Introduction: Rehabilitador Por Electroestimulacion Muscular Con Energia Sustentable De Bajo Coste

Picture of Rehabilitador Por Electroestimulacion  Muscular Con Energia Sustentable De Bajo Coste

Hola a todos =D

Somos Open Energy por Open Startps Social Projects un equipo que mejora la calidad de vida de las personas con proyectos tecnológicos, esta vez por primera vez en Instructables , esperando que alguna persona logre utilizar el sistema, este sistema nace de la necesidad de hacer un diseño económico y accesible para todos, que se diviertan y aprendan.

Simplificado de tal manera que sea entendible para todos.


Esperemos que muchos aprendan, esperemos pronto tener más equipo para impulsar el desarrollo de más proyectos para rehabilitación y que sea un pequeño paso a que más personas se integren a usar la tecnología en pro de la salud, la sociedad y sistemas abiertos.


Objetivo del trabajo : Realizar de forma sencilla y didáctica un sistema de electroestimulación de bajo coste utilizando fuentes de energías renovables , en este caso energía mecánica y energía química en batería de litio.

Proponemos el uso de una celda solar para cargar la batería, aunque fue bastante complicada conseguirla a un precio accesible, sin embargo se hace uso de Arduino como aplicación extra.

IMPORTANTE

Se debe de utilizar la computadora sin la conexión con el cargador ya que esto puedo ser peligroso para la persona al no tener protección a tierra es muy importante este paso porfavor nunca usar conexiones de uso doméstico.

Si cuentan con un cargador solar para baterías de laptop pueden usarlo, o en caso contrario, hacer el programa de tren de pulsos y usar Arduino (stand alone) con una batería solar que no sea la laptop.

El primer paso es aprender un poco sobre el proceso de electroestimulación muscular. =D


Un poco de historia

Leonardo Da Vinci durante el renacimiento dedica muchos de sus pensamientos a análisis de los músculos y de sus funciones. Andreas Vesalius, influyó con su obra “The Fabrica”

El italiano Francesco Redi en 1666, sospecha que el origen del choque eléctrico del pez raya es de origen muscular.

Luiggi Galvan en 1791, despolariza los músculos de una pierna de rana. Introduce el concepto de “electricidad animal”.

Shweigger en 1920 construye el primer galvanómetro práctico, basado en el descubrimiento de Oersted sobre el magnetismo. Nobili, mejora la sensibilidad, compensando el torque del campo magnético de la tierra.

Electrofisiología

Cuando la neurona motora cerebral debe hacer mover un determinado músculo, genera un impulso eléctrico, como se ve en la figura , que viaja sin decremento por todo el axón hasta llegar a otra neurona motora situada en el asta anterior de la médula nerviosa que se encarga a su vez de tomar ese impulso, a través de la placa motora, comunicárselo al músculo que debe contraerse.

Electroestimulación Muscular

Un músculo normalmente inervado se puede estimular mediante un pulso eléctrico de corta duración aplicado sobre la piel suprayacente a él. En realidad, lo que se estimula es el nervio motor que lo inerva, siendo imposible estimular transcutáneamente al músculo. Lo que sucede es que el nervio tiene un tiempo de respuesta inferior a la del músculo.

La duración del pulso ha de ser de unos 2ms y su intensidad o tensión variables: 10-50 mA ó 10-150 V, respectivamente, según la magnitud de la contracción que se quiera lograr. La frecuencia máxima de impulsos que no llega a provocar la llamada tetanización (nueva contracción antes de la completa relajación) de 80 p.p.seg.

La electroestimulación se utiliza en la clínica en un gran número de procesos. El procedimiento consiste en la implantación de electrodos en las zonas que se deben estimular con corrientes eléctricas procedentes de un neuroestimulador. La intensidad de la corriente es variable, dependiendo de las necesidades del paciente.

Step 1: Conseguir El Material Del Diagrama

Picture of Conseguir El Material Del Diagrama

El material puede ser intercambiable.

- Una laptop con batería ( NUNCA USAR USAR CON EL CARGADOR CONECTADO)
El principio químico aquí presente se lo debemos a Volta =D . También presente en los primeros estudios de estimulación muscular.

- Una bicicleta ( O pueden usar su mano y girar el motor) Será divertido =D.

-Motoreductor o pueden usar un dínamo, o esos motores viejos que están en los juguetes con engranes.

Lo que haremos es que el motoreductor reduce el número de pasos del giro de la rueda, es por esta razón que cuando se hace lo contrario ( girar la rueda y no el motor) el efecto que produce es que aumentas la cantidad de vueltas en el motor y esto como producto hace que más líneas de flujo sean desplazadas en menor tiempo produciendo un cambio en la corriente . Este el principio de Faraday.

- Puente de Diodos ( O pueden hacer con 4 diodos 1N4004)

Este sistema permite la rectificación de la onda, ya que el motor genera una onda sinusoidal, por esta razón hay cambios positivos y negativos, lo que hacemos con esto es rectificar la señal y utilizar la onda completa.

- Transitor TIP41 o cualquier transitor tipo NPN ( que tiene la fleca hacia afuera)

El transistor sirve como una llave de agua, donde Arduino hace la función de abrir y cerrar, por esta razón se envía un puente de pulsos que traducido de otra manera es solo conducir la corriente de manera segmentada.


- Transformador preferencialemente de 10 a 1 (tasa de conversión)

El transformador funciona específicamente para aumentar la tasa de cambio en tensión y disminuir la corriente, lo cual es positivo para la estimulación muscular, ya que en base a la teoría el estímulo esta relacionado a la tensión, de igual manera esto evita daños para la persona.

- Resistencias de 1 Mega y 10 k

La función de la resistencia en la patita 1 del transistor es para modular el cambio electrónico, es importante hacer notar que esto está en base al transistor a utilizar, lo pueden observar como Beta en los datasheets, si tienen dudas sobre cual es su resistencia para su transistor pueden buscarlo como (beta de transistor).

La resistencia de 10K es para tener una referencia entre ambos puntos de estimulación muscular .

- Arduino

Es una maravilla que con Arduino podemos hacer un tren de pulsos, y realmente con el archivo de ejemplo blink es muy sencillo, debemos recordar que la tierra ( que es una flecha con lineas), debe esta referenciada a todo el sistema , tanto el transformador como con Arduino en la entrada que dice GND que significa Ground.

- Caimanes ( cables de conexión ) y Protoboard

Por facilidad recomiendo usar caimanes y una protoboard por facilidad, si no cuentan con alguna pueden hacerlo con cables para electrónica de manera sencilla

Step 2: Verificar Que Cada Componente Funcione Adecuadamente

Picture of Verificar Que Cada Componente Funcione Adecuadamente

Esta etapa está destinada a que todos los componentes del sistema estén funcionado adecuadamente.

Verificar que el puente de diodos funcione, esto se logra únicamente probando con el motor que el led se encienda en ambos sentidos . =D

El transistor se puede verificar que funcione únicamente midiendo que los valores de resistencia sean diferentes entre cada una de sus terminales. También puede ayudarles ver este vídeo :


También recuerden verificar que sus diodos led estén funcionando, este tutorial les puede ayudar.

Si van a usar caimanes o cables verifiquen que no estén trozados o rotos.Normalmente este es uno de los problemas más comunes .

Step 3: Programar Arduino

Picture of Programar Arduino

Realmente programar Arduino es muy sencillo

Pero antes un poco de teoría.

Rango de frecuencias para el tipo de rehabilitación

1-3Hz: Efecto relajante y por consiguiente reductor de la tensión muscular.

4-7 Hz: Aumenta la segregación de endorfinas y encefalinas, logrando disminución en el dolor y la ansiedad

A los 7Hz se consigue un aumento del flujo sanguíneo y una heroxigenación.

8-10 Hz: Efecto de capilarización, aumenta el flujo sanguíneo y reduce los niveles de cansancio.

10-33Hz: Activa las fibras lentas y mejora su resistencia a la fatiga (resistencia muscular).

33-50 Hz: Activa las fibras intermedias y logra el mayor aumento de resistencia a la fatiga.

50-70 Hz: Activa las fibras intermedias aumentando la fuerza, la resistencia y la hipertrofía muscular.

75-120Hz: Activa las fibras rápidas a un nivel máximo mejorando la fuerza y la explosividad.

Dependiendo de la frecuencia se hará el programa

Recordando primero que Arduino que se escribe en segundo se deberá hacer la siguiente operación.

Tasa de tiempo = 1 / Frecuencia

Entonces si se quiere hacer una estimulación a 70Hz esto se traduce a 0.01428571 segundos pero Arduino se escribe en milesegundo por lo tanto se debe de escribir el número (14) en la tasa de cambio esto se traduce a que el sistema tendrá una frecuencia de 70Hz, para hacer el ciclo se debe de dividir el ciclo en dos, PRENDIDO _APAGADO, al estado de prendido se le llama ciclo de trabajo.

Lo que haremos será tener un ciclo de trabajo en principio de 50% ya que estará prendido y apagado a la misma tasa, por ende tendremos que escribir que el pulso sea 50% arriba y 50% abajo , lo que se traduce en 7 milisegundos prendido y 7 milisegundos apagado =D.

Para electroestimulación esto es importante saberlo ya que editando estos parámetros se obtienen mejores resultados.

Entonces el código de blink queda de la siguiente forma para este caso.

/* Código de estimulación a 70 Hz con un ciclo de trabajo de 50%*/

int led = 10 ; // este será nuestro pin de salida que se ve en la imagen

void setup() { pinMode(led, OUTPUT); }

// the loop routine runs over and over again forever:

void loop() { digitalWrite(led, HIGH); // Le dice al sistema que se encienda

delay(7); // espera por 7 milisegundos

digitalWrite(led, LOW); // turn the LED off by making the voltage LOW

delay(7); // espera por 7 milisegundos

Se anexa una imagen de código.

Y listo =D




Step 4: Probar Motores Y Realizar Circuito

Picture of Probar Motores Y Realizar Circuito

Como se puede observar realizar el circuito es muy intuitivo en base al diagrama del inicio.

Se utiliza como base una protoboard.

El primer paso es tener a la mano un motor con engranes.

-Verificar que al girar el motor se genere un cambio en la tensión, esto pueden hacerlo únicamente colocando las dos patitas del motor a un led con una resistencia en serie y ver que encienda, allí ya están haciendo energía =D.

- Si no enciende verifica si tu led está bien, otra forma de verificar que funciona el motor es con un multrímetro, el cual permite medir la tensión.

- La forma más eficiente de probar un motor es conectarlo a una pila, si el motor gira todo está bien.

- Si no sabes donde están las entradas de energía para el motor, solo busca dos terminales o (patitas) con un material metálico normalmente es soldadura, allí se pueden soldar cables para tener mejor control del motor. También puede colocar caimanes.

Step 5: Colocación De Los Electrodos

Picture of Colocación De Los Electrodos

Si no sabes donde obtener electrodos, es fácil encontrarlos en tiendas de equipo médico y pedir electrodos para electroestimulación muscular de uso continuo.

Son unos parches de color blanco con base negra y una especie de gel.

Una vez obtenidos los electrodos se deben de colocar en el músculo que se desea estimular, en el diagrama se muestra una posición ideal, de igual manera en la imagen se muestra una persona con la colocación de los mismos.

Es importante limpiar la zona con alcohol o agua, de manera suave para evitar irritación.


En esta imagen el chaval esta sintiendo un estímulo en su músculo muy ligero, con lo cual nos divertimos bastante. =D.

El lugar de la estimulación fue el músculo flexor radial del carpo, por lo cual se esperaría que sienta un estímulo horizontal por el brazo, lo cual fue lo que le ocurrió. Ustedes en casa pueden cambiar la frecuencia y el ciclo de trabajo. Al final del trabajo daremos mas tip para que puedan hacer un electroestimulador sustentable.

Step 6: Divertirse Con Más Pruebas

Picture of Divertirse Con Más Pruebas

Dejamos este código para divertirse y hacer pruebas, es un ciclo de trabajo anidado dentro de otro

En la imagen vemos al equipo probando un sistema de control mioeléctrico el cual será una etapa de trabajos futuros, ya que el objetivo del grupo Open Energy es hacer sistemas para mejorara la calidad de vida de las personas y compartir abiertamente.

UN ABRAZO A TODO EL EQUIPO!!! MUCHAS GRACIAS POR SIEMPRE ESTAR CON NOSOTROS!!

Rubí :por las geniales fotos y material
Hector Exandro : Por todo el apoyo y hacer innovación divertida para todos
Antonio Cruz : Volviendo a los viejos tiempos cuando se hacían cosas en casita.
Aralí Vega : Por la información detallada sobre los temas de electrofisiología.
Leon : Por el material de motores que nos llevaste seguro le daremos más seguimiento.
Carlos Rios : Por su apoyo siempre atinado y efectivo.

Y a todo el equipo de OSSP que hacen que todos los días sean geniales, creciendo en comunidad =D

Jose Luis : Apoyamos al proyecto de lámpara con agua
Gus : Con toda la energía y el vochito.

Y al equipo de Make Energy por estos eventos que impulsan poco a poco el avance tecnológico, abriendo puertas para trabajar en equipo.


/* Código de estimulación 25Hz a 50% en ciclo de 9Hz*/

int led = 10 ; // este será nuestro pin de salida que se ve en la imagen

void setup() { pinMode(led, OUTPUT); }

// the loop routine runs over and over again forever:

void loop() { digitalWrite(led, HIGH); //Enciende la salida

delay(20); //

digitalWrite(led, LOW); // Apaga la salida

delay(20); //

digitalWrite(led, HIGH); //Enciende la salida

delay(20); //

digitalWrite(led, LOW); // Apaga la salida

delay(20); //

digitalWrite(led, HIGH); //Enciende la salida

delay(20); //

digitalWrite(led, LOW); // Apaga la salida

delay(100); //

}

Comments

Gamaliel1992 (author)2015-10-12

donde esta el codigo del arduino

rebe2549 (author)2015-09-24

Me agrada todo el conocimiento compartido

Techies1400 (author)2015-03-02

eres español? ( si, ya se que se sale del tema :P )

eovire (author)Techies14002015-03-02

Hola amigo. Somos mexicanos. 

Nuestro grupo es : https://www.facebook.com/groups/eative/?fref=ts

Un cálido Saludo.

jagy124 (author)2015-03-02

Muchas gracias por compartir libremente vuestro saber.

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