Universidad Central “Marta Abreu” de Las Villas
Facultad de Ingeniería Eléctrica
Centro de Estudios de Electrónica y Tecnologías de la Información
TRABAJO DE DIPLOMA
Prototipo de electroestimulador para acupuntura
Autor: Fredy Cedeño del Sol
Tutor: Dr. C. Sergio de Jesús Rodríguez Arias
Santa Clara
2012
"Año 54 de la Revolución"
Universidad Central “Marta Abreu” de Las Villas
Facultad de Ingeniería Eléctrica
Centro de Estudios de Electrónica y Tecnologías de la Información
TRABAJO DE DIPLOMA
Prototipo de electroestimulador para acupuntura
Autor: Fredy Cedeño del Sol
fcedeno@uclv.edu.cu
Tutor: Dr. C. Sergio de Jesús Rodríguez Arias
Profesor Titular, CEETI, FIE, sergior@uclv.edu.cu
Santa Clara
2012
"Año 54 de la Revolución"
Hago constar que el presente trabajo de diploma fue realizado en la Universidad Central
“Marta Abreu” de Las Villas como parte de la culminación de estudios de la especialidad
de Ingeniería en Biomédica, autorizando a que el mismo sea utilizado por la Institución,
para los fines que estime conveniente, tanto de forma parcial como total y que además no
podrá ser presentado en eventos, ni publicados sin autorización de la Universidad.
Firma del Autor
Los abajo firmantes certificamos que el presente trabajo ha sido realizado según acuerdo de
la dirección de nuestro centro y el mismo cumple con los requisitos que debe tener un
trabajo de esta envergadura referido a la temática señalada.
Firma del Autor
Firma del Jefe de Departamento
donde se defiende el trabajo
Firma del Responsable de
Información Científico-Técnica
i
PENSAMIENTO
El genio se hace con un 1% de talento, y un 99% de trabajo.
Albert Einstein
ii
DEDICATORIA
En la vida nos trazamos metas que requieren de esfuerzo y sacrificio en varios
años de estudio; con este trabajo he logrado llegar a la meta de una gran
carrera que quiero especialmente dedicar:
A mis padres: por apoyarme con cada paso que doy y darme los consejos
apropiados, ellos son los pilares de mi vida.
A mi novia: por estar conmigo cuando más la necesite y por su comprensión
iii
AGRADECIMIENTOS
Ser agradecido es una de las mayores virtudes que se le ha dado al hombre, pues
en todas las circunstancias de la vida necesitamos de esa mano amiga que nos
apoye y ayude. Agradecer a:
Martica: por sus revisiones magistrales e incondicionales.
A mi tutor Dr.C. Sergio de Jesús Rodríguez Arias, porque me ha servido de
guía y ejemplo como profesional.
A mis compañeros de estudios que han compartido conmigo a lo largo de 5 años
en las buenas y malas por comprenderme y brindarme su ayuda.
A todos los profesores y trabajadores de la UCLV en especial a los del CEETI
por su profesionalidad, respeto y sabiduría, por haberme atendido cuando lo
necesité y por haber contribuido a que hoy sea una mejor persona.
A todas las personas que han dedicado parte de su tiempo para ofrecer
oportunas sugerencias y brindarme su apoyo en la realización de este trabajo.
… a todos, muchas gracias.
iv
TAREA TÉCNICA
1. Recopilación bibliográfica sobre equipos y sistemas de electroestimulación para
acupuntura.
2. Revisión de distintos diseños para analizar su estructura (diagramas en bloques,
tipos de electrodos, tipos de ondas para la acupuntura) que permita establecer las
invariantes.
3. Análisis de los aspectos a tener en cuenta relacionados con la seguridad del
paciente.
4. Diseño de los bloques que conforman el equipo de electroestimulación.
5. Programación del sistema microprocesador PIC ó PSoC.
6. Pruebas mediante herramientas de simulación como Multisim 10.1, Proteus 7.6
y/o mediciones reales.
7. Escritura del informe técnico.
Firma del Autor
Firma del Tutor
v
RESUMEN
La acupuntura y electroacupuntura como terapia tienen un marcado auge en nuestro país,
cada policlínico o área de salud presta servicios en estas modalidades de terapias. Esto
muestra la necesidad del diseño y construcción de electroestimuladores al nivel de los
comercializados en el mundo, para nuestro sistema de salud.
En este trabajo se realiza un prototipo de electroestimulador, para ello se revisa la
bibliografía existente al respecto y en especial la que brinda información sobre
electroestimuladores para acupuntura. Las características fundamentales se toman como
punto de partida para realizar un prototipo de estimulador capaz de realizar la terapia.
En el proyecto se logra la generación de los tres tipos de ondas fundamentales en la
electroacupuntura. Además una etapa de potencia con niveles de intensidad requeridos y
aislamiento galvánico para la protección eléctrica en el equipo.
vi
TABLA DE CONTENIDOS
PENSAMIENTO................................................................................................................. i
DEDICATORIA ................................................................................................................ ii
AGRADECIMIENTOS .....................................................................................................iii
TAREA TÉCNICA ........................................................................................................... iv
RESUMEN ........................................................................................................................ v
INTRODUCCIÓN ............................................................................................................. 1
CAPÍTULO 1.
FUNDAMENTACIÓN TEÓRICA DE LA ELECTROESTIMULACIÓN
Y LA ACUPUNTURA....................................................................................................... 5
1.1
Introducción ......................................................................................................... 5
1.2
Estructura anátomo-fisiológica del estimulo ......................................................... 6
1.2.1
Teorias occidentales del mecanismo de electroetimulacion ............................ 7
1.3 Electroterapia............................................................................................................ 8
1.3.1 Tipos de electroestimulación .............................................................................. 9
1.3.2 Electrodos ........................................................................................................ 11
1.4 Electroestimuladores............................................................................................... 13
1.4.1 Diagrama de bloques general ........................................................................... 15
1.4.2 Analisis de sistemas embebidos........................................................................ 16
1.5
Aspectos significativos de la electroestimulacion y la acupuntura ....................... 21
vii
CAPÍTULO 2: DISEÑO DE ELECTROESTIMULADOR ............................................... 22
2.1 Selección de los tipos de ondas a emplear en el electroestimulador ......................... 22
2.2
Diseño del electroestimulador ............................................................................ 24
2.2.1
Diseño de la etapa de control ....................................................................... 25
2.2.2 Diseño del circuito de salida............................................................................. 26
2.2.3
2.3
Sistema generador de señales ...................................................................... 28
Programación del sistema microcontrolador ....................................................... 30
2.3.1
PSoC Designer ............................................................................................ 30
2.3.2
PSoC Programmer ....................................................................................... 33
2.3.3 Configuracion del generador de señal con sistema PSoC .................................. 34
CAPÍTULO 3. RESULTADOS Y EVALUACIÓN DEL ELECTROESTIMULADOR
PARA ACUPUNTURA ................................................................................................... 36
3.1 Introducción ........................................................................................................... 36
3.2 Formas de ondas adquiridas por el bloque generador con sistema PSoC .................. 36
3.3 Resultados y evaluación de la etapa de potencia ...................................................... 39
3.3.1 Prueba de intensidad con variación de carga ..................................................... 40
3.3.2 Análisis de Monte Carlos ................................................................................. 42
3.3.3 Etapa de potencia ante señal ............................................................................. 43
3.4 Análisis y evaluación del impreso simulado ............................................................ 44
3.5 Análisis de costo del hardware del electroestimulador ............................................. 46
3.6 Conclusiones parciales sobre los resultados ............................................................ 47
CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES ................................................................ 48
Conclusiones ................................................................................................................ 48
Recomendaciones ......................................................................................................... 49
REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS .............................................................................. 50
viii
ANEXOS ......................................................................................................................... 53
Anexo I
Anexo II
Componentes en la etapa de potencia .......................................................... 53
Aislamiento galvánico ............................................................................. 56
Anexo III Programa del sistema microcontrolador PSoC .............................................. 56
Anexo IV Listado de costo de los componentes ............................................................ 63
INTRODUCCIÓN
1
INTRODUCCIÓN
La acupuntura es una técnica milenaria de origen chino. En un principio fue practicada por
personal no médico. Actualmente esta terapia y otras afines son realizadas por personal de
salud[1].
La acupuntura ha tenido gran relevancia e importancia a pesar de los mitos, convertida hoy
en una de las ciencias más antiguas del mundo. Son múltiples los procesos patológicos que
son tratados con esta técnica así como numerosos los usos que tiene en la práctica médica
diaria[1-2].
Tiene como característica más sobresaliente el potente efecto analgésico que produce, el
cual constituye la base de la analgesia quirúrgica acupuntural. Con ella se obtienen buenos
resultados en muchas enfermedades, lo que motivó a fines de 1979 que la Organización
Mundial de la Salud (OMS), reconociera la técnica acupuntural en el tratamiento de un total
de 43 afecciones[3].
La técnica de acupuntura tiene su base en el estímulo de puntos específicos localizados en
el cuerpo humano, aunque también se ha probado en animales. Estos puntos al ser
estimulados aparecen determinados efectos en el organismo, como los de sedación y
analgésico,
psicológico,
homeostático,
inmunodefensivo,
antiinflamatorio
y
de
recuperación motora. Los puntos acupunturales son regiones diferentes al resto, por estar
entre el tejido conectivo subcutáneo y el muscular donde están localizadas gran cantidad de
fibras nerviosas y esto asegura la conexión con el sistema neuromuscular[3].
Existen diferentes formas de estimulación de los puntos de acupuntura entre estas esta la
estimulación eléctrica conocida como electroacupuntura, surgida en la segunda mitad del
pasado siglo en China, hoy ampliamente difundida en el mundo[1, 4-5].
INTRODUCCIÓN
2
La electroacupuntura aprovecha el fenómeno de la existencia de una menor resistencia
eléctrica en la piel debajo de los puntos de acupuntura por lo que conducen mayor
electricidad que la piel que los circundan. Además de la conexión con el sistema
neuromuscular[6].
La estimulación eléctrica de los puntos de acupuntura tiene algunas ventajas sobre otras
formas de estimulación. Posee un instrumental sencillo y fácil de transportar, segura,
económica, de fácil aprendizaje y manejado por manos hábiles no ofrece complicaciones.
La electroacupuntura presenta ventajas sobre estimulación eléctrica tales como:

Menor traumatismo de los tejidos circundantes en el sitio de inserción de la aguja.

La estimulación no es dolorosa.

Es mejor tolerada por los niños.
Significa un ahorro de tiempo pues la estimulación es producida por el equipo y no requiere
de la manipulación constante por el médico, tiempo que puede ser empleado en otras
labores, en algunos equipo al terminar el tiempo de sesión programado se produce parada
automática del mismo[7-8].
Esta forma de estimulación se encuentra contraindicada en:

La epilepsia y otros estados convulsivos, pues la frecuencia del estímulo puede
entrar en resonancia con la del foco epiléptico y desencadenar una crisis convulsiva.

En los trastornos de la conducción eléctrica cardíaca y pacientes con marcapasos.
En ambos casos el paciente puede sufrir graves consecuencias si la frecuencia del
estímulo entra en resonancia con la del trastorno.

En niños o pacientes con trastornos mentales, que no cooperen o muy ansiosos.

En mujeres embarazadas puede producirse aborto, sobre todo si se utiliza sobre el
abdomen o en puntos distales de los miembros inferiores.

En pacientes con prótesis metálicas internas y obturaciones dentales con metales
buenos conductores de la electricidad como el oro, porque se produce calentamiento
o electrólisis de las mismas.
INTRODUCCIÓN

3
Algunos puntos de acupuntura por la proximidad de estructuras vitales[9].
En el centro de asistencia médica Hospital Militar de Santa Clara existe un área de
fisioterapia que brinda entre otros servicios el de electroacupuntura. El mismo contaba con
un electroestimulador de origen ruso pero luego de 30 años de explotación y la no entrada
de piezas de repuesto, terminó su vida útil.
Lo anterior provoca que surgiera la necesidad de diseñar un equipo que permita estimular
los puntos acupunturales por medio de un flujo de corriente eléctrica o voltaje a diferentes
frecuencias durante un tiempo determinado, para el tratamiento de varias enfermedades.
Por lo anterior, puede plantearse que la situación problémica es la necesidad de contar en el
Hospital Militar de Santa Clara, con un equipo que permita la estimulación de puntos de
acupuntura, mediante una corriente eléctrica con formas de onda, amplitudes y frecuencias
variables.
En correspondencia con la situación problémica el objetivo general es diseñar un prototipo
de electroestimulador para acupuntura que permita dar electroterapia que brinde diferentes
formas de onda y facilidades de ajuste de la amplitud y frecuencia.
Del objetivo general se desprenden los objetivos específicos que son:
1. Analizar críticamente la bibliografía sobre la acupuntura, sus funciones, importancia
e influencia anatómica-fisiológica.
2. Analizar de manera crítica los diferentes equipos de electroestimulación; sus
funciones, tipos de onda y electrodo así como las estructuras básicas de los
electroestimuladores.
3. Diseñar los bloques que forman parte del electroestimulador, empleando sistemas
empotrados.
4. Realizar pruebas de validación empleando herramientas de ayuda al diseño como
Multisim 10.1, Proteus 7.6 y/o mediciones reales
Para cumplir con los objetivos se plantean las siguientes tareas a desarrollar:
1. Recopilación bibliográfica sobre equipos y sistemas de electroestimulación
para acupuntura.
INTRODUCCIÓN
4
2. Revisión de distintos diseños para analizar su estructura (diagramas en
bloques, tipos de electrodos, tipos de ondas para la acupuntura) que permita
establecer las invariantes.
3. Análisis de los aspectos a tener en cuenta relacionados con la seguridad del
paciente.
4. Diseño de los bloques que conforman el equipo de electroestimulación.
5. Programación del microprocesador PIC ó PSoC.
6. Pruebas mediante herramientas de simulación como Multisim 10.1, Proteus
7.6
y/o mediciones reales.
7. Escritura del informe técnico.
Con este proyecto se pretende contribuir al desarrollo de un electroestimulador para
acupuntura que ofrezca una respuesta a la constante demanda de los pacientes en el hospital
militar de Santa Clara. El diseño debe estar en función de la disponibilidad de los recursos
para lograr la viabilidad que un futuro permita a la industria biomédica nacional la
construcción de equipos de electroestimulación para acupuntura.
El trabajo está formado por Introducción, tres capítulos, conclusiones y recomendaciones
además de bibliografía correspondiente.
En el capítulo 1, se trata la importancia de la acupuntura y dentro de esta la modalidad de
electroestimulación, se plantean los efectos que logra la corriente con sus distintas formas
de ondas. También se muestra un diagrama de bloques que da una idea anticipada de un
electroestimulador para acupuntura.
En el capítulo 2 se realiza el diseño del prototipo de electroestimularor para acupuntura
empleando herramientas para el diseño como Multisim y Proteus.
Por último en el capítulo 3 se exponen y discuten los resultados del diseño realizado en los
capítulos anteriores.
CAPÍTULO 1. FUNDEMENTACIÓN TEÓRICA DE LA ELECTROESTIMULACIÓN Y LA
5
ACUPUNTURA
CAPÍTULO 1. FUNDAMENTACIÓN TEÓRICA DE LA
ELECTROESTIMULACIÓN Y LA ACUPUNTURA
1.1
Introducción
La acupuntura consiste en insertar agujas en determinadas zonas de la piel las cuales son
estimuladas de diversas maneras, con producción de dolor, entumecimiento, distensión,
pesadez con el fin de curar enfermedades por lo que las sensaciones se hacen menos
importantes[1-2, 9].
El punto acupuntural, tiene características físicas y morfológicas. Considerados puntos de
alta conductividad eléctrica, donde se describen de manera constante formaciones
anatómicas como un tronco nervioso, un plexo nervioso o un plexo nervioso perivenoso o
periterial[10].
El punto mencionado con anterioridad en otras palabras está formado por terminaciones
nerviosas libres que serpentean la dermis con proximidad a la epidermis y el origen del
reflejo desencadenante puede depender del sistema cerebroespinal y el sistema nervioso
autónomo, conducido desde la periferia. Su activación ocurre por diferentes estímulos
como: la inserción de la aguja, presión, laser, ultrasonido, químicos, las variaciones de
temperatura y electroestimulación, esta última estimulación se lleva a cabo con
corriente[10-11].
El uso indiscriminado de medicamentos, con grandes efectos tóxicos, y de otras técnicas
más incisivas como bloqueos, infiltraciones y cirugías, que no siempre solucionan el
problema y pueden dejar secuelas empeorando el cuadro, ha motivado la apertura de
occidente a las terapias orientales, haciendo necesario el estudio de las mismas para su
correcta aplicación. Como las teorías filosóficas chinas no son bien comprendidas por
CAPÍTULO 1. FUNDEMENTACIÓN TEÓRICA DE LA ELECTROESTIMULACIÓN Y LA
6
ACUPUNTURA
occidente y científicamente no están fundamentadas se han invocado diversas teorías en
relación con el Sistema Nervioso Central (SNC); que explican los efectos de la acupuntura
sobre el organismo[1, 10, 12].
1.2
Estructura anátomo-fisiológica del estímulo
En la estructura anátomo-fisiológica del estímulo es importante mencionar la neurona
(unidad funcional del SNC). Ella a través de la sinapsis, es la encargada de transmitir el
mensaje y lo hace a través de sustancias proteicas llamadas neurotransmisoras y
neuropéptidos. Cada neurona transmite 2 tipos de mensajes: eléctrico y químico. El
eléctrico viaja por la cubierta mielínica externa y el químico por el interior del axón[12].
Los neurotransmisores constituyen el primer mensajero, en la transmisión, ellos forman una
masa crítica suficiente para que el mensaje continúe viajando. Pero si la neurona ha
segregado un neuropéptido entonces la transmisión es más lenta, necesitando un mediador
llamado segundo mensajero, encargado de multiplicar la cantidad de neuropéptidos hasta
formar la masa crítica capaz de continuar la transmisión. El neurotransmisor es una
sustancia proteica macromolecular, de pocos aminoácidos[12].
La fibra nerviosa es la encargada de transmitir el mensaje. Existen 3 tipos de fibra que
entran en el asta posterior de la médula estas son:

Fibra A

Fibra A

Fibra C
Las características esenciales de las fibras A son: gruesas, altamente mielinizadas, rápida
velocidad de conducción, transmiten tacto y temperatura. Estimula las fibras de los núcleos
de Gold y Burdash. Asciende al bulbo y de ahí al hipotálamo sistema propioceptivo que nos
pone en contacto con el exterior.
Las fibras A son parcialmente mielinizadas, más finas, con velocidad de conducción
media. Transmite la sensación de músculos, vísceras y piel se manifiesta con dolor agudo,
preciso y localizado. Sus fibras cruzan delante del epéndimo hacia el cuerno anterior
opuesto, ascienden al tálamo, este fascículo se llama neoespinotalámico.
CAPÍTULO 1. FUNDEMENTACIÓN TEÓRICA DE LA ELECTROESTIMULACIÓN Y LA
7
ACUPUNTURA
Las características de las fibras C son: mielínicas, muy finas, poca velocidad de
conducción. Al llegar al asta posterior no tiene receptividad, ni poder de adaptación como
las anteriores,
requieren estímulo receptivo. Transmiten dolor crónico, difuso, sordo,
mantenido, profundo, no preciso, estas fibras al llegar al núcleo de Rhesus establecen
conexión con el lado opuesto al núcleo lateral y de ahí hacia arriba al tálamo. Este fascículo
se denomina paleoespinotalámico[8, 10, 12].
1.2.1 Teorias occidentales del mecanismo de electroetimulacion
Con el transcurrir de los años se ha estudiado por el mundo occidental todo lo referente a la
acupuntura y se han elaborado teorías que desde el punto de vista neurofisiológico nos
explican los efectos de la acupuntura, fundamentando conjuntamente con las teorías
tradicionales, todo lo referente a esta técnica y otras afines. Las teorías son mencionadas a
continuación:

Teoría Wall-Melzakc

Teoría Neuroendocrina

Teoría Iónica

Teoría Inmunológica
La Teoría Wall-Melzakc es llamada también: teoría de las puertas de entrada. Plantea que a
nivel del SNC existen una o varias puertas de entrada compuestas por diferentes fibras que
permanecen abiertas al paso del dolor, que viaja por fibras afines, poco mielinizadas o
amielinizadas y velocidad de conducción baja. El estimulo acupuntural viaja por fibras A
gruesas, mielinizadas, con alta velocidad de conducción, por lo que el estímulo llega
primero al tálamo y cierra la compuerta al paso del dolor logrando la analgesia[13].
Por su parte la teoría neuroendocrina plantea que la mayoría de los puntos de acupuntura,
están situados en meridianos cuyos trayectos son cercanos a ramas nerviosas importantes
de carácter neurovegetativo, igualmente coinciden con plexos neurovasculares (somáticos y
viscerales). Relacionados con ganglios y estructuras cerebrales superiores[10, 14].
El organismo produce morfinomiméticos (encefalinas, endorfinas) capaces de aliviar el
dolor. La acupuntura provoca una estimulación y facilita la acción de ambas, la que es
reforzada por serotonina y acetilcolina[10, 14-15].
CAPÍTULO 1. FUNDEMENTACIÓN TEÓRICA DE LA ELECTROESTIMULACIÓN Y LA
8
ACUPUNTURA
También la Teoría Iónica plantea, que en el tejido dañado hay bloqueo de la membrana
celular impidiendo la circulación iónica de Na, K, Ca, Mg. La acupuntura produce
neuromodulación, facilitando la circulación iónica. Activa la bomba de sodio - potasio, con
cambios en el potencial de membrana facilitando la conducción nerviosa.
Por último la Teoría Inmunológica afirma que el estímulo acupuntural actúa sobre el
sistema reticuloendotelial provocando: reacción antígeno – anticuerpo, incremento de
leucocitos, incremento de gammaglobulinas y otras sustancias que aumentan la resistencia
inmune del organismo.
Las teorías de la acupuntura enunciadas aquí son las más conocidas. Cada una de ellas por
separado no explica todos los efectos sobre el organismo, de conjunto si lo hacen e incluso
pueden explicar por si solas algunos de ellos[10, 16].
1.3 Electroterapia
Los tejidos vivos poseen la capacidad de reaccionar frente a cambios en su medio interno o
frente a variaciones energéticas del medio externo a causa de un estímulo. Existen
diferentes tipos de estímulos: mecánicos, químicos, eléctricos y luminosos. Los estímulos
más empleados en experimentación son los eléctricos, pero también son los más adecuados
por la naturaleza misma de la excitación, ya que son fáciles de medir, no provocan
alteraciones duraderas en las estructuras que atraviesan y requieren poca energía[10, 17].
Los tejidos nervioso y muscular son los aptos para recibir estímulos y reaccionar frente a
ellos, por lo que se les califica como excitables o dotados de excitabilidad. A los efectos
prácticos la corriente eléctrica se verifica a lo largo de los nervios en sus diferentes tipos
(sensibles, motores y vegetativos)[18-19].
La acción de la corriente sobre el organismo puede desencadenar efectos diversos, los que
pueden ser peligrosos cuando la corriente sobrepasa los 15 mA. A partir de este valor de
corriente los músculos próximos a los puntos de entrada y salida se enervan, por lo que el
individuo pierde la posibilidad de contracción voluntaria, imposibilitando al sujeto actuar
con el sentido de librarse de su efecto.
La electricidad sobre el cuerpo humano depende de la Ley de Ohm representada en la
ecuación 1.1.
CAPÍTULO 1. FUNDEMENTACIÓN TEÓRICA DE LA ELECTROESTIMULACIÓN Y LA
9
ACUPUNTURA
𝑉
𝐼=𝑅
(1.1)
La principal barrera ante el paso de la corriente eléctrica es la piel. La mayor impedancia es
a menudo la resistencia de la piel en las superficies de contacto. En la tabla 1.2 se muestran
los diferentes valores de impedancia según el estado de la piel[2, 6, 20].
Tabla 1.2: Resistencia de la piel según su estado
Estado de la piel
Resistencia de la piel por cm2 de electrodo
Piel seca
93 k Ω
Gel en la piel
10.8 k Ω
Piel penetrada
200 Ω
Se distinguen diferentes modalidades de electroterapia que como su nombre lo indica son
terapias con corrientes eléctricas, según el modo de incidir dicha corriente sobre los tejidos
pueden ser:

Corrientes unidireccionales.

Corrientes bidireccionales (alternas, farádicas, neofarádicas).

Corrientes contínuas.

Corrientes interrumpidas.

Frecuencias de impulsos: bajas, medias o altas. Las corrientes eléctricas, inducidas,
de alta frecuencia se incluyen y estudian dentro del aparato de la diatermia.
La electroterapia tiene actualmente dos grandes bloques de aplicaciones terapéuticas: la
electroterapia analgésica y la electroterapia excitomotora[10, 21-22].
1.3.1 Tipos de electroestimulación
De los tipos de electroestimulación se mencionan y explican algunos, ejemplo, la
iontoforesis para el suministro de medicamentos, cualquier corriente unidireccional es apta
CAPÍTULO 1. FUNDEMENTACIÓN TEÓRICA DE LA ELECTROESTIMULACIÓN Y LA
10
ACUPUNTURA
para las distintas técnicas de la misma, las que pueden ser dielectrólisis e ionoterapia
eléctrica o ionoforesis[6, 21].
La cantidad de medicamento introducido en el organismo es directamente proporcional a la
cantidad total de electricidad que apliquemos. Por eso la corriente galvánica convencional
es tradicionalmente la más usada. En la práctica se alcanzan los 10 a 20 mA por centímetro
cuadrado. Se aplican tandas de 10 a 20 sesiones diarias o alternas, de hasta 30 minutos de
duración. La tecnología actual permite aplicaciones iontoforéticas utilizando equipos
conectados a la red o que funcionan con baterías de 9V.
Otro tipo de estimulación es la galvanización, es clásico el empleo de la corriente continua
unidireccional, como agente analgésico por su acción sobre los nervios sensitivos y las
masas musculares contracturadas[21, 23].
En dolores recientes o de baja intensidad se aplica la corriente por debajo del umbral de
sensibilidad y posteriormente se incrementan las intensidades. Los tiempos de aplicación
pueden alcanzar de 20 a 30 minutos. Las corrientes interrumpidas constituyen las más
usadas y son denominadas impulsoterapia[21, 23].
También en la electroestimulación tenemos las corrientes de baja frecuencia, estas tienen
un amplio grupo de frecuencias, en cualquier caso, inferiores a los 800 Hz. Se utiliza por
sus efectos analgésicos y tróficos, y por su carácter excitomotor, estas son: Corriente de
Trabert, de tipo 2 a 5 mA, o ultracorrientes excitantes. Son impulsos rectangulares de 2 ms
de duración, con 5 ms de intervalo y frecuencias de 145 Hz. Es el antecedente de las
corrientes del tipo estimulación nerviosa transcutánea. Tiene efectos analgésicos y
relajantes. La corriente de Leduc, son impulsos rectangulares de 1 ms de duración y una
frecuencia de 100 Hz[21, 23-24].
Otra de las corrientes de baja frecuencia es Gama TENS (estimulación nerviosa
transcutánea), de impulsos rectangulares, bifásicos y simétricos o asimétricos (corriente
alterna de baja frecuencia, 1 a 150 Hz), una duración de 0,15 a 1 ms y en ráfagas[24-25].
De lo anterior las frecuencias de impulso utilizadas ocupan la denominada banda analgésica
cuya calificación es relativa (ya que todas se encuentran en las bajas frecuencias): muy
CAPÍTULO 1. FUNDEMENTACIÓN TEÓRICA DE LA ELECTROESTIMULACIÓN Y LA
11
ACUPUNTURA
bajas, 2 a 5 Hz; bajas, 30 a 50 Hz; medias, 70 a 90 Hz y altas, 100 a 150 Hz. La duración es
de varias horas en el domicilio del paciente[17, 24-26].
Las corrientes pulsátiles bifásicas también son de bajas frecuencias, sus características son:
frecuencias de 1 a 150 Hz. Duración de los impulsos de 0,01 a 0,1 ms. Pulsátil tren de
impulso o ráfagas de 2 Hz[27].
La electroacunpuntura está dentro de este grupo mencionado anteriormente, se caracteriza
por ser de elevada intensidad y baja frecuencia. La intensidad se ajusta para producir
contracciones musculares visibles, intensas y rítmicas. Éstas y otras formas de elevada
amplitud son más resistentes a la acomodación nerviosa.
La corriente o estímulo eléctrico, que se da en los puntos de acupuntura y utilizando las
agujas de acupuntura se denomina electroacupuntura. Se aprovechan estos puntos por estar
en canales nerviosos y ser una vía más rápida para el estímulo neuromuscular; las agujas
tienen un papel importante en disminuir la resistencia de la piel.
Con este tipo de estimulación se reclutan las fibras C y Aδ mencionadas en epígrafes
anteriores, con lo que se estimulan receptores propioceptivos, táctiles y cinestésicos, y se
produce un bloqueo periférico de la transmisión del impulso doloroso o una activación de
los mecanismos inhibidores centrales. La producción de contracciones rítmicas puede poner
en marcha mecanismos de tipo humoral[28].
Con formas de ondas de pulsos bifásicos cuadrado, bifásica sinusoidal, así como variantes
de cuadradas positivas que suelen ser las más utilizadas, estas se logran con pulsos de 2 a 5
ms y frecuencias de 10 a 100 Hz. Estas características permiten tratamientos analgésicos y
antiinflamatorios[10, 27-29].
1.3.2 Electrodos
El tamaño de los electrodos, a su vez, depende del tamaño de la zona que hay que tratar. A
mayor tamaño de electrodos, mayor intensidad, y viceversa. La intensidad de la corriente
para electrodos pequeños oscila entre 1 y 5 mA/cm2; para electrodos grandes oscila entre 1
y 15 mA/cm2. Los electrodos de contacto pueden clasificarse en fijos y móviles[10, 29].
Los electrodos deben ser buenos conductores, de forma que presenten muy poca resistencia
al paso de la corriente. Las placas metálicas (estaño, plomo, acero, aluminio, cobre y plata),
CAPÍTULO 1. FUNDEMENTACIÓN TEÓRICA DE LA ELECTROESTIMULACIÓN Y LA
12
ACUPUNTURA
por ser buenos conductores, tradicionalmente se han empleado como electrodos en
electroestimulación terapéutica[10, 29].
Los electrodos de contacto más empleados son los de goma impregnada con partículas de
carbono, conocidos comúnmente como electrodos flexibles de goma. Estos electrodos son
flexibles y reutilizables, y necesitan de la aplicación de un medio conductivo en la interface
electrodo-piel, para reducir la impedancia cutánea e impedir irritaciones o quemaduras en la
piel. Este medio suele ser un gel hidrofílico conductor, o también pueden introducirse en
almohadillas, que se humedecen en agua antes de la aplicación.
Existen electrodos autoadhesivos, de un solo uso, como los electrodos de goma, electrodos
de polímeros sintéticos y electrodos de placas de geles conductivos adhesivos; incluso
existen electrodos esterilizados. Actualmente se dispone de electrodos autoadhesivos para
iontoforesis, que incorporan un pequeño recipiente para depositar la medicación[29].
También se encuentran disponibles electrodos de vacío, fabricados con material flexible, de
diversos tamaños, para asegurar un buen contacto con la piel. El vacío se realiza mediante
una bomba, que hace que circule el aire a través de una estrecha abertura situada en el
electrodo; así se crea un vacío parcial. Existen equipos que permiten aplicar succión, tanto
continua como pulsátil[29-30].
Por su parte los llamados electrodos móviles, pueden desplazarse manualmente, de forma
que puede posibilitarse la localización y tratamiento de puntos motores, puntos dolorosos,
trayectos dolorosos, etc. A continuación se relacionan los diferentes tipos de ellos:

Electrodos puntiagudos o tipo bolígrafo, para localización y tratamiento de puntos
motores y dolorosos.

Electrodos bipolares, constituidos por dos electrodos y un porta electrodos a modo
de mango. Suelen emplearse para estimulación de músculos denervados.

Electrodos de platillo y electrodos de compás, que suelen utilizarse para el
tratamiento de dermatomas y trayectos dolorosos, y para la localización y
tratamiento de puntos motores o puntos dolorosos[17, 24, 31].
CAPÍTULO 1. FUNDEMENTACIÓN TEÓRICA DE LA ELECTROESTIMULACIÓN Y LA
13
ACUPUNTURA
En la electroacupuntura se usan las agujas de acupuntura las cuales atraviesan la piel y se
alojan en el punto acupuntural. La colocación de estos electrodos se debe hacer por
personal calificado. Los electrodos se conectan a los cables conductores con pinzas de
cocodrilo[32].
Para algunas aplicaciones, es interesante disponer de controles remotos, que pueden ser
utilizadas por el propio paciente como elementos de seguridad durante la aplicación, y para
controlar la propia estimulación.
1.4 Electroestimuladores
En las dos últimas décadas la electrónica ha desarrollado aparatos que nos facilitan la
investigación en electrología y los beneficios en la terapéutica.
Con el término genérico de estimuladores eléctricos o electroestimuladores se designan los
generadores utilizados en medicina física y biología para aplicar estímulos eléctricos a los
seres vivos. Se trata de generadores destinados a actuar sobre un circuito interno,
constituido por los tejidos orgánicos.
En la actualidad, existe diversidad de electroestimuladores. Sin embargo, para los
diseñadores y fabricantes de estos equipos, aún sigue presentándose como un problema
fisiológico y médico importante la fijación precisa de los parámetros de salida de la señal
eléctrica: forma de señal, frecuencia, modulación, etc.[19, 21].
Desde una perspectiva electrónica, los electroestimuladores pueden ser de tensión o
intensidad. Los más frecuentes son de intensidad, ya que, para un determinado tipo de
corriente, los efectos biológicos producidos se encuentran asociados con la cantidad de
carga eléctrica suministrada. Por el contrario, en un estimulador de tensión, la carga
eléctrica depende de la tensión aplicada y de la impedancia eléctrica del tejido
estimulado[19, 21].
Los electroestimuladores empleados en fisioterapia pueden dividirse en estacionarios y
portátiles. Dentro de los estacionarios, se dispone de gran variedad de equipos generadores
de diferentes tipos de corrientes, que se seleccionan regulando directamente las
características de la señal (intensidad, duración, pausa, pendiente, etc.) o ajustando su
producción automática por circuitos preseleccionados. El ejemplo más típico de
CAPÍTULO 1. FUNDEMENTACIÓN TEÓRICA DE LA ELECTROESTIMULACIÓN Y LA
14
ACUPUNTURA
electroestimuladores portátiles son las unidades portátiles TENS para electroanalgesia y
estimulación neuromuscular[28].
En la literatura especializada, los electroestimuladores transcutáneos suelen clasificarse en:

Estimuladores neuromusculares. Producen corrientes pulsadas monopolares y
bipolares, o corriente alterna sinusoidal modulada (corriente rusa).

Estimuladores portátiles (TENS). Son unidades que producen corrientes pulsadas
bipolares simétricas o asimétricas compensadas, utilizadas fundamentalmente para
electroanalgesia. Actualmente se dispone de equipos portátiles para estimulación
neuromuscular.

Estimuladores interferenciales. Estos aparatos generan corrientes moduladas en
amplitud o interferencia.

Estimuladores
diadinámicos.
Aparatos
productores
de
corrientes
alternas
rectificadas y moduladas (diadinámicas).

Estimuladores galvánicos. Producen corriente continua y constante (galvánica),
utilizada para galvanización e iontoforesis.

Estimuladores de alto voltaje. La mayoría de estimuladores de alto voltaje producen
ondas pulsadas monopolares de picos gemelos, de amplitudes que pueden superar
los 500 V, duraciones de pulso entre 5 y 20 ms, y frecuencias que oscilan entre 1 y
120 pulsos por segundo. Estos estimuladores vienen utilizándose para
electroanalgesia, cicatrización de úlceras y heridas, y reeducación muscular.

Estimuladores subumbrales o de microcorriente. Son los estimuladores de más
reciente aparición. La forma de onda más frecuente es la pulsada monopolar
rectangular, que periódicamente invierte su polaridad. La duración de estos pulsos
varía entre 1,5 y 500 ms, y la frecuencia oscila entre 0,1 y 1.000 pulso por segundo
(pps). Las amplitudes máximas o picos oscilan entre 1 y 600 µA. Este tipo de
estimuladores viene utilizándose primordialmente para favorecer los procesos de
regeneración y cicatrización de tejidos dérmicos y subdérmicos. También se ha
empleado en procesos musculoesqueléticos, audiológicos y álgicos[27-28].
CAPÍTULO 1. FUNDEMENTACIÓN TEÓRICA DE LA ELECTROESTIMULACIÓN Y LA
15
ACUPUNTURA
En el mercado se encuentran estimuladores que únicamente permiten utilizar un solo tipo
de corriente y otros más completos, más o menos sofisticados, que incorporan diferentes
tipos de corrientes y posibilidades de seleccionar diferentes parámetros de estimulación.
A la hora de seleccionar un electroestimulador, es preferible utilizar un equipo que permita,
selectivamente, regular a voluntad tanto el tipo de corriente como sus características, de
forma que sea lo suficientemente polivalente. En este sentido, vienen ganando preferencia
los equipos productores de corrientes pulsadas que disponen de los controles necesarios
para seleccionar los parámetros específicos para cada aplicación (temporales y
modulación).
1.4.1 Diagrama de bloques general
Existe gran diversidad de electroestimuladores en el mercado mundial pero en su interior
son semejantes, para demostrarlo a continuación se muestra un diagrama general de
electroestimulación en la figura 1.1.
Figura 1.1 Diagrama general de electroestimulador
Para explicar el diagrama de la figura 1.1 se debe comenzar por el bloque de alimentación.
Es el bloque encargado de la generación de las tensiones de alimentación para los
dispositivos eléctricos y/o electrónicos del resto de las secciones. Su complejidad depende
del diseño electrónico del resto de las partes y de la portabilidad del equipo (alimentación a
baterías o alimentación desde la red industrial). Para energizar el circuito se utilizará un
adaptador de voltaje con una corriente de salida ajustada en el diseño. Los
CAPÍTULO 1. FUNDEMENTACIÓN TEÓRICA DE LA ELECTROESTIMULACIÓN Y LA
16
ACUPUNTURA
microcontroladores se polarizan con un voltaje que el mismo será suministrado por el
regulador de voltaje también previamente diseñado[33-34].
En el bloque de control está la sección controladora de los diferentes modos de trabajo del
sistema, permitiendo programar los tiempos de estímulo y pausa, la frecuencia de trabajo,
el tiempo total de estimulación y la forma de onda[33-34].
Uno de los bloques más importantes es el conformador de señales. Esta sección permite la
generación de la señal de estimulación deseada. Diversas formas de ondas son empleadas
en la electroestimulación de acuerdo al tipo de tratamiento o terapia, entre las más comunes
se encuentran: las ondas rectangulares unipolares y bipolares, las ondas triangulares y
sinusoidales, y las ondas espigas, entre otras. En este bloque lo más factible es un circuito
empotrado encargado de generar las diferentes señales con los tipos de ondas
requeridos[33-35].
Por otra parte y no menos importante está el bloque de salida o potencia que permite el
control individual de cada canal, en caso de multicanales. También en este bloque se
controla la amplitud de salida. Además este bloque está muy relacionado con el sistema de
protecciones[33-34, 36].
En cuestiones de seguridad médica el bloque de protección al paciente es el más
importante. Este bloque garantiza una protección ante fallas eléctricas y/o mecánicas
(exceso de tensión o corriente en los canales de salida, fallas debido a roturas eléctricas y/o
mecánicas), minimizando los efectos de microshock y macroshock eléctrico sobre el
paciente o el especialista, durante el tratamiento y/o aplicación terapéutica.
1.4.2 Análisis de sistemas embebidos
Un microcontrolador es un circuito integrado o chip que incluye en su interior las tres
unidades funcionales de una computadora: unidad central de procesamiento, memoria y
unidades de E/S (entrada/salida). Son diseñados para reducir el costo económico y el
consumo de energía de un sistema en particular.
Un microcontrolador típico tendrá un generador de reloj integrado y una pequeña cantidad
de memoria acceso aleatorio (RAM) y memoria de programa (ROM), significando que para
hacerlo funcionar, todo lo que se necesita son unos pocos programas de control y un cristal
CAPÍTULO 1. FUNDEMENTACIÓN TEÓRICA DE LA ELECTROESTIMULACIÓN Y LA
17
ACUPUNTURA
de sincronización. Los microcontroladores disponen generalmente también de una gran
variedad de dispositivos de entrada/salida, como convertidores de analógico/digital,
temporizadores, UARTs y buses de interfaz serie especializados, como I2C y CAN.
Frecuentemente, estos dispositivos integrados pueden ser controlados por instrucciones de
procesadores especializados. Los modernos microcontroladores frecuentemente incluyen un
lenguaje de programación integrado, como el lenguaje C o el ENSAMBLADOR que se
utiliza bastante con este propósito. Entre los microcontroladores más comunes en uso nos
encontramos con los sistemas PSoC de Cypress Semiconductor Corp y los PIC de
Microchip Technology Inc.
1.3.2.1 Sistemas PSoC
PSoC es la abreviación de Programable System On Chip (sistemas programables en una
pastilla) un sistema microcontrolador desarrollado por Cypress Semiconductor Corp, en
2002, este incorpora todo un sistema configurable dentro del chip, el cual es muy versátil,
totalmente dinámico ya que podemos disponer de sus componentes a nuestra voluntad,
junto a la capacidad de asignar cualquier función a cualquier terminal del circuito
integrado.
Cuenta con innumerables dispositivos electrónicos, los cuales se pueden modificar para
crear de forma interna, filtros análogos y digitales, amplificadores, comparadores,
conversores analógicos/digitales de varios tipos y resolución, moduladores de ancho de
pulso (PWM) de 8, 16 y 32 Bits, contadores y temporizadores de 8, 16, 24 y 32 Bits entre
muchos otros[37].
El PSoC consta de 2 tipos de bloques, análogos y digitales, programables mediante
lenguaje C o Ensamblador, la cantidad puede variar de acuerdo a la familia del
microprocesador seleccionado, actualmente existen tres familias, delimitadas por el tipo de
procesador embebido en el PSoC[37].

CY8C2xxxx (PSoC1) CPU M8C

CY8C3xxxx (PSoC3) CPU 8051

CY8C5xxxx (PSoC5) CPU ARM Cortex M3
CAPÍTULO 1. FUNDEMENTACIÓN TEÓRICA DE LA ELECTROESTIMULACIÓN Y LA
18
ACUPUNTURA
La más común es la CY8C27x43, en la Figura 1.6 se puede observar su diagrama en
bloques, la cual cuenta con el microprocesador embebido M8C con arquitectura Harvard,
con 12 bloques análogos y 8 digitales de 8 bits, además posee una unidad multiplicador acumulador interno por hardware MAC de 8X8 pudiendo almacenar resultados de 32 bits y
respuesta disponible en próximo ciclo de instrucción.
Este puede funcionar con un reloj interno con múltiple configuración pudiendo operar con
24 MHz (4 MIPs) a 5V y 12 MHz a 3.3V. Si el usuario lo desea puede operar con un cristal
externo. Tiene Memoria Flash de programa hasta 16 KBytes, SRAM hasta 256 Bytes, hasta
2 KBytes de emulación EEPROM en Flash y 4 modos de protección de memoria[37-38].
En cuanto a los terminales de entrada o salida cuenta con 28 terminales cada uno puede
proveer 10 mA y recibir 25 mA, con resistores integrados o seleccionables de pull-up y
pull-down, cada borde o cambio de estado es seleccionable como fuente de interrupción,
salida fuerte con pendiente controlada, 8 entradas analógicas multiplexables, 4 salidas
analógicas cada una con excitación de 30 mA, 4 líneas analógicas de entrada directa.
También cuenta con una unidad de referencia de voltaje múltiple la cual permite variar el
voltaje de referencia para trabajar con sensores y otros dispositivos[37-38].
CAPÍTULO 1. FUNDEMENTACIÓN TEÓRICA DE LA ELECTROESTIMULACIÓN Y LA
19
ACUPUNTURA
Figura 1.6 Diagrama de bloques de la familia PSoC CY8C27x43
1.4.2.2 Sistemas PIC
Los PIC son una familia de microcontroladores fabricados por Microchip Technology Inc.
Y derivados del PIC1650, originalmente desarrollado por la división de microelectrónica de
General Instrument. El nombre actual no es un acrónimo. En realidad, el nombre completo
es PICmicro, aunque generalmente se utiliza como Peripheral Interface Controller
(controlador de interfaz periférico).
La arquitectura de los PIC responde al esquema de bloques de la Figura 1.7. Todos están
basados en la arquitectura Harvard, con memorias de programa y de datos separadas.
Como en la mayoría de los microcontroladores, la memoria de programa es mucho mayor
que la de datos. La memoria de programa está organizada en palabras de 12, 14 ó 16 bits
mientras que la memoria de datos está compuesta por registros de 8 bits. El acceso a los
diversos dispositivos de entrada y salida se realiza a través de algunos registros de la
memoria de datos, denominados registros de funciones especiales (SFR: Special Function
Registers). Muchos microcontroladores PIC cuentan con una cierta cantidad de memoria
EEPROM para el almacenamiento no volátil de datos[39].
Figura 1.7 Diagrama de bloques de los PIC
Por otra parte, todos los PIC son sistemas microcontroladores RISC que cuentan con un
pequeño número de instrucciones: entre 33 y 77. Todas las instrucciones son del mismo
tamaño: una palabra de 12, 14 ó 16 bits. Desde el punto de vista del programador, el
CAPÍTULO 1. FUNDEMENTACIÓN TEÓRICA DE LA ELECTROESTIMULACIÓN Y LA
20
ACUPUNTURA
modelo general de los microcontroladores PIC consta de un registro de trabajo (registro W)
y los registros de la memoria de datos[39].
Todos los microcontroladores PIC aplican la técnica del segmentado (pipeline) en la
ejecución de las instrucciones, en dos etapas, de modo que las instrucciones se ejecutan en
un único ciclo de instrucción equivalente a cuatro pulsos del oscilador principal del
microcontrolador, excepto las instrucciones de transferencia de control que toman dos
ciclos de instrucción. Los microcontroladores PIC cuentan con una amplia gama de
dispositivos de entrada y salida (típicamente 0 a 5,5 voltios). Disponen de puertos paralelos
de 8 bits, temporizadores, puertos series sincrónicos y asincrónicos, convertidores A/D de
aproximaciones sucesivas de 8, 10 ó 12 bits, convertidores D/A, moduladores de ancho de
pulso (PWM), etc.[39].
Excepto en los PIC de gama baja, que no disponen de un sistema de instrucciones, los
dispositivos de entrada y salida generan solicitudes de interrupción al microcontrolador que
se pueden enmascarar individualmente.
Todos los microcontroladores PIC cuentan con un temporizador que trabaja como perro
guardián y tiene un cierto número de bits para configurar el dispositivo, a los que se accede
al programar el microcontrolador. Mediante alguno de los bits de configuración, se puede
proteger la memoria de programa frente a copias no autorizadas.
Muchos microcontroladores PIC pueden ser programados en el propio circuito de la
aplicación (ICSP: In Circuit Serial Programming), utilizando un pequeño número de líneas.
Los microcontroladores PIC se pueden clasificar, atendiendo al tamaño de sus
instrucciones, en tres grandes grupos o gamas:

Gama baja: instrucciones de 12 bits

Gama media: instrucciones de 14 bits

Gama alta: instrucciones de 16 bits
También se agrupan en cinco grandes familias: PIC10, PIC12, PIC16, PIC17 y PIC18. Los
PIC10 son, básicamente, microcontroladores de 6 terminales. La familia de los PIC12
agrupa a los microcontroladores disponibles en encapsulado de 8 terminales. Algunas de
CAPÍTULO 1. FUNDEMENTACIÓN TEÓRICA DE LA ELECTROESTIMULACIÓN Y LA
21
ACUPUNTURA
estas cinco familias tienen numerosas subfamilias, como sucede con los PIC16. Además,
algunas de estas familias incluyen dispositivos de más de una gama, como los PIC16 y
PIC12, que tienen dispositivos de gama baja y media. Los PIC17 y PIC18 son de gama
alta[39].
1.5 Aspectos significativos de la electroestimulacion y la acupuntura
Se puede afirmar, que la acupuntura como la explican los tradicionales chinos, es
cuestionable por su basamento en el balance de energías corpóreas y demás, los cuales son
totalmente místicos y sin ningún valor para la ciencia. Pero con las teorías occidentales, se
explica su carácter científico y llega a ser aceptada por muchos sistemas de salud como por
ejemplo el de Cuba.
Numerosos estudios en la actualidad muestran la efectividad de la electroacupuntura por
encima de la acupuntura. Esto se debe a los efectos positivos de la corriente eléctrica en el
organismo humano.
Debido a la cantidad de terapias que son aplicadas en el mundo existen innumerables
equipo de electroestimulación. Estos tienen sus diferencias como son las formas de ondas,
la frecuencia e intensidad y según sus diseños fijos o portátiles.
Sin dudas, para diseñar un electroestimulador y dar solución al problema que se plantea en
este proyecto se requiere de un equipo con competitividad en el mercado y con seguridad
para el paciente. Para ello se hace necesario enfatizar en sus características tecnológicas.
CAPÍTULO 2. DISEÑO DEL ELECTROESTIMULADOR
22
CAPÍTULO 2: DISEÑO DEL ELECTROESTIMULADOR
2.1 Selección de los tipos de ondas a emplear en el electroestimulador
En la electroacupuntura se manejan varios tipos de ondas, tres de las fundamentales por su
uso son: la onda sinusoidal, la intermitente y la densa dispersa. Cada una de estas ondas
presenta características específicas que se comentan a continuación[40].
La onda sinusoidal se utiliza en varias terapias y en electroacupuntura es muy eficaz. La
frecuencia de esta onda es variable, está en el rango de 10 a 100 Hz logrando un efecto
analgésico. La amplitud de la sinusoidal depende de la
impedancia
del tejido a
estimular[10, 41].
Por la baja impedancia de la piel penetrada por las agujas de la acupuntura, se maneja la
intensidad incrementando la misma hasta la percepción por el paciente. La figura 2.1
muestra la onda sinusoidal obtenida con Matlab, una herramienta de programación[10, 41].
CAPÍTULO 2. DISEÑO DEL ELECTROESTIMULADOR
23
Figura 2.1: Onda sinusoidal.
Otra de las ondas es la intermitente: es unipolar presenta tres pulsos positivos de 2 a 5 ms
con descanso entre los pulsos positivos de 2 a 5 ms. Esto ocurre en la primera mitad del
periodo, la otra mitad es descanso o sin estimulo. La frecuencia de la onda intermitente es
de 10 a 30 Hz. Esta forma de onda tiene un efecto antiinflamatorio y analgésico. En la
figura 2.2 se muestra la onda intermitente muestreada[10, 41].
Figura 2.2: Onda intermitente.
En la onda densa dispersa: se alternan pulsos densos con dispersión de los mismos. Se
utilizan 2 a 5 ms en los pulsos densos así como en el descanso entre estos. Para completar
la otra mitad es con dispersión la cual presenta 30 ms aproximadamente de descanso con
dos pulsos de 2 a 5 ms dispersos. La frecuencia de la onda densa dispersa es de 8 a 20 Hz.
Esta forma de onda al igual que la intermitente es antiinflamatoria y analgésica pero su
forma en particular garantiza que el tejido no se acostumbre al estímulo pues esto es muy
común y no satisfactorio debido a que la terapia se anula. La amplitud de esta onda depende
de la intensidad e impedancia. Se muestra a continuación la onda densa dispersa en la
figura 2.3.
CAPÍTULO 2. DISEÑO DEL ELECTROESTIMULADOR
24
Figura 2.3: Onda densa dispersa.
2.2 Diseño del electroestimulador
Partiendo de la caracterización de las señales vistas en el epígrafe anterior, se presenta el
esquema general del electroestimulador a desarrollar, en la figura 2.4.
Figura 2.4 Bloques principales del electroestimulador
En el bloque de control se ajusta la frecuencia de estimulación y la intensidad, además se
selecciona la forma de onda requerida según el diagnóstico del especialista en la terapia.
CAPÍTULO 2. DISEÑO DEL ELECTROESTIMULADOR
25
En el bloque conformador de señal está el generador de forma de onda. Este en su salida
entrega las distintas formas de ondas analógicas mencionadas en el epígrafe anterior.
Por último el bloque de salida tiene dos objetivos fundamentales la etapa de potencia y el
aislamiento galvánico. La etapa de potencia tiene como función principal garantizar el
nivel de intensidad de la corriente requerida en la modalidad de electroacupuntura. Por su
parte el aislamiento galvánico es la seguridad y protección del paciente contra fallas
eléctricas del equipo que puedan ocasionar corriente con efectos negativos sobre el
organismo.
Los tres bloques presentados con anterioridad requieren de una fuente de alimentación para
energizarlos. La etapa de generación necesita 5 V y la etapa de potencia 15 V, para dicha
alimentación se utilizan las fuentes de los tableros de pruebas.
2.2.1 Diseño de la etapa de control
La etapa de control está constituida por el panel frontal del electroestimulador, donde el
usuario ajusta los niveles de intensidad y frecuencia, así como la forma de onda de la
terapia orientada por el especialista. En la Figura 2.5 se muestran los controles necesarios
para el electroestimulador.
Figura 2.5 Panel de control de electroestimulador
En el caso del control de la frecuencia se utiliza un potenciómetro, este está conectado al
generador de señales en una entrada analógica. Importante mencionar que la frecuencia está
en el rango de 0 a 150 Hz.
CAPÍTULO 2. DISEÑO DEL ELECTROESTIMULADOR
26
Por su parte cada una de las teclas deben cumplir con un diseño mecánico, de tal forma que
una vez conectada quede en este estado mientras no se presione la otra, pues son tres teclas
que cada una genera una interrupción al procesador para ordenar a este el tipo de onda a
generar.
El control de la intensidad la realiza un potenciómetro que está en la etapa de salida, este
en la terapia de electroacupuntura aumenta la intensidad hasta la percepción del paciente,
entonces con frecuencia y tipo de onda predeterminada comienza el tratamiento.
2.2.2 Diseño del circuito de salida
La etapa de salida tiene dos funciones fundamentales, amplificar la señal de la etapa
generadora y la protección del paciente ante fallas eléctricas que provoquen sobre tensiones
o sobre corrientes.
La etapa de salida de un electroestimulador de electroacupuntura requiere del manejo de la
intensidad por lo que su diseño responde a una fuente de corriente. La intensidad del
estímulo depende de la impedancia del paciente por lo que no debe sobrepasar los 15 mA
por los efectos negativos de la corriente sobre los organismos vivos.
La impedancia
transcutanea está en el rango de 200 a 800 Ω.
En la terapia de electroacupuntura la intensidad es aumentada por el operador, hasta lograr
la percepción del paciente y el control de la intensidad esta justo en la etapa de salida.
2.2.2.1 Etapa de potencia
En el diseño de la etapa de potencia se emplea el circuito integrado TL084 que tiene cuatro
amplificadores operacionales, de este se muestra su hoja de datos en Anexos I. La señal de
entrada con 5 V se maneja por dos canales distintos uno para la fase positiva y el otro para
la negativa. Cada fase es amplificada con ganancia 1.5. Después se emplea en la etapa un
puente H con transistores BD139 y BD140, además con el potenciómetro de 1 kΩ se
controla la intensidad. El circuito es una fuente de corriente constante y se muestra en la
figura 2.6.
CAPÍTULO 2. DISEÑO DEL ELECTROESTIMULADOR
27
Q4
R1
X1
IO2
IO3
IO4
vcc
IO5
IO6
IO7
IO1
R11
10kΩ
IO2
IO3
IO4
IO5
IO6
IO7
IO1
IO13
IO11
IO9
IO10
IO12
IO8
IO14
IO13
IO11
IO9
IO10
IO12
IO8
IO14
R3
vee
BD139
510Ω
vcc
Q3
TL084
R9
10kΩ
47kΩ
R10
R12
1kΩ
0%
Key=A
R6
2.2kΩ
BD139
3.3kΩ
Q1
BD140
elect1
R5
800Ω
R8
Q6
BD139
2.2kΩ
Q2
BD140
elect2
X2
vcc
IO2
IO3
IO4
IO5
IO6
IO7
IO1
IO2
IO3
IO4
IO5
IO6
IO7
IO1
IO13
IO11
IO9
IO10
IO12
IO8
IO14
IO13
IO11
IO9
IO10vee
IO12
IO8
IO14
R2
510Ω
TL084
R13
1kΩ
0%
Key=A
R7
3.3kΩ
Q5
R4
47kΩ
BD139
señal
vcc
V1
15 V
V2
15 V
vee
Figura 2.6 Circuito de la etapa de potencia
2.2.2.2 Circuito de aislamiento
Los equipos médicos requieren del aislamiento como medida de seguridad, ante cualquier
falla del equipo, que puedan provocar accidentes en el paciente u operador. Ejemplo de
aislamientos son: magnético, capacitivo u óptico, este último está constituido por un
emisor, por ejemplo un LED (diodo emisor de luz), y un receptor, por ejemplo un fotodiodo
o un fototransistor, este se llama optoacoplador. El conjunto de ambos permite aislar
galvánicamente dos partes de un conjunto y debe, al mismo tiempo, transmitir la señal con
la menor distorsión posible[42].
El optoacoplador TLP421 tiene características tales como: una razón de transmisión de
corriente del 50%, la tensión de aislamiento es de 5000V, la tensión que soporta la unión
colector es de 80V, el voltaje de saturación colector-emisor es de 0,4 V y los tiempos de
subida y de caída son de 1.2 y 1.3 µs respectivamente. La hoja de datos del dispositivo se
muestra en Anexos II
CAPÍTULO 2. DISEÑO DEL ELECTROESTIMULADOR
28
El optoacoplador mencionado con anterioridad se localiza en el puente H de la etapa de
potencia, sustituyendo los transistores que conforman dicho puente, por esta razón se
necesitan 4 optoacopladores TLP421. Lo anterior se muestra en el circuito de la figura 2.7.
Q4
R1
47kΩ
BD139
1
U5
2
510Ω
2
vcc
R3
IO13 IO13
IO11 IO11
IO9
IO9vee
IO10 IO10
IO12 IO12
IO8 IO8
IO14 IO14
IO2
IO3
IO4
IO5
IO6
IO7
IO1
1
X1
IO2
IO3
IO4
IO5
IO6
IO7
IO1
U9
2.2kΩ
3.3kΩ
6
5
H11A1
4
R13
1kΩ
0%
Key=A
R7
6
R11
4
R12
10kΩ
R10
10kΩ
5
TL084
vee
H11A1
R9
R5
500Ω
señal
6
R4
47kΩ
Q5
H11A1
H11A1
5
BD139
vcc
V1
15 V
vcc
1
R14
1kΩ
0%
Key=A
U11
R8
3.3kΩ
2
510Ω
U10
1
TL084
R2
5
IO13
IO11
vee
IO9
IO10
IO12
IO8
IO14
4
IO13
IO11
IO9
IO10
IO12
IO8
IO14
2
vcc
IO2
IO3
IO4
IO5
IO6
IO7
IO1
4
X2
IO2
IO3
IO4
IO5
IO6
IO7
IO1
6
2.2kΩ
V2
15 V
elect1
elect2
vee
Figura 2.7 Etapa de potencia aislada con optoacopladores TLP421
2.2.3 Sistema generador de señales
El diseño del sistema generador de señales partió de considerar desde un principio el
empleo de sistemas empotrados, dentro de los cuales los más populares son; los sistemas
programables en una pastilla PSoC de la firma Cypress y los PIC de la firma MicroChip.
Para elegir una de las familias mencionadas con anterioridad se deben tener en cuenta los
requerimientos del generador. El diseño del generador de señal requiere que el sistema
microcontrolador cumpla con algunos aspectos como son: el número de entradas y/o salidas
analógicas, el número de entradas y/o salidas digitales, resolución del convertidor, la
memoria de programa (ROM) y de acceso aleatorio (RAM).
En la siguiente tabla 2.1 se muestran los requisitos del generador de señales, para lograr tres
formas de ondas específicas y garantizar el ajuste de la frecuencia de las ondas generadas.
CAPÍTULO 2. DISEÑO DEL ELECTROESTIMULADOR
29
Tabla 2.1 Requerimientos del generador de señal
Número de entradas analógicas
1 entrada analógica para el ajuste de la
frecuencia del generador.
Número de salidas analógicas
1 salida analógica para la señal generada.
Resolución del convertidor digital análogo
6 bits para entregar en la salida la onda
escogida
Resolución del convertidor análogo digital
8 bits para la señal analógica que se utiliza
en el ajuste de las frecuencia
Número de entradas digitales
3 entradas digitales para la selección de cada
una de las ondas a generar
Memoria de programa (ROM)
306 bytes
Memoria de acceso aleatorio (RAM)
6 bytes
Como se puede observar en la Tabla 2.1, los sistemas microcontroladores caracterizados en
el capítulo anterior satisfacen los requerimientos del generador de señales.
2.2.3.1
Selección del sistema microcontrolador
En la selección del sistema microcontrolador se tuvo en cuenta las características y
disponibilidad de los más populares mencionados con anterioridad, observándose que no
existe gran diferencia en las características de ambos y pueden emplearse indistintamente
en aplicaciones de similar complejidad.
Para este proyecto se escoge el microcontrolador PSoC, específicamente la familia
CY8C27443-24PXI por estar disponible en el Centro de Estudios de Electrónica y
Tecnologías de la Información (CEETI), centro al que responde este trabajo. También en el
CAPÍTULO 2. DISEÑO DEL ELECTROESTIMULADOR
30
centro se cuenta con un Kit de PSoC (juego de PSoC), este es un emulador en el cual se
puede grabar el programa y hacer pruebas reales cumpliendo exactamente la misma función
del sistema microcontrolador.
Además de lo anterior, en Cuba no existen equipos con sistema PSoC y se quiere mostrar
las potencialidades de este sistema, para el desarrollo de equipos médicos. Entre otras, son
muy versátiles, totalmente dinámicos ya que se puede disponer de sus componentes a
voluntad, junto a la capacidad de asignar cualquier función a cualquier terminal del circuito
integrado.
2.3
Programación del sistema microcontrolador
El sistema microcontrolador PSoC de la firma Cypress consta de dos grupos de
componentes internos los que se pueden usar a voluntad. Estos pueden ser analógicos o
digitales.
2.3.1 PSoC Designer
PSoC Designer es el programa de desarrollo por medio de aplicación para System-on-Chip
(Sistemas en Chip) de Cypress. Este software, compatible con todos los sistemas operativos
de Windows, permite la configuración dinámica de los componentes internos del chip y la
programación en lenguaje ensamblador o Lenguaje C (para este se necesita un número de
licencia que active el compilador integrado en el PSoC Designer); es importante destacar la
versatilidad del programa que permite compartir instrucciones en ambos lenguajes.
PSoC Designer se divide en tres grandes subsistemas: Editor de dispositivos (Device
Editor), Editor de aplicaciones (Application Editor), Depurador (Debugger). Para la
utilización de cada uno de ellos se accede al icono representativo en la barra de subsistema
de la figura 2.8, donde aparecen además las opciones User Module Selection View (Vista
de selección) e Interconnect View (Vista de conexión) propias del subsistema Editor de
Dispositivos.
CAPÍTULO 2. DISEÑO DEL ELECTROESTIMULADOR
31
Figura 2.8 Subsistemas en la barra de herramientas del PSoC Designer
2.3.1.1
Editor de dispositivo
En este subsistema se realiza la configuración del PSoC, seleccionando los periféricos
analógicos y digitales que se necesitan para una aplicación particular. Este subsistema está
dividido en dos partes, User Module Selection View (Vista de selección) e Interconnect
View (Vista de conexión).
User Module Selection View (Vista de selección), donde se seleccionan los componentes
disponibles en las librerías, con la hoja de datos correspondiente. En esta ventana se
muestra el diagrama en bloques del componente seleccionado y los recursos que consume,
figura 2.9.
Figura 2.9 Vista de selección del editor de dispositivos
CAPÍTULO 2. DISEÑO DEL ELECTROESTIMULADOR
32
Interconnect View (Vista de conexión) brinda las herramientas necesarias para la conexión
de los diferentes bloques que configuran las matrices analógicas y digitales. La parte
izquierda superior de esta ventana posee un marco para la administración de los recursos
globales, debajo del cual se encuentran los parámetros de configuración del componente
seleccionado y los terminales a utilizar. En la parte derecha se observa el tipo de
encapsulado del chip con los terminales establecidos utilizados, figura 2.10.
Figura 2.10 Vista de conexión del editor de dispositivos.
2.3.1.2
Editor de aplicaciones
En este subsistema se incluye el código principal del programa que debe ejecutar el
microcontrolador (código de aplicación), figura 2.11. En esta ventana a la izquierda se
encuentran los archivos configurables y a la derecha el editor correspondiente a cada
archivo. El fichero main.asm/main.c es el fichero donde se encuentra el programa principal,
CAPÍTULO 2. DISEÑO DEL ELECTROESTIMULADOR
33
si es main.asm indica que la programación está en lenguaje ensamblador; en el otro caso
está en lenguaje C.
Figura 2.11 Editor de aplicaciones.
2.3.1.3
Depurador
El Debugger (Depurador) es el encargado de facilitar la emulación en el circuito para
poder probar el proyecto en el ambiente de hardware (Esta opción no es accesible sino no
hay conexión con hardware). Para ello se debe configurar los Global Resources (Recursos
Globales), los parámetros de los módulos a utilizar y también se haya incluido el código
principal del programa. Además se puede obtener información de los errores y de warnings
(alertas); diagnóstico de la RAM, la flash, entre otros.
2.3.2 PSoC Programmer
El PSoC Programmer es el software de Cypress utilizado para programar los chips PSoC
descargando el archivo .hex del proyecto hacia el dispositivo. Esta aplicación es compatible
con PSoC Designer. Puede ser ejecutado desde la dirección de la instalación o dentro del
propio PSoC Designer cargando el archivo .hex del proyecto y ejecutando la opción
Program.
CAPÍTULO 2. DISEÑO DEL ELECTROESTIMULADOR
34
2.3.3 Configuracion del generador de señal con sistema PSoC
La configuración interna de los bloques seleccionados para el generador de señal con
sistema PSoC se muestra en la figura 2.12; en dicha figura tomada del PSoC Designer se
aprecian los bloques digitales y analógicos.
Los bloques son: contador, convertidor
analógico digital, convertidor digital analógico y un amplificador de ganancia programable.
Figura 2.12 Selección de bloques e interconexiones
En los parámetros globales se determinan las frecuencias de trabajo del sistema partiendo
del reloj de la unidad central del procesador. El valor de reloj del procesador es 24 MHz,
mientras el contador emplea la frecuencia de reloj configurada para que trabaje 250 KHz.
Por su parte la frecuencia de muestreo del A/D8 que se calcula fs= fCLK/2n=250
KHz/256=0,976 KHz, n es la resolución del A/D8 que en este caso es 8 bits y fCLK es la
frecuencia determinada para el contador.
CAPÍTULO 2. DISEÑO DEL ELECTROESTIMULADOR
35
La frecuencia es variable y se ajusta con un potenciómetro de 10 kΩ en el terminal P0, (1).
Para la selección de las formas de ondas se determinan en las entradas digitales P1, (1); P1,
(2) y P1, (3). El tipo de onda a la salida depende de interrupciones por parte de las teclas
del bloque de control conectadas a las entradas digitales mencionadas con anterioridad. Las
interrupciones específicas del programa se muestran en Anexos III. En la figura 2.13 se
muestra la configuración del sistema generador con PSoC.
Figura 2.13 Terminales y configuración interna del generador de señal
Las líneas de códigos del programa de inicialización de cada uno de los bloques del sistema
generador y selección con interrupción de las forma de ondas, se muestra en Anexos III.
CAPÍTULO 3. RESULTADOS Y EVALUACIÓN DEL ELECTROESTIMULADOR PARA
ACUPUNTURA
36
CAPÍTULO 3. RESULTADOS Y EVALUACIÓN DEL
ELECTROESTIMULADOR PARA ACUPUNTURA
3.1 Introducción
En el capítulo se muestran los resultados y evaluación a partir de la realización de
simulaciones y pruebas reales al diseño del electroestimulador para acupuntura. Las estas se
llevan a cavo empleando las herramientas de simulación Multisim 10.1 y Proteus 7.6 así
como instrumentos reales de medición como Multímetros y Osciloscopios.
Las simulaciones y pruebas reales están dirigidas a las distintas formas de ondas del
sistema generador de señales y a las características del diseño en la etapa de potencia.
También se pretende hacer un análisis del costo aproximado del hardware del
electrestimulador.
3.2 Formas de ondas adquiridas por el bloque generador con sistema PSoC
Se monta en un tablero de prueba con la configuración del generador de señal y con el
osciloscopio Tektronick el emulador de los sistemas PSoC (Kit de PSoC), se mide en la
salida y se obtiene la forma de onda que se muestra a continuación en la figura 3.1.
CAPÍTULO 3. RESULTADOS Y EVALUACIÓN DEL ELECTROESTIMULADOR PARA
ACUPUNTURA
37
Figura 3.1 Imagen real de la onda sinusoidal
En figura 3.1 se aprecia la amplitud del voltaje salida de 2.37 V y la frecuencia que en este
caso es de 16.66 Hz. Además se observa la forma característica de onda sinusoidal.
También con el osciloscopio Tektronick se obtuvo la onda cuadrada densa dispersa. Esta se
puede observar en la figura 3.2 con los pulsos consecutivos de 5 ms y los descansos de
igual tiempo, así como los pulsos aislados 5 ms y los descansos entre estos de 20 ms.
Además del voltaje de 5 V y frecuencia de 16.66 Hz dentro del rango apropiado para la
electroacupuntura.
CAPÍTULO 3. RESULTADOS Y EVALUACIÓN DEL ELECTROESTIMULADOR PARA
ACUPUNTURA
38
Figura 3.2 Imagen real de la onda cuadrada densa dispersa
La onda cuadrada intermitente que se obtiene con los mismos instrumentos de las
anteriores, se muestra en la figura 3.3. En esta imagen se aprecian los pulsos consecutivos
de 5 ms aproximadamente y los descansos entre estos de igual tiempo en la mitad del
periodo y en la otra mitad descaso de 30 ms. La amplitud es de 5 V y la frecuencia de 16.66
Hz.
CAPÍTULO 3. RESULTADOS Y EVALUACIÓN DEL ELECTROESTIMULADOR PARA
ACUPUNTURA
39
Figura 3.3 Imagen real de la onda cuadrada intermitente
3.3 Resultados y evaluación de la etapa de potencia
La etapa de potencia se monta en Multisim y en un tablero de prueba, se hicieron varias
evaluaciones para demostrar las potencialidades de la misma. En la figura 3.4 se muestra el
tablero de prueba con la etapa de potencia montada.
CAPÍTULO 3. RESULTADOS Y EVALUACIÓN DEL ELECTROESTIMULADOR PARA
ACUPUNTURA
40
Figura 3.4 Tablero de prueba con la etapa de potencia montada
3.3.1 Prueba de intensidad con variación de carga
En la simulación y el circuito real de la etapa de potencia ante la señal sinusoidal, se varía
la carga en un rango de 200 a 800 Ω con incremento 50 Ω y se miden los valores de
intensidad. Estos valores deben ser prácticamente constantes, cumpliendo con la
característica fundamental de una fuente de corriente. Los valores medidos se muestran en
la tabla 3.1.
Tabla 3.1 Valores de intensidad con carga variable
Valor
de
carga Intensidad
de
simulación Intensidad real (mA)
(Ω)
(mA)
200
14.60
14.53
250
14.61
14.42
300
14.56
14.40
CAPÍTULO 3. RESULTADOS Y EVALUACIÓN DEL ELECTROESTIMULADOR PARA
ACUPUNTURA
350
14.60
14.35
400
14.50
14.70
450
14.57
14.37
500
14.52
15.02
550
14.58
14.89
600
14.59
14.86
650
14.58
15.15
700
14.50
15.20
750
14.51
15.01
800
14.57
14.81
41
Para apreciar con claridad el comportamiento constante de la intensidad real y simulada en
las distintas cargas se muestra la gráfica en la figura 3.5, donde la línea de color azul es la
simulación y la roja son los valores reales.
CAPÍTULO 3. RESULTADOS Y EVALUACIÓN DEL ELECTROESTIMULADOR PARA
ACUPUNTURA
42
Figura 3.5 Gráfica de los valores de intensidad reales y simulados
Intensidad (mA)
15
13
11
9
7
5
200
300
400
500
600
700
800
Valor de la carga (Ω)
En la gráfica anterior se observa que los valores de intensidad reales varían un tanto más
que los simulados, esto se debe a los valores de tolerancia de 5% de los componentes
reales.
3.3.2 Análisis de Monte Carlos
El análisis de Monte Carlos con Multisim 10.1 es la selección de valores aleatorios de los
rangos de tolerancia de cada uno de los componentes resistivos del circuito. En la etapa de
potencia del electroestimulador para la simulación se le asignan tolerancias de 1% a todos
los componentes resistivos, pues este valor es muy común en la actualidad.
Usando análisis transiente con un total de 10 corridas de Monte Carlos se observa en la
figura 3.6 la variación de las distintas señales a la salida.
CAPÍTULO 3. RESULTADOS Y EVALUACIÓN DEL ELECTROESTIMULADOR PARA
ACUPUNTURA
43
Figura 3.6 Análisis de Monte Carlos con 10 corridas
Los valores de voltaje entre una corrida y otra se encuentran en el orden de los
microvoltios, esto es muy satisfactorio para la etapa de potencia simulada.
3.3.3 Etapa de potencia ante señal
La etapa de potencia montada en el tablero de prueba y con un generador de forma de
ondas sinusoidal, triangular y cuadrada, se obtienen las siguientes imágenes en la figura
3.7, con el osciloscopio Tektronick. En dicha figura se observa la ganancia de la etapa de
1.5, esta es la requerida para obtener a la salida 7.5V con una carga de 500 Ω y se logran
los niveles de intensidad requeridos en la electroacupuntura.
CAPÍTULO 3. RESULTADOS Y EVALUACIÓN DEL ELECTROESTIMULADOR PARA
ACUPUNTURA
44
Figura 3.7 Imagen de señales de salida de la etapa de potencia
3.4 Análisis y evaluación del impreso simulado
Para simular el impreso y observar con una vista tridimensional el hardware del
electroestimulador se utiliza el Proteus 7.6 Professional. Con este se escogen los
componentes exactos, teniendo en cuenta las dimensiones y la forma de los elementos, así
como las vías de conexión. Además se pueden obtener las dimensiones del impreso general.
En la figura 3.8 se muestra el impreso simulado, pueden apreciarse los componentes del
bloque generador y la etapa de potencia así como las posibles teclas de selección de formas
de ondas. Además puede apreciarse los conectores de entrada y salida.
CAPÍTULO 3. RESULTADOS Y EVALUACIÓN DEL ELECTROESTIMULADOR PARA
ACUPUNTURA
45
Figura 3.8 Impreso simulado del electroestimulador
El impreso simulado de la figura 3.8 arroja datos de dimensiones 82.5mm de largo por
75mm ancho, los que son imprescindibles para el impreso real.
También las vías de conexiones se pueden observar en la figura 3.9, con resultados
satisfactorio sobre una capa.
CAPÍTULO 3. RESULTADOS Y EVALUACIÓN DEL ELECTROESTIMULADOR PARA
ACUPUNTURA
46
Figura 3.9 Vías de conexión entre componentes
3.5 Análisis de costo del hardware del electroestimulador
Partiendo del listado final de los componentes, se realiza una búsqueda de precios de los
mismos para tener una idea aproximada del costo del electroestimulador el cual se ofrece en
el Anexo IV.
En este caso no se incluye el costo relacionado con el chasis del equipo, ni el de montaje y
soldadura porque sería más dependiente de la empresa que realiza el encargo. A partir de
tales premisas se obtienen los resultados resumidos en la Tabla 3.2
Tabla 3.2 Costo aproximado del hardware del electroestimulador
Ítem
Precio aproximado (USD)
Costo de las componentes
12.45
Costo aprox. del impreso
10.00
Costo del hardware
22.45
Del análisis de la tabla se concluye que el costo aproximado del hardware del sistema está
en el orden de 22.45 USD lo cual es un valor adecuado para este tipo de equipo si se tiene
CAPÍTULO 3. RESULTADOS Y EVALUACIÓN DEL ELECTROESTIMULADOR PARA
ACUPUNTURA
47
en cuenta que el valor comercial a escala internacional de este tipo de equipo es de más de
150 USD lo que da un margen para el resto de los costos no contemplados en el análisis.
3.6 Conclusiones parciales sobre los resultados
A partir de los resultados obtenidos en cada una de las simulaciones y pruebas realizadas a
los circuitos diseñados se observa una alta correspondencia en los valores de los parámetros
obtenidos respecto a los requerimientos establecidos en el planteamiento de los requisitos
de diseño por lo que se puede asegurar que los criterios de diseño empleados son válidos y
que los circuitos mostrados satisfacen los requerimientos para los cuales fueron diseñados.
El costo aproximado del hardware del sistema se considera adecuado para este tipo de
equipo.
CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
48
CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
Conclusiones
Al culminar el trabajo de diploma se arriba a las siguientes conclusiones:
1. A partir del análisis crítico de la bibliografía y pruebas realizadas se determinaron los
requerimientos de un electroestimulador para acupuntura ejemplo, los pulsos de la
estimulación transcutánea son de 2 a 5 ms, la intensidad en electroterapia no supera los
15 mA y las bajas frecuencias que no superan los 150 Hz.
2.
A partir del análisis crítico de los diferentes equipos de electroacupuntura y sus
funciones se establecieron las formas de ondas sinusoidal, cuadrada densa dispersa y
cuadrada intermitente. También la intensidad a la salida con un incremento, hasta
lograr la percepción en pacientes que a piel penetrada varían su impedancia de 200 a
800 Ω.
3. En el trabajo se ha logrado el diseño de un hardware capaz de generar distintas formas
de ondas de frecuencia variable con el sistema microcontrolador PSoC (CY8C2744324PXI de la firma Microchip) y una etapa de potencia donde se ajusta la intensidad
requerida para la terapia. También se consigue el aislamiento galvánico para la
seguridad del paciente y operador.
4. El sistema se validó mediante la simulación y pruebas reales. La simulación se realizó
empleando el programa Multisim 10.1 de National Instrument, mientras que las
pruebas reales se realizaron en el laboratorio usando instrumentos de medición como
Multímetros, Osciloscopios, etc. de clase 0.1 o menor, obteniéndose resultados
satisfactorios en todas ellas.
CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
49
Recomendaciones
La recomendación fundamental de este trabajo es que una vez realizado el diseño del
hardware sea validado por los especialistas en la terapia con los pacientes. Además puede
ampliarse el diseño de este proyecto con un equipo multipropósito en electroestimulación,
específicamente agregar nuevos módulos al diseño para aumentar sus funciones y así tratar
mayor cantidad de enfermedades.
REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS
50
REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS
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Final
Data
Sheet
CY8C27x43.
Available:
ANEXOS
ANEXOS
Anexo I
Componentes en la etapa de potencia
53
ANEXOS
54
ANEXOS
55
ANEXOS
Anexo II
Aislamiento galvánico
Anexo III Programa del sistema microcontrolador PSoC
Programa principal
56
ANEXOS
57
----------------------------------------------------include "m8c.inc"
// include m8c specific declarations
include "psocapi.inc" // include User Module API specific declarations
export _main
//Definiciones globales de nombres de variables y subrutinas
export bADCvalue
export bTablePos
export SINtable
area
bss(RAM)
// inform assembler that variables follow
//inicializa varaibles de C en RAM
;---------bADCvalue: blk 1
// Store ADC value for debug watch variable, reserva 1 byte en
// RAM
bTablePos: blk 1
// Stores last table position index
area text(ROM,REL)
// inform assembler that program code follows
// Zona para guardar código en ROM (flash)con
// relocalización de código y de datos.
_main:
lcall Counter8_1_Start
// starts DAC value update counter
//Habilita el contador
(PDF)
lcall Counter8_1_EnableInt //Habilita generación de interrupciones al terminar cada
//conteo.
ANEXOS
;----mov A, PGA_1_MEDPOWER // Ajuste del consumo de potencia del PGA
lcall PGA_1_Start
// turn ON (PDF)
;----mov A, DAC6_1_HIGHPOWER //Ajuste del consumo de potencia del D/A
lcall DAC6_1_Start
// Turn ON DAC6 power (PDF)
;----;----;----mov A, DELSIG8_1_HIGHPOWER //Ajuste del consumo de potencia
lcall DELSIG8_1_Start
// Turn on ADC power
//Solo realiza inicialización del módulo no conversión
;-lcall DELSIG8_1_StartAD //Inicia la conversión (muestreo)mediante la habilitación
//de su timer, decimador e integrador
;----;----;----M8C_EnableGInt
// Enable Global interrupts
loop:
lcall DELSIG8_1_fIsDataAvailable // if ADC conversion is not finished jump loop
jz
loop
58
ANEXOS
//De lo contrario...
lcall DELSIG8_1_cGetDataClearFlag // Put in A the ADC result and clear flag
add A, 0x80
//convert to offset binary
//A + 1000 0000
;----mov [bADCvalue], A // store value for debug watch variable
;---cmp
A, 0x0F
// counter period less then 0x03 is invalid
//Resta el valor del segundo argumento (15) al primero; si
// el valor es <=0 la bandera CF=1
//F= 0000 1111
jnc LoadCounter // De lo contrario( si CF=0; o sea no está activa)…
mov A, 0x0F
//salta a ejecutar la subrutina LoadCounter
// due to excessive interrupt servicing
LoadCounter:
lcall Counter8_1_WritePeriod
// update DAC update rate, sobre escribe
jmp loop
// el período del contador
area lit
//Área de memoria con enteros o números de punto flotante
59
ANEXOS
SINtable:
60
// 64 entry SIN lookup table, forma de onda sinusoidal
db 31, 33, 36, 39, 41, 44, 46, 49, 51, 53, 55, 56, 58, 59, 59
db 60, 60, 60, 59, 59, 58, 56, 55, 53, 51, 49, 47, 44, 42, 39
db 36, 33, 31, 28, 25, 22, 19, 16, 13, 11, 9, 7, 5, 3, 2, 1, 0
db 0, 0, 0, 1, 2, 3, 4, 6, 7, 10, 12, 14, 17, 20, 23, 26, 29
//onda dispersa densa
db 0, 0, 0, 60, 60, 60, 0, 0, 0, 60, 60, 60, 0, 0, 0
db 60, 60, 60, 0, 0, 0, 0,
0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0
db 0, 0, 0, 60, 60, 60, 0,
0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0
db 0, 0, 0, 0, 60, 60, 60,
0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0
//onda intermitente
db 0, 0,
0,
0,
0,
60,
60,
60,
60,
60,
0,
0,
0,
0,
0
db 60,
60,
60,
60,
60,
0,
0,
0,
0,
0,
60,
60,
60,
60,
60
db
0,
0,0, 0,
0,
0,
0,
0,
0,
0,
0,
0,
0,
0,
0,
0,
0
db 0, 0,0, 0,
0,
0,
0,
0,
0,
0,
0,
0,
0,
0,
0,
0,
0
AREA InterruptRAM (RAM,REL,CON)
;@PSoC_UserCode_INIT@ (Do not change this line.)
;--------------------------------------------------; Insert your custom declarations below this banner
;--------------------------------------------------;-----------------------; Includes
ANEXOS
;-----------------------;-----------------------; Constant Definitions
;-----------------------;-----------------------; Variable Allocation
;------------------------
;--------------------------------------------------; Insert your custom declarations above this banner
;--------------------------------------------------;@PSoC_UserCode_END@ (Do not change this line.)
AREA UserModules (ROM, REL)
;----------------------------------------------------------------------------; FUNCTION NAME: _Counter8_1_ISR
; DESCRIPTION: Unless modified, this implements only a null handler stub.
;
;-----------------------------------------------------------------------------
_Counter8_1_ISR:
;@PSoC_UserCode_BODY@ (Do not change this line.)
;---------------------------------------------------
61
ANEXOS
; Insert your custom code below this banner
;--------------------------------------------------; NOTE: interrupt service routines must preserve the values of the A and X CPU
;registers.
;¿Qué valores manejan en este primer paso los registros A y X?
push A
push X
;---dec [bTablePos]
// decrement SIN table index
// Decrementa en 1 el índice
mov A, [bTablePos]
//Cárgalo en el acumulador
//Si no es cero...
jnz SINlookup
//ejecuta la subrutina SINlookup
// De lo contrario...
mov bTablePos, 64
// reset table index to 64
SINlookup:
//Localiza el índice en la tabla
index SINtable
// lookup DAC value in SIN table
lcall DAC6_1_WriteBlind
//Sobre escribe el voltage de salida del D/A al valor
// indicado por el nuevo índice de la tabla
//¿Qué valor existe en A y en X?
pop X
62
ANEXOS
63
pop A
;--------------------------------------------------; Insert your custom code above this banner
;--------------------------------------------------;@PSoC_UserCode_END@ (Do not change this line.)
reti //retorno de iterrupción
Anexo IV Listado de costo de los componentes
Componente
Precio unitario
(USD)
Cantidad
Total (USD)
PSoC
6.03
1
6.03
TL 084
0.59
2
1.18
Resistor (3.3 kΩ)
0.03
2
0.06
Resistor (10 kΩ)
0.06
2
0.12
Resistor (510 Ω)
0.05
2
0.10
Resistor (47 Ω)
0.04
2
0.08
Transistor (BD139)
0.42
2
0.84
Transistor (BD140)
0.38
2
0.76
Resistor (2.2 kΩ)
0.04
2
0.08
Potenciómetro (1kΩ)
0.08
2
0.16
Potenciómetro (10 kΩ)
0.08
1
0.08
Optoacopladores (TL421)
0.74
4
2.96
Total
12.46