ingenierÍa electrÓnica - centro de …³ su famoso trabajo titulado “de viribus electricitatis...
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INSTITUTO TECNOLÓGICO DE DURANGO DEPARTAMENTO DE INGENIERÍAS ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA
INGENIERÍ A ELECTRÓNIC A
“DISEÑO DE UN ELECTROMIÓGRAFO SUPERFICIAL”
T E S I S
PARA LA OBTENCIÓN DEL TITULO DE:
INGENIERO EN ELECTRÓNICA
PRESENTAN:
GUADALUPE ANGELINA LÓPEZ PÉREZ
VICTOR HUGO SALCIDO VENEGAS
DIRECTOR DE TESIS:
DRA. YOLOCUAUHTLI SALAZAR MUÑOZ
DURANGO, DGO. FEBRERO 2013
DEDICATORIA
Angelina:
…a mi Mamá y a mi Papá
…a Gaby, Fati, Dulce, Odín y Eli
…a Hugo
Víctor Hugo:
…a mi Mamá y mi Papá
…a Ange
RESUMEN
La siguiente tesis contiene el proceso de diseño de un equipo de Electromiografía
portátil, capaz de almacenar en una memoria SD la señales miográficas procedentes
específicamente de los miembros inferiores, durante un lapso de tiempo de 90 segundos
por prueba.
Las características de este equipo fueron seleccionadas para realizar un análisis
de la respuesta muscular ante diversos estilos de calzado. Dicho análisis corresponde a
un trabajo de investigación posterior a este documento. No obstante, se realizan prueba
de funcionamiento. Los resultados de estas últimas muestran una variación significativa
en las señales producidas por los músculos ante el uso de dos estilos diferentes de
calzado, en un grupo de prueba.
ÍNDICE
1. INTRODUCCIÓN ........................................................................................ 2
1.1 ANTECEDENTES ............................................................................................... 3
1.2 DEFINICIÓN DEL PROBLEMA ......................................................................... 5
1.3 OBJETIVOS ........................................................................................................ 6
1.3.1 OBJETIVO GENERAL. ................................................................................ 6
1.3.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS. ...................................................................... 6
1.4 JUSTIFICACIÓN ................................................................................................. 7
1.5 DESCRIPCIÓN DE TESIS. ............................................................................... 12
2. FUNDAMENTOS TEÓRICOS. .................................................................. 14
2.1 ELECTROMIOGRAFÍA .................................................................................... 14
2.1.1 CONCEPTOS. ........................................................................................... 14
2.1.1.1 Enfermedades Neuromusculares....................................................... 14
2.1.1.2 EMG y Sus Aplicaciones Clínicas. ..................................................... 16
2.1.1.3 Clasificación de EMG ......................................................................... 17
2.1.2 FISIOLOGÍA. .............................................................................................. 20
2.1.2.1 La Neurona. ........................................................................................ 20
2.1.2.2 Músculos ............................................................................................. 23
2.1.2.3 Unidad Motora .................................................................................... 26
2.1.3 PRINCIPIO DE GENERACIÓN DE LA SEÑAL. ....................................... 29
2.2 DETECCIÓN Y ACONDICIONAMIENTO DE SEÑALES DE EMG SUPERFICIALES ........................................................................................................ 31
2.2.1 ELECTRODOS .......................................................................................... 31
2.2.1.1 Características De Sensor Y Procedimiento De Ubicación ............... 31
2.2.1.2 Material De Los Electrodos Y Construcción Del Sensor. ................ 32
2.2.2 AMPLIFICADORES ................................................................................... 33
2.2.2.1 Amplificador Diferencial ...................................................................... 33
2.2.2.2 Op. Amp. Como Amplificador No Inversor. ........................................ 34
2.2.2.3 Amplificador De Instrumentación ....................................................... 35
2.2.3 FILTROS. ................................................................................................... 36
2.2.3.1 Generalidades. ................................................................................... 36
2.2.3.2 Filtro Pasa-Banda ............................................................................... 37
2.3 FUENTES DE ALIMENTACIÓN. ..................................................................... 39
2.3.1 GENERALIDADES .................................................................................... 39
2.3.2 PILAS Y/O BATERÍAS ............................................................................... 39
2.4 SISTEMA DE CONTROL. ................................................................................ 40
2.4.1 ARDUINO................................................................................................... 40
2.4.2 CONVERSIÓN ANALÓGICA-DIGITAL. .................................................... 41
2.4.2.1 Muestreo de la señal Analógica. ........................................................ 42
2.4.2.2 Cuantificación y codificación de a señal ............................................ 43
2.4.3 MEMORIA SD ............................................................................................ 44
3. PROCEDIMIENTO .................................................................................... 47
3.1 DISEÑO DEL PROTOTIPO. ............................................................................. 47
3.1.1 MÓDULO ANALÓGICO............................................................................. 48
3.1.1.1 Preamplificación. ................................................................................ 48
3.1.1.2 Amplificación. ......................................................................................... 52
3.1.1.3 Filtrado. ............................................................................................... 53
3.1.1.4 Montaje De La Señal Sobre Un Escalón De 2.5v .............................. 54
3.1.2 MODULO DIGITAL .................................................................................... 55
3.1.2.1 Arduino Uno R3. ................................................................................. 55
3.1.2.2 Programa. ........................................................................................... 57
3.1.3 FUENTE DE ALIMENTACIÓN BIPOLAR. ................................................ 57
3.1.3.1 Incremento y regulación positiva........................................................ 57
3.1.3.2 Incremento y regulación negativa. ..................................................... 58
3.2 SIMULACIÓN DEL PROTOTIPO. .................................................................... 58
3.3 CONSTRUCCIÓN DEL CIRCUITO IMPRESO. ............................................... 60
3.4 PRUEBA DEL SISTEMA. ................................................................................. 62
3.4.1.1 Prueba de funcionamiento ..................................................................... 62
3.4.1.2 Prueba con pacientes. ........................................................................... 62
4. EVALUACIÓNN ........................................................................................ 65
4.1 PRUEBA DEL PROTOTIPO. ........................................................................... 65
4.1.1 SIMULACIONES ........................................................................................ 65
4.1.2 PRUEBA DEL CIRCUITO DISEÑADO EN PROTOBOARD .................... 67
4.1.2.1 Fuente de alimentación bipolar. ............................................................. 67
4.1.2.2 Etapas de pre-amplificación y amplificación. ..................................... 68
4.1.2.3 Filtro Pasabanda ................................................................................ 69
4.1.2.4 Implementación del Canal 1 completo en Protoboard....................... 70
4.1.3 CONSTRUCCIÓN DEL PCB ..................................................................... 71
4.1.4 MODULO ANALÓGICO............................................................................. 74
4.1.5 MODULO DIGITAL. ................................................................................... 75
4.2 EVALUACIÓN DE RESULTADOS EN PACIENTES ...................................... 77
4.3 IMPACTO ECONÓMICO .................................................................................. 79
4.3.1 ANÁLISIS DE COSTOS ............................................................................ 79
4.3.2 ANÁLISIS DE MERCADO ......................................................................... 81
5. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES ............................................ 83
BIBLIOGRAFÍA ............................................................................................... 85
ÍNDICE DE FIGURAS
Figura 1.1. Distribución porcentual por discapacidad de la población con discapacidad 7
Figura 1.2. Deformación de la postura debido a cazado alto. ......................................... 9
Figura 1.3. Deformación del quinto dedo del pie debido al calzado. .............................. 10
Figura 1.4. Hallux Valgus (Juanete) ................................................................................ 11
Figura 2.1. Electrodo de aguja insertado en el musculo................................................. 18
Figura 2.2. Electrodo superficial conectado a extremidad inferior.................................. 19
Figura 2.3. Neurona ......................................................................................................... 20
Figura 2.4. Partes de una Neurona ................................................................................. 22
Figura 2.5. Tipos de células musculares en el organismo humano. .............................. 23
Figura 2.6. Musculo Estriado ........................................................................................... 24
Figura 2.7 Características contráctiles de un musculo. Izq.: Rápida contracción; Der.:
Lenta contracción............................................................................................................. 25
Figura 2.8 Determinación histoquimica de fibras musculares humanas. ....................... 25
Figura 2.9. Representación esquemática del sistema básico del mecanismo de control
motriz y de la unidad motora. .......................................................................................... 27
Figura 2.10. Señal de EMG de un musculo bicep y su correspondiente espectro de
frecuencia durante la actividad muscular. ....................................................................... 29
Figura 2.11. Esquemático de un sistema de adquisición EMG. ..................................... 30
Figura 2.12. Ejemplo dels SENIAM para la colocacion de los electrodos en el musculo
de la tibia .......................................................................................................................... 32
Figura 2.13 Amplificador diferencial con amplificador operacional. ............................... 34
Figura 2.14 Configuración OpAmp no inversor. .............................................................. 35
Figura 2.15. Diagrama interno del Amplificador de Instrumentación INA128/9 ............. 35
Figura 2.16 Respuesta de diferentes filtros de 2° orden. ............................................... 36
Figura 2.17 Respuesta de un filtro Butterworth de diferente orden ................................ 37
Figura 2.18 Respuesta de un Filtro pasa-banda ............................................................. 38
Figura 2.19 Placa Arduino ............................................................................................... 41
Figura 2.20 Entrada y salida de un ADC ......................................................................... 41
Figura 2.21 Sistema de Muestreo ................................................................................... 42
Figura 2.22 Señal Analógica Muestreada y Convertida en Digital ................................. 43
Figura 2.23 Diagrama a Bloques de un ADC .................................................................. 44
Figura 3.1 Diagrama a bloques del dispositivo de electromiografía. .............................. 47
Figura 3.2 Diseño básico del amplificador de instrumentación ...................................... 49
Figura 3.3 Ubicación de los electrodos. Captación de la señal emitida por los grupos
de músculos. .................................................................................................................... 49
Figura 3.4 Circuito de realimentación RLD. .................................................................... 50
Figura 3.5 Diseño completo del preamplificador de entrada y retroalimentación de
referencia. ........................................................................................................................ 51
Figura 3.6 Amplificadores no inversores en cascada ..................................................... 52
Figura 3.7 Pantalla del software Filter-Pro de Texas Instruments.................................. 53
Figura 3.8 Filtro Pasabanda de 20-500 Hz ..................................................................... 54
Figura 3.9 Sumador no inversor de ganancia unitaria .................................................... 55
Figura 3.10 Tablilla Arduino UNO ................................................................................... 56
Figura 3.11 SD Shield para Arduino............................................................................... 56
Figura 3.12 Pantalla principal del software Isis - Proteus de LabCenter........................ 59
Figura 3.13 Tablilla ProtoBoard. ...................................................................................... 60
Figura 3.14 Método de Transferencia para elaboración de placa PCB ......................... 61
Figura 3.15 Estación de soldado Weller de temperatura regulable ............................... 62
Figura 3.16 Músculos Gastrocnemios o Gemelos ......................................................... 63
Figura 4.1 Fuente. Regulación positiva. Simulacion Isis-Proteus .................................. 66
Figura 4.2 Fuente. Regulación negativa. Simulación Isis-Proteus ................................. 66
Figura 4.3 Filtro Pasabanda. Simulación Isis-Proteus. ................................................... 67
Figura 4.4. Flexión fuerte. Señal obtenida del primer operacional de la etapa de
amplificación. ................................................................................................................... 68
Figura 4.5. Flexión Débil. Señal obtenida del segundo operacional de la etapa de
amplificación. ................................................................................................................... 69
Figura 4.6 Señal de Salida del Canal 1 Implementado en Protoboard en Flexión Fuerte.
......................................................................................................................................... 70
Figura 4.7 Proceso de Diseño de la Placa Mediante Eagle 6.0 - CadSoft. La pantalla
negra corresponde al Board, a la derecha se muestra la pantalla de captura del
esquematico. .................................................................................................................... 71
Figura 4.8 Diseño PCB terminado. .................................................................................. 72
Figura 4.9 Perforado de la tablilla. .................................................................................. 72
Figura 4.10 Cara superior de la tablilla tras ensamble y soldadura ............................... 73
Figura 4.11 Cara inferior de la tablilla tras ensamble y soldadura ................................. 73
Figura 4.12 Fotografía de Osciloscopio Tektronix desplegando la señal de salida de
ambos canales durante una flexión fuerte. ..................................................................... 74
Figura 4.13 Salida del Filtro del Canal 1 en Flexión Fuerte............................................ 75
Figura 4.14 Flexión Fuerte graficada mediante Excel. ................................................... 76
Figura 4.15 señal EMG registrada durante 90 seg de caminata con botas vaqueras.
Grafica de MatLab ........................................................................................................... 77
Figura 4.16 señal registrada durante 90 seg de caminata con zapato deportivo. Grafica
de MatLab ........................................................................................................................ 78
Figura 4.17 Resultados del proceso estadístico aplicado a la señal capturada con el
uso de calzado tipo bota vaquera. .................................................................................. 78
Figura 4.18 Resultados del proceso estadístico aplicado a la señal capturada con el
uso de calzado deportivo. ................................................................................................ 79
Capítulo 1
INTRODUCCIÓN
2
1. INTRODUCCIÓN
Dentro del campo de la biología, específicamente de la medicina, la Electrónica
se ha convertido en una herramienta de suma importancia para la práctica médica.
La Bioelectrónica juega un papel muy importante para el diagnóstico y
tratamiento de enfermedades así como en el desarrollo de nuevas técnicas de la
medicina moderna que permite tener un diagnóstico más eficaz.
Una de las aplicaciones de la Bioelectrónica es usada para llevar a cabo un
examen de la actividad eléctrica en las unidades motoras (los músculos y los nervios) y
hacer un registro de ella. Mediante esta prueba, es posible determinar la actividad
anormal de un musculo debido a enfermedades o trastornos neuromusculares. Sin
embargo la Bioelectrónica expande sus usos más allá del simple diagnóstico,
abarcando desde terapia física, hasta el control de prótesis de miembros mediante el
uso de las señales miográficas.
Etimológicamente, el término electromiografía (EMG) se refiere al registro de la
actividad eléctrica generada por el músculo estriado. Sin embargo, en la práctica se
utiliza para designar genéricamente las diferentes técnicas utilizadas en el estudio
funcional del sistema nervioso periférico SNP, de la placa motriz y del músculo
esquelético, tanto en condiciones normales como patológicas. En la actualidad es una
consulta neurofisiológica en la que la EMG propiamente dicha y los estudios de
conducción nerviosa ECN se combinan con la estimulación magnética transcraneal
EMT, los potenciales evocados somestésicos PES, el termo-test cuantitativo TTC y
varias técnicas de estudio del sistema nervioso autónomo SNA. (SENFC, 2010)
3
1.1 ANTECEDENTES
La documentación más antigua en la que se describe el conocimiento de la
generación de electricidad en un ser vivo fue en el de trabajo de Francesco Redi en
1666, en el que describe un musculo en la raya eléctrica que era capaz de producir
electricidad. Otro científico, John Walsh, pudo demostrar en 1773 que el tejido
muscular de la anguila tenía la capacidad de generar una chispa de electricidad. En
1792, el medico Luigi Galvani, quien fuera considerado padre de la neurofisiología,
publicó su famoso trabajo titulado “De Viribus Electricitatis in Motu Musculari
Commentarius” en el que descifraba la naturaleza eléctrica de los impulsos nerviosos
mediante pequeños experimentos en los que conectaba una maquina electrostática a
pequeñas ranas. Seis décadas después, en 1849, Dubois-Raymond descubrió que era
también posible llevar un registro de la actividad eléctrica durante la actividad de la
contracción muscular. (Wikimedia1, 2012)
Henry B. Piper es considerado el primer investigador en estudiar las señales
electromiografías, en Alemania en 1912 usando un galvanómetro de cuerda. En 1922,
Gasser y Erlanger hicieron investigaciones similares usando un osciloscopio para
mostrar las señales eléctricas de los músculos. Cuatro años después Proebster
observó señales generadas por músculos estriados y abrió el campo clínico de la
electromiografía. (Merletti, y otros, 2004)
Entre 1930 y 1950 los científicos comenzaron a utilizar electrodos mejorados y
más sofisticados para los estudios musculares. El uso clínico del EMG para el
tratamiento de desórdenes más específicos comenzó en la década de los 60’. Hardyck
y sus colaboradores fueron los primeros practicantes en usar el EMG. En los
comienzos de los 80’s, Cram y Steger introdujeron un método clínico para escanear
una variedad de músculos utilizando un dispositivo EMG sensible. No fue hasta
mediados de los 80’s, cuando se integraron las técnicas de los electrodos, las cuales
tenían un nivel tecnológico suficiente para la producción de instrumentación pequeña y
de bajo peso y así mismo amplificadores que permitían avances en campos como los
de la medicina o la biomecánica. En el presente, hay un número grande de
amplificadores que se comercializan. La electromiografía se ha venido utilizando
4
ampliamente para el registro de músculos superficiales en protocolos clínicos o
kinesiólogos donde los electrodos intramusculares son utilizados para investigar
músculos profundos o localizar la actividad muscular.
Hay muchas aplicaciones para el uso de la EMG. Clínicamente es utilizada para
el diagnóstico de problemas neuronales o neuromusculares. Así mismo en muchos
tipos de laboratorio investigativos, incluyendo los que están en el campo de la
biomecánica para el análisis del control motriz, fisiología neuromuscular, desordenes
de movimiento, control postural y terapia física (Wikimedia1, 2012).
5
1.2 DEFINICIÓN DEL PROBLEMA
El mal funcionamiento de un músculo derivado de ciertas enfermedades
neurofisiológicas (distrofia, cáncer, miositis inflamatoria, infecciones, torceduras o
incluso exceso de uso) deriva en síntomas que reducen considerablemente la calidad
de vida de quienes las padecen. Tales síntomas pueden ir desde dolor agudo, hasta la
incapacidad para moverse. Por lo que el confort en el calzado impacta
considerablemente en la calidad de vida y no existe un electromiógrafo enfocado
únicamente en realizar esta evaluación.
6
1.3 OBJETIVOS
1.3.1 OBJETIVO GENERAL.
• Diseñar un electromiógrafo superficial para miembros inferiores
1.3.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS.
• Analizar las características de los electromiógrafos superficiales
• Diseñar la etapa de acondicionamiento de señales
• Diseñar la etapa de filtrado de señales mioeléctricas
• Diseñar la etapa de conversión A/D y de almacenamiento de la señal
• Realizar pruebas experimentales para validación del funcionamiento
7
1.4 JUSTIFICACIÓN
De acuerdo a los datos proporcionados por el INEGI en el censo de población y
vivienda 2010, 5.73 millones de personas en México sufren alguna discapacidad y el
58.3% de estas pertenecen al grupo cuya limitante es caminar o moverse. Tal
distribución puede observarse en la figura 1 (INEGI, 2010)
Las enfermedades neuromusculares pueden ser ocasionadas por diversos
factores entre los que se encuentran la influencia genética, las lesiones provocadas por
accidentes y los factores menos drasticos como la incidencia en cierta postura el uso
de determinado estilo de calzado o indumentaria.
En cuanto al primer factor, hasta el momento se conocen cerca de 40
desordenes neuromusculares, catalogándose en dos grupos, designados por el tipo de
tejido que es afectado, en neuropatías y miopatías. A la vez estos grupos se catalogan
en el caso de las miopatías en: distrofias musculares, miopatías inflamatorias,
miopatías metabólicas, miopatías por anormalidades endocrinas, y otras miopatías; en
Figura 1.1. Distribución porcentual por discapacidad de la población con discapacidad
8
el caso de las neuropatías en: enfermedades de las neuronas motoras, enfermedades
de la unión neuromuscular, y enfermedades de los nervios periféricos. (Rojas
Caballero, 2011)
Las enfermedades Neuromusculares tales como: Parálisis Cerebral, Espina
Bífida Neuro y Miopatías afectan a un grupo importante de la población de nuestro
país, los cuales por su condición en muchos casos son apartados de la sociedad, y del
derecho a recibir asistencia médica. Los síntomas más comunes son: espasmos
musculares, calambres, dolores y problemas articulares y del movimiento. Algunas
veces, la debilidad muscular también afecta la función cardiaca y la capacidad para
respirar. (MEDS Chile, 2012)
Así pues los efectos que produce el uso del calzado en la composición
neuromuscular y osea de las extremidades inferiores pueden llegar a significar un
decremento importante en la calidad de vida, basados en la observación de que un
calzado inadecuado puede ser el desencadenante de múltiples problemas,
especialmente en la mujer debido a la altura de estos. Entre ellos podemos mencionar:
• Hallux valgus (juantes)
• Metatarsalgias o dolores en la planta del pie y en el antepié.
• Deformidades en los dedos: Dedos en garra y/o dedos en martillo.
• Callosidades en el dorso de los dedos originados por el roce y la presión, o
callosidades entre los dedos, conocidos como “ojos de gallo”.
• Sesamoiditis: Es la inflamación de los huesos sesamoideos, los cuales son
pequeños huesecillos redondos situados debajo de la cabeza del primer
metatarsiano.
• Inflamación del tendón de Aquiles por roce y por acortamiento del tendón,
dolores a nivel de gemelos, e incluso dolores en rodillas provocados por la
sobrecarga a la que se ven sometidas, en especial con el uso de tacones.
• La circulación venosa se deteriora, el bombeo de sangre no es adecuado y
aparece hinchazón de pies, edemas y pequeñas várices.
• Enclavamiento de las uñas.
Una lesión de esta naturaleza presenta un riesgo muy alto para determinados
grupos de personas, entre los cuales encontramos a los diabéticos y a las personas
9
con problemas circulatorios. Estos grupos deben extremar el cuidado de pies, debido a
la tendencia que tienen a presentar tales lesiones y la facilidad con que estas se
pueden agravar terminando incluso en amputación. A estos grupos podemo sumar
tambien a las personas con arteriosclerosis de las extremidades inferiores y problemas
de riego sanguíneo.
De entre todos los tipos de calzado, los zapatos altos son el tipo que origina mas
alteraciones. La elevación del talón provoca no sólo una deformidad de la bóveda
plantar, sino que además produce un acortamiento de los músculos gastrocnemios (en
las pantorrillas) y sobrecarga de los huesos de los dedos de los pies. Así, los dedos se
aplastan contra la punta del zapato y se deforman en forma de garra.
Figura 1.2. Deformación de la postura debido a cazado alto.
Todo el peso del cuerpo se descarga sobre las cabezas metatarsianas y el pie
pierde estabilidad. Además, el uso prolongado de tacones produce problemas a
10
nivelacion de espalda ya que aumenta la curvatura lumbar, figura 1.2, provocando
lumbalgias severas a causa de una hiperlordosis lumbar.
En el caso de los zapatos de punta fina, los dedos quedan aprisionados y se
desequilibran. Los dedos cuarto y quinto se tuercen hacia dentro en lo que conocemos
como dedo en martillo. Podemos apeciar este efecto en la figura 1.3. Si bien todos los
dedos se deforman, el que sufre las peores consecuencias es el famoso dedo gordo
que se ve afectado por la afeccion Hallux Valgus, es decir, se luxa hacia afuera, se
desplazan los tendones y en la cabeza del metatarsiano aparece el juanete. Esto se
ilustra en la figura 1.4.
Figura 1.3. Deformación del quinto dedo del pie debido al calzado.
El dedo gordo deformado, atravesado, rechaza los dedos medios, que se
deforman, y el quinto dedo o pequeño sufre una deformación inversa. Estas
deformidades y desequilibrios son inicialmente pasajeros, pero con el uso prolongado
de calzado inadecuado se hacen permanentes. (Terapia Fisica, 2012)
11
Figura 1.4. Hallux Valgus (Juanete)
Asi pues, estas defomaciones pueden ser prevenidas si se puede comprobar el
efecto que tiene la forma y altura del calzado antes de que el uso constante las haga
permanentes. Un examen del estrés que sufren los tendones, nervios y músculos ante
determinado modelo de zapatos puede resultar en un gran beneficio para los
fabricantes y para los consumidores al mejorar las hormas principales del calzado y
haciendolos mas acordes a la necesidad de soporte de los pies.
12
1.5 DESCRIPCIÓN DE TESIS.
CONCEPTOS
ELECTROMIOGRAFÍA
FISIOLOGÍA
PRINCIPIO DE GENERACIÓN DE LA SEÑAL
ACONDICIONAMIENTO Y DETECCIÓN DE SEÑALES DE EMG SUPERFICIALES
AMPLIFICADORES
FILTROS
FUENTES DE ALIMENTACIÓN
BATERÍAS
SISTEMA DE CONTROL
ARDUINO
CONVERSIÓN A/D
MEMORIA SD
13
Capítulo 2
FUNDAMENTOS TEÓRICOS
14
2. FUNDAMENTOS TEÓRICOS.
2.1 ELECTROMIOGRAFÍA
“Se conoce como electromiografía a la captación de las señales eléctricas
producidas por los músculos durante una contracción muscular. Estas señales son
generadas por el intercambio de iones a través de las membranas de las fibras
musculares debido a una contracción muscular” (Dalcame, 2005)
Para llevar a cabo el desarrollo de un electromiografo es necesario aclarar el
funcionamiento del sistema motriz humano, el origen de las señales que lo controlan y
la diversas enfermedades que lo afectan.
2.1.1 CONCEPTOS.
2.1.1.1 Enfermedades Neuromusculares.
Las enfermedades neuromusculares son padecimientos que se caracterizan por
presentar como síntomas fundamentales la atrofia y la debilidad muscular. En algunas
de ellas se asocia dolor o síntomas sensitivos (hipersensibilidad o insensibilidad) por la
participación del nervio periférico.
No existe un único criterio a la hora de clasificar las ENM ya que puede hacerse
desde el punto de vista fisiopatológico, clínico o bien dar prioridad a otros conceptos
como la forma de transmisión hereditaria. Actualmente tiene interés la clasificación
basada en la biología molecular, lo que permite la creación de nuevos subtipos dentro
de un mismo conjunto de síntomas. La clasificación de las ENM va cambiando a
medida que se conocen nuevos hallazgos sobre las causas de cada una de ellas.
15
Los principales tipos de enfermedades neuromusculares son:
Distrofias musculares:
Las DM afectan predominantemente al músculo estriado y son debidas a un
defecto de alguna de las proteínas que forman parte de la fibra muscular, ya sean
estructurales o enzimáticas.
Miopatías distales
Son un grupo de enfermedades con patrón de herencia autosómico recesivo o
dominante. La afectación es predominante en la musculatura distal de miembros
inferiores, y según el tipo afectará fundamentalmente al comportamiento anterior o
posterior de las piernas. Son progresivas con una afectación de los músculos
ascendente, pero el ritmo de evolución es moderado.
Miopatías congénitas:
Dentro de este grupo se distinguen varios tipos de enfermedades, con patrón de
herencia variable. Se producen por un defecto en el desarrollo del músculo. Suelen
diagnosticarse poco después del nacimiento al observar que el bebé se mueve poco,
está débil y adopta posiciones anormales o no se alimenta correctamente. Pueden
aparecer en cualquier etapa de la vida.
Enfermedades musculares inflamatorias:
Se trata de un grupo de enfermedades adquiridas de causa inmunológica. Dentro
de este grupo se distinguen dos tipos: 1) Polimiositis y dermatomiositis: Son
enfermedades inflamatorias del músculo que aparecen en la infancia o en la edad
adulta. Se caracterizan por la presencia de mialgias y debilidad de los músculos
predominantemente proximales (hombros, pelvis y cuello). 2) Miositis por cuerpos de
inclusión: Es una enfermedad inflamatoria del músculo con un comienzo insidioso en la
edad adulta. Se caracteriza por la presencia de debilidad muscular y amiotrofia
proximal de los miembros inferiores, en general simétricos, de musculatura flexora de
la mano y de músculos bulbares.
16
Amiotrofias espinales:
Las amiotrofias espinales constituyen un grupo de enfermedades caracterizadas
por la pérdida o degeneración de las neuronas del asta anterior de la médula espinal.
El mal funcionamiento de estas neuronas hace que el impulso nervioso no pueda
transmitirse correctamente y, por tanto, los movimientos y el tono muscular se ven
afectados. (AMES , 2008).
2.1.1.2 EMG y Sus Aplicaciones Clínicas.
La EMG es una disciplina especializada que se ocupa de la evaluación clínica y
neurofisiológica de la patología neuromuscular y de ciertos aspectos de la patología del
SNC. Propiamente dicho consiste en el registro de las variaciones de voltaje que se
producen en las fibras musculares como expresión de la despolarización de sus
membranas durante la contracción espontánea o voluntaria. La EMG es una extensión
y profundización del diagnóstico clínico neurológico y utiliza los mismos principios de
localización topográfica. Como es más sensible, permite descubrir alteraciones
subclínicas o insospechadas; al ser cuantitativa permite determinar el tipo y grado de
lesión neurológica.
Al contrario de otras pruebas de laboratorio, en las que se realiza un protocolo
exploratorio rígido, la EMG clínica es una prueba dinámica en la que cada paciente
precisa una estrategia de estudio individualizada en función de su cuadro clínico
concreto. Por ello se debe partir siempre de una adecuada anamnesis y exploración
clínica del paciente y a menudo es preciso cambiar el esquema inicial durante el
examen a tenor de los resultados obtenidos.
El empleo aislado o secuencial de las diferentes técnicas (procedimientos) que se
realizan en el laboratorio de EMG permite:
• Distinguir entre lesiones del Sistema Nervioso Central y del Sistema Nervioso
Periférico. A su vez, la utilización combinada de la EMG, los PES, la EEG
17
cuantitativa y la EMT son de gran ayuda en la evaluación funcional y
topográfica en la patología del SNC (EMG central).
• En patología neuromuscular, localizar y cuantificar diferentes tipos de lesiones
con gran exactitud y precisión. Específicamente:
– Lesiones de la neurona motora del asta anterior o del tronco
(neuropatías motoras) y de las neuronas del ganglio raquídeo
posterior (neuropatías sensitivas).
– Lesiones de las raíces motoras o sensitivas (radiculopatías), de los
plexos (plexopatías) y de los troncos nerviosos (lesiones
tronculares).
– Alteraciones de la transmisión neuromuscular y, dentro de ellas,
distinción entre trastornos presinápticos y postsinápticos.
– Trastornos primarios del músculo esquelético (miopatías)
• Finalmente, una serie de técnicas, varias de ellas incorporadas al software
de los electromiógrafos contemporáneos, exploran la función del sistema
nervioso autónomo (SNA) y sus trastornos (SENFC, 2010).
2.1.1.3 Clasificación de EMG
Intramuscular
Para llevar a cabo un EMG intramuscular, se usa una aguja electrodo, se inserta
a través de la Piel hasta que entre al tejido muscular (figura. Un profesional entrenado
(como un neurólogo, fisiatra, o terapista físico) va observando la actividad eléctrica
mientras inserta el electrodo. Mientras se va insertando el electrodo provee una
información valiosa en cuanto a la actividad muscular como al nervio que inerva ese
músculo. Los músculos cuando están en reposo muestran señales normales eléctricas,
cuando el electrodo es insertado, por ende la actividad eléctrica se estudia cuando el
18
músculo está en reposo. La actividad anormal espontánea indica un daño en el nervio
o en el músculo. Después se le pide al paciente que contraiga el músculo suavemente
para poder realizar un análisis con más profundidad. El tamaño, la frecuencia y la
forma resultante de la unidad potencial motora son analizados. Posteriormente el
electrodo es retirado unos pocos milímetros e insertado nuevamente para analizar la
actividad, la cual debe tener unidades por lo menos entre 10–20. Cada trazo del
electrodo da una imagen muy local de la actividad del músculo completo. Debido a que
el músculo esquelético difiere en su estructura interna, el electrodo debe ser puesto en
varias localizaciones para obtener resultados confiables de estudio. (Wikimedia1, 2012)
Figura 2.1. Electrodo de aguja insertado en el musculo.
Así pues el examen electromiográfico con agujas de cada músculo consta de 3
pasos básicos:
• La observación de la actividad posinsercional y espontánea durante el reposo.
• El análisis de los potenciales de unidad motora individuales durante la
contracción muscular ligera.
• El análisis del registro de la actividad contráctil durante el máximo esfuerzo
voluntario.
19
La contracción de cada fibra muscular individual genera un potencial de acción.
La suma de los potenciales de todas las fibras que componen una unidad motora (UM)
constituye el potencial de unidad motora (PUM). Las técnicas de EMG convencional
con agujas concéntricas no registran potenciales de acción de una sola fibra muscular,
sino aquellos generados por la despolarización simultánea de muchas fibras
musculares cercanas al electrodo en una o varias unidades motoras (UMs). Existen
agujas especiales (fibra simple) para el registro del potencial de acción de una sola
fibra muscular. (Dra. Hernández Toranzo, 2012)
Superficial
El método superficial emplea una superficie en la cual el electrodo se puede
utilizar para controlar la imagen general de la activación muscular, a diferencia de la
actividad de sólo unas pocas fibras como se observa utilizando un EMG intramuscular.
Esta técnica se utiliza en una serie de ajustes, por ejemplo, en la fisioterapia, la
activación muscular se controlará mediante EMG superficial y los pacientes tienen un
estímulo auditivo o visual para ayudarles a saber cuándo se está activando el músculo
(retroalimentación). (Wikimedia1, 2012)
Figura 2.2. Electrodo superficial conectado a extremidad inferior.
20
Dicho de otra forma, permite estudiar la actividad muscular en acciones
dinámicas, siendo aplicable al análisis biomecánico de un gesto, al análisis de la
marcha, en estudios de fatiga muscular y de rendimiento deportivo y en áreas como la
medicina laboral y la ergonomía. (Massó, y otros, 2010)
2.1.2 FISIOLOGÍA.
2.1.2.1 La Neurona.
La neurona es la unidad celular del Sistema Nervioso Central. Fue descubierta
por Santiago Ramón y Cajal en 1888. Posee particularidades que la hacen una unidad
funcional muy especial.
Figura 2.3. Neurona
Una característica fundamental y exclusiva de estas células es la muy escasa
posibilidad de renovación que tienen cuando el organismo las pierde por alguna razón.
Estructural y funcionalmente, las neuronas son “unidades celulares” (entidades
completas y autónomas) que tienen la característica de ser capaces de conectarse con
otras, ya sea para inhibirlas, excitarlas o simplemente para re-transmitirles el impulso
nervioso, es decir, la señal electroquímica que viene desde el cerebro, y cuyo destino
son las “unidades motoras”.
Las neuronas poseen dos grandes propiedades: 1, La irritabilidad, que le da a
esta la capacidad de dar respuesta a agentes físicos y químicos con la iniciación de un
21
impulso y 2, La conductibilidad que le da la propiedad de transmitir los impulsos de un
lado a otro.
El término neurona se refiere a la célula nerviosa completa incluyendo su núcleo,
el citoplasma que lo rodea (pericarión) y una o más prolongaciones protoplásmicas que
pueden ser los axones y las dendritas.
La Neurona es la célula fundamental y básica del sistema nervioso, y se divide en
las siguientes partes fundamentales:
• El Citón, Soma o Cuerpo Celular. Se refiere al cuerpo de la célula.
• El Núcleo. Contiene la información que dirige a la neurona en su función
general.
• El Citoplasma. Donde se encuentran estructuras que son importantes
para el funcionamiento de la neurona.
• Las Dendritas. Son prolongaciones cortas que se originan en el soma o
cuerpo celular, cuya función es recibir los impulsos de otras neuronas y
enviarlas al soma de la neurona.
• Axón. Es una prolongación única y larga que puede medir hasta un
metro de longitud y cuya función es sacar el impulso desde el soma neuronal y
conducirlo hasta otro lugar del sistema o hasta un órgano receptor, por ejemplo
un músculo.
• Membrana Plasmática o Plasmalema. Esta limita la neurona y tiene
especial importancia por su papel en la recepción y transmisión de los impulsos
nerviosos.
El axón de la neurona está rodeado de una vaina de mielina que empieza
prácticamente en el mismo punto donde comienza el axón mismo y finaliza en sus
ramas terminales. Esta vaina de mielina tiene algunas interrupciones llamadas Nódulos
de Ranvier. La envoltura de mielina aísla al axón entre los nodos y produce una
conducción casi instantánea de los impulsos nerviosos. Los axones mielinizados son
mucho más rápidos en su conductibilidad que los axones no mielinizados.
22
Figura 2.4. Partes de una Neurona
Las dendritas salen del cuerpo de la neurona y se ramifican en forma profusa e
intrincada, tienen un gran número de diminutas salientes llamadas espinas dendríticas
que participan en la sinapsis (unión de dos neuronas o de una neurona con un Órgano
Receptor o Transmisor). En las neuronas motoras de la médula espinal, gran número
de terminales axónicas hace sinapsis con el soma y las dendritas de otras neuronas.
Hay tres tipos de neuronas:
• Sensoriales.
• Motoras.
• Interneuronas.
Las que nos ocupan en este trabajo son las segundas y son las responsables de
conducir las señales eléctricas del cerebro a los músculos en la denominada unidad
motora. (Eufracio Téllez, y otros, 2005)
23
2.1.2.2 Músculos
Los músculos son los órganos que se encargan de la movilidad y la estabilidad
del cuerpo. Tienen como característica principal las propiedades de:
• Contracción. Poder acortar sus fibras.
• Elasticidad. Poder recuperar su forma después de una contracción.
• Excitabilidad. Responder a los estímulos.
Por razón de su función, presentan un muy complejo sistema de innervación y
vascularización.
En el proceso de actividad muscular participan de forma importante las dos
proteínas principales de las que están compuestos, La actina y la miosina, además del
calcio y el ATP (Adenosintrifosfato). Este proceso determina uno de los mecanismos de
producción de calor (termogénesis) del organismo.
Figura 2.5. Tipos de células musculares en el organismo humano.
24
Por su estructura, hay tres tipos de músculos:
• Músculo liso. Recubre las estructuras internas, como la pared intestinal,
bronquios, vejiga, vasos sanguíneos etc. Su movimiento es involuntario.
• Músculo cardiaco. Es de gran excitabilidad y conductibilidad,
determinando con esto su capacidad de presentar contracciones rítmicas y
frecuentes, las cuales establecen el ritmo cardiaco (80 contracciones por
minuto, aproximadamente, en un adulto). Su movimiento es involuntario.
• Músculo estriado. Puede realizar contracciones rápidas o lentas y tiene
como característica distintiva con respecto a los dos anteriores el de llegar a la
fatiga. Su movimiento depende expresamente de la voluntad. (Eufracio Téllez, y
otros, 2005)
Figura 2.6. Musculo Estriado
La figura 2.7 muestra las propiedades típicas de contracción de las fibras
predominantes de rápida contracción (extensor digitorum longus, EDL) y de lenta
contracción (soleus, SOL) obtenidas de un musculo aislado.
25
Figura 2.7 Características contráctiles de un musculo. Izq.: Rápida contracción; Der.: Lenta contracción
La figura 2.8 muestra un tipo histoquímico de fibras de los músculos esqueléticos
en humanos, demostrando diferentes reacciones miofibrilares. En esta preparación las
fibras de tipo I (contracción lenta) manchan oscuro, las fibras tipo IIa permanecen sin
manchar y las fibras IIb manchan moderadamente. (Merletti, y otros, 2004)
Figura 2.8 Determinación histoquimica de fibras musculares humanas.
26
2.1.2.3 Unidad Motora
Se entiende por unidad motora al conjunto comprendido por:
a) la neurona motora de la medula espinal (o núcleos motores).
b) su prolongación o axón (constituyente de los nervios periféricos).
c) unión o placa neuromuscular.
d) fibras musculares que inerva la neurona mencionada (que conforman
los músculos). (neuromuscular.com, 2012).
El sistema motriz humano debe ser capaz de hacer frente a un gran número de
estímulos internos y externos, demandas y limitaciones. Esto incluye la regulación de
fuerza y precisión de movimientos, postura correcta e incluso el repertorio de gestos.
(Merletti, y otros, 2004)
Una neurona motora es la que emite el impulso que, en último término hace que
la fibra muscular se contraiga, lo que quiere decir que conducen los impulsos del
cerebro y la medula espinal hacia los efectores (músculos).La neurona motora y el
conjunto de todas las fibras musculares a las que inerva constituyen una unidad
motora. Una sola neurona motora provoca la contracción simultánea de una media de
150 fibras musculares, aunque este valor varía en función del músculo, desde una
neurona que inerva 10 fibras musculares en el globo ocular, hasta una neurona que
inerva hasta 2000 o más fibras musculares como en los músculos de las extremidades.
En el primer caso los movimientos son finos y de poca potencia y en el segundo son
burdos y de gran potencia. (Morenas Martín)
El sistema nervoso central está organizado en forma jerárquica. La programación
motora toma lugar en la corteza pre-motriz, el área motora suplementaria y otras áreas
asociadas a la corteza. Las salidas de la corteza motora primaria tienen una importante
influencia en interneuronas y motoneuronas del tronco del encéfalo y la medula
espinal. Como lo indica la figura 2.7.
La motoneurona es el punto final de suma para todos los “datos” descendientes y
reflejos de entrada. La corriente inducida en la membrana de red de esta motoneurona
por diferentes sitios de inervación sináptica determina la descarga patrón de la unidad
27
motora y así de la actividad muscular. El número de UMs por musculo en los humanos
puede tener un rango de 100 para un musculo pequeño de la mano hasta 1000 o más
para un musculo largo liso.
Figura 2.9. Representación esquemática del sistema básico del mecanismo de control motriz y de la unidad motora.
Las fibras musculares que están inervadas, o una motoneurona en particular
manifiestan cercanamente idénticas características bioquímicas, histoquímicas y
contráctiles, juntas definen el tipo específico de UM. Estudios recientes identifican tres
tipos diferentes de unidades motoras basadas en propiedades fisiológicas así como
velocidad de contracción y fatiga
• Rápida contracción, fatigado. FF o 2b
• Rápida contracción, resistente a la fatiga. FR o 2a
• Lenta contracción, más lento a la fatiga. S o 1
28
Las unidades motoras FF son predominantemente encontradas en músculos
pálidos, así mismo los músculos rojos están predominantemente encontradas las UM
tipo S.
En contracciones voluntarias, la fuerza esta modulada por una combinación del
reclutamiento de las unidades motoras y los cambios en la frecuencia de activación
(rate coding). Entre más UM sean reclutadas y su frecuencia de descarga se mas
grande, más grande será la fuerza. Durante la contracción total de las UM la fuerza,
activadas a cualquier frecuencia de descarga constante, será aproximadamente de 2 a
5 kg/cm2, y esto es relativamente independiente de especies, género, edad y estado
de entrenamiento.
El número de UMs reclutadas y sus frecuencias de descarga de excitación,
determinan la actividad eléctrica en un musculo, esto es, los mismos factores que
determinan la fuerza en un músculo. Así pues la relación entre la electromiografía
(EMG) y la fuerza ejercida es obvia. Después de ciertas condiciones experimentales
esta relación puede ser demostrada.
La figura 2.10 representa un conjunto típico de una grabación en bruto de un
EMG superficial junto con su correspondiente curva de fuerza durante una variación
de fuerza en la contracción de un musculo. Los datos espectro de frecuencias del EMG
superficial son también mostrados. Es fácilmente observable que la actividad en el
EMG incrementa progresivamente como una función de la fuerza generada, sugiriendo
un reclutamiento de UM gradual y una modulación de la frecuencia de disparo que
toma lugar en orden de satisfacer la de manda de fuerza requerida. Así pues, el
incremento de la amplitud en el EMG puede representar el reclutamiento de UM y/o la
modulación de la frecuencia de disparo mientras el incremento de la frecuencia media
(MPF) del espectro de potencia puede representar, al menos en parte, el reclutamiento
adicional del umbral superior de las UM superficiales que mayormente poseen espigas
grandes y afiladas afectando las bandas de alta frecuencia del espectro de potencia del
EMG superficial. (Merletti, y otros, 2004)
29
Figura 2.10. Señal de EMG de un musculo bicep y su correspondiente espectro de frecuencia durante la actividad muscular.
De cualquier manera, el cambio en el EMG superficial no debe ser atribuido
automáticamente a cambios en el reclutamiento de UM o en las frecuencias de disparo,
así como la amplitud de la señal está influenciada por cada potencial individual de fibra
muscular, grado de sincronización de descarga de UM y fatiga.
2.1.3 PRINCIPIO DE GENERACIÓN DE LA SEÑAL.
En la figura 2.11, se muestran los principios básicos de la señal de EMG están
representados el acondicionamiento y el cómputo de la adquisición digital. En el lado
de baja frecuencia del espectro de señal, la elección de un filtro pasa-altas está
determinada por la necesidad de remover las pequeñas variaciones en la señal
30
causadas por el movimiento del artefacto antes mencionado. Es obvio que en caso de
un estudio de movimiento dinámico, el sistema es mucho más vulnerable a estos
disturbios. En la mayoría de los casos, un filtro pasa-altas entre 10 y 20 Hz conservará
las frecuencias importantes del EMG
Figura 2.11. Esquemático de un sistema de adquisición EMG.
Como quiera que sea, en el rango de frecuencia entre 5 y 20 Hz, el espectro del
EMG contiene información concerniente a la tasa de disparo de las unidades motoras
activas, pero en algunos casos, esta información puede no ser de interés. Nótese que
los repentinos cambios de señal debido a movimientos pueden no ser completamente
atenuados por un filtro de 10 a 20 Hz. Con la excepción de algunos casos, cerca del
95% de la potencia de la EMG, está representada por las harmónicas arriba de 400 Hz
y la mayor parte del remanente por el ruido en el electrodo y el equipo. Un filtro pasa-
bajas debe ser aplicado a la señal para atenuar estas componentes indeseadas. La
frecuencia de corte es usualmente elegida cerca de 500Hz y la frecuencia de muestreo
debe ser entonces de 1000 muestras por segundo o mayor. El requerimiento de
digitalización de la señal del EMG depende de la más pequeña y más alta amplitud
esperada. La legibilidad de los detalles de la baja amplitud de la señal está limitada por
el nivel de ruido. Los amplificadores modernos tienen un nivel de ruido de algunos
pocos µVs. Así pues, una digitalización cerca de 0.5µV/bit es suficiente. Un conversor
A/D de 16 bit tiene 215 = 65535 niveles. (Stegeman, 2012)
31
2.2 DETECCIÓN Y ACONDICIONAMIENTO DE SEÑALES DE EMG SUPERFICIALES
La detección de las señales de EMG se lleva a cabo mediante sensores
denominados electrodos. Pueden ser tanto de aguja, insertos directamente en el
musculo; como superficiales, parches adheribles a la piel sobre el musculo. Son estos
tipos de electrodos los que dan origen a la clasificación de los electromiógrafos. El
acondicionamiento de la señal procedente de los electrodos puede ser realizado por
una serie de amplificadores y filtros activos o por un dispositivo integrado como el chip
ADS1298 de Texas Instruments (ver anexo 1). No obstante para el desarrollo de este
prototipo se escoge usar electrodos superficiales y amplificadores analógicos.
2.2.1 ELECTRODOS
2.2.1.1 Características De Sensor Y Procedimiento De Ubicación
El SENIAM (surface EMG for non-invasive assessment of muscles) es un
proyecto europeo cuyos objetivos son integrar la investigación básica y aplicada de
EMG de superficie. A partir de dicho documento obtenemos la siguiente información.
El termino sensor en lugar de electrodo es usado únicamente para remarcar el
hecho de que cada medición de EMG necesita al menos dos electrodos simples
ubicados juntos. Un preamplificador debe ser integrado en conjunto. Un registro de
EMG está influenciado por la forma, tamaño, posición orientación y distancia de los
electrodos, por lo tanto el usuario debe especificar el tipo de electrodos usados. El
incremento en el tamaño de los electrodos en dirección de las fibras musculares puede
mostrar teórica y experimentalmente un efecto de filtro pasabajas en la señal de EMG.
Es recomendable que el tamaño de estos no exceda los 10 mm. El inventario europeo
indica que es preferible usar electrodos redondos con un diámetro de 10mm.
El electrodo de referencia es necesario para proveer una referencia común a la
entrada diferencial del preamplificador. Es importante que este electrodo haga un
32
contacto limpio con la piel, por lo que es preferible que sea un electrodo largo de
aproximadamente 2cm x 2cm. Una buena ubicación del electrodo de tierra puede
reducir considerablemente el ruido provocado por la interferencia de las líneas de
alimentación cercanas. (J. De Luca, 2002)
Figura 2.12. Ejemplo dels SENIAM para la colocacion de los electrodos en el musculo de la tibia
2.2.1.2 Material De Los Electrodos Y Construcción Del Sensor.
El contacto electrodo-piel es de suma importancia para la buena captación de la
señal del musculo, de manera que exista una baja impedancia entre el electrodo y la
piel y un comportamiento estacionario en el tiempo. Los materiales comúnmente
utilizados son Ag/AgCl, AgCl, Ag, Au, de los cuales el más común es el primero. Ellos
proveen una transición estable con bajo ruido y tienen disponibilidad comercial. Así
mismo es posible encontrarlos con gel conductor, utilizado para reducir la impedancia
piel-electrodo.
No se espera que la construcción del sensor y su masa tengan efectos directos
sobre las características del EMG. Hay sin embargo dos efectos indirectos importantes
que pueden perturbar o interferir con el patrón grabado de EMG. Primero, si la
construcción del sensor es tal que la distancia entre electrodos (IED) pueda variar
33
durante la contracción muscular, esto modulará artificialmente la amplitud, forma y
anchura de los potenciales y consecuentemente afectará las características de
amplitud y frecuencia del EMG. Segundo, si la construcción del sensor es tal que los
electrodos y cables puedan moverse debido a la tracción de los cables o la inercia de
la construcción, hay un riesgo potencial para los movimientos de los artefactos. Debido
a la desestabilización de la capa eléctrica se producirán cambios en las impedancias y
corrientes magnéticas inducidas en los cables. Así pues es recomendada la
construcción del sensor con una IED fija hecha de un material ligero. Los cables
necesitan ser ajustados usando cinta o banda elástica de manera que la tracción de los
artefactos pueda ser evitada. (Stegeman, 2012)
2.2.2 AMPLIFICADORES
2.2.2.1 Amplificador Diferencial
Es necesario amplificar la señal procedente de los sensores (electrodos) antes de
filtrarla. Su amplitud en esta etapa varía entre los 0mV y los 5mV. La señal generada
por una gran unidad motora tiene una amplitud de 0mV (en reposo, es decir, cuando no
existe contracción muscular) y aproximadamente 250 µV durante la contracción.
Debido a que las señales mioeléctricas son de bajo valor, ruidos o artefactos como el
ruido ambiente o en mayor medida el ruido de línea (50Hz – 60Hz) pueden provocar
una falsa interpretación de los resultados. Para llevar a cabo esta amplificación es
necesario utilizar un amplificador de instrumentación diferencial. (Dalcame, 2005)
Se llama amplificador diferencial a un amplificador cuya salida es proporcional a
la diferencia entre sus dos entradas (Vi+ y Vi-). La salida puede ser diferencial o no,
pero en ambos casos, referida a tierra compleja.
El amplificador diferencial (o par diferencial) suele construirse con dos
transistores que comparten la misma conexión de emisor, por la que se inyecta una
corriente de polarización. Las bases de los transistores son las entradas (I+ e I-),
mientras que los colectores son las salidas. Si se terminan en resistencias, se tiene
34
una salida también diferencial. Se puede duplicar la ganancia del par con un espejo de
corriente entre los dos colectores.
Figura 2.13 Amplificador diferencial con amplificador operacional.
Aunque esta descripción se basa en transistores de unión bipolar, lo mismo se
puede hacer en tecnología MOS ó CMOS. El par diferencial es una base fundamental
para la electrónica analógica. Los amplificadores operacionales y comparadores de
tensión se basan en él. Así mismo, los multiplicadores analógicos, empleados en
calculadoras analógicas y en mezcladores, están basados en pares diferenciales.
(Wikimedia2, 2012)
2.2.2.2 Op. Amp. Como Amplificador No Inversor.
Un amplificador operacional (op-amp), es un circuito electrónico que tiene dos
entradas y una salida. La salida es la diferencia de las dos entradas multiplicada por un
factor G (ganancia):
Vout = G·[(+V) – (-V)]
El OpAmp ideal tiene una ganancia infinita, una impedancia de entrada infinita, un
ancho de banda también infinito, una impedancia de salida nula, un tiempo de
respuesta nulo y ningún ruido. Como la impedancia de entrada es infinita también se
dice que las corrientes de entrada son cero (Wikmedia6). Su configuración como
35
amplificador no inversor no presenta desfasamiento de entrada-salida y su ganancia
está determinada por las resistencias de realimentación y de entrada R1 y R2 (como lo
muestra la figura 2.14).
Figura 2.14 Configuración OpAmp no inversor.
2.2.2.3 Amplificador De Instrumentación
Un amplificador de instrumentación es un dispositivo creado a partir de
amplificadores operacionales. Está diseñado para tener una alta impedancia de
entrada y un alto rechazo al modo común (CMRR). Se puede construir a base de
componentes discretos o se puede encontrar encapsulado (por ejemplo el INA128 en
la figura 2.15). La operación que realiza es la resta de sus dos entradas multiplicada
por un factor. Su utilización es común en aparatos que trabajan con señales muy
débiles, tales como equipos médicos (por ejemplo, el electrocardiograma), para
minimizar el error de medida. (Wikimedia3, 2012)
Figura 2.15. Diagrama interno del Amplificador de Instrumentación INA128/9
36
2.2.3 FILTROS.
2.2.3.1 Generalidades.
Un filtro eléctrico o filtro electrónico es un elemento que discrimina una
determinada frecuencia o gama de frecuencias de una señal eléctrica que pasa a
través de él, pudiendo modificar tanto su amplitud como su fase.
Con independencia de la realización concreta del filtro (analógico, digital o
mecánico) la forma de comportarse de un filtro se describe por su función de
transferencia. Ésta determina la forma en que la señal aplicada cambia en amplitud y
en fase al atravesar el filtro. La función de transferencia elegida tipifica el filtro. Algunos
filtros habituales son:
• Filtro de Butterworth, con una banda de paso suave y un corte agudo.
• Filtro de Chebyshev, con un corte agudo pero con una banda de paso
con ondulaciones
• Filtros elípticos o filtro de Cauer, que consiguen una zona de transición
más abrupta que los anteriores a costa de oscilaciones en todas sus bandas
• Filtro de Bessel, que, en el caso de ser analógico, aseguran una
variación de fase constante
Figura 2.16 Respuesta de diferentes filtros de 2° orden.
37
El orden de un filtro describe el grado de aceptación o rechazo de frecuencias por
arriba o por debajo, de la respectiva frecuencia de corte. Un filtro de primer orden, cuya
frecuencia de corte sea igual a (F), presentará una atenuación de 6 dB en la primera
octava (2F), 12 dB en la segunda octava (4F), 18 dB en la tercera octava (8F) y así
sucesivamente. Uno de segundo orden tendría el doble de pendiente (representado en
escala logarítmica).
Figura 2.17 Respuesta de un filtro Butterworth de diferente orden
Para realizar filtros analógicos de órdenes más altos se suele realizar una
conexión en serie de filtros de 1º o 2º orden debido a que a mayor orden el filtro se
hace más complejo. Sin embargo, en el caso de filtros digitales es habitual obtener
órdenes superiores a 100. (Wikimedia4 , 2012)
2.2.3.2 Filtro Pasa-Banda
Un filtro paso banda es un tipo de filtro electrónico que deja pasar un
determinado rango de frecuencias de una señal y atenúa el paso del resto
38
Un circuito simple de este tipo de filtros es un circuito RLC (resistor, bobina y
condensador) en el que se deja pasar la frecuencia de resonancia, que sería la
frecuencia central (fc) y las componentes frecuenciales próximas a ésta, en el
diagrama hasta f1 y f2. No obstante, bastaría con una simple red resonante LC.
Otra forma de construir un filtro paso banda puede ser usar un filtro paso bajo en
serie con un filtro paso alto entre los que hay un rango de frecuencias que ambos dejan
pasar. Para ello, es importante tener en cuenta que la frecuencia de corte del paso bajo
sea mayor que la del paso alto, a fin de que la respuesta global sea paso banda (esto
es, que haya solapamiento entre ambas respuestas en frecuencia).
Un filtro ideal sería el que tiene unas bandas pasante y de corte totalmente
planas y unas zonas de transición entre ambas nulas, pero en la práctica esto nunca se
consigue, siendo normalmente más parecido al ideal cuando mayor sea el orden del
filtro, para medir cuanto de "bueno" es un filtro se puede emplear el denominado factor
Q. En filtros de órdenes altos suele aparecer un rizado en las zonas de transición
conocido como efecto Gibbs. (Wikimedia5, 2012)
Figura 2.18 Respuesta de un Filtro pasa-banda
39
2.3 FUENTES DE ALIMENTACIÓN.
2.3.1 GENERALIDADES
Las fuentes de alimentación, para dispositivos electrónicos, pueden clasificarse
básicamente como fuentes de alimentación lineales y conmutadas. Las lineales tienen
un diseño relativamente simple, que puede llegar a ser más complejo cuanto mayor es
la corriente que deben suministrar, sin embargo su regulación de tensión es poco
eficiente. Una fuente conmutada, de la misma potencia que una lineal, será más
pequeña y normalmente más eficiente pero será más compleja y por tanto más
susceptible a averías.
Una especificación fundamental de las fuentes de alimentación es el rendimiento,
que se define como la potencia total de salida entre la potencia activa de entrada.
Como se ha dicho antes, las fuentes conmutadas son mejores en este aspecto.
El factor de potencia es la potencia activa entre la potencia aparente de entrada.
Es una medida de la calidad de la corriente.
Aparte de disminuir lo más posible el rizado, la fuente debe mantener la tensión
de salida al voltaje solicitado independientemente de las oscilaciones de la línea,
regulación de línea o de la carga requerida por el circuito, regulación de carga.
2.3.2 PILAS Y/O BATERÍAS
Una pila eléctrica es un dispositivo que convierte energía química en energía
eléctrica por un proceso químico transitorio, tras lo cual cesa su actividad y han de
renovarse sus elementos constituyentes, puesto que sus características resultan
alteradas durante el mismo. Se trata de un generador primario (Wikimedia7, 2012).
Se denomina batería, batería eléctrica, acumulador eléctrico o simplemente
acumulador, al dispositivo que almacena energía eléctrica usando procedimientos
40
electroquímicos, que posteriormente la recargan casi en su totalidad; este ciclo puede
repetirse por un determinado número de veces. Se trata de un generador eléctrico
secundario; es decir, es un generador que no puede funcionar sin que se le haya
suministrado electricidad previamente, mediante y como lo que se denomina proceso
de carga (Wikimedia8, 2012)
La alimentación de circuitos electrónicos mediante pilas o baterías permite el
diseño de dispositivos portátiles aislados de la red eléctrica, más seguros y más fáciles
de transportar por el usuario. Sin embargo, la capacidad de la batería limita la corriente
y el voltaje que el diseño pueda consumir, así como el tiempo de funcionamiento en si
del dispositivo.
En diseños susceptibles al ruido, como el sistema de adquisición de datos que se
desarrolla en el presente documento, se recomienda el uso de fuentes de alimentación
lineales de dc, por lo que las baterías son ideales para evitar armónicos y demás
señales parasitas que se puedan alojar en la red eléctrica y dañar la adquisición de la
información.
2.4 SISTEMA DE CONTROL.
2.4.1 ARDUINO.
Arduino es una plataforma de hardware libre, basada en una placa con un
microcontrolador y un entorno de desarrollo.
El hardware consiste en una placa con un microcontrolador Atmel AVR y puertos
de entrada/salida.4 Los microcontroladores más usados son el Atmega168,
Atmega328, Atmega1280, ATmega8 por su sencillez y bajo coste que permiten el
desarrollo de múltiples diseños. Por otro lado el software consiste en un entorno de
desarrollo que implementa el lenguaje de programación Processing/Wiring y el
cargador de arranque (bootloader) que corre en la placa (Arduino, 2012).
41
Figura 2.19 Placa Arduino
Al ser open-hardware, tanto su diseño como su distribución son libres. Es decir,
puede utilizarse libremente para el desarrollo de cualquier tipo de proyecto sin haber
adquirido ninguna licencia (Wikimedia9, 2012).
2.4.2 CONVERSIÓN ANALÓGICA-DIGITAL.
Los convertidores A/D son dispositivos electrónicos que establecen una relación
entre el valor de la señal en su entrada y la palabra digital obtenida en su salida. La
relación se establece en la mayoría de los casos, con la ayuda de una tensión de
referencia (IFEnet.org, 2012). Es decir ofrecen un valor binario por cada nivel de voltaje
analógico de entrada, tal como se muestra en la figura2.20
La conversión analógica a digital tiene su fundamento teórico en el teorema de
muestreo y en los conceptos de cuantificación y codificación.
Figura 2.20 Entrada y salida de un ADC
42
2.4.2.1 Muestreo de la señal Analógica.
Los circuitos de captura y mantenimiento se emplean para el muestreo de la
señal analógica (durante un intervalo de tiempo) y el posterior mantenimiento de dicho
valor, generalmente en un condensador, durante el tiempo que dura la transformación
A/D, propiamente dicha.
El esquema básico de un circuito de captura y mantenimiento, así como su
representación simplificada, se muestra en la figura 2.21.
Figura 2.21 Sistema de Muestreo
Muestreo es la conversión de una señal en tiempo continuo a una señal en
tiempo discreto obtenida tomando muestras de la señal en tiempo continuo en
instantes de tiempo discreto. El teorema de muestreo de Nyquist dice que la frecuencia
de muestreo de una señal analógica debe ser 2 veces más grande que la mayor
componente de frecuencia de dicha señal.
43
Figura 2.22 Señal Analógica Muestreada y Convertida en Digital
2.4.2.2 Cuantificación y codificación de a señal
La cuantificación convierte una sucesión de muestras de amplitud continua en
una sucesión de valores discretos preestablecidos según el código utilizado.
Durante el proceso de cuantificación se mide el nivel de tensión de cada una de
las muestras, obtenidas en el proceso de muestreo, y se les atribuye un valor finito
(discreto) de amplitud, seleccionado por aproximación dentro de un margen de niveles
previamente fijado.
Los valores preestablecidos para ajustar la cuantificación se eligen en función de
la propia resolución que utilice el código empleado durante la codificación. Si el nivel
obtenido no coincide exactamente con ninguno, se toma como valor el inferior más
próximo.
En este momento, la señal analógica (que puede tomar cualquier valor) se
convierte en una señal digital, ya que los valores que están preestablecidos, son finitos.
No obstante, todavía no se traduce al sistema binario (Wikimedia10, 2012).
44
Figura 2.23 Diagrama a Bloques de un ADC
La codificación digital consiste en la traducción de los valores que ya han sido
cuantificados (ponderados) al sistema binario, mediante códigos preestablecidos. La
señal analógica va a quedar transformada en un tren de impulsos de señal digital
(sucesión de ceros y unos) (Wikimedia10, 2012).
2.4.3 MEMORIA SD
Secure Digital (SD) es un formato de tarjeta de memoria inventado por
Panasonic. Se utiliza en dispositivos portátiles tales como cámaras fotográficas
digitales, PDA, teléfonos móviles, computadoras portátiles e incluso videoconsolas
Con un soporte lector de tarjetas (normalmente, un pequeño dispositivo USB), el
usuario puede acceder al contenido de una tarjeta SD usando su ordenador. Algunos
ordenadores recientes tienen integrado dicho lector de tarjetas.
Todas las tarjetas de memoria SD y SDIO necesitan soportar el antiguo modo
SPI/MMC que soporta la interfaz de serie de cuatro cables ligeramente más lenta (reloj,
entrada serial, salida serial y selección de chip) que es compatible con los puertos SPI
en muchos microcontroladores.
Existen 3 modos de transferencia soportados por SD:
• Modo SPI: entrada separada serial y salida serial.
45
• Modo un-bit SD: separa comandos, canales de datos y un formato
propietario de transferencia.
• Modo cuatro-bit SD: utiliza terminales extra más algunos terminales
reasignados para soportar transferencias paralelas de cuatro bits.
Las tarjetas de baja velocidad soportan tasas de transferencia de 0 a 400 Kbps y
modo de trasferencia un-bit SD, mientras que las tarjetas de alta velocidad soportan
tasas de transferencia de 0 a 100 Mbps en el modo de cuatro-bit, y de 0 a 25 Mbps en
el modo un-bit SD (Wikimedia11, 2012).
46
Capítulo 3
PROCEDIMIENTO
47
3. PROCEDIMIENTO
3.1 DISEÑO DEL PROTOTIPO.
El prototipo de adquisición de señales miografías se diseña en dos módulos. El
primero es un módulo analógico de acondicionamiento de la señal. Este módulo debe
entregar una señal sin ruido, con una amplitud que vaya desde los 50mV hasta los 5 V,
de manera que pueda ser visualizada correctamente. El segundo es un módulo digital
implementado a base de Arduino que se encarga de la conversión A/D y el
almacenamiento de datos. La visualización de los datos obtenidos se realiza mediante
un equipo de cómputo convencional. Todo el prototipo es alimentado con un nivel de
tensión de 9V.
Figura 3.1 Diagrama a bloques del dispositivo de electromiografía.
48
3.1.1 MÓDULO ANALÓGICO.
3.1.1.1 Preamplificación.
La etapa de pre amplificación, es la primera de cuatro etapas que constituyen el
modulo analógico. A continuación se describe el diseño de uno de los dos canales del
sistema. Se hace la aclaración de que ambos canales son idénticos.
La señal generada por los grupos musculares es una señal diferencial y tiene una
amplitud pico-pico de ente 20 y 2000µV, por lo que es necesario realizar una
amplificación lo más pronta posible para evitar la pérdida de información.
En la captación de señales tan débiles como esta, es común el uso de
amplificadores de instrumentación, debido a su diseño de alta impedancia de entrada y
su alto rechazo al modo común (CMRR). En primera instancia, se selecciona un
amplificador integrado: INA128 (ver anexo 2); sin embargo debido a su naturaleza
CMOS y a la falta de equipo para manejar esta tecnología, se opta por implementar un
amplificador de instrumentación de tres operacionales con el op-amp de propósito
general TL084. Se escoge este integrado debido a su mínimo consumo de potencia y
bajo costo.
La ganancia del circuito preamplificador es escogida en 22 y se fija por la
fórmula:
G=1+ [ (2Ri) / Rg ]
G= 1+[ 44K / 2K ] = 22
Las resistencias del diseño fueron escogidas entre 10 y 100KΩ para estabilidad
del amplificador. El tercer operacional tiene una ganancia de 1.
Cada entrada (positiva y negativa) del amplificador de instrumentación
corresponde a un electrodo, y ambos electrodos constituyen un canal de muestreo. En
la piel se posicionan ambos electrodos a 2 cm de distancia uno del otro en sentido de
las fibras musculares, se coloca el negativo proximal y el positivo distal.
49
Figura 3.2 Diseño básico del amplificador de instrumentación
Debido a que la señal captada es una señal flotante, es necesario además un
tercer electrodo denominado electrodo de referencia o electrodo de tierra, situado lo
más lejano posible, en un tejido eléctricamente neutral. Figura 3.3.
Figura 3.3 Ubicación de los electrodos. Captación de la señal emitida por los grupos de músculos.
50
El circuito de salida para el tercer electrodo se basa en el diseño de un circuito
RLD (Right Leg Drive), que es usado comúnmente en la adquisición de señales
biológicas para la reducción de interferencia en modo común y para la cancelación del
ruido causado por interferencia electromagnética en el cuerpo del paciente.
Se conecta entonces un buffer de la tierra virtual del amplificador de
instrumentación hacia el electrodo de referencia. Esta tierra virtual se toma de la
resistencia de ganancia, por lo que es necesario dividir la resistencia Rg en dos tal
como se muestra en la figura 3.4. La salida del buffer es conectada a su vez con un
amplificador de una ganancia 1 y posteriormente al electrodo. Esto para asegurar que
la señal este referenciada.
Figura 3.4 Circuito de realimentación RLD.
51
El offset de salida del circuito preamplificador puede ser reducido realimentando
la señal de salida la resistencia de 39K que está conectada a tierra mediante un simple
circuito integrador inversor cuya fórmula de voltaje de salida es:
La figura 3.5 muestra el diseño completo del preamplificador con su derivación
para el electrodo de referencia y realimentación de offset.
Considerando la señal de entrada de entre 20 y 2000µV y la ganancia de 22, a la
salida de esta etapa se espera encontrar una señal que varíe entre 440µV y 44mV
Figura 3.5 Diseño completo del preamplificador de entrada y retroalimentación de referencia.
52
3.1.1.2 Amplificación.
Una vez pre-amplificada la señal procedente del grupo muscular, es necesario
realizar una segunda amplificación con una ganancia aproximadamente de 100. De
esta manera la señal tendrá una amplitud de 44mV hasta 4.4 V.
Para esto se diseña una etapa de amplificación con dos amplificadores
operacionales no inversores en cascada con ganancia de 10 cada uno. Se escogen
resistencias en el orden de los kilo-ohms para mayor estabilidad del circuito.
Con la intención de evitar un cambio de fase en la señal, se opta por utilizar la
configuración en modo no inversor. La ganancia en modo no inversor está determinada
por la fórmula:
G1,2 =[ 1 + ( Rf / Ri ) ]
G1,2 =[ 1+ (100K / 10K) ] = 11
Figura 3.6 Amplificadores no inversores en cascada
De acuerdo a lo anterior, cada op-amp tiene una ganancia de 11 y no de 10 como
se pensó en un inicio. La ganancia total de la etapa viene dada por la multiplicación de
las ganancias individuales de los amplificadores. Así pues, la ganancia real de la etapa
de amplificación será:
53
G = ( 11 ) x ( 11 ) = 121
La señal de salida tendrá una amplitud de voltaje de 53.2mV en flexiones débiles
hasta 5.32V en activaciones muy fuertes de las fibras musculares
3.1.1.3 Filtrado.
El filtrado de la señal es indispensable para eliminar las componentes de
frecuencia no deseadas. Mediante el software filter-pro se diseña un filtro Chebyshev
de 8° orden con una frecuencia central de 260 Hz y un ancho de banda de 480 Hz lo
que deriva en un filtro de 20-500 Hz ideal para las señales de EMG. El programa arroja
el diseño de un filtro pasabanda de cuatro etapas con una pendiente de 90dB por
década.
Figura 3.7 Pantalla del software Filter-Pro de Texas Instruments
Dado que las resistencias indicadas por el programa son demasiado exactas se
buscó su valor comercial más cercano y el resultado aparece en la figura 3.8. A la
54
salida del filtro se espera encontrar una señal libre de interferencias, con una amplitud
pico-pico ya mencionada de 53mV hasta 5.3V, centrada sobre tierra virtual de 0V por lo
que la amplitud mínima-máxima de la señal será ±26.5mV hasta ±2.65 V.
Figura 3.8 Filtro Pasabanda de 20-500 Hz
3.1.1.4 Montaje De La Señal Sobre Un Escalón De 2.5v
Debido a que el modulo digital solo trabaja con valores de voltaje positivos hasta
de 5 volts, es necesario montar la señal salida del filtro en un escalón de 2.5V que
centre la señal para que el modulo digital pueda realizar la conversión sin pérdida de
información.
Este nivel de voltaje se añade mediante un simple amplificador operacional
configurado como sumador no inversor. Figura 3.9. Esta etapa final del módulo
analógico deja la señal de miografía completamente acondicionada y lista para ser
digitalizada en el siguiente modulo.
55
Figura 3.9 Sumador no inversor de ganancia unitaria
3.1.2 MODULO DIGITAL
3.1.2.1 Arduino Uno R3.
La conversión analógica-digital de la señal resultante del módulo analógico, y su
posterior almacenamiento dentro de una memoria masiva SD se lleva a cabo mediante
la tablilla de desarrollo libre Arduino, basada en el microprocesador ATmega328.
56
Figura 3.10 Tablilla Arduino UNO
La tablilla Arduino requiere además un complemento o “shield” como entrada
para la memoria SD. En el programa se debe añadir un comando para la inicialización
del complemento. Así mismo, se inserta un archivo “test.cvs” en blanco dentro de la
memoria SD con el uso de una PC convencional para ser escrito desde el arduino una
vez que el sistema esté funcionando.
La visualización de los datos almacenados se realiza extrayendo la memoria SD
del prototipo e introduciéndola nuevamente en el ordenador.
Figura 3.11 SD Shield para Arduino
57
3.1.2.2 Programa.
La programación de la tablilla se hace mediante el software de Arduino disponible
en la página web www.arduino.cc y su lenguaje de programación es C. Se utilizan las
entradas analógicas A0 y A1 para recibir los datos de ambos canales del módulo
analógico. Se agrega además un botón de arranque para que empiece a realizar la
conversión AD y el almacenaje de datos. Así mismo es necesario incluir un indicador
de encendido y otro más para indicar que se está ejecutando el programa.
Para realizar un muestreo de la señal analógica sin perder datos, se debe asignar
al ADC una frecuencia de muestreo de 1KHz mínimo, según el teorema de muestreo
de Nyquist.
El programa completo puede verse en el anexo 3
3.1.3 FUENTE DE ALIMENTACIÓN BIPOLAR.
Debido a que el proyecto se plantea como portátil es necesaria una fuente de
alimentación a base de pilas y capaz de entregar un voltaje y una corriente suficientes
para el correcto funcionamiento del prototipo. Se considera el uso de tres pilas AA. Es
entonces necesario elevar el voltaje de 4.5V a 9 V para ambos módulos, además se
requiere un voltaje de -9V para el modulo analógico.
El diseño de la fuente se divide en dos etapas descritas a continuación y está
basado en el circuito integrado MC34063 de Texas Instruments.
3.1.3.1 Incremento y regulación positiva.
El integrado MC34063 de la empresa Texas Instruments, es un regulador
inversor Buck/Boost que proporciona un aumento en la corriente y voltaje de entrada
gracias a su funcionamiento como FlyBack. Con este integrado se eleva el voltaje de
4.5V de las pilas a 13.5V. Así se obtiene suficiente corriente para que el circuito trabaje
sin forzar las baterías. Este voltaje es determinado con la formula.
58
En una etapa posterior se regula el voltaje al nivel de 9V requerido con el
regulador MC7809 fabricado por diversas compañías. El diagrama de conexión del
MC34063 es proporcionado por Texas Instruments en la hoja de datos del integrado y
puede verse en el anexo 4 de este documento.
3.1.3.2 Incremento y regulación negativa.
Al igual que en la regulación positiva se utiliza el integrado MC3063 gracias a su
característica inversora que permite cambiar la polaridad de su voltaje de entrada. Se
realiza el incremento de voltaje al nivel de -13.5V que es reducido a -9V con el
regulador MC7909. El diagrama de conexión del MC34063 en modo inversor es
también proporcionado por el fabricante en la hoja de datos y puede verse en este
documento en el anexo 5.
3.2 SIMULACIÓN DEL PROTOTIPO.
Se realiza la simulación de las etapas por separado del módulo analógico y de
la fuente dual mediante el diseñador de esquemáticos Isis del software Proteus.
59
Figura 3.12 Pantalla principal del software Isis - Proteus de LabCenter
La simulación del preamplificador se realiza sustituyendo la señal proveniente
de los músculos con un generador de onda senoidal con una amplitud de 20µV y en
una segunda prueba con una amplitud de 2000µV. Debido a que el simulador emplea
condiciones ideales, las mediciones que arroja el Isis deben tan exactas como los
cálculos.
La simulación de los filtros se realiza con una señal de 2V de amplitud de un
generador de onda senoidal. Se varía la frecuencia del generador de 0 hasta 1 KHz
aproximadamente hasta encontrar las frecuencias de corte superior e inferior en las
que la señal de entrada es reducida en 3 dB, es decir, cuando la señal de salida es
0.7071 veces la de entrada. Debido a que la simulación se realiza con los valores de
resistencia comerciales y no con los valores seleccionados por el programa FilterPro
de Texas Instruments, las frecuencias de corte superior e inferior deben ser cercanas a
los 20 y 500 Hz y no exactas.
La simulación de la regulación positiva y negativa de la fuente de alimentación,
se realizan sustituyendo las pilas por una fuente de alimentación directa de 4.5V.
60
3.3 CONSTRUCCIÓN DEL CIRCUITO IMPRESO.
Antes de elaborar la tablilla PCB del diseño, se realiza una prueba en físico del
módulo analógico y se verifica su funcionamiento con los electrodos conectados al
musculo bíceps. Para esta prueba preliminar se ensambla un canal y la fuente de
alimentación en una tablilla de experimentación Protoboard. La flexibilidad de la
tablilla nos permite realizar cambios en el diseño de manera rápida y sencilla, así como
reemplazar componentes y verificar las señales etapa por etapa en caso de
presentarse un error. Una vez comprobado el diseño, se procede a la fabricación de la
placa impresa.
Figura 3.13 Tablilla ProtoBoard.
Para dibujar el diseño del circuito en PCB se utiliza el software Eagle de CadSoft.
Este software cuenta con la mayoría de los componentes electrónicos en el mercado y
con la facilidad de crear librerías nuevas de forma sencilla. Como primer paso, se
dibuja el esquemático del diseño completo en la pantalla de diseño Schematic. En esta
pantalla se agregan todos los componentes que irán sobre la tablilla y se realizan las
conexiones entre ellos.
A partir del esquemático terminado se pasa a una nueva pantalla “Board” en la
que aparecen los componentes añadidos en el esquemático con sus dimensiones y
formas reales. Es en esta pantalla en donde se procede a ubicar los componentes en
la tablilla y a dibujar las venas que los conectan. El software Eagle cuenta con la
61
característica de autoruter pero en diseños complejos es mejor disponer las
conexiones manualmente.
La impresión del diseño en la tablilla de cobre se lleva a cabo por el método de
transferencia. El diseño terminado debe ser impreso en una hoja de papel transfer con
el uso de una impresora láser. El método consiste en aplicar calor sobre el papel para
adherir la tinta al cobre de la placa. El papel se retira sumergiendo la placa en agua y
frotando suavemente con un algodón hasta que no queden residuos, paso siguiente se
sumerge la placa en una solución de 2/3 de cloruro férrico y 1/3 de agua. El ácido
eliminará la superficie de cobre que no esté cubierta por tinta.
Figura 3.14 Método de Transferencia para elaboración de placa PCB
Una vez que el ácido haya retirado el cobre indeseado, la placa debe ser
enjuagada con abundante agua para evitar que alguna pista resulte dañada. Ahora se
puede proceder con el perforado y soldado de componentes. Para tales tareas se
emplean un taladro de mesa con una broca de 1/32 de pulgada y una estación de
soldado Weller con cautín de lápiz. Es importante que el soldado se realice de manera
cuidadosa para evitar que dos pistas se unan y causen un cortocircuito.
62
Figura 3.15 Estación de soldado Weller de temperatura regulable
3.4 PRUEBA DEL SISTEMA.
3.4.1.1 Prueba de funcionamiento
La prueba inicial de funcionamiento del prototipo se realiza para ambos canales en
el musculo bíceps del brazo derecho de sujeto de prueba masculino de 24 años de
edad con electrodos superficiales de la marca MediTrace. La prueba consiste en tomar
imágenes de la señal en diferentes puntos del prototipo y comparar sus características
con las esperadas.
3.4.1.2 Prueba con pacientes.
Estas pruebas son realizadas para verificar que el electromiógrafo es capaz de
detectar variaciones en la señal producida por los miembros inferiores al cambiar el
tipo de calzado que se usa al caminar.
63
Las pruebas del prototipo se realizaran en 10 voluntarios del género masculino de
entre 20 y 25 años de edad, con electrodos superficiales reutilizables de la marca
MediTrace de 2cm de diámetro. Todos los sujetos de prueba son físicamente sanos y
sin lesiones musculares relevantes.
La prueba se lleva a cabo en musculo gastrocnemio de pierna izquierda para el
canal 1, y en cuádriceps de la pierna izquierda para el canal 2, tras un periodo de
descanso de 10 minutos. El electrodo de referencia es ubicado en la rodilla.
Se pide a los voluntarios que caminen en línea recta con calzado cómodo (zapato
deportivo) durante 1 minuto mientras se graba la señal emitida por sus músculos. En
una segunda prueba, se les pide que repitan el procedimiento tras un descanso de 10
minutos, esta vez utilizando un tipo de calzado rígido (botas vaqueras). Las capturas
obtenidas serán comparadas por sujeto de prueba y mediante un método estadístico
se analizara la variación obtenida para determinar si esta variación corresponde al
cambio en el calzado.
Figura 3.16 Músculos Gastrocnemios o Gemelos
64
Capítulo 4
EVALUACIÓN
65
4. EVALUACIÓNN
Las pruebas realizadas al diseño del electromiógrafo comprenden las pruebas de
funcionamiento, realizadas para comprobar la funcionalidad del prototipo, y las pruebas
en pacientes, realizadas para comprobar si el prototipo es capaz de detectar cambios
en las señales emitidas por los músculos de los miembros inferiores al utilizar diferente
tipo de calzado.
4.1 PRUEBA DEL PROTOTIPO.
4.1.1 SIMULACIONES
La tabla que se muestra a continuación compara los resultados calculados de
cada etapa y los resultados de las simulaciones en proporción.
Etapa. Valores calculados Valores de simulación
Fuente Reg. Positiva. 9V Salida 9.01V Salida
Fuente Reg. Negativa. -9V Salida -9.02V Salida
Amplificador. G=121 G=120
Filtro Pasabanda. FCS=500Hz; FCI=20Hz FCS=532Hz; FCI=32Hz
Los resultados de estas coinciden con los calculados debido al carácter ideal de
los dispositivos empleados por el Isis. La diferencia de las frecuencias de corte superior
e inferior del filtro se debe al cambio de valor de resistencias ideales del diseño a
resistencias comerciales empleadas en la simulación.
A continuación se muestran las pantallas de las simulaciones realizadas en el
Isis de algunas etapas del módulo analógico, figuras 4.1- 4.3. No todas las etapas son
66
simuladas debido a las características de las mismas y a la falta de componentes en el
software Proteus.
Figura 4.1 Fuente. Regulación positiva. Simulacion Isis-Proteus
Figura 4.2 Fuente. Regulación negativa. Simulación Isis-Proteus
67
Figura 4.3 Filtro Pasabanda. Simulación Isis-Proteus.
4.1.2 PRUEBA DEL CIRCUITO DISEÑADO EN PROTOBOARD
Las capturas de la señal analógica en las pruebas fueron realizadas con el uso
de un osciloscopio Tektronix TDS1012B.
4.1.2.1 Fuente de alimentación bipolar.
Se comienza con el ensamble de la fuente de alimentación bipolar. Sin embargo
se descubre que el integrado MC34063 produce demasiadas frecuencias armónicas y
no es capaz de alimentar al circuito sin introducir ruido. Este ruido se presenta como
variaciones repentinas de voltaje o picos inversos que reducen el voltaje
instantáneamente hasta valores de 0.2V. Debido a las amplitudes que el equipo
requiere captar, estas variaciones son inaceptables.
Así mismo se descubre que el consumo de corriente de la fuente es de 300mA.
Mayor que el del propio prototipo, que es estimado en 200mA máximo, según las hojas
68
de datos de los integrados empleados. Se opta por alimentar el circuito directamente
con dos pilas de 9V conectadas como fuente dual.
4.1.2.2 Etapas de pre-amplificación y amplificación.
Las etapas de pre amplificación y amplificación se prueban juntas, de manera
que sea más fácil visualizar los cambios en la señal al realizar una flexión del musculo.
En la figura 4.4 se muestra la señal correspondiente a una flexión fuerte. El
osciloscopio está configurado para un rango de 100mV/div y un tiempo/división de
500mS. Obtenida de la salida del primer amplificador operacional de la etapa de
amplificación, la flexión mostrada tiene una amplitud de entre unos cuantos 0.5mV
hasta 500mV en promedio según las medidas mínima y máxima del osciloscopio. A la
derecha se observa la señal producida durante la relajación del musculo.
Figura 4.4. Flexión fuerte. Señal obtenida del primer operacional de la etapa de amplificación.
En la figura 4.5 se muestra a su vez la señal procedente de una flexión débil en un
rango de tiempo de 500mS/div. Por su parte esta es obtenida del segundo operacional
de la etapa de amplificación. La amplitud de esta flexión varia de 50mV hasta 900mV
según los valores máximo y mínimo del osciloscopio y su duración es de 0.7 seg.
aproximadamente. Los periodos entre flexiones corresponden a la relajación del
69
musculo. En esta imagen puede apreciarse que la frecuencia de activación es menor
en flexiones débiles, (separación entre picos) tal como lo indica la teoría de activación
de las unidades motoras.
Figura 4.5. Flexión Débil. Señal obtenida del segundo operacional de la etapa de amplificación.
4.1.2.3 Filtro Pasabanda
Se prueba por separado el filtro con una señal de entrada senoidal de 2V de
amplitud. Las frecuencias de corte medidas son:
• Frecuencia de corte inferior: 36Hz
• Frecuencia de corte Superior:540Hz
Se asume que la diferencia con las frecuencias calculadas y simuladas se debe
al cambio de los valores resistivos por valores comerciales y a la tolerancia de estos
componentes físicos. Sin embargo estas frecuencias son aceptables para el diseño.
70
4.1.2.4 Implementación del Canal 1 completo en Protoboard.
La señal de salida del canal implementado da como resultado una señal de
amplitud mínima de 200mV y máxima de 5V en flexiones fuertes, como se puede
apreciar en la figura 4.6. Se encuentran también, picos ocasionales de hasta 7V. Esta
amplitud es mucho mayor a la calculada sin embargo es aceptada, debido a que
corresponde al uso de fuerza máxima del bíceps y se presentan muy esporádicamente.
Esta captura se realiza con un rango de voltaje de 1v/div y un rango de tiempo de
250mS/div.
Figura 4.6 Señal de Salida del Canal 1 Implementado en Protoboard en Flexión Fuerte.
71
4.1.3 CONSTRUCCIÓN DEL PCB
A continuación se muestran las imágenes del proceso de fabricación de la placa
mediante el editor Eagle de CadSoft y el método de transferencia para impresión del
PCB. La figura 4.7 es una captura de pantalla del proceso de diseño de la placa. Las
líneas amarillas unen los componentes según el esquemático y tras ser dispuestas
sobre la placa se convierten en las venas azules que quedaran en el cobre.
Figura 4.7 Proceso de Diseño de la Placa Mediante Eagle 6.0 - CadSoft. La pantalla negra corresponde al Board, a la derecha se muestra la pantalla de captura del esquematico.
En la figura 4.8 se puede apreciar el diseño del bottom de la placa terminada.
La región azul corresponde al plano de tierra, que al rodear las venas, reduce las
interferencias que la placa pueda percibir.
La figura 4.9 por su parte es una fotografía del proceso de perforado. Como se
puede apreciar el tamaño de la broca es sumamente pequeño y es importante fijarla
correctamente al taladro.
72
Figura 4.8 Diseño PCB terminado.
Figura 4.9 Perforado de la tablilla.
73
Figura 4.10 Cara superior de la tablilla tras ensamble y soldadura
Figura 4.11 Cara inferior de la tablilla tras ensamble y soldadura
En las figuras 4.10 y 4.11 se puede apreciar las caras superior e inferior
respectivamente de la tablilla terminada y lista para ser probada. Es importante
mantenerla lejos de la humedad ambiental y una vez probada será necesario aplicar
una máscara anticorrosiva. La corrosión puede alterar sobremanera el funcionamiento
de la placa, dadas las señales tan pequeñas con las que trabaja.
74
4.1.4 MODULO ANALÓGICO.
La prueba de la tablilla terminada da como resultado dos señales similares en
forma y frecuencia, pero no iguales debido a la ubicación de los electrodos. En la figura
4.12 se muestra una fotografía del osciloscopio tektronix en el momento en que se
capta la señal de ambos canales en el musculo bíceps durante una flexión fuerte. Su
forma de onda es más detallada que en imágenes anteriores debido a que el rango
tiempo/división del osciloscopio fue reducido a 10mS. Ambos canales trabajan con un
rango de 2v/div. La amplitud de la señal es en promedio de 5V, no obstante se puede
apreciar un pico de 7V en ambos canales.
Figura 4.12 Fotografía de Osciloscopio Tektronix desplegando la señal de salida de ambos canales durante una flexión fuerte.
75
La figura 4.13 muestra la captura de la forma de onda de solo uno de los
canales durante una flexión fuerte. Los rangos empleados esta vez son 1v/div y
10mS/div. La amplitud de la señal alcanza los 5.2V durante el pico negativo que es
fácilmente identificable en la captura. Esta señal no obstante no está aún montada
sobre el escalón que le permitirá al módulo digital realizar la conversión.
Figura 4.13 Salida del Filtro del Canal 1 en Flexión Fuerte
4.1.5 MODULO DIGITAL.
La señal capturada por el modulo digital es almacenada en un archivo de formato
“.cvs” introducido previamente insertado en blanco en la memoria microSD. En la
figura 4.14 se muestra la señal digital obtenida de una flexión fuerte graficada mediante
excel. Puede apreciarse en el eje horizontal el conteo de las muestras, así mismo
puede verse en el eje vertical que la señal está montada sobre 2.5V como se
esperaba.
76
Figura 4.14 Flexión Fuerte graficada mediante Excel.
0.00
0.50
1.00
1.50
2.00
2.50
3.00
3.50
4.00
4.50
5.00
1 33 65 97 129
161
193
225
257
289
321
353
385
417
449
481
513
545
577
609
641
673
705
737
769
801
833
865
Series1
77
4.2 EVALUACIÓN DE RESULTADOS EN PACIENTES
A continuación se muestran los datos obtenidos de un sujeto de pruebas. La figura
4.15 muestra los datos recopilados por el sistema mientras el sujeto camina con
calzado relativamente incómodo (botas vaqueras). La figura 4.16 muestra a su vez los
datos recopilados mientras el mismo sujeto camina con zapato cómodo (tenis). La
diferencia entre ambas señales es relativamente notoria a simple vista, mostrando una
mayor actividad muscular con el uso del primer tipo de calzado, sin embargo es
necesario comprobar la veracidad de tal afirmación.
Figura 4.15 señal EMG registrada durante 90 seg de caminata con botas vaqueras. Grafica de MatLab
78
Figura 4.16 señal registrada durante 90 seg de caminata con zapato deportivo. Grafica de MatLab
Tomando en cuenta solamente las fracciones de la señal donde se presentan
activaciones de las unidades motoras, se obtienen los valores promedio, máximo y
mínimo de la señal, así como su desviación estándar. En las figuras 4.17 y 4.18 se
muestran los resultados arrojados por el software MatLab al procesar las señales de
las figuras 4.15 y 4.16 respectivamente.
Figura 4.17 Resultados del proceso estadístico aplicado a la señal capturada con el uso de calzado tipo bota vaquera.
79
Figura 4.18 Resultados del proceso estadístico aplicado a la señal capturada con el uso de calzado deportivo.
Como puede observarse los valores máximos y mínimos, así como de la
desviación estándar obtenidos son mayores para la señal obtenida con el uso de
calzado incómodo, o botas vaqueras. Las nueve pruebas restantes muestran un
resultado similar en mayor o menor grado. Esto nos indica que si hay una diferencia
significativa entre una gráfica y otra, por lo tanto se asume que La activación muscular
es más fuerte con el uso del primer tipo de calzado.
4.3 IMPACTO ECONÓMICO
4.3.1 ANÁLISIS DE COSTOS
El costo de un equipo de electromiografía no portátil puede oscilar desde 300
mil pesos hasta 600 mil pesos dependiendo de la marca que lo fabrica. A continuación
se muestran las tablas con los costos de los materiales, de los equipos utilizados para
la manufactura del prototipo de electromiografía y del costo de las horas de ingeniería y
diseño, arrojando como resultado el costo total del prototipo.
80
Material Cant. Costo unitario en pesos
Costo total en pesos
Arduino UNO 1 600.00 600.00
Shield SD para Arduino 1 300.00 300.00
Resistencias varios valores 65 1.00 65.00
Diodo Zener 1 5.00 5.00
Capacitores varios valores 18 1.00 18.00
Integrados TL084 7 18.00 126.00
Bases para integrados 7 5.00 35.00
Placa fenólica doble cara 1 20.00 20.00
Cloruro Férrico 1 60.00 60.00
Tira de Headers 1 10.00 10.00
Buses 3 10.00 30.00
Push button 1 2.00 2.00
Interruptor 2p2t 1 8.00 8.00
Adaptador clip p/baterías 9v. 2 12.00 24.00
Rollo Soldadura 1 40.00 40.00
Paquete Electrodos 1 400.00 400.00
Papel Transfer 1 100.00 100.00
Brocas diferentes medidas 3 20.00 60.00
Lija 1 10.00 10.00
TOTAL 1,913.00
81
Equipo Costo en pesos
Fuente Alimentación 5000
Osciloscopio Tektronix TDS 1012B 5000
Multímetro 400
Estación de soldado Weller 2000
Equipo de computo 4000
Licencia Software Eagle CadSoft 1000
Licencia Software Proteus. 1500
total 18,900.00
Descripción Cantidad en Hrs.
Costo unitario en pesos
Costo total en pesos
Diseño e Ingeniería 800 200.00 160,000.00
INVERSIÓN TOTAL
180,813.00
4.3.2 ANÁLISIS DE MERCADO
Debido a que este prototipo es diseñado para una aplicación específica dentro de
la investigación médica, no tiene un mercado al cual dirigirse de forma directa por lo
que el análisis de este no es realizado para fines de este documento.
82
Capítulo 5CONCLUSIONES Y
RECOMENDACIONES
83
5. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
Se realizó el diseño del sistema completo y se logró capturar eficientemente la
señal de EMG por métodos no invasivos. El prototipo fue construido y probado
clínicamente en pacientes jóvenes y se comprobó su funcionamiento. Por lo que se
concluye que los objetivos de este documento fueron cumplidos.
Se recomienda, no obstante, diseñar una interface gráfica que permita a los
usuarios acceder y graficar más fácilmente los datos almacenados, pues hasta ahora
son entregados en un formato numérico.
Se puede deducir que su costo constituye menos de un medio del costo de un
electromiógrafo ya existente en el mercado, sin embargo sus características fueron
diseñadas para una aplicación en específico. Por lo tanto podemos concluir que su
principal ventaja contra otros equipos es su tamaño reducido, la característica de
portabilidad y el almacenaje de las señales obtenidas. Esto facilita exámenes tanto
dentro como fuera de un consultorio y posibilita la comparación con otras señales
obtenidas de otros pacientes o de otras fechas.
Por otro lado es importante remarcar que durante la etapa de diseño se
observaron diferentes situaciones que dificultaron el término de esta tesis de grado:
Se omitió el uso del MC34063 para la fuente de alimentación debido a las
variaciones de voltaje que presenta, pues para el caso específico de este diseño su
señal es considerada como ruido.
Se prefirió usar un configuración de tres operacionales con el TL084 en lugar del
INA128 para la etapa de pre amplificación debido a la facilidad de manejo de este
integrado por sobre el INA128.
Debido a las condiciones ambientales la placa terminada presentó una
fuerte corrosión que alteró su funcionamiento. Fue necesario limpiarla, lijarla y
resoldarla.
84
Se notó, por otro lado, una desactualización en las hojas de datos de los
fabricantes, que mostraban integrados viejos como sus últimas creaciones en el
mercado.
85
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ANEXOS
• ANEXO 1 - ADS1298
Circuito integrado de baja potencia. Front-End A/D de 8 canales y resolución de 24 bits para medición de de Bio-potenciales.
Figura 1. Diagrama esquemático interno del ADS1298/R
• ANEXO 2 -INA 128
Amplificador de instrumentación de alta precisión y de bajo consumo de potencia.
Figura 2. Diagrama interno del INA128
La ganancia del amlificador está determinada por la resistencia RG. La tabla sigiente nos muestra los valores de resistencia para diversos valores de ganancia para el INA128 y el INA129. La salida de referencia del amplificador nos provee de una tierra virtual para la señal de salida.
Figura 3. Valores de resistencias para determinadas Ganancias de los INA128/9
ANEXO 3 -PROGRAMA PARA CONTROL DE ARDUINO
#include <SD.h> //Libreria para uso de memoria uSD int sensorValue1 = 0; // Valores leidos desde los puertos analogicos int sensorValue2 = 0; int i=0; int x=0; const int ledon=9; const int ledoff=10; const int ledpower=8; const int menuPin = 2; int buttonPushCounter = 0; int buttonState = 0; int lastButtonState = 0; int numero =0; File myFile; //Variable tipo File void setup() //Ciclo de Configuracion Serial.begin(9600); //inicializacion del puerto serie para comunicacion con PC int x=0; //Variable tipo entero Serial.print("Inicializando tarjeta SD..."); //Mensaje para indicar inicializacion de SD pinMode(ledon, OUTPUT); //Configuramos el pin digital 10 como salida pinMode(ledoff, OUTPUT); //Configuramos el pin digital 10 como salida pinMode(ledpower, OUTPUT); //Configuramos el pin digital 10 como salida pinMode(menuPin,INPUT); //Configuramos el pin digital 10 como salida digitalWrite(ledpower, HIGH); // turn the LED on (HIGH is the voltage level) void loop() buttonState = digitalRead(menuPin); if (buttonState != lastButtonState) // if the state has changed, increment the counter if (buttonState == HIGH) buttonPushCounter++;
lastButtonState = buttonState;
if (buttonPushCounter % 3 == 0) buttonPushCounter=0; switch(buttonPushCounter) case 0: break; case 1: if (!SD.begin(10)) //Verificacion de inicializacion de uSD Serial.println("Inicialización fallida ");
//mensaje de error (mala conexion) return; Serial.println("Inicialización realizada ");
//mensaje Inicializacion correcta myFile = SD.open("test.csv", FILE_WRITE);
//Asignacion de propiedades a variable tipo File (MyFile)... //test.cvs es un Archivo previamente guardado en blanco en la SD mediante una PC
if (myFile) //Archivo encontrado, listo para su escritura Serial.print("Escribiendo a test.csv...");//mensaje for(i=0;i<20;i++)
//Ciclo de escritura 10'000 lecturas 1'000 por segundo gracias a retardo de 1ms...
// por 2 canales (4,000 datos por segundo) for (x=0;x<4000;x++) digitalWrite(ledon, LOW);
// turn the LED on (HIGH is the voltage level) digitalWrite(ledoff, LOW);
// turn the LED on (HIGH is the voltage level) myFile.print(analogRead(A0));
//Lectura/escritura del primer dato en el canal A0 myFile.print(",");
//Separacion entre el primer y segundo dato myFile.println(analogRead(A1)); myFile.close();//Se cierra el archivo
Serial.println("done."); buttonPushCounter=0; numero ++; digitalWrite(ledpower, HIGH);
// turn the LED on (HIGH is the voltage level) digitalWrite(ledon, HIGH);
// turn the LED on (HIGH is the voltage level) digitalWrite(ledoff, LOW);
// turn the LED on (HIGH is the voltage level) delay(1000); else Serial.println("error opening test.txt"); //Mensaje de error en caso de cierre incorrecto
• ANEXO 4 -MC34063
Regulador de voltaje reductor/elevador/inversor. Configuración como regulador elevador.
Figura 4. Diagrama interno del MC34063 y sus terminales
Figura 5. Diagrama de conexión del MC34063 como regulador elevador.
Figura 6. Simulación de la fuente y regulación positiva con el MC34063
• ANEXO 5 -MC34063
Regulador de voltaje reductor/elevador/inversor. Configuración para obtener una regulación negativa.
Figura 7. Diagrama de conexión del MC34063 como regulador inversor de voltaje.
Figura 8. Simulación de la fuente y regulación negativa con el MC34063