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ESCUELA POLITÉCNICA NACIONAL
Facultad de Ingeniería Eléctrica
DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE UN ELECTROESTIMULADOR MUSCULAR
WASHINGTON ALEXIS BRACERO TOBAR
Tesis Previa a la Obtención del Título de
INGENIERO ELECTRÓNICO DE LA ESCUELA POLITÉCNICA NACIONAL
QUITO
1996
4/
Dr. Luis Corrales
CERTIFICA
Que el presente trabajo ha sido
prolijamente revisado. Por lo tanto,
autorizo la presentación de esta
tesis; la misma que está de acuerdo a
las normas establecidas en el
Reglamento Interno de la Universidad.
Quito, 21 de Marzo de 1996
Dr/. Lui/s Corrales
DIRECTOR DE TESIS
DEDICATORIA
A Dios, mi Esposa, Padres y
Hermanos que siempre me
brindaron su amor y
compresión.
i
AGRADECIMIENTO
A los profesores de la Escuela
Politécnica Nacional, que durante
algunos años, me guiaron en el
camino de la ingeniería.
Mi especial agradecimiento al Dr.
Luis Corrales por su acertada
dirección.
111
ÍNDICE GENERAL
PAG,
INTRODUCCIÓN
CAPITULO 1
1.1. ANTECEDENTES Y JUSTIFICACIÓN 2
1.2. FISIOLOGÍA NEUROMUSCULAR 4
1.2.1. FASE O 9
1.2.2. FASE 1 11
1.2.3. FASE 2 11
1.2.4. FASE 3 13
1.3. DESCRIPCIÓN GENERAL DEL PROCESO DE ELECTRO-
ESTIMULACION 14
1.4. TIPOS DE SEÑALES UTILIZADAS EN ELECTRO-
ESTIMULACION MUSCULAR 16
1.4.1. GALVÁNICA PURA O CONTINUA
IONTOFORESIS 18
1.4.2. GALVÁNICA INTERRUMPIDA 24
1.4.3. CORRIENTE FARADICA RECTANGULAR
SINGULAR TRABERT 27
1.4.4. GALVANJCA-FARADICA EXPONENCIAL
PROGRESIVA 29
iv
PAG.
1.4.5. FORMAS MODULADAS ELECTRO-
GIMNASIA. 32
1.4.6. CORRIENTES DIADINAMICAS DE
BERNARD 3 6
1.5. DETERMINACIÓN DE LAS VARIABLES RELACIONADAS
CON EL PROCESO DE ELECTROESTIMULACION
MUSCULAR. 37
CAPITULO 2
DISEÑO DEL HARDWARE 41
2.1. DISEÑO DE LA TARJETA DE CONTROL DEL
ELECTRO-ESTIMULADOR. 42
2.2. DISEÑO DE LA SECCIÓN DE ESTIMULACIÓN. 61
CAPITULO 3
PRUEBAS Y RESULTADOS 77
3.1. PRUEBAS DEL EQUIPO. 77
3.2. RESULTADOS. 82
3.3. ANÁLISIS ECONÓMICO 83
v
PAG
CAPITULO 4
COMENTARIOS Y CONCLUSIONES 86
4.1. COMENTARIOS 8 6
4.2. CONCLUSIONES 87
BIBLIOGRAFÍA 90
ANEXOS 91
ÍNDICE DE TABLAS
PAG.
1.1. CLASIFICACIÓN DE LAS FIBRAS NERVIOSAS
PERIFÉRICAS DE ACUERDO A LA VELOCIDAD
DE CONDUCCIÓN. 16
2.1. DATOS PARA CADA UNA DE LAS ETAPAS DE
AMPLIFICACIÓN 47
2.2. CORRIENTE DE CONTINUA Y VOLTAJE PICO
NECESARIOS PARA LA FUENTE DEL EQUIPO 75
2.3. CAPACIDAD DEL CONDENSADOR PARA LAS
DIFERENTES FUENTES 76
3.1. VALORES HALLADOS SOBRE RESISTENCIA DE
PRUEBA 78
3.2. VALORES HALLADOS SOBRE PERSONAS 80
3.3. VALOR PICO DE CORRIENTE APLICADA 81
3.4. COSTOS 83
vil
ÍNDICE DE FIGURAS
PAG,
1.1. SECUENCIA DEL ESTIMULO 5
1.2. CURVAS DE APERTURA TIEMPO DE LAS
COMPUERTAS DE CANALES DE Na RÁPIDOS 9
1.3. FASE O Y FASE 1 10
1.4. FASE 2 12
1.5. FASE 3 13
1.6 NEURONA PERIFÉRICA Y PLACA MOTORA 15
1.7. CORRIENTE GALVÁNICA 18
1.8. CORRIENTE GALVÁNICA INTERRUMPIDA 25
1.9. CAMPO GALVANO FARADICO 26
1.10. FORMA FARADICA SINGULAR ESPECIAL DE
TRABERT 2 7
1.11. REPRESENTACIÓN DE UNA FORMA
EXPONENCIAL 29
1.12. FORMA MODULADA 33
1.13. FORMA MODULADA 33
1.14. FORMA MODULADA 34
1.15. FORMAS GRÁFICAS DE LAS CORRIENTES
DIADINAMICAS 37
1.16. VARIABLES DEL PROCESO DE ELECTRO-
ESTIMULACION 40
1.17. VARIABLES DEL PROCESO DE ELECTRO-
ESTIMULACION 40
2.1. FORMAS DE ONDA BASE 42
viii
PAG,
2.2. COMBINACIONES DE LAS FORMAS BASE 43
2.3. DIAGRAMA DE BLOQUES DEL EQUIPO 43
2.4. CIRCUITO OSCILADOR Y FILTRO 44
2.5. ETAPA AMPLIFICADORA CON CONTROL DE
GANANCIA 46
2.6. CURVA DE VARIACIÓN DE RESISTENCIA
DRENA JE - FUENTE DEL FET ANTE CAMBIOS EN
EL VOLTAJE DE COMPUERTA 48
2.7. AMPLIFICADOR EN EMISOR COMÚN Y
DISTRIBUCIÓN DE VOLTAJES 48
2.8. CIRCUITO DE POTENCIA 58
2.9. CIRCUITO SEGUIDOR DE EMISOR Y
DISTRIBUCIÓN DE VOLTAJES 58
2.10. CIRCUITO DE REALIMENTACION DE
CORRIENTE 63
2.11. CIRCUITO DEL VALOR DE REFERENCIA 64
2.12. CIRCUITO DE CONTROL DE ERROR 66
2.13. CIRCUITO DE RELOJ 67
2.14. CIRCUITO AESTABLE 68
2.15. CIRCUITO DE RESET 70
2.16. CIRCUITO MONOESTABLE 71
2.17. VALORES DE RESISTENCIA REALES DEL
TEMPORIZADOR COMO AESTABLE 73
2.18. CURVAS DE RESISTENCIA REALES DEL
TEMPORIZADOR COMO MONOESTABLE 73
2.19. CIRCUITO PARA MANEJO DE RELÉ 74
ix
INTRODUCCIÓN
Día a día presenciamos el avance tecnológico que con
pasos enormes y vertiginosos nos abocan a la imperiosa
necesidad de encontrar nuevos derroteros que nos sumerjan
en el maravilloso mundo científico actual; es por esto que
creo imprescindible que se aporte con algo a este costoso
y mágico mundo de la electro-medicina que, de una u otra
manera, hacen que la vida del ser humano sea más llevadera
y sepa salvar los obstáculos a los que se enfrenta.
El electro-estimulador construido tiene el propósito
de ayudar a pacientes que han sufrido traumatismos oseo-
musculares a quienes se les hace difícil la rehabilitación
con métodos tradicionales, teniendo aparatos que hagan el
mismo trabajo con mayor rendimiento; premisas del mundo
moderno en que vivimos.
Además, el presenta trabajo aporta con datos técnicos
que sean base para futuros equipos en esta rama de la
medicina.
CAPITULO 1
1.1. ANTECEDENTES Y JUSTIFICACIÓN
Con el notable avance de la tecnología, los
dispositivos y demás aparatos empleados diariamente en las
diferentes actividades humanas van haciéndose cada vez más
numerosos y necesarios. Obviamente, la medicina no podía
ser la excepción y, de hecho, al ir avanzando en el
conocimiento de las funciones orgánicas, cada vez somos
capaces de imitar muy de cerca los mecanismos involucrados
en sus diferentes funciones. La ingeniería aplicada a la
medicina actual ha permitido mejorar en forma apreciable la
recuperación y terapia de los enfermos. Gracias a ella se
han podido desarrollar las impresionantes unidades de
cuidados intensivos, en donde prácticamente cada enfermo
grave está conectado a una serie de aparatos, desde el
respirador mecánico hasta el monitor cardíaco que vigila la
actividad eléctrica del corazón. Si bien esta concepción de
la ingeniería como apoyo sofisticado de la medicina es la
4
Siendo un método limpio, fácil de administrar, de
flujo controlable y eficiente, se propone el diseño y
construcción de un electro-estimulador muscular.
1.2. FISIOLOGÍA NEUROMUSCULAR
Las estructuras musculares esqueléticas humanas están
diseñadas de tal manera que siempre unen 2 puntos óseos
separados por una articulación o, en casos especiales, un
punto óseo y una membrana o piel, determinando en cualquier
caso que ambos puntos se aproximen. Esta disposición
permite que al contraer nuestros músculos esqueléticos
originemos movimientos. Estas contracciones son
perfectamente sincronizadas y controladas en su secuencia
y potencia por la corteza cerebral y sus prolongaciones
llamadas nervios motores periféricos.
Tal como se han concebido, los movimientos necesitan
de una configuración secuencial que comienza en el sistema
nervioso central (especialmente la corteza cerebral
motora) , una vía de transmisión de impulsos formada por los
nervios periféricos y un órgano efector constituido por los
músculos (ver Figura 1.1.).
Cada una de estas estructuras son tejidos altamente
especializados, formados por unidades individuales que
trabaj an simultáneamente. Es suficiente estudiar a fondo
una de estas unidades o células para comprender el
principio general del trabajo de todo el tejido.
SISTEMA NERVIOSO CENTRALCorteza Cerebral Motora
NERVIOS Pl
MUSCI
3RIFERICOS
JLOS
FIGURA 1.1.ESTIMULO
SECUENCIA DEL
Dependiendo del tipo de célula, la aplicación de un
mismo estimulo origina diferente respuesta. Cada célula es
extremadamente especifica en su función; así, si
estimulamos una célula nerviosa esta conducirá el estimulo
a otras células. Si se estimula una célula muscular esta se
contraerá. Estimulando a una célula endocrina esta
secretará alguna hormona, etc. Si bien la respuesta es
diferente, los mecanismos celulares que se activan
inmediatamente luego del estímulo son similares para
cualquier célula. Estos no son más que flujo de iones,
iones que a su vez, al llevar carga eléctrica, determinarán
cambios de voltaje en la célula.
Se puede considerar a la célula como un compartimento
cerrado, separado de su medio externo por una membrana
semipermeable; membrana viviente, activa, capaz de
responder a los estímulos cambiando su permeabilidad a los
iones. La membrana tiene estructuras que impiden o
favorecen el paso de un ion determinado y que además se
influencian por las concentraciones iónicas a uno y otro
lado. Esto origina el denominado voltaje transmembrana o
Normalmente, la célula tiene gran concentración de
sodio en el exterior de su membrana y de potasio en su
interior.
Esto origina una carga interna neta positiva con
respecto al exterior de la célula. Numéricamente, puede
definirse como un voltaje negativo de reposo si se
considera como referencia al interior de la célula, lo cual
simplemente significa que la cantidad de cargas positivas
son mayores dentro de la célula.
La célula resuelve el problema de flujos iónicos en
base a la bomba de Na y K cuya función requiere la acción
del ATP (adenosin trifosfato fuente básica de energía) .
Como resultado, los iones K tienden a difundirse fuera de
la célula y los iones Na tienden a difundirse hacia el
interior de la célula . Esta difusión ocurre a través de la
membrana proteica, por conductos llamados canalas de sodio
y potasio.
La bomba de sodio y potasio no solamente transporta
iones de Na y K. Además, sirve para estabilizar los
gradientes de concentración de otros iones en la célula. El
resulatado es que hay una diferencia de cargas a través de
la membrana.
Cada poro (ionoforo) tiene un sistema de compuertas
que se abren y cierran (activan y desactivan) . Estas
compuertas o rej as, son cargas eléctricas positivas,
controladas a su vez por potenciales de reja que ocurren en
la matriz lipídica que rodea los conductos, de tal manera
que, si el potencial de reja es intenso, cerrará los
conductos al rechazar cargas positivas/ y a la inversa si
es débil.
Como las células tienen un voltaje de reposo, Vm, es
necesario que ese voltaje alcance un umbral mínimo a partir
del cual obligadamente despolarice la membrana. Se ha
definido que el umbral de excitación es de -60 mV.
Cualquier condición que eleve el Vm a -60 mV, ocasionará
despolarización.
Los estímulos capaces de desencadenar despolarización
en base a elevar el Vm, pueden resumirse así:
1. - Estimulación química. - Cualquier factor que estimule
el ingreso de sodio al interior de la membrana, iniciará el
mecanismo de realimentación positiva para los conductos de
sodio/ desencadenando un potencial de acción
(despolarización) . Así, algunos productos químicos,
aumentan la permeabilidad de la membrana, tales como:
ácidos/ bases y cualquier solución salina hiperconcentrada.
Dentro del organismo/ la noradrenalina abre poros
independientes de 0.6 a 0.7 nm, suficientes para que el
sodio y otros iones como el calcio pasen a través de ellos
con facilidad.
2.- Estimulación mecánica.- El pellizco, pinchazo o
aplastamiento, pueden ocasionar una brusca entrada de sodio
y el subsecuente potencial de acción.
3.- Estimulación eléctrica.- Siempre y cuando sea la
correcta, puede originar cambio en el potencial del poro y
flujo posterior de iones sodio.
A estos datos hay que agregar que, durante el reposo,
las rej as de los conductos del sodio están cerradas; en
cambio las de potasio lo están parcialmente. Por ello/ el
potasio es 50 a 100 veces más permeable que el sodio. En la
despolarización, los conductos del sodio aumentan su
permeabilidad en 5.000 veces y los del potasio unas 50
veces.
FASES DE LA DESPOLARIZACION
1.2.1. FASE 0:
-80 mv
MEMBRANA EN REPOSO
-1 ms
CURVAS DE APERTURA /TIEMPO
Vm
Vm
MEMBRANA CELULAR
Na +-60
-70
VOLTAJES DE UNA
MEMBRANA EN REPOSO
COMPUERTA DE PROTEINA
FIGURA 1.2. CURVAS DE APERTURA/TIEMPO DE LAS COMPUERTAS DECANALES DE Na RÁPIDOS
Los canales rápidos de sodio disponen de dos
tipos de compuertas: Unas externas/ o de activación,
formadas por 3 hojas (compuertas m o también llamadas
a por los españoles), que funcionan simultáneamente;
y, otras internas/ o de desactivación, (compuertas h
o también llamadas b) .
En reposo, se mantienen abiertas las compuertas h y
cerradas las m. Cuando la membrana alcanzó -60 mV, se
10
abren instantáneamente las compuertas m y lentamente
empiezan a cerrarse las h (se activó la membrana).
Este canal, así abierto permite, que debido al
gran gradiente electroquímico existente para el sodio,
se produzca una corriente extremadamente activa y
rápida de este ion desde el exterior al interior de la
membrana; de tal manera que el Vm asciende rápidamente
hasta hacerse positivo (entre +20 y +40 mV) . El tiempo
que dura esta entrada masiva de sodio, es de alrededor
un milisegundo (ver Figuras 1.2. y 1.3.).
FASE O
Na +
ENTRADA DE SODIO
FASE1
Na
r -60
Cl
ENTRADA DE CLORO Y SALIDA DE SODIO
FASE1
FASE O
FIGURA 1.3. FASE O Y FASE 1
11
1.2.2 . FASE 1
El Vm, que por la entrada de sodio de la fase
anterior se hizo más positivo, debe, mientras aún no
terminan de cerrarse las compuertas h, tender a
equilibrar el Vm en O V (ver Figura 1.3.) .
Para lograr ésto se invierte el flujo de sodio
(es decir, sale sodio y pierde así sus cargas
positivas en exceso), o, en su defecto, entran cargas
negativas atraídas por la carga positiva interior,
originadas por el ingreso de cloro. Esto ocasiona la
caída del potencial hasta -20 mV, fenómeno que se
detiene en ese voltaje no solamente por la
neutralización electroquímica, sino, más que nada,
porque las compuertas h terminan de cerrarse. Al final
de esta fase, el Vm queda estabilizado entre O y -20
mV.
En total el canal de sodio quedará abierto entre
1 y 2 milisegundos.
1.2.3. FASE 2
Los canales de sodio se inactivan e inician y
alcanzan su máxima actividad los canales de potasio,
llamados XI, de tal manera que, como existe un
12
gradiente químico enorme (el potasio intracelular es
de 140 meq/ y el extracelular es de 4 meq) el flujo de
potasio hacia el exterior permite que la membrana se
repolarice hasta -60 mV y, luego/ por este mismo
canal/ fluyan iones positivos adicionales/ de sodio/
volviendo más negativo el Vm (ver Figura 1.4.).
Este canal empieza a abrirse a -50 mV/ se abre
completamente a + 20 mV y alcanza su máxima actividad
300 milisegundos después de la fase 0.
PROTEINA
MEMBRANA
Vm4- 20
O
-20
- 60
K1
K2
i
X1
CanalLento
n n n rK K K
COMPUERTAS DE POTASIO
FIGURA 1.4. FASE 2
13
1.2.4. FASE 3
Se inicia con. la desactivación de los canales
para el potasio XI. Además de lo cambios eléctricos,
y cerca de alcanzar su Vm de reposo entre -60 a - 70
mV, las compuertas m de los canales rápidos de sodio
se cierran, y las h lentamente empiezan a abrirse,
desde que el Vm alcanzo -50 tnV, para terminar de
hacerlo cuando el Vm alcance su máxima valor negativo,
y asi permanecen hasta que se dispare un nuevo
estímulo (ver Figura 1.5.).
K1 K2
t,K
X
K
COMPUERTAS DE POTASIO
FIGURA 1.5. FASE 3
En esta etapa, el único canal abierto y
trabaj ando es el Kl, cuyo f luj o de potasio
independiente del tiempo y de la fase es muy pequeño
y no importante para el mantenimiento del Vm.
14
1.3. DESCRIPCIÓN GENERAL DEL PROCESO
DE ELECTRO-ESTIMULACION
Al aplicar corriente a un paciente, sustituimos los
estímulos fisiológicos naturales del organismo con los
eléctricos provocados desde el exterior con un adecuado
potencial y forma de corriente.
El nervio tiene la misma función que un conductor
eléctrico en forma nuclear; es decir, mientras la capa que
le envuelve le sirve de membrana con escasa y selectiva
permeabilidad, el núcleo tiene una buena conductibilidad
eléctrica. Igual sucede con el conductor eléctrico y su
funda protectora.
En el momento que le llega un estímulo eléctrico del
exterior se provoca un cambio de potencial entre el núcleo
central y su capa envolvente y automáticamente se origina
entre ambos una corriente que se manifiesta en forma de
contracción muscular. A esta contracción muscular se le
denomina "corriente de acción".
Esta contracción muscular está desencadenada,
fisiológicamente por una serie de estímulos eléctricos que
le llegan a través de las neuronas de los nervios y de sus
placas terminales (ver Figura 1.6.), donde la corriente de
acción natural pone en marcha un complicado mecanismo
15
químico. Dej ando los detalles fisiológicos anteriormente
indicados, llamamos la atención sobre el hecho que
realmente interesa: si bien la estructura de los nervios es
bastante complicada, no lo es su capacidad de conducción de
los impulsos que le vienen ordenados desde los centros
motrices. Existen, por ejemplo, nervios con una velocidad
conductiva de hasta 80 metros/minuto; otros, apenas llegan
a velocidades de 10 metros/minuto. En la Tabla 1.1. se
muestra la clasificación de las fibras nerviosas
periféricas de acuerdo a la velocidad de conducción.
DENDRITA^ . SINAPSIS TERMINAL
NÚCLEO DE LA CÉLULADE SCHWANN
NUCLE
/NUCLÉOLO
VAINA MIELINICA
NODULO DE RANVfER
•TELODENDROGLIA
PLACA MOTORA TERMINAL
FIGURA 1.6. NEURONA PERIFÉRICA Y PLACAMOTORA
Igual sucede con los potenciales de acción; nervios
con una conducción lenta (fibras amielínicas) necesitan de
estímulos largos para activar la musculatura que inervan.
Otros, de conducción rápida, necesitan de estímulos cortos
de poca duración. Esta propiedad es una de las que más
interesa, ya que gracias a ella es posible la estimulación
selectiva en forma unipolar y, como se verá más adelante,
16
nos permitirá actuar aisladamente sobre los diferentes
puntos motores del organismo.
Se ha podido observar que estimulando estos puntos
básicos o reflejos desde el exterior con aparatos
estimuladores de baja frecuencia. Se puede obtener una
mayor respuesta contráctil empleando menor intensidad de
corriente. A este fenómeno natural, que proporciona mayor
respuesta de contracción, se le denomina fenómeno de los
puntos motores.
TABLA 1.1. CLASIFICACIÓN DE LAS FIBRAS NERVIOSASPERIFÉRICAS DE ACUERDO A LA VELOCIDAD DE CONDUCCIÓN
TIPO DEFIBRA
A ALFABETAGAMADELTA
B
C
MIELINIZADA
densadensadensadensa
ligera
ninguna
DIÁMETROMieras
6-226-223-61-4
3
0.3-1.3
VELOCIDADm/s
30-12030-12015-356-25
3-15
0.5-2
FUNCIÓN
motoratáctiltonodolor
fibrasauCómicas
preganglionares
dolorpersistente
tactotemperaturaprurito
SENSIBILIDAD
al bloqueo
•*•+++-*-•f-t-4-
4- 4-++
4-4-4- +
1.4. TIPOS DE SEÑALES UTILIZADAS EN ELECTRO-ESTIMULACIÓN
MUSCULAR
Las corrientes que componen toda la gama de electro-
terapia, se clasifican en tres grandes grupos:
BAJA FRECUENCIA (DC a 800 Hz)
17
MEDIA FRECUENCIA (de 800 a 20.000 Hz)
ALTA FRECUENCIA (DE 20.000 Hz a 5 MHz)
Se las ha clasificado según sus efectos y clase de
aplicaciones. Se agrupan en las de Baj a Frecuencia todas
las formas que podían ser directamente aplicadas al
paciente por medio de electrodos en forma de placas
metálicas y cuyos efectos se obtienen por disociación
electroquímica: "Itnpulsoterapia" . En la Media Frecuencia se
incluyen todas las que no pueden aplicarse directamente
mediante el sistema tradicional de placas y se usa
únicamente como medio de acción para conseguir efectos
terapéuticos diferentes: "Interferenciales". Y, por último,
en la Alta Frecuencia se reúnen todas las que no pueden
aplicarse por el sistema tradicional de placas y sus
efectos son del tipo calorífico y en forma de irradiación:
"Termoterapia".
Se seleccionan las primeras por ser las que nos ocupan
en el presente trabajo. Estas se clasifican en:
GALVÁNICA PURA O CONTINUA
GALVÁNICA INTERRUMPIDA O RECTANGULAR
FARADICA RECTAGULAR - TRÁBERT
GALVANO FARADICA EXPONENCIAL PROGRESIVA
FORMAS MODULADAS - ELECTROGIMNASIA
DIADINAMICAS DE BERNARD
18
1.4.1. GALVÁNICA PURA O CONTINUA: IONTOFORESIS.
Es una corriente de valor constante. La polaridad de
sus dos conductores se mantiene también igual (ver Figura
1.7. ) .
DOSIS
FORMA GALVÁNICA PURAt = ms
FIGURA 1.7. CORRIENTE GALVÁNICA
Los generadores capaces de producir una corriente
galvánica son: las pilas eléctricas, los acumuladores o
baterías de coches/ barcos y aviones. En forma industrial
se obtiene mediante circuitos electrónicos por medio de
rectificadores o mediante la producción directa por medio
de dinamos o magnetos.
La corriente galvánica tiene dos formas de aplicación:
LA GALVANIZACIÓN
LA IONTOFORESIS
Las dos técnicas se consiguen por el sistema
tradicional de aplicación bipolar, dos electrodos de metal
19
enfundados en spontex humedecidos.
Estos electrodos pueden ser de forma rectangular,
cuadrada o circular según la zona del cuerpo a aplicar y
los materiales empleados son normalmente el zinc, antimonio
y mezclas de estos dos metales.
Las fundas de spontex o material poroso adecuado
tienen que estar humedecidos con agua. La presencia de la
humedad en las
necesaria para:
Vencer la
aplicaciones de baja frecuencia, es
resistencia de la piel al paso de la
corriente.
Absorber los productos cáusticos y proteger a la piel
'de quemaduras por disociación iónica.
Mantener un contacto eléctrico perfecto y regular.
Anteriormente se humedecían los spontex con agua
salada a una concentración aproximada del 2%. En la
práctica, hoy en día, este aditamento de cloruro sódico no
es necesario, ya que colocándolos bajo el grifo del lavabo,
se empapa de suficientes sustancias alcalinas por el
proceso obligado a que se someten las canalizaciones
Como la regularidad del paso de la corriente depende
del buen contacto de los electrodos con la piel, es
21
1. Efectos fisioguiífticos:
Calor
Disociación
Endosmosis
Tonicidad
Por el transporte de la corriente
galvánica descompuesta en iones al
actuar el agua de la funda como
electrolito en contacto con la
resistencia de la piel.
La corriente continua tiene la
propiedad de dividir a los componentes
químicos del tejido cutáneo que en
estado normal están neutralizados.
Los radicales químicos disociados se
trasladan por norma general hacia el
cátodo y, en consecuencia, se acumula
en esta zona una mayor cantidad de
agua. A esta propiedad se la denomina
endosmosis y es aprovechada en algunos
tratamientos.
La excitabilidad y conductibilidad del
tejido tratado en la zona inversa a la
anterior o esa en el ánodo, produce un
estiramiento de la piel y a esta
propiedad se le llama-. cambio de
electrotono o tonicidad.
22
Efectos biológicos
Polarización El cuerpo humano actúa como una
resistencia al paso de la corriente
eléctrica y con una resistencia muy
alta (2000 a 3000 ohmios) . Por este
motivo/ se crea un voltaje entre los
electrodos y es la "sensación de
corriente" que nota el paciente. Esta
sensación o polarización por el efecto
galvánico, es como si le estuvieran
pinchando con finísimas agujas todas
al unísono/ al principio,
transformándose luego en calor.
Reacciones vitales
Hiperemia
Parestesias
La hiperemia aparece normalmente en la
zona del cátodo por el efecto fisio-
químico ya explicado de la endosmosis.
En cambio, en la zona del ánodo
aparece un efecto contrario o
tonificante por el efecto electrotono.
En algunos tratamientos de corriente
galvánica, con intensidades medias de
12-15 mA, aparece por lo general
hormigueo, adormecimiento o ardor de
p-a
la piel que tanto pueden ser
subjetivas corno reales, .
Narcosis Si situamos el electrodo positivo en
posición cefálica (frente del
paciente) y el negativo en los pies o
parte inferior, se logra una narcosis
o analgesia que se denomina comúnmente
narcosis galvánica y es debida a la
forma descendente del sentido dado a
la corriente de arriba a abajo.
Excitación espástica
Si, por el contrario, el electrodo
negativo es el que colocamos en la
frente y el positivo en la parte
inferior, lo que logramos es una
estimulación o excitación de la
espasticidad por el sentido ascendente
dado a la corriente; de abaj o a
arriba.
Estas dos propiedades de la corriente galvánica sirven
de pauta para todos los tratamientos con corrientes, tanto
si son de baja como de media frecuencia.
Vasodilatación
Otra de las reacciones que se consigue
con la práctica de la galvanización es
24
la vasodilatador!. Se obtiene
empleando de forma prolongada la
corriente galvánica a dosis 'activas de
15 y 20 mA y, muy especialmente, para
que se muevan pequeños trombos en los
p r o b l e m a s c i r c u l a t o r i o s
cardiovasculares de las extremidades
inferiores.
Efectos varios
Se han descubierto además, con el paso
de los años, otros efectos o
propiedades en las aplicaciones de la
galvanización propiamente dicha, pero
actualmente han sido reemplazados por
otras técnicas más avanzadas. Los
efectos que pueden conseguirse, además
de los comentados, son los
bactericidas y los antiinflamatorios.
El paso a las formas galvano-farádicas que veremos más
adelante ha hecho que la galvanización se emplee más que
nada, corno preparador o complemento de otras técnicas y muy
especialmente en sus aspectos tonificador y vasodilatador.
1.4.2 GALVÁNICA INTERRUMPIDA
Si mediante un circuito electrónico conseguimos cortar
25
la corriente galvánica normal durante un tiempo denominado
pausa , y devolver después esta corriente a su forma
habitual durante su tiempo de impulso y asi sucesivamente,
habremos conseguido una corriente galvánica interrumpida o
más comúnmente conocida por corriente rectangular.
Obsérvese en la figura 1.8. la forma de sus rectángulos y
el origen de su nominación.
Con la práctica de las primeras aplicaciones de la
corriente pulsante, pronto fue necesaria una división según
el número de impulsos por segundo debido al diferente
comportamiento que presentaban los grupos musculares
sometidos a estas formas de corrientes:
Las del campo galvánico interrumpido (ver Figura
1.8.) .
Las del campo farádico (ver Figura 1.9.).
FORMA RECTANGULAR SINGULARt = ms
FIGURA 1.8.INTERRUMPIDA
CORRIENTE GALVÁNICA
26
Tipo de campo eléctrico Galvánico Faradico
Por su forma
Actuación fisiológica
Aplicación terapéutica
Sensación corriente
20-10000 mseg
pistón
neurológico
fuerte
0-20 mseg.
serpenteo
muscular
débil
Serán corrientes del tipo galvánico interrumpido, las
que presenten tiempos de impulso superiores a los 20
milisegundos de duración y serán del tipo farádico, las
corrientes pulsantes en las que esta duración sea inferior
a los 20 milisegundos.
40 t — ms
faradico galvánico
FIGURA 1.9. CAMPO GALVANO-FARADICO
Las corrientes pertenecientes al campo galvánico
interrumpido actúan sobre el árbol circulatorio en forma de
pistón que empuj a a la sangre a través de sus venas y
arterias. Las del tipo farádico, actúan en forma de
vibración sobre estos elementos y hacen que el nervio
27
tratado acuse una forma de "serpenteo" que obliga a la
sangre a aumentar su riego sanguíneo.
1.4.3. CORRIENTE FARADICA RECTANGULAR SINGULAR
TRABERT
Por lo explicado en el apartado anterior, la corriente
Farádica rectangular en forma simple o singular, pertenece
al campo de la galvánica interrumpida, pero con la
condición límite de que los tiempos de los impulsos no
excedan de los 20 ms. fijados en la clasificación galvano-
farádica. Su representación gráfica es similar a la
galvánica interrumpida, pero sus rectángulos son menos
alargados al tener el tiempo de impulso tan pequeño.
t1
ti = 2 ms
12 = 5 ms
t2 t2
FORMA RECTANGULAR FARADICA t = ms
t1 < t2
FIGURA 1.10. FORMA FARADICA SINGULAR ESPECIAL DETRABERT
Este tipo de corrientes farádicas rectangulares solo
28
tienen aplicación para fines de electrodiagnóstico precoz
y no se usan para fines terapéuticos.
El problema de estas formas rectangulares galvano-
farádicas es que siempre hacían lo mismo y por lo tanto
eran "estáticas". En busca de una forma dinámica, que más
tarde descubriría Bernard, encontró una forma cuyo secreto
sólo estaba en combinar la escala de tiempos de la forma
rectangular farádica. La teoría más generalizada y que por
lógica parece ser la mas acertada, es la que afirma que el
efecto relajante de las corrientes de Trábert y a la vez
excitante, se consigue por la relación de 2,5 veces entre
una pausa y un impulso.
Con esta forma, denominada de Trábert, la zona tratada
obtiene un efecto fisiológico parecido e imitando a la
kinesia, al conseguir manualmente este mismo efecto
combinado de contracción-relajación. Por tal motivo, esta
forma ultra-excitante consigue efectos altamente
satisfactorios en las lesiones traumáticas, ya que activan
la irrigación sanguínea alterada y a la vez logra una
fuerte sedación que calma el dolor provocado por la propia
lesión.
Hoy en día por el uso tan generalizado de este tipo de
corriente rectangular farádica singular, la mayoría de
aparatos de baja frecuencia ya disponen de esta posición
29
preparada a 2.5 ms.
1.4.4. GALVANO-FARÁBICA EXPONENCIAL PROGRESIVA
Al describir la forma de Trábert la interrupción se
produce con un tiempo que empieza prácticamente desde cero,
lo que es perjudicial para la mayoría de indicaciones del
tipo inflamatorio. Por esto el impulso quedó modificado de
su forma rectangular primitiva por otra de subida
progresiva y gradual con imitación de reacción fisiológica.
I = mAGradiente
Dosis
t = ms
FORMA EXPONENCIAL PROGRESIVA
FIGURA 1.11. REPRESENTACIÓN DE UNA FORMA EXPONENCIAL
Las aplicaciones fisioterapéuticas de la corriente
exponencial progresiva son exhaustivas; prácticamente el
80% de las aplicaciones con corrientes de baja frecuencia
son ocupadas por esta forma de impulsos. Como formas de
aplicaciones más sobresalientes podemos destacar las
siguientes:
500 ms. Los estímulos producidos por la corriente
galvánica interrumpida con impulso
progresivo o exponencial con una duración
de 500 ms. y pausa de igual duración, son
indicados muy favorablemente en las
lesiones graves de la musculatura lisa y en
los casos de parálisis con una fuerte
acción degenerativa.
200 ms. Los -estímulos de la misma serie pero con
solo 200 ms. de tiempo de impulso e igual
pausa, se usan muy acertadamente en las
lesiones musculares en fase de regeneración
y en las denervaciones del tipo medio.
100 ms. La forma particular de corriente igual que
las anteriores pero con solo 100 ms. de
tiempo de impulso, se aplican con éxito en
las lesiones de nervios degenerados o
denervados recientemente y en estados
débiles de lesión.
30-50 ms. Esta forma mixta de corriente galvano-
exponencial con 30 ms. de tiempo de impulso
y 50 ms. de pausa, consigue unos efectos
muy parecidos a la forma de Trábert, o sea
una fuerte acción analgésica y un gran
estimulo vasodilatador en las afecciones
por trastornos circulatorios de todo tipo y
muy especialmente los de origen arterial.
31
50-70 ms. Si aumentamos algo los tiempos de la forma
anterior logramos con esta forma de
galvánica interrumpida exponencial, un
predominio del efecto analgésico y una
activación más leve y actuando a nivel
venoso en vez de arterial. Además/ por
consecuencia de los tiempos más prolongados
de aplicación singular, su efecto es más
acentuado en la eliminación de los edemas
postraumáticos por inactividad y
especialmente en los procesos post-
operatorios .
La ventaja del tipo farádico sobre las de galvánica
interrumpida, está más que nada en su efecto de sensación
de corriente más tolerable para el paciente debido al
efecto del gradiente progresivo más suave. Por esta razón,
a veces son preferidas a las de impulsos tan largos a pesar
de que sus resultados sean menos satisfactorios. Por otro
lado/ este menor efecto también queda compensado por la
ventaja de poder dosificar algo más y lograr iguales
resultados. Su función básica es que todas actúan sobre el
árbol circulatorio provocando una contracción y dilatación
muy suave de acuerdo al tiempo de impulso y pausa
regulable.
En forma general al aplicar las formas exponenciales
32
hay que tener en cuenta lo siguiente:
Cuanto más cortas son las duraciones de los tiempos de
impulso y de pausa (formas farádicas) más rápida es la
acción del efecto estimulante y más nos acercamos a
los problemas del aparato circulatorio haciendo que se
contraiga la fina capa muscular que lo envuelve.
Cuanto más largas estas duraciones o parámetros de la
forma galvánica interrumpida, actúan como bombas de
presión y descompresión contrayendo los grandes
músculos y expeliendo con ellos la sangre que circula
por la región tratada entre los electrodos.
El aparato clásico es el que se puede regular a
voluntad tanto los tiempos de impulso como de pausa y la
forma rectangular o exponencial.
1.4.5 FORMAS MODULADAS - ELECTROGIMNASIA
Las formas son tres y su representación gráfica se
puede ver en las Figuras 1.12. 1.13. 1.14.. En las tres
formas representadas se puede observar que todas persiguen
el mismo fin terapéutico: realzar los efectos de las formas
simples o singulares dotándolos de una modulación en forma
acompasada o rítmica/ que haga que el efecto estimulante de
la forma base original quede modificada según la forma del
ritmo o tren.
33
CORRIENTE FARADICA MODULADA
EN FORMA RÍTMICA
ELECTROGIMNASIA
JU uFIGURA 1.12. FORMA MODULADA
Asi, la primera tiene un ritmo interrumpido igual que la
tercera en forma rectangular y la segunda lo tiene en forma
exponencial.
FARADICA MODULADA RÍTMICA EXPONENCIAL
,'
>d
ELECTROGIMNASIA
í
J
1Í n ••,
rh )
, 1L Al
í i í
jr
LÜLFIGURA 1.13. FORMA MODULADA
A la forma interrumpida sin modificar su estructura
básica (primero y tercera) se las denomina ELECTROIMPULSOS
o TRENES DE IMPULSOS. A las otras dos formas modificadas
por el ritmo o modulo exponencial se las denomina
34
ELECTROGIMNASIA o de GIMNASIA PASIVA.
Recordemos que a estas modulaciones se les valora por
el número de ritmos por minuto.
FARAD ICA MODULADA
EXPONENCIAL INTERRUMPIDA
FIGURA 1.14. FORMA MODULADA
Estas formas moduladas de corrientes tienen mucha
importancia en las aplicaciones fisioterapéuticas, ya que
las estimulaciones logradas por este doble sistema es más
vigorosa al dar tiempo a la musculatura y a su inervador a
que se recupere de la excitación recibida por la forma
básica o fundamental entre cada pausa o módulo rítmico. La
imitación fisiológica provocada por este sistema de trenes
de impulsos, es prácticamente igual a la que se realiza en
forma natural al hacer ejercicio de gimnasia a cualquier
paciente. Hoy en día se están consiguiendo grandes
resultados en recuperación funcional/ al aplicar estas
corrientes a personas que necesitan del ejercicio físico.
La onda modulada consigue los mismos efectos sin que el
35
paciente tenga que ejecutar ningún esfuerzo por su parte.
Los principales gimnasios, centros de maternidad, centros
médicos de cirugía plástica e institutos de estética
corporal, cada día están usando más este tipo de corrientes
o lo que ellos llaman "placas".
La ventaja terapéutica de estas formas de corriente
modulada es principalmente su característica farádica, ya
que al ser tiempo del impulso tan rápido no da tiempo a que
la corriente llegue a cero y al no aparecer la reacción
característica de las acciones polares anunciadas por
PFLUGER, la sensación de corriente es menos molesta y se
puede dosificar con mayor intensidad y, por lo tanto de
efecto, estimulante mayor; además, en la pausa del ritmo,
el músculo excitado tiene tiempo de recuperarse al fluir la
sangre normalmente durante este tiempo; esto favorece la
siguiente excitación al ser nuevamente estimulado.
La forma segunda a base de conservar la forma farádíca
exponencial es la que todos los electroterapéutas conocen
como "recreación muscular" y que está incluida junto con
otra de pausas más largas de modulación, en los
estimuladores clásicos de baja frecuencia.
De las tres formas disponibles, la tercera forma es la
más empleada. Su efecto fisiológico es la que más se parece
al natural ya que combina el efecto farádico básico
36
exponencial con una modulación en forma de senoide, que le
da por un lado una menor sensación de corriente en cuanto
a sensación de piel y por el otro, una fuerte estimulación
acompasada que hace pensar en los efectos característicos
que se consiguen de los ejercicios físicos naturales en la
gimnasia normal.
Por tal motivo a esta forma farádico modulada se la
denomina también electro-gimnasia o gimnasia pasiva.
Los aparatos empleados en la gimnasia pasiva, disponen
de varias salidas que suelen oscilar entre un mínimo de
cuatro y un máximo de diez, con regulador independiente de
intensidad de cada uno.
1.4.6. CORRIENTES DIADINAMICAS DE BERNARD
Los impulsos senoidales de todas estas formas
dinámicas (ver Figura 1.15.), pertenecen al campo de las
corrientes farádicas, ya como puede apreciarse en las
gráficas, el tiempo de impulso de cada onda es de diez
milisegundos.
Las corrientes diadinámicas quedaron formadas por
cuatro tipos fácilmente diferenciables.
MF Monofásica fija
37
BIFÁSICA DF PERIODO 10rns
MONOFÁSICA MF PERIODO 20 ms
MODULADA EN CORTO PERIODO CP PERIODO 2:
MONOFÁSICA INTERMITENTE R3 2s
FIGURA 1.15. FORMAS GRÁFICAS DE LAS CORRIENTES DI ADINÁMICAS
DF Difásica fija
CP Modulada a corto período
RS Ritmo Sincopado
1.5. DETERMINACIÓN DE LAS VARIABLES RELACIONADAS CON EL
PROCESO DE ELECTROESTIMULACION MUSCULAR.
Los parámetros relacionados con las corrientes de
baja frecuencia en aplicación normal bipolar por electrodos
de placa que hemos de manejar son:
1. Dosis o Volumen de Impulso
A la cantidad de corriente eléctrica que aplicamos a
38
un paciente en un tratamiento normal de electroterapia
se la denomina: Dosis o Volumen de Impulso.
2. Tiempo de Impulso
Al tiempo milisegundos (ms) que dura un impulso se lo
denomina: "Tiempo de Impulso".
Normalmente se lo representa por la letra "T".
3. Pausa de Impulso
Al intervalo o pausa de descanso entre un impulso y
otro de una forma de corriente pulsatoria o singular
se la denomina: "Pausa de Impulso".
Se representa por la letra "I".
4. Período o Ciclo
Al tiempo total transcurrido para que se efectúe un
tiempo de impulso y una pausa, se le denomina:
"Periodo o Ciclo".
Se la representa con la letra "P".
5. Frecuencia
Al número de periodos o ciclos dados en un segundo se
lo denomina: "Frecuencia".
39
6. Gradiente
Al ángulo de progresión ascendente que determina la
tangente de una corriente de tipo exponencial se la
denomina: "Gradiente".
Puede ser de tres clases:
7. Ritmo de Modulación
Al número de modulaciones superpuestas al una
corriente pulsatoria singular a base de sistemas de
trenes de impulso periódicos, es a lo que se llama:
"Ritmo de Modulación"
8. Representación Gráfica
Esto no corresponde a un parámetro de las formas de
las corrientes, pero es necesario su inclusión ya que
en algún momento se tiene que representar algún tipo
de estas ver Figuras 1.16. y 1.17..
Las corrientes diadinámicas de Bernard son las más
utilizadas por los Fisiatras ya que hacen trabajar la parte
motora y relajan la parte sensitiva, además satisfacen las
exigencias terapéuticas y reúnen las ventajas y
características técnicas de las formas rectangular y
exponencial combinada. Es por esto que se ha seleccionado
40
la generación de las mismas como objetivo de esta tesis
f:I
FIGURA 1.16. VARIABLES DEL PROCESO DEELECTROESTIMULACION
J^UUU ui-RITMO5
J~u
FIGURA 1.17. VARIABLES DEL PROCESO DEELECTROESTIMULACION
1. Duración del período o frecuencia
2. Duración del impulso
3. Duración de la pausa
4. Volumen del impulso
5. Ritmo de modulación o trenes de impulso
CAPITULO 2
DISEÑO DEL HARDWARE
Considerando que el equipo que se va a fabricar es de
baja frecuencia, las ondas utilizadas son las diadinámicas
de Bernard. Para trabajar con estas hay que tomar en cuenta
que:
No importa el valor promedio de la onda de
corriente sino más bien el valor pico.
La sección de estimulación debe estar aislada
eléctricamente del resto del equipo.
El equipo debe ser capaz de controlar el valor
pico de la corriente de estimulación entre un
±10% del punto de trabajo.
42
La frecuencia de oscilación de la onda senoidal
debe estar entre los 50 a 60 Hz .
El tiempo de terapia variable de 2 a 20 minutos
en pasos de 2 minutos.
Debe generar dos formas de onda (ver Figura
2.1.); poder mezclar estas entre sí (ver Figura
2.2.) y con una pausa en tiempos variables de 1
a 10 segundos en pasos de 1 segundo.
FIGURA 2.1. FORMAS DE ONDA BASE
El diagrama de bloques del estimulador se observa en la
Figura 2.3.
2.1. DISEÑO DE LA TARJETA DE CONTROL DEL ELECTROESTIMULADOR
El circuito completo se encuentra en el plano 1,
Para el circuito oscilador teniendo en cuenta que su
frecuencia va a ser de 50 a 60 Hz,senoidal, se diseño el
43
siguiente circuito (ver Figura 2.4.):
ti ts
FIGURA 2 . 2 . COMBINACIONES DE LAS FORMAS BASES
DIAGRAMA DE BLOQUES DEL EQUIPO
OSCILADOR AMPLIFICADOR CONCONTROL DE GANANCIA
AMPLIFICADORDE POTENCIA
REflLIMENTACIONDE CORRIENTE
FIGURA 2 . 3 . DIAGRAMA DE BLOQUES DEL EQUIPO
El circuito es un oscilador puente de Wien más un
44
filtro pasabajos. El fabricante del chip a utilizar sugiere
que para obtener ondas senoidales se haga una onda cuadrada
y luego se la filtre, por lo que del puente de wien
obtenemos una onda senoidal saturada en las puntas y la
filtramos. El valor pico de la onda de salida debe estar
alrededor de 100 mV.
OSCILADOR
+Vcc
R4
S C2
R4
• s.
•*xUC
, 3
2*^
4
11
-Vcc
<Pi <
1
GRÁFICO 2 . 4 . CIRCUITO OSCILADOR Y FILTRO
Las ecuaciones para el oscilador y el filtro son
OSCILADOR
JT J-
A=-
45
FILTRO
1
La onda senoidal para estimulación es de 60 Hz, se
asume el valor del capacitor C¿ como de 0.01 uF, por
existir en el mercado; el valor de la amplificación A es
igual a 2.4 para cumplir con la condición.
Calculamos R2
f0 = 50 Hz
A =2.4
GÍ = 0.01 uF
R, = 320 K
R2 = 120 K
R3 = 50 K
Ya que interesa una onda completamente senoidal
experimentalmente se llegó a que la frecuencia de corte del
filtro sea de 35 Hz. Se asume el valor del capacitor C2
igual a O.01 uF.
Calculamos:
fG = 35 Hz
C2 = 0. 01 uF
R4 = 32 K
El operacional utilizado es el LF 347 por tener
compensado el offset.
47
cuenta que la amplificación total es de 960 y la relación
de transformación del transformador es de 5, se seleccionó
una amplificación fija de 3 para el operacional y de 64
para las tres etapas con control de ganancia. Para estas
etapas la ganancia que se seleccionó se muestra en la Tabla
2.1. en donde también se muestra el voltaje de entrada pico
y salida pico para el cálculo de cada etapa.
TABLA 2.1. DATOS PARA CADA UNA DE LAS ETAPAS DEAMPLIFICACIÓN
ETAPA
Ira . ETAPA
2 da. ETAPA
3ra. ETAPA
AMPLIFICADOR
Vpico in
MIN
0.050
0 . 050
0. 015
0.015
MAX
0. 050
0 .200
0 .800
3 .200
Vpico out
MIN
0 .050
0 .015
0.015
0.045
MAX
0.200
0 . 800
3 .200
9.400
Amin
1
0 .3
1
3
Amax
4
4
4
3
La forma como varía la resistencia drenaje-fuente
cuando se varía el voltaje compuerta-fuente del fet
utilizado se ve en la Figura 2.6..
Se observa en la figura que se puede considerar lineal
la zona de 25 a 150.
Las ecuaciones para un transistor trabajando como
amplificador en emisor común (ver Figura 2.7) son:
Se supone para el desarrollo un voltaje AC de entrada,
•vif de forma triangular y la salida amplificada, v0.
48
VARIACIÓN DE LA RESISTENCIA DEL NTE466800-
O
700-
600-
500-
400-
cog 300-
200-
100-
o-o O.í 1.5 2
-VGS [VOLTIOS]2.Í
FIGURA 2.6. VARIACIÓN DE LA RESISTENCIA DRENA JE-FUENTE DELFET ANTE CAMBIOS EN EL VOLTAJE DE COMPUERTA
AMPLIFICADOR EN EMISOR COMÚN
Vcc Vcc
Vcc'RB1
DISTRIBUCIÓN DE VOLTAJESDE LA CONFIGURACIÓN
FIGURA 2.7. AMPLIFICADOR EN EMISOR COMÚN YDISTRIBUCIÓN DE VOLTAJES
Para que el transistor no se sature en el semiciclo
negativo del voltaje de salida v0:
= v + V (1)
ve = v± + VE (2)
49
vc voltaje AC de colector
Vc voltaje DC de colector
ve voltaje AC de emisor
VE voltaje DC de emisor
(1) - (2) vce « VCE 4- v0 - Vi (3)
Las ondas del emisor y colector están en contrafase y
cuando estas llegan al punto máximo se tiene el VCEMIH.
De: (3) VCEMIN = VCE - ( Vpicoi + Vpicoo ) (4)
v pico i Voltaje pico AC de entrada a la etapa
v pico o Voltaje pico AC de salida de la etapa
v GE MIN Voltaje colector emisor mínimo
Si la ganancia del amplificador es :
A = Vpicoo / Vpicoi (5)
(5) •* (4) VC E M I N = VCE - ( 1 -i- A| ) Vpicoi ( 6 )
. Los voltajes de saturación para un transistor se
consideran entre:
Entonces para que no haya saturación se tiene
De: (6) VCE = VCESAT + ( l + |A| ) Vpicoi (7)
50
Para que el transistor no se corte en el semiciclo
positivo de la señal de salida ic debe ser mayor que cero.
Vcc > VCE + VE + VRC (8)
ic = Ic + ic, > O -> Ic > Ipico G. -* ±c, « - v0 / RL,
-^-pico c' ~~ vpico o / ^L1
RL -L Rc
Ic > Vpico o / RL' O)
*c = VRC / Rc (10)
(9) =(10) VRC>Vpicoo (11)
RL, = RL -L Rc
A = RL, / RE,
, = Rg RDS
La impedancia de entrada al circuito es :
El circuito equivalente AG de entrada del transistor
tiene Z^ en serie con C±/ planteando la ecuación f asorial
y considerando que:
Z, » XPÍ
c,»
El circuito equivalente AC de salida del transistor
tiene RL/ Rc y G0 en serie, planteando la ecuación f asorial
y considerando que:
51
R + R
Para hallar el valor de Ce siguiendo un procedimiento
igual al anterior se llega a:
iO,»
En las etapas amplificadoras se considera que la
resistencia de colector es mucho menor que la resistencia
de carga para que la etapa no se vea afectada por la
resistencia de carga; la resistencia de carga para la etapa
de atrás va a ser la impedancia de entrada de la etapa' de
adelante.
Calculando los valores desde la última etapa hacia
adelante tenemos:
Para la etapa con amplificador operacional:
Amplificador operacional LF 347
Se supone: Rx = 33 K y A = 3 de la Tabla 2.1.
Calculamos : Px = 15 K
La resistencia de entrada al circuito amplificador va
a ser aproximadamente el valor de P1.
Para la tercera etapa de amplificación:
52
Transistor T3 -> EGG 268 B = 1000
RL = 10 K
De la Tabla 2.1.: Vpico ¿ = 0.8 V
Vpico o = 3 . 2 V
Se escoge las resistencias R33 y R34 considerando que:
la ganacia máxima de la etapa es cuando el transistor T31
presente la mínima resistencia igual a 25 omh, la ganancia
mínima cuando el transistor presente la máxima resistencia
(circuito abierto) . El valor de la resistencia de emisor
debe ser comparable con la resistencia que presenta el
transistor f et ver Figura 2.6.
Si : R « R-34 -T31
R33 « RL
RL, =
Por lo que: ^ = R33 / R34
Olí " ™ '
R33 « RL
Por lo que : ^ = R33 / RE,
Se supone: R33 = R34 = 100 Iw
Con lo que: A^ = R33 / R34
A^ín = 100 / 100 = 1
RE, = 20
53
Se supone : VRC = 5 V > V pico 0 máx
Se calcula: Ic = VRC / R33
TC = IE = 50 mA
VE = IE * RE
VB > Vpico ±
VE = 5 V
IB = IB / B
IB = 50 UA
IR32 >:> IB
IR32 = 1 mA
VB = 0 . 6 + VE
VB = 5 . 6 V
-^•32 = ^B / -Í-R32
R32 = 5.6 K 1/4 w
IRSI ™ IB + Isz
IR31 = 1.05 mA
" "cG > VCE sat + "^R34 + ^R33 + "
Se ocupa una fuente de: Vcc = 18 V
= ^ "
VR31 = 12.4 V
R31 = 12 K 1/4 w
Zi = 3 . 2 K
La frecuencia de oscilación fm£n es de 60 Hz los
valores de los capacitores se hacercan a valores
encontrados en el mercado .
54
G33 = 2 .2 uF 16 V
C31 = 10 uF 16 V
C32 = 1000 uF 16 V
Transistor T,-, ~> EGG 466
Para la segunda etapa de amplificación:
Transistor T, -* ECG 172A B = 7000
RL = 3 .2 K
De la Tabla 2 .1 . : Vpico i = 0.2 V
Vpico 0 = O . 8 V
« 0 . 3
De una forma igual al cálculo de la primera etapa
Se supone: R23 = 100 l/2w
R24 = 300 l/2w
Con lo que: A^ = R23 / R24
A^^ = 100 / 300 = 0 . 3 3
RE, = 23 .1
Anáx = 4 .33
Se supone: VRC = 2 V > V pico 0 máx
Calculamos: Ic = IE = 20 mA
VE = Ic * RE
VE > vpico i
VE = 6 V
IB = IB / B
55
IB « 2 . 8 uA
-I-R22 ->> -^B
IR22 = 0 . 2 mA
= 0 . 6 + VE
V = 6.6 V
R22 « 33 K 1/4 w
IR21 = 0 . 2
VCE sat + VR24 + VR23 + Vpico i + Vpico 0
Se ocupa una fuente de: Vcc = 18 V
VR21 = 11.4 V
-K-21 ~ VR21 / J-R21
R21 = 51 K 1/4 w
Z± = 17 .8 K
La frecuencia de oscilación fmín es de 60 Hz los
valores de los capacitores se hacercan a valores
encontrados en el mercado .
C21 = 2 .2 uF 16 V
C32 = 1000 uF 16 V
Transistor T -> ECG 466
Para la primera etapa de amplificación:
56
Transistor Tx •* EGG 172A B = 7000
RL = 17.8 K
De la Tabla 2 .1 . : Vpico ¿ = 0.05 V
Vpico = 0 , 2 V
Anín = 1
De una forma igual al cálculo de la primera etapa
Se supone: R13 = 100 l/4w
R14 = 100 l/4w
Con lo que: A^ = R13 / R14
An£n = 1
RE, = 20
Anáx = 5
Se supone : VRC = 3 V > V pico 0 máx
Calculamos: Ic = 30 mA
VE = Ic * RE
VE > vpico i
VE = 3 V
IB = IB / B
IB = 4 . 2 8 UA
IR12 >:> IB
IR12 = 0.1 mA
VB = O . 6 -i- VEtí E.
VB = 3 . 6 V
R12 = VB / 1R12
R12 = 33 K 1/4 w
57
IR11 = O .05 mA
VCE sat + VR14 -!- VR13 + Vpico i + Vpico o
Se ocupa una fuente de: Vcc = 18 V
V = Vcr - V
VR11 = 14.4 V
K-II = VR11 / IR11
RX1 = 150 K 1/4 w
Z¿ = 2 3 . 4 K
La frecuencia de oscilación fm£n es de 60 Hz los
valores de los capacitores se hacercan a valores
encontrados en el mercado.
Cu = 2.2 uF 16 V
C12 = 1000 uF 16 V
Transistor T1X -> ECG 466
Para el bloque amplificador de potencia tenemos el
circuito que se ve en la Figura 2.8..
El circuito consta de dos etapas seguidoras de emisor,
la primera a la que llega la señal del operacional sirve
para acoplar las impedancias.
Según la Tabla 2.1. el máximo voltaj e en C1:L es una
onda senoidal con:
Vpico = 9 v f = 50 Hz
58
CIRCUITO DE SPLIDft DE POTENCIA
Vcc
Cli
R13 > R2H > RS3
CIRCUITO DE ESTIMULACIÓN
CIRCUITO DE ESTIMULACIÓN >
GRÁFICO 2 . 8 . CIRCUITO DE POTENCIA
SEGUIDOR DE EMISOR
Vcc
RB1
Ci
Vcc
VE
Ce
DISTRIBUCIÓN DE VOLTAJESDE Lfi CONFIGURACIÓN
¡ vce
RB2S > RE RL vo
V
FIGURA 2.9. CIRCUITO SEGUIDOR DE EMISOR YDISTRIBUCIÓN DE VOLTAJES
La mínima carga hallada experimentalmente en el
primario del transformador de salida es de 2.5 K la
relación de transformación es de 5.
Las ecuaciones para un transistor trabajando como
seguidor de emisor (ver Figura 2.9) son:
Se supone para el desarrollo un voltaje AC de entrada,
±/ de forma triangular y la salida/ v0.
59
Para que el transistor no se sature en el semiciclo
positivo del voltaje de salida v0:
ve = v0 + VE (1)
ve voltaje AC de emisor
VB voltaje DC de emisor
Entonces: Vcc > VCE MJN + 2 Vpico D (1)
v pico o Voltaje pico AC de salida de la etapa
v CE MIN Voltaje colector emisor mínimo
Los voltajes de saturación para un transistor se
consideran entre:
V < VCE MIN < 2 V
Para que el transistor no se corte en el semiciclo
negativo de la señal de salida ie debe ser mayor que cero.
Íe = IB + Íe' > ° -> IB > ípico e' -» Í6' = - V0 / RL,
' ~~ ^pico o / -^-L'
= RL -I- RE
> Vaco / RL' (2)
= VRE / RB (3)
60
o (4)
La impedancia de entrada al circuito es
El circuito equivalente AC de entrada del transistor
tiene Z¡_ en serie con Ci/ planteando la ecuación fasorial
y considerando que:
C,».
Para hallar el valor de Ce siguiendo un procedimiento
igual al anterior se llega a:
Calculando los valores desde la última etapa hacia adelante
tenemos :
Para la segunda etapa:
Transistor T2 -> ECG 261 B = 1000
RL = 100
Si:
Se supone: R23 = 15 lOw
61
Se supone: VE = 11 V > V pico 0
Se calcula: IE = VR23 / R23
IB = 0 .73 A
^B = ^E / B
I = 0 .73 mA
IR32 = 11 mA
VB = O . 6 + VE
VB = 11.6 V
R32 = 1 K 1/4 w
= 11.7 mA
VCC > VCE sat + 2 Vpico
Se ocupa una fuente de: Vcc = 26 V
^ = ~
VR21 = 14.4 V
R21 = 1.5 K 1/4 w
Z¿ = 573
La frecuencia de oscilación fmin es de 60 Hz los
valores de los capacitores se hacercan a los valores
encontrados en el mercado.
C21 = 47 uF 16 V
C22 = 470 uF 16 V
Para la primera etapa:
62
Transistor Tx -> ECG 268 B = 1000
RL = 573
SÍ: R13 « RL
Se supone : R13 = 5 O 5w
VE = 11 V > V pico 0
Se calcula: IE = VR13 / R13
IE = O .22 A
IB = IE / B
IB = O .22 mA
IRIZ >;> IB
IR12 = 2 mA
VB = O . 6 + VE
VB = 11. 6 V
-12 - VB / IR12
R12 = 5. 8 K 1/4 w
IR31 = 2 .22 mA
VpiCQ
Se ocupa una fuente de: Vcc = 26 V
VR21 = "^CC ~ VB
VR21 = 14.4 V
•"•21 " ^R21 / IR21
R21 = 6 . 7 K 1/4 w
Z¿ = 3 K
La frecuencia de oscilación fmln es de 60 Hz los
valores de los capacitores se hacercan a los valores
encontrados en el mercado.
Clx = 47 uF 16 V
El bloque de realimentación de corriente consta del
siguiente circuito (ver Figura 2.10.):
<ELECTRODO I
RETñLIMENTACIÓN DE CORRIENTE
•fVcc
01
+5 VDCREftLIMENTftCIQN DE ?IENTE>
FIGURA 2.10. CIRCUITO DE REALIMENTACIÓNDE CORRIENTE
El optoacoplador Oí es el NTE 3044 y su corriente de
transferencia es del 100 %, la corriente pico máximo va a
ser de 12 mA y para que el voltaje pico de realimentación
sea de 12 V sobre R± entonces :
= V
Rl = 1 K 1/4 w
El optoacoplador O2 es "el TIL 116 y funciona como un
interruptor y experimentalmente para que funcione como tal
se llegó al valor de resistencia de:
64
R2 = 220 1/4 w
El bloque del valor de referencia es el circuito de la
Figura 2.11..
CIRCUITO PPRft EL VftLOR DE REFERENCIA
R10
•H/ccVPLOR DE~T~
REFERENCIA I<A
PJLH-5VDC
-Vcc.CE ~~rOFFSET L
P2 <j
HDISPLftY>
RI
IDEL TRftFQ DE SftLIDfí
-Vcc
RS
GRÁFICO 2.11. CIRCUITO DEL VALOR DE REFERENCIA
El operacional usado es el LF 347.
El circuito con el timer es para acelerar la respuesta
del circuito/ el cual deja de actuar cuando aparece una
señal de 0.5 V pico en el primario del transformador. El
tiempo del timer es de 10 segundos. La resistencia R3 es
para dar la referencia cero.
El un operacional es un sumador y el otro es un
comparador.
"La"écuácl6n"para "el" Tiempo' del- -• • -
monoestable es:
t = 1 .-X
Ri Y R2 son un divisor ' de'1, tensión en donde el voltaje
/sobre Rx debe ser áe 0.5 V asi: ._
« 10 K
1N4001
1/4 w
1/4 w L"'"
-E:l valor de R3 se encontró- experimentalmente:
R3 = 1 K 1/4 w
Se supone: C2 = 470 uF 6 V
Según el fabricante:
C-3, = 0.01 .uF 6 V cerámico
Consid'er ando que la ganancia ..d:el. sumador es -:1 -iira'iLl-amo-s los
rpes- -dé-; . ; . . ; " - t • .t - -
R5 = R¿; = -R7 = R8 = 33 K 1/4 w
R10 = 10 K 1/4 w
Px = P2 =-.-5.0 KSuponemos.-;
El valor hallado para el optóinterruptor 0^ es. ; •:• w
R9 = 220
Ox TIL 116
1/4 w
El bloque sumador, es el circuito de la Figura 2.12..
R5 = 1 M
2 .2 DISEÑO DE LA SECCIÓN DE ESTIMULACIÓN
La sección de estimulación utiliza un transformador y
optoacopladores para aislar eléctricamente la salida. El
circuito completo puede mirarse en el plano 2.
Las señales DI y D2 controlan la forma de onda de la
salida y esta es sincronizada por medio de un flip-flop D
con el cruce por cero de estas.
La señal del reloj del f lip-f lop D se tomará del
primario del transformador de salida por medio del
siguiente circuito (ver Figura 2.13.):
CIRCUITO DE RELOJ
4-5UDC
GRÁFICO 2.13. CIRCUITO DE RELOJ
Los valores de resistencias se calculan considerando
que el circuito va a trabajar en corte y saturación.
Tx -> NTE 123AP
1N4001
= 1 K
R, = 10 K
Para el circuito que controla los tiempos tx y t2 (ver
Figura 2.2.) se escogió un LM 555 trabajando como aestable
con la configuración de la Figura 2.14..
+5VDCCIRCUITO AESTABLE
Rl
+5VDC
GRÁFICO 2.14. CIRCUITO AESTABLE
Las fórmulas para el circuito son:
Tv = O .69 Rnn C,
TL = 0.69 R!
TH tiempo en nivel alto
TL tiempo en nivel bajo
69
Reemplazando valores tomando en cuenta que TH y TL
variables de 1 a 10 segundos en pasos de 1 segundo
obtenemos:
Cx = 470 uP 16 v
R-L = 3 .84 K R1:L = 3 .84 K
R2 = 6.17 K R12 = 6.17 K
R3 = 9 .25 K R13 = 9 .25 K
R4 = 12.33 K R14 = 12.33 K
R5 = 15.42 K R1S = 15.42 K
R6 = 18.50 K R16 = 18.50 K
R7 « 21.58 K R17 = 21.58 K
R8 = 2 4 . 6 7 K R18 = 2 4 . 6 7 K
R9 = 27.75 K Rig = 27 .75 K
R10 = 3 8 . 4 0 K R20 = 3 8 . 4 0 K
Los valores reales que se emplearon son:
R-L = 4 . 4 4 K RH = 3 .93 K
R2 = 9 .39 K R12 = 7 .50 K
R3 = 14.74 K R13 = 11.10 K
R4 = 18.00 K R14 = 13.74 K
R5 = 2 0 . 0 0 K R1S = 19.87 K
R6 = 2 4 . 7 0 K R16 = 23.18 K
R7 « 29.19 K R17 = 30.10 K
R8 = 32 .58 K R18 = 3 2 . 7 0 K
R9 = 39 .00 K R19 = 36 .80 K
R10 = 4 3 . 0 0 K R20 = 42.10 K
70
ECG 123AP
D.,. = D2 -* 1W4001
D3 LED VERDE
R31 « 560
R, 220
1/4 w
1/4 w
C2 = O . 01 uF 6 v
La red del reset en el encendido del equipo se ve en
la Figura 2.15. .
CIRCUITO PfiRfi EL RESET
+5VDC
Cl
RESET
GRÁFICO 2.15. CIRCUITO DE RESET
La ecuación de cálculo para este circuito se establece
considerando que el punto de toma de la señal de reset
tiene alta impedancia de entrada y la red va a ser una RC:
C- ce
Para que alcance el valor de 0.6 v en el capacitor
71
desde el encendido en un tiempo t de 3 segundo con un
voltaje de alimentación de 5 v tenemos:
C = 47 uF 6 v RÍ - 500 K 1/4 w
Para el tiempo de estimulación que va de 2 a 20 min en
pasos de 2 minutos utilizamos el LM 555 como monoestable
(el circuito se ve en la Figura 2.16.).
CIRCUITO MONOESTftBLE
+5VDC
Ci
R10
G R Á F I C O 2 . 1 6 .MONOESTABLE
CIRCUITO
La fórmula para el cálculo del tiempo del circuito
monoestable es:
i i ü í~i= X . JL K-L L.-L
Donde se supone un valor de capacitancia,
Reemplazando valores tenemos:
72
-L = 4700 uF 16 v
R! = 23.21 K
R2 = 4 6 . 4 2 K
R3 = 69.63 K
R4 = 9 2 . 8 4 K
Rc = 116.05 K
R6 = 139,26 K
R7 = 162.48 K
R8 = 185.69 K
R9 = 2 0 8 . 9 0 K
Ri n = 232.11 K
Los valores reales que se emplearon son:
RI = 20.00 K
R2 = 41.30 K
R3 = 62.10 K
R4 = 8 O . 5 O K
Rc = 101.30 K
R6 = 119.20 K
R7 = 139.70 K
R8 = 157.10 K
R9 = 182.00 K
R10 = 198 .50 K
En los Figuras 2.17. y 2.18. pueden verse las curvas reales
con los experimentales para los tiempos del timer LM 555.
El flip-flop D escogido es el 7474, los optoaisladores que
están en el puente rectificador del secundario del
transformador es el ECG 3044.
El circuito que manej a el relé que da inicio a la
estimulación está en el Figura 2.19. Sabiendo que el
transistor funciona como un interruptor tenemos los
siguientes valores:
I?! -> ECG 123 AP
í-i = 330 1/4 w
ce
73
CURVAS DELTIMER COMO AESTABLE
5 6TIEMPO [S]
10
TIEMPO EN BAJO TIEMPO ENALTO -*- TEÓRICA
GRÁFICO 2.17. VALORES DE RESISTENCIA REALES DELTEMPORIZADOR COMO AESTABLE
200
20
CURVAS DELTIMER COMO MONOESTABLE
5 6 7TIEMPO [S]
TIEMPO ENALTO TEÓRICA
GRÁFICO 2 .18 . CURVAS DE RESISTENCIA REALES DEL TEMPORIZADORCOMO MONOESTABLE
74
CIRCUITO DEL RELÉ
+Í2VDC
ED2 HT
Rl ¿_
-z=-
JD1Ti
GRÁFICO 2.19. CIRCUITOMANEJO DEL RELÉ
PARA
JtD.,. -> 1N4001 D2 -* LED ROJO
Para el circuito que va ha indicar de una forma
cuantitativa la corriente utilizamos el que se observa en
el Figura 2.20.
L4
LS,
LS,
< r*Y
1 &^,v
i,v
CIRCUITO IND:
GND VIN
VRMIN VRMfiX
VOi VDD
V02 VOiQ
V03 V09
V04 VOS
VOS V07
DIMMER VOG
^DISPLfíYl
i
Í2VDC
2VDC
/V ,
/V ,
\3 LÍ4
LÍ2 L151
_ii LIS1
_10 LÍ7
L3 LÍ8J
7
CCftDOR D
<F
LV
M
M
M
/
E CORRIENTE
GND VIN
VRMIN VRMAX
VOi VDD
V02 V010
VOS V09
V04 VOS
V0S V07
DIMMER VOG
— <DI
^
BPLftYI
Í2VDC
/ L23
/V |
/v
^
J_22
|_2i
J_20
[_Í3
7Í2VDC
GRÁFICO 2.20. CIRCUITO INDICADOR DE CORRIENTE
«• La fuente de alimentación para todos los circuitos
puede verse en el plano 3.
75
La fuente de 26 V de continua es de potencia para las
etapas de salida, las fuentes de +18 y -18 v de continua
para las etapas de pre-amplificación y alimentación a los
operacionales, la fuente de +5 v de continua para todo el
circuito de control de forma de onda, la fuente de 12 v de
continua para manejo de relés circuito indicador de
corriente.
Las corrientes de continua y voltajes pico necesitados
se detallan a continuación (ver tabla 2.2.):
TABLA 2.2. CORRIENTES DE CONTINUA Y VOLTAJES PICONECESARIOS PARA LA FUENTE DEL EQUIPO.
FUENTE
[Vcc]
+ 26
+18
-18
+5
+12
I
[A]
0.8
0.5
0 .5
0 .5
0 .5
Vpico
[v]
35
24
24
24
24
La fórmula para el cálculo de los capacitores para
cada fuente conocido el valor pico de la onda de entrada
la corriente de continua necesitada y el porcentaje de
rizado es:
Ir=- cc
Suponiendo un rizado del 10% ya que este valor se lo
considera despreciable:
TABLA 2,3. CAPACIDAD DEL CONDENSADOR PARA LAS DIFERENTESFUENTES
FUENTE
[Vcc]
+5
+12
+18
-18
+26
C
[uF]
500
500
500
1500
1500
CAPITULO 3
PRUEBAS Y RESULTADOS
3 .1 PRUEBAS DEL EQUIPO
Para realizar las pruebas de funcionamiento se
observan los siguientes puntos fundamentales:
Verificación del funcionamiento sobre cargas que
simulen la resistencia de piel.
Verificación del funcionamiento sobre cargas reales.
En las pruebas se busca determinar si el equipo puede
mantener su corriente constante al variar la carga aplicada
al mismo.
Para realizar la prueba del funcionamiento sobre una
carga que simule la resistencia de piel, se coloca un
potenciómetro variable en la salida del equipo. Se varió la
78
resistencia para una corriente determinada y se anotó los
valores de corriente y voltaje picos para cada forma de
onda del equipo. Se utilizó un t1 = l s y t 2 = ls.
Los valores hallados se tabulan en la siguiente tabla:
TABLA 3.1. VALORES HALLADOS SOBRE RESISTENCIAS DE PRUEBA
FORMA DE ONDA
RDS
RS
MF
CP
"• MBDIDA
[K]
4 .5
4 .0
3 .5
3 .0
2 . 5
2 . 0
4 .5
4.0 .
3 .5
3 .0
2 . 5
2 .0
4 .5
4 . 0
3 .5
3 .0
2 .5
2 . 0
4 .5
4. 0
3.5
3 .0
2 . 5
2 . 0
V PICO SBCUHDARIO
[V]
21.1
19.0
16.5
14 .0
11.8
9.5
21.2
18 . 9
16.3
14 .1
11.7
9 . 4
21.1
19.0
16.4
14. 0
11.7
9 .5
21.2
18.9
16.3 •
14.1
11.7
9 . 4
•*• PICO SBCUBDARIO
[mA]
4 . 7
4 . 7
4 .7
4 . 7
4 . 7
4 .7
4 . 7
4 . 7
4 . 7
4 . 7
4 .7
4 .7
4 . 7
4. 7
4 .7
4 . 7
4 . 7
4 . 7
4 . 7
4 . 7
4. 7
4 .7
4 . 7
4 . 7
" CALCULADA
[K]
4 . 49
4 . 04
4.51
2 .98
2 .51
2 . 02
4.51
4 . 0 2
3 .47
3 . 00
2 .49
2 . 00
4 .49
4 .04
3 .49
2 . 9 8
2 .49
2 . 02
4.51
4 . 0 2
3 .47
3 . 00
2 .49
2 . 00
79
FORMA DE ONDA
DF
p"• MEDIDA
[K]
4 .5
4. 0
3 .5
3 . 0
2 .5
2 . 0
" PICO aECUNCARIO
[V]
21.2
18 .9
16.4
14.0
11.8
9 . 4
I PICO SHCUHDAJUO
[tnA]
4 .7
4 .7
4 . 7
4 . 7
4 .7
4 . 7
"• CALCUtADA
[K]
4.51
4. 02
3 .49
2 .98
2.51
2 . 00
En la Figura 3.1. se puede observar el comportamiento
del equipo ante variaciones de resistencia.
CORRIENTE CONSTANTE
2.5 5 5.5R MEDIDA [K]
RSD
CP
RSDF
MF
4.5
FIGURA 3.1.RESISTENCIA
VARIACIÓN DE VOLTAJE ANTE CAMBIOS DE
La verificación sobre cargas reales se las hizo con la
forma de onda DF, los datos hallados se los tabula en la
80
Tabla 3.2.:
TABLA 3.2. VALORES HALLADOS SOBRE PERSONAS
SUJETO
I
[tnA]
1.6
2 , 8
4 . 0
7 . 0
10 . 0
12.0
I
V
[V]
14. 0
17.2
18.0
23 . 0
32 .3
39 .0
II
V
[V]
12 . 0
18 .8
22 . 0
2 7 . 7
34.8
38,1
III
V
[V]
10.5
17 .3
19 .1
22 . 0
28 .7
34. 0
IV
V
[V]
11.9
18 . 0
20.1
25 .9
33 . 0
37.3
V
V
CV]
9 . 8
12.2
16.0
21.0
28.1
3 2 . 9
VI
V
[V]
10 . 0
16.0
15.5
19. 0
2 6 , 7
32 . 0
Gomo se puede observar en la Tabla 3.2. manteniendo el
mismo valor de referencia el equipo responde con diferentes
niveles de voltaje lo cual es debido a que cada persona
tiene una resistencia de piel diferente.
En el Figura 3.2. se observa la variación de la
resistencia de piel al aplicarle voltaje, lo cual se
gráfica en caso sea de interés para futuros trabajos.
El diseño de cuantificación de la corriente pico, se
la hizo por medio de leds, ya que luego de escuchar
opiniones de médicos sobre la forma de aplicación de la
terapia, esta se la da por el nivel de sensación de
corriente que tenga el paciente y el valor de la corriente
sirve tan solo de guía para no provocar una sensación
desagradable en el paciente; es por esto que en todas las
terapias al médico le interesa saber que está con lo que
81
ellos denominan una dosis alta, media o baja.
VARIACIÓN DE LA RESISTENCIA DE PIEL
6 7 8 9 10 11 12
SUJETO 1 —•— SUJETO 2 -*- SUJETO 3
SUJETO 4 —*- SUJETO 5 -+- SUJETO 6
FIGURA 3.2. VARIACIONES DE VOLTAJE DEL EQUIPO ANTE CARGASREALES
En la Tabla 3.3. se observa el nivel de corriente pico
indicado por medio del led encendido.
TABLA 3.3. VALOR PICO DE CORRIENTE APLICADA
LED #ENCENDIDO
POSICIÓN I
1
2
3
4
5
6
RSD[mA pico]
0
1.4
2 . 4
3 .0
3 .6
4 . 2
4 . 8
DF[mA pico]
0
1.4
2 .4
3 . 0
3 .6
4 . 2
4 .8
CP[mA pico]
0
1.4
2 .4
3 . 0
3 .6
4 . 2
4. 8
MF[mA pico]
0
1.8
3 .4
4 . 6
5 .6
7 . 0
8 . 0
RS[mA pico]
0
1.8
3 .4
4 . 6
5 .6
7 . 0
8 .0
82
LED #ENCENDIDO
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
POSICIÓN II
RSD[mA pico]
5 .4
6 . 0
6 .6
7 . 2
7 . 8
8 .4
9 . 0
9 . 6
10.2
10. 8
12
DF[mA pico]
5 .4
6 . 0
6 .6
7 . 2
7 . 8
8 .4
9 . 0
9 . 6
10.2
10 . 8
12
CP[mA pico]
5 . 4
6 . 0
6 . 6
7 . 2
7 .8
8 . 4
9 . 0
9 . 6
10 .2
10.8
12
MF(mA pico]
9 . 2
10 .5
12.0
RS[mA pico]
9 . 2
10 .5
12 . 0
3 .2 RESULTADOS
Como podemos observar en la Tabla 3.1., el equipo,
ante variaciones de la resistencia/ da como resultado
variaciones en el voltaje para mantener constante la
corriente en las cinco formas de onda del equipo. En la
Figura 3.1. se puede observar que las variaciones de
voltaje responden en forma lineal a las variaciones de
resistencia.
En la Tabla 3.2. puede verse que para cargas reales el
equipo con un mismo nivel de referencia responde con
diferentes niveles de voltajes esto es para compensar la
diferencia de resistencia que hay en las diferentes
personas.
83
Con cargas verdaderas podemos observar que para
voltajes bajos la resistencia es alta (Figura 3.2.}, pero
conforme el punto de trabajo en corriente aumenta, se
produce un decaimiento de la resistencia, luego de lo cual
esta tiende a mantenerse constante, esto debido a que la
piel trabaja como un dieléctrico.
3.3 . ANÁLISIS ECONÓMICO
COSTOS
TABLA 3.4. COSTOS
CAN
1
1
1
1
1
1/4
27
4
109
4
1
1
1
1
5
3
2
4
4
DETALLE
TRANSFORMADOR 120/24 V 3 A
TRANSFORMADOR 120/6 V 3 A
TRANSFORMADOR 120/18 V I A
TRANSFORMADOR 120/18 V Í A
TRANSFORMADOR 120/12 V 1A
LAMINA ACRILICA 3mm
LED
POTENCIÓMETROS 50 K MULTIVUELTA
RESISTENCIAS 1/4 w
RESISTENCIAS 1/2 w
RESISTENCIA 1 w
RESISTENCIA 5 w
POTENCIÓMETRO 10 K
RESISTENCIA 15 50 w
CAPACITORES CERÁMICO 0.01 uF 25 v
CAPACITORES CERÁMICO 0.33 uF 100 v
CAPACITORES 2200 uF 35 v
CAPACITORES 47 uF 16 v
CAPACITORES 470 uF 10 v
VALOR UNIT.
[SUCRES]
20 .500
20 .500
12 . 000
12 .000
12 . 000
51.500
300
2 .500
50
200
300
700
2 . 2 0 0
12 . 000
1. 600
2 .400
3 .500
250
1.970
VALOR TOTAL
[SUCRES]
20 .500
2 0 . 5 0 0
12 . 000
12 . 000
12 . 000
51.500
8 .100
10.000
5 .450
800
300
700
2 . 2 0 0
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8 . 0 0 0
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7. 000
1. 000
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84
CAN
2
1
1
7
3
3
1
2
2
1
2
1
1
7
7
1
7
5
1
1
1
1
1
1
2
4
1
2
1
5
3
2
DETALLE
CAPACITORES 2200 uF 16 v
CAPACITOR 3300 uF 50 v
RELÉ 12 v
DIODOS 1N4001
PUENTES RECTIFICADORES 1 A 200 v
SELECTOR 10 POSICIONES
JUEGO DE 6 TECLAS
BANANAS
PLUG
PULSADOR
TERMINALES DE 12 PUNTOS
BAKELITA 15x20
BAKELITA 20x30
CONSCTORES HEMBRA 24 PINES
CONECTORES MACHO 16 PINES
METRO CABLE PLANO
SÓCALOS 8 PINES
SÓCALOS 16 PINES
SOCALO 14 PINES
LM 7812
LM 7805
LM 7818
LM 7918
LM 317T
ECG 1519
TIL 116
ECG 3044
LM 555
SN 74H74
LF 347
ECG 466
ECG 172A
VALOR UNIT.
[SUCRES]
3 .250
5 .500
5 .100
250
500
3 .840
5 . 8 0 0
2 .500
1.750
1.500
3 .500
6 . 6 0 0
10.000
2 . 032
389
3 .520
400
600
500
2 . 5 0 0
2 . 5 0 0
2 .500
2 . 5 0 0
2 . 8 0 0
4.110
4 .500
10.300
2 .500
5 . 800
5 .500
7. 000
1.200
VALOR TOTAL
[SUCRES]
6 .500
5 .500
5.100
1.750
1.500
11.520
5.800
5 . 000
3 .500
1.500
7 . 0 0 0
6 . 6 0 0
10. 000
14 .224
2 .723
3 .520
2 .800
3 . 0 0 0
500
2 .500
2 .500
2 .500
2 .500
2 .800
8 .220
4 . 5 0 0
10 .300
5 . 000
5 . 800
27 .500
21. 000
2 .400
85
CAN
2
1
8
DETALLE
ECG 268
ECG 261
ECG 123AP
VALOR UNIT.
[SUCRES]
3 . 800
5. 800
300
VALOR TOTAL
[SUCRES]
7. 600
5 .800
2 . 400
GRABADOS EN BAQUELITAMOVILIZACIÓNPRUEBASARMADO DEL EQUIPOIMPREVISTOS
SUBTOTAL $423.987
$100.000$100.000$ 30 .000$100.000$ 75 . 000
TOTAL $828 .987
El equipo ha sido construido con materiales que
existen en el mercado nacional y los costos que se detallan
en la tabla anterior están referidos a NOV/95
CAPITULO 4
COMENTARIOS Y CONCLUSIONES
4.1 COMENTARIOS
Se podría disminuir la potencia consumida por el
circuito de salida (circuito con control de ganancia y
salida de potencia) si se puede utilizar un chip de
amplificación de audio con control de ganancia.
Ya que se amplifica la onda desde un valor de 100 mV
a 50 V pico, es necesario, para probar el circuito de
amplificación, se tuvo necesidad de realizar las pruebas
con la menor cantidad de cables y conexiones.
No se puso un medidor de corriente por el uso clínico
que los médicos dan al equipo. Pero, si se trabajaría con
corriente DC pura, se debería añadir un medidor, ya que el
87
uso de la corriente DC pura es para administrar medicación.
Se puede mejorar el equipo si se utiliza un
microprocesador ya que con éste se reduciría el circuito de
control; además, que se podrían implementar nuevas formas
de onda para la estimulación. El costo aumentaría, pero el
fabricado con toda la gama de ondas de electroestimulación
estaría muy por debajo del equipo comercial que está
alrededor de los $16"000.000 .
Los equipos actuales que trabajan con microprocesador
presentan toda la gama de ondas mencionadas, lo que con
elementos discretos seria un poco más complicado conseguir
por el tamaño del equipo.
4.2 CONCLUSIONES
La primera condición impuesta para la construccción de
este equipo fue lograr corriente constante
independientemente de la resistencia aplicada a los
electrodos, estén o no estén bien apretados o mal
humedecidos sobre la piel. Esto fue logrado en su
totalidad.
Todos los equipos antiguos miden la corriente media de
estimulación y la lectura la muestran en un miliamperímetro
analógico. Se puede, de ser necesario, conectar un
miliamperímetro al equipo en los terminales que para tal
efecto posee.
La sensación de corriente en todos los pacientes de
prueba fue molesta llegando a causar dolor en corrientes
altas/ aunque la sensación no fue igual en todos ya que
algunos toleraban mejor la terapia.
Los equipos que se encuentran en el mercado para
rehabilitación tienen las ondas de Bernard pero con los
periodos fijos, como se muestran en la Figura 1.15.;
además, poseen onda continua (sin rizado) para introducir
medicación. El equipo construido no da la posibilidad de
introducir medicación pero si se puede cambiar la duración
del período de la onda.
El trabajo realizado cumple el objetivo propuesto; es
decir, diseñar y construir un equipo electroestimulador que
preste apoyo a la rama médica dedicada a la Fisiatría.
Además, que el costo del equipo está muy por debajo del
costo de un equipo importado que está alrededor de los $
6"000.000,00 .
En la construcción de este equipo se ha tomado en
cuenta la facilidad de manejo así como también que el
Fisiatra podría probar con combinaciones de tiempos para
las ondas propuestas y no solo con las ya conocidas.
La resistencia de piel para ondas entre 100 a 120 Hz
está alrededor de los 3000 .
Para corrientes bajas, aproximadamente alrededor de 4
89
mA, la resistencia de piel permanece alta pero conforme
aumenta el voltaje la resistencia tiende a estabilizarce
alrededor de los 3000, lo cual indica que la piel se
comporta como un dieléctrico.
El equipo electroestimulador es un circuito de
corriente constante muy seguro, pues mantiene aislado
eléctricamente al paciente por medio de un transformador a
la salida.
El problema de ruido en las etapas amplificadoras se
eliminó cuando ya se construyeron las tarjetas y se separan
las tierras de potencia y de control.
La sensación de corriente en las personas se da por
acostumbramiento. Para evitar reacciones alérgicas hay que
comenzar los tratamientos con dosis bajas.
El equipo construido con la posibilidad de variar los
tiempos de 1 a 10 segundos puede conseguir terapias más
efectivas.
Al término de la construcción de este equipo se ha
conseguido una gran experiencia que servirá para el
desarrollo profesional.
90
BIBLIOGRAFÍA
BOYLESTAD, Robert. Electrónica Teoria de Circuitos.
3ra. Edición. Ed. Dossat. S. A. 1983.
GONZÁLEZ, Bernaldo. Electrónica General. Ed. Paraninfo
S. A. Madrid. 1984.
GUYTON, Arthur. Tratado de Fisiología Médica. 8va.
Edición. Ed. Interamericana - McGraw Hill. 1995
MALVTNO,Paul. Principios de Electrónica. 2da. Edición.
Ed. McGraw Hill. México. 1982.
SAMANIEGO, Edgar. Fundamentos Farmacología Médica.
4ta. Edición. Ed. Universidad Central.
SIEGENTHALER, Walter. Fisiopatolocría Clínica. Ed.
Toray S. A. Barcelona.
RIVERA, Augusto. Compendio de Histología Humana. Ira.
Edición. Ed. Eugenio Espejo. Quito Ecuador.
ANEXO 1
91
PLANOS
(V
ANEXO 2
DATOS TÉCNICOS
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458
459
4GO
46i
456
467
Polnillyñutí
MMeiIal
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N-CH
JFETN-Cl-l
Dual GateMOSFET
N-CH
Dual GateMOSFET. M-CII
JFETN-CH
JFETP-CH
JFETN-CH
JFETN-CH
JFETN-CH
Dual GateMOSFET
N-CH
Dual GatoMOSFET
N-CH
JFETN-CH
JFETN-CH
JFETN-CH
JFETN-CH
JFET
DualMalched PrJFET N-CH
JFETN-CH
JFETN-CH
Descrlplicnnnd
Applictilton
VHF Árnp/Mix., •. NF4dBMax
al400MH2
Gen Ptirp AF AmpSwitcii
VHF Amp/MixNFSdBMaxat 200MHz
VHF Amp/Mix, •NF 6dB Max at
200MHZ
Galo Prometed
. VHF Amp/Mix, NF4dB Max ai 400MHZ
Gen Purp AF Arnp,NF 2.5dB Max al
100H2
UHF/VHI-Amp. NF4dB al 400MHZ
VHF Amp/MixNF 4dB al 400MHZ
r-M Tuner/VHFAmp, NF
2dBal10QMHz
UHFA'HF Preanip.NF 4.5dB ai
200MHZ
Gaie Protected
TV UHF/RF Amp900MHZ Ranga,Gale Prolecled
Gen Purp Amp/SwNF 2.5dB al
100KHZ
Gen Purp Amp/Sw
GenPurp LowNoise
NF S.OdB at100KHZ
AF Amp/Chopper/Sw
AF Amp, AC InpulImpedance5M @ 1 KC
DC Amp/Sampler/Chopper
(0.95 raíio)
Chopper/Sw
Chapper/HíghSpeed Switching
Cs-.eStyl'i
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Darlington Pwr Amp(Compl ío NT£250}
Darlington Pwr Amp(Compl ío MTE249)
Darllngíon Pwr Amp(Compl ío NTE252)
Darlington Pwr Amp(Compito NTE251)
NPN-SÍ Darlington Pwr Amp(Compl to NTE254)
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Audio Power Amp,' •".Médium Spoed'Switch
(Comp|loNTE219)
Matched Pair of;:NTE1 30
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NPN-Sí
NPM-Si
Audio Power Amp(Compito NTE1 55}'
Matched Pair ofNTEl 31
•Audio Power Arnp, 'Médium Spaed Swiích.'(ConipltoNTE153);.
Matched Pair NTE152
153 PNP-Si Audio Power Amp(Compi toNTEI 52)-
153MCP NPN/PNPSi
Matched Compi Pair Contains'1 Ea. NTEÍ52&NTEt53
Hifjh Voltage Video Output-Ccb - 2.5 pf @ 2.0V
155 í Audio Power Amp(Compito NTE131)
.157 NPN-Si Audio Power Amp, High.VoIlageConverter (Compi to NTE39)
158 PNP-Ge Audio Power Amp
159 PNP~Si: Low Noise Audio Amp, SwllchNF-3dB@iJ<Hsi
' (Compito NTE123AP)
-4 153MCP IPNP/NP.Nfí ' i SI :
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RF-IF Arnp, FM MÍxer/Osc
VHF-UHF Amp, Míxer/Osc
TV Vertical pellection
.ColorTV• Horizontal Deílectiojí
Color TV Horizontal Output •
NPH-Si
NPN-SI
175 NPN-SI
Audio-Video Amp, Reg •(Conipl to NTE296)
Darlington'Pre-Amp,Medium-Speed Switch
Linear S, Audio Power Amp(Compi to NTE38)
MP - Mátchííd Palrs v*Denotos Suríaco MountTypes 12 See Diagrama, begfríning on Page 1- 42 •
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Oscillator,. Mb£G.rlor AM Radio, .Médium 'Speed Switch
(CornpltoMtE10l)-
NPN-Ge Oscillator, Mixer fo'r AM Radio,.t Médium Spead Swíích
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Médium Power Amplifiar(Con-iplto.NTEl03A) . ¡
Power OutptJt Dríver, Sv;iích '(Gomp;toNTEl02)
Médium Power Ampllfier: (Compito NTE102A}
; Audio Power Amp
MaÍchodPairo(NTE104.Audio Pov^r Amp
Amp, Ose, FM Mixer,Ultra Hi Speed Swítch
UHFOscillátOfíforTuner, . ' <HIgh Freqúency ; . ;
RF-ÍF Amp and Ose
Audio Power Amp
Matchod Pair Of NTE121
Amp, Audio to VHF Freq., Sw
) Amp, Audio to VHF Freq., Switch(Compilo NTE159MJ :
• Amp, Audio to VHF Freq., Driver(Cqmpt ta NTEÍÉs)
Hígh Vpltag6:Rov/er OutpUi'Une Óperéiíéd EqütpmenV
- ..'RF^IFAmpiTV, pádia,,; Htflh S'péóü Swltch-
. RF-|FAmp;,;.MIxerrHigh; - Speod Switch
.Afnp, PowGrOuiput, Horizontal.-' and ;Veri[caí ;Do'iec|ion
Audio Duíput,;iVídebi Drívef• ,. . (Cbmpi tdNTE129)
• Ger\e Anip,-.. :(Comprío,.NTE129P)
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ANEXO 3
95
FOTOS DEL EQUIPO
FOTOS
po&irrvtjINTENSIDAD POLARItACKjtJ
FOTO 1 EQUIPO Y ADITAMENTOS
FOTO 2 VISTA FRONTAL DEL EQUIPO
FOTO 3 VISTA LATERAL
FOTO 4 VISTA INTERIOR