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Javier Alejandro Agudelo Gamboa [email protected]
TUNJA2015
Laboratorio 1: DISEO DE DISPOSITIVOS GENERADOR DE SEALES PARA
ESTIMULACION MUSCULAR.Introduccin. La electro estimulacin es una
forma de ejercitar o recuperar msculos a travs de impulsos
elctricos, los cuales a travs de un dispositivo predispuesto y
diseado en este caso por medio de electrodos sobre la piel, prximas
al musculo que se pretenda estimular. As, se producen las
contracciones musculares los cuales se estarn ejercitando, o
recuperando cualquier musculo del cuerpo.
ResumenEl manejo de la electro estimulacin es una forma de
electroterapia o de entrenamiento muscular para el cuerpo humano,
los cuales a travs de impulsos elctricos presenta la contraccin
involuntaria de las fibras musculares. En este caso se tratara de
desarrollar un dispositivo de estos con diferentes tipos de seales,
y frecuencias.
Abstract- Managing the electro stimulation is a form of muscle
training or electrotherapy to the human body, through which
electrical pulses has the involuntary contraction of the muscle
fibers. In this case it were to develop such a device with various
types of signals, and frequencies.
PALABRAS CLAVE: Electro estimulacin, electroterapia, msculos,
contraccin, microcontrolador.
I. Marco terico
ELECTROESTIMULACION.
La electro estimulacin es la tcnica que utiliza la corriente
elctrica, para provocar una contraccin muscular. Mediante un
aparato llamado electro estimulador, se utilizan las contracciones
musculares para prevenir, entrenar o tratar los msculos, buscando
una finalidad teraputica o una mejora de su rendimiento.
Si bien en un principio la electro estimulacin tena un objetivo
bsicamente rehabilitador, la evolucin y conocimiento de la electro
estimulacin, as como la miniaturizacin de los aparatos ha trado
consigo un desarrollo muy importante de esta tcnica en la mejora
del rendimiento fsico.
El tipo de frecuencia seleccionado es la clave para indicarle a
nuestro cuerpo que tipo de fibra a activar esencialmente, por
decirlo de otro modo: el modo de frecuencia elegido ser
capaz de estimular el tipo de fibra muscular que deseemos en ese
momento, que nos convenga ms para la fase de entrenamiento en que
nos encontramos, como ya sealamos anteriormente a grosso modo una
frecuencia alta con una amplitud adecuada nos permitir desarrollar
fuerza y resistencia anaerbica, bajas frecuencias nos permitirn
relajar la musculatura o mejorar nuestra resistencia aerbica. Vamos
a ser ms especficos en relacin a los efectos de la frecuencia y
exponer un resumen aproximado:1.-Entre 2 y 4 Hz obtendremos un
efecto relajante del msculo o grupo de msculos sobre los que
estamos trabajando, incluso si hemos sobrecargado la zona y ha
aparecido dolor podremos observar como en muchas ocasiones ste cede
de forma importante o desaparece por completo, no estamos
produciendo un efecto anestsico sobre la zona pero si estamos
mejorando el trofismo favoreciendo la circulacin, arrastrando
sustancias de desecho y adems con una frecuencia de 4 Hz nos
encontramos en el umbral en el cual se generan encefalinas que van
a elevar nuestro umbral del dolor y por lo tanto ste dejar de
molestarnos. 2.-Entre 4 y 8 Hz obtenemos una elevacin notable de la
segregacin de endorfinas, al mismo tiempo si aumentamos la
intensidad hasta que notemos con claridad la contraccin y hemos
colocado correctamente los electrodos obtendremos un efecto de
masaje sobre el grupo muscular que estamos trabajando con lo cual
adems de elevar el umbral del dolor nos acompaarn los efectos
positivos que suceden a un masaje local tales como: efecto
relajante intenso sobre la zona, mejora de la circulacin local,
disminucin de metabolitos txicos, mejora de la oxigenacin.3.-Entre
8 y 12 HZ lograremos un gran aumento de la circulacin local, con
todo lo que ello supone: elevacin del trofismo, disminucin de
metabolitos, oxigenacin de los tejidos y un cierto efecto de masaje
ajustando los parmetros para que resulte agradable la
sensacin.4.-Entre 12 y 40 HZ pondremos en accin esencialmente
fibras lentas, por poner un ejemplo equivaldra a un trabajo
muscular de carrera continua suave por medio del cual mejoraremos
nuestra capacidad aerbica realizando un trabajo sin apenas dficit
de oxgeno.5.-Entre 40 y 60 Hz segn la amplitud reclutaremos ms
fibras lentas intermedias e incluso rpidas, con este entrenamiento
estaremos logrando un nivel mayor de carga que con el anterior,
mayor resistencia muscular y entraramos en el trabajo de fuerza,
mejorando al mismo tiempo nuestro nivel de oxigenacin.6.-Entre 60 y
80 HZ segn la amplitud se incorporarn al trabajo muscular fibras
musculares intermedias y rpidas, entramos ya de lleno en el trabajo
de fuerza y de desarrollo de la musculatura.7.-Entre 80 y 120 Hz
van a trabajar con gran intensidad las fibras rpidas y con este
trabajo vamos a mejorar la fuerza, la velocidad, la combinacin de
ambas: la potencia muscular y todo ello sin una sensacin de
agotamiento fsico o psicolgico.COMO FUNCIONAN LOS APARATOS DE
ELECTROESTIMULACION.Los aparatos de electro estimulacin muscular
trabajan dependiendo del objetivo que se persiga al emplearlos, por
lo que es importante elegir bien la intensidad de las descargas que
se aplican y la zona donde se colocan los electrodos que van
directamente pegados a la piel.Las membranas de las clulas del
organismo estn polarizadas, puesto que hay un reparto desigual de
cargas elctricas entre el exterior de la clula (positivo) y el
interior de la misma (negativo), donde precisamente intenta actuar
la energa de la electroterapia.As, el tipo de frecuencia
seleccionado de electro estimulacin es la clave para indicar a
nuestro cuerpo qu tipo de fibra muscular se est activando o
excitando, segn la fase de entrenamiento en la que nos encontremos,
o el problema de salud que se intente solucionar mediante esta
tcnica. Y es que, en palabras del fisioterapeuta Jordi Riba, la
electro estimulacin puede excitar de forma arbitraria, interesada y
dirigida, las fibras musculares dbiles de los msculos que causen
descompensacin o debilidad y, por tanto, importantes dolores
secundarios, as como de carcter articular y, por tanto, la
incapacidad funcional que de ellos derivan.Las frecuencias ms bajas
estn indicadas para conseguir una relajacin tanto del msculo como
de la propia persona, con un aumento de la circulacin sangunea y de
la liberacin de endorfinas pero, a medida que se va subiendo la
banda de la frecuencia elctrica, se trabaja el msculo desde un
aspecto propio del ejercicio aerbico, pasando por una combinacin de
aerbico-anaerbico hasta llegar al metabolismo anaerbico, con las
frecuencias ms altas, superiores a los 50 hercios.
Desarrollo de la prctica
II. PROCEDIMIENTO
SEAL ECG.
Para este laboratorio se debe disear un sistema que genere
ciertas seales que a travs de una etapa de acondicionamiento y
potencia sern entregadas por los electrodos.
Mediante la suma o resta de escalones se debe realizar la
aproximacin de las seales de la Fig1 y basados en las siguientes
figuras realizaremos un programa en cc compiler que genere estas
seales.
Fig1. Seales a simular.
La programacin de las seales se desarroll por medio de escalones
y rampas teniendo en cuenta las pendientes y los retardos.
Donde a la salida que para nuestro caso es el puerto B del
PIC16f877a toma el valor asignado durante el retardo establecido;
as se realizara para las 5 seales de la Fig1.
Fig2. Seal 1.
En la Fig2, se observa el cdigo necesario para obtener la seal
Biphasic, y en la cual se observa que el cero de la seal sera 125 y
la parte negativa de la seal sera de 125 a 0 y de 125 a 250 sera la
parte positiva de la seal.
Fig3. Seal 2.
En la Fig3. Se observa el cdigo necesario para la seal
polyphasic, donde se tienen las mismas consideraciones para la seal
Biphasic.
Fig4. Seal 3.
En la Fig4 se observa el cdigo necesario para la seal Balanced
Asymmetrical, en la cual se utiliza un FOR para generar las rampas
que se observan en la seal. Se tiene la misma consideracin, donde
el valor 125 ser nuestro 0.
Fig5. Seal 4.
En la Fig5 se observa el cdigo necesario para la seal
Monophasic, en la cual se utiliza un FOR para generar las rampas
que se observan en la seal. Se tiene la misma consideracin, donde
el valor 125 ser nuestro 0.
Fig6. Seal 5.
En la Fig6 se observa el cdigo necesario para la seal Unbalanced
asymmetrical, en la cual se utiliza un FOR para generar las rampas
ascendentes y descendentes que se observan en la seal. Se tiene la
misma consideracin, donde el valor 125 ser nuestro 0.
Y para la seleccin de las seales se realizara por medio de un
contador.
Fig7. Contador para seleccin de seal.
Y para el aumento o disminucin de la frecuencia se realiza a
travs de un sumador y restador.
Fig8. Frecuencias.
Mediante el software Proteuss se realiza el respectivo montaje,
donde a continuacin del PIC montamos el DAC0808 el cual nos
transforma las seales digitales a anlogas como se muestra en la
Fig9..
Mediante el osciloscopio del software se podr visualizar la
salida que este genera.
Fig9. Simulacin.Y a traves de la simulacion vemos las seales de
la Fig1.
Fig10. Seal Biphasic.
Fig11. Polyphasic.
Fig12. Balanced asymmetrical.
Fig13. Monophasic.
Fig14. Unbalanced asymmetrical.
Para poder realizar el programa realizamos el diagrama de
bloques del sistema representado en la siguiente figura.
Fig15. Diagrama de bloques del sistema.
Donde la programacin se hace por medio de PIC C Compiler, y por
medio del PIC 16F877A se sacan por puerto B las seales programadas,
luego pasa por una etapa de conversin Digital/Analoga con un
DAC0808 luego a una etapa de amplificacin con un LF351 y por ultimo
a una etapa de potencia con un TDA2003.
A travs del osciloscopio se observan las 5 seales que ya nos
arroja el circuito montado en protoboard, la cuales se visualizan a
continuacin:
Fig16. Polyphasic
Fig17. Polyphasic.
Fig18. Balanced asymmetrical.
Fig19. Balanced asymmetrical.
Fig20. Monophasic.
Fig21. Monophasic.
Fig22. Unbalanced asymmetrical.
Fig23. Unbalanced asymmetrical.
Fig24. Unbalanced asymmetrical.
Fig25. Seal Biphasic.
Luego de observar las seales por el osciloscopio, entramos a las
pruebas sobre el el cuerpo humano. Entonces despues de la etapa de
potencia la cual se realiza con un TDA2003, se conecto un
transformador de 12V y -12V, el cual nos genera la salida de
nuestro electroestimulador.
Fig 26. Coneccion del transformador.
Y luego del transformador conectamos los electrodos, los cuales
llevan las seales a cualquier parte del cuerpo, en este caso en el
brazo, haciendo la contraccion del musculo biceps.
Fig 27. Contraccon del biceps.
Fig 28. Relajacion del biceps.
III. CONCLUSIONES.Para poder obtener las partes negativas de las
diferentes seales, fue necesario correr el cero a travs de
programa, en este caso desde el software de programacin PIC C
COMPILER.
En este caso se toma que el microcontrolador solo tiene 8 bits
de salida, por ende el mximo valor que podr sacar ser 255,
entonces, tomamos el cero como el valor de 125, por consiguiente,
todo valor que este entre 125 y 0 se tomara como la parte negativa
de la seal y de 125 hasta 250 la parte positiva de la seal, este
fue el acondicionamiento necesario para poder generar la parte
negativa de la seal.
Hay que tener muy en cuenta el potencimetro a la salida de la
etapa de potencia ya que este, es el que controla la amplitud de
las seales programadas con anterioridad.
referencias
[1]
http://pdf1.alldatasheet.com/datasheet-pdf/view/82338/MICROCHIP/PIC16F877A.html[2]
http://www.ti.com/lit/ds/symlink/dac0808.pdf[3]
http://www.ti.com/lit/ds/symlink/lf351-n.pdf[4]http://www.st.com/web/en/resource/technical/document/datasheet/CD00000123.pdf
