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Bioestimulador muscular Revisión nº: 1 Memoria 20/04/2013 1 Bioestimulador muscular Memoria Volumen 2 Bioestimulador muscular Revisión nº: 1 Memoria 20/04/2013 2 Datos del proyecto Número de volumen Volumen 2. Título Bioestimulador muscular. Documento Memoria. Cliente Manuel Torres Portero, profesor del departamento de Diseño y Fabricación de la Universidad de Zaragoza. Autor José Emilio Miranda Baile, estudiante de Ingeniería Técnica Industrial, electrónica industrial en la Universidad de Zaragoza Fecha y Firma: Bioestimulador muscular Revisión nº: 1 Memoria 20/04/2013 0 INDICE: 1. Objeto…………………………………………………………………………….……….. 1 2. Alcance……………………………………………………………..……………………...2 3. Antecedentes…………………………………………………………….………………. 2 4. Normas y referencias.…………………………………………………...……………… 10 4.1. Disposiciones legales y normas aplicadas……………………………………….10 4.2. Bibliografía………………………………………….…………………………… ….10 4.3. Lincografía………………………………………………………………..……… …10 4.4. Programas de cálculo………………………………………………………………11 5. Definiciones y abreviaturas………………………………………………………… …..11 5.1. Definiciones……………………………………………………………………… …11 5.2. Abreviaturas……………………………………………………………………… …11 6. Requisitos de diseño……………………………. ………………………………………11 7. Análisis de soluciones…………………………………………………. …………… …12 7.1. Esquema general de bloques……………………………………………………..12 7.2. Bloque alimentación de la circuitería del sistema……………………………….13 7.3. Alimentación de la onda bifásica de salida……………………………………….13 7.4. Generación de la onda de salida………………………………………………….14 7.5. Separación galvánica……………………………………………………………….15 7.6. Protecciones para la onda de salida…………………………………………..….16 7.7. Visualización……………………………………………………………………….. 18 7.8. Microcontrolador…………………………………………………………………….19 7.9. Señales de funcionamiento…………………………………………….……….…20 7.10. Conexión de la salida al paciente……………………………………….............20 8. Resultados finales…………………………………………………………………….…21 9. Planificación……………………………………………………………………………...22 9.1 Etapas………………………………………..…………………………..22 9.2 Planificación……………………………………………………………..23 10. Orden de prioridad entre los documentos básicos……………………………………23 Bioestimulador muscular Revisión nº: 1 Memoria 20/04/2013 1 1. OBJETO Se pretende diseñar un bioestimulador muscular orientado a un uso muy específico para deportistas que quieran aumentar su masa muscular y tener una gran fuerza explosiva. También incorporará las opciones de trabajar la resistencia muscular y mejorar la circulación sanguínea, ayudando a una recuperación más rápida de lesiones musculares. Las acciones explosivas características del deporte son, entre otras, los saltos, las aceleraciones en carrera y los lanzamientos y golpeos de móviles. El instrumento dispondrá de las siguientes características: -Alimentación por medio de la red. -Salida fija para la electroestimulación: corrientes de impulsos bifásicos rectangulares de algunos miliamperios, con una frecuencia variable de 10, 50 ó 100 Hz. -La salida deberá estar protegida contra sobrecorrientes -Electrodos específicos para la finalidad del bioestimulador -Temporizador para el tiempo de entrenamiento -Indicador luminoso de encendido -Indicador luminoso de funcionamiento incorrecto -Indicador visual de la selección de los parámetros -Diseño del equipo para asegurar la compatibilidad electromagnética -Para el montaje se utilizará una caja plástica -Características ambientales de funcionamiento Rango de temperaturas entre 0ºC y 75ºC. Rango de humedad relativa entre 5% y 85%. Bioestimulador muscular Revisión nº: 1 Memoria 20/04/2013 2 2. ALCANCE El ámbito de uso general de este instrumento será el de clínicas especializadas en medicina deportiva, en las que se requiera de un bioestimulador muscular para mejorar la condición física de los deportistas en condiciones normales de humedad y temperatura. 3. ANTECEDENTES La electroestimulación es la generación de contracción muscular usando impulsos eléctricos. Los impulsos se generan en un dispositivo que se aplica con electrodos en la piel próxima a los músculos que se pretenden estimular. Los impulsos imitan el potencial de acción proveniente del sistema nervioso central, causando la contracción muscular. Los electrodos generalmente se adhieren a la piel. La electroestimulación muscular (EEM) es una innovación tecnológica de gran ayuda en la mejora de la salud y de la estética corporal. En la actualidad es imprescindible para el aumento del rendimiento deportivo y para la recuperación funcional en caso de lesiones tanto en deportistas como en personas sedentarias. Un breve repaso a las investigaciones publicadas nos muestra el uso, la eficacia y el “conocimiento” de la EEM desde la antigüedad hasta nuestra época: “… Ya en el antiguo Egipto era conocida la existencia de una corriente natural, como lo demuestra el encuentro de un grabado de un pez eléctrico en una tumba datada del 2750 a. C. El primer protocolo de electroterapia se remonta al 46 a. C. Cuando Scribonius Largus escribe: Para todo tipo de gota se debe colocar un pez torpedo vivo bajo el pie del paciente…” GIANPAOLO BOSCHETTI, 2000 “Entre los métodos modernos de entrenamiento que disponen los deportistas, existe uno que surge de los países del Este a finales de los años 60, la electroestimulación muscular. Proporciona aumentos muy rápidos de fuerza muscular sin fatiga y con sesiones muy cortas” M. PORTMANN, 1976. “Claramente la estimulación muscular inducida por electroestimulación debe ser comúnmente integrada en un preciso programa de prevención, o restablecimiento de la capacidad propioceptiva” M. VALDORA, 2.000. “…Las nuevas tendencias del Fitness proponen programas de tonificación que utilizan conjuntamente la electroestimulación a largas caminatas, en la búsqueda del bienestar y de una forma física sin estrés…” G. D’URBANO, 1999. La aplicación de determinados programas de EEM resulta muy eficaz en contracturas, dolor en cervicales y/o lumbares, codo de tenista, piernas pesadas, calambres,... Son programas anti-dolor (TENS), descontracturantes o que aumentan el Bioestimulador muscular Revisión nº: 1 Memoria 20/04/2013 3 riego sanguíneo. Resultan sencillos de aplicar en casa, proporcionan resultados inmediatos y su uso continuado necesita supervisión médica. Podemos evitar y solucionar problemas con la aplicación de nuevos conocimientos, las investigaciones así lo demuestran: “Óptimos resultados se obtienen en la recuperación funcional postquirúrgica en pacientes operados con técnica artroscópica…es posible reforzar la musculatura con la EEM sin solicitar la articulación…” L. RICCHIUTI, 2000 “Las investigaciones demuestran la superioridad de la EEM en la recuperación funcional frente a cualquier otro método de trabajo activo” SPORT SCI, 1995 “En reeducación funcional, la EEM puede reemplazar el ejercicio voluntario. La EEM permite mejorar las cualidades de los músculos atrofiados y también de los músculos sanos. Para el/la deportista, la EEM representa una técnica complementaria de entrenamiento muscular particularmente eficaz” K. HAINAUT and J. DUCHATEAU, 1992 Los aumentos del rendimiento deportivo alcanzados con la EEM son sorprendentes, ello hace que su uso sea cada vez más extendido en el deporte. Los estudios realizados y publicados con deportistas van desde anécdotas realizadas con un solo deportista hasta investigaciones con grupos de control: “Un jugador de voleibol de nivel medio siguió un entrenamiento por electroestimulación de 8 semanas en la universidad de Quebec en Montreal, obtuvo una ganancia de impulso vertical de 13 cm como consecuencia de la estimulación de las pantorrillas y los cuádriceps…En el mismo periodo el saltador de altura Ferragne (2,26 m) ganó un 34, 2% de fuerza en la pierna libre y un 28,8% en la de impulso…Un culturista 5º en los campeonatos del mundo realizó 9 sesiones de entrenamiento con EEM en bíceps braquial en 2 semanas, obtuvo un aumento de 2 cm en el brazo izquierdo y 2,5 en el derecho… 8 saltadores de altura en 3 semanas de entrenamiento con EEM a razón de 3 sesiones de 10 minutos, obtuvieron una ganancia del perímetro del muslo (de la pierna de apoyo) de 2 a 5 cm.” PORTMANN citado por COMETTI, 2000 “20 estudiantes de educación física se dividieron en dos grupos, uno entreno voluntariamente el cuádriceps (trabajo al 70% de la fuerza máxima) y otro únicamente EEM. El estudio duró 5 semanas, 3 sesiones por semana de unos 10 minutos de entrenamiento. Se estudiaron previa y posteriormente el índice de explosividad y la medición, por escáner, de la masa muscular. Los resultados dieron una mejora claramente superior de la fuerza explosiva y de la hipertrofia en los estudiantes que habían entrenado con EEM” J.TUROSTOWSKI y otros, 1999 “20 Jugadores de baloncesto de muy buen nivel siguen un entrenamiento voluntario idéntico de 5 sesiones a la semana. La mitad se les aplica, además, EEM en los cuádriceps. Los jugadores que han seguido el protocolo de EEM han progresado en fuerza de cuádriceps y en salto vertical (14%) mientras que los otros jugadores no han Bioestimulador muscular Revisión nº: 1 Memoria 20/04/2013 4 aumentado ni la fuerza ni el salto. Cuatro semanas después del programa de EEM, las mejoras de fuerza y salto se mantienen con sólo el entrenamiento voluntario” A. NICOLA et al, 1998 “24 estudiantes se dividieron en dos grupos de 8 mujeres y 4 hombres. Un grupo no hizo ningún entrenamiento y el otro exclusivamente EEM en cuádriceps. El grupo de EEM mejoró significativamente la fuerza de sus cuádriceps, las personas que más intensidades altas toleraron obtuvieron más ganancias y el aumento fue proporcionalmente idéntico en ambos sexos” D. M. SELKOWITZ, 1996 “12 estudiantes de educación física se dividen en dos grupos, 6 en grupo control y 6 entrenando con EEM sus gemelos. El grupo de EEM mejora significativamente la fuerza de sus gemelos en fuerza concéntrica (medida a diferentes velocidades de movimiento) y en fuerza isométrica.” L. MARTÍN et al, 1993 “14 nadadores de competición se dividen en dos grupos. Efectúan el mismo entrenamiento voluntario de natación y uno se le añade la EEM en los músculos dorsales. En los nadadores que entrenaron con EEM hay una mejora significativa de la fuerza en estos músculos, mejoran sus records en 25 m con piernas atadas y en 50 m libres. ‘’ F. PICHON et al, 1995 ¿MÁGIA O TECNOLOGÍA? Un aparato de dimensiones relativamente pequeñas que proporciona: - Mayor y más rápido aumento del tono muscular localizado que otro sistema de entrenamiento (glúteos, abdominales, muslos,…) - Mayor volumen muscular que con el entrenamiento con sobrecargas - Más aumento de fuerza explosiva que el entrenamiento voluntario - Excelente masaje y perfecta recuperación en lesiones (piernas pesadas, contracturas,…) - Regeneración y oxigenación de tejidos aumentada por cinco - Aumento de la resistencia local por transformación de fibras intermedias en lentas - Disminución de lesiones y de fatiga en deportistas - Ganancia de tiempo para dedicarlo a la técnica Todo resultaría difícil de creer si no estuviera avalado por la publicación de las investigaciones (muchas de ellas citadas en este proyecto) realizadas gracias a los progresos en electrónica y la llegada de los microprocesadores. Es la parte seria de la Bioestimulador muscular Revisión nº: 1 Memoria 20/04/2013 5 electroestimulación, la que nunca afirma que transforma la grasa en músculo como dice la publicidad de algunos gadgets que se hallan en el mercado. Contrariamente a lo que muchas personas han creído desde hace tiempo y a lo que todavía algunos enseñan en electroterapia, no existe una corriente mágica. La electricidad no tiene virtudes particulares capaces de mejorar el estado de los tejidos vivos y del músculo en particular. La electricidad provoca el fenómeno natural de la excitación del nervio a lo que las fibras musculares responden con una unidad de trabajo, una sacudida (que sumada a otras, a una cierta frecuencia, provocará una contracción). La EEM es pues un medio de imponer a las fibras musculares un trabajo, y éstas progresan gracias al trabajo que realizan. Únicamente haciendo trabajar un máximo número de fibras se logran resultados, si sólo trabajan las fibras de la superficie, los resultados serán superficiales. Hacer trabajar el máximo número de fibras es la principal finalidad de la EEM. Para ello hacen falta aparatos potentes, capaces de aumentar la intensidad y reclutar el mayor número de fibras. Para aumentar la intensidad con seguridad y confort es precisa una tecnología avanzada, cosa que no todos los electroestimuladores lo consiguen. Actualmente gracias a los componentes electrónicos modernos y de alta calidad se logra lo que se llama el impulso óptimo, que proporciona eficacia y seguridad. Pocos especialistas del entrenamiento o de la musculación lo saben. Es posible en ciertas condiciones de estimulación obtener resultados de contracción cercanos a la máxima fuerza voluntaria e incluso sobrepasarla. ¿Cómo actúa la EEM? La electricidad está en nuestro cuerpo, es utilizada para transmitir las órdenes del sistema nervioso. Para entender la acción de la EEM debemos compararla a la acción muscular voluntaria. En una acción voluntaria el sistema nervioso central envía un mensaje en forma de estímulo eléctrico hasta la placa motora que se halla en el músculo y éste se contrae. La EEM envía el estímulo directamente a la placa motora y logra el mismo resultado: la contracción de las fibras. Algunos estudios recientes (LIEBER, 1996) demuestran que a una cantidad y naturaleza de trabajo idénticas, sea hecho en voluntario o por EEM, el resultado para el músculo es el mismo. La EEM permite hacer trabajar selectivamente el tipo de fibras musculares. El parámetro que permite seleccionar el tipo de fibras a reclutar es la frecuencia del estímulo, se mide en Hercios “Hz”. La frecuencia representa el número de impulsos por segundo. En función de la frecuencia (en Hz) aplicada, se obtienen resultados distintos. Bioestimulador muscular Revisión nº: 1 Memoria 20/04/2013 6 Efectos de las diferentes frecuencias: 1 a 3 Hz - Tiene un efecto descontracturante y relajante, es ideal para contracturas musculares. Algunos electroestimuladores lo denominan programa descontracturante. Provoca un efecto descontracturante en los grupos musculares aplicados. La utilización médica de la EEM para disminuir el tono muscular existe desde hace años. Este efecto descontracturante se mantiene varias horas después de la sesión de electroestimulación y permite un mejor control de los movimientos efectuados. Está indicada su aplicación en molestias o dolores musculares ocasionados por contracturas. Se puede utilizar en cualquier momento y si el dolor es importante o persistente, se recomienda consultar a un médico. 4 a 7 Hz - Aumenta la segregación de endorfinas y encefalinas, logrando una disminución del dolor y la ansiedad. En los electroestimuladores se suele encontrar como programa de relajación o recuperación activa. Logra un efecto endorfínico máximo (5 Hz) provocando una anestesia local natural, una disminución del dolor (efecto antálgico) así como una relajación general de la musculatura y una disminución de la ansiedad. Facilita el sueño. A 7 Hz se consigue un aumento del flujo sanguíneo y una hiperoxigenación. Su aplicación es idónea para evitar calambres, reoxigenar tejidos, acelerar el retorno venoso, eliminar edemas y los metabolitos acumulados. 8 a 10 Hz - El aumento del flujo sanguíneo es máximo, se multiplica por cinco. Los electroestimuladores suelen tenerlo con el nombre de capilarización. Crea nuevos capilares, permite una restauración de los tejidos y un verdadero drenaje venoso y parece ser que linfático. Al aumentar los capilares evita tener contracturas musculares. Es particularmente eficaz para el cansancio localizado y en la disminución del lactato. Este aumento del riego sanguíneo facilita la restauración de tejidos y, bajo consejo médico o fisioterapéutico, es de gran ayuda en problemas articulares. 10 a 33 Hz - Recluta las fibras ST, lentas, (tipo I) y aumenta la resistencia de las mismas. Los electroestimuladores tienen este programa con el nombre de resistencia aeróbica o firmeza muscular. “Las investigaciones demuestran la transformación de fibras FTa, rápidas, (tipo IIa) en ST, lentas, (tipo I) con lo que aumenta el VO2 localizado” L. W. STEPHENSON y otros 1987 Es idónea para el aumento del tono muscular y en la mejora de la resistencia muscular localizada. Su aplicación para la mejora estética (abdominales o glúteos) conjuntamente con un entrenamiento que gaste calorías, cardiovascular (correr, bicicleta…) permite aunar esfuerzos y aumentar el tono a la vez que se utiliza la grasa como mecanismo de energía. 33 a 50 Hz – Solicita fibras intermedias, concretamente las IIa. Logra el mayor aumento de resistencia a la fatiga, es ideal para deportes de resistencia. En los electroestimuladores se encuentran estos programas con el nombre de resistencia aeróbica o firmeza muscular a niveles altos. Proporciona un mayor aumento del tono muscular sin desarrollar la musculatura. La sensación de potencia de contracción en grupos musculares determinados (glúteos, aductores, abdominales,…) es inalcanzable con ejercicios voluntarios. Bioestimulador muscular Revisión nº: 1 Memoria 20/04/2013 13 7.2 BLOQUE DE ALIMENTACIÓN DE LA CIRCUITERÍA DEL SISTEMA: Entre las diferentes opciones de alimentación del sistema como son la alimentación por baterías o desde la red, habrá que buscar cual se adapta mejor a nuestras necesidades. El aparato va a funcionar en lugares cerrados provistos de red eléctrica por lo que es mas barato y sencillo realizar una alimentación a través de la red ya que además las baterías tenderán a gastarse de forma rápida ya que los consumos son algo elevados. Con respecto a la alimentación de la circuitería el primer circuito planteado fue una típica fuente de tensión creada por un diodo zener y un transistor que suministrase la corriente a partir de la transformación de la red, rectificación de ésta y el posterior filtrado. Con esta posible solución se vio que la regulación de la tensión no es del todo precisa y a la hora de proteger frente a posibles fallos de la red habría que implementar circuitería extra que realizase todas esas funciones lo que supondría un aumento excesivo del coste del proyecto. Por todo lo dicho anteriormente se recurre a la utilización de reguladores lineales integrados, de la series 78MXX y 79MXX, que ya llevan incorporadas las protecciones frente a subidas de tensión, cortocircuitos y aumentos de temperatura, lo que hace que la implementación de la alimentación (fig. 4) de los circuitos a través de estos reguladores sea mucho más sencilla y económica que la opción anterior. Fig. 4 7.3 BLOQUE ALIMENTACIÓN DE LA ONDA DE LA SALIDA: Para la fabricación del bioestimulador muscular existen diferentes opciones de realización del circuito para obtener al final la onda necesaria para la excitación correcta de los músculos. La onda que se pretende que tenga el sistema es una onda rectangular bifásica. La primera solución encontrada a la hora de crear una onda bifásica sería la de generar una tensión tanto positiva como negativa, y esta estar controlada por medio del micro para que genere la onda bifásica necesaria. Esta opción planteada encarece mucho el proyecto ya que son necesarias dos fuentes de tensión para ambos niveles, positivo y negativo, así como una compleja circuitería para la activación o no de la rama. Bioestimulador muscular Revisión nº: 1 Memoria 20/04/2013 14 Otra opción planteada fue una vez encontrado el problema de la utilización de dos fuentes de tensión que encarecen el producto, se busca una solución más óptima para la creación de esa onda. Con un regulador variable se obtiene una tensión máxima de unos 30 V que será llevada al puente en H. En la salida del puente irá conectado un transformador que aumente esa tensión hasta alcanzar valores por encima de 100 V que serán los adecuados para llevar al cuerpo y que se produzca la electroestimulación. El problema de esta solución es la utilización del transformador a la salida. Los pulsos son de centenares de microsegundos por lo que el transformador tendría que ser capaz de trabajar a esas frecuencias y en el mercado no he encontrado ese tipo de transformador con esas características determinadas. La solución que se va a llevar a cabo a la hora de realizar el proyecto se basa en realizar un circuito capaz de suministrar la tensión deseada (fig. 5) para obtener a la salida unos 100mA. Por medio de un transformador se reduce la tensión de red a 115 V, de ahí se rectifica y se filtra para hacerla continua. Después con un diodo zener y un transistor se regula y esa tensión es llevada a la estructura de puente en H donde se creará la forma bifásica necesaria, conmutando los transistores con el software del microprocesador. Con esta solución el consumo de potencia es bajo al funcionar los transistores en corte y saturación. Fig. 5 7.4 BLOQUE DE GENERACIÓN DE LA ONDA DE SALIDA: La onda óptima para utilizar en la bioestimulación muscular es una onda rectangular y bifásica. En el mercado ha sido imposible encontrar un sistema capaz de cumplir esas especificaciones por lo que la generación de esa onda se ha llevado a cabo por medio de un puente en H (fig. 6), utilizado en motores de corriente continua, el cual genera una onda bifásica a la salida que será la encargada de realizar la bioestimulación. Bioestimulador muscular Revisión nº: 1 Memoria 20/04/2013 15 Fig. 6 7.5 BLOQUE DE SEPARACIÓN GALVÁNICA: En la salida del biostimulador podemos llegar a obtener una tensión de 150 Voltios y una corriente de 100mA. Estos valores son elevados para que puedan ser controlados directamente por el microcontrolador, por ello será necesario un aislamiento de masas, potencia y control, para que el funcionamiento sea el correcto y no existan interferencias que puedan producir fallos en el control. A la hora de separar la parte de control con la parte de potencia se puede hacer de varias formas con idéntico resultado. Una de ellas es por medio de un transformador de impulsos, otra por medio de un triac optoacoplado y otra por medio de un transistor optoacoplado. En este caso se utiliza un transistor optoacoplado (fig. 7) ya que no es necesaria una conmutación rápida y este sistema es más económico y sencillo de implementar que los anteriormente citados. A la hora de controlar el sistema se podía plantear una solución con circuitería analógica, mucho más complejo que un sistema digital con un microprocesador en el que se programen las funciones básicas del sistema. Fig. 7 Bioestimulador muscular Revisión nº: 1 Memoria 20/04/2013 16 7.6 BLOQUE DE PROTECCIÓN PARA LA ONDA DE SALIDA: La onda bifásica es la que conectamos en el paciente directamente a partir de los electrodos por ello es muy importante que vaya protegida conforme a niveles máximos de corriente y tensión para que el paciente no pueda sufrir ningún daño en caso de fallo del sistema. Tensión: Las sobretensiones se pueden solventar por medio de varistores (fig. 8), ya que son como una resistencia variable con la tensión y al ponerse en paralelo con la salida no introduce ningún tipo de impedancia a la onda de salida para que pudiera deformarla. Estos dispositivos funcionan bajando de resistencia con un valor de tensión determinado por lo que esos picos de tensión serán absorbidos por el dispositivo. Fig. 8 Corriente: Una limitación de la corriente es necesaria a la hora de mantener un correcto funcionamiento en todos los componentes discretos utilizados para diseñar el circuito de la onda de salida ya que los integrados llevan sus propias limitaciones. En el sistema existen varias formas de protección frente a sobrecorrientes, desde la más restrictiva, no permite una corriente superior a 100 mA, hasta la menos restrictiva que es fusible en el primario del trafo. La primera se realiza mediante la colocación de una circuitería adicional (fig. 9) que se encargará de medir el pico de corriente de los impulsos y por medio de un relé desactivará el canal de salida en el que se haya superado la limitación de corriente. Bioestimulador muscular Revisión nº: 1 Memoria 20/04/2013 17 Fig. 9 La segunda limitación utilizada consiste en poner un transistor con una resistencia (fig. 10) de modo que hasta que no se alcanzan los 0,7 V de la unión baseemisor el transistor se encuentra en corte y no altera el funcionamiento de la etapa. Sin embargo cuando se alcanza la corriente máxima para la cual lo hemos diseñado, caerán 0,7V en la unión base emisor por lo que la corriente quedara fija al valor deseado. Fig. 10 La última protección como se ha comentado anteriormente es un fusible conectado en el primario del transformador de la onda de salida (fig. 11). Bioestimulador muscular Revisión nº: 1 Memoria 20/04/2013 18 Fig. 11 7.7 BLOQUE DE VISUALIZACIÓN: En el caso de los biostimuladores no es necesaria está opción de visualización sino con unas marcas en el potenciómetro que regula la intensidad sería mas que suficiente para poder llevar el aparato al mercado. La frecuencia de salida de la onda del bioestimulador también debe aparecer reflejada en el sistema. La forma de seleccionar la frecuencia a la que el sistema debe trabajar aparecerá en el LCD y el usuario podrá elegir entre diferentes valores la frecuencia a la que desea trabajar. Los bioestimuladores son aparatos que tienen un límite de funcionamiento para cada sesión por ello será necesario disponer de una pantalla que indique el tiempo que va a ser utilizado así como su posterior desconexión una vez finalizado el tiempo. Ese tiempo quedará reflejado en el temporizador (fig. 12) totalmente integrado que irá conectado al sistema. Bioestimulador muscular Revisión nº: 1 Memoria 20/04/2013 19 Fig. 12 Los diferentes parámetros de selección de la onda de salida de los que va a disponer el sistema aparecerán en la pantalla LCD (fig. 13) al comienzo del uso de éste, así que todos quedarán almacenados para que la onda adquiera los parámetros adecuados. Fig. 13 7.8 BLOQUE DE MICROCONTROLADOR: El sistema va provisto de un microcontrolador (fig. 14) que se encarga de la gestión y control de los diferentes parámetros que se pueden variar a la hora de generar la onda bifásica. Bioestimulador muscular Revisión nº: 1 Memoria 20/04/2013 20 Fig. 14 Tiene conectados tres pulsadores, START/STOP, SIGUIENTE y OK, con los cuales el usuario podrá determinar los parámetros de la onda y detener o reanudar el funcionamiento del aparato. Todos los parámetros e indicaciones aparecerán en la pantalla LCD, la cual también es gestionada por el microcontrolador. 7.9 BLOQUE DE SEÑALES DE FUNCIONAMIENTO El sistema irá provisto de dos leds, uno verde y otro rojo. El led verde permanecerá encendido siempre que el sistema se encuentre encendido y el led rojo se encenderá cuando la corriente supere el valor límite establecido. 7.10 CONEXIÓN DE LA SALIDA AL PACIENTE A la hora de realizar la conexión desde el bioestimulador hasta el paciente existen varias formas de realizarse. Una de ellas se basa en la utilización de bandas conductoras. Son unas bandas que trasmiten la señal del bioestimulador al cuerpo del paciente. No son de gran efectividad para este tipo de bioestimulador muscular, ya que lo que interesa es concentrar toda la corriente en un punto no muy amplio, algo que no se puede realizar por medio de las bandas, que cubren una amplia zona de nuestro cuerpo. Por lo comentado anteriormente existe otro tipo de conexión al paciente por medio de electrodos. Esta conexión es mucho más precisa que la anterior y permite concentrar la acción de la onda de salida del aparato en un punto más concreto, facilitando así el trabajo del músculo al que vaya conectado. Bioestimulador muscular Revisión nº: 1 Memoria 20/04/2013 21 En el mercado existe gran variedad de cables, electrodos y conexionados entre esos cables y el aparato. En este caso nos centraremos en aquellos cuyo rendimiento sea mayor, es decir, se puedan utilizar más de una vez y sean económicos a la hora de necesitar renovarlos. Así pues, los eletrodos que se van a utilizar en este proyecto serán de tipo auto-adherible y reutilizable (fig 15) ya que es más resistente que los electrodos convencionales y aunque su precio sea mayor se amortizan con los usos. Fig 15 La conexión de los cables (fig 16) que llevan los electrodos al aparato se puede realizar por medio de diferentes conexiones. En este sistema se ha utilizado la más económica y común, una conexión plug 3.5mm (fig 17), donde la hembra irá colocada justo a la salida del puente en H del bloque encargado de generar la onda y en serie con el potenciómetro que regula la intensidad de salida. Fig 16 Fig 17 Bioestimulador muscular Revisión nº: 1 Memoria 20/04/2013 22 8. RESULTADOS FINALES El objetivo que se ha perseguido en todo momento ha sido crear un bioestimulador muscular competitivo en el mercado, para lo cual hemos intentado tener todo lo en cuenta posible el factor precio. También se perseguía obtener una interfaz clara y sencilla que no de lugar a error, haciendo que fuera lo más intuitiva posible, para ello hacemos la serigrafía con una letra de tamaño medio en la envolvente para que las salidas queden correctamente definidas, y conseguimos darle un aspecto moderno intentado dar un toque moderno, que en la electrónica es lo que normalmente se persigue en la actualidad. Además hemos creado un aparato de un tamaño entre mediano y pequeño, ya que formara parte del instrumental de una clínica deportiva y este aunque no salga de dicho recinto es una ventaja el hecho de que se pueda mover de un lugar a otro con la mayor facilidad posible, y así con el tamaño garantizamos su portabilidad. 9. PLANIFICACIÓN 9.1 ETAPAS - Seguimiento del proyecto. - Búsqueda de información y toma de datos. - Estudio de posibles soluciones. - Realización de diseños preliminares. - Preparación de los documentos básicos. - Selección y definición del diseño final. - Creación manual. - Búsqueda de componentes. - Programación del software del sistema. - Creación de un prototipo. - Elaboración de los documentos básicos. - Confección de planos. 1 1 2 2 3 3 4 4 5 5 6 6 7 7 8 8 H H G G F F E E D D C C B B A A Dibujado Comprobado ESCUELA UNIVERSITARIA DE INGENIERÍA TÉCNICA INDUCTRIAL DE ZARAGOZA Fecha Nombre Firma Jose Emilio Miranda Baile PFC Escala S/E Título BIOESTIMULADOR MUSCULAR Listado de componentes 10/04/2013 Plano nº: 3.1 Alumno 596063 Manuel Torres Portero Id. General Id, Particular Encapsulado Localización -X(mm) Localización -Y(mm) A1 A.O. LF351 DIP8 53,848 134,366 A2 A.O. LF351 DIP8 41,783 28,448 A3 A.O. LF351 DIP8 77,216 26,416 A4 A.O. LF351 DIP8 26,543 28,448 A5 A.O. LF351 DIP8 135,128 16,891 A6 A.O. LF351 DIP8 169,037 11,557 A7 A.O. LF351 DIP8 120,904 16,891 A8 A.O. LF351 DIP8 215,392 41,148 B1 Puente 4 D Puente 137,16 137,414 B2 Puente 4 D Puente 18,288 83,566 B3 Puente 4 D Puente 18,288 57,15 C1 100 nF C cerámicos 71,12 135,89 C2 100 nF C cerámicos 66,548 27,94 C3 100 nF C cerámicos 157,353 11,557 C4 47uF (25V) C (25V,47uF) 215,392 143,51 C5 47uF (25V) C (25V,47uF) 234,696 144,018 C6 47uF (25V) C (25V,47uF) 196,088 142,494 C7 47uF (25V) C (25V,47uF) 178,308 143,002 C8 2700uF (25V) C (25V,2700uF) 149,352 151,638 C9 2700uF (25V) C (25V,2700uF) 149,098 124,968 C10 220uF (180V) C (180V,220uF) 36,576 92,71 C11 220uF (180V) C (180V,220uF) 36,576 63,754 C12 0.1uF C cerámicos 223,139 32,385 C13 120pF C cerámicos 214,503 19,685 C14 100pF C cerámicos 210,439 19,685 CJ1 Conector jack jack 26,416 12,192 CJ2 Conector jack jack 109,22 12,192 D1 DIODO 1N4148 DO-35 36,576 133,35 D2 DIODO 1N4148 DO-35 77,216 137,414 D3 DIODO 1N4148 DO-35 21,336 132,334 D4 DIODO 1N4148 DO-35 66,548 36,576 D5 DIODO 1N4148 DO-35 98,044 22,352 D6 DIODO 1N4148 DO-35 114,3 73,914 D7 DIODO 1N4148 DO-35 101,092 73,914 D8 DIODO 1N4148 DO-35 158,369 21,717 D9 DIODO 1N4148 DO-35 190,881 13,081 D10 DIODO (1N4148) DO-35 113,792 41,402 D11 DIODO (1N4148) DO-35 100,076 36,83 D12 DIODO (1N4148) DO-35 230,759 38,481 DL1 LED VERDE REGSONB2 58,547 15,24 DL2 LED VERDE REGSONB2 151,384 3,683 DL3 LED ROJO REGSONB2 89,408 23,876 DL4 LED ROJO REGSONB2 181,229 15,113 DZ1 ZENER 150V DO-zener150V 59,436 91,186 DZ2 ZENER 150V DO-zener150V 59,436 59,69 DZ3 ZENER 3.9V DO-41 44,323 17,272 DZ4 ZENER 3.9V DO-41 136,652 5,207 F1 FUSIBLE(200mA) fuse 14,224 106,426 In1 Interruptor REGSONB2 43,688 154,94 J1 Conector2 REGSONB2 211,328 137,414 J2 Conector REGSONB2 4,064 156,972 1 1 2 2 3 3 4 4 5 5 6 6 7 7 8 8 H H G G F F E E D D C C B B A A Dibujado Comprobado ESCUELA UNIVERSITARIA DE INGENIERÍA TÉCNICA INDUCTRIAL DE ZARAGOZA Fecha Nombre Firma Jose Emilio Miranda Baile PFC Escala S/E Título BIOESTIMULADOR MUSCULAR Listado de componentes 10/04/2013 Plano nº: 3.2 Alumno 596063 Manuel Torres Portero Id. General Id, Particular Encapsulado Localización -X(mm) Localización -Y(mm) J3 CON1 REGSONB1 12,192 69,596 J4 Conector6 REGSONB6 201,676 21,844 MIC1 MC9S08QG8 DIP 16 220,091 22,733 PB1 PULSADOR REGSONB2 238,379 22,733 PB2 PULSADOR REGSONB2 247,904 22,352 PNP1 2SA1930 TO220 191,516 106,68 PNP2 2SA1930 TO220 185,928 101,6 PNP3 2SA1930 TO220 192,151 72,517 PNP4 2SA1930 TO220 186,563 67,437 POT1 20K REGSONB2 21,336 2,54 POT2 20K REGSONB2 105,664 2,032 Q1 BD139 SOT32 36,576 139,954 Q2 BD139 SOT32 173,99 29,591 Q3 BD139 SOT32 156,972 29,337 Q4 BD139 SOT32 113,792 80,01 Q5 BD139 SOT32 113,284 46,99 Q6 2SC5171 TO220 159,004 101,6 Q7 2SC5171 TO220 216,281 104,902 Q8 2SC5171 TO220 191,516 91,948 Q9 2SC5171 TO220 186,436 86,36 Q10 2SC5171 TO220 158,623 67,945 Q11 2SC5171 TO220 218,059 72,517 Q12 2SC5171 TO220 192,151 57,785 Q13 2SC5171 TO220 186,563 52,197 Q14 2SC5171 TO220 70,104 103,886 Q15 2SC5171 TO220 69,596 90,17 Q16 2SC5171 TO220 69,596 72,39 Q17 2SC5171 TO220 69,596 58,674 RC1 240 CFR25 138,684 91,44 RC2 240 CFR25 239,268 85,852 RC3 240 CFR25 138,303 58,293 RC4 240 CFR25 237,363 61,849 RC5 20K CFR25 165,608 100,584 RC6 20K CFR25 210,82 106,172 RC7 20K CFR25 166,243 66,929 RC8 20K CFR25 211,963 72,517 RC9 10K CFR25 219,456 92,456 RC10 10K CFR25 156,972 88,392 RC11 10K CFR25 220,599 58,801 RC12 10K CFR25 156,591 53,721 RC13 1K CFR25 43,18 131,826 RC14 1K CFR25 170,942 33,147 RC15 1K CFR25 153,924 32,893 RC16 1K CFR25 120,396 71,374 RC17 1K CFR25 118,872 39,37 RC18 10M CFR25 67,056 136,398 RC19 10M CFR25 70,612 22,86 RC20 10M CFR25 161,417 8,001 RC21 90K CFR25 62,992 123,698 RC22 40K CFR25 77,216 16,256 RC23 40K CFR25 171,069 2,413 1 1 2 2 3 3 4 4 5 5 6 6 7 7 8 8 H H G G F F E E D D C C B B A A Dibujado Comprobado ESCUELA UNIVERSITARIA DE INGENIERÍA TÉCNICA INDUCTRIAL DE ZARAGOZA Fecha Nombre Firma Jose Emilio Miranda Baile PFC Escala S/E Título BIOESTIMULADOR MUSCULAR Listado de componentes 10/04/2013 Plano nº: 3.3 Alumno 596063 Manuel Torres Portero Id. General Id, Particular Encapsulado Localización -X(mm) Localización -Y(mm) RC24 10K CFR25 62,992 139,446 RC25 10K CFR25 62,484 16,256 RC26 10K CFR25 155,829 1,905 RC27 10K CFR25 214,376 34,544 RC28 10K CFR25 236,855 24,765 RC29 10K CFR25 232,791 10,541 RC30 10K CFR25 244,475 6,985 RC31 240 CFR25 254,508 141,986 RC32 60 CFR25 240,792 139,954 RC33 470 CFR25 51,943 26,924 RC34 470 CFR25 84,836 29,464 RC35 470 CFR25 143,764 15,875 RC36 470 CFR25 176,149 17,653 RC37 2K CFR25 59,436 106,426 RC38 2K CFR25 45,847 21,844 RC39 2K CFR25 59,436 73,914 RC40 2K CFR25 138,684 9,779 RC41 40 CFR25 12,192 34,036 RC42 40 CFR25 108,204 25,146 RC43 6 CFR25 66,04 90,17 RC44 6 CFR25 66,548 57,404 RC45 100 CFR25 242,951 28,321 RC46 100 CFR25 250,444 28,448 RC47 100 CFR25 232,283 25,019 RC48 20K CFR25 237,871 39,497 REL1 RELE FINDER 40.31 FINDER40.31 19,304 158,242 REL2 RELE FINDER 40.31 FINDER40.31 99,06 99,822 REL3 RELE FINDER 40.31 FINDER40.31 99,06 62,738 RP1 100K CFR25 22,733 38,227 RP2 100K CFR25 29,337 37,211 RP3 100K CFR25 29,337 18,923 RP4 100K CFR25 29,337 22,479 RP5 100K CFR25 117,348 27,178 RP6 100K CFR25 123,952 26,035 RP7 100K CFR25 123,444 7,874 RP8 100K CFR25 123,444 11,43 T1 TIMER REGSONB4 201,676 34,036 TR1 230/15/15 (12VA) trafo 230/15/15 85,852 166,37 TR2 230/115 (50VA) REGSONB2_2 5,08 99,314 TR3 230/115 (50VA) REGSONB2 (trafo) 5,08 62,23 U1 4N25 DIP-6 148,336 90,932 U2 4N25 DIP-6 229,616 88,9 U3 4N25 DIP-6 148,463 56,769 U4 4N25 DIP-6 230,251 55,753 U5 LM78M15 TO220 168,148 146,558 U6 LM78M12 TO220 186,944 146,558 U7 LM78M05 TO220 205,232 146,558 U8 BA033T TO220 224,028 146,558 U9 LM350K TO220 242,316 146,558 U10 LM79M05 TO220 185,674 128,016 VDR1 VAR (180V) MOV-14D221K 49,784 102,362 VDR2 VAR (180V) MOV-14D221K 51,308 72,39 1 1 2 2 3 3 4 4 5 5 6 6 7 7 8 8 H H G G F F E E D D C C B B A A Dibujado Comprobado ESCUELA UNIVERSITARIA DE INGENIERÍA TÉCNICA INDUCTRIAL DE ZARAGOZA Fecha Nombre Firma Jose Emilio Miranda Baile PFC Escala 1/1 Título BIOESTIMULADOR MUSCULAR Plano de circuito impreso cara top 10/03/2013 Plano nº: 4.1 Alumno 596063 Manuel Torres Portero 1 1 2 2 3 3 4 4 5 5 6 6 7 7 8 8 H H G G F F E E D D C C B B A A Dibujado Comprobado ESCUELA UNIVERSITARIA DE INGENIERÍA TÉCNICA INDUCTRIAL DE ZARAGOZA Fecha Nombre Firma Jose Emilio Miranda Baile PFC Escala 1/1 Título BIOESTIMULADOR MUSCULAR Plano de circuito impreso cara bottom 10/03/2013 Plano nº: 4.2 Alumno 596063 Manuel Torres Portero 1 1 2 2 3 3 4 4 5 5 6 6 7 7 8 8 H H G G F F E E D D C C B B A A Dibujado Comprobado ESCUELA UNIVERSITARIA DE INGENIERÍA TÉCNICA INDUCTRIAL DE ZARAGOZA Fecha Nombre Firma Jose Emilio Miranda Baile PFC Escala 1/1 Título BIOESTIMULADOR MUSCULAR Plano de serigrafía de componentes 10/03/2013 Plano nº: 5 Alumno 596063 Manuel Torres Portero 1 1 2 2 3 3 4 4 5 5 6 6 7 7 8 8 H H G G F F E E D D C C B B A A Dibujado Comprobado ESCUELA UNIVERSITARIA DE INGENIERÍA TÉCNICA INDUCTRIAL DE ZARAGOZA Fecha Nombre Firma Jose Emilio Miranda Baile PFC Escala 1/1 Título BIOESTIMULADOR MUSCULAR Plano de mascarilla cara top 10/03/2013 Plano nº: 6.1 Alumno 596063 Manuel Torres Portero 1 1 2 2 3 3 4 4 5 5 6 6 7 7 8 8 H H G G F F E E D D C C B B A A Dibujado Comprobado ESCUELA UNIVERSITARIA DE INGENIERÍA TÉCNICA INDUCTRIAL DE ZARAGOZA Fecha Nombre Firma Jose Emilio Miranda Baile PFC Escala 1/1 Título BIOESTIMULADOR MUSCULAR Plano de mascarilla cara bottom 10/03/2013 Plano nº: 6.2 Alumno 596063 Manuel Torres Portero 1 1 2 2 3 3 4 4 5 5 6 6 7 7 8 8 H H G G F F E E D D C C B B A A Dibujado Comprobado ESCUELA UNIVERSITARIA DE INGENIERÍA TÉCNICA INDUCTRIAL DE ZARAGOZA Fecha Nombre Firma Jose Emilio Miranda Baile PFC Escala 1/1 Título BIOESTIMULADOR MUSCULAR Plano de taladrado 10/03/2013 Plano nº: 7 Alumno 596063 Manuel Torres Portero 1 1 2 2 3 3 4 4 5 5 6 6 7 7 8 8 H H G G F F E E D D C C B B A A Dibujado Comprobado ESCUELA UNIVERSITARIA DE INGENIERÍA TÉCNICA INDUCTRIAL DE ZARAGOZA Fecha Nombre Firma Jose Emilio Miranda Baile PFC Escala 1/2 Título BIOESTIMULADOR MUSCULAR Plano de mecanizado de la caja 10/03/2013 Plano nº: 8 Alumno 596063 Manuel Torres Portero 72,51 26,62 8,93 7,88 5,65 O2,5 O2,5 O3,5 30 150 10,3323,8 1,64 2,08 90 19,25 31 9 59,66 29,83 5 15 43,87 25,57 18,03 O10 21,34 31,95 53,18 5,39 O4 5,8 9,56 15 4,01 125,05 19,09 1 1 2 2 3 3 4 4 5 5 6 6 7 7 8 8 H H G G F F E E D D C C B B A A Dibujado Comprobado ESCUELA UNIVERSITARIA DE INGENIERÍA TÉCNICA INDUCTRIAL DE ZARAGOZA Fecha Nombre Firma Jose Emilio Miranda Baile PFC Escala 1:1 Título MODULO LCD Plano de serigrafía de componentes 10/03/2013 Plano nº: 4 Alumno 596063 Manuel Torres Portero 1 1 2 2 3 3 4 4 5 5 6 6 7 7 8 8 H H G G F F E E D D C C B B A A Dibujado Comprobado ESCUELA UNIVERSITARIA DE INGENIERÍA TÉCNICA INDUCTRIAL DE ZARAGOZA Fecha Nombre Firma Jose Emilio Miranda Baile PFC Escala 1:1 Título MODULO LCD Plano de mascarilla cara bottom 10/03/2013 Plano nº: 5 Alumno 596063 Manuel Torres Portero 1 1 2 2 3 3 4 4 5 5 6 6 7 7 8 8 H H G G F F E E D D C C B B A A Dibujado Comprobado ESCUELA UNIVERSITARIA DE INGENIERÍA TÉCNICA INDUCTRIAL DE ZARAGOZA Fecha Nombre Firma Jose Emilio Miranda Baile PFC Escala 1:1 Título MODULO LCD Plano de taladrado 10/03/2013 Plano nº: 7 Alumno 596063 Manuel Torres Portero