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UNIVERSIDAD PEDAGGICA Y TECNOLGICA DE COLOMBIA FACULTAD DE INGENIERA

ESCUELA DE INGENIERA ELECTRNICA DISPOSITIVOS ELECTROMDICOS 8108712

Ing. EDWARD WILDER CARO ANZOLA E-MAIL: [email protected]

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GUA DE LABORATORIO N1 DISEO DE DISPOSITIVOS GENERADOR DE SEALES PARA ESTIMULACIN MUSCULAR

INTRODUCCIN

La Estimulacin Elctrica Funcional (FES por sus siglas en

ingls), tiene como funcin generar la contraccin muscular

cuando no es posible el control sobre el tejido debido a un dao o

disfuncin de las vas neuronales en el Sistema Nervioso Central

(SNC). Dicha operacin est fundamentada en la misma

naturaleza elctrica cuando se conduce informacin a travs de

las fibras nerviosas desde el soma de la neurona a lo largo del

axn donde un biopotencial lleva consigo una seal de excitacin.

Mientras que el potencial de accin es generado qumicamente

de forma natural, tambin se puede generar artificialmente

mediante la despolarizacin de la neurona utilizando un pulso

elctrico externo.

Un tren de impulsos elctricos con determinada amplitud, ancho y tasa de repeticin, aplicado a las neuronas que inervan un msculo (neurona motora), producir la contraccin de los sarcmeros de una manera ms abrupta que en la despolarizacin natural. En general, el electroestimulador est compuesto por el generador de pulsos, el sistema de cableado y los electrodos. De acuerdo a las caractersticas de la estimulacin, se tienen tres tipos:

Behrens, B. Laboratory Manual for Physical Agents

1. Estimulacin transcutnea o de superficie: Los tres elementos que lo componen se encuentran por fuera del cuerpo, los electrodos son ubicados sobre la piel cerca al punto motor del msculo a ser estimulado. Este mtodo ha sido utilizado ampliamente en rehabilitacin mdica del nervio y del msculo. Teraputicamente ha sido usado para prevenir la atrofia de msculos paralizados. Tambin se tiene en la actualidad el uso extendido de la electroestimulacin transcutnea como mtodo para realizar gimnasia pasiva y en tratamiento de afecciones de la epidermis.

2. Estimulacin percutnea: Utiliza electrodos en forma de aguja hipodrmica que son insertados en la regin a ser estimulada, mientras que el generador de pulsos se ubica externamente.

3. Estimulacin mediante implante: En este dispositivo tanto el generador como los cables y

electrodos son ubicados dentro del organismo por medios quirrgicos. La conexin con el exterior se realiza por mtodos de telemetra.




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OBJETIVOS 1. Observar el fenmeno de excitabilidad en los

tejidos mediante la aplicacin de corriente elctrica controlada.

2. Definir el uso del electroestimulador como herramienta en procesos de terapia y esttica.

3. Disear sistemas de estimulacin elctrica utilizando parametrizacin de pulsos monofsicos y bifsicos.

4. Utilizar sistemas con microcontroladores para el desarrollo de dispositivos electromdicos funcionales.

5. Obtener parmetros de excitacin nerviosa y muscular mediante experimentacin directa.

6. Analizar las posibles reacciones del tejido muscular ante el uso teraputico de los choques elctricos.

DESARROLLO Realice el diseo e implemente un prototipo de TENS utilizando como generador de seal un sistema microcontrolado o tarjeta SoC de tal forma que se logr entregar una corriente elctrica efectiva y suficiente para realizar contraccin muscular. Aprovechando el recurso del sistema, implemente circuitos de seleccin y visualizacin de la programacin realizada de tal forma que un usuario del dispositivo conozca y manipule fcilmente la seal (recuerde que es una mquina para terapia).

Figura 1: Modelos de electroestimuladores

Fuente: http://www.matyroy.com/en/compex-electrostimulators/

Para el diseo final tenga en cuenta parmetros de frecuencia entre 0,5 y 120 Hz; la amplitud de la seal estar entre 0 y 5 V y las formas de onda correspondern a las sealadas en la siguiente grfica (tenga en cuenta las consideraciones clnicas):

Tipos de corrientes y sus voltajes respectivos utilizados en TENS




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Figura 2: Seales tiles en electro estimulacin y consideraciones clnicas

Fuente: http://media.lanecc.edu/users/thorpeb/pta101lab/FoundationsofEstim/FoundationsofEstim_print.html

Parmetros de diseo:

1. Se deben tener 5 modos de seleccin de forma de onda desde un nico pulsador (MODE). 2. La amplitud de la seal de salida se puede ajustar con un potencimetro comn. 3. Se debe tener una seleccin de frecuencia desde el mnimo hasta el mximo (FREQ+, FREQ-). 4. Se debe tener un nico canal de salida de 2 electrodos. 5. Debe tenerse como monitor de salida un diodo LED que oscilar a la misma frecuencia de la

seal aplicada al tejido. 6. Se debe realizar las pruebas sobre la pierna, muslo, antebrazo y brazo; EN NINGN CASO SE

TENDR ESTIMULACIN ELCTRICA SOBRE EL TRAX, EL ABDOMEN O LA CABEZA. 7. Las seales de salida antes de la etapa de conmutacin y de potencia debern ser visualizadas

en el osciloscopio. 8. Debe tener como mnimo una pantalla LCD 2x16 o mximo una pantalla gLCD.




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Figura 3: Condiciones de diseo y trabajos realizados Fuente: Caro A. Edward W.

PREGUNTAS DE INVESTIGACIN:

Cmo realiz la configuracin de las seales en el generador de onda?

Cul es la respuesta del tejido muscular cuando se utiliza una onda monofsica? Y una bifsica?

Explique por qu en los implantes son necesarios electrodos de monitoreo.

Qu esSigmedics?

Describa el circuito equivalente del sistema unin electrodo-piel.

Cul es la aplicabilidad del FES en la construccin de prtesis?

Defina el significado de isometric recruitment curve.

Cul es el uso especfico del TENS para el tratamiento del dolor?

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