulación motora.
Influencia en el flujo de sangre.
Influencia en el metabolismo.
SEMINARIO DE PROYECTOS II
0
0
0
EST1MULADOR MUSCULAR
Acción Antinflamatoria.
Aceleración en la regeneración.
Influencia en los músculos lisos de los órganos internos.
2. la Localización topográfica de los Efectos
Respecto a la situación topográfica del tratamiento, se pueden lograr mejores
resultados determinando la vecindad más adecuada para el tratamiento y
seleccionando los electrodos más apropiados. Un área de tratamiento
inapropiadamente seleccionada, o una configuración inconveniente de electrodos,
pueden tener grandes efectos sobre el tratamiento.
Tolerancia a las Corrientes Eléctricas
Al determinar el nivel de tolerancia para el paciente, debe asegurarse que la
corriente no causa daño sistémico o daño local.
Tolerancia sistémica
El umbral de la fibrilación ventricular y el riesgo de ataques epilépticos determinan
la tolerancia sistémica a las corrientes eléctricas. La limitación terapéutica está, por
consiguiente, acotada por dichos umbrales. Por lo tanto la estimulación debe
realizarse en zonas adecuadas y tan distantes como sea posible de estos bajos
umbrales. Las corrientes para las cuales estos umbrales son particularmente altos
serán preferidas sobre de las demás.
Tolerancia local.
La tolerancia local es determinada por:
0
0
o
Riesgo de quemaduras.
Riesgo de quemaduras químicas.
Umbrales de dolor.
En este caso, las corrientes que serán preferidas son aquellas que no lleven al riesgo
de quemaduras químicas y de la piel bajo los electrodos. La corriente debe de ser
tan baja que ninguna quemadura pueda causarse a través de su aplicación.
Siempre que sea posible, deben seleccionarse corrientes cuya aplicación rinda los
efectos deseados y sin causar dolor adicional al paciente.
Tolerancia Sistémica de Corrientes de Frecuencia Bajas y Medias
Desde la resistencia del tejido y particularmente la resistencia superficial de la piel,
se presenta un decremento de la impedancia, con el incremento de la frecuencia
SEMINARIO DE PROYECTOS I1
ESTIMULADOR MUSCULAR
(debido a las propiedades capacitivas de los tejidos), a menos que la energía
eléctrica se pierda en la piel (en contraste con la corriente directa), cuando una
corriente de frecuencia baja penetra el cuerpo. Desde ese momento, las leyes físicas
pueden inferir en la conductibilidad de la piel y en el tejido subyacente, y así
también influir en la profundidad de la penetración. Es considerablemente mejor
utilizar las corrientes de la frecuencias medias (como las corrientes de
interferencia) que las corrientes de frecuencia bajas. Los umbrales de la excitación
para todas las células excitables, las células nerviosas, células del músculo, células
cardiacas, etc. están por abajo del rango de frecuencia bajas. Así en presencia de
una frecuencia baja el estimulo eléctrico requiere un mínimo de energía
estimulante para realizar la despolarización de la célula. A pesar de la resistencia
superficial que todavía es alta comparada con las corrientes de frecuencia media,
las intensidades de corriente baja son lo bastante fuertes para producir sensaciones
de corriente, contracciones del músculo, la excitación de nervios vegetativos, pero
también la fibrilación ventricular (ver figura 9).
Figura 9.- Umbral de Intensidades de Comente para activar la Fibrilaaón Ventricular en un Perro, dependiendo de la
frecuencia de la corriente aplicada. Las dos curvas muestran los multados de la aplicaaún de la corriente en varias
posia0ne.s cuello-abdomeny tras-pecho.
SEMINARIO
EPROYECTOS I1
ESTIMUUDOR MUSCULAR
Un Nuevo Acercamiento Terapéutico
Teniendo en cuenta los aspectos antedichos. Se necesitó, además, de un
acercamiento más estrecho con el médico ya que el podía fácilmente diferenciar la
corriente más conveniente con la cual tratar un caso individual basándose en el
criterio definido.
Los efectos terapéuticos y los no deseados efectos secundarios están relacionados
con varios tipos de corriente. De esta manera un médico puede utilizar varias
formas de electroterapia haciéndose la pregunta: ¿Qué efecto terapéutico deseo
cuándo trato a este paciente? Desde este punto de vista un médico puede
seleccionar la forma de la terapia existente para producir el resultado deseado.
Clasificación
Inicialmente es importante examinar las características comunes de todas las
corrientes eléctricas y también de los efectos terapéuticos. Primeramente
identificando los aspectos comunes de estas corrientes, podremos idear un sistema
de clasificación para todas las formas de electroterapia disponibles. Hemos
encontrado que todos los efectos terapéuticos producidos en el tejido por la
corriente eléctrica pueden ser divididos en dos grupos básicos: Los Efectos
Estimulantes y los Efectos de Frecuencia Media.
1.- Efectos Estimulantes
La despolarización repetida y la repolarización de células excitables inducen
efectos estimulantes (potenciales de acción del músculo), es decir, efectos en los
nervios y receptores así como en las fibras del músculo.
Los Posibles efectos estimulantes producidos incluyen:
0
0
0
0
0
Analgesia.
Estimulación muscular.
Músculos esqueléticos.
0
Músculo liso.
Influir en el flujo de sangre y transporte de la linfa.
Reducción del edema.
Activación del metabolismo
Activación de la lipólisis
Puede declararse por consiguiente que todas las corrientes capaces de despolarizar
las células excitables producen efectos estimulantes. Están incluidas también las
. corrientes de frecuencia bajas, como las farádicas, neofarádicas, de alto voltaje,
~
SEMINARIO DE PROYECTOS II
ESTiMULADOR MUSCULAR
triangulares, cuadradas, y corrientes ultra-estimulantes, como corrientes de
Interferencia o corrientes de frecuencia media de amplitud-modulada aplicadas
por dos electrodos.
Figura 10.- Potenciales de acción, (impulsosa los nervios o a los músculos) activados por corrientes eléctricas,
produciendo efectos estimulantes.
t
?
?
2.- Los Efectos de Frecuencia Media
En contraste con los efectos estimulantes, la despolarización repetitiva y la
repolarización no producen efectos de frecuencia media. Se producen efectos de
frecuencia media en células excitables y no excitables a través de:
0
0
El Efecto Tembloroso (usando corriente de frecuencia media).
Despolarización sostenida (usando corriente de frecuencia media).
SEMINARIO DE PROYECTOS II
0
ESTIMULADOR MUSCULAR
Transportación de Portadores de Carga Eléctrica (usando corriente directa).
Generación de Calor (usando corriente de frecuencia alta).
Los Posibles efectos de Frecuencia Media producidos incluyen:
Analgesia.
Acción Anti-inflamatoria.
Influencia en el flujo de sangre y transporte de la linfa.
Reducción del edema.
Aceleración de la regeneración.
Facilitación del metabolismo.
Activación de metabolismo a través de la formación de CAMP.
SEMINARIO DE PROYECTOS II
ESTIMULADOR MUSCULAR
OBJETIVOS:
El principal objetivo que se quiere conseguir en el desarrollo de dicho proyecto es
el de presentar una propuesta de Estimulador Muscular controlado por un
programa y una computadora personal. En estos tiempos en los que la
computación a evolucionado tanto, es necesario presentar este tipo de propuestas
que nos permiten realizar diversas tareas con un sin fin de opciones y parámetros
que se pueden conseguir con un poco de programación.
Teniendo esto en mente podemos subrayar los siguientes objetivos:
Diseñar y realizar rutinas para manejar formas de onda de estimulación básicas
como lo son la forma de onda cuadrada o la triangular.
Diseñar y realizar rutinas para graficar la forma de onda de la señal de salida en
tiempo real.
Diseñar y realizar una fuente de poder para el estimulador.
Diseñar y realizar circuitos de aislamiento para el estimulador.
Diseñar y realizar etapas de acondicionamiento de señal para el estimulador
con amplificadores de potencia y amplificadores operacionales.
Realizar pruebas de estimulación electrónicamente para ver si los circuitos
envían la señal requerida en voltaje, corriente y frecuencia.
METODOLOGÍ A.
Se trabajó de manera paralela en la implementación de este estimulador tanto en la
rama del Hardware como en la del Softwere. A continuación se listan los
materiales utilizados.
Materiales Utilizados:
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
Computadora Personal (PC).
Osciloscopio.
Transformador de 120-6 VAC a 3 amperes.
Transformador 1:l.
Puente rectificador de 4 amperes.
Regulador LM78T05 a 3 amperes.
Capacitor electrolítico 2200uf a 16v.
Dos capacitores electrolíticos de 220uf a 16v.
9. Capacitor electrolítico de lOOuf a 16v.
10.Dos capacitores cerámicos de O.luf a 5Ov
11.Capacitor cerámico de O.Oluf a 50v.
12.Capacitor cerámico de lOpf a 50v.
SEMINARIO DE PROYECTOSII
ESTlMULADOR MUSCULAR
13.Capacitor cerámico de 0.005pf a 5Ov.
14.Transistor TIP41.
15.Transistor TIP23.
l6.Dos optoaisladores ECG3221.
17.Potenciómetros de 10k ohm.
18.Temporizador LM555.
19.Convertidor analógico digital DAC0808.
20.Amplificador operacional LM358.
21.Dos Amplificadores operacionales UA741.
22.Cuatro resistencias de 100 ohm.
23.Una resistencia de 10 ohm.
24.Una resistencias de lk ohm.
25.Resistencia de 57k ohm.
26.Cuatro resistencias de 5.7k ohm.
27.Resistencia de 47 ohm.
28.Transistores ECG197 y ECG377.
29.Tablillas de experimentación.
30.Cable para puerto DB-25.
Para la construcción del estimulador muscular se realizaron las siguientes etapas
en software y hardware. Las cuales se interfasan con una computadora personal
por medio del puerto paralelo 0378 H. Las etapas de hardware fueron
ensambladas y probadas en varias tablillas de experimentación.
Etapas
del Hardware
El Hardware Consiste de las Siguientes Cinco Etapas:
1.
2.
3.
4.
5.
Circuito de Optoaislamiento.
Conversión Digital Analógica.
Acondicionamiento de Señal para la Estimulación.
Fuente de Alimentación.
Convertidor de DC-DC.
Las etapas mencionas se presentan en el diagrama a bloques de la figura 11.
SEMINARIO DE PROYECTOS II
ESTlMULADOR MUSCULAR
Figura 11. Etapas del Hardware del Estimulador Muscular.
t
Conversión
DigitailAnalógica
Circuito de
Optoaislam ien to
t
Acondicionamiento
de la señal
+
-7-r
I
v
Fuente de
Alimentación
Convertidor
de DC-DC.
Electrodos
El funcionamiento de las etapas del hardware antes mencionadas es el siguiente.
1.- Circuito de Optoaislamiento.
El objetivo de este circuito es el de brindar al estimulador el aislamiento eléctrico
necesario de las señales digitales provenientes de la computadora. Este
aislamiento se realiza de manera óptica para así evitar corrientes de fuga y para
lograr una división eléctrica entre la computadora y el estimulador eléctrico. El
circuito se compone de dos optoaisladores ECG3221 y cuatro resistencias de 100
ohms las cuales limitan la corriente que pasa por el diodo emisor de luz y también
la que pasa por el fototransistor. Verificar en el diagrama de la figura 12.
2.-Conversión Digital Analógica.
Esta etapa se encarga de convertir la señal de la computadora (digital) en una
señal analógica la cual pueda ser acondicionada y a su vez enviada hacia los
electrodos. Se compone del convertidor digital analógico DAC0808 y sus
elementos eléctricos afines.
SEMINARIO DE PROYECTOS II
ESTIMULADOR MUSCULAR
Figura 12.- Circuito de Optoasilamiento utilizado para aislar las señales eléctricas provenientes
de la computadora.
I'
II
I'
ECG 3221
d
iao OHM
SEMINARIO DE PROYECTOS II
ESTIMULADOR MUSCULAR
3.- Circuito de Acondicionamiento de la Señal.
Este circuito se encarga de brindar tres salidas para los electrodos, las cuales
proporcionen la correcta estimulación. Esta etapas se compone de los
amplificadores de potencia y operacionales, para dar las siguientes salidas:
A) Salida de voltaje (O-1Volts) con 50 miliamperes de limitación.
B) Salida de corriente (0-100 miliAmperes) con 5 voltios de limitación.
C) Salida de corriente (0-1 Amperes) con 5 voltios de limitación.
En realidad la salida marcada en el inciso C) es una salida adicional que maneja
corriente y maneja la misma forma de onda que la salida marcada en el inciso B).
Esta salida que se le ha agregado al estimulador se hizo con el fin de proporcionar
una posibilidad extra de estimulación. Como esta salida maneja mayor corriente
puede ser utilizada, por ejemplo, como un desfibrilador para animales de
laboratorio.
Estos circuitos de salida se muestran en la figura 13 con más detalle.
La parte A) se compone de un amplificador LM358 el cual reúne muchas de las
cualidades de otros amplificadores operacionales pero trabaja con una
alimentación de voltaje de O y 5 voltios. La parte B) se compone de otro
amplificador LM358 y un transistor TIP23. Y la parte C) por el amplificador de
potencia formado por el UA741 y los transistores ECG197 y el ECG377.
4. Fuente de Alimentación.
Esta se encarga de alimentar a todo el estimulador con 5VDC y se compone
principalmente del LM78T05 un regulador a tres amperes de corriente, el
transformador reductor de 120 a 6 VAC y el puente rectificador (ver la figura 14).
5. Convertidor de DC a DC.
Este circuito tiene el objetivo de suministrar un voltaje aislado principalmente a la
ultima etapa del circuito o para las partes del estimulador que pueden provocar
una corriente de fuga hacia el paciente. Este circuito se compone principalmente
de un oscilador LM555 el cual genera una señal cuadrada de cero a cinco voltios
con una frecuencia de 48 kHz, un transistor TIP 41 el cual da una ganancia en
corriente al pulso, un transformador de 1:l con núcleo de ferrita para aislar el
voltaje de forma inductiva, un puente de diodos y dos capacitores de 220 uF los
cuales rectifican un voltaje aislado de 5 VDC para alimentar al estimulador
eléctrico y evitar corrientes de fuga hacia los electrodos (ver la figura 14).
ESTIMU LADOR MUSCULAR
SEMINARIO DE PROYECTOS II
Figura 13.- Etapa Eléctrica de Acondicionamiento de la Señal.
VCC
T
1K OHM
1
1OPF
I
II
t
180 OHM
NTE 197
II
5.7K OHM
57k OHMO .OOSPF
I
74 1
I
1K OHM
5.7K OHM
4
1
180 OHM
SALIDADE
(o-5)V
AD COSO8
SEMINARIO DE PROYECTOSI1
ESTIMULADOR MUSCULAR
Figura 14.- Etapa de la Fuente de Poder y Etapa del Convertidor de DC a DC.
FURNTEDE
REGULADOR
PODER
DE 3 AMPERES
.
120 A
6 VAC
5VDC
LM78To5
l 2
220ouF
*
3AlvlpEREs
5 VDC
5 mc
T
I
4
8
7
3
3
10K OHM
TIP4 1
555
5
2
6
..
/p
I
)
0.luF
1:1
vcc
2200UF
-
220QUF
VEE
SEMINARIO DE PROYECTOS II
ESTIMULADoR MUSCULAR
Etapas
del Software.
Dentro del software se realizaron las siguientes etapas:
1. Presentación de menús para opciones de estimulación y captura de parámetros
de estimulación.
2. Funciones para la obtención de formas de onda cuadrada y triangular para el
envío por el puerto paralelo en forma digital.
3. Funciones para graficar la forma de onda de la señal de salida en pantalla.
1.- Presentación de menús para opciones de estimulación y captura de parámetros
de estimulación.
Esta etapa presenta los siguientes parámetroc de estimulación (ver figura 15):
A) Amplitud/ Intensidad.
B) Magnitud del estímulo.
C) Forma de onda : cuadrada o triangular.
D) Duración del estimulo.
E) Frecuencia de la señal del estimulo.
Recopilando a su vez los parámetros de estimulación para mandarlos a las
diferentes funciones del programa.
Figura 15.- Menú de Inicio en el Software del Estimulador Muscular.
SEMINARIO DE PROYECTOSII
ESTIMULADOR MUSCULAR
A demás el Software está diseñado para modificar cualquiera de los parámetros
del estímulo de manera individual sin necesidad de tener que reprogramar todos
los parámetros del estímulo.
Figura 16.- Pantalla que se le muestra al usuario para modificar los parámetros de manera mdividud
2.- Funciones para la obtención de formas de onda cuadrada y triangular para el
envío por el puerto paralelo en forma digital.
La salida de los datos se obtiene directamente de los pines del puerto con el cable
que tiene dos conectores DB-25 para puerto paralelo.
SEMINARIO DE PROYECTOSI1
ESTlMULADOR MUSCULAR
Las rutinas son las siguientes:
Rutina para generar señal cuadrada:
void cuadrada() /* señal cuadrada: se gráfica y saca al puerto LPTl
{
int x=85,magnitudaux,magnitudint,bajo;
float magnitudflo;
*/
periodo=lOOO/frecuencia; /* cada pixel en el eje x equivale a 1 mseg */
/* se trunca al flotante periodo en entero */
periodoaux=periodo;
bajo=periodoaux-duracion;
if(ampint==O)grafica();
if(ampint==l)graficacorriente();
magnitudaux=magnitud/lO; /* trabajar con la décima parte de la escala */
setcolor(l4);moveto(x,425);
while (xc 550)
/* se gráfica la señal cuadrada */
/*
en
el
monitor */
I
lineto( x,425-magnitudaux);delay(50);
x=x+duracion;
lineto(x,425-magnitudaux);delay(50);
lineto (x,425);delay(50);
x=x+bajo;
lineto(x,425);delay(50);
1
parametroc();
boton(2);ajustar();
/* continúa etapa para enviar al puerto LPTl
*/
if(ampint==0){x=0x0F;outportb(puerto2,x);} /* estimulo voltaje */
if(ampint==l)(x=OxOO;outportb(puerto2,x);} /* estimulo corriente */
magnitudflo=magnitud/3.92; /* para dar la equivalencia a la máxima escala255 */
magnitudint=magnitudflo; /* se trunca al flotante en entero */
while(!kbhit()) /* se envía al puerto LPT1: 378h */
/* mientras no se presione alguna tecla */
{
outportb(puerto,magnitudint); / * parte alta */
delay(duracion);
outportb( puerto,O);
delay(baj0);
1
tecla=getch();
1
/*
parte baja */
~~
SEMINARIO DE PROYECTOS II
ESTIMULADOR MUSCULAR
Rutina para generar señal triangular
void triangular() /* señal triangular: se gráfica y saca al puerto LPTl */
{
int x=85,y,tiempo,bajo,magnitudaux,magnitudint;
float magnitudflo,incflo,yflo,duracionaux;
periodo=lOOO/frecuencia; /* cada pixel en el eje x equivale a 1 mseg */
periodoaux=periodo;
/* se trunca al flotante periodo en entero */
bajo=periodoaux-duracion;
if(ampint==O)grafica();
if(ampint==l)graficacorriente();
magnitudaux=magnitud/lO; /* décimo de la escala de la señal en pantalla */
setcolor(l4);moveto(x,425);
while(xc550)
/* se gráfica la señal triangular */
{
x=x+duracion;
lineto(x,425-magnitudaux); /* x es el incremento en el eje X */
delay(5O);
lineto (x,425);
x=x+bajo;
lineto(x,425);
delay(50);
1
parametroso;
boton(2);ajustar();
/* continúa etapa para enviar al puerto LPTl */
if(ampint==0){x=0x0F;outportb(puerto2,x);} /* estimulo voltaje */
if(ampint==1){x=0x00;outportb(puerto2,x);} /* estimulo corriente */
duracionaux=duracion;
magnitudflo=magnitud/3.92; /* para dar la equivalencia a la máxima escala:255 */
magnitudint=magnitudflo; /* se trunca al flotante en entero */
incflo=magnitudint/duracionaux; /* se maneja variable incremento en tipo flotante */
while(!kbhit()) /* se envía al puerto LPT1: 378h */ /* por la división */
/* mientras no se presione alguna tecla */
{
yflo=incflo;
/* para la primer salida a puerto */
y=yflo;
/* se trunca */
for(tiempo=l; tiempo<=duracion; tiempo++)
/* y es la amplitud */
{
outportb(puert0,y); /* sacar triangular al puerto */
yflo=yflo+incflo; /* los escalones en la señal triangular */
/* se trunca a la variable flotante */
y=yflo;
/* espera 1 milisegundo */
delay(1);
1
outportb(puerto,O);
delay(baj0);
1
tecla=getch(); }
/* parte baja de la señal triangular */
SEMlNARlO DE PROYECTOS I1
ESTlMULADOR MUSCULAR
3.- Funciones para graficar la forma de onda de la señal de salida en pantalla.
Estas funciones grafican la forma de onda de la señal de salida por medio de líneas
y no de puntos o pixeles, lo hace fuera de línea o de manera diferida.
Este programa no hace uso de interrupciones ya que en realidad la base de tiempo
que nos puede servir es el que genera la función de Delay(); de Turbo C.
Los siguientes dibujos que se muestran en las figuras 17 y 18 nos muestran las
pantallas que se le presentan al usuario. Podemos observar la forma de onda de
salida para que el usuario la visualice. En estas pantallas el usuario puede observar
en el eje de las abcisas la base de tiempo en unidades de milisegundo, y en el eje de
las ordenadas se le presenta la magnitud del estímulo, que puede tener unidades
de voltaje (voltios) o unidades de corriente (miliamperes). También se presentan
otros parámetros importantes como son la frecuencia, el periodo, la duración y la
forma de la señal.
Figura 17.- Pantalía presentada al usuario donde se observan todos los parámetros del estímulo y la forma de
una señal cuadrada arbitrariamente escojida.
SEMINARIO DE PROYECTOS II
ESTIMULADOR MUSCULAR
Figura 18.- Pantalla presentada al usuario donde se observan todos los parámetms del estímulo y la forma de
una señal triangular arbitrariamente escojida.
Hay que mencionar que estas pantallas presentadas al usuario tienen colores (no
están hechas a blanco y negro) que hacen un poco más amable el manejo y la
visualización de las señales, los mensajes y los parámetros presentados.
SEMlNARiO DE PROYECTOSii
/*
/*
/*
/*
/*
/*
/*
ESTIMULADOR MUSCULAR
Universidad Autónoma Metropolitana. (Iztapalapa)
Seminario de Proyectos I1
" E S T I M U L A D O R
M U S C U L A R "
Profesor: Norbert0 Ramírez Mandujano.
Alumnos :
Alvarez Tapia Roberto.
Ramos Aceves Luis Eduardo.
#include
#include
#include
#include
#include
#include
*/
*/
*/
*/
*/
*/
*/
<graphics.h>
<stdlib.h>
<stdio.h>
<dos.h>
<conio.h>
<math.h>
#define puerto 0x378
#define puerto2 Ox37A
/*LPTl*/
/*LPTl*I
void ventanawingraf(int izq,int arri,int der,int aba,int ESTADO);
void menu( ;
void ajustar 0 ;
void pedir ( ) ;
int valores (char ajuste);
void parametros ( ) ;
void anteriores ( ) ;
void grafica ( ) ;
void graficacorrienteo;
void cuadrada i ) ;
void triangular();
void botoníint b);
int inicializa( ) ;
char bufferL501;
int ampint=0,magnitud=1000,forma=0,duracion=l0,frecuencia=20;
float periodo=l;
/ * variables globales y valores por default * /
int periodoaux=l,inicio;
char tecla;
void menu()
/ * procedimiento gráfico para mostrar un menú al usuario * /
cleardevice( ) ;
ventanawingraf(O,O, getmaxx ( ) ,getmaxy ( ) ,O) ;
ventanawingraf(10,10,310,50,O) ;
outtextxy(70,20,"SEMINARIO DE PROYECTOS 11");
outtextxy(70,30,"ESTIMULADOR MUSCULAR."):
setcolor(1) ;
outtextxy(10,100,"PARAMETROS DEL ESTIMULO: " ) ;
outtextxy(10,130,"a) Amplitud/Intensidad: Amplitud=O
Intensidad=l
outtextxy(l0,140,"m) Magnitud del estímulo: (1-1OOOmV)
(1-1oomA )
outtextxy(l0,150,"o) Onda:
Cuadrada=O
triangular=l
outtextxy(l0,160,"d) Duración:
( 1-900
milisegundos
outtextxy(i0,17O,"f) Frecuencia:
( 1-500 Ó
l/duraciónl Hz
I
ESTIMULADOR MUSCULAR
SEMINARIO DE PROYECTOS II
void ajustar()
/ * procedimiento gráfico para mostrar un menú de ajustes * /
(
setcolor ( 1 );
outtextxy(450,100,"PARAMETROS DE AJUSTE
outtextxy(450,130,"<--presione
outtextxy(450,140,"<--presione
outtextxy(450,150,"<--presione
outtextxy(450,160,"<--presione
outtextxy(450,170,"<--presione
I
void pedir0
") ;
(a) ") ;
(m)
'I)
;
( o ) ") ;
(d)
(f)
") ;
");
/ * pide valores del estímulo * /
I
outtextxy(l5,190,"INTRODUCIR VALORES: " ) ;
setfi11sty1e~0,1);bar(15,205,180,225);gotoxy(4,14);
1
int valores(char ajuste)
(
/ * se adquieren los valores o parámetros * /
/ * del estímulo * /
int nun;
periodo=lOOO/frecuencia;
/ * cada pixel en el eje x equivale a 1 mseg * /
periodoaux=periodo;
/ * se trunca al flotante periodo en entero * /
float auxfrec;
menu0;anterioresO;pedirO;
if (ajuste=='a') I printf ("a):
;scanf("%d",&ampint);
if(ampint>ll lampint<O) ajuste='z'; 1
if (ajuste=='m')
{ printf ("m): ' I ) ;scanf("%d",&magnitud);
if(ampint==l)magnitud=magnitud*lO;
if(magnitud>10001 Imagnitud<l) ajuste='z'; 1
if (ajuste=='o') { printf ( " o ) : " ) ;scanf("%d",&forma);
if(forma>ll Iforma<O) ajuste='z'; 1
if (ajuste=='d') { printf ("d): ");scanf ("%d",&duracion);
if(duracion>periodoaux & & inicio==O)
'I)
{
setcolor(l2);
/ * pinta mensaje * /
outtextxy(300,200,"; Duración > Periodo ! " ) ;delay(3000);
setcolor(3);
/ * borra mensaje * /
outtextxy(300,200,"; Duración > Período !");delay(500);
setcoior(l2);
/ * pinta mensaje * /
outtextxy(300,200," Reajustar Frecuencia");delay(3000);
tecla='f';
/ * si dura mas que el periodo hay * /
return(0);
I
/ * que recalcular la frecuencia * /
if(duracion>9001 Iduracion<l) ajuste='z';
I
auxfrec=lOOO/duracion; / * la máxima frecuencia posible sin traslape * /
if (ajuste=='f') I printf("f): ");scanf ("%d",&frecuencia);
if(frecuencia>5001Ifrecuencia>auxfreclIfrecuencia<l) ajuste='z'; 1
/ * ajuste=z significa un dato erróneo * /
if(ajuste=='z') I menu0;pedirO;
for (num=O; num<5; nun++)
I
setcolor(l2);
outtextxy(300,200,"; VALOR FUERA DE RANGO !");delay(400);
setcolor(3);
outtextxy(300,200,"; VALOR FUERA DE RANGO !");delay(200);
I
return(0); / * código de error en el rango de los datos * /
I
returnil);
/ * código correcto de datos validados * /
I
ESTIMULADOR MUSCULAR
SEMINARIO DE PROYECTOS II
void parametros0
/ * se despliegan los actuales parámetros * /
1
setcolor (7);
/ * del estímulo en la pantalla * /
periodoaux=periodo;
/ * se trunca al flotante periodo en entero * /
if (ampint==O)
I
sprintf (buffer,"ESTIMULO: voltaje. ' I ) ;
outtextxy(15*8,26*8,buffer);
sprintf (buffer,"MAGNITUD: %d mV.",magnitud);
outtextxy(15*8,28*8,buffer);
I
if(ampint==l)
I
sprintf (buffer,"ESTIMULO: Corriente.");
outtextxy(l5*8,26*8,buffer);
sprintf (buffer,"MAGNITUD: %d mV.",magnitud/lO);
outtextxy(15*8,28*8,buffer);
}
if ( forma==O)
(
sprintf (buffer,"FORMA: Cuadrada.");
outtextxy(15*8,30*8,buffer);
I
if(forma==l)
1
sprintf (buffer,"FORMA: Triangular.") ;
outtextxy(l5*8,30*8,buffer) ;
i
sprintf (buffer,"DURACIÓN: %d mSeg. ",duration);
outtextxy(45*8,26*8,buffer);
sprintf (buffer,"FRECUENCIA: %d Hz. ",frecuencia);
outtextxy(45*8,28*8,buffer);
sprintf (buffer,"PERIODO: ad mCeg.",periodoaux) ;
outtextxy(45*8,30*8,buffer);
I
void anteriores0
/ * se despliegan los anteriores parámetros * /
I
/ * del estímulo en la pantalla en caso de un reajuste * /
int begin=230;
ventanawingraf(220,250,450,410,
O);
setcolor (WHITE);
outtextxy (250,255,"VALORES ANTERIORES");
setcolor(BLUE);
if ( ampint==O )
I
sprintf (buffer,"ESTIMULO : Voltaje.");
outtextxy(begin,35*8,buffer);
sprintf (buffer,"MAGNITUD : %d mV.",magnitud) ;
outtextxy(begin,37*8,buffer);
if (ampint==l)
I
sprintf (buffer,"ESTIMULO : Voltaje.") ;
outtextxy(begin,35*8,buffer);
sprintf (buffer,"MAGNITUD : %d mV. ",magnitud);
outtextxy(begin,37*8,buffer);
I
if(forma==O)
1
sprintf (buffer,"FORMA
: Cuadrada. " ) ;
outtextxy(begin,39*8,buffer);
1
if ( forma==l)
1
sprintf (buffer,"FORMA
: Triangular.");
outtextxy(begin,39*8,buffer);
)
sprintf (buffer,"DURACIÓN : %d mSeg.
outtextxy(begin,41*8,buffer);
'I,
duracion);
SEMINARIO DE PROYECTOS II
I
ESTIMULADOR MUSCULAR
sprintf (buffer,"FRECUENCIA: %d H z . ",frecuencia);
outtextxy(begin,43*8,buffer);
sprintf (buffer,"PERIODO
: 8d mSeg. ",periodoaux):
outtextxy(begin,45* 8,buffer);
void graficao / * ventanas gráficas de la señal a l usuario * /
I
setfillstyle(l,4);bar(l0,190,630,460); / * recuadro de fondo rojo * /
setcolor(l5); rectangle(10,190,630,460);
setfillst le(O,l);bar(80,190,630,431); / * recuadro de fondo negro * /
rectangle 80,190,630,431):
outtextxy 15,200,"Magnitud"); / * mensajes del eje X * /
outtextxy 42,322,"1000-") ;
outtextxy 42,372," 500-");
O-");
outtextxy 42,422,"
/ * mensajes del eje Y * /
outtextxy 85,440,"O");
outtextxy 185,440,"100");
outtextxy 285,440, "200");
outtextxy 385,440,"300");
outtextxy(485,440,"400") ;
outtextxy(530,440,"Tiempo[mSegl");
setcolor ( 6 ) ;
/ * color brown para las referencias * /
outtextxy(80,320,".................................................
");
outtextxy(80,370,"
");
outtextxy(80,420,".................................................
");
I
.................................................
void graficacorriente0
/ * ventanas gráficas de la señal
al
usuario * /
{
setfillstyle(l,4);bar(l0,190,630,460); / * recuadro de fondo r o j o * /
setcolor (15); rectangle(l0,190,630,460) ;
setfillstyle(O,l);bar(80,190,630,431); / * recuadro de fondo negro * /
rectangle(80,190,630,431);
outtextxy(15,200,"Magnitud"); / * mensajes del eje X * /
outtextxy(42,322," loo-");
outtextxy (42,372," 50-");
outtextxy(42,422,"
O-") ;
outtextxy(85,440,"O") ;
/ * mensajes del eje Y * /
outtextxy(185,440,"100");
outtextxy(285,440,"200");
outtextxy(385,440," 3 0 0 " ) ;
outtextxy(485,440,"400");
outtextxy(530,440,"Tiempo[mSeg]");
setcolor ( 6 );
/ * color brown para las referencias * /
outtextxy(80,320,".................................................
") ;
outtextxy(80,370,"
") ;
outtextxy(80,420,".................................................
") ;
I
.................................................
void cuadrada ( )
/ * señal cuadrada: se gráfica y saca a l puerto LPTl * /
I
int x=85,magnitudaux,magnitudint,bajo;
float magnitudflo;
periodo=lOOO/frecuencia;
/ * cada pixel en el eje x equivale a 1 mseg * /
periodoaux=periodo;
/ * se trunca al flotante periodo en entero * /
bajo=periodoaux-duracion;
if (ampint==O)grafica();
if(ampint==l)graficacorriente();
magnitudaux=magnitud/lO;
/ * trabajar con la décima parte de la escala * /
setcolor(l4);moveto(x,425);
while (x<550)
/ * se gráfica la señal cuadrada * /
t
/ * en el monitor * /
lineto (x,425-magnitudaux)idelay(50);
~
SEMINARIO DE PROYECTOS II
ESTIMULADOR MUSCULAR
x=x+duracion;
lineto(x,425-magnitudaux);delay(50);
lineto(x,425);delay(50);
x=x+ba jo ;
lineto (x,425);delay(50);
I
parametros ( ) ;
boton ( 2 );ajustar( 1 ;
/ * continúa etapa para enviar al puerto L P T l * /
if(ampint==O){x=OxOF;outportb(puertoZ,x);} / * estímulo voltaje * /
if(ampint==l){x=OxOO;outportb(puertoZ,x);} / * estímulo corriente * /
magnitudflo=magnitud/3.92; / * para dar la equivalencia a la máxima escala:255 * /
magnitudint=magnitudflo; / * se trunca al flotante en entero * /
while ( ! kbhit ( ) )
/ * se envia a l puerto L P T 1 : 378h * /
I
/ * mientras no se presione alguna tecla * /
outportb(puerto,magnitudint);
/ * parte alta * /
delay(duracion);
/ * parte baja * /
outportb (puerto,O) ;
delay(bajo);
tecla=getch( )
I
;
void triangular()
/ * señal triangular: se gráfica y saca al puerto L P T l * /
t
int ~=85,y,tiempo,bajo,magnitudaux,rnagnitudint;
float magnitudflo,incflo,yflo,duracionaux;
periodo=lOOO/frecuencia;
/ * cada pixel en el eje x equivale a 1 mseg * /
periodoaux=periodo;
/ * se trunca a l flotante periodo en entero * /
bajo=periodoaux-duracion;
if (ampint==O)grafica();
if(ampint==l)graficacorrienteO;
magnitudaux=magnitud/lO;
/ * décimo de la escala de la señal en pantalla * /
setcolor(l4);moveto(x,425);
while (x<550)
/ * se gráfica la señal triangular * /
{
x=x+duracion;
lineto(x,425-magnitudaux);
delay(50);
lineto (x,425);
x=x+bajo ;
lineto (x,425);
delay(50);
/ * x es el incremento en el eje
X
*/
1
parametros ( ) ;
boton(Z);ajustar();
/ * continúa etapa para enviar a l puerto L P T l * /
if(ampint==O){x=OxOF;outportb(puerto2,x);l / * estímulo voltaje * /
if(ampint==l){x=0x00;outportb(puerto2,x);} / * estímulo corriente * /
duracionaux=duracion;
magnitudflo=magnitud/3.92; / * para dar la equivalencia a la máxima escala:255 * /
magnitudint=magnitudflo;
/ * se trunca al flotante en entero * /
incflo=magnitudint/duracionaux;
/ * se maneja variable incremento en tipo flotante * /
while ( ! kbhit ( ) )
/ * se envía al puerto L P T 1 : 378h * /
/ * por la división * /
I
/ * mientras no se presione alguna tecla * /
yflo=incflo;
/ * para la primer salida a puerto * /
y=yflo;
/ * se trunca * /
for(tiempo=l; tiempo<=duracion; tiempo++)
/ * y es la amplitud * /
I
outportb(puert0,y); / * sacar triangular a l puerto * /
yflo=yflo+incflo;
/ * los escalones en la señal triangular * /
y=yflo;
/ * se trunca a la variable flotante * /
delay(1);
/ * espera 1 milisegundo * /
)
outportb (puerto,O) ;
delay(bajo);
I
tecla=getch( ) ;
/ * parte baja de la señal triangular * /
ESTIMU LADOR MUSCUMR
SEMINARIO DE PROYECTOS II
void boton (int b)
/ * procedimiento para dibujar botones * /
1
/ * dibujar botón tipo 1*/
if (b==l)
t
delay(1000);
setcolor (7); rectangle(159,319,439,360);
setfillstyle(1,O); bar(165,325,445,365); / * fondo negro y estilo normal * /
setfillstyle(l,4); bar(160,320,440,360); / * fondo r o j o y estilo normal * /
setcolor (14) ;
outtextxy(185,328,"Salir o Continuar: [ S / C I " ) ;
outtextxy(185,342,"Estímulo por default: P
' I ) ;
)
/ * dibujar botón tipo 2*/
if (b==2)
t
delay(1000);
setcolor(7); rectangle(359,29,610,70);
setfillstyle(1,O); bar(365,35,615,75); / * fondo negro y estilo normal * /
setfillstyle(l,4); bar(360,30,610,70); / * fondo rojo y estilo normal * /
setcolor í 14 ;
outtextxy(370,38,"Eniviando por el puerto LPT1");
outtextxy(370,52,"Salir o Nuevo [ S / N I:");
I
I
int inicializa( 1
/ * se inicializan los gráficos * /
t
int gdriver=9,gmode=2,errorcode;
/ * EGA 640x350 * /
initgraph (Lgdriver,&gmode, \\bgi");
errorcode=graphresult();
/ * codigo de error=resultado de inc.*/
if ( errorcode ! = grOk )
/ * si codigo de error ! = O * /
(
printf ("\nError de inicialización en gráficos");
printf ("\n%s",grapherrorrnsg(errorcode) ) ;
/ * mensaje de error * /
getch í ) ;
/*
en gráficos
*/
return (O);
I
return (1);
/ * regresa 1 de inicialización * /
I
'I.
void ventanawingraf(int izq,int arri,int der,int aba,int ESTADO)
I
setfillstyle(SOL1D-FILL,LIGHTGRAY) ;
if (ESTADO==l)
t
setcolor(WH1SE);
bar3d(izq,arri,der,aba, O, 1);
setcolor (BLACK);
line (izq,arri,der,arri);
line (izq,arri,izq,aba);
I
else
1
setcolor(BLACK);
bar3d(izq,arri,der,aba, O, 1);
setcolor(WH1TE);
line(izq,arri,der,arri);
line(izq,arri,izq,aba);
1
\
SEMINARIO DE PROYECTOS II
void main0
I
int datos;
if ( inicializa0
);
ESTIMULADOR MUSCULAR
/ * si inicializó correctamente los gráficos * /
(
iniciar:
/ * etiqueta * /
inicio=l;
menu ( ) ;
boton ( 1 ) ;
tecla=getch( ) ;
if (tecla=='s' 1 I tecla=='S') / * procedimiento para salir del programa * /
I closegraph ( ) exit(0); ) / * cerrar gráficos y salir del programa * /
if (tecla!='p' & & tecla!='P') / * procedimiento para ajustar por default * /
(
datos=valores('a' ;while(datos==O) (datos=valores('a');}
datos=valores( 'm' ;while(datos==O) (datos=valores('m');]
datos=valores('o' ;while(datos==O) [datos=valores('o');]
datos=valores( 'd' ;while(datos==O) [datos=valores('d');I
datos=valores( f' ;while (datos==O) {datos=valores( ' f' ) ;I
I
inicio=O;
formas:
if (forma==O) cuadrada();
if(forma==l) triangular();
I
/*
/*
/*
/*
se piden y se validan
todos los datos del
estímulo hasta que
todos correctos
if (tecla=='s' I I tecia=='S') / * procedimiento para salir del programa * /
1 closegraphO;exit(O); I
/ * cerrar gráficos y salir del programa * /
if (tecla=='n' I I tecla=="')
/ * procedimiento para iniciar el programa * /
( goto iniciar; }
if (tecla=='a'I Itecla=='m'I Itecla=='o'I Itecla=='d'I Itecla=='f')
/ * ajustar valores de cualquier parámetro a , m, o, d o f * /
( menu í i ;
datos=valores(tecla);
while(datos==O) Idatos=valores(tecla);]
goto formas;
I
goto iniciar;
I
*/
*/
*/
*/
SEMINARIO DE PROYECTOS II
ESTi MULADOR MUSCULAR
OBJETIVOS ALCANZADOS
0
0
0
0
0
La realización del un Estimulador Eléctrico, el cual se ha controlado a través del
puerto paralelo LPTl de una computadora personal.
Se diseñaron y realizaron rutinas para manejar formas de onda de estimulación.
Se diseñaron rutinas para graficar la forma de onda de la señal de salida en
forma diferida o fuera de línea.
Se diseño y realizó una fuente de poder para el estimulador.
Se diseño y realizó la etapa de aislamiento para el estimulador.
Se realizaron etapas de acondicionamiento de la señal para el estimulador con
amplificadores de potencia y amplificadores operacionales.
Se realizaron pruebas de estimulación electrónicamente para ver si los circuitos
enviaban la señal requerida en voltaje, corriente y frecuencia.
En general todos los objetivos inicialmente propuestos se alcanzaron e inclusive
algunos de ellos se perfeccionaron.
CONCLUSIONES
Las pruebas electrónicas de estimulación se realizaron colocando resistencias de
carga en las tres salidas de estimulación y observando que la señal, vista en el
osciloscopio, coincidiera en frecuencia y altura del pulso con la señal que estaba
siendo enviada por el puerto paralelo de la computadora. También se midió la
corriente en el osciloscopio, con el uso de una resistencia de valor conocido y así
poder obtener una señal de voltaje en la pantalla.
SEMINARIO DE PROYECTOS II
ESTlMULADOR M USCUiAR
Por otro lado, la utilización de los estimuladores musculares es importante en el
tratamiento de las distintas enfermedades; como en el caso del estimulador
transcutaneo de RF, el cual nos sirve para aliviar el dolor, o para evitar la
incontinencia como en el caso del estimular de vejiga. Los estimuladores eléctricos
tienen una amplia gama de usos y posibilidades dentro del ambiente clínico,
podemos mencionar así al desfibrilador, al marcapasos y los cardioversores los
cuales son utilizados para salvar vidas, que de otra forma estarían condenadas. Los
estimuladores musculares alivian en algunos casos problemas clínicos provocados
por daño neurológico y también contribuyen en el flujo sanguineo, influyen en el
metabolismo, provocan una acción antinflamatoria, etc. Es por ello importante no
dejar rezagada esta tecnología que brinda tantas posibilidades y seguir en esta
rama de la investigación desarrollando tecnología útil para el cuidado de la salud.
Prof. Norbert0 Ramírez Mandujano
SEMINARIO DE PROYECTOS II
ESTIMULADOR MUSCULAR
ECG Master Guide Remplacement. 18Th Edition. 1998.
Geddes, L.A. Baker, L.E., Moore A.G. & Coulter, T.W. Hazards in the Use of Low
Frecuencies for the Measurement of Physiological Events by Impedance. Med. &
Bio. Eng. 1969. 7,289-296.
H.M Deitel, P.J Deiltel. Como Programar En C/C++. Segunda Edición. Pretince
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Junqueira L.C., Carneiro J., Kelley R.O. Basic Histology, Prentice Hall, 1989.
Jhon G. Webster, Medical Instrumentation Aplications and Desing. Pretince Hall.
1986.
Kent M. Van de Graaff, R. Ward. Anatomía y Fisiología Humanas. Interamericana,
McGraw Hill, 1987.
Kumazawa, T. 1968/69. Excitation of Muscle Fibre Membrane by Means of
Transversely Applied Middle Frecuency Current Pulses. Helv. Physiol. Acta 26,
257/269.
Lehninger, A.L. Biochemie (2.aufl). Weinheim, New York. Verlag Chemie. 1979.
Motorola Analogic/Interface Ics device Data Vol. 1 Y 2.1992.
Robert F. Coughlin, Frederick F. Driscoll. Amplificadores Operacionales y
Circuitos Integrados Lineales. 1994.
Ronald j. Tocci. Sistemas Digitales Principios y Aplicaciones. Pretince Hall. 1990.
Savant ,Roden ,Carpenter. Diseño Electrónico de Circuitos y Sistemas. .AddisonWesley Iberoamericana. 1988.
Senn, E. Reactive Depolarization of Muscle Fibre Membrane whit Slowly
Increasing Middle Frecuency Current Flow. Exper. 25,944-949.1969.