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Electromiografo
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Universidad del Valle: Maria Luisa Arnez MArtinez
IMPLEMENTACION DE UN ELECTROMIOGRAFO
1. INTRODUCCION
Las actividades eléctricas musculares han estado presentes en todo ser humano pero
no se tomaban en cuenta para los diagnósticos médicos hasta que surgió el
electromiógrafo que toma las señales eléctricas, producidas por los músculos durante
una contracción muscular, para compararlos, verificar si son normales o no y
proporcionar una información valiosa acerca de la fisiología y los patrones de
activación muscular. Estas señales son generadas por el intercambio de iones a través
de las membranas de las fibras musculares debido a una contracción muscular.
Un músculo consta de miles de células individuales, envueltas en tejido conectivo. Las
células musculares tienen una forma elongada, por eso se llaman fibras. Todas las
fibras inervadas por una sola unidad motora responden de inmediato a la estimulación
adecuada e incluso la interacción de muchas unidades puede producir una ejecución
motora relativamente suave.
Es aquí donde el electromiógrafo cobra importancia en los estudios clínicos ya que
indican el análisis y registros de la actividad eléctrica viendo de esta manera que el
músculo normal en reposo no muestra potenciales de acción, sin embargo el músculo
que se contrae da origen a potenciales de acción.
1
2. JUSTIFICACION
2.1. Técnico-científico:
El diseño e implementación del EMG son viables, la obtención y el costo de los
materiales para su desarrollo se encuentra al alcance de los interesados. No presenta
mayor dificultad que la de implementar el diseño con la mayor exactitud posible.
La Electromiografía (EMG) constituye uno de los métodos de electro diagnóstico más
útiles en el estudio de la función motriz. Su valor diagnóstico radica en su:
Objetividad elevada.
Precocidad en el diagnóstico: tanto anatomopatológico, señalando la magnitud de
la lesión como en el diagnóstico topográfico.
Rapidez en el pronóstico: dando cuenta de los primeros signos de regeneración
nerviosa antes de cualquier manifestación clínica.
2.2. Social:
El EMG es un instrumento que se encuentra en cualquier clínica de segundo grado,
por ello el examen neuromuscular esta al servicio de todo paciente que requiera de su
diagnostico al mismo tiempo es indolora y el resultado de su evaluación es eficaz.
2.3. Económico:
El EMG es un examen menos costoso que otros exámenes de electro diagnóstico y
rinde información más precisa, dando a los pacientes mayores ventajas para su
bolsillo.
2
3. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA
Durante muchos años se trato de innovar e implementar avances significativos en el
área de la tecnología clínica y terapéutica para dar a los pacientes mayor eficacia en
los exámenes a los que se someten, y el beneficio de poder contar con máquinas que
tengan una mayor potencialidad a la hora del diagnostico de la patología del paciente.
El electrodiagnostico adquiere aquí gran importancia por crear un equipo más cómodo,
eficaz y accesible para todo público como es el electromiógrafo (EMG).
¿El diseño e implementación del electromiógrafo beneficiara de manera
significativa en el área de diagnostico neuromuscular en medicina y
kinesiología?
4. OBJETIVOS
4.1. General :
Implementar el diseño de un electromiógrafo para el registro y análisis de
potenciales eléctricos en el cuerpo humano.
4.2. Especifico :
Realizar un diagnostico de la viabilidad y alcance del EMG.
Realizar una investigacion sobre la actividad eléctrica en el cuerpo humano.
Realizar una investigacion de la estructura técnica de un electromiógrafo.
Diseñar el circuito de un electromiógrafo aplicando filtros y amplificadores.
Implementar el EMG para que pueda mostrar las graficas correspondientes.
Monitorear las ondas de los potenciales emitidos por los músculos para poder
analizar y registrar su normalidad o alteraciones mediante la visualización en
osciloscopio.
3
5. ALCANCE
5.1. Temático:
El proyecto abarcara todo lo que se refiere a diseño e implementación del circuito de
un EMG: las bases sobre la actividad eléctrica del cuerpo, el estudio del diagrama del
EMG, características técnicas para ayudarnos a comprender mejor la utilidad y
servicio que brinda esta maquinaria en el aspecto electro fisiológico.
5.2.Técnico:
La propuesta tiene como finalidad realizar mediante conocimientos adquiridos el
diseño del electromiógrafo para su posterior implementación, se realizara el circuito
del aparato y su simulación optima para la obtención de las graficas correspondientes
que serán sometidas a análisis y estudios posteriores por los expertos en el area.
Características principales de cada uno de los diagramas de bloques:
El preamplificado se realiza con la configuración básica de un integrado AD620
y una ganancia predeterminada de 8 dB.
Fitrado rechaza banda el cual consta de un filtro pasa bajo de 5 orden tipo
Butterworth y un filtro pasa alto también de 5 orden tipo Butterworth, las
configuraciones de ambas fueron tipo Sallenkey .
El amplificado se realizara mediante el integrado AD620 con la configuración
del datasheet la ganancia del primera etapa será de 500 y la segunda de 900 .
Un filtro pasa bajo de 4 orden butterworth que sirve para eliminar el ruido que
se tiene después del primer filtrado.
La salida de la senal se la manejara mediante el osciloscopio.
5.3 Temporal:
4
La duración del diseño e impelmentacion del EMG se estima en unos 3 meses
(Noviembre del año 2011).
6. MARCO TEORICO
6.1 POTENCIALES BIOELÉCTRICOS
Los potenciales bioeléctricos son voltajes iónicos producidos como resultado de la
actividad electroquímica de ciertos tipos especiales de células, denominadas
excitables.
Las propiedades eléctricas de las células excitables son producto de las
características biofísicas de las membranas celulares. Las membranas celulares están
constituidas por una bicapa lipídica y proteínas de membrana.
Algunas proteínas de membrana funcionan como transportadores y canales iónicos.
Los transportadores están distribuidos en todas las células, excitables y no excitables;
el transportador más común es la bomba de Na+/K+.
Sin embargo, únicamente las células excitables presentan canales iónicos que
normalmente se encuentran cerrados, pero que se abren al registrar las células un
voltaje umbral. A los canales iónicos que se abren por voltaje se les denomina voltajes
dependientes. (Barea ,2008)
6.1.1 El potencial de membrana (Vm) o potencial de reposo
Es la diferencia de potencial entre uno y otro lado de la membrana, debido a la
distribución asimétrica de las cargas eléctricas, la cual a su vez es el resultado de la
diferencia de concentración iónica determinada por el transporte activo y por la
permeabilidad selectiva de la membrana. En general se acumula un exceso de iones
negativos dentro de la membrana celular, y un número igual de iones positivos
(cationes) inmediatamente fuera de la misma. El resultado es el desarrollo de un
potencial de membrana y cuando el flujo neto de iones es cero, es decir, cuando la
5
membrana se encuentra en reposo, se dice que esta polarizada. Se ha comprobado
que el potencial de membrana en reposo varía generalmente entre -50 a -90 mV.
Existen tres aspectos importantes por medio de los cuales pueden desarrollarse
potenciales de membrana en la célula:
Transporte activo de iones a través de la membrana, mediante las bombas de
sodio y potasio, el Na es impulsado hacia el exterior y K hacia el interior.
Difusión de iones a través de la membrana, como consecuencia de los
gradientes químico y eléctrico entre ambos lados de la misma y de la
permeabilidad para cada ión.
Dentro de las células existen
aniones que no pueden salir
porque son moléculas
grandes, e iones de proteína
que colaboran con la
diferencia de potencial
existente en la membrana.
(Barea ,2008)
6.1.2 Potencial de acción
Las células vivas se caracterizan por responder a los cambios en el medio o
estímulos. Esta capacidad se llama excitabilidad y se encuentra especialmente
desarrollada en las células nerviosas o neuronas y en las células musculares.
La respuesta de las células excitables se produce en la membrana celular y consiste
en una serie de cambios térmicos, iónicos, metabólicos y eléctricos, que se propagan
a lo largo de ella.
El potencial de acción proviene de esa serie de cambios rápidos que se producen en
el potencial de membrana de las células excitables y tiene la propiedad de extenderse
por toda la superficie celular.
6
Cuando las células nerviosas o musculares son excitadas, el potencial de membrana
o reposo sufre una alteración rápida, la cual dura una pequeña fracción de segundo,
para regresar de inmediato a su valor de reposo.
El potencial de acción se presenta en dos etapas separadas que se denominan
despolarización y re polarización.
a) Despolarización.
Cuando la célula es excitada la permeabilidad de la membrana para los iones Na+
aumenta bruscamente, de esta manera, muchos iones Na+ penetran en el interior
de la fibra llevando consigo suficientes cargas positivas para causar la
desaparición total del potencial normal de reposo.
b) Repolarización.
Casi inmediatamente se produce la despolarización. Los poros de la membrana
vuelven a ser impermeables a los iones de Na+ y se eleva bruscamente la
permeabilidad de la membrana a los iones K+. Esto provoca el movimiento de
cargas positivas desde el interior de la membrana al exterior, lo que restaura la
carga negativa en el interior de la misma.
7
Fuente: http://mural.uv.es/monavi/disco/primero/fisio/Tema12.pdf.
Fases de potencial de acción.24/04/11
Figura 2. Potencial de acción
6.2 FISIOLOGIA DE LA MUSCULATURA DEL CUERPO HUMANO
6.2.1 Los músculos.
El sistema muscular está compuesto por dos importantes estructuras, los músculos y
los tendones. Entre otras funciones, el sistema muscular hace posible el
desplazamiento del cuerpo, protege a los órganos internos y permite la movilidad de
las vísceras. Junto con los sistemas óseos, articular y nervioso, el sistema muscular
forma parte del sistema locomotor.
Todo músculo está formado por haces de fibras. Cada fibra constituye una célula
muscular rodeada por tejido conectivo, cuya propiedad más destacada es la
contractilidad. Gracias a la facultad de contraerse, producto de una orden emitida por
el sistema nervioso de cada fibra muscular, los músculos se acortan y tiran de los
huesos o tensan los órganos de los que forman parte y, acabado el trabajo,
recuperan su posición de reposo.
6.2.2 Funciones del músculo
A continuación se enumeran las funciones de los músculos:
Produce movimiento.
Generan energía mecánica por la transformación de la energía química.
Da estabilidad articular.
Sirve como protección.
Mantenimiento de la postura.
Es el sentido de la postura o posición en el espacio, gracias a terminaciones
nerviosas incluidas en el tejido muscular.
8
Información del estado fisiológico del cuerpo, por ejemplo un cólico renal
provoca contracciones fuertes del músculo liso generando un fuerte dolor, signo del
propio cólico.
Aporte de calor, por su abundante irrigación, por la fricción y por el consumo de
energía.
Estimulante de los vasos linfáticos y sanguíneos. Por ejemplo, la contracción de
los músculos de la pierna bombean ayudando a la sangre venosa y la linfa a que
se dirijan en contra de la gravedad durante la marcha.
El músculo es el órgano de mayor adaptabilidad. Se modifica más que ningún otro
órgano tanto su contenido como su forma, de una atrofia severa puede volver a
reforzarse en poco tiempo, gracias al entrenamiento, al igual que con el desuso se
atrofia conduciendo al músculo a una disminución de tamaño, fuerza, incluso
reducción de la cantidad de orgánulos celulares.
6.2.3 Patologías musculares
Las enfermedades y trastornos de la musculatura son variadas y de diversas
etiologías.
Atrofia por denervación, causadas por lesiones a las neuronas motoras del
hasta anterior de la médula espinal. Es transmitida por una genética autonómica
recesiva relacionado con delaciones en el cromosoma 15.
Distrofias musculares, un grupo heterogéneo de trastornos hereditarios que
cursan con debilidad y atrofia musculares, en algunos casos severos. Entre los más
frecuentes se encuentra la distrofia muscular de Duchenne, distrofia miotónica de
Steinert y la distrofia muscular de Becker.
Las miopatías inflamatorias incluyen la dermatomiositis acompañada por
erupciones en la piel y debilidad muscular y la polimiositis que parece se dé origen
autoinmune.
Miastenia grave, una enfermedad caracterizada por pérdida de los receptores
de acetilcolina frecuente en mujeres más que hombres.
9
Tumores, como el tumor desmoide o fibromatosis agresiva, el rabdomioma y el
maligno rabdomiosarcoma.
6.3. Formas del musculo humano
Existen tres clases de músculos muy diferentes por su función:
Los músculos lisos recubren los órganos huecos del cuerpo, como todo el tubo
digestivo y los vasos sanguíneos. Realizan su función independientemente de
nuestra voluntad, por lo que también se llaman involuntarios
Los músculos esqueléticos son los que están unidos a los huesos. Sus
movimientos son rápidos y voluntarios. Son, junto al sistema esquelético, los que
forman parte del aparato locomotor, y los que realizan el movimiento del esqueleto.
Los músculos cardíacos forman parte del corazón (miocardio). Su contracción
es rápida e involuntaria.
Figura 3. Forma de los músculos
10
Fuente: http://www.kalipedia.com/ciencias-vida/tema/relacion-coordinacion/clases-
musculos. Tipos de músculos 10/09/2011
6.2.4 Fisiología de la contracción muscular
Los músculos están accionados por nervios motores que regulan la contracción
voluntaria y nervios sensitivos que informan al cerebro del estado e intensidad de la
contracción. En el músculo esquelético, la contracción y la relajación se producen
rápidamente, no así el músculo liso que lo hace más lentamente. Después de un
estímulo se observan en el músculo tres periodos diferentes que son:
Latencia que es el espacio comprendido entre la excitación y el principio de la
contracción.
Contracción en el que las fibras musculares se acortan.
Relajación en el que las fibras tienden a regresar a su posición inicial.
La contracción muscular depende directamente en su intensidad, de la fuerza,
velocidad de aplicación y duración del estímulo, así como la fuerza de oponente a la
contracción y la temperatura.
A la contracción del músculo corresponde un cambio de forma, seguido de una serie
de reacciones químicas donde se absorben ciertos elementos necesarios y se
eliminan los productos de desecho. En dicha función, el tejido muscular, tiene la
capacidad de conservar cierto grado de contracción sin fatigarse, de uno o un grupo
de músculos, propiedad que recibe el nombre de tono muscular, que se presenta por
impulsos nerviosos pequeños y permanentes. Podemos observar esta acción, al
mantener nuestra postura erecta o cuando entrecerramos la mano.
El tono muscular disminuye durante el sueño permitiendo la firmeza de los tejidos en
el organismo. La ausencia de fatiga es debida a que los estímulos nerviosos sólo
excitan a una parte de las fibras de un músculo, mientras las otras descansan. El tono
11
muscular se puede alterar cuando se presentan fracturas de huesos, presencia de
dolor, la lesión de un nervio motor, etc.
La contracción muscular se acompaña de reacciones químicas complejas, en las
cuales intervienen iones de Ca, K, Na y Cl, producidas por la liberación de energía a
partir de la destrucción de la molécula de ATP. Otras reacciones químicas producen
la energía para que el ATP se forme nuevamente.
Uno de los productos de las reacciones químicas que se generan durante la
contracción muscular es el ácido láctico, el que en presencia de dióxido de carbono y
ante estímulos repetidos, origina una contracción muscular más débil
progresivamente hasta llegar a no obtenerse respuesta, provocando la fatiga
muscular y puede llegar a la tetanización (calambre). Un ejemplo claro, es cuando
realizamos demasiado ejercicio cuando no se está acostumbrado a hacerlo.
Cada músculo esquelético está constituido por fibras musculares -células largas,
multinucleadas- unidas por tejido conectivo. Cada fibra está rodeada por una
membrana celular externa, el sarcolema. Cada célula muscular contiene entre 1.000 y
2.000 filamentos pequeños, las miofibrillas, que corren paralelas a la longitud de la
célula. Cada miofibrilla está
rodeada por un retículo
endoplasmático especializado, el
retículo sarcoplasmático, y es
atravesado por túbulos
transversales -el sistema T- que
están formados por una
invaginación del sarcolema.
Las miofibrillas están constituidas
por unidades llamadas
sarcómeros, que consisten en
12
filamentos delgados y gruesos alternados. La contracción ocurre cuando los
filamentos se deslizan unos sobre otros.
La contracción muscular es el proceso fisiológico por el que los músculos realizan la
fuerza para desplazar el contenido de la cavidad a la que recubren (músculo liso) o
mueven el organismo a través del medio o a otros objetos (músculo estriado).
El músculo estriado puede estar en estado de relajación o de contracción. En estado
de relajación, al observar el sarcómero, los extremos de los filamentos de actina en la
zona A, apenas se superponen entre sí, mientras que se superponen casi al completo
a los filamentos de miosina.
En el estado de contracción, los filamentos de actina, se han desplazado sobre los
filamentos de miosina y sobre ellos mismos, de tal manera que se entrelazan entre sí
en mayor extensión, ocupando mayor espacio de la zona A. Por lo tanto, la
contracción muscular es un mecanismo de deslizamiento de filamentos.
2.3.1 Contracción muscular
Cuando se produce el acortamiento de cada fibra muscular, las actinas de un
sarcómero se acercan a las actinas del otro sarcómero, aproximando entre sí las
líneas Z. Esto ocurre siguiendo ciertos pasos:
a) En primer término, la miosina se une al ATP formando un complejo estable
miosina-ATP.
b) Cuando llega el estímulo para la contracción, éste se transmite desde la membrana
plasmática receptora (sarcolema) al retículo endoplasmático liso (retículo
sarcoplasmático) el cuál libera Ca2+ acumulado en sus cisternas.
c) En presencia de Ca2+, el complejo miosina ATP se inestabiliza y se une a la
actina.
d) Posteriormente se produce la hidrólisis del ATP y la liberación de energía que se
emplea para desplazar la porción globular de la miosina, que a su vez desliza el
filamento de actina unido a ella, produciendo la contracción.
13
e) Para que se rompan los enlaces entre ambos filamentos es necesario un nuevo
gasto de energía. De esta manera la actina se separa y se restablece el complejo
miosina-ATP.
f) Si el Ca2+ se reincorpora a las cisternas del retículo sarcoplasmático, se produce la
relajación de la fibra muscular, si el Ca2+ persiste en el citoplasma recomienza el
proceso de contracción.
14
Figura 5. Contracción muscular
Fuente: http://pichonesdemedicina.blogspot.com/2010/03/tejido-muscular-y-contraccion-muscular.html Tejido Muscular Y Contracción
Muscular. 10/09/2011
6.4 ELECTROMIOGRAFIA
El electromiógrafo (EMG) es una maquinaria que realiza un examen neuromuscular
que consiste en la adquisición, registro y análisis de la actividad eléctrica generada
en nervios y músculos a través de la utilización de electrodos los mismos que en este
proyecto serán superficiales por su fácil obtención y ya que este es un medio no
invasivo resulta mas cómodo para el paciente.
La información del EMG refleja las fuerzas que son generadas por los músculos y la
temporización de los comandos motores. Además, puede usarse en el diagnóstico de
patologías que afectan al Sistema Nervioso Periférico, las alteraciones funcionales de
las raíces nerviosas, de los plexos y los troncos nerviosos periféricos, así como de
patologías del músculo y de la unión neuromuscular. La amplitud de las señales EMG
varía desde los μV hasta un bajo rango de mV (menor de 10mV). (Navarro, 2008)
La amplitud, y las propiedades de las señales EMG tanto en el dominio del tiempo
como en la frecuencia dependen de factores tales como:
El tiempo y la intensidad de la contracción muscular
La distancia entre el electrodo y la zona de actividad muscular
Las propiedades de la piel (por ejemplo el espesor de la piel y tejido adiposo)
Las propiedades del electrodo y el amplificador. (Ramírez, 2009)
La calidad de la señal EMG medida es usualmente descrita por la relación entre la
señal EMG medida y las contribuciones de ruido indeseadas por el ambiente. La meta
es maximizar la amplitud de la señal mientras se minimiza el ruido.
La contracción de fibras musculares genera actividad eléctrica que es medida por
electrodos fijados a la superficie de la piel próxima al grupo muscular. (Ramírez, 2009)
15
6.5. CARACTERÍSTICAS DEL INSTRUMENTO
Canales de señal de entrada 13
Pre Amplificado AD620 Ganancia = 8 dB
Filtrado Rechaza Banda
Filtrado Pasa Alto Fc = 65 Hz
Filtrado Pasa Bajo Fc = 35 Hz
Amplificación 1 Ganancia = 500 dB
Filtrado Pasa Bajos
Amplificación 2 Ganancia = 900 dB
6.6 DIAGRAMA DE BLOQUES DEL MÓDULO DE ELECTROMIOGRAFÍA
16
A continuación se da una breve descripción de los bloques que componen el
instrumento:
6.7. CARACTERISTICAS TECNICAS
6.7.1 ELECTRODOS
Se pueden obtener señales Electromiográficas para el estudio del movimiento utilizando
electrodos de superficie o intramusculares generalmente por pares (bipolares). La
amplitud y anchura de banda de la señal EMG no están determinada únicamente por las
fuentes electro fisiológicas y sus distancias hasta los electrodos, sino también por los
tipos y tamaños de electrodos utilizados y por el espaciamiento entre electrodos. Los
electrodos de superficie van unidos a la piel sobre el segmento muscular que se está
estudiando.
Los electrodos de superficie se utilizan para estudiar la actividad de todo el músculo
superficial.
17
PACIENTE ELECTRODOS
PRE-AMPLIFICACION
FILTRADORECHAZA BANDA
AMPLIFICACION 1
FILTRADO PASA BAJO
AMPLIFICACION 2SALIDA DE
DATOSOSCILOSCOPIO
El espaciamiento entre electrodos determina el volumen de registro o recepción del
tejido, resultando los espaciamientos más pequeños en registros más selectivos. Los
electrodos de superficie suelen ser de ranura, con pasta de electrodo llenando la
cavidad para conseguir más contacto con la piel y reducir la impedancia de los
electrodos.
Los electrodos comercializados pueden ser desechables, como los electrodos Electro
cardiográficos (ECG), o reutilizables con una protección de plástico y un cuello adhesivo
por ambos lados. Su diámetro va de 2 a 10 mm para la parte activa del electrodo. Los
electrodos de cloruro de plata-plata (Ag-Ag Cl) con pasta de cloruro se utilizan
invariablemente debido a sus propiedades de estabilidad y reducción del ruido.
Distancia Entre Electrodos
La normatividad define la distancia entre electrodos como “la distancia entre centros
de las áreas de conductividad de los electrodos”. Con respecto a la distancia entre
electrodos, la normatividad recomienda que:
“Los electrodos bipolares EMG de superficie tengan una distancia entre electrodos de
entre 20mm y 30mm.”
“Cuando los electrodos bipolares están siendo aplicados sobre músculos
relativamente pequeños, la distancia entre electrodos no debe superar 1/4 de la
longitud de la fibra muscular. De esta forma se evitan los efectos debidos a tendones y
terminaciones de
las fibras
musculares.”
Posición de
los
Electrodos
La señales
electromiográficas
18
dan una muestra de la actividad eléctrica en los músculos durante una contracción.
Sin embargo, estas señales están altamente relacionadas con la posición del electrodo
sobre el músculo de interés. Debido a esto, es necesario que la ubicación de los
electrodos sea consistente en sesiones consecutivas de estudio y sobre diferentes
pacientes. Para determinar la ubicación de los electrodos es recomendado utilizar la
normatividad correspondiente donde se encuentran sugerencias para la ubicación de
los electrodos sobre 27 zonas musculares distintas. El objetivo al ubicar los electrodos
es conseguir una ubicación estable donde se pueda obtener una buena señal
electromiografía. Los electrodos se pueden ubicar sobre la superficie de la piel de
manera longitudinal, o transversal.
Longitudinal
La recomendación es ubicar el electrodo bipolar en la zona media del músculo, esto
es, entre la terminación de la neurona motora que envía el impulso eléctrico al
músculo (aproximadamente línea media del músculo) y el tendón distal.
Transversal
La recomendación es ubicar el electrodo bipolar sobre la zona media del músculo, de
tal forma que la línea que une los electrodos, sea paralela con el eje longitudinal del
músculo.
6.7. 2 PRE AMPLIFICADO
La señal generada por una
gran unidad motora tiene
una amplitud de 0 volt (en
reposo, es decir, cuando no
existe contracción muscular)
y 250 µV durante la
19
contracción. Debido a que las señales mioeléctricas son de bajo valor, ruidos o
artefactos como el ruido ambiente o en mayor medida el ruido de línea (50Hz – 60Hz)
pueden provocar una falsa interpretación de los resultados.
Por lo tanto, el preamplificador necesita ser no solo sensible como para detectar y
amplificar las pequeñas señales sino que también debe discriminar los ruidos o
artefactos de manera de visualizar solo actividad Electromiográfica. Los amplificadores
diferenciales permiten rechazar gran parte del ruido externo. A su vez permite variar el
factor de amplificación con la modificación de un juego de resistencias.
6.7.3. FILTRADO RECHAZA BANDA
El filtro de rechazo de banda es un filtro electrónico que no permite el paso de señales
cuyas frecuencias se
encuentran
comprendidas entre las
frecuencias de corte
superior e inferior.
Pueden implementarse
de diversas formas.
Una de ellas consistirá
en dos filtros, uno paso bajo cuya frecuencia de corte sea la inferior del filtro elimina
banda y otro paso alto cuya frecuencia de corte sea la superior del filtro elimina banda.
Como ambos son sistemas lineales e invariantes, la respuesta en frecuencia de un filtro
banda eliminada se puede obtener como la suma de la respuesta paso bajo y la
respuesta paso alto (hay que tener en cuenta que ambas respuestas no deben estar
solapadas para que el filtro elimine la banda que interese suprimir), ello se implementará
mediante un sumador analógico, hecho habitualmente con un amplificador operacional.
20
Otra forma más sencilla, si bien presenta una
respuesta en frecuencia menos selectiva, sería
la de colocar lo que se conoce como "circuito
trampa". En efecto, si unimos las dos bornas (la
considerada activo y la considerada masa) con
un dipolo resonante LC serie o paralelo, la
respuesta global sería la de un filtro elimina
banda (el mínimo de la respuesta estaría en la
frecuencia de resonancia del dipolo resonante).
6.7.4 Amplificador de Instrumentacion AD620
Al implementar un amplificador de
instrumentación con componentes discretos,
es muy difícil encontrar componentes que sean
“del mismo valor” como es el caso de las
resistencias, o bien que el voltaje de offset sea
muy cercano a cero en el caso de los
amplificadores operacionales.
El amplificador de instrumentación de circuito
integrado es un circuito que está construido
internamente de manera muy similar al circuito
de la figura 9, sin embargo en la fabricación de este circuito los componentes
fueron diseñados para tener solo pequeñas variaciones, las cuales hacen que el
circuito funcione de manera adecuada en amplios rangos de ganancia y voltajes
de operación. Adicionalmente muchos de los amplificadores de instrumentación
durante su producción cuentan con un control de calidad donde se prueban las
características de operación de los amplificadores de instrumentación.
21
Un amplificador de alta relación costo/desempeño, es el amplificador AD62 del
cual se puede mencionar las siguientes características generales:
La ganancia de voltaje es de 1 a 10,000
La ganancia se coloca utilizando una sola resistencia
Opera con voltajes BIPOLARES de +- 2.3 a +- 18 volts
Disponible en empaquetado de 8 pines
Consumo de 1.3 mA
El desempeño en DC es excelente ya que solo tiene un máximo de 50 uV de
offset
Desvío máximo de 0.6 uV/°C
En AC tiene un ancho de banda de 120 Khz. con una ganancia de 100
(Ing. Reyes 2011-10-26)
6.7.5. Filtro Pasa bajos
Es un circuito que tiene un voltaje de salida constante desde corriente directa DC
hasta una frecuencia de corte (fc), conforme la frecuencia aumenta arriba de la fc, el
voltaje de salida se atenúa como se observa en la figura 11
Este filtro de banda plana (Butterworth de cuarto orden) tiene como función limitar las
señales de entrada de frecuencia mayor
a 40KHz.
Los filtros Butterworth también se
conocen como filtros de magnitud
máximamente plana, ya que la función
de transferencia se elige de tal forma
que la curva de la respuesta de
magnitud sea lo más plana posible
dentro de la banda de paso del filtro.
(Savant, 2011).
22
7. INGENIERIA DEL PROYECTO
7.1. ELECTRODOS
La medición se realizara a través de
electrodos de superficie, de esta
manera se registrará la actividad de un
grupo de fibras, se implementa una
configuración bipolar con el objetivo de
evitar señales eléctricas no deseadas.
Para la colocación de los electrodos de
registro y del electrodo de referencia
deben colocarse entre un punto motor y
la intersección del tendón, o entre dos
puntos motores y a lo largo de la línea
media longitudinal del musculo.
Para la adquisición de la señal se utiliza tres electrodos desechables, debido a su bajo
costo y a que se encuentra disponible en el mercado. La figura 2 muestra la posición
de los electrodos para este fin. (Vargas 2011)
23
7.2. PRE-AMPLIFICADO CON AD620
En esta primera etapa se decidió utilizar la configuración básica del circuito integrado
AD620 debido que posee una gran exactitud y requiere únicamente un resistor externo
(RG) para ajustar la ganancia entre 1 y 1000. El valor de dicha ganancia se puede
calcular como:
G=49.4 k ΩRg
+1
Para evitar amplificar demasiado ruido esta etapa tendrá una ganancia pequeña de 7
siendo esta la configuración básica del AD620 en Datasheet.
Rg=49.4 kΩ7−1
En la figura 12 se puede apreciar que la
señal de la actividad eléctrica del
musculo es casi nula debido al ruido
aun no filtrado, además si bien la señal
está amplificada, es aun de una cuanta
mili voltios. Además también se puede
observar que la línea base esta
desplazada.
Figura 13. Señal De Pre Amplificado
24
Fuente. (Gabriela Siles Hinojosa)
7.3. FILTRADO RECHAZA BANDA
El circuito implementado es un filtro rechaza banda el cual está conformado por un
filtro pasabajo y un pasa altos donde ambos tienen la misma entrada y se dirigen a un
sumador. Esta configuración fue elegida debido a su mayor precisión, tiene una mayor
complejidad en su desarrollo pero su eficacia en la eliminación de ruido es más
ventajosa que utilizando un pasa alto o pasa bajo por separado.
Para esta etapa se presentaron dos opciones, implementar los filtros tipo Butterworth o
filtros tipo Chevychev. Los filtros Butterworth no tienen rizo en la banda de paso y
atenúan la frecuencia no deseada fuera de esta banda. Los filtros Chevychev atenúan
las frecuencias indeseadas más efectivamente que los Butterworth, pero presentan un
rizo en la banda de paso. La configuración más efectiva que se diseño fue la de
Sallenkey la cual tiene como característica principal el de tener ganancia unitaria.
El esquema se muestra a continuación:
7.3.1. Filtro pasa alto activo
En esta etapa hicimos uso de una configuración Butterworth para así evitar el rizo
mencionado anteriormente:
25
Wc= 12πRC
Se tomó una frecuencia de corte de 16 Hz, para restablecer la línea base y con esta
frecuencia la resistencia de descarga del capacitor es baja de modo que nos da como
resultado picos. En la ecuación le damos valor al capacitor y calculamos la resistencia.
Teniendo como resultado:
Fc = 70 Hz, Fp = 156 Hz, Ap = -3dB, Ac = -20 dB
€ 1=√100.1∗3−1=1
€ 2=√100.1∗20−1=10
nB=log (€ 2/€ 1)log (fp / fc)
nB≅ 5R= 12 πCfp
Si C= 100nF entonces R = 102 KΩ ≅ 10 KΩ
R1= 10 KΩ /1.753 = 5.7 KΩ
R2= 10 KΩ / 1.354 = 7.4 KΩ
R3= 10 KΩ / 0.4214 = 23.7 KΩ
R1’= 10 KΩ / 3.235 = 3.1 KΩ
R2’= 10 KΩ / 0.3090 = 32.36 KΩ
Figura 14: Diseño realizado en Filter Pro con 3 etapas
26
Fuente: Propia
Figura 16: Diseño realizado en Filter Pro Graficas
27
Figura 15: Diseño realizado en Proteus con 2 etapas
Fuente: Propia
Fuente: Propia
7.3.2 Filtro pasa bajo activo
Se escogió para el circuito la configuración de filtro Butterworth. Debido a que era
necesario eliminar el ruido de 50 Hz producido por la fuente de alimentación.
Para el diseño de los filtros se utilizó el circuito integrado LM741 por su bajo costo, su
disponibilidad en el mercado y se tiene mayor conocimiento de sus características
comparado con cualquier otro amplificador.
Para el filtro de quinto orden se utilizó el procedimiento anterior, pero con los valores
de la tabla que corresponde al de orden 5.
Fc = 35 Hz, Fp = 16 Hz, Ap = -3dB , Ac = - 20 dB
€ 1=√100.1∗3−1=1
€ 2=√100.1∗20−1=10
28
nB=log (€ 2/€ 1)log (fp / fc)
nB≅ 5C= 12πRfp
Si R= 100KΩ entonces C = 99,4 nF ≅ 100nF
C1= 100nF * 1.753 = 175 nF
C2=100nF * 1.354 = 135 nF
C3=100nF * 0.4214 = 42 nF
C1=100nF * 3.235 = 323 nF
C2=100nF * 0.3090 = 30 nF
Figura 19: Diseño realizado en Filter Pro Graficas
29
Fuente: Propia
7.3.2. Amplificado
En el amplificado debemos tener un meticuloso cuidado con el ruido ya que es esto lo
que queremos eliminar y o así amplificar ,por esta razón la ganancia no debe ser
demasiada y así mantener limpia la señal . Los valores de las ganancias pueden ser
manejados mediante las siguientes ecuaciones:
Etapa Amplificado 1:
Rg1=49.4 kΩ500−1
Rg1=100Ω
Etapa Amplificado 2:
Rg2=49.4 kΩ900−1
Rg2=50Ω
Figura 20. Amplificación
30
Fuente. Elaboración propia
Figura 12. Señal después del último amplificado
Fuente. Gabriela Siles Hinojosa
8. METODOLOGIA
Realizar un diagnostico de la viabilidad y alcance del EMG.
Para este punto se realizara una investigación no experimental ya que no se
alteraran los datos obtenidos, será transversal ya que se realizara en un periodo
determinado de tiempo, será exploratoria y descriptiva, el método utilizado será
lógico y concreto utilizando una técnica de análisis de contenido y un enfoque
cualitativo.
Realizar una investigación sobre la actividad eléctrica en el cuerpo humano.
Para este punto se realizara una investigación no experimental, transversal en el
tiempo, siendo la misma exploratoria y descriptiva y usando un método lógico y
31
concreto con una técnica de análisis de contenido tomando un cuenta un enfoque
cualitativo y cuantitativo en cundo a los equipos se refiere.
Realizar una investigación de la estructura técnica de un electro miógrafo.
Este punto será realizado siguiendo una línea de investigación no experimental,
exploratoria y descriptiva, con un periodo de estudio transversal siendo el método
lógico y concreto de enfoque mixto y utilizando una técnica de análisis de contenido.
Diseñar el circuito de un electromiógrafo aplicando filtros, amplificadores y un
conversor analógico-digital.
El punto a tratar tomara una línea de investigación no experimental, ningún dato será
alterado ni durante ni después del desarrollo de la investigación, el periodo será
transversal con enfoque mixto y técnica de observación y análisis de datos
recopilados.
Implementar el EMG para que pueda mostrar las graficas correspondientes.
Para el punto final la investigación tomara un enfoque cuantitativo transversal con
análisis de datos siendo una investigación no experimental exploratoria de inducción.
9. CRONOGRAMA
ACTIVIDAD CRONOGRAMA : 3 MESES (Semanal)
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
Revision bibliográfica
Recolección de
Datos
Selección de datos
útiles
Realizar
investigación de la
32
actividad eléctrica del
cuerpo humano
Realizar una
investigación de la
estructura técnica de
un electromiógrafo
Diseñar el circuito del
EMGImplementar el EMG.
Realización de
pruebas para su
correcto
funcionamiento
Revisión del proyecto
por el tutor
Anillado y empastado
del proyecto
Defensa del perfil
10. BIBLIOGRAFIA
Facey, K., Bradbury ,I., Laking ,G.(2007) .Overview of the clinical effectiveness
of Electromiography .(2ª Ed.). Rutennberg,Canada: Kolloquial.
Gould ,MK.(2001). Accuracy of EMG. (3ª Ed.). Munich, Alemania: JAMA.
Barea, R.(2005). Tema #3: Electromiografia.( http://www.bionic.es/biopac.htm) .
Fecha de ingreso 14/08/2011
García,J.(2004). Universidad de Alcalá –Electromiografo (
http://www.depeca.uah.es/personal/barea/tesis/tesis_barea_pdf.zip) .Fecha de
ingreso 15/08/2011
Rivera, T.(2008).Apunte de la Facultad de Ciencias Humanas.
(
33
http://estaticos.elmundo.es/elmundosalud/documentos/2008/05/pet/pet.swf).Rec
uperado el 5 de agosto.
Teran, R. (2006. )Electromiografía Clínica San Silvestre.
(www.RadiologyInfo.org/sp/sitemap/modal-alias.cfm?modal ).Recuperado el 17
de agosto.
11. ANEXOS
Figura 1
Figura 2
34
Electromiografía función y aplicación
Figura 3
Circuito de electromiógrafo
Figura 4
Registro del electromiógrafo
Guía de Usuario
En el uso de este proyecto es necesario tener en cuenta dos puntos muy importantes: el
ruido y tierra externa.
A continuación se dan algunas recomendaciones para el buen desempeño del
dispositivo de electromiografía:
En una primera instancia se debe tener muy en cuenta la esterilización del lugar a
analizar del paciente. Se debe limpiar con sumo cuidado la región con un pedazo
de algodón mojado en alcohol y esperar que se evapore por completo, de
preferencia utiliza alcohol en gel.
35
En el paciente se debe reconocer bien el musculo para colocar los electrodos en
la zona media(electrodo positivo)y su inervación (electrodo negativo) también se
pondrá otro en cualquier otro musculo (en nuestro caso en la muneca)el cual
actuara como referencia.
Conectar los electrodos al circuito.
Apoyar el brazo sobre una superficie firme y plana para evitar los movimientos que
pueden causar roces y provocar ruidos.
Verificar que cerca del dispositivo no existan maquinarias u objetos que puedan
emitir sonidos fuertes o que tengan campos magneticos asi también se debe
evitar el uso de estos durante el examen estos materiales pueden ser:
radios ,celulares ,relojes, pulseras metalicas ,aros muy grandes monedas, etc.
Si en algún caso existiera ruido y no se pueda visualizar ni diferencias las señales
también puede ser por tierra externa en este caso una solución es colocar un
cable en tierra y sostenerlo con la mano contraía al que se hace el examen .
Como este sistema trabaja con señales biológicas que pueden ser afectadas
por ruido ambiental, el uso del mismo debe estar limitado a ambientes aislados
y con el menor ruido posible.
Tanto el paciente como el profesional deben estar adecuadamente vestidos,
vale decir evitando ropa sintética o de lana que puedan causar estática o
chispear.
El análisis de las señales debe estar supervisada por un experto en el area para
dar un diagnostico eficaz y seguro.
36
