IMPLEMENTAÇÃO DO ESTÁGIO DE POTÊNCIA DE UM ESTIMULADOR
ELÉTRICO NEUROMUSCULAR
IMPLEMENTATION OF AN ELECTRIC NEUROMUSCULAR
...
Figura 1 – Parâmetros de um sinal de eletroestimulação.
No estágio de potência é fornecida a potência necessária ao sinal ...
Para assegurar o bloqueio de tensão reversa aplicada e também dispor de uma grande faixa
ativa em VBE, utilizou-se transís...
Figura 4 – Sinal do eletroestimulador desenvolvido.

Figura 5 – Sinal do Neurodyn II.

5. CONCLUSÃO
Os resultados obtidos ...
[8] SANCHES, M.C.A. “Sistema Eletrônico para Geração e Avaliação de Movimentos de Pacientes
Paraplégicos e Hemiplégicos”, ...
Próximos SlideShares
Carregando em…5
×

Resumo 33240834863

168 visualizações

Publicada em

Publicada em: Tecnologia
0 comentários
0 gostaram
Estatísticas
Notas
  • Seja o primeiro a comentar

  • Seja a primeira pessoa a gostar disto

Sem downloads
Visualizações
Visualizações totais
168
No SlideShare
0
A partir de incorporações
0
Número de incorporações
2
Ações
Compartilhamentos
0
Downloads
0
Comentários
0
Gostaram
0
Incorporações 0
Nenhuma incorporação

Nenhuma nota no slide

Resumo 33240834863

  1. 1. IMPLEMENTAÇÃO DO ESTÁGIO DE POTÊNCIA DE UM ESTIMULADOR ELÉTRICO NEUROMUSCULAR IMPLEMENTATION OF AN ELECTRIC NEUROMUSCULAR STIMULATOR POWER STAGE Marcos Vinícius Nascimento Junqueira, Aparecido Augusto de Carvalho – Campus de Ilha Solteira – Faculdade de Engenharia de Ilha Solteira – Engenharia Elétrica – marcosvnj@yahoo.com.br – PIBIC/CNPq. Palavras chave: Eletroestimulação, Geração de Movimentos, Paraplégico, Estimulador Neuromuscular, Espelho de corrente, Microcontrolador. Keywords: Electrical Stimulation, Generation of Motion, Paraplegic, Neuromuscular Stimulator, Current Mirror, Microcontroller. RESUMO 1.INTRODUÇÃO A hemiplegia ou a hemiparesia é o sinal secundário mais evidente de um Acidente Vascular Cerebral (AVC), sendo caracterizada por uma paralisia total ou parcial dos músculos voluntários, alteração do tônus muscular (espasticidade, por exemplo) e das sensações de um hemicorpo contralateral a lesão no sistema nervoso central. A perda da função motora do indivíduo hemiplégico é um dos sinais mais evidentes e também depende do grau de comprometimento sensorial apresentado [1]. O paciente hemiplégico apresenta distúrbios nas reações posturais no lado afetado, portanto a base para a realização dos movimentos voluntários normais e especializados é deficitária [2]. Para o hemiplégico, as reações de endireitamento e equilíbrio variam de acordo com o grau de tônus anormal e a quantidade de movimento ativo presente [3]. Estas alterações constituem a principal causa da incapacidade para a bipedestação e para a marcha em muitos pacientes hemiplégicos [4]. A reabilitação para os casos citados se baseia na avaliação das capacidades funcionais do paciente, por exemplo, a capacidade de realizar atividades da vida diária e de deambular por si só. A avaliação e o tratamento devem estar intimamente relacionados. Uma avaliação completa das condições de saúde de cada paciente é uma necessidade básica em que se deseja obter os melhores resultados com o tratamento, e os dois não podem ser considerados como entidades distintas [5]. A estimulação elétrica funcional (FES) é usada em muitos casos de reabilitação, tal como a restauração de movimentos perdidos em pacientes paraplégicos, tetraplégicos e hemiplégicos [6], além de ser utilizada como realimentação visando substituição de atividade sensorial. Com relação ao tipo de sinal elétrico utilizado, este deve ter amplitude suficiente para provocar a despolarização da membrana do nervo e gerar um potencial de ação. Salazar e Mayagoitia [7] fizeram tratamento em oito hemiplégicos, submetendo-os a eletroestimulação funcional diária, com seções de trinta minutos, ao longo de um mês. O monitoramento da espasticidade foi realizado com o teste do pêndulo, utilizando eletrogoniômetro. A maioria dos pacientes obteve melhora na espasticidade e na flexão angular do joelho, no caminhar. O circuito eletrônico de um estimulador neuromuscular é geralmente constituído por três estágios: alimentação, formador de onda e de potência. O estágio de alimentação produz os níveis de tensão necessários ao funcionamento dos diversos dispositivos utilizados no equipamento. O formador de onda é responsável por receber os parâmetros da onda, via USB, serial e/ou wireless, para gerar o sinal de eletroestimulação. Os principais parâmetros do sinal são o tipo de onda, a freqüência, a largura de pulso e o interpulso. Na Figura 1 ilustra-se estes parâmetros:
  2. 2. Figura 1 – Parâmetros de um sinal de eletroestimulação. No estágio de potência é fornecida a potência necessária ao sinal proveniente do formador de onda. Neste estágio, define-se se o estimulador será de tensão ou corrente. O uso do estimulador por tensão é mais comum entre os eletroestimuladores comerciais. Sua desvantagem é a impossibilidade de calcular a quantidade de carga aplicada ao músculo, devido à variação da resistência de acoplamento eletrodo-pele e da própria impedância do tecido. O estimulador por corrente é de construção mais complexa, mas com ele torna-se possível estimar e controlar a quantidade de carga aplicada ao músculo. 2. OBJETIVO O objetivo do trabalho foi a implementação do estágio de potência de um sistema eletrônico de estimulação elétrica funcional para geração de movimentos nos membros inferiores de pacientes hemiplégicos e paraplégicos. 3. MATERIAIS E MÉTODOS Na Figura 2 mostra-se o esquema do estimulador elétrico neuromuscular implementado, que é de corrente. O circuito formador de onda é constituído por um microcontrolador, um amplificador diferencial e dois conversores tensão corrente [8]. Como microcontrolador utilizou-se o dsPIC33, mais especificamente o dsPIC33FJ32MC202, da Microship. Seu estágio de potência tem como componente fundamental um espelho de corrente de Wilson [9], projetado para fornecer correntes de 20 mA a 120 mA (faixa adequada para estimulação dos músculos dos membros inferiores) para cargas de 800 Ω a 1.200 Ω. A resistência da pele varia nesta faixa. Figura 2 - Esquema do circuito do estimulador elétrico neuromuscular implementado.
  3. 3. Para assegurar o bloqueio de tensão reversa aplicada e também dispor de uma grande faixa ativa em VBE, utilizou-se transístores MPSA 42 (Q6, QP) e MPSA92 (Q3, QN), cuja tensão reversa máxima é de 300 V e corrente de coletor de 500 mA. Q1 e Q2 são transístores BC558 e Q3 e Q4 transístores BC548. Inicialmente, o circuito foi avaliado através de simulação no software ISIS/Proteus (Labcenter Electronics, EUA). Posteriormente, foram feitas implementações em protoboard e em placa de circuito impresso. Especial atenção foi dada à isolação elétrica entre os circuitos do formador de onda e do estágio de potência, uma vez que este trabalha com tensão de cerca de 120 V e o formador de onda com 3,3 V nos microcontroladores. As medições de tensão foram realizadas com um osciloscópio digital Tektronix, modelo TDS 2014. Os valores de corrente produzidas pelo estimulador implementado foram determinados, de forma indireta, medindo-se os valores de tensão sobre uma resistência de 100,2 Ω. 4. RESULTADOS E DISCUSSÃO 4.1- Simulação Injetou-se na entrada do circuito do estimulador neuromuscular um sinal similar ao gerado pelo microcontrolador. O resultado é apresentado na Figura 3. Os sinais aplicados na entrada (apresentados na parte superior da tela) possuem amplitude de 3.5 V e frequência de 1 kHz. O sinal de saída (parte inferior da tela) possui amplitude de 50 mA (pico a pico). Verificou-se, através da simulação, que o circuito pode fornecer correntes na faixa de 20 mA a 140 mA, sem que haja deformação do sinal de saída. A carga foi de 1KΩ, simulando a resistência da perna. Figura 3 – Sinais de entrada gerados pelo microcontrolador, e sinal de saída do eletroestimulador (este na parte inferior da tela). 4.2 – Resultados Experimentais Na Figura 4, observa-se os sinais gerados pelo formador de onda e o sinal de saída produzido pelo estimulador neuromuscular (parte inferior da tela). Na Figura 5, visualiza-se o sinal gerado pelo equipamento comercial Neurodyn II. Através das medições feitas com o osciloscópio, constatou-se que o estágio de potência fornece correntes constantes de 80 mA, 100 mA e 120 mA, até cargas máximas, respectivamente, de 2,3 KΩ, 1,7KΩ e 1,3KΩ. Utilizando-se um gerador de sinais Minipa, modelo MFG4210, aplicou-se um sinal, cuja freqüência foi variada, para determinar a largura de banda do estágio de potência. Verificou-se que o circuito opera na faixa de 0 Hz a 160 kHz, sem apresentar distorções para as formas de onda senoidal e triangular. Sinais com forma de onda quadrada apresentam pequenas distorções a partir de 25 kHz.
  4. 4. Figura 4 – Sinal do eletroestimulador desenvolvido. Figura 5 – Sinal do Neurodyn II. 5. CONCLUSÃO Os resultados obtidos mostram que o estimulador elétrico neuromuscular implementado produz sinais com forma de onda, amplitude e freqüência adequadas para estimulação dos músculos dos membros inferiores, que são os que exigem maior quantidade de energia para sua movimentação. Uma importante característica do equipamento desenvolvido é produzir estimulação por corrente, que possibilita controlar a quantidade de carga e, conseqüentemente, da energia aplicada aos músculos do paciente. 6.BIBLIOGRAFIA [1] TODD, I.M.; DAVIES, P.M. “Hemiplegia: avaliação e abordagem”. In: DOWNIE, P. “Neurologia para fisioterapeutas”. 4. ed. São Paulo: Panamericana, 1988. p.171-204 [2] JOHNSTONE, M. “O paciente hemiplégico – Princípios de Reabilitação”. Editora Manole LTDA. São Paulo.1979 [3] UMPHRED, A.D.. Fisioterapia Neurológica. 2ª edição. Editora Manole LTDA.. São Paulo. 1994. [4] LEITÃO, A. “Clínica de Reabilitação na Hemiplegia”. Editora Artenova S.A. 1974. [5] BOBATH, B. “Hemiplegia no adulto - Avaliação e Tratamento”. Editora Manole LTDA. São Paulo. 1978. [6] GRILL, W. M. e MORTIMER, J. T., “Stimulus Waveforms for Slective Neural Stimulation”, IEEE Engineering in Medicine and Biology, vol. 14, nº 14, July/August 1995. [7] SALAZAR, J.J. MAYAGOITIA, R. E. “Functional and Therapeutical Effects of Electrical Stimulation in Hemiplegia”, Proceedings of the First Joint BMES/EMBS Conference, Atlanta/Ga/USA, 1999, pp 663.
  5. 5. [8] SANCHES, M.C.A. “Sistema Eletrônico para Geração e Avaliação de Movimentos de Pacientes Paraplégicos e Hemiplégicos”, Exame de Qualificação de Doutorado. Programa de Pós-graduação em Engenharia Elétrica. UNESP-Ilha Solteira. 2010. 71p. [9] BOYLESTAD, R.L., NASHELSKY,L., “ Dispositivos Eletrônicos e Teoria dos Circuitos”, 8a. Edição, Pearson Editora, 2009. APOIO FINANCEIRO Os autores agradecem à CNPq, Fapesp e CAPES pela ajuda financeira fornecida para o desenvolvimento deste trabalho.

×