INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL Unidad Profesional Interdisciplinaria en Ingeniería y Tecnologías Avanzadas UPIITA "Electroestimulador Del Esfínter Para La Incontinencia Neurogénica" TRABAJO TERMINAL Que para obtener el Titulo de "Ingeniero en Biónica" Presentan Heredia Lazcano Teresa Peña Núñez Claudia México D.F. Diciembre del 2007
This document is posted to help you gain knowledge. Please leave a comment to let me know what you think about it! Share it to your friends and learn new things together.
ELECTROESTIMULADOR DEL ESFÍNTER PARA LA INCONTINENCIA NEUROGÉNICA
ABREVIATURAS
cm. Centímetros
DF. Distrito Federal
DMA. Direct Memory Access
EE. Electroestimulador
ECG. Electrocardiograma
EEG. Electroencefalograma
EMG. Electromiograma
EEUU. Estados Unidos de Norteamérica
GND. Tierra física (Ground)
ISSSTE. Instituto de Seguridad y Servicios Sociales de los Trabajadores del Estado
mA. Miliamperes
MHz. Megahertz
ms. Milisegundos
mm. Milímetro
mv. Milivolts
N. Nervio
RAM. Random Access Memory
R.F. Radiofrecuencia
RISC. Reduced Instruction Set Computer
SARS. Sacral Anterior Root Stimulator
UNAM. Universidad Nacional Autónoma de México
USART. Universal serial synchronous/asynchronous communication interfaces
V. Volts
Ingeniería Biónica Página 1
ELECTROESTIMULADOR DEL ESFÍNTER PARA LA INCONTINENCIA NEUROGÉNICA
ELECTROESTIMULADOR DEL ESFÍNTER PARA LA INCONTINENCIA NEUROGÉNICA
SIMBOLOGÍA
+. Más menos
%. Tanto por ciento
Na. Sodio
Na+. Cation sodio
K. Potasio
K+. Cation potasio
Cz. Posición del sistema 10/20, se localiza en el centro de la superficie craneana.
Cz'. 2 cm detrás de la posición Cz del sistema 10/20
Fpz. Posición prefrontal central del sistema 10/20
I. Intensidad de corriente
V. Voltaje
R. Resistencia que opone un material al paso de corriente a través de él.
Q. Ohm unidad para medir resistividad.
mA/h. Miliamperios por hora que consume una batería.
Ingeniería Biónica Página 2
ELECTROESTIMULADOR DEL ESFÍNTER PARA LA INCONTINENCIA NEUROGÉNICA
ELECTROESTIMULADOR DEL ESFÍNTER PARA LA INCONTINENCIA NEUROGÉNICA
Ingeniería Biónica Página 3
ELECTROESTIMULADOR DEL ESFÍNTER PARA LA INCONTINENCIA NEUROGÉNICA
RESUMEN
La incontinencia urinaria se caracteriza por la incapacidad de retener la salida de orina y es una de las manifestaciones más llamativas de los transtornos miccionales. Las personas afectadas no tienen tiempo suficiente entre el momento en el que se siente la necesidad de orinar y el momento en el que se da la descarga de orina. Millones de personas en todo el mundo se ven afectadas por esta enfermedad.
Este trabajo integra conocimientos de ingeniería y procesos biológicos, en un modelo adecuado de control, que emula las señales nerviosas que moderan la salida de orina, por medio de un electroestimulador para el esfínter encargado de regular la micción, en pacientes que han perdido la capacidad natural de continencia.
Con la finalidad de mejorar la calidad de vida en pacientes con incontinencia neurogénica, la cual se presenta en personas con daño neurológico en vías urinarias bajas. Se desarrolló un dispositivo que mejora las condiciones de higiene, autoestima, relaciones sociales, salud, entre otras condiciones desfavorables, y que resulte accesible para cualquier nivel económico.
Recientemente se han venido desarrollando ampliamente los estudios sobre los diferentes tipos de incontinencia y sus causas, propiciando métodos efectivos para su diagnóstico, en este trabajo se propuso emular la señal del potencial evocado del nervio pudendo, la cual puede ser usada como modelo para estimular el esfínter.
El modelo es el de un dispositivo interno similar a un marcapasos de corazón.
En este trabajo se cuenta con un sistema que detecta la señal de control externa y emite una señal del control similar a la que recibe el esfínter. No sé colocó dentro de ningún paciente, este trabajo se limito a pruebas en el músculo aductor corto del pulgar.
ELECTROESTIMULADOR DEL ESFÍNTER PARA LA INCONTINENCIA NEUROGÉNICA
SUMARY
The urinary incontinence is characterized by the inability to hold urine output and is one of the most striking manifestations of micturition disorders. The people affected do not have enough time between the moment where you feel the need to urinate and when it gives urination. Millions of people around the world are affected by this disease.
This work integrate engineering knowledge and biological processes, in an appropriate model of control that emulates the nervous signals that moderate the urine exit, by means of an electrostimulator for the sphincter in charge of regulating the micturition, in patients that have lost the natural capacity of continence.
With the purpose of improving the quality of life in patient with neurogenic incontinence, which is presented in people with neurological damage in lower urinary track. We developed a device that improves the conditions of hygiene, selfesteem, social relationships, health, among other unfavorable conditions, and that it is accessible for any economic level.
Recently they have been come developing the studies thoroughly on the different incontinence types and their causes, propitiating effective methods for their diagnosis, this work proposed emulate signal evoked potential of pudendal nerve, which can be used as a model for stimulating the sphincter.
The model is an internal device similar to a heart peacemaker.
This work has a system that detects the external control signal and emits a signal of control similar to that received by the sphincter.
ELECTROESTIMULADOR DEL ESFÍNTER PARA LA INCONTINENCIA NEUROGÉNICA
CAPÍTULO 1. INTRODUCCIÓN
Ingeniería Biónica Página 6
ELECTROESTIMULADOR DEL ESFÍNTER PARA LA INCONTINENCIA NEUROGÉNICA
1. INTRODUCCIÓN
Las lesiones de la medula espinal ya sea por causas traumáticas o enfermedades conllevan una serie de alteraciones en el organismo. El cese de los movimientos voluntarios y la desaparición de sensibilidad en forma parcial o completa, condicionan los niveles de tetraplejía o paraplejía. En ambas condiciones y también de forma parcial o total, se afecta el control de los esfínteres (urinario y anal), así como la disfunción sexual, que en el aspecto sensitivo afecta ambos sexos, pero no se ve afectada la capacidad reproductiva de la mujer.
Dentro de los posibles tratamientos que se han ido planteando a lo largo de la historia, a consecuencia de la gran repercusión que tiene una lesión medular sobre la persona, actualmente se pueden considerar dos grandes grupos: el primero esta encaminado a la obtención del tejido nervioso dañado mediante implantes celulares, que en el presente se encuentra lejos de alcanzar sus objetivos; el segundo grupo se encuentran las técnicas de electroestimulación, en las que se pretende suplir la función perdida, es decir, la que realizan los nervios afectados.
Por medio de electroestimulador de esfínter uretral la persona tendría los siguientes beneficios:
■ Continencia urinaria: evitando la repercusión social que representa la incontinencia para la persona, y el paciente desiste de recurrir a sistemas de control como pañales, colectores urinarios externos conectados a bolsas colectoras de pierna o sondas permanentes, introducidas a través de la uretra.
■ Recuperación de la función normal de almacenamiento facilitando su eliminación mediante la micción normal.
El objetivo del presente trabajo es el de realizar un modelo adecuado de electroestimulador para el esfínter uretral que realiza la función del nervio pudendo, es decir, la de estimular el músculo esfínter uretral (que envuelve la uretra) mediante señales eléctricas para provocar la contracción de éste, lo que mantiene contenida la orina dentro de la vejiga, no se pretende llegar mas allá de lo que nuestros conocimientos sobre medicina nos permiten, por lo tanto se desiste de implantes y pruebas en pacientes. Así. mismo este trabajo puede convertirse en una propuesta para realizar un protocolo médico con la finalidad de realizar pruebas en pacientes.
En el siguiente capítulo de este trabajo se presentan el objetivo general, así como los objetivos particulares por medio de los cuales se pretende alcanzar el primero.
El tercer capítulo trata sobre el problema de la incontinencia neurogénica y causas que la originan, así como de las repercusiones sociales que origina a quienes la padecen y otros problemas que se tienen por no poder contener adecuadamente la
Ingeniería Biónica Página 7
orina, igualmente se habla de la importancia de la presente investigación como una solución.
En el cuarto capítulo se exhibe la anatomía básica del sistema urinario, se plantea lo que es un potencial de acción y un potencial evocado, del cual partimos para obtener nuestra emulación, se describen las características eléctricas de los electroestimuladores, así como los métodos planteados a lo largo del tiempo, con los que se ha tratado de dar solución al problema. En el quinto capítulo se presentará el problema de ingeniería y la solución propuesta, desglosando cada procedimiento que se tuvo que llevar a cabo para obtener el modelo. En el sexto capítulo se detallan los desarrollos experimentales de cada objetivo particular, es decir, primero se busco la señal a emular, se explica como se obtiene y caracteriza; posteriormente se detallan las características de los tipos de pilas portátiles y electrodos que se seleccionaron para usar durante las pruebas; luego se describe el circuito eléctrico que forma el controlador y el estimulador, así como cada uno de los componentes y la tableta en la que van montados; después se detallan fas características de señal a emular obtenidas de la señal del nervio pudendo; mas tarde se explica la forma en que se obtienen los registros. Y por ultimo las pruebas que se realizaron para validar el trabajo.
Ingeniería Biónica Página 8
ELECTROESTIMULADOR DEL ESFÍNTER PARA LA INCONTINENCIA NEUROGÉNICA
ELECTROESTIMULADOR DEL ESFÍNTER PARA LA INCONTINENCIA NEUROGÉNICA
CAPITULO 2. OBJETIVOS
Ingeniería Biónica Página 9
ELECTROESTIMULADOR DEL ESFÍNTER PARA LA INCONTINENCIA NEUROGÉNICA
2.1 Objetivo General
Diseñar y construir un circuito electroestimulador que emule la señal del nervio pudendo para el control del esfínter vesical en pacientes con incontinencia neurogénica.
2.2 Objetivos Particulares
- Caracterizar una señal adecuada del potencial evocado el nervio pudendo.
- Indagar características y funcionamiento de fuentes de alimentación portátiles, y electrodos.
- Realizar una etapa de control con la señal externa.
- Construir un electroestimulador, que tenga a la salida una señal que emule la del potencial evocado del nervio pudendo.
Ingeniería Biónica Página 10
ELECTROESTIMULADOR DEL ESFÍNTER PARA LA INCONTINENCIA NEUROGÉNICA
CAPÍTULO 3. JUSTIFICACIÓN
Ingeniería Biónica Página 11
ELECTROESTIMULADOR DEL ESFÍNTER PARA LA INCONTINENCIA NEUROGÉNICA
3. JUSTIFICACIÓN
Los músculos y los nervios del sistema urinario trabajan juntos para contener la orina en la vejiga y vaciarla en el momento apropiado. La función vesical es completamente regulada por la corteza cerebral. La incontinencia neurogénica es el producto de una alteración en la actividad vesical de origen neurológico. Este padecimiento puede presentar sintomáticamente retención urinaria, incontinencia o ambas.
Una lesión de los nervios, en cualquier punto situado entre el centro vesical de la corteza cerebral y la vejiga propiamente dicha, puede deteriorar la continencia. Esta lesión puede ser consecuencia de:
■ Apoplejía: El exceso de colesterol causa acumulaciones en las arterias, lo que puede incrementar el riesgo de enfermedad cardiovascular, ataques cardiacos y apoplejía. En México, según un boletín del ISSSTE, uno de cada cinco adultos tiene alteración en los niveles de colesterol y triglicéridos en la sangre. [1]
■ Espina bifida: En México entre los años 1980 y 1997 la tasa bruta por cada 10000 nacidos vivos el 1.8 padece de espalda bifida, sin hidrocefalia y el 1.4 con hidrocefalia. La incidencia actual es tres de cada mil nacimientos, lo que implica una población de 10 a 12 mil padecimientos. [2][3J
■ Diabetes: Los pacientes diabéticos en México viven 20 años en promedio con la enfermedad; este padecimiento se presenta entre los 35 y 40 años. Anualmente se registran 210 mil personas diabéticas y fallecen 30 mil aproximadamente. Por cada diabético que muere se detectan siete nuevos casos de enfermedad. La mortalidad por diabetes mellitus es mayor en los estados del Norte que en los del Sur, los del Centro tienen un comportamiento intermedio y el DF. se comporta como los Estados del Norte, es más frecuente en los grupos sociales con estilo de vida urbano.[4]
La incontinencia además de problemas físicos, tienen muchas consecuencias personales que pueden alterar la psique o las relaciones sociales de la persona que la padece. Las pérdidas incontroladas de orina generan inseguridad y aislamiento y merman la autoestima.
Para justificar la pertinencia de este trabajo dentro de los límites de aplicación de la Ingeniería en Biónica, es conveniente partir de la definición de nuestro campo de conocimientos, de esta forma sabemos que Biónica es una actividad interdisciplinaria que estudia los principios de los sistemas biológicos para la solución de problemas de ingeniería. Esta definición, así como la mayoría de los
Ingeniería Biónica Página 12
ELECTROESTIMULADOR DEL ESFÍNTER PARA LA INCONTINENCIA NEUROGÉNICA
conceptos citados sobre la biónica implica el desarrollo de un análogo biológico, al cual también se la ha llamado biomimético, y que relaciona la parte médico biológica del problema, y es donde reincide toda aquella problemática social, cultural, ecológica, médica, y que es objeto de estudio; a partir de la cual se describe el análogo a emular, que es la parte tecnológica, para nuestro caso hemos descrito al biomimético como:
"La micción es una función del tracto urinario inferior mediante la cual se consigue el vaciado de la orina, cuando la vejiga ha llegado a su capacidad fisiológica y los condicionamientos sociales y el lugar son adecuados. En la micción hay dos fases claramente diferenciadas: la fase de llenado y la fase de vaciado vesical. La incontinencia urinaria es consecuencia del fallo de la fase de llenado vesical, bien por causa uretral, bien por causa vesical"[5]. La función del nervio pudendo es la de mantener al esfínter contraído mientras se llena la vejiga; cuando el cerebro envía la orden de vaciar la vejiga, este nervio relaja al esfínter, al terminar la micción vuelve a estimularlo para que evite la fuga de orina . Precisamente esta función es la que se pretende analogar, a través de un sistema que produzca la señal del nervio y electroestimule al esfínter.
Ingeniería Biónica Página 13
ELECTROESTIMULADOR DEL ESFÍNTER PARA LA INCONTINENCIA NEUROGÉNICA
CAPITULO 4. ANTECEDENTES Y ESTADO DEL
ARTE
Ingeniería Biónica Página 14
ELECTROESTIMULADOR DEL ESFÍNTER PARA LA INCONTINENCIA NEUROGÉNICA
4. ANTECEDENTES Y ESTADO DEL ARTE
En el presente capítulo se describen de manera sintetizada, los conceptos básicos que sirvieron como referencias para la realización del presente trabajo. Este capítulo esta dividido en 4 partes, la primera se refiere a las definiciones básicas sobre la anatomía y función del sistema urinario y los órganos que integran las vías urinarias bajas. En la segunda parte se explica lo que es un potencial de acción y un potencial evocado mencionando sus aplicaciones. En la tercera parte se ofrece la definición y características básicas de los electroestimuladores. Y postrimeramente se hace referencia a los últimos avances en el tratamiento para la incontinencia urinaria.
4.1 Sistema Urinario
Aparato urinario, es un conjunto de órganos que producen y excretan orina, el principal líquido de desecho del organismo. Los ríñones filtran todas las sustancias del torrente sanguíneo; estos residuos forman parte de la orina que pasa por los uréteres hasta la vejiga de forma continua. La uretra conduce la orina al exterior del cuerpo, a cada extremo de esta se encuentran dos músculos que regulan el flujo de la orina en la micción, estos reciben el nombre de esfínteres.
En las vías urinarias bajas se encuentras los siguientes órganos:
Vejiga. Bolsa de paredes elásticas con la capacidad de modificar su volumen mediante la expansión y contracción de las mismas. Su función es la de almacenar cierto volumen de orina.
Uretra. Conducto membranoso por el cual se expulsa la orina desde la vejiga al exterior. En la mujer es un conducto de apropiadamente 4 cm de longitud a partir de la vejiga, próximo a la pared anterior de la vagina, y termina en el vestíbulo detrás del clitoris.
Ingeniería Biónica Página 15
ELECTROESTIMULADOR DEL ESFÍNTER PARA LA INCONTINENCIA NEUROGÉNICA
En el hombre mide unos 16 cm de largo, y se extiende desde la vejiga hasta el extremo final del pene; en el estado de erección aumenta su longitud. En este caso, se distinguen tres porciones: prostética, membranosa y esponjosa. La primera está rodeada por la próstata y es en esta parte donde se sitúan los orificios de ésta y los conductos eyaculadores. En la segunda porción desembocan los orificios de las glándulas de Littre. La última porción continúa por el canal de los cuerpos cavernosos para finalizar en el meato urinario.
Detrusor. Músculo que contrae la vejiga cuando ésta se esta vaciando, al contrario del esfínter que se relaja mientras se orina.
Esfínteres. Músculos que rodean la uretra como bandas elásticas para mantenerla cerrada, se encuentran en los extremos de la uretra siendo el proximal a la vejiga el esfínter liso o vesical, y el distal o externo también es llamado rabdoesfínter.
Normalmente los músculos y los nervios del sistema urinario trabajan juntos para contener la orina en la vejiga y vaciarla en el momento apropiado, los nervios llevan mensajes de la vejiga al cerebro y del cerebro a los músculos de la vejiga para indicar cuando deben contraerse o relajarse, cuando se presenta un mal funcionamiento de alguno de estos elementos, pueden mostrarse padecimientos como la incontinencia urinaria o retención de orina.
El sistema parasimpático inerva al músculo detrusor, que se contrae en torno a la vejiga; la porción simpática del sistema nervioso autónomo actúa fundamentalmente a nivel de la base de la vejiga. El nervio pudendo inerva el esfínter externo, el cual rodea a la uretra. Las interconexiones entre estos varios nervios permiten la contracción simultánea del músculo detrusor, así como la relajación y apertura de los esfínteres interno y externo. Las fibras sensitivas que transmiten las correspondientes sensaciones a partir de la vejiga distendida se corresponden con el parasimpático, a través del cual los impulsos llegan a la médula espinal, donde el centro vesical reflejo primario se sitúa a nivel de S2 a S4. La constitución de un arco reflejo a este nivel permite alguna funcionalidad a la vejiga en ciertos pacientes con afectaciones medulares. [6]
Existen varias tipos de incontinencia urinaria una de ellas es la llamada incontinencia neurogénica, en la que los nervios que llevan las señales nerviosas del cerebro a los músculos vesicales no funcionan adecuadamente.
En este caso el músculo del esfínter vesical esta sano, por lo tanto es posible contraerlo medíante electrodos colocados en el cuello vesical o en las fibras anteriores del elevador del ano.
Ingeniería Biónica Página 16
ELECTROESTIMULADOR DEL ESFÍNTER PARA LA INCONTINENCIA NEUROGÉNICA
4.2 Potencial de Acción y Potenciales Evocados
Un potencial de acción o también llamado impulso eléctrico, es una onda de descarga eléctrica que viaja a lo largo de la membrana de la célula. Los potenciales de acción se utilizan en el cuerpo para llevar información entre unos tejidos y otros, lo que los hace esenciales para la vida animal. Pueden generarse por diversos tipos de células corporales, pero las más activas en su uso son las células del sistema nervioso para enviar mensajes entre células nerviosas o desde células nerviosas a otros tejidos corporales, como el músculo o las glándulas.
Los potenciales de acción son la vía fundamental de transmisión de códigos neurales. Sus propiedades permiten el control y coordinación centralizados de órganos y tejidos.
Siempre hay una diferencia de potencial o potencial de membrana entre la parte interna y externa de la célula. La carga de una célula inactiva se mantiene en valores negativos (el interior respecto al exterior) y varía dentro de unos estrechos márgenes. Cuando el potencial de membrana de una célula excitable se despolariza más allá de un cierto umbral la célula genera (o dispara) un potencial de acción.
Básicamente, un potencial de acción es un cambio muy rápido en la polaridad de la membrana de negativo a positivo y vuelta a negativo, en un ciclo que dura unos milisegundos. Cada ciclo comprende una fase ascendente, una fase descendente y por último una fase hiperpolarizada.
El potencial de acción no se mantiene en un punto de la membrana plasmática, sino que viaja a lo largo de la membrana. La velocidad y simplicidad de los potenciales de acción varía según el tipo celular e incluso entre células del mismo tipo. Aún así, los cambios de voltaje tienden a tener la misma amplitud entre ellas. En una misma célula, varios potenciales de acción consecutivos son prácticamente indistinguibles.
Estos cambios de voltaje son resultado de cambios en la permeabilidad de la membrana celular a iones específicos (Na+ y K+), cuyas concentraciones internas y externas se mantienen en desequilibrio. Lo que facilita la existencia de un potencial de reposo debido al funcionamiento de bombas, asi como a los cana/es tónicos. Mientras que la célula permanezca en reposo, las fuerzas entre el sodio y el potasio se contrarrestan mediante difusión, manteniendo un estado equilibrado.
Los cambios en la permeabilidad de la membrana y las corrientes iónicas durante el potencial de acción reflejan la apertura y cierre de los canales iónicos que forman zonas de paso a través de membrana para los iones. Las proteínas que regulan el paso de iones a través de la membrana responden a los cambios de potencial de membrana.
Ingeniería Biónica Página 17
ELECTROESTIMULADOR DEL ESFÍNTER PARA LA INCONTINENCIA NEUROGÉNICA
Los potenciales evocados son registros de ondas o deflexiones caracterizadas por una latencia, amplitud y morfología. Se considera que poseen utilidad clínica en la evaluación, diagnóstico y monitoreo de pacientes con daño neurológico; durante procedimientos neuroquirúrgicos que involucren lesión en vías sensitivas; en la vigilancia de la función cerebral en coma, enfermedades metabólicas y patologías desmielinizantes y en estudios de neurofisiología experimental
Según la localización del estímulo que provoca las respuestas, los potenciales evocados se clasifican en visuales (si se estimula mediante luz), auditivos (si se estimula mediante sonidos) y somatosensoriales (si se estimula con electricidad). Las respuestas obtenidas al poco tiempo de la estimulación se consideran de latencia corta y las que ocurren después de tiempos medios a prolongados tienen latencias intermedias o largas.
Los potenciales evocados somatosensoriales se definen como la respuesta eléctrica generada en el sistema nervioso tras un estímulo sensorial o fisiológico, y que es posible registrar mediante electrodos de superficie en el trayecto de la vía explorada y en la corteza cerebral los potenciales provocados.
Para el registro de los potenciales evocados somatosensoriales se colocan como receptores electrodos de cucharilla de aleación plata clorurada sobre la superficie craneal a nivel de cisura interhemisférica en puntos Cz' (electrodo activo) y Fpz (electrodo referencia) según el sistema internacional 10/20, y otro tierra o GND (electrodo neutro) en un punto intermedio. Cz' es un punto situado 2 cm detrás de Cz.
Se debe tener en cuenta que en la representación gráfica de todos los potenciales obtenidos en neurofisiología se sitúa, por convenio, sobre la línea de base la parte negativa de la onda y por debajo de ella la positiva. Así, cuando hablamos de la onda P1, nos referimos al primer valle obtenido por debajo de la línea de base y de la onda N1 al primer pico por encima de la misma.
4.3 Electroestimuladores
Un electroestimulador es un circuito que provoca la contracción involuntaria de un músculo. Este circuito genera una señal eléctrica que emula la que el cerebro envía por medio de los nervios a los músculos, para llevar a cabo una determinada acción.
Los parámetros usados generalmente en los electroestimuladores son los siguientes:
Ingeniería Biónica Página 18
ELECTROESTIMULADOR DEL ESFÍNTER PARA LA INCONTINENCIA NEUROGÉNICA
La duración del pulso es de aproximadamente unos 2 ms.
Su intensidad o tensión variables (10-50 mA o 10-150 V), según la magnitud de la contracción a lograr.
La frecuencia máxima que no llega a provocar la llamada tetanización es en condiciones normales de 80 pulsos por segundo.
La inferíase entre el circuito y el músculo son los electrodos, existen diversos tipos de electrodos tanto superficiales como invasivos. Los más usados comúnmente son los superficiales que tienen una capa de gel conductor entre su superficie y la piel.
Los electrodos pueden ser de plata pero son más resistentes a la electrólisis los de platino-iridio, son simplemente aros que se suturan al tejido con puntos de Mersilene.
Un diseño comercial para un electroestimulador utiliza una unidad excitadora compuesta por un multivibrador de par complementario que alimenta un oscilador de R.F. 1 MHz.
Ingeniería Biónica Página 19
ELECTROESTIMULADOR DEL ESFÍNTER PARA LA INCONTINENCIA NEUROGÉNICA
4.4 Estado Del Arte
Históricamente, la lesión de la médula espinal fue una enfermedad prácticamente
mortal hasta mediados de nuestro siglo. Fue a raíz de la segunda Guerra Mundial
cuando a partir de las pautas de tratamiento específico para los lesionados medulares,
el pronóstico en cuanto a la supervivencia se vio enormemente mejorado sobre todo al
evitar los fenómenos sépticos dependientes de la obstrucción del aparato urinario y de
las úlceras por decúbito.
Entre los últimos avances en el terreno de las neuroprótesis destaca notablemente el
estimulador de raíces sacras que además de conseguir una perfecta continencia
urinaria, consigue también la evacuación intestinal y notables resultados en la
disfunción eréctil, obteniéndose con esto una mejora en la calidad de vida muy notable.
Los SARS (siglas inglesas de SACRAL ANTERIOR ROOT STIMULATOR) Comenzaron
a implantarse hacia los años 70, llegando a España hacia los 90. Hoy funciona ya más
de mil implantes en Europa y varios centenares en EEUU. [7]
La neuromodulación. Los resultados globales de los 18 implantes realizados en el
Hospital Ramón y Cajal, entre diciembre de 1998 y julio del 2003, son los siguientes: Se
han realizado 18 implantes de neuromodulación de los cuales 14 (77,7%) han sido en
mujeres y 4 (22,3%) en varones. La edad media es de 52,56 años con un rango de 13 a
74 años. [8]
La electroestimulación. Consiste en el desarrollo de un prototipo de electroestimulador,
el cual tiene por finalidad el tratamiento de la patología denominada vejiga neurogénica,
a través de la técnica no quirúrgica denominada Electroestimulación Vesical
Transuretral. [9]
Los datos aportados, que corresponden a una extensa revisión de la literatura mundial y
de sus propios datos de laboratorio, confirman que el concepto neurohumoral de la
micción, hasta ahora fundamentalmente reducido a los factores periféricos
representados por la acción del simpático y el parasimpático, pueden ampliarse con una
visión central tanto a nivel medular, pontino o cortical, que permiten una visión también
ampliada de la farmacología de las disfunciones miccionales. En este caso concreto el
protagonismo actual del electroestimulador (EE) puede ser potenciado para mejorar la
incontinencia de esfuerzo en la mujer, y se perciben progresos farmacológicos que
puedan manipular los neurotransmisores entre los centros pontinos y medulares, de
extraordinaria relevancia en otros tipos de disfunciones miccionales y muy
especialmente en las neuropáticas.
Sin embargo las complicaciones mas frecuentes de esta técnica son el intenso dolor en
la zona de implantación, infecciones, alteración en el ritmo intestinal y migración de los
implantes.[10]
Ingeniería Biónica Página 20
ELECTROESTIMULADOR DEL ESFÍNTER PARA LA INCONTINENCIA NEUROGÉNICA
CAPITULO 5. DESCRIPCIÓN DE LA PROPUESTA
Ingeniería Biónica Página 21
ELECTROESTIMULADOR DEL ESFÍNTER PARA LA INCONTINENCIA NEUROGÉNICA
5. DESCRIPCIÓN DE LA PROPUESTA
Ya que es posible detectar y registrar la respuesta del sistema nervioso a un estimulo externo controlado, se puede obtener el potencial evocado del nervio pudendo. Para esto es necesario llevar a cabo el promediado de un número importante de registros, por lo menos unos 100. De toda la bibliografía consultada encontramos un registro de potencial evocado para tomar como referencia, y a partir de este crear un modelo adecuado de señal para emular.
Después de lo anterior se propone el diseño de un electroestimulador que genere la señal obtenida y que estimule el esfínter externo uretral. Las pruebas se realizaron en el músculo del dedo pulgar ya mencionado en el resumen.
De manera general se plantea el modelo que se observa en la figura 5.1, de cada uno de los bloques que conforman el esquema del modelo, se derivan 4 etapas, y a continuación se hace una breve descripción de las etapas del modelo propuesto.
La señal externa es manipulada directamente por el paciente, es decir, cuando tenga el primer reflejo miccional (ganas de orinar), puede indicarle al control que inicie la estimulación por medio del electroestimulador, entonces este empezara a mandar los pulsos por medio de los electrodos, estos pulsos simularan la señal del nervio pudendo de contraerse, hasta que el paciente nuevamente active la señal para evacuar la orina.
Ingeniería Biónica Página 22
ELECTROESTIMULADOR DEL ESFÍNTER PARA LA INCONTINENCIA NEUROGÉNICA
A continuación se describe el protocolo seguido para el desarrollo de la propuesta:
1.- Consultar con especialistas la forma de la señal del nervio pudendo, así como la manera en la que se puede sensar y registrar. Se pretende obtener los parámetros que caracterizan la señal, como amplitud, frecuencia, forma de onda, etc.
2.- Determinar la señal o señales que se van a tomar como entrada, para el modelo de control, pues es conveniente considerar las condiciones a las que estarán expuestos los sensores, es decir, las actividades cotidianas del incontinente.
3.- Determinar el tipo de electrodos y fuentes de alimentación que se van a usar.
4.- Diseñar y construir un acondicionador de señal, que tendrá como parámetros de entrada, ya sea una orden que la persona pueda operar voluntariamente, y/o un parámetro interno (variable física), que nos aporte información sobre el nivel de orina en la vejiga.
5.- Realizar un repaso general de la programación de los microcontroladores, y buscar el que más se adecué a nuestras necesidades.
6- Realizar una etapa de control que procese la señal proveniente del acondicionador, que la interprete mediante la lógica de control propuesta según los parámetros de entrada, y que disponga la orden adecuada para el estimulador, incitar al esfínter para que se contraiga o se relaje.
7.- Plantear y montar un estimulador que emule la señal del nervio pudendo, que a su vez tenga la capacidad de variar los parámetros de ésta.
8.- Integrar cada una de las etapas anteriores, para obtener finalmente un dispositivo electroestimulador del esfínter vesical.
Ingeniería Biónica Página 23
ELECTROESTIMULADOR DEL ESFÍNTER PARA LA INCONTINENCIA NEUROGÉNICA
CAPITULO 6. DESARROLLO EXPERIMENTAL Y
RESULTADOS
Ingeniería Biónica Página 24
ELECTROESTIMULADOR DEL ESFÍNTER PARA LA INCONTINENCIA NEUROGÉNICA
6. DESARROLLO EXPERIMENTAL Y RESULTADOS
Este capítulo esta dedicado a describir el desarrollo experimental con el cual se llego al objetivo planteado, completando los objetivos particulares que se marcaron en el segundo capítulo, y cada método corresponde a un objetivo particular.
Los procedimientos que se llevaron acabo durante el avance del dispositivo se enumeran a continuación, junto con la descripción de las formas de experimentación.
6.1 Caracterizar una Señal Adecuada del Potencial Evocado el Nervio Pudendo
Objetivo de la experimentación:
Obtener la señal del nervio pudendo que es la que se quiere emular.
Material y equipo:
■ Electrodo concéntrico de aguja de 30mm para las mujeres y 90mm para los varones.
■ Electromiógrafo ■ Guantes ■ Material de curación
Método:
La electromiografía (EMG) de los músculos del suelo de la pelvis y de los músculos estriados permite valorar la función de estos músculos igual que la del músculo estriado.
En la primera inserción del electrodo de aguja en el esfínter se produce un brote de actividad de inserción importante (fibras musculares de tipo tónicas), que puede ser de ayuda localizadora. Por esa actividad tónica es imposible que se produzca la relajación completa del músculo (silencio eléctrico).
En la valoración del trazado al máximo esfuerzo es importante que la inserción del electrodo sea idónea, y se le pide al paciente que se imagine que quiere interrumpir la micción.
La posición del paciente debe ser decúbito supino (acostado boca arriba con las palmas de las manos hacia arriba), con las piernas flexionadas.
Ingeniería Biónica Página 25
La técnica de inserción depende del sexo, en los varones se realiza un tacto rectal para localizar la punta de la próstata y el electrodo se inserta a través del periné 2cm lateral a la línea media entre ano y escroto dirigiéndola oblicuamente a la punta de la próstata profundizando 2-3cm y atravesando el músculo bulbocavernoso que es mas superficial. En las mujeres se inserta 1-2cm lateral al meato uretral en dirección ventral. Es de más difícil localización por ser un músculo fino.
Resultados:
Los valores normales de la señal del esfínteres son 0.5-1.0 mV de amplitud en el máximo esfuerzo y periodo de 6ms (±20 %)
Anotaciones:
Los valores del estudio EMG nos muestran la actividad del músculo cuyos valores normales son pequeños.
6.2 Características y Funcionamiento de Fuentes de Alimentación Portátiles, y Electrodos
Objetivo de la experimentación:
Encontrar las fuentes de alimentación portátiles mas apropiadas para un dispositivo
Determinar dentro de una amplia variedad de electrodos, que tipo de electrodo se usará para la electroestimulación.
Método:
El voltaje nominal de las pilas de litio es de 3V, lo cual las hace apropiadas para muchas aplicaciones de electrónica, tienen una vida de 4 a 5 años en uso normal.
El polo positivo esta hecho de dióxido de magnesio, que es muy estable químicamente y proporciona a la pila una durabilidad mayor. La descarga de esta pila es de un 2% o menos. El electrolito usado en estas pilas esta protegido contra filtraciones. Son ultracompactas y ligeras. El rango de temperatura va desde -20°C hasta +70°C. Con aproximadamente un consumo de 170mA/h.
El litio es un metal muy ligero pero con una capacidad específica alta (3,86 Ah/g) y unas características electroquímicas únicas.
Ingeniería Biónica Página 26
ELECTROESTIMULADOR DEL ESFÍNTER PARA LA INCONTINENCIA NEUROGÉNICA
ELECTROESTIMULADOR DEL ESFÍNTER PARA LA INCONTINENCIA NEUROGENIC A
Las pilas de litio en sus diferentes tecnologías reúnen una alta capacidad, bajo peso,
muy baja autodescarga (duración en almacenamiento de muchos años sin apenas
pérdida de capacidad), y posibilidades de operar en extremas condiciones de
temperatura.
Comparamos los distintos electrodos
Resultados:
Las pilas de litio son ideales por su característica de larga duración, el microcontrolador que utilizaremos ocupa un mínimo de 2.3V, es decir que es más que suficiente alimentarlo con una pila de 3V, entre otras características en las pilas de litio se encuentra el amplio rango de temperatura en que opera y ya que se quiere utilizar para un dispositivo interno se desea una pila que trabaje a la temperatura interna, característica que también cumple esta pila.
Ingeniería Biónica Página 27
ElECTROESTIMULADOR DEL ESFÍNTER PARA LA INCONTINENCIA NEUROGÉNICA
Para simplificar las pruebas, que se estarán realizando continuamente, del electroestimulador y para evitar afectar lesiones o infecciones a otros órganos internos, usaremos electrodos para EEG colocados sobre el músculo aductor corto del pulgar.
Anotaciones:
Cabe mencionar que las pilas de los marcapasos están diseñadas para durar varios años dentro del cuerpo humano y pueden ser útiles en esta aplicación, pero su alto costo nos impidió el poder usarlas en esta aplicación.
Elegimos los electrodos para EEG, debido a que su conductibilidad es mayor, por lo que podemos trabajar con señales de menor amplitud.
En cuanto a su mantenimiento y durabilidad, es más fácil darle mantenimiento a estos electrodos.
6.3 Realizar la Etapa de Control con la Señal Externa
Objetivo de la experimentación:
Diseñar y construir un circuito de control que se active con la señal externa.
Método:
La familia MSP430 de microcontroladores de ultrabajo consumo de Texas Instruments consiste en varios dispositivos con un gran grupo de aplicaciones periféricas. La arquitectura, combinada con 5 modos de bajo consumo es optimizada para lograr aumentar el tiempo de vida de la batería en aparatos portátiles, en nuestro caso el de un dispositivo que se insertaría dentro del cuerpo.
Las características de un dispositivo con arquitectura RISC de 16 bits, registros con 16 bits, y generadores constantes que atribuyen la máxima eficiencia en código. El oscilador digital de control, permite salir del modo de bajo consumo al modo activo en menos de 6us. Las series MSP430x15x/16x/161x son microcontroladores con 2 temporizadores internos de 16 bits, un convertidor A/D (Analógico -Digital) de 12 bits, un convertidor D/A dual (Digital - Analógico), una o dos interfaces universales de comunicación síncronas y asincronas (universal serial synchronous/asynchronous communication interfaces,USART), l2C, DMA y 48 pines de entrada-salida. Además la series MSP430x161x ofrecen RAM extendido que dirigido a las aplicaciones de memoria intensivas y los requisitos del C-pila grandes.
Ingeniería Biónica Página 28
ELECTROESTIMULADOR DEL ESFÍNTER PARA LA INCONTINENCIA NEUROGÉNICA
Las aplicaciones típicas incluyen sistemas de sensores, aplicaciones de control industrial.
Características:
- Bajo rango de voltaje de alimentación (1.8v ...... 3.6v)
- Ultrabajo consumo
o Modo activo: 330 uA en 1 MHz, 2.2 V
o Modo de espera: 1.1 uA
o Modo apagado (Retención en RAM): 0.2 u.
- 5 modos de ahorro de energía
- Cambio de modo de espera a modo activo en menos de 6us - Arquitectura RISC de 16 bits, 125n el tiempo de ciclo de instrucción
- 3 canales internos de DMA
- 12-Bits convertidor analógico/digital con referencial interna
- 12-Bits convertidor dual digital/analógico con sincronización
Utilizamos el modelo MSP430F169 de esta serie porque a parte de las características ya mencionadas tiene una memoria flash de 60KB+256B, además de contar con 2KB RAM, esto nos es útil porque las tablas son de varios miles datos.
El bajo consumo, los diferentes modos de ahorro de energía, la memoria, los convertidores tanto digital/analógico como analógico digital, el tamaño, entre otras características hicieron que eligiéramos este microcontrolador para la etapa de control.
Ingeniería Biónica Página 29
ELECTROESTIMULADOR DEL ESFÍNTER PARA LA INCONTINENCIA NEUROGÉNICA
En el siguiente diagrama se muestran los bloques de control.
A continuación se describen las partes que componen el circuito:
Pilas 1: Es una pila de litio de 3 volts que alimenta al microcontrolador que trabaja desde
2.3V de alimentación, la señal externa, oscilador y el circuito en general. Básicamente
esta pila es la de aportar la carga a casi todas las partes del circuito, ya que son de muy
bajo consumo.
Pila 2: La función de esta pila es la de alimentar únicamente al amplificador operacional.
Se utiliza esta pila para que alimente el amplificador y la señal de salida, sin que la
alimentación del microcontrolador disminuya por el detrimento de la batería.
MSP430F169: La función principal del microcontrolador es la de recibir el pulso de
entrada y generar la señal que emula el potencial evocado del nervio pudendo para
estimular al esfínter cuando el paciente tiene el reflejo miccional. Esta señal sale por la
línea 7 del puerto 6 (pin 6 del micro), entonces hace las dos funciones, la primera es la
de controlar la estimulación y la segunda es la de generar la señal. Para lograr esto se
carga con una tabla de datos con la cual forma la señal de onda, justo después de
recibir la señal de entrada.
Pines de programación: Son los pines que van conectados a la computadora para
programar el microcontrolador (pin 54-61). Son los puertos que el microcontrolador tiene
de fábrica para esa función.
Ingeniería Biónica Página 30
Cristal oscilador: es un componente electrónico que usa resonancia mecánica de un material cristalino para que generar una señal con una frecuencia precisa (pines 52 y 53). En nuestro caso en especifico 8.0 MHz.
Switch magnético: Es la señal que el usuario va a utilizar para empezar a estimular o dejar de hacerlo. Este switch funciona de la siguiente manera, primero permanece en estado abierto hasta que se le acerca un campo magnético, por ejemplo o un imán, en cuyo caso cambia de estado.
OPA379: La familia OPA379 opera dentro de un rango de tensión de alimentación de 1.8V a 5.5V, y tiene un alto rendimiento con una fuente única; presenta una corriente de reposo muy baja (2.9uA) y bajo nivel de ruido (80nV/rtHz) en relación con la corriente de reposo. Los paquetes de tamaño reducido hacen que los dispositivos sean ideales para aplicaciones a batería. La función es aumentar la potencia de la señal que sale del microcontrolador por la línea 7 del puerto 6. La ventaja de este amplificador es que no necesita otra fuente de alimentación negativa, por lo tanto no se necesitaría un circuito que invirtiera el voltaje de alimentación o que lo doblara, ahorrándonos superficie en el tamaño.
En la figura 6.4 se muestra como el CPU del MSP430F169 recibe el pulso del switch magnético que activa la orden de empezar a estimular, entonces toma la tabla de 10,000 datos y la manda al convertidor digital/analógico del cual sale la señal obtenida, y va directamente al OPAM que se encarga de amplificarla en corriente y de ahí a los electrodos.
Para la realización de la placa se intentaron varios procedimientos, primero se diseño el circuito, con los componentes descritos anteriormente.
Ingeniería Biónica Página 31
ELECTROESTIMULADOR DEL ESFÍNTER PARA LA INCONTINENCIA NEUROGENIC A
ELECTROESTIMULADOR DEL ESFÍNTER PARA LA INCONTINENCIA NEUROGÉNICA
Por el tamaño de los pines no se podían realizar pruebas en un protoboard, así que
habría que hacer una placa. Se hizo este primer diseño mostrado en la figura 6.5,
también se indica la posición de los componentes.
Se intento un segundo diseño para reducir el tamaño de la tableta y hacerla mas
compacta.
Ingeniería Biónica Página 32
ELECTROESTIMULADOR DEL ESFÍNTER PARA LA INCONTINENCIA NEUROGENICA
El tamaño de los pines del microcontrolador era reducido entonces el ancho de las pistas de circuito que diseñamos era también pequeño (0.48 mm) así que lo primero que intentamos fue imprimir en una hoja de acetato el circuito en espejo en una impresora láser y después colocarlo sobre la superficie de cobre, de manera que la tinta del láser quedará directo sobre el cobre para luego plancharlo y que el calor provocara que la tinta se adhiriera al cobre dejando el circuito impreso en la tablilla. El problema era que si la plancha estaba poco caliente el circuito no se adhería de algunas zonas, si por el contrario al planchar estaba demasiado caliente las pistas quedaban ensanchadas y muchas se pegaban, entonces se hicieron varias pruebas, pero ninguna dio el resultado esperado.
El tiempo de planchado también era una variable, entre más tiempo mejor adhesión, pero si se pasaba sucedía lo mismo que con el calor excesivo, las pistas se pegaban, esto en la práctica originaría corto circuitos y por lo tanto un mal funcionamiento. En la figura 6.7 se muestra el planchado de una placa.
En la siguiente figura 6.8 se observa una de las placas elaboradas con el acetato, se puede observar que las pistas del microcontrolador se adhieren unas con otras y en otras zonas no se fijaron bien, es por esto que no nos sirvió este intento.
Ingeniería Biónica Página 33
ELECTROESTIMULADOR DEL ESFÍNTER PARA LA INCONTINENCIA NEUROGÉNICA
Ya que quedaba el circuito en cobre se procedía a utilizar cloruro férrico para que se llevara las partes del cobre en donde no había tinta y esto nos diera por resultado el circuito en la tablilla para proceder a soldar los componentes. El problema es que no dio buenos resultados al planchar con el acetato, pues algunas pistas quedaban muy delgadas y otras incluso quedaban cortadas después de usar el cloruro. Como se muestra en la figura 6.9.
Ingeniería Biónica Página 34
Luego se intento con el papel couche en lugar del acetato, el procedimiento era exactamente el mismo excepto que en lugar de usar una hoja de acetato se utilizaba una de papel couche y la ventaja con respecto al acetato es que las pistas no se pegaban y la definición de los componentes era muy buena. La única dificultad es que el papel se quedaba pegado a las pistas, esto se solucionaba mojando el papel y tallando un poco para que el agua lo quitara. Aun así en las primeras pruebas los restos de papel que quedaban entre las pistas la hacían de tinta y aislaban zonas de cobre en donde no debía quedar nada provocando corto circuitos después de usar el cloruro férrico, por eso después se usaba una aguja de cocer para quitar los pedacitos de papel sobrante que quedaba uniendo pistas. Se echaron a perder varias tablillas hasta obtener una con buenos resultados, en donde las pistas quedaban bien definidas sin estar pegadas o muy delgadas.
En la figura 6.10 se observa una placa después de aplicar el cloruro férrico, donde el acabado es bueno porque las pistas están en buen estado y no se juntan. Ya que estaba el circuito se procedía a tallarlo muy suavemente para quitarle los restos de tinta.
Para soldar resistencias y capacitores se tuvo que perforar agujeros en donde cupieran las terminales y luego soldarlas a la tablilla.
Ingeniería Biónica Página 35
ELECTROESTIMULADOR DEL ESFÍNTER PARA LA INCONTINENCIA NEUROGÉNICA
Para los componentes de montaje superficial que requerían soldarse se necesitó primero calentar el cautín, después ponerle un poco de soldadura en la punta y proceder a estañar la pista, esto se hacia en cada pista, cuidando de no dejar bolitas de soldadura. Cuando la impresión quedaba estañada se ponía el componente en la posición en la que debía quedar, con cada pin en la impresión correspondiente ya estañada, luego se colocaba el cautín para fundir la soldadura de la impresión y con esta adherir el pin a la placa, luego de quedar todos los pines unidos el componente estaba soldado correctamente. En el caso del soldado del MSP430F169 se lleva a cabo el mismo procedimiento, es decir se estañan las pistas y luego se coloca en posición cuidando que quede bien alineado y que los pines queden adecuadamente en su lugar, en promedio el tiempo que toma alinear el microprocesador es de 30 minutos, este procedimiento es mostrado en la figura 6.11; también se debe tener en cuenta de que este dispositivo es sensible a la estática asi que hay que tener mucho cuidado cuando se sóida pues puede quedar inservible, para disminuir la posibilidad de que quede inservible se soldó sobre una placa de metal conectado a tierra física.
En cada paso se debe revisar la continuidad de las pistas, checar que no haya ningún corto circuito y sobretodo en el soldado superficial se debe cuidar que todos los pines hagan contacto con la pista respectiva.
El armado completo de una sola placa desde el planchado del circuito hasta el soldado de todos los componentes puede llevar varios días porque por el tamaño de algunos elementos es reducido y se debe tener cuidado de que quede bien. Sí
Ingeniería Biónica Página 36
ELECTROESTIMULADOR DEL ESFÍNTER PARA LA INCONTINENCIA NEUROGÉNICA
ELECTROESTIMULADOR DEL ESFÍNTER PARA LA INCONTINENCIA NEUROGENIC A
no quedara bien soldado, el microcontrolador en especial, el dispositivo podría quedar
inservible.
Resultados:
Obtuvimos un circuito bastante compacto y con un bajo consumo, puesto que el
amplificador y el microcontrolador son de bajo consumo de voltaje. Además la duración
de las pilas es bastante larga y encontramos que el circuito es económico y ligero. Este
se ilustra a continuación:
En la figura 6.12 se notan los dos círculos que son los zócalos para las pilas, los pines
para insertar el programador a la izquierda, el cristal y sus dos capacitores a un lado y
las salidas.
Ingeniería Biónica Página 37
6.4 Descripción de la señal a emular
Objetivo de la actividad:
Obtener y analizar las características de la señal que se emulará en la etapa de electroestimulación.
Método:
La señal electromiográfica del esfínter periuretral externo se muestra en la siguiente figura, en ésta se observan las fases de la micción y su correspondiente registro de actividad eléctrica en el esfínter.
Durante el llenado vesical el esfínter externo permanece relajado, cuando se alcanza el primer umbral, se presenta el reflejo guardián, la primera señal de aviso, de tres antes de que la micción sea imperiosa, entonces el esfínter debe permanecer cerrado, y al contraerse muestra la mayor actividad eléctrica; al comienzo de la micción el esfínter se relaja para permitir el paso de la orina a través de la uretra.
Para la obtención de este registro se requiere un examen de electromiografia de los músculos del suelo de la pelvis, específicamente del esfínter, mediante la inserción de electrodos de aguja en el esfínter, el paciente debe adoptar la posición decúbito supino, con las piernas flexionadas y se le pide que imagine que quiere interrumpir la micción, la técnica de inserción de los electrodos varia dependiendo del sexo del paciente.
• Los valores normales para este tipo de registro son:
Duración media del Potencial de Unidad Motora (PUM): 6 ms + 20%. Amplitud en el máximo esfuerzo: 0.5 - 1 mV.
Ingeniería Biónica Página 38
ELECTROESTIMULADOR DEL ESFÍNTER PARA LA INCONTINENCIA NEUROGÉNICA
Por otra parte los potenciales evocados son una forma de exploración neurofisiológica que evalúan la función de un sistema sensorial, de nuestro interés son los somatosensoriales y sus vías, por medio de respuestas provocadas frente a un estímulo conocido y normalizado. Los requisitos para el registro de Potenciales Evocados Somatosensoriales (PESS) del nervio pudendo, son los mismos que los requeridos para el nervio tibial posterior.
La inervación del tracto urinario inferior y el control de la micción representan una función autónoma compleja de gran importancia práctica.
El sistema parasimpático: localizado al nivel S2-S4, a través de los nervios pélvicos, inerva el músculo detrusor, el centro sacro de la micción y del nervio pudendo, formado por las raíces del plexo pudendo que inerva al esfínter periuretral.
Comúnmente se emplean los PESS del nervio medio y del tibial, para llevar a cabo pruebas, en nuestro caso, emplearemos el PESS de los miembros inferiores para estimular la zona tibial posterior.
De entre las imágenes encontradas en la bibliografía se eligieron las de la figura 6.15 ya que es el registro mas claro que se encontró en la bibliografía, además de que fueron tomados de personas sanas. Estos registros fueron tomados 2 cm detrás del punto Cz
2al estimular el nervio pudendo, y el posterior tibial.
Neurociencias enfoque sistemático. House. Panky, Siegel, Mc Graw Hill 1982 2
Sistema de colocación de electrodos para EEG 10-20
Ingeniería Biónica Página 39
ELECTROESTIMULADOR DEL ESFÍNTER PARA LA INCONTINENCIA NEUROGÉNICA
ELECTROESTIMULADOR DEL ESFÍNTER PARA LA INCONTINENCIA NEUROGÉNICA
Resultados:
Dado que no contamos con el registro de la actividad eléctrica en el esfínter externo, debido a que se requiere que un paciente tenga un padecimiento urinario muy específico, que justifique la realización de este examen; y dado que la mayoría de los pacientes puede ser diagnosticados con un examen de urodinamia, como la cistomanometría, que aunque resulta una prueba incomoda no requiere el empleo de agujas, lo que lo hace menos agresivo para los pacientes, sin embargo, este estudio no nos aporta información de una manera directa de la actividad del nervio pudendo.
Se recurrió entonces a la búsqueda de registros de la actividad eléctrica en los nervios, tanto del nervio pudendo, como del nervio tibial posterior, se encontraron más imágenes de los registros, que para el caso de la electromiografía del esfínter externo, y se eligió tratar con imágenes de registro de potenciales evocados somatosensoriales de los nervios pudendo y tibial, mostrados en la figura 6.15.
Electrodiagnosis in diseases of nerve and muscle. Kimura J.
Ingeniería Biónica Página 40
ELECTROESTIMULADOR DEL ESFÍNTER PARA LA INCONTINENCIA NEUROGÉNICA
6. 5 Procesamiento de los registros.
Para obtener el respectivo vector de valores de cada uno de los registros de la figura 6.15, las imágenes fueron divididas, se tomaron 2 imágenes para cada registro, uno con la morfología del registro y otro con la medida de referencia.
Posteriormente las imágenes fueron binarizadas, y se uniformo su tamaño,
En los registros se observa una señal superpuesta para cada PESS, por lo tanto se tomo un promedio de ambas señales; en el programa se comprueba que haya un pixel distinto en cada columna, lo que significa que la señal es continua, después se toma la posición en la que se localiza los valores en las filas, entonces se toma un promedio de las posiciones de las filas; posteriormente en las imágenes de las medidas de referencia se busca el origen, y cuantifica las medidas en píxeles para las referencia tanto en las filas como en las columnas, con estos datos, se calcula la relación correspondiente entre píxeles y mV.
Durante el procesamiento del registro de los PESS se obtuvieron vectores, con valores correspondientes a la amplitud en uV de los potenciales del nervio tibial posterior, y el nervio pudendo tanto masculino como femenino. La longitud de estos vectores fue de 582 muestras, considerando los datos de la tabla 6.2 de comparación de latencias, se suavizo la morfología de estos potenciales eléctricos, y se determino un valor basal.
Tabla 6.2 Tabla comparativa de latericia entre los PESS del N. tibial y del N. pudendo2.
Ingeniería Biónica Página 41
ELECTROESTIMULADOR DEL ESFÍNTER PARA LA INCONTINENCIA NEUROGÉNICA
Debido a que la emulación del registro del PESS se realizará con el microprocesador de Texas Instrument MSP340F169, los vectores de los registros fueron expandidos a 10000 muestras respetando la morfología de la señal.
En general el algoritmo para la digitalización de los registros y la expansión de los vectores es el siguiente:
- Importar y binarizar imágenes de registros PESS, - Promediar las gráficas obtenidas de los potenciales, - Obtener las coordenadas del origen de la medida de referencia, - Obtener los valores de las posición en columnas y filas, con respecto a la
medida de referencia, - Calcular la correspondencia entre las medidas de píxeles a nV, - Aparear los vectores a la misma longitud, - Suavizar los picos y rizado en los potenciales, - Calcular las pendientes entre los valores de los potenciales, - Interpolar datos de acuerdo a la variación en la pendiente entre los datos.
El programa que lleva a cabo los primeros seis puntos del anterior algoritmo, se encuentra en los anexos, el proceso de suavizar los picos y rizado de la señal, se llevo a cabo de manera manual, usando el programa Excel.
Ingeniería Biónica Página 42
ELECTROESTIMULADOR DEL ESFÍNTER PARA LA INCONTINENCIA NEUROGÉNICA
En la representación gráfica de los potenciales, se debe tener en cuenta, que por
convenio en neurofisiología, se sitúa sobre la línea del valor basal la parte negativa de
la onda, y por debajo de ella la parte positiva, de esta manera al referirnos a P1, nos
estamos refiriendo al primer pico negativo de la onda, y con N1, nos referimos al primer
pico positivo.
Si se aplica el valor eficaz de la señal analógica se obtienen los mismos resultados, ya
que el área bajo la curva es la misma, en ambas señales, esta ultima produce la misma
potencia, es su equivalente en dc.
Resultados:
Para la señal del nervio tibial, se genero una señal cuadrada en fase con la original
digitalizada, los valores máximos y mínimos, son los correspondientes a los picos P1,
N1, P2, N2, P3, N3, de su potencial evocado.
En la figura 6.17 se observa la señal analógica del PESS tibial con su correspondiente señal a pulsos cuadrados, a la derecha en rojo la señal en valor eficaz del PESS tibial.
Con respecto al programa del microcontrolador, este se incluyo en los anexos y en la figura 6.18 se observa su diagrama de flujo del programa grabado en el microcontrolador.
Ingeniería Biónica Página 43
ELECTROESTIMULADOR DEL ESFÍNTER PARA LA INCONTINENCIA NEUROGÉNICA
Ingeniería Biónica Página 44
6. 6 Pruebas Para Validar Nuestro Trabajo
Objetivo de la actividad:
Validar mediante pruebas superficiales estimulando un músculo esquelético.
Método:
Primero se tomó en cuenta que la piel y el tejido que recubren al músculo representan una resistencia para la corriente de nuestra señal. Nuestro dispositivo es un modelo pensado para ser implantado y cuyos electrodos estarían conectados directamente al músculo y como se esta trabajando con una señal de la misma naturaleza que la señal del músculo se espera que este se contraiga al empezar a estimular como lo debería hacer si no hubiera daño neurológico. En el caso de una estimulación por medio de electrodos superficiales se debe tomar en cuenta la resistencia ya mencionada, nosotros propusimos una etapa de amplificación para resolver este inconveniente. Antes de esto tomamos en cuenta la ley de ohm, expresada en la siguiente formula:
l=V/R Donde: I, es la corriente V, es el voltaje R, representa la resistencia
En donde observamos que la corriente es directamente proporcional al voltaje e inversamente proporcional a la resistencia, en este caso la de los tejidos de la piel, la cual medimos en dos puntos separados aproximadamente a una distancia de 2cm obteniendo 0.93 MQ, considerando que es alta en comparación con el voltaje de nuestra señal, entonces requeríamos incrementar este voltaje para que la corriente sea suficiente para tensar el músculo. Por lo tanto se propuso el siguiente circuito:
Ingeniería Biónica Página 45
ELECTROESTIMULADOR DEL ESFÍNTER PARA LA INCONTINENCIA NEUROGÉNICA
ELECTROESTIMULADOR DEL ESFÍNTER PARA LA INCONTINENCIA NEUROGÉNICA
Se utilizo un LM1875 como amplificador de potencia por sus características de baja distorsión de la señal, protección contra cortocircuitos, protección térmica, alto rango de voltaje de alimentación, el cual se alimento con +4.2V y -4.2V. También se ocupo un transformador de 33 volts a 3 amperes a la salida del amplificador, y por último los electrodos a las terminales de salida del transformador. Y se observó que el músculo se contraía al recibir la señal de los electros los cuales estaban colocados sobre la piel previamente untada de gel conductora. Las señales obtenidas por medio del osciloscopio se muestran a continuación:
En amarillo la señal a la salida del electroestimulador y en azul la salida del transformador.
Resultados:
Se observó que el músculo del pulgar se contraía con el circuito armado, esto nos da una pauta para considerar que el electroestimulador cumple su función de estimular el músculo y contraerlo. Se filmaron una serie de videos para confirmar estos resultados.
Ingeniería Biónica Página 46
ELECTROESTIMULADOR DEL ESFINTER PARA LA INCONTINENCIA NEUROGÉNICA
CAPÍTULO 7. DISCUSIÓN
Ingeniería Biónica Página 47
ELECTROESTIMULADOR DEL ESFÍNTER PARA LA INCONTINENCIA NEUROGÉNICA
7.1 Señal Del Nervio Pudendo
Se obtuvo mediante un estudio de EMG las características, esta señal tiene un período promedio y amplitud característica, pero su forma no es periódica ya que tiene cambios bruscos que semejan a una señal aleatoria con un rango específico de amplitud. Por lo tanto es difícil emular la señal enteramente, aun así se pueden tomar los datos obtenidos para formar una señal cuadrada, es decir, emplear una señal de amplitud de 0.5 a 1.0 mV y con un período de 6ms.
7.2 Tipos De Electrodos
En el primer capítulo se hace mención de los máximos alcances para la primera parte de este trabajo terminal, por lo que se refiere a la pruebas en pacientes y a la intervención quirúrgica, quedan fuera del alcance de este proyecto, ya que se requiere un protocolo médico que no corresponde al área de ingeniería biónica, por lo anteriormente descrito en lugar de elegir los electrodos intramusculares se optó por los electrodos para EEG, y también por las características ya mencionadas. Ya que se pretende realizar pruebas superficiales en un músculo esquelético al que se pueda acceder fácilmente (superficialmente) y que a la vez tenga las características del esfínter para objeto de ensayos.
7.3 Etapa de control
La etapa de control resulto muy ligera y pequeña gracias a que el MSP430F169, puesto que tiene una memoria relativamente buena, es de bajo consumo, es pequeño, que integra los dos convertidores y que cuenta con 5 modos de ahorro de energía, características que para un dispositivo que se espera que sea portátil y que la duración de la batería larga son muy buenas, además que trabaja hasta con
2.3 v, lo que quiere decir que si la batería disminuye su alimentación por el uso, este circuito sigue funcionando. El costo no es muy alto en comparación con los otros métodos mencionados en el estado del arte.
7.3 Descripción de la señal a emular
La señal que se uso para emular el potencial del nervio pudendo, fue extraída de una fuente bibliográfica, debido a la escases en la información, y a lo comprometido que nos resultaba obtener las pruebas de pacientes, en lo referente al registro de actividad eléctrica en el músculo esfínter externo uretral, consideramos que ya que los PESS son el registro de la actividad eléctrica a través del nervio, y que llegan finalmente a estimular los músculos, es factible usarlos como la señal que genera el electroestimulador, para activar a los músculos. En contraste con la actividad mioeléctrica del esfínter externo uretral, existe mas información sobre el registro de PESS del nervio tibial posterior, que encontramos constantemente referenciados y comparados con los PESS del nervio pudendo.
Ingeniería Biónica Página 48
ELECTROESTIMULADOR DEL ESFÍNTER PARA LA INCONTINENCIA NEUROGÉNICA
7.5 Procesamiento de los registros
Los vectores que se obtuvieron del punto anterior, fueron procesados con la finalidad de expandir la longitud de este, y de esta manera poder usarlo como una tabla de valores, a la que el microcontrolador accederá usando el acceso directo a la memoria, mientras el programa principal, ejecuta el resto de código.
6. 7 Pruebas Para Validar Nuestro Trabajo
Se observaron contracciones del músculo situado en la base del pulgar cuando estimulábamos con la señal del estimulador amplificada, fue necesario amplificarla porque la resistencia de la piel y tejidos es alta, reduciendo la corriente dirigida al músculo.
Ingeniería Biónica Página 49
ELECTROESTIMULADOR DEL ESFÍNTER PARA LA INCONTINENCIA NEUROGÉNICA
Ingeniería Biónica Página 50
CAPÍTULO 7. DISCUSIÓN
ELECTROESTIMULADOR DEL ESFÍNTER PARA LA INCONTINENCIA NEUROGENIC A
8. CONCLUSIONES
Para nuestro caso las pilas de litio, resultaron ser útiles en cuanto a costo y funcionalidad, pues son ligeras, tienen un amplio rango de temperatura, tienen alta durabilidad, son ligeras, compactas y sobre todo suplen de la alimentación necesaria a los componentes.
El modo que resultó ser el mas útil para la realización de una placa con pistas delgadas fue el de planchado en papel couche, puesto que la impresión tiene una alta definición y las pistas no se quedan unidas lo que provocaría cortocircuitos.
La familia de microcontroladores de Texas Instruments MSP430 tiene alta utilidad en aplicaciones portátiles, puesto que una de sus características principales es su bajo consumo, su capacidad de memoria, sus convertidores analógico/digital y digital/analógico, arquitectura RISC para simplificar la programación y su alta velocidad de cambio del estado de "espera" a estado "activo";
Se puede utilizar un electroestimulador para contraer un músculo y recuperar en cierta medida su utilidad, por medio de impulsos eléctricos se obtiene la contracción del músculo sano que perdió la señal que lo controla.
Las señales que nos resultaron mas útiles fueron las de los PESS, ya que teniendo en cuenta que los potenciales evocados son el registro de la actividad eléctrica en las vías nerviosas, consideramos que es, viable usarlas como señales de estimulación para los músculos.
Se encontró que los electrodos para EEG podrían ser útiles para las pruebas superficiales en músculos similares al esfínter, aunque para una estimulación directa al esfínter de un paciente en el caso real se tendría que hacer una valoración sobre los electrodos intramusculares.
Se pudieron obtener contracciones de un músculo esquelético mediante la amplificación por medio de un circuito de la señal de salida del electroestimulador.
Ingeniería Biónica Página 51
ELECTROESTIMULADOR DEL ESFÍNTER PARA LA INCONTINENCIA NEUROGÉNICA
GLOSARIO
Biomimético: Desarrollo de un análogo biológico.
Cistomanometría: La cistomanometría mide las fases de llenado y contracción del detrusor; el flujo mide el volumen orinado en el tiempo; la electromiografía y el perfil uretral miden características del esfínter en actividad y reposo y finalmente es posible darle valor numérico al residuo postmiccional. [13]
Código neural: Es la manera en que el sistema nervioso codifica la información.
Decúbito: Posición del cuerpo en estado de reposo sobre un plano más o menos horizontal, sobre el pecho.
Deflexión: Desviación de la dirección de una corriente.
Diabetes mellitus: Síndrome orgánico multisistémico que tiene como característica el aumento de los niveles de glucosa en sangre, resultado de defectos en la secreción de insulina.
Difusión: Es un proceso físico irreversible, en el que partículas materiales se introducen en un medio que inicialmente estaba ausente de ellas aumentando la entropía del sistema conjunto formado por las partículas difundidas o soluto y el medio donde se difunden o disolvente.
Electrólisis: Proceso por el que la energía eléctrica produce un cambio químico en un medio conductor, normalmente una solución o una sustancia disuelta. Desintegración orgánica producida por el paso de una corriente eléctrica.
Esfínter: Músculo en forma de anillo que abre y cierra un orificio natural.
Glándulas de Littre: Glándulas uretrales en el hombre.
Hiperpolarizar: Aumentar el potencial de la membrana.
Latencia: Tiempo en que transcurre entre un estimulo y la respuesta que produce.
Membrana Plasmática: Es una estructura laminar que engloba a las células, define sus límites y contribuye a mantener el equilibrio entre el interior y el exterior de éstas.
Mersilene: Fibra de poliéster sintética.
Micción: Acción de orinar.
Ingeniería Biónica Página 52
ELECTROESTIMULADOR DEL ESFÍNTER PARA LA INCONTINENCIA NEUROGÉNICA
Nervio pudendo: Ramos terminales para la piel del escroto o labios, periné anterior, músculos isquiocavernosos, bulbocavemoso y transversos; glande y clitoris.
Neurohumoral: Son los impulsos nerviosos que provocan repuesta en el músculo liso, en el cardiaco, el esquelético y las glándulas exocrinas.
Paraplejía: Afectación neurológica de tronco y piernas.
Patologías desmielinizantes: Son aquellas en las que el proceso patogénico principal está dirigido contra la mielina normal.
Pontino: Núcleo nervioso que se encarga de llevar a cabo la coordinación entre la contracción vesical y la relajación esfinteriana.
Rabdoesfínter: Esfínter distal a la vejiga, también llamado externo.
Sistema internacional 10/20: La norma de ubicación de electrodos para EEG.
Tetanizacíón: Inducción de síntomas o fenómenos tetánicos, especialmente la producida por excitación eléctrica fuerte.
Tetraplejía: Afectación neurológica de brazos, tronco y piernas.
Transuretral: Que atraviesa la uretra.
Uréter: Conducto fibromuscular que saliendo de cada uno de los ríñones lleva la orina a la vejiga.
Ingeniería Biónica Página 53
ELECTROESTIMULADOR DEL ESFÍNTER PARA LA INCONTINENCIA NEUROGÉNICA
ÍNDICE DE FIGURAS
4.1 Aparato urinario femenino .......................................................................... 15 4.2 Esquemas para un electroestimulador muscular ........................................... 19 5.1 Modelo de control para el electroestimulador ............................................... 23
6.1 Pila de litio ................................................................................................. 28
6.3 Diagrama a bloques del circuito de control .................................................... 30 6.4 Diagrama a bloques del circuito .................................................................. 31 6.5 Primer circuito de prueba ........................................................................... 32 6.6 Segundo diseño para la placa ..................................................................... 32 6.7 Planchado de la placa ............................................................................... 33 6.8 Placa obtenida mediante el planchado en acetato ........................................ 34 6.9 Utilización de cloruro férrico ........................................................................ 34
6.10 Placa después de quitar los restos de tinta ................................................. 35 6.11 Alineación del microcontrolador después del estañado de las pistas ............ 36 6.12 Electroestimulador ................................................................................... 37 6.13 Etapas de la micción y su correspondiente actividad eléctrica en el esfínter periuretral ........................................................................................................ 38 6.14 Extremidad inferior mostrando la distribución de los dermatomas ................ 39 6.15 Potenciales evocados somatosensoriales de los nervios pudendo y tibial posterior.......................................................................................................... 40 6.16 Digitalización de los Potenciales Evocados Somatosensoriales ................... 42 6.17 PESS del nervio Tibial posterior ................................................................ 43 6.18 Diagrama de flujo del programa grabado en el microcontrolador .................. 44 6.19 Circuito amplificador ................................................................................. 45 6.20 Señales del electroestimulador y del amplificador ........................................46
ÍNDICE DE TABLAS
6.1 Tabla comparativa dé tipos de electrodos ..................................................... 27 6.2 Tabla comparativa de latencia entre los PESS del N. tibial y del N. pudendo...41
Ingeniería Biónica Página 54
ELECTROESTIMULADOR DEL ESFÍNTER PARA LA INCONTINENCIA NEUROGÉNICA
[4]Medicina actual, Epidemiología y diabetes Laura Moreno Altamirano, Depto. de Salud Pública, Facultad de Medicina, UNAM [5]http://www.indas.es/revista/libro_inco/indice.html [6]http://www.carloshaya.net/biblioteca/contenidos/docs/nefrologia/predialisis/pacodiez.PDP [7] http://www.minusval2000.com/investigacion/archivoslnvestigacion/sars.html [8] Actas Urológicas España v.28 n.10 Madrid nov.-dic. 2004
[9]I. Gómez García, E. Fernández Fernández, R. García Navas, C. Quicios Dorado, A. Linares Quevedo, L. Perales Cabanas, M. Jiménez Cidre. Actas Urol Esp v.28 n.10 Madrid nov.-dic. 2004. Revista Medica Universitaria vol. 2 No.l 2006 Facultad de Ciencias Médicas. [10]Curso de formación avanzada de salud vesical [11] Curso de formación avanzada de salud vesical [12]Electro estimulador para la vejiga neurogénica Cruz, Claudio Marcelo. Universidad de Córdoba 1999, Fac. Cs. Exactas, Físicas y Naturales. [13]Esfínter externo: control neural y farmacológico. Un nuevo esquema neurohumoral de la continencia y la micción. Vela Navarrete R., Pérez Martínez F.C., Pardo Montero M.A., González Esguita C, García Cardoso J.V. [14]Manual de Urología esencial, Urología femenina. Dr. Fernando del Campo Schulze.
BIBLIOGRAFÍA.
1 Mortalidad Por Defectos De Tubo Neural En México, 1980-1997, J. A. Ramírez Espitia, F. G. Benavides, Et Al. Salud Pública Méx. 2003;45:356-364.
2 Alternativas No Quirúrgicas En El Tratamiento De La Incontinencia Urinaria De Esfuerzo (O Anatómica) En La Mujer. Dr. Julio C. Potenziani B. Centro Médico Vol. 47 Enero-Junio 2001.
3 Historia De La Urología. Vital Medicina En El Tiempo. Abril-Junio 2006 N° 27 4 Electroestimuladores De Raíces Sacras Implantados. Tesis Doctoral. Albert
Borau, UPC 2004. 5 Conducción Medular Somatosensorial. Método Indirecto De Estudio De La
Conducción En La Medula Espinal. Antonio Martínez. Resumios De Tesses De Doutoramento, 1998.
6 Esfínter Externo: Control Neural Y Farmacológico. Un Nuevo Esquema Nuerohumoral De La Continencia Y La Micción. R. Vela, F.C Pérez, Et Al. Facultad De Ciencias Médicas Uncuyo. Vol 2 N°1 2006.
7 Formación Avanzada Salud Vesical. Dr. D. Castro. Admirall Prodesfarma. 8 Estimulación Eléctrica, Aplicaciones Y Actualidades En Urología. Boletín Del
Colegio Mexicano De Urología. Vol. 17.N0 4 Octubre-Diciembre 2002. 9 Potenciales Evocados Multimodals En Transtornos Neurológicos.
Plasticidad Y Restauración Neurológica. Vol. 3 N° 1-2 Enero- Diciembre 2004.
10 Anatomy and Neurocontrol of the Pelvis Floor. D.B. Vodusek. OASIS Progress Report. Digestion 2004;69:87-92.
11 Evaluación De Las Funciones Neurocognitivas Con Potenciales Evocados. C. Escera. Rev. Psiquiatría Fac Med Barna 2002;29(6):362-373.
12 Integrative Control of the Lower Urinary Tract: Preclinical Perspective. W.C De Groat. British Journal of Pharmacology (2006) 147, S25-S40.
13 Pudendal Nerve Latency Time in Normal Women Via Intravaginal Stimulation. G. A. Cavalcanti, G.M. Manzano, Et Al. Internacional Braz J Urol. Vol. 32(6) :705-712. November- December 2006.
14 Low Frequency Oscillation in Human Tibial Somatosensory Evoked Potentials. C.J. Tierra, A. F. Catelli. Arq. Neuropsiquiatr 2006;64(2-B):402-406.
Ingeniería Biónica Página 56
ELECTROESTIMULADOR DEL ESFÍNTER PARA LA INCONTINENCIA NEUROGÉNICA
ELECTROESTIMULADOR DEL ESFÍNTER PARA LA INCONTINENCIA NEUROGÉNICA
ANEXOS
ANEXO A
Nombre del programa: evo.m
Programa que digitaliza la imagen obtenida del registro de los PESS
clear all,close all, clc, warning off pess(:,:,l)=rgb2gray(imread('femalpud.
end %para promediar las gráficas de los potenciales for i=1:x/2 for j=1:c for k=1:f
if pesd(k,j,i)==0
neg=neg+l; valver(j,i)=l;
end end dis=neg; for
k=l:f if pesd(k,j,i)==0 if
dis==neg corl=k;
end
if dis= = l cor2=k;
end dis=dis-l; end
end if neg>0 av=cor2-corl;
av=ceil(av/2);
cor=corl+av;
pud(cor,j,i)=0; end end neg=0; end %para obtener los valores de las
coordenas en y de la med de ref(filas) for
i=x/2+l:x for j=l:c for k=1:f if pesd(k,j,i)==0 neg=neg+l; end end
dis=neg;
for k=1:f if pesd(k,j,i)==0 if
dis= = neg corl=k;
end if dis= = l cor2=k;
end dis=dis-l; end
end if neg>f/6 cor(i-x/2,2)=cor2;
rule(i-x/2,2)=cor2-corl; end end neg=0;
end %para obtener los valores de las
coordenas en x de la med de ref(filas)
Ingeniería Biónica Página 57
for i=x/2+l:x for
j=1:f for k=1:c if pesd(j,k,i)==0 neg=neg+l; end
end dis=neg; for
k=1:c if pesd(j,k,i)==0 if
dis==neg
corl=k; end if dis==l
cor2=k; end dis=dis-l; end
end if neg>c/10 cor(i-x/2,l)=cor2;
rule(i-x/2,l)=cor2-corl; end end neg=0;
end %vector de valores en uV de la gráfica -— pot for i=1:x/2 for j = 1:c for k=1:f
if pud(k,j,i)==0 eny=k; potvin(j,i)=cor(i,2)-eny;
pot(j,i)=potvin(j,i)*ref(i,2)/rule(i,2); end end
end end %Para el eje x de los pess, los vectores
tienen la misma longitud for i=1:x/2 for j=2:c if valver(j,i)==l && valver(j-l,i) ==0
enx(i,1)=j; end if valver(j,i)==0 && valver(j-
l,i)= = l enx(i,2)=j-l; end end
end enx; dif=enx(:,2)-enx(:,l); mint=min(dif); if mod(mint,2)~=0
mint=mint+l; end A=[pot(enx(1,1):mint+enx(1,1)-1,1)]
B=[pot(enx(2,1):mint+enx(2,1)-1,2)]
C=[pot(enx(3,1):mint+enx(3,1)-1,3)]
potev=[A B C]; clear enx for i=1:x/2 for j=1: mint
enx(j,i)=j*ref(i,1)/rule(i,1); end
end plot(enx,potev),grid on/,title(
,PESS
,),xlabel(
,ms
,),ylabel(
,nV
,)
axis([0 max(max(enx)) min(min(potev))
round(max(max(potev)))+50]) clear dis,
clear neg enx=enx(:,l); dis=intl6(enx);
k=max(dis); neg(k)=0; k=1; %solo los valores enteros para los ms for
j=2:2:mint if dis(j)==dis(j-l)
neg(k)=j; end if dis(j)~=dis(j-l)
k=k+l; end if j==mint && dis(j)~=dis(j-l)
neg(k)=j; end
end %valores de PESS en los ms enteros for
i=1:3 for j=1:k T(j,i)=potev(neg(j),i); end
end UT=intl6(T); t=l:k;
t=t'; vt=[t t t];
figure(2)
plot(vt,UT),grid on, title('PESS'),xlabel('ms'),ylabel('nV')
axis([0 max(max(vt)) min(min(UT))
round(max(max(UT)))+50])
Ingeniería Biónica Página 58
ELECTROESTIMULADOR DEL ESFÍNTER PARA LA INCONTINENCIA NEUROGÉNICA
clear rule,clear neg,clear dis, clear
valver, clear pess,clear f clear c,clear
cor rule=5; %con rule=l la Energía total de
toda la señal c=sum(T); av=floor(k/rule); neg=l; dis=av;
forj=1:x/2 for i=1:rule
valver(i,j)=sum(T(neg:dis,j));%suma de
potencia en sección
pess(i,j)=valver(i,j)/av; %valor para
pulso cuadrado f(neg:dis,j)=pess(i,j);%vector de
pulsos if i==rule && dis<k
f(dis:k,j)=pess(i,j); end neg=dis+l;
dis=(i+l)*av; end neg=l; dis=av;
end cor=sum(f);
Ingeniería Biónica Página 59
ELECTROESTIMULADOR DEL ESFÍNTER PARA LA INCONTINENCIA NEUROGENIC A
ELECTROESTIMULADOR DEL ESFINTER PARA LA INCONTINENCIA
NEUROGÉNICA
ANEXO B
El vector de valores fue modificado manualmente usando Excel, y tomando en cuenta los datos de la tabla encontrados en Electrodiagnosis in diseases of nerve and muscle. Kimura J., valores de registro de PESS del nervio tibial posterior. Los valores marcados corresponden a los puntos N1, P1, N2, P2, N3 y P3 respectivamente. Los valores de las tablas están en uV.
bis.b #SELM1+SELS,&BCSCTL2 ; MCLK = SMCLK = XT2 (seguro) ; Configura el ADC12 solo para el voltaje de ref. VREF+de2.5V *************** PoneADC12 mov.w #SHTl_0+SHT0_0+REFON+REF2_5V,&ADCI2CTL0
; Tiempo de Muest. y Ret. a 4 ciclos. Se requiere REF de 2.5V p' DACs mov.w #0x0,&ADC121E ; Deshabilita inter
; Configura los DACs p' sacar en forma analógica los datos de la tabla por P6.6 y 7 (DAC 0 y 1). Se toma ; VREF+ como REF. PoneDAC12
bic. w #DAC 12IFG+DAC12IE.&DAC 12_0CTL ; Quita int. x DAC 12 y bandera. bic.w #DAC12IFG+DAC12IE,&DAC12_1CTL ; Quita int. x DAC12 y bandera. clr.w &DAC 12_0DAT ; Limpia registro de datos DAC 12__0 clr.w &DAC12 1DAT ; Limpia registro de datos DAC12 0
mov.w #DAC 12SREFJHDAC12LSELJHDAC12IR+DAC12AMP_7,&DAC 12_0CTL ; VRef+, Dispara DAC120 cuando se cargue, Rango de sal.lx, alta vel. y I, sin binaro natural.
mov.w #DAC 12SREFJH-DAC12LSEL_0+DAC 12IR+DAC12AMP_7,&DAC 12 1CTL ; VRef+, Dispara DAC121 cuando se carga, Rango de sal.lx, alta vel. y I, s/complemento a 2.
bis. w #09,&DAC 120CTL ; Habilita y Autocalibra DACO
Ingeniería Biónica Página 66
bis.w #DAC12CAL0N,&DAC12_1CTL ; Habilita y Autocalibra DAC1 aun_no bit.w #DAC12CAL0N,&DAC12_1CTL ; Ya está calibrado?
jnz aun_no mov.w # 10000,&NoDATOS ; NoDATOS<= 1 OOOOd, Datos de la tabla.
; Configura el DMA para DMAO y DMA1, DMA2 no se usa. Pone_DMA mov.w #DMAOTSEL_0+DMA1TSEL_0+DMA2TSEL_0,&DMACTLO
; Canales DMA 0 y 1 disparados por DMAREQ. ; El canal 0 toma datos de la tabla Pessf y los manda al DACO
mov.w #DMADT_0+DMADSTINCR_0+DMASRCiNCR_3+DMAEN,&DMA0CTL ; Transf. indiv.. Incrementa +2 dirección fuente luego de transferir ; Habilita canal 0 DMA
mov.w #PESS01,&DMA0SA ; Apunta al primer dato de la tabla mov.w #DAC12_0DAT,&DMA0DA ¡DestinoDACO mov.w &NoDATOS,&DMA0SZ ;# de datos = # de transferencias.
; El canal I toma datos de la tabla Pesfe y los manda al DAC1 mov.w #DMADT_0+DMADST1NCR_0+DMASRCINCR_3+DMAEN,&DMA1CTL ;
Transf. indiv.. Incrementa +2 dirección fuente luego de transferir ; Habilita canal I DMA mov.w #PESS02,&DMA1SA ; Apunta al primer dato de la tabla. mov.w #DAC12_1DAT,&DMA1DA ; Destino DAC1 mov.w &NoDATOS,&DMAlSZ ;# de datos= # de transferencias.
; Configura las líneas de Pl como entrada: bis.b #000h,&P1DIR ; Pl.O a P1.7 Entradas.
; Programa Principal. ; Habilita canales DMA, los dispara y quita banderas de Int. de los DACs. main mov.w #OIO00O,R15 ; Retardo a R15 en_espera mov.b P1IN.R14 ;R14<-P1IN Leeel puerto 1,
and.b #020h,RI4 ; Hace 20h AND R14 jz en^espera
tabla bis.w #DMAEN,&DMAOCTL ; Habilita canal DMA 0 bis.w #DMAEN,&DMA1CTL ; Habilita canal DMA 1 bis.w #DMAREQ,&DMAOCTL ; Inicia transferencia canal 0. bis.w #DMAREQ,&DMAlCTL ; Inicia transferencia canal I. bicw #DAC12IFG,&DAC12_0CTL ; Quita bandera del DACI2 0. bicw #DAC12IFG,&DAC12_ICTL ; Quita bandera del DAC12 I. decw R15 ;DecrementaR15 jnz tabla ; Tabla terminada? jmp main ; Otra vez.
COMMON INTVEC : MSP430F16x Vectores Interupción: Vectores de Interrupción Usados MSP430F149
ORG RESET_VECTOR ; MSP430 Vector de RESET DW principal ; END
Ingeniería Biónica Página 67
ELECTROESTIMULADOR DEL ESFÍNTER PARA LA INCONTINENCIA NEUROGÉNICA
ELECTROESTIMULADOR DEL ESFÍNTER PARA LA INCONTINENCIA NEUROGÉNICA
ANEXO D
Hojas de especificaciones de los componentes usados en este trabajo. Los archivos pdf
completos se incluyen en el cd.
Ingeniería Biónica Página 68
ELECTROESTIMULADOR DEL ESFÍNTER PARA LA INCONTINENCIA NEUROGÉNICA
MSP430x15x. MSP430x16x, HSP430x161x MIXED SIGNAL MICROCONTROLLER
Ingeniería Biónica Página 69
ELECTROESTIMULADOR DEL ESFÍNTER PARA LA INCONTINENCIA NEUROGÉNICA
Ingeniería Biónica Página 70
ElECTROESTIMULADOR DEL ESFÍNTER PARA LA INCONTINENCIA NEUROGÉNICA
Ingeniería Biónica Página 71
ELECTROESTIMULADOR DEL ESFÍNTER PARA LA INCONTINENCIA NEUROGÉNICA