A N I C I D E M O R T C E L E A R A P S O T C E Y O R P 3 6 º N a c i n ó r t c e l E r e b a S b u l C
A N I C I D E M O R T C E L E A R A P S O T C E Y O R P 3 6 º N a c i n ó r t c e l E r e b a S b u l C
EDITORIAL
D
esde la aparición de la electrónica en la vida cotidiana, los técnicos han tratado de aplicarla en beneficio de la salud y de la investigación del cuerpo humano. Así, el diagnóstico por imágenes ha ido avanzando hasta convertirse en la actualidad en un método indispensable para el estudio y seguimiento de infinidad de tratamientos. Desfibriladores y marcapasos son instrumentos eléctricos (electrónicos) (electrónicos) indicados en diferentes tratamientos; tratamientos; los electrobisturís electrobisturís y los láser permiten cirugías con menores riesgos y equipos como tomógrafos, electrocardiógrafos o ultrasonidos entregan datos más que importantes para detectar diferentes anomalías en el cuerpo humano. Evidentemente, en el desarrollo de los equipos que hemos mencionado han participado técnicos e ingenieros en electrónica y en todo hospital o centro de salud que posea al menos uno de estos equipos debe haber un técnico que realice mantenimiento y, por ende, tiene que estar capacitado para entender su funcionamiento. Hace un tiempo fui invitado a dictar un seminario sobre la generación de imágenes que permiten realizar diagnósticos y tuve que “estudiar” diferentes temas relacionados con electrónica y medicina (biomedicina) para poder explicar diferentes fenómenos electroquímicos para que puedan comprenderse con facilidad; esto me ha dado “pie” como para que pueda reunir información y, con ayuda de especialistas, brindárselas a nuestros lectores. En Saber Electrónica, periódicamente publicamos artículos relacionados con la electromedicina pero ¿qué es en realidad la electromedicina? ¿qué estudia? ¿qué debe saber un técnico electrónico para poder dar servicio y mantenimiento a equipos electromédicos? ¿se pueden construir equipos con pocos recursos?. En este libro damos comienzo a una serie destinada a explicar conceptos elementales sobre electromedicina con los que trataremos de dar respuesta a éstas y otras preguntas que pueden formularse los interesados en este tema. Además, publicaremos proyectos completos de equipos, tratando de combinar el hecho de que sea de fácil construcción con la necesidad de tener prestaciones profesionales. Aquí explicamos explicamos qué es una tomografía, cómo deben ser los tomógrafos, en qué se basa el electrobisturí y cómo debe ser un equipo electrónico de estas características.
Hasta la próxima Ing Horacio D. Vallejo Proyectos para electromedicina / Horacio Vallejo Vallejo ... [et.al.] ; dirigido por Horacio Vallejo. - 1a ed. - Buenos Aires : Quark, 2009. 100 p. ; 28x20 cm. ISBN 978-987-623-201-2 1. Electrónica. I. Vallejo, Vallejo, Horacio II. Vallejo, Vallejo, Horacio, dir. CDD 621.3 Fecha de catalogación: 22/12/2009
SUMARIO ELECTROMEDICIONA. QUE ES Y CÓMO SE EMPLEA. EQ UI PO S D E D IA GN ÓS TI CO Y T RATA MI EN TO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .3
Director de la Colección Club SE
Ing. Horacio D. Vallejo
INTRODUCCIÓN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4 LA TOMOGRAFIÍA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4 TOMOGRAFÍA PET . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4 TOMOGRAFÍA AXIAL COMPUTADORIZADA (TAC) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .6 .6 ELECTRBISTURÍ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .7 DI AG RA MA S E N B LO QU ES D E U N E LE CT RO BI ST UR Í . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .1 3 MANTENIMIENTO Y PRECAUCIONES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .1 4 BIBLIOGRAFÍA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .1 4
Club Saber Electrónica es una publicación de Saber Internacional SA de CV de México México y Editorial Editorial Quark SRL de Argentina Argentina
IONIZADOR AMBIENTAL . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .1 5
Editor Responsable en Argentina y México:
TO CON FLY-BACK . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .1 7 UN I ONI ZA DOR PAR A EL AU TO DE TE CTO R D E I ON ES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .1 8 UN I ON IZ AD OR D E 10 ETAPAS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .2 0
Jefe de Redacción
Ing. Horacio D. Vallejo Autor de esta edición
Ing. Horacio D. Vallejo y Otros
Ing. Horacio D. Vallejo Administración Argentina:
Teresa C. Jara Administración México:
Patricia Rivero Rivero
ELECTROESTIMULACI ÓN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .2 1
Comercio Exterior Argentina:
LÍ MI TE D E EXCITACIÓN O “REBASE” . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .2 .2 3 CO RR IE NT ES R IT MA DA S Y O ND UL AD AS A P ER ÍO DO S L AR GO S . . . . . . . . . . . . . .2 4 CORRIENTE FARÁDICA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .2 4 ELECTRICIDAD Y MAGNETISMO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .2 6
Hilda Jara
ESTIMULADORES MUSCULARES. MASAJEADORES ELECTRÓNICOS . . . . . . . . .3 1
UN M AS AJ EA DO R D E M EJ OR ES P RE STA CI ON ES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .3 3 UN ESTIMULADOR PORTÁTIL . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .3 6 MASAJEADOR DIGITAL . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .3 8 BISTURÍ ELECTRÓNICO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4 1
PRINCIPIOS DE CIRUGÍA ESTÉTICA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4 1 DISECCIÓN ELÉCTRICA: UT IL IZ AC IÓ N D EL E FE CTO T ÉR MI CO E N CIRUGÍA ELÉCTRICA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4 2 ME DI C IN A D E L C OR AZ Ó N. ELECTROCARDIÓGRAFOS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4 9
EL ELECTROCARDIOGRAMA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4 9 LAS PRESIONES CARDÍACAS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .5 0 EL CARDIOESTIMULADOR . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .5 0 ELECTROCARDIOSCOPIO Y ELECTRCARDIÓGRAFO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .5 1 EL BIOFEEDBACK . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .5 1 EL ESTETOSCOPIO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .5 4 TA L . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .5 5 MONITOR FETA DISEÑO DE UN ELECTROCARDIÓGRAFO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .5 6 INTRODUCCIÓN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .5 6 EL S IS TE MA E LE CT RI CO D EL C OR AZ ÓN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .5 7 CÓ MO S E H AC E E L E LE CT RO CA RD IO GR AM A . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .5 8 NO CI ON ES D E A NATO MÍ A Y F IS IO LO GÍ A D EL C OR AZ ÓN . . . . . . . . . . . . . . . . . . .5 9 LA S B AS ES D EL D IS EÑ O . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .6 0 UN ELECTROCARDIÓGRAFO BÁSICO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .6 4 ES TE TOS CO PI O Y M ON ITO R F ETA L . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .6 5
LATIDOS CARDÍACOS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .6 6 ESQUEMA ELÉCTRICO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .6 6 CÓ MO N AC IÓ E L E ST ETO SC OP IO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .6 7 TA L . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .6 9 MONITOR FETA MAGNETO TOTERAPIA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .7 3
IMPULSOS DE MAGNETOTERAPIA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .7 4 CÓ MO C ON ST RU IR U N E QU IP O . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .7 9
Comercio Exterior México:
Margarita Rivero Rivero Director Club Saber Electrónica:
Luis Leguizamón Responsable de Atención al Lector:
Alejandro A. Vallejo Vallejo Coordinador Internacional
José María Nieves Publicidad
Argentina: 4301-8804 - México: 5839-5277 Staff
Víctor Ramón Rivero Rivero Ismael Cervantes de Anda Olga Vargas Liliana Vallejo Mariela Vallejo Fernando Ducach Ramon Miño Areas de Apoyo
Teresa Ducach Fernando Flores Claudio Gorgoretti Gorgoretti Paula Vidal Raúl Romero Internet: www.webelectronica.com. www.webelectronica.com.ar ar Web Manager: Luis Leguizamón Club Saber Electrónica Nº 63. Fecha de publicación: Mayo de 2010. Publicación mensual editada y publicada por Editorial Quark, Herrera 761 (1295) Capital Federal, Argentina (005411-43018804), en con junto con Saber Internacional SA de CV, Av. Moctezuma Nº 2, Col. Sta. Agueda, Ecatepec de Morelos, México (005255-58395277), con Certificado de Licitud del título (en trámite). Distribución en Argentina: Capital: Carlos Cancellaro e Hijos SH, Gutenberg 3258 - Cap. 4301-4942 - Interior: Distribuidora Bertrán S.A.C. Av. Av. Vélez Sársfield 1950 - Cap. – Distribución en Uruguay: Rodesol SACiudadela 1416 – Montevideo, 901-1184 – La Editorial no se responsabiliza por el contenido de las notas firmadas. Todos los productos o marcas que se mencionan son a los efectos de prestar un servicio al lector, y no entrañan responsabilidad de nuestra parte. Está prohibida la reproducción total o parcial del material contenido en esta revista, así como la industrialización y/o comercialización de los aparatos o ideas que aparecen en los mencionados textos, bajo pena de sanciones legales, salvo mediante autorización por escrito de la Editorial. Revista Club Saber Electrónica, ISSN: 1668-6004 1668-6004
BASES DE LA ELECTROMEDICINA
Electromedicina ¿Qué es y Cómo se Emplea? Equipos de Diagnóstico y Tratamiento Si nos atenemos a la definición dada en WIKIPEDIA; la “electromedicina” es la especialidad de las Ciencias de la Salud que estudia y analiza el cuidado de la Salud desde el punto de vista de la Tecnología Sanitaria. En otras palabras, consiste en la correcta planificación, aplicación y desarrollo de equipos y técnicas utilizadas en los exá - menes y tratamientos médicos, así como el control de calidad de los equipos empleados y el control y prevención de los riesgos asociados. En los países anglosajones esta especia - lidad se la conoce como Ingeniería Clínica, aunque las funciones y atribucio - nes de estos profesionales pueden variar de un país a otro. Ahotra bien, en base a lo dicho, yo prefie - ro decir que la Electromedicina o Ingenieria Clinica es la rama de la ciencia que se encarga del desarrollo, aplicación, mantenimiento y gestión de los equipos, instalaciones y accesorios médicos (PSANIs): Producto Sanitario Activo No Implantable. Los profesionales de la Electromedicina son Ingenieros Clínicos, Físicos y Técnicos en Electromedicina, especializados en solucionar y facilitar cualquier problema relacionado con tecnología electrónica en medicina, en todo su ciclo de vida: adquisi - ción, instalación / validación, mantenimien - to, uso y retirada al final de su vida útil. En este capítulo realizaremos una síntesis sobre los distintos equipos utilizados en electro - medicina, y daremos una introducción sobre los ele - mentos a tener en cuenta para su diseño electrónico y cons - trucción.
PROYECTOS PARA ELECTROMEDICINA Introducción
Como una breve introducción se puede decir que la “electromedicina” es la especialidad de las Ciencias de la Salud que estudia y analiza el cuidado de la Salud desde el punto de vista de la Tecnología Sanitaria con el aporte de Técnicos e Ingenieros en Electricidad y Electrónica. Esta asignatura o especialidad estudia la correcta planificación, aplicación y desarrollo de equipos y técnicas utilizadas para realizar estudios y tratamientos médicos, normaliza el control de calidad de los equipos empleados y evalúa el control y prevención de los riesgos asociados con el empleo de estos equipos en el cuerpo humano. Por todo esto, los profesionales de la Electromedicina son Ingenieros, Físicos, Técnicos y Profesionales de la Salud especializados en solucionar y facilitar cualquier problema relacionado con la tecnología eléctrica y electrónica aplicada a la medicina, desde su uso a su adquisición. Algunos de los equipos o especialidades asociadas a la electromedicina son: Tomografia Electrobisturí Desfibrilador Marcapasos Electrocardiograma Resonancia Magnética Electroencefalografía Ultrasonido Cirugías Láser Terapias Láser para diagnóstico Radioinmunoanálisis
La Tomografía
En medicina, la Tomografía es el procesado de imágenes de determinadas zonas del cuerpo
humano por secciones. El equipo que procesa estas imágenes se llama tomógrafo, mientras que la imagen producida es un tomograma. Este método no sólo se usa en medicina, sino que aporta excelentes resultados en arqueología, biología, geofísica, oceanografía, ciencia de los materiales y otras ciencias. En la mayoría de los casos se basa en un procedimiento matemático llamado reconstrucción tomográfica. Hay muchos tipos de tomografías aplicadas a la salud, pero se destacan las tomografías por emisión de positrones y la tomografía computada o computarizada. Una tomografía de varias secciones de un cuerpo es conocida como politomografía. Figura 1
Tomografía PET
La tomografía por emisión de positrones (PET: por las siglas en inglés de Positron Emission Tomography), figuras 1 y 2 es un tipo de procedimiento de medicina nuclear que mide la actividad metabólica de las células de los tejidos del cuerpo. La PET, es en realidad, una combinación de medicina nuclear y análisis bioquímico. Se utiliza principalmente en pacientes que tienen enfermedades del corazón o del cerebro y cáncer, la PET ayuda a visualizar los cambios bioquímicos que Figura 2 tienen lugar en el cuerpo, como el metabolismo (proceso por el cual las células transforman los alimentos en energía después de que han sido digeridos y absorbidos en la sangre) del músculo cardíaco. La Tomografía por Emisión de Positrones es una técnica no invasiva de diagnóstico e investigación por imagen capaz de medir la actividad metabólica de los diferentes tejidos del cuerpo humano, especialmente del sistema nervioso central. Al igual que el resto de téc-
BASES DE LA ELECTROMEDICINA nicas diagnósticas en Medicina Nuclear, la TEP se basa en detectar y analizar la distribución que adopta en el interior del cuerpo un radioisótopo administrado a través de una inyección. La diferencia entre este estudio y otros exámenes de medicina nuclear es que la PET detecta el metabolismo dentro de los tejidos corporales, mientras que otros tipos de exámenes de medicina nuclear detectan la cantidad de sustancia radioactiva acumulada en el tejido corporal en una zona determinada para evaluar la función del tejido. Esta técnica mide la producción de fotones gamma como resultado de la destrucción de un positrón. Para obtener una tomografía PET se inyecta una sustancia que se desea investigar unida a un isótopo que emite positrones (radionúclidos), y se evalúa el paso de la sustancia por la barrera hematoencefálica. Se toman imágenes en tiempo real observándose imágenes bidimensionales utilizando técnicas matemáticas de construcción de imágenes. Los radionúclidos que se emplean en las PET son sustancias químicas como la glucosa, el carbono o el oxígeno, que son utilizadas naturalmente por el órgano o tejido en cuestión durante el proceso metabólico. Se agrega una sustancia radioactiva a la sustancia química requerida para las pruebas específicas. Por ejemplo, en las PET cerebrales, se aplica una sustancia radioactiva a la glucosa (azúcar en la sangre) para crear un radionúclido denominado fluorodeoxiglucosa (FDG), ya que el cerebro utiliza glucosa para su metabolismo. La FDG se utiliza en gran medida en los estudios de PET. Pueden utilizarse otras sustancias para los estudios de PET, según el propósito del examen. Si se estudia el flujo de sangre y la perfusión de un órgano o tejido, el radionúclido puede ser un tipo de oxígeno, carbono, nitrógeno o galio radiactivo. La PET utiliza un dispositivo de exploración (una máquina con un gran hueco en el centro) que detecta los positrones (partículas subatómicas) emitidos por un
Figura 3 radionúclido en el órgano o tejido que se estudia. La figura 3 esquematiza el proceso de captura de la PET. La posibilidad de poder identificar, localizar y cuantificar el consumo de glucosa por las diferentes células del organismo, ofrece un arma de capital importancia al diagnóstico médico, puesto que muestra qué áreas del cuerpo tienen un metabolismo glucídico elevado. Un elevado consumo de glucosa es, precisamente, la característica primordial de los tejidos neoplásicos. De esta manera es factible localizar los focos de crecimiento celular anormal en todo el organismo ya que la TEP no evalúa la morfología de los tejidos, sino su metabolismo y, por ende, se puede detectar un crecimiento anormal de las células, tema que trata la oncología. El radionúclido se administra por vía intravenosa o se inhala como un gas. Luego, el escáner de la PET se mueve lentamente sobre la parte del cuerpo en estudio. La descomposición del radionúclido emite positrones. Durante la emisión de positrones se generan los rayos gama, que luego serán detectados por el escáner. Una computadora analiza los rayos gama y utiliza la información para crear un mapa de imagen del órgano o tejido en estudio. La cantidad de radionúclidos concentrados en el tejido afecta el brillo con el que aparece el tejido en la imagen e indica el nivel de funcionalidad del órgano o tejido. Se suelen emplear estos estudios para:
* Para detectar la propagación del cáncer a otras par - tes del cuerpo desde el sitio en que apareció original - mente y para evaluar la eficacia de un tratamiento contra este mal. También para ayudar a controlar y tratar el cán - cer de pulmón mediante la clasificación por etapas de las lesiones y el seguimiento del progreso de las lesiones después del tratamiento. * Para diagnosticar demencias (trastornos relaciona - dos con el deterioro de la función mental) como la enfer - medad de Alzheimer, así como otros trastornos neuroló - gicos como: Enfermedad de Parkinson (enfermedad pro -
PROYECTOS PARA ELECTROMEDICINA gresiva del sistema nervioso en la que se observa un leve temblor, debilidad muscular y un modo de caminar parti - cular), Enfermedad de Huntington (enfermedad heredita - ria del sistema nervioso que causa demencia progresiva, movimientos extraños involuntarios y una postura anor - mal), Epilepsia (trastorno cerebral que provoca convul - siones recurrentes), etc. * Para localizar la zona donde se realizará un proce - dimiento quirúrgico en el cerebro. * Para evaluar el cerebro después de un traumatismo y detectar hematomas (coágulos de sangre), hemorra - gias o perfusión (flujo de sangre y oxígeno) del tejido cerebral. * Para identificar y cuantificar lesiones pulmonares o masas detectadas en radiografías o TC de tórax. * Etc.
administrárselos). Por ello será necesario firmar un consentimiento escrito de aceptación de los posibles riesgos. Se recomienda acudir en ayunas, aunque no es estrictamente necesario. Se lo indicarán al darle la cita. Si el estudio es digestivo, procurar no comer alimentos que produzcan "gases" el día anterior, ni que contengan residuos. Al darle la cita le indicarán una lista de alimentos a evitar. La prueba la realiza un técnico en radiodiagnóstico y posteriormente un médico especialista en radiología es el encargado de interpretar las imágenes. Las TAC más comunes son: TAC abdominal TAC craneal TAC torácico TAC lumbosacro TAC de órbitas
La figura 4 muestra un tomógrafo PET típico.
Tomografía Axial Computarizada (TAC)
La tomografía axial computarizada (TAC) es una prueba de diagnóstico radiológica mediante la utilización de rayos X y procesamiento de las imágenes por ordenador. Mediante el ordenador se reconstruyen los planos atravesados por los rayos X. La imagen se construye midiendo la absorción de rayos X por el tejido atravesado. Al procesar las imágenes se pueden ver como cortes tridimensionales en un monitor de televisión o en una radiografía. Con este método se consiguen imágenes muy precisa del interior del organismo y de sus diferentes órganos, permitiendo diagnósticos muy precisos. Para obtener una TAC, el paciente permanece tumbado en una camilla, y ésta se desliza dentro del tubo que genera los rayos X, que gira alrededor del paciente. No causa dolor ni molestia alguna. Tampoco produce claustrofobia ni ruido como la RMN (resonancia magnética nuclear). El técnico de radiología permanece en comunicación con el paciente constantemente a través de un sistema de comunicación, indicándole los pasos a seguir. En algunas ocasiones es necesario el uso de contrastes radiológicos intravenosos u orales para ver la función de determinados órganos. Si es usted alérgico a estos productos, debe advertirlo previamente (aunque se lo preguntarán antes de
Para explicar el funcionamiento de esta técnica, digamos que el equipo emite un haz muy fino de rayos X. Este haz incide sobre el objeto que se estudia y parte de la radiación del haz lo atraviesa. La radiación que no ha sido absorbida por el objeto, en forma de espectro, es recogida por los detectores. Luego el emisor del haz, que tenía una orientación determinada (por ejemplo, estrictamente vertical a 90º) cambia su orientación (por ejemplo, haz oblicuo a 95º). Este espectro también es recogido por los detectores. La computadora “suma” las imágenes y las promedia. Luego, el emisor cambia su orientación (por ejemplo, a 100º de inclinación). Los detectores recogen este nuevo espectro, lo “suman” a los anteriores y “promedian” todos los datos. Esto se repite hasta que el tubo de rayos y los detectores den una vuelta completa, momento en el que se dispone de una imagen tomográfica definitiva y confiable. En la figura 5 se explica el procedimiento que permite la toma de una TAC. La parte “a” representa el resultado en imagen de una sola incidencia o proyección (vertical, a 90º). Se trata de una representación esquemática de un miembro, por ejemplo un muslo. El color negro representa una densidad elevada, la del hueso. El color Figura 4
BASES DE LA ELECTROMEDICINA Figura 5
gris representa una densidad media, los tejidos blandos (músculos). El hueso, aquí, deja una zona sombreada. Los músculos, una zona de penumbra. La parte “b” también representa el resultado en imagen de una sola incidencia o proyección, pero con un ángulo diferente (horizontal, a 180º). En la parte “c” se grafica qué hace la CPU con las dos imágenes. Aquí la zona de sombra ya está limitada al centro de la figura, pero la imagen presenta unos perfiles muy diferentes al objeto que se estudia (un cuadrado en vez de un círculo). En la parte “d” de la figura 5 la CPU dispone de datos de cuatro incidencias: 45º, 90º, 135º y 180º. Los perfiles de la imagen son octogonales, lo que la aproximan mucho más a los contornos circulares del objeto real. Una vez que ha sido reconstruido el primer corte, la mesa donde el objeto reposa avanza (o retrocede) una unidad de medida (hasta menos de un milímetro) y el ciclo vuelve a empezar. Así se obtiene un segundo corte (es decir, una segunda imagen tomográfica) que corresponde a un plano situado a una unidad de medida del corte anterior. A partir de todas esas imágenes transversales (axiales) la CPU reconstruye una imagen bidimensional que permite ver secciones de la pierna (o el objeto de estudio) desde cualquier ángulo. Los equipos modernos permiten incluso hacer reconstrucciones tridimensionales. Estas reconstrucciones son muy útiles en determinadas circunstancias, pero no se emplean en todos los estudios, como podría parecer. Esto es así debido a que el manejo de imágenes tridimensionales no deja de tener sus inconvenientes. Como casi todos los cuerpos son opacos, la interpo-
sición de casi cualquier cuerpo entre el observador y el objeto que se desea examinar hace que la visión de éste se vea obstaculizada. La representación de las imágenes tridimensionales sería inútil si no fuera posible lograr que cualquier tipo de densidad que se elija no se vea representada, con lo que determinados tejidos se comportan como transparentes. Aun así, para ver completamente un órgano determinado es necesario mirarlo desde diversos ángulos o hacer girar la imagen. Pero incluso entonces veríamos su superficie, no su interior. Para ver su interior debemos hacerlo a través de una imagen de corte asociada al volumen y aun así parte del interior no siempre sería visible. Por esa razón, en general, es más útil estudiar una a una todas las imágenes consecutivas de una secuencia de cortes que recurrir a reconstrucciones en bloque de volúmenes, aunque a primera vista sean más espectaculares.
Electrobisturí
La unidad electroquirúrgica, también conocida como electrobisturí o bisturí caliente es un equipo electrónico capaz de transformar la energía eléctrica en calor con el fin de coagular, cortar o eliminar tejido blando, eligiendo para esto corrientes que se desarrollan en frecuencias por encima de los 200.000Hz ya que éstas no interfieren con los procesos nerviosos y sólo producen calor. Está compuesta por una serie de unidades individuales que en conjunto conforman un circuito eléctrico: la corriente debe fluir desde un generador hasta un electrodo activo, a través del tejido, y volver al generador vía electrodo de dispersión inactivo. Al ser el electrobisturí un aparato eléctrico, su uso no está libre de complicaciones. El mayor peligro es la quemadura eléctrica. Este equipo consta de dos partes, una estéril y una no estéril. Lo estéril, sería el cable (partiendo desde el aparato) y el mango con la punta del electrobisturí. Lo que no es estéril es la plancha que va por debajo del paciente a la hora de utilizar el electrobisturí. Las puntas, de carga positiva, pueden ser de tipo: Cuchillo (la más utilizada), Aguja (para zonas de menor tamaño) o punta bola (para coagular mucosas). Algunas suelen ser de teflón para que el tejido no quede adherido
PROYECTOS PARA ELECTROMEDICINA al quemarse. El mango puede ser a pedal o puede tener botones para operar el electrobisturí. El botón amarillo, es el del corte. El botón azul, es el de coagulación. La plancha es de carga negativa. Puede ser de metal, plomo o autoadhesiva descartable. Se coloca cerca de donde se va a hacer la incisión antes de que se acomode al paciente en la camilla, quedando por debajo de él antes de preparar el campo operatorio. Hay que tomar precauciones con respecto a pacientes con marcapasos, prótesis, uniones metálicas, entre otros. En aplicaciones de odontología podemos encontrar dos tipos de instrumentos que se diferencian en la frecuencia portadora de su generador: Electrobisturís, con frecuencias hasta 3MHz y los Radiobisturís con frecuencias por encima de 3.5MHz. En cuanto a las funciones que realizan, existen pocas diferencias. Todos realizan electrosección pura y combinada, así como electrocoagulación. Algunos incluyen toma bipolar y/u otros fulguración. Todos garantizan potencias eficaces entre 50W y 100W e incluyen entre sus accesorios todo lo necesario para funcionar inmediatamente, a excepción de un juego de pinzas bipolares que es opcional. Tan sólo un accesorio delata claramente el tipo de equipo. El electrodo neutro, que en el caso del radio bisturí toma el nombre de antena. La antena se encuentra forrada por un material aislante que impide la conducción eléctrica a través de ella pero que sí permite la recepción y emisión electromagnética. Podemos afirmar que el funcionamiento del electrobisturí se basa en las tres siguientes afirmaciones:
Figura 6
doble espiral del ADN (figura 7) que identifica el “genoma humano” Si tuviéramos un átomo aislado podríamos identificar dos partes bien diferenciadas, el núcleo y la corteza. El núcleo está constituido por protones y neutrones y la corteza por electrones. Al núcleo se debe la identidad de la materia (Oro, Plata, Hidrógeno, etc.) y su ordenamiento en la Tabla Periódica de los Elementos (tabla que usamos en química), y a la corteza o “bandas” se deben sus propiedades químicas, eléctricas y magnéticas. La corteza del átomo está formada por electrones que giran en ciertas órbitas alrededor del núcleo. Estos pesan menos que la milésima parte de un protón aunque ambos La radiación electromagnética aparece siempre que tienen la misma carga y signos opuestos. Dado que la se produce una variación en la posición de los electrones masa de un neutrón es, aproximadamente igual, a la del de la materia. protón, no es difícil con un sistema planetario en miniatuLa radiación electromagnética es portadora de ener - gía. Figura 7 La circulación de corriente eléctrica variable, por lo tanto, permite la radiación de energía. Como es objeto de esta sección darle a nuestros lectores circuitos de equipos de electromedicina, creemos aconsejable realizar una breve introducción teórica que permita explicar el funcionamiento de un bisturí electrónico. Adoptando el modelo de Niels Bohrl (1913) podemos afirmar que la materia está compuesta por átomos con partículas mínimas elementales, el electrón, el protón y el neutrón que son a las que se deben todas sus propiedades. Estas partículas mínimas se agrupan siguiendo leyes, para formar estructuras más complejas, precisamente los átomos (figura 6). Los átomos se agrupan entre sí formando moléculas, que a su vez pueden agruparse en compuestos más complicados como, por ejemplo, la
BASES DE LA ELECTROMEDICINA Figura 8
ra, con un enorme núcleo en su centro y unos minúsculos satélites eléctricos orbitando a su alrededor (figura 8). Estos electrones no pueden ocupar, en el espacio del átomo, cualquier lugar; sino unos determinados por la propia naturaleza del mismo. A estos lugares se los llama estados permitidos, son llamados orbitales y provocan que cada elemento de la naturaleza tenga su propia "huella dactilar": el espectro atómico. Todo ello nos permite intuir que la energía de un electrón está cuantificada. De hecho la energía que posee un electrón se define con cuatro parámetros llamados "números cuánticos". Un átomo con orbitales vacíos presenta un desequilibrio eléctrico ya que tendrá cargas positivas en el núcleo y “vacíos” en las órbitas o bandas. Esto le crea una cierta avidez en captar electrones errantes o ajenos. Potencialmente tenderá a subsanarlo manteniendo siempre llenos, en orden creciente, los más próximos al núcleo. Estos son los de menor energía. Cuando aplicamos un impulso extra al electrón, éste tiende a ocupar órbitas más elevadas. Si esta energía es suficiente, puede incluso abandonar el volumen de influencia del átomo y salir de él. A una cierta distancia del núcleo los orbitales posibles de energía desaparecen y se habla de un "continuo" de energía. Las perturbaciones sufridas por los electrones son las causantes de las radiaciones electromagnéticas. Para explicar mejor este efecto, recuerde que los electrones son portadores de energía y además de girar alrededor del núcleo, lo hacen también alrededor de su propio eje, particularidad llamada espín y cuyas perturbaciones tienen mucha relación con las propiedades magnéticas de la materia.
Cuando un electrón pasa de un nivel de energía a otro lo hace absorbiendo o emitiendo una radiación electromagnética dada. Físicamente, para cambiar de nivel energético se acerca o aleja del núcleo, ocupando un lugar en otra banda u orbital. Usando los postulados introducidos por Einstein, a este paquete de energía radiada (quantum / cuanto de acción) lo llamaremos fotón. Esto quiere decir que si el electrón pasa de un nivel energético superior a otro inferior, se liberará energía en forma de fotón. Podemos imaginarnos pues, una radiación, como una sucesión de fotones emitidos en todas las direcciones (figura 9). Un fotón tiene como característica fundamental una energía y una frecuencia determinadas que están relacionadas por la conocida expresión E= hf, siendo, E, la energía del fotón; f, la frecuencia y h , la constante de Planck. Observemos que el fotón se emite, como energía discreta y única por un electrón, cuando salta de una energía mayor a una menor. Luego una radiación continua exige una emisión continua de fotones y por tanto un trasiego continuo de uno a otro nivel. La radiación electromagnética se produce a consecuencia de las perturbaciones sufridas por los electrones. Esta definición nos dice que si hacemos vibrar un átomo en su conjunto también se perturbarán los electrones y por tanto habrá emisión de fotones. Esta vibración radiaría fotones térmicos (calor) principalmente. Lo mismo es aplicable a una vibración, o rotación, molecular y a una macromolecular. Curiosamente las estructuras más complejas también tienen energías “cuánticas” características. Cuando un electrón se encuentra en un “continuo” es decir, que no posee una energía cuantificada, lo podemos someter a perturbaciones por medio de campos eléctricos y magnéticos provocados, haciendo que se desplaFigura 9
PROYECTOS PARA ELECTROMEDICINA cen a lo largo de un hilo conductor y, por lo tanto, provocando la emisión de radiación. Podemos afirmar que la radiación electromagnética es algo universal, común a todos los cuerpos radiantes y que se caracterizan por su energía fotónica, por su frecuencia y que siempre se produce por perturbaciones de carga, bien sea al desplazarla por un conductor, como en la corriente eléctrica, o por que salta de un nivel de energía a otro. En la figura 10 se puede observar el espectro de radiación electromagnética. La energía de los fotones de radiación se mide en e.v. (electrón-volt) que es una unidad, muy apropiada, para estas escalas de energía. Por otra parte la velocidad de transmisión de estas radiaciones es siempre la misma, 300.000 km/segundo, sin importar su frecuencia o energía (velocidad de la luz). Ahora bien, supongamos un material conductor de la electricidad por ejemplo, un cable de cobre. Si se lo pone en contacto por uno de sus extremos con una sustancia con avidez de electrones (defecto de electrones), y por el otro extremo, con una sustancia con exceso de electrones, se producirá entre los mismos una diferencia de potencial eléctrico (que se mide en volt). El extremo deficitario capturará electrones del metal, dejando sus átomos proximales desequilibrados. Estos, a su vez, capturarán electrones de sus vecinos, y así sucesivamente. El fenómeno es similar al de la difusión de la tinta en el agua, pero se produce a la velocidad de la luz. Estas capturas se van extendiendo hasta que se alcanza el otro extremo del cable. Allí, la sustancia con electrones en exceso cede algunos a los átomos desequilibrados que van apareciendo. El fenómeno es equivalente a considerar un flujo de electrones circulando de una a otra sustancia. A este flujo lo llamamos corriente eléctrica y se mide en ampere (A). Este proceso se repetirá hasta que las sustancias de los extremos alcancen un equilibrio relativo entre sí y la diferencia de potencial se anule. Las sustancias de que hablamos, bien pudieran ser las que constituyen una batería o una pila eléctrica común.
Figura 10
Como se sabe, la corriente eléctrica puede ser continua o alterna. La primera implica que el flujo de electrones va siempre en un mismo sentido, de un extremo al otro del conductor. Mientras que la corriente alterna implica un cambio de sentido del flujo, debido a un cambio de polaridad. La corriente continua puede ser, constante o variable. La constante produce campos magnéticos estáticos y por ello se utiliza para activación de electroimanes, electro válvulas, etc. La corriente continua constante no emite radiación alguna, sólo crea campos magnéticos estáticos en su entorno. La corriente continua variable y la alterna sí producen emisión de radiación. Vemos que estas conclusiones se corresponden perfectamente con lo visto sobre radiación: Una variación en la distribución electrónica radiará energía. Todas estas corrientes las podemos representar gráficamente, incluso cuando tienen formas de lo más complicadas. No obstante, se tienden a representar como ondas senoidales periódicas con el fin de facilitar la comprensión. Se puede demostrar matemáticamente que cualquier tipo de onda, de cualquier forma y amplitud se puede considerar como una suma de ondas senoidales
BASES DE LA ELECTROMEDICINA (series de Fourier). En la figura 11 se pueden ver representados dos de los parámetros característicos de una onda: longitud de onda y amplitud. Se ha elegido, la onda de vibración de una cuerda común, por ser un ejemplo muy intuitivo y didáctico, en donde se puede, de forma sencilla, ver las características de las ondas. Recordamos en este punto que las ondas tienen propiedades similares, sea cual sea su naturaleza. Los cuantos de vibración sonora son llamados fonones, por ejemplo. Volviendo a las corrientes eléctricas, sabemos que éstas se propagan por una sustancia en función de su resistencia. Por ser esta una propiedad de las sustancias que es fundamental para entender los principios de actuación del electrobisturí, vamos a extendernos un poco sobre ella. La resistencia eléctrica es la propiedad de una sustancia que tiene relación directa con la disponibilidad de electrones sueltos o con poca energía de unión al núcleo (región del continuo), en los átomos considerados y se mide en OHM. Si están muy equilibrados y en orbitales muy profundos (cercanos al núcleo), la resistencia a la captura puede ser tan grande que podríamos hablar de auténtico aislante eléctrico. Esta propiedad también tiene relación con la temperatura, o sea, con la vibración de los átomos y con las dimensiones de la sustancia. Si la sección de paso del flujo de electrones disminuye o la distancia a recorrer por los mismos aumenta, entonces la resistencia crece. Resumiendo, la resistencia de las sustancias puede ir de prácticamente desde cero ohm, llamados superconductores, a varios millones, llamados aislantes. El cuerpo humano, que es nuestro objetivo, tiene una resistencia equivalente entre 5.000 y 10.000 ohm (tomando dos electrodos entre las manos, con la piel seca), pero este valor baja de forma importante en los tejidos húmedos de la boca (100 a 500 ohm) y drásticamente cuando
Figura 11
hemos traspasado la piel; esto lo debemos de tener en cuenta siempre (figura 12). Aunque hemos hablado de aislantes no debemos de olvidar que hay diferencias de potencial para las que una sustancia deja de serlo. Incluso el aire, como sabemos puede convertirse en conductor cuando aplicamos miles de volt entre dos puntos cercanos (se produce un arco voltaico). Para hacer circular un flujo de electrones debemos emplear una cierta cantidad de energía. Por el principio de la conservación de la energía, esta energía no puede desaparecer. Efectivamente, así se comprobó: la energía eléctrica se convertía en calorífica. Esta conversión es, cuantitativamente igual, al producto de la resistencia por el cuadrado de la intensidad (ley de Joule). Este concepto es muy importante para explicar la actuación del bisturí eléctrico sobre los tejidos vivos. Las corrientes eléctricas y las diferencias de potencial desempeñan un papel vital en los sistemas nerviosos de los animales. La conducción de los impulsos nerviosos es fundamentalmente un proceso eléctrico, aunque el mecanismo de conducción es mucho más complejo que en las sustancias sencillas tales como los metales. A esta naturaleza de la transmisión del impulso se debe la gran sensibilidad del organismo a las corrientes eléctricas exteriores. Corrientes del orden de 0.1 amper, muy pequeñas para generar calentamientos importantes, interfieren con procesos nerviosos esenciales para funciones vitales tales como el latido cardíaco. Corrientes más pequeñas, del orden de 0.01 amper, producen acciones convulsivas en los músculos y mucho dolor. Con 0.02 amper (20 miliamper), por ejemplo, una persona no podría soltar un conductor y llegaría al shock. Vemos que grandes corrientes, pero también algunas tan pequeñas como 0.001 amper, pueden producir fibrilación ventricular. Aquí se ve la importancia de disponer, en la consulta médica, de una instalación eléctrica segura y fiable que tenga incorporadas las medidas de seguridad más adecuadas para esta especialidad. Los efectos de la corriente sobre las personas, es casi independiente de la frecuencia, hasta unos 1.000Hz, no importando si ésta es continua o alterna. Por debajo de este valor aparecen fenómenos térmicos, farádicos y electrolíticos, principalmente. Para frecuencias por encima de las 350kHz, las corrientes no interfieren apreciablemente con los procesos nerviosos y sólo producen calor. Podemos entender así, cómo y por qué, las corrientes elegidas para la electro cirugía, se desarrollan en frecuencias, por encima de los 500kHz (0.5MHz). A estas frecuencias la conducción eléctrica y la absorción orgánica de las ondas se hace más compleja. A medida que la frecuencia aumenta, la energía tiende a
PROYECTOS PARA ELECTROMEDICINA ser radiada. Así aparecen dos mecanismos de producción de calor: por efecto Joule, debido a la resistencia eléctrica, y por absorción de radiación electromagnética, debido a las estructuras moleculares. Un efecto y otro tomarán más relevancia a medida que vayamos aumentando la frecuencia. En electrocirugía los dos efectos son importantes y se emplean frecuencias hasta 1MHz. Para frecuencias entre 1MHz y 3MHz predomina el efecto electromagnético. En los llamados Radiobisturís, de 3.5MHz a 4MHz, sólo la componente radiada adquiere importancia. Visto todo lo anterior no es difícil deducir que si hacemos circular una corriente de gran frecuencia entre dos electrodos de, por ejemplo 100 centímetros cuadrados y colocados en buen contacto con la piel, y le damos la amplitud suficiente, se producirá una cierta cantidad de calor en la parte del organismo situada entre los mismos, debido a los efectos explicados. Supongamos que medimos la potencia eléctrica entregada, resultando ser de 70 watt (esa es la potencia que normalmente emite un ser humano en promedio en todo su cuerpo). Esto implica que una de las placas transferirá 70 watt en total o 0,7 watt por cada centímetro cuadrado (vea la figura 13). Esta densidad de energía, no es suficiente para comprometer los tejidos vivos pero si disminuimos la superficie de contacto a 1 mm cuadrado, por ejemplo, la densidad de energía subirá a 70/0.1 = 800 watt por centímetro cuadrado, lo que implica una cantidad importante. Esta energía es suficiente como para evaporar o volatilizar 1 gramo de agua de los tejidos en contacto por cada dos segundo de emisión de energía. Esto nos da idea de lo que ocurre:
Figura 12
Además, la temperatura de contacto y el vapor sobrecalentado producido, aseguran la esterilización del corte. Estamos ante, lo que en electrocirugía se llama, corte puro. Para obtener técnicamente estas condiciones, utilizaremos electrodos de contacto lo más cortantes y delgados posible; se genera una onda senoidal de alta frecuencia, por encima de 350kHz, llamada portadora, con una amplitud suficiente (alrededor de 1.000Vpp) para suministrar la energía que necesitamos. A esta onda se la llama: onda totalmente filtrada. Si el efecto que queremos obtener es el de coagular los tejidos en contacto, debemos rebajar el calor transmitido a los tejidos con el fin de que tan sólo hiervan en sus propios líquidos y formen coágulo rápidamente. Para dispersar la energía se usan electrodos de gran
Figura 13
superficie de contacto (bolas y cilindros) y se realizan ligeros toques sobre los tejidos. Si a la onda generada para el corte puro se la modula con una semionda parcial senoidal, aumentando ligeramente la amplitud, obtendremos los efectos deseados. En este caso estamos en lo que en electrocirugía se llama: coagulación. A esta onda se la llama: parcialmente rectificada. Si deseamos obtener efectos intermedios entre el corte y la coagulación emplea una modulación que no rebaje tanto el calor transmitido. Conseguimos así una hemostasia en el corte muy importante. A la onda la modularemos con una semionda completa senoidal, manteniendo los mismos parámetros que en el caso anterior. Estamos ante lo que en electrocirugía se llama corte combinado/ corte con coagulación. A esta onda se la conoce por completamente rectificada. Si lo que pretendemos es la destrucción superficial de En el corte electroquirúrgico evaporamos el agua de tejidos por deshidratación, también llamado desecación, los tejidos y sustancias en contacto, con tanta violencia podemos generar una modulación por onda amortiguada que, literalmente, las células explotan. y gran amplitud, más de 2.500V, capaz de ionizar el aire
BASES DE LA ELECTROMEDICINA y, por lo tanto, de crear arcos eléctricos entre el electrodo y los tejidos. Este se aproximará a la zona a tratar y sin llegar a tocarla (se debe evitar contacto prolongado para evitar crear agujeros en los tejidos). También podríamos obtener estos arcos de un generador eléctrico de chispas (spark gap generator). A esta técnica en electrocirugía se llama fulguración. La electrodesecación se pude obtener usando electrodos apropiados, y en los modos de coagulación eligiendo una potencia adecuada. Los aparatos que incluyen salida micro bipolar pueden realizar desecaciones sin chispas, lo que es ideal para ciertas aplicaciones (figura 14).
Diagrama en Bloques de un Electrobisturí
En la Figura 15 se puede ver un diagrama de bloques interno de este instrumento. La energía necesaria es tomada de la red eléctrica de 110V ó 220V y transformada Figura 14 por la Fuente de Alimentación interna. Este módulo se encarga de proveer energía a todos los demás bloques. El Oscilador de monopolar y entre terminales de pinza para la bipolar. RF se encarga de crear la onda portadora y el Oscilador Siguiendo normas, estos equipos deben avisar con señal de Coagulación, la señal moduladora. Estas dos ondas luminosa y acústica, la activación de los electrodos, con son mezcladas en el Modulador. Luego son ampliadas en el fin de advertir a los operadores cercanos y evitar así el Amplificador de Potencia, para salir según selección, accidentes. por la toma monopolar hacia el mango porta electrodos, También deben disponer de un circuito de desconeo la toma bipolar, hacia la pinza electro coaguladora. El xión de emisión en caso de placa neutra desconectada, circuito se cierra por la toma de neutro o antena para el con el fin de evitar quemaduras. En el caso de electrodo Figura 15
PROYECTOS PARA ELECTROMEDICINA tipo antena el problema se invierte, ya que aquí lo problemático es que se rompa el aislante y se produzcan con ello quemaduras de contacto.
Mantenimiento y Precauciones
Los modernos equipos de electro cirugía presentan un nivel de seguridad elevado. No obstante se recomienda a los usuarios que sigan detenidamente las instrucciones del fabricante para evitar males mayores. Una buena costumbre es hacer revisar el equipo todos los años por un técnico competente en la materia con emisión de informe escrito si procediera en donde se hiciera constar las potencias entregadas por el equipo, las derivas de corriente detectadas y el estado de electrodos. Un electroimg/bisturí es un instrumento quirúrgico y como tal debe tenerse ciertos cuidados con él. Al ser de funcionamiento eléctrico, debe prestarse especial atención a los accesorios, para así poder asegurar un funcionamiento fiable y seguro durante años. Estos equipos suelen durar mucho tiempo si se les trata adecuadamente. Se le debe mantener limpio con la aplicación de un trapo ligeramente húmedo y siempre haciéndolo tras desconectar el equipo de la red. Se debe procurar no someter a los cables a tensiones mecánicas innecesarias y observar el estado de los electrodos y la placa neutra. Esta última, tenga la forma que tenga (plana, cilíndrica, flexible, etc.), debe mantenerse limpia y sin restos de óxido para asegurar un buen contacto. Si el paciente presenta sudoración, podemos utilizar un gel conductor para mejorarlo. Si el electrodo neutro es de tipo antena debemos vigilar que no presente fisuras. Los electrodos tienden a ennegrecerse desde la primera intervención. No se deben de intentar
limpiar con materiales que rayen, ya que se destruiría los acabados que tienen de fábrica, acortando considerablemente su vida útil. Se limpiarán con el fin de eliminar restos de las intervenciones. Conviene que todos los accesorios sean esterilizades incluidos los cables. Se debe tener especial cuidado en actuar sobre pacientes portadores de marcapasos. El equipo podría interferir con los mismos. Retirar todo elemento metálico del paciente con el que se pueda interactuar: anillo, brazaletes, cadenas, reloj, etc. Evitar que el paciente esté en contacto con partes metálicas ligadas a tierra. Recordar que cuerpos metálicos presentes en la zona pueden condensar parte de la energía y calentarse sensiblemente. Se debe evitar el contacto prolongado del electrodo vivo con estos objetos. Se debe evitar que el cable del electrodo esté en contacto con el paciente o con otros conductores. Usar siempre la menor potencia que sea posible. Cuando el electrodo está activado no se debe poner en contacto directo con el neutro. Esto supondría un cortocircuito. Una vez activado el electrodo no perder mucho tiempo antes de aplicarlo al objetivo. !
Bibliografía:
Young H, Baum R, Cremerius U, et al.: Measurement of clinical and subclinical tumour response using [18F]fluorodeoxyglucose and positron emission tomography: review and 1999 EORTC recommendations. European Journal of Cancer, Vol. 35, Issue 13, 1999. http://es.wikipedia.org/wiki/Electromedicina Juan Chicón: http://www.geocities.com/madisonavenue/4364/bistur01.html www.deia.com/es
02) Ionizador
1/8/10
8:19 PM
Página 15
Por medio de capacitores y diodos, es posible construir circuitos multiplicadores de tensión y en Saber Electrónica hemos descripto muchos. En ba - se a los que vimos, describimos el montaje de un útil ionizador del aire ambiental, un aparato que emite al aire iones (partículas cargadas de electrici - dad) los cuales, según se ha comprobado, causan alivio a las personas con crisis de alergia, proble - mas del aparato respiratorio, y dolores debidos a quemaduras o fracturas. El aparato descripto es muy simple y usa componentes comunes.
E
studios realizados en diversas facultades de medicina y centros de investigación revelan que la presencia de iones en el aire, puede ser responsable por diversas alteraciones del comportamiento humano. Así, se ha demostrado que mientras los iones positivos (cuando existen en exceso) ocasionan irritación en las personas, principalmente los que tienen problemas del aparato respiratorio, dando inicio a las crisis, los iones negativos tienen un efecto contrario en la mayoría de las personas. Cuando están presentes en el aire en cantidad, estos iones impiden la manifestación de las crisis, haciendo que las personas "se sientan bien" e incluso en el caso de las personas con quemaduras o fracturas, puede hasta haber la disminución de eliminación de los dolores. Existen hospitales que emplean con éxito ionizadores del ambiente que, descargando cantidades controladas de iones negativos en las salas en que están los pacientes con quemaduras serias, producen alivio de los dolores. En el caso de la alergia a los polenes e incluso la llamada fiebre de heno, la presencia de iones reduce considerablemente las crisis de los pacientes, siendo por este motivo adoptados los procesos de ionización en los tratamientos de muchos países avanzados. Una pequeña prueba de lo que pueden hacer la ionización negativa y positiva con las personas puede
constatarse en la vida diaria. En los días calientes, poco antes de una tempestad, cuando predomina una ionización positiva en el aire, las personas tienden a sufrir dolores de cabeza o problemas de alergia. En algunas regiones, los vientos calientes y secos traen un cierto grado de ionización positiva que hace que las personas delicadas o con problemas alérgicos se sientan mal. La propia contaminación es responsable de núcleos que tienden a cargarse de electricidad positiva causando serios problemas. Las investigaciones que revelan las causas exactas del problema todavía están en curso, de modo que no existe una explicación definitiva. El hecho es que se constata que para muchas personas, la presencia de iones negativos resulta agradable y este efecto se puede lograr sin problemas con un simple generador de alta tensión. Los iones no ocasionan problemas, y pueden brindar alivio a muchos. Para obtener los iones (partículas cargadas eléctricamente) precisamos simplemente una fuente de alta tensión (más de 1000 Volt) y una aguja. Por el llamado "efecto de puntas" las cargas tienden a acumularse en las regiones de curvatura más acentuadas de un cuerpo, en este caso las puntas, y por el efecto de acumulación tienden a "escapar" ionizando el aire ambiental. No se debe confundir la ionización con la ozoniza-
02) Ionizador
1/8/10
8:19 PM
Página 16
PROYECTOS PARA E LECTROMEDICINA Figura 1
ción, que puede ocurrir también en casos como éste en que las cargas son acentuadas. Por el efecto de las
fuertes descargas eléctricas (arcos) el aire puede sufrir una reacción química que une 3 moléculas de oxígeno (02) formando dos moléculas de ozono (0 3). El ozono tiene propiedades bactericidas, pero su uso a nivel doméstico no es recomendable. En el caso de los ozonizadores de agua, por ejemplo, aunque está comprobada su acción bactericida, la misma debe ser controlada por el índice de ozonización, y esto normalmente no es encomendado a las autoridades sanitarias para su determinación, lo que hace que todos los tipos existentes en plaza sean altamente dudosos y hasta peligrosos para la salud. Basta decir que, tanto en relación a los ionizadores que simplemente generan una cierta cantidad de iones cargados negativamente como los ozonizadores que generan ozono (0 3), en los EE.UU. exis-
Figura 2
ten serias normas gubernamentales que exigen la especificación de su cantidad. En nuestro caso (ionizador del aire ambiental), no existe propiamente ninguna indicación de que los iones en exceso sean perjudiciales, y el aparato propuesto es demasiado débil para producir ese exceso. Así, en principio, no hay peligro en relación a su uso. Para obtener la tensión exigida para el efecto de puntas usamos un multiplicador que, con el uso de diodos y capacitores, puede elevar la tensión de pico de la red de 150V (110V) ó 310V (220V) a valores supeFigura 3
02) Ionizador
1/8/10
8:20 PM
Página 17
IONIZADOR (A RMONIZADOR) AMBIENTAL riores a 100V que aplicados en una Lista de Materiales del circuito Lista de Materiales del circuito aguja, generan los iones. de la figura 4 Los diodos son polarizados de de la figura 1 modo de que produzcan iones negativos y su difusión por el aire es es- D1 a D12 - 1N4007 ó BY127 - dio - D1 - 1N4007 - Diodo rectificador. Q1 - TIC 106D - Tiristor pontáneo. Por otro lado, como se dos de silicio trata de una fuente de bajísima co- F1 - fusible de 1A (optativo), se co - D2, D3, D4 - TV18 (un solo diodo). rriente, el peligro de "descarga" (pa- loca en serie con el cable de ali - L - Lámpara neón. mentación, no aparece en el circui - T1 - Fly-Back de TV BN. tada) es mínimo. R1 - 12k Por lo dicho, nuestro ionizador to ni en la placa. consiste simplemente de una caja C1 a C12 - 100nF a 470nF - capa - R2 - 82k R3 - 150k de alta tensión con un multiplicador citores de poliéster para 450V ó P1 - 4,7M (con este potencióme - 600V según la red local de tensión del tipo convencional. tro debe ajustar la frecuencia para En la figura 1 damos el circuito R1, R2, R3, R4, R5 - 1M (1/4W) completo del aparato. En la figura 2 X1 - alfiler o aguja de costura co - obtener una emisión óptima que puede comprobar con el medidor tenemos la placa de circuito impre- mún de iones publicado en esta edición). so. C1 - 5µF x 400V Los diodos pueden ser los Varios: 1N4007 ó BY127 tanto para la red Cable de alimentación, placa de cir - C2 - 220nF C3 - 1µF x 16V (debe reemplazarlo de 220V como para 110V, pues és- cuito impreso, caja para montaje, tos poseen una tensión inversa má- cables, estaño, soporte para fusi - por un resistor de 10k si no posee una emisión aceptable). xima del orden de 1.000V, lo que es ble, etc. bastante más que el doble del pico nizante, la misma Varios de tensión de la red exigido para el caso. Para los capacitores usamos los tipos de poliéster debe encender- Placas de circuito impreso, gabine - te para montaje, estaño, cables, se. con tensión de trabajo de 450V o más si la red es de Vea que no etc. 110V o de 600V o más si la red fuera de 220V. Valores entre 100nF y 470nF deben operar satisfactoriamente. c o n s e g u i r e m o s El fusible de 1A es para el caso de que cualquier medir la tensión en la salida con un multímetro común, componente entre en corto, ocasionando así exceso pues su resistencia interna representa una fuerte carga que reduce la tensión al momento de su conexión. Así, de corriente. con un multímetro obtenemos una lectura de una tenDebemos observar que el consumo de energía del aparato es extremadamente bajo, lo que permite que sión mucho menor que la real. Una vez comprobado el funcionamiento sólo resta sea mantenido enchufado durante largos intervalos, o instalar el aparato, dejando el alfiler en lugar ventilado hasta permanentemente. El electrodo de ionización es un simple alfiler. Debe de modo que los iones puedan circular por el medio quedar en posición libre que permita la difusión del ai- ambiente. Se puede tal vez percibir un ligero olor a ozono, re cargado. pues junto a la producción de iones tendremos la genePara verificar la salida de alta tensión debemos ración de una pequeña cantidad de ozono. usar una lámpara neón en serie con un resistor de 4M7 (vea la figura 3). Aproximando la lámpara a la punta ioFigura 4
Un Ionizador para el Auto con Fly-Back Un "armonizador ambiental" se podría alimentar con una tensión de 12V, lo que permitiría su uso en automóviles, con lo cual servirá para mantener relajada a la persona que maneja, con todos
02) Ionizador
1/8/10
8:20 PM
Página 18
PROYECTOS PARA E LECTROMEDICINA Figura 5
partir de un tiristor que entrega una señal al primario de un fly-back común de TV blanco y negro, para producir una alta tensión, capaz de generar iones en su secundario. Luego, un diodo de alta tensión del tipo TV18, enviará los iones positivos a masa, logrando que al aire sean expelidos iones negativos. En la figura 5 puede ver la placa de circuito impreso sugerida para este proyecto.
Detector de Iones
sus sentidos intactos, disminuyendo así la posibilidad de accidentes por imprudencias. El circuito eléctrico, que muestra la figura 4, opera con la red eléctrica, pero nada impide el agregado de un inversosr para que trabaje con 12V. Se trata de un oscilador de relajación construido a Figura 6
Se ha mencionado que las diferentes concen - traciones de iones en el ambiente influyen sobre nuestro sistema nervioso. Pero se debe tener en cuenta que no es lo mismo emitir iones positivos que negativos. Considerándolo, damos los lineamientos para el montaje de un detector de iones, que dará una idea de la concentración de estas partículas en el aire. Si la concentración de iones positivos en el ambiente fuera alta, podríamos sufrir dolores de cabeza, alergias, pesadez, etc. ¿Cómo saber si son los iones positivos la causa de algun malestar? Con el dispositivo que presentamos, es posible encontrar respuesta a esta pregunta, dado que con él se puede detectar la concentración de cargas, con lo cual corroboraríamos la idea de que sean el origen de nuestras dolencias. También se puede verificar la eficiencia de los ionizadores ambientales, uno de los cuales se describe en esta edición. Nuestro aparato es portátil y se alimenta con una tensión comprendida entre 9V y 12V, con un consumo de corriente del orden de los 500µA. El principo de funcionamiento de nuestro equipo
02) Ionizador
1/8/10
8:20 PM
Página 19
IONIZADOR (A RMONIZADOR) AMBIENTAL consiste en la detección de cargas eléctricas depositadas en un sensor, las que provocarán una pequeña corriente eléctrica en la base de un transistor. El circuito eléctrico de nuestro proyecto se muestra en la figura 6; ella se observa Figura 6 que en base de Q1 se coloca una plaquita sensora de metal aislada, que también puede ser un cable rígido aislado de unos 10 cm de largo o una argolla aislada. La corriente desarrollada en el sensor, modifica la polarización de Q1, lo cual hace que varíe su corriente de emisor, que a su vez se aplica a la base de un transistor darlington del tipo BC517 que la amplifica en unas 30.000 veces. De esta manera, la corriente amplificada, desarrolla una tensión en P2, por ser la Lista de Materiales del circuito resitencia de de la figura 6 carga de Q2. Con P1 se Q1 - BC548 - Transistor NPN de ajusta la corrien- uso general o equivalente. te de reposo del Q2 - BC517 - Transistor Darlington instrumento utili- NPN, ver texto. zado para efec- Sensor - ver texto. tuar las medicio- R1 - 10k nes, debiendo R2 - 1k2 ajustarse de P1 - potenciómetro de ajuste de modo que en "cero" de 10k, lineal. reposo la aguja C1 - 220µF x 12V - Capacitor elec - quede en el cen- trolítico tro de la escala. Para ello, se Varios debe conectar a Placas de circuito impreso, gabine - masa la base de te para montaje, estaño, cables, Q1 y efectura el etc. ajuste (de esta
manera, se simula que no hay cargas eléctricas en el ambiente). Así, también se podrá saber la polaridad de los iones capturados, dado que su orígen hará que la
Los Iones Negativos y La Salud Una atmósfera cargada, como la que nos agobia antes de una tormenta, nos hace sentirnos inquietos, con ahogos, muy desa sosegados y potencialmente agresivos, es el estrés electromag nético o electroestrés, causado por la gran carga eléctrica del aire, saturado de iones positivos. Pero después de la borrasca, gracias al efecto benéfico de la lluvia, los iones negativos , des cargan y refrescan la atmósfera permitiendo el relax y el des canso profundo. El ambiente interior de nuestras casas y de muchas oficinas, donde pasamos gran de nuestro tiempo, está saturado de iones positivos. Esto es producido por la contaminación ambiental , ordenadores y aparatos eléctricos. Esto es con frecuencia causa de problemas respiratorios como rinitis, asma y alergias, espe cialmente en las personas hipersensibles como los niños. La calidad del aire es una de las causas frecuentes del Síndrome del Edificio Enfermo, tan frecuente en los espacios interiores y muy electrificados. Este clima artificial, con la atmósfera vicia da y muy electrostática, es causa de fatiga y cefaleas y produce una sensación de agobio, pesadez y claustrofobia. Los aparatos ionizadores eliminan los problemas alérgicos, y facilitan las funciones respiratorias, al garantizar una alta cali dad del aire, con una atmósfera limpia y fresca, libre de partí culas (polvo, polen, agentes patógenos), como la que encontra mos a la orilla del mar o en el bosque. Este ambiente ionizado negativamente, facilita el relax físico y mental, mejora la memoria y la concentración, y ayuda a supe rar la ansiedad y la neurosis. Una atmósfera con iones negati vos mejora el entorno de trabajo y aumenta el rendimiento labo ral. La benéfica acción biológica de los iones negativos, llamados las vitaminas del aire, ha sido demostrada por múltiples investi gaciones científicas en biometeorología y los médicos, como los expertos en climatización, saben que un ambiente eléctrico equi librado es un factor de relax, salud y confort ambiental.
02) Ionizador
1/8/10
8:20 PM
Página 20
PROYECTOS PARA E LECTROMEDICINA momento por las resistencias R1-R2-R3, donde el conaguja del instrumento deflexione para uno u otro lado. Dicho de otra forma, se puede medir tanto la con- junto del circuito es conveniente barnizarlo con barniz centración de los iones como su polaridad. de alta tensión sobre todo en las etapas finales donde Se puede obtener una respuesta mejor del instru- se podrían generar corrientes de fuga en ambientes mento si colocamos cualquier transistor de efecto de húmedos. También se puede añadir un pequeño venticampo de usos generales en lugar de Q1. lador para permitir la recirculación del aire lo que conComo instrumento se utiliza un medidor de bobina lleva la mayor generación de iones. móvil que permita medir 10mA o 200mA a fondo de A estos circuitos comercialmente se le llaman de escala varias formas como pueden ser ionizadotes negativos, En la figura 7 se muestra la disposición de los com- ionizadotes positivos, ozonizadores, purificadores de ponentes en la placa de circuito impreso. aire, etc., donde los fabricantes les atribuyen propiedaSi no consigue el transistor BC517, puede sustituir- des terapéuticas de las cuales no está demasiado clara lo por dos BC548 conectados en configuración la certeza o fundamento científico. Que funcione de una u otra manera depende de la configuración de los Darlington. Para el montaje no son necesarias recomendacio- electrodos, por ejemplo la generación de ozono se nes especiales, solamente comentarles que el largo basa en el efecto corona para lo cual hay unas ampodel cable utilizado como sensor puede modificar la sen- llas especiales que se conectan en los electrodos. Estos generadores también se pueden construir a sibilidad del instrumento, razón por la cual es aconse jable el uso de una argolla metálica aislada de 2 a 3 cm partir de otras fuentes más complejas de generación de diámetro, para obtener mejores resultados. de alto voltaje por ejemplo con transformadores oscilados con el consiguiente encarecimiento del circuito y la dificultad de rectificar a partir de voltajes más eleUn Ionizador de 10 Etapas vados. ! El circuito está compuesto por un sistema rectificador / doblador de 10 etapas al que podemos llamar también sistema rectificador / multiplicador al conjunto. Para aumentar la tensión generada en los electrodos aumentaremos el número de etapas y para generar iones positivos invertiremos la disposición de los diodos 1N4007 ya que en este caso estamos generando iones negativos. Cada una de las etapas se compone de dos diodos y dos condensadores hasta un total de 10 etapas como hemos dicho, donde el número de etapas puede variarse según sea conveniente ya que para generar iones en unas condiciones mínimas sería necesario superar los 4.000 voltios DC entre electrodos, en este caso se supera ampliamente. La corriente de electrodos estará limitada en todo
ELECTROESTIMULACIÓN
El instrumental electrónico empleado en electrome - dicina es muy variado, desde un electrocardiógrafo hasta un desfibrilador, tenemos una amplia gama de aparatos. El equipo que describimos forma parte de este amplio grupo y puede ser empleado por médicos para tratar distintos tipos de afecciones, dado que las ondas electromagnéticas, al mejorar la "cinética enzimática", producen efectos analgé - sicos, antiedematosos, antiflogísticos, etc.
L
a medicina se distingue por el uso extenso de prefijos y palabras compuestas, tales como electroencefalograma, electrocardiograma, marcapasos,
2) Estimulación que persiste incluso después de cesar la aplicación.
etc. Los técnicos electrónicos que se dedican a la reparación de estos equipos deben estar acostumbrados a esta terminología aunque sus conceptos sobre medicina puedan ser escasos. Apuntando a esta premisa, vamos a describir un aparato que puede ser empleado por los médicos para aplicar terapias correctivas para determinadas afecciones. Sin embargo, cabe aclarar que este tratamiento no consiste en estimular alguna parte de nuestro organismo con una corriente eléctrica, sino que el principio de funcionamiento se basa en lo que las ondas electromagnéticas producen sobre las zonas afectadas. Como creemos que se trata de un tema delicado, vamos a dar una introducción teórica extensa, de acuerdo con la supervisión de profesionales médicos que gentilmente realizaron su aporte para aclarar conceptos. La utilización de varias técnicas, como la estimulación eléctrica funcional, electroanalgesia, estimulación terapéutica y estimulación diagnóstica. De acuerdo con el efecto de la estimulación eléctrica, podemos dividirla en:
La primera sólo se usa en electrodiagnósticos, mientras que la segunda incluye todas las técnicas de terapia. La estimulación externa requiere dos electrodos, llamados "activo" y "neutro". Este último tiene mayor tamaño. La forma física depende de la mejor adaptación al lugar de aplicación. Además de esto, utiliza sustancias conductoras, para transmitir la señal del electrodo al tejido tratado. Las formas de onda usadas en electroestimulación son muchas, entre las cuales podemos citar las senoidales, las rectangulares, con o sin componentes continuas, las exponenciales, etc. En cuanto a las frecuencias, está comprobado que las más bajas son las más dolorosas. En la práctica no se verifican diferencias notables entre las ondas cuadradas y las senoidales, por encima de 500Hz. Para evitar el cansancio de los músculos, se debe evitar aplicaciones persistentes (prolongadas). Se introducen, entonces, tiempos de descanso que nunca deben exceder los 50 milisegundos. Cuando la aplicación es pulsada, el ancho de los pulsos puede ser de 0,1 a 0,5 milisegundos y la velocidad de repetición está comprendida entre 20 y 40Hz.
1) Estimulación cuya duración no va más allá de la aplicación;
CORRIENTE GALVANICA: así se acostumbra lla-
PROYECTOS PARA ELECTROMEDICINA mar, en medicina, a la corriente cuya intensidad permanece constante. Nosotros la llamamos corriente continua. La corriente galvánica tiene tres propiedades principales que son: térmica, química y magnética. Estos tres efectos tienen su aplicación en el campo médico. Para aprovechar el efecto de calor se construyen hornos de madera, cuyo interior tiene lámparas eléctricas, pero del tipo antiguo, con un filamento de carbón (carbono) que rinde más calor. El efecto químico es usado para las ionizaciones, que veremos más adelante. El efecto magnético es aprovechado rodeando las extremidades del paciente con un cable flexible, que intensifica el magnetismo. En cuanto al efecto químico debemos aclarar que las soluciones electrolíticas son conductoras de corriente eléctrica. El agua pura es aislante. Sabemos por la teoría de Arrhenius que, al disolver una sal, un ácido o una base, las moléculas de estos compuestos se dividen en dos partes, con cargas eléctricas opuestas, que tienen el nombre de iones positivos e iones negativos. La figura 1 muestra una solución de sal común, donde el cloro es atraído por el ánodo, y el sodio por el cátodo o polo negativo.
IONIZACION: En la descomposición electrolítica, bajo el flujo de la corriente galvánica, los aniones (iones negativos) se dirigen al polo positivo (ánodo); los cationes (iones negativos) van al polo negativo (cátodo). Para introducir un anión o un catión en el organismo, se aplica en la superficie cutánea dos electrodos metálicos, envueltos en esponjas embebidas en una solución que contiene el ión a ser introducido. Los tejidos orgánicos, si bien más complejos que una solución electrolítica, son buenos conductores, debido al hecho de que están muy hidratados y que contienen una fuerte proporción de cloruro de sodio. Los iones introducidos así, con fines terapéuticos, no van más allá de las capas profundas de la dermis (piel), donde permanecen en forma de laguna, como reserva de defensas para el organismo. En la tabla 1 se resume el tipo de iones que pueden ser utilizados en el organismo con fines terapéuticos, cuál es la solución empleada para tal fin, su concentración, cuáles son las propiedades de la sustancia y para qué afecciones se indica.
Figura 1
vos que comprenden un transformador de entrada, reductor, y el correspondiente rectificador, la válvula diodo (antes llamada Kenotrón) o por rectificadores secos (hoy, diodos de silicio). Se conocen dos tipos de corrientes galvánica: las ondas rectangulares y las progresivas que no son constantes. Existen otras modalidades, pero no las mencionaremos por ahora. La corriente galvánica, continua y constante, no actúa sobre la motricidad de un músculo. Para que podamos usarla teniendo en vista las contracciones musculares, es necesario variar su intensidad bruscamente. Con esto tendremos una corriente galvánica rítmica en un solo sentido, como muestra la figura 2. La contracción muscular que la misma provoca es proporcional a la intensidad de la corriente. Cuando la fibra muscular es normal, se puede emplear esa corriente sin grandes inconvenientes, pero cuando el músculo está enfermo (con alguna anormalidad), las contracciones que provoca pueden ser muy bruscas. En estos casos, se usan corrientes onduladas, de caída suave y, por lo tanto, menos fatigantes para el músculo. Laquerriere introdujo tales corrientes en la electroterapia, empleando circuitos llamados "onduladores". Un equipo moderno deberá ser, por lo tanto, ritmador y ondulador. Esa corriente ondulada se consigue cargando un condensador (capacitor) a través de resistencias variables. Esta técnica fue perfeccionada por Lapicque, y tiene el nombre de "corrientes progresivas". Si descargamos un condensador (capacitor), previamente cargado a través de resistencias, el tiempo de descarga será proporcional a su capacidad. A su vez, cuando cargamos el capacitor, el mayor alarga-
GENERADOR DE GALVANICA: Así se llama la unidad que genera la corriente galvánica. Nosotros la llamamos "fuente de corriente continua". Las fuentes primarias de galvánica eran las pilas y los acumuladores, pero fueron prontamente sustituidos por dispositi-
Figura 2
ELECTROESTIMULACIÓN
IODO
Ioduro de potasio
SALICILATO Salicilato de sodio y litina LITIO
Cloruro de litio o salicilato de litina
CALCIO
Cloruro de calcio
ACONITINA
HISTAMINA
1%
–
Acción esclerosante y resolutiva, más local que general
Neuralgias, cicatrizaciones, esclerodermia, neuritis, parálisis, hipertrofia de la tiroides, etc.
1%
–
Acción analgésica y descongestionante
Reumatismos, infecciones musculares reflejas, acné, comezón.
1%
Acción eliminadora del ácido úrico
Reumatismo crónico, gota (ídem salicilato).
1%
+
Acción antiespasmódica, descongestionante, sedativa, resolutiva.
Síndrome irritación piramidal, dolores, reconstitución orgánica.
Nitrato de aconitina
1/4000
+
Acción muy enérgica contra neuralgias
Neuralgias, tic doloroso del rostro. Su empleo trae algunos peligros.
Biclorhidrato de histamina
1/2000 a 1/10.000
Acción muy irritante: sesiones cortas de 6 a 10 minutos.
Específica de los dolores reumáticos rebeldes.
Acción anestésica
Anestesia local de pequeñas cirugías superficiales.
COCAINA ESTOVAINA CARBAINA
5%
ZINC
Cloruro y sulfato de zinc
MAGNESIO
Sulfato o cloruro de magnesio
TALIO
Acetato de talio
+
Acción local antiséptica; hemostática, coagulante, resolutiva.
25 %
+
Acción preventiva sobre desarrollo de tumores.
1a2%
+
Indicaciones especiales.
–
Resolutiva
1%
Heridas extensas, úlceras crónicas, tracoma, ulceraciones de la córnea, sinusitis. Tratamiento de verrugas.
Cicatrices y callos. CLORO
Cloruro de sodio
COBRE
Seleniuro de cobre, sulfato de cobre
2% 15 a 20mA; 30'
(Utilizado para sensibilizar el cáncer uterino en vista de radioterapia).
TABLA 1
miento de la curva de carga será proporcional a la resistencia intercalada en el circuito. Con una resistencia fija, la duración de la corriente sólo dependerá de la capacidad. Si es variable, la duración dependerá de la capacidad y de la resistencia empleada. Asi disponemos de corrientes cuya progresividad puede ser variada. Observe en la figura 3 que la línea punteada muestra la variación producida al duplicar la resistencia. Por este método se puede dis-
poner de corrientes galvánicas progresivas, con una gama infinita de variaciones de tiempo.
Límite de Excitación o "Rebase": La variabilidad de la corriente progresiva nos permite producir una contracción muscular con intensidad mínima, que llamamos "rebase".
PROYECTOS PARA ELECTROMEDICINA Corrientes Ritmadas y Onduladas a Períodos Largos Es indudable el valor del uso de corrientes progresivas en las parálisis, ya sea para su electrodiagnóstico como para su terapia. También tenemos la técnica que emplea las ondas alternativas en períodos largos, para los músculos afectados de degeneración completa. La suavidad del declive de estas ondas no desgasta la fibra muscular y es una aplicación muy bien tolerada por los enfermos. En una contracción voluntaria normal, la curva es una línea progresiva ascendente hasta una horizontal, terminando con un descenso sensiblemente simétrico. El empleo, pues, de ondas alternativas de período grande, ritmadas y onduladas, evita las sacudidas bruscas, consiguiendo reproducir las condiciones normales de la excitación nerviosa. Las propiedades de las ondas alternativas, de períodos grandes, son: -Por su lentitud de cambio de estado, no afecta los músculos sino por el contrario, excita los músculos enfermos. -Permite contracciones espaciadas, sin desgastar al músculo. Las indicaciones más frecuentes son: parálisis, hemiplegia, trastornos circulatorios, resfríos y otras. Un instrumento para esas técnicas, muy popular en los hospitales, es el neurotrón.
Corriente Farádica Las corrientes farádicas son corrientes inducidas mediante un par de bobinas separadas una de la otra, una bobina primaria inductora y otra bobina secundaria inducida por las interrupciones, más o menos rápidas, de una corriente continua que circula por la bobina primaria. En los primeros tiempos de la electroterapia, ésta fue la corriente más usada. La famosa bobina farádica, que todavía puede encontrarse en algunas clínicas, posee algunas desventajas como, por ejemplo, su funcionamiento irregular, fragilidad y oscilaciones parásitas, que hoy no se toleran. Vinieron después las bobinas por descarga estática, o sea, por tubos gaseosos, con frecuencia regulable.
Características de la Corriente Farádica La corriente farádica puede ser representada por medio del gráfico de la figura 4. En el momento del cie-
Figura 3
Figura 4
rre del circuito se produce una pequeña onda negativa, y en el momento de la abertura, una onda positiva mucho más pronunciada, de corta duración. Esta onda inducida es precisamente la que se emplea en la práctica de la medicina. Su extrema brevedad la vuelve sensible solamente a los músculos, siendo su enérgica acción de contracción muy provechosa en gimnasia muscular. En la actualidad, se sustituyen las corrientes farádicas típicas por impulsos rectangulares de duración y frecuencia selectivas a voluntad. Los equipos modernos de fácil manejo, incluyen fuentes de corriente galvánica, farádica y galvanofarádica. Ahora bien, por la estimulación del sistema nervioso periférico, es posible obtener lo que se denomina popularmente "bloqueo del dolor". El aspecto teórico del problema tiene sus orígenes en trabajos muy antiguos de Lapicque y, más modernos, los modelos cibernéticos de los mecanismos de control en el nivel de la médula, desarrollados por R. Malzack y P. D. Wall, publicados en el volumen N° 150 de la revista SCIENCE, bajo el título de "Pain mechanism: a theory", en 1965. El trabajo citado, establece que existe un mecanismo primario de "señales" a nivel de médula, donde el fenómeno "dolor " entra en el organismo a través de las fibras sensoriales periféricas, que pueden ser denominadas genéricamente fibras "gruesas" (más de 9 micrones de diámetro) y fibras "delgadas" (menos de 9 micrones de diámetro). Las fibras gruesas tienen una capacidad de conducción muy elevada cuando se la compara con la
ELECTROESTIMULACIÓN Figura 5
velocidad de conducción de las fibras delgadas, ya que estos parámetros parecen relacionados, proporcionalmente, con la raíz cuadrada del diámetro de las fibras (Mathematical Models of Excitation and Propagation in Nerve, Cap. 1, Biological Engineering, editora Mc Graw Hill Book pp. 1-83). La transmisión de informaciones o señales nocivas parece darse por las fibras delgadas, como en el caso del dolor. En la figura 5 tenemos un detalle de la médula y cómo las fibras gruesas y delgadas entran en el núcleo, que posee una sustancia gelatinosa (SG), y supuestamente se conectan sinápticamente con las células del referido núcleo. En estudios electrofisiológicos, varios investigadores se aproximaron a la solución, conocida hoy como" TNS", o sea, "transcutaneous nerve stimulations". Traducido en lenguaje simple, pero basada en
modelo cibernético, el TNS consistiría en crear una señal eléctrica, de frecuencia controlable, con polaridad y perfil inversos a la señal del dolor. Cuando los valores, idénticos pero opuestos, llegasen a ciertos parámetros, ocurriría el "bloqueo del dolor". Otro grupo de investigadores formuló otra teoría más compleja, asegurando que el TNS provocaría, en el cerebro, una estimulación mayor, para la generación amplia de "endorfina", que es una especie de morfina natural, producida por el cerebro para amortiguar o eliminar las señales de dolores. Con relación a la aplicación del TNS en el paciente, también existen dos escuelas diferentes. Hay un grupo que aboga por la colocación de electrodos en los pacientes, en la región de los nervios periféricos, y aplicación de impulsos eléctricos, con determinado perfil y de amplitud controlable. El aparato productor de estos impulsos es extremadamente compacto y de bajo costo, pudiendo ser usado por el paciente en el cinto, bolsillo, etc. Los electrodos serían colocados sobre la piel, en las regiones de pasaje de los nervios periféricos. El otro sistema es más sofisticado y fue, por primera vez, descripto por Jesús Galván Ruiz, ingeniero en telecomunicaciones, profesor de la E.T.S.I.T. de Barcelona y que forma parte de un equipo de bioingeniería en España. Su solución para aplicar pulsos eléctricos al paciente es, como dijimos, más elaborada y se
PROYECTOS PARA ELECTROMEDICINA constituye en un transmisor cuyo esquema completo aparece en la figura 6 (dato proveniente de MUNDO ELECTRONICO), y un receptor (figura 7) que deberá tener en la salida electrodos que serán implantados en la médula. Como podemos observar, se trata de una solución elaborada. Sin embargo, el proceso, correcto sin duda, tiene como factores negativos la implantación de los electrodos en la médula del paciente, con riesgos de rechazo, y la dependencia del paciente de estar al alcance del transmisor que emite las señales bloqueadoras. En un centro quirúrgico, donde existen bisturíes eléctricos, rayos X, etc., hay, también, el riesgo de interferencias de RF, que podrían ocasionar modificaciones de la señal. Presentamos entonces el circuito más sofisticado, pero con nuestra larga experiencia nos inclinamos por los bloqueadores individuales, transportados por el propio paciente. En la figura 8, presentamos el esquema de un estimulador TNS, que recientemente fue divulgado por la prensa.
Nota: RECOMENDAMOS A LOS TECNICOS QUE QUIERAN CONSTRUIR ESTOS APARATOS QUE NO INTENTEN HACER SU APLICACION EN SERES VIVOS SIN LA ASISTENCIA DE UN MEDICO ESPE - CIALISTA. Los circuitos electrónicos, aplicados a seres vivos, cuando no son correctamente supervisados, pueden causar lesiones irreversibles y hasta casos fatales.
Figura 8
Figura 7
Electricidad y Magnetismo La magnetoterapia, tal como veremos más adelante, no es peligrosa en modo alguno, por lo que puede emplearse tranquilamente para el tratamiento de niños y ancianos, con las únicas excepciones de aquellos individuos que parezcan trastornos cardíacos, de las personas que lleven marcapasos y de las mujeres embarazadas. En los años comprendidos entre 1940 y 1950, médicos y científicos de distintos países comenzaron una investigación sobre las ondas electromagnéticas, tras haber comprobado que muchos pacientes —afligidos por enfermedades crónicas y que habían sido tratados con distintos fármacos, sin experimentar mejoría alguna—, tras ser sometidos a la magnetoterapia durante algunas semanas, curaban inexplicablemente o en todo caso, lograban una clara mejoría de sus condiciones de salud. De esta forma se descubrió que estas ondas magnéticas actúan sobre todo el cuerpo, mejorando la cenética enzimática, produciendo además beneficiosos efectos antieematosos, antiflogísticos y antálgicos.
ELECTROESTIMULACIÓN Lista de Materiales del circuito de la figura 9
Figura 9
Figura 7
Q1 - 2N2905 - Transistor PNP. Q2, Q3 - 2N4427 - Transistores NPN. Q4 - 2N2222 - Transistor NPN. D1 a D6 - 1N4148 - Diodos de uso gral. D7 - Zener de 15V x 1W. CI-1 a CI-3 - CD4001 - Int. CMOS. CI-4 - CD4040 - Integrado CMOS. L1, L2 - 36 vueltas de alambre esmalt. de 0,4 mm de diám. con toma central sobre una forma de 0,8 cm de diám. (sobre núcleo toroidal para RF). CH - Choque de 10mHy. C1 - .1 - Cap. cerámico. C2 - 1µF x poliéster o electrolítico C3 - 8.2pF C4 - 1000pF C5 - 82pF C6 - 100pF C7, C13, C14, C19 - .1 - Cap. cerámico C8 - 1µF - poliéster o electrolítico C9 - 8.2pF C10, C17, C21 - 1000pF C11 - 100pF C12 - 82pF C15, C16 - 2200pF C18 - 470pF C20 - 47µF x 50V R1 - 1.2M R2 - 1K R3 - 100K R4 - 1K R5 - 27 R6 - 3.3K R7 - 10K R8 - 1.2M R9 - 1K R10 - 100K R11 - 1K R12 - 10K R13 - 3.3K R14 - 27 R15 - 4.7K R16 - 15K R17 - 10K R18 - 10K R19 - 1K R20 - 220 R21 - 560 Varios: Placa de circuito impreso, gabinete para montaje, electrodos para electro - magnetoterapia (se consiguen en casas de artículos para medicina), estaño, etc.
PROYECTOS PARA ELECTROMEDICINA
Figura 10
ELECTROESTIMULACIÓN Se observó que estas ondas aceleraban la regeneración de los tejidos óseos y de los tejidos de la piel, mejorando el estado de los sistemas nervioso, neurovegetativo y vascular, reduciendo la viscosidad de la sangre, incrementando su oxigenación y atenuendo los dolores, los estados inflamatorios y dando lugar, además, a una notable acción sedante. Las ondas electromagéticas tienen la ventaja de mantener sanas todas las células existentes en nuestros cuerpo, así como de regenerarlas. Como las células existentes en nuestro organismo se cuentan por millares, cada una de ellas dedicada a una tarea muy específica, tendremos que "recargarlas" todas y precisamente eso es lo que hace la magnetoterapia. Los científicos que han realizado investigaciones sobre dichas células, además de determinar el valor de su tensión, han comprobado también que cada una de ellas, si es excitada por una frencuencia bien determinada, se autorrecarga, al igual que, en electrónica, se puede recargar mediante un alimentador una batería de níquel-cadmio o la batería de un coche. Las frecuencias de recarga de estas células oscilan desde un mínimo de 27MHz hasta alcanzar un máximo de 250MHz. Hay células que sólo necesitan 27MHz para recargarse, otras necesitan 27,5MHz -28MHz29MHz, etc., mientras que otras sólo se recargan si reciben 200MHz o bien 245-250MHz. En la práctica, es como si en nuestro cuerpo existieran millares de receptores, sintonizado cada uno en una frecuencia apropiada para desarrollar una función específica. Por esta razón, para lograr los resultados, necesitamos un pequeño transmisor que sea capaz de generar impulsos de AF, que puedan cubrir toda la gama que nos interesa, partiendo de un mínimo de 27MHz hasta llegar a un máximo de 250MHz. De esta forma, todas las células de nuestro cuerpo resultarán excitadas y, de esta forma, las descargadas se recargarán, mientras que las que están a tope de carga, no necesitando energía complementaria, ignorarán estos estímulos de recarga. Sabiendo que cada célula, al ser excitada por su frecuencia de resonancia se recarga con mayor rapidez, sólo tenemos que realizar un oscilador de banda continua, capaz de generar una señal AF-VHF que cubra todas las frecuencias, desde un mínimo de 27MHz hasta un máximo de 250MHz. En la práctica, la frecuencia de impulsos más empleada es la de 160Hz, aunque los especialistas en magnetoterapia emplearán las técnicas apropiadas para cada caso. Los entendidos afirman que si se trata una enfermedad con una frecuencia de impulso distinta a la que se precisaría para su sanación, siempre obtendremos
un efecto terapéutico, sin ningún inconveniente. Como ya hemos mencionado, muchos médicos emplean siempre la frecuencia de 160Hz, aunque ellos mismos nos han confirmado que, para los dolores agudos, conviene comenzar con frecuencias elevadas, es decir: 640Hz, para luego bajar, en sucesivas aplicaciones, a 320-160Hz, mientras que, en el caso de enfermedades crónicas, es conveniente emplear frecuencias comprendidas entre los 40 y los 160Hz. El circuito eléctrico se muestra en la figura 9. La señal AF-VHF generada, para resultar eficaz, no debe ser continua sino de tipo impulsivo, es decir: la señal AF-VHF que cubre toda la gama comprendida entre los 27 y los 250MHz, dura 60µs aproximadamente, luego cesa y vuelve, tras una breve pausa, durante otros 60µs y así sucesivamente, durante todo el tiempo de empleo de esta terapia. Como no trabajamos con ondas senoidales, sino con otras mucho más complejas, es decir: ondas cuadradas moduladas tanto en frecuencia como en amplitud, en las salidas de los dos osciladores, encontraremos un número infinito de armónicos de gran potencia. Esta característica no está ligada a la banda pasante del transistor, que se refiere siempre y exclusivamente a un amplificador en régimen lineal; por consiguiente, un transistor con una frecuencia de corte de 100MHz, si trabaja con ondas cuadradas o distorsionadas, puede perfectamente generar armónicos hasta e incluso por encima de los 400 - 500MHz. De los dos osciladores AF-VHF existentes en esta magnetoterapia, uno quedará siempre conectado (ver TR4), mientras que el otro (TR3) se podrá conectar o excluir simplemente accionando el conmutador S2. Se incluyen dos diodos led de monitor (ver DLIDL2) para comprobar el funcionamiento correcto de los osciladores. En la salida de los dos osciladores TR3 y TR4, obtendremos, por medio de los condensadores C10 - C16, la señal de AV-HF, que luego rectificaremos con los diodos DS1-DS2 y DS6-DS5, con el fin de obtener una tensión continua para accionar los osciladores monoestables realizados con los Nor IC3/A, IC3/B e IC3/D-IC3/C. De esta forma, los dos diodos led destellarán a una frecuencia mínima de 1Hz (un impulso por segundo), cuando empleemos la frecuencia impulsiva más baja de 40Hz y de 12Hz (doce impulsos por segundo), al utilizar la frecuencia impulsiva de 640Hz. Para alimentar el circuito utilizaremos una fuente que provea 25V estabilizados, con una capacidad de corriente superior a 300mA. De esta manera, sólo resta recordarles que este equipo debe ser empleado por personal especializado. !
04) Estimuladores
1/8/10
8:25 PM
Página 31
Desde hace unos años, se ha difundido el uso de pequeños estimu - ladores electrónicos para el tratamiento de dolores musculares, contracturas y deficiencias en la piel. Además, estudios rea - lizados en investigaciones, han demostrado que los ani - males domésticos se reponen más fácilmente de enfermedades respiratorias cuando son tratados con estos instrumentos. En este capítulo, presen - tamos varios proyectos muy sencillos destinados a la producción de pequeños estímulos eléctricos para su uso en electromedicina. Si bien no consti - tuyen un riesgo, recomendamos usarlos con la asistencia de profesionales médicos.
P
resentamos varios circuitos que pueden usarse para estimular o masajear determinadas zonas de la piel por medio de pequeños pulsos eléctricos capaces de producir corrientes por nuestro organismo, mucho más bajas que las que podrían provocar algún tipo de lesión, pero suficientes para producir un estímulo. La idea es generar pulsos de media tensión durante intervalos reducidos, controlados en frecuencia para fortalecer los músculos, nervios y otras áreas determinadas de nuestro cuerpo. Reiteramos que estos aparatos deben ser empleados por personas idóneas en el área de la medicina.
Figura 1
El estímulo es realizado externamente, normalmente por medio de dos electrodos en forma de chapas que se colocan en la zona a ser tratada, tal como se muestra en la figura 1. En estos aparatos no debe utilizarse alimentación directamente de la red eléctrica, ya que podría no existir un límite en la aplicación de corriente, lo que ocasionaría daños físicos. Por otro lado, como las pilas no son capaces de suministrar tensiones elevadas, es necesario la aplicación de circuitos inversores que puedan vencer la resistencia de la piel para producir el requerido estímulo. Los circuitos inversores que se emplean, trabajan con corrientes muy pequeñas, evitando las des-
04) Estimuladores
1/8/10
8:25 PM
Página 32
PROYECTOS PARA ELECTROMEDICINA cargas bruscas en el usuario. Cabe aclarar que los proyectos que proponemos son muy sencillos y pueden ser utilizados para realizar experimentaciones con el objeto de acceder a circuitos más complejos que abordaremos en otras ediciones de Saber Electrónica. El dispositivo propuesto permite ajustar la tensión de los pulsos a ser aplicados, con lo cual variará la intensidad del estímulo. Se alimentan con pilas y permiten el ajuste de la frecuencia de los pulsos hasta algunas centenas de Hertz. La intensidad apropiada del estímulo se consigue con un ajuste externo. En general, todos los componentes empleados son fáciles de conseguir en el mercado, pero es conveniente que arme el proyecto de acuerdo a su disponibilidad. El principio de funcionamiento es bastante sencillo: en primer lugar es necesario elevar el nivel de tensión de las pilas, obteniendo pulsos de tensión alterna elevada. Para ello se emplea un transformador que opera con variaciones de corriente producidas por un conmutador comandado por un oscilador. El oscilador puede ser del tipo senoidal o RC, en el primer caso, luego de la generación de la señal, se deberá recortar los picos para obtener pulsos rectangulares. Una de las posibilidades consiste en armar un oscilador Hartley, donde el bobinado primario de un transformador actúa como carga del circuito oscilante, de forma tal que ofrezca una realimentación para mantener las oscilaciones. Es común emplear transformadores de poder para estos proyectos donde el bobinado a emplear como primario determina las características del oscilador. En la figura 2, se puede observar el proyecto propuesto, en el cual por medio de P1 se puede efectuar
un ajuste fino de Lista de Materiales del circuito de la la frecuencia de figura 2: actuación, logrando hacer Semiconductores: cambios más Q1 - TIP31C - transistor NPN de potencia notorios con la alteración de C2 Resistores: o C3. Es más, si R1 - 1k! P1 - 47k! se coloca una P2 - 10k! llave selectora en lugar de C2, Capacitores: con la posibilidad C1 - 100µF x 12V - electrolítico de intercalar C2 - 10nF - poliéster capacitores de C3 - 47nF - poliéster valores comprendidos entre Varios: 1nF y 100nF, se S1 - interruptor simple B1 - batería 9V puede manejar T1 - transformador 220V a 6V + 6V por una amplia gama 100mA de frecuencias. Placa de circuito impreso, disipador de calor, El circuito soporte para pilas, caja para montaje, perigenera señales llas para los potenciómetros, bornes para los con tensiones de electrodos, cables estaño, etc hasta 400V, con frecuencias que van desde algunos Hz hasta 5000Hz, aproximadamente, pudiendo alimentarse con una batería de 9V o con cuatro pilas comunes (6V). Se trata de un oscilador que emplea un transistor TIP31, en configuración base común, con un transformador de 220V a 6V + 6V por 500mA. El transistor debe estar dotado de un disipador de calor. El potenciómetro P2 permite ajustar la intensidad de los pulsos aplicados. Ambos potenciómetros pueden ser lineales o loga-
Figura 2
04) Estimuladores
1/8/10
8:25 PM
Página 33
ESTIMULADORES MUSCULARES
Figura 3
de P1 verificando cambios en la sensación percibida como consecuencia de la variación de frecuencia del oscilador. Esto es todo, comprobado el funcionamiento sólo basta con colocar los electrodos adecuados para ser puesto en práctica por una persona idónea. De más está decir que no se trata de un circuito profesional ni mucho menos. Una configuración más adecuada para uso profesional la hemos propuesto en Saber Electrónica Nº 88 edición Argentina y en futuras ediciones publicaremos una configuración digital de mejores prestaciones.
Un Masajeador de Mejores Prestaciones La idea es generar pulsos de media tensión durante intervalos reducidos, controlados en frecuencia para fortalecer los músculos, nervios y otras áreas determinadas de nuestro cuerpo. Reiteramos: “Estos aparatos deben ser empleados por personas idóneas en el área de la medicina”.
rítmicos, mientras que los capacitores C2 y C3 deben ser de poliéster. C1 es un capacitor electrolítico que puede ir en paralelo con otro capacitor de 1nF para evitar que la señal generada se dirija hacia la batería. Un agregado interesante consiste en la colocación de un Led en serie, con un resistor de 10000 ohm en paralelo con los extremos del potenciómetro P2. Este Led se encederá cada vez que haya una producción de pulsos, denotando así el funcionamiento del aparato. En la figura 4 se muestra el circuito impreso correspondiente al circuito de la figura 3. Note el agregado del Led indicador de funcionamiento. Para la prueba de funcionamiento basta con darle alimentación al circuito y mover el cursor de P2 para no tener pulsos en los bornes A y B. Deberá escucharse un leve zumbido en el transformador como consecuencia del funcionamiento del oscilador, si no es así, varíe la posición del cursor de P1 hasta que ello ocurra. Verificado el funcionamiento del oscilador, coloque dos cables en los terminales A y B con las puntas peladas. Sujete ambas puntas (sin que se toquen) con los dedos de una mano y mueva lentamente el cursor de P2 hasta sentir una sensación de cosquilleo en los dedos. Haga esta operación lentamente para no tener un choque brusco que provocaría una sensación desagradable. Cuando sienta un cosquilleo, actúe sobre el cursor
Como mencionamos, el estímulo es realizado externamente, normalmente por medio de dos electrodos en forma de chapas que se colocan en la zona a ser tratada. La cantidad de electrodos puede exceder a dos y el número depende del profesional que realice el tratamiento. En estos aparatos no debe utilizarse alimentación directamente de la red eléctrica, ya que podría no existir un límite en la aplicación de corriente, lo que ocasionaría daños físicos. Por otro lado, como las pilas no son capaces de suministrar tensiones elevadas, es necesario la aplicación de circuitos inversores que puedan vencer la resistencia de la piel para producir el requerido estímulo. Cabe aclarar que el circuito de este estimulador es muy sencillo y puede ser utilizado para realizar experimentaciones con el objeto de acceder a circuitos más complejos. El dispositivo propuesto permite ajustar la tensión de los pulsos a ser aplicados, con lo cual variará la intensidad del estímulo. Se alimenta desde la red eléctrica y permite el ajuste de la frecuencia de los pulsos hasta algunas centenas de hertz. La intensidad apropiada del estímulo se consigue con otro ajuste. En general, todos los componentes empleados son fáciles de conseguir en el mercado, pero es conveniente que arme el proyecto de acuerdo a su disponibilidad. Los electrodos a emplear puede ser cualquiera
04) Estimuladores
1/8/10
8:25 PM
Página 34
PROYECTOS PARA ELECTROMEDICINA
Figura 4
de los que se consiguen en el mercado, incluso puede realizar prueba con “botones” descartables de los que se emplean en electrocardiogramas, aunque lo ideal es utilizar electrodos donde la zona eléctrica sea del mismo tamaño de la zona a tratar. El principio de funcionamiento Figura 5 es bastante sencillo: en primer lugar es necesario acondicionar la tensión de la corriente eléctrica, obteniendo pulsos de tensión alterna elevada pero aislados de la red. Para ello se emplea un transformador que opera con variaciones de corriente producidas por un conmutador comandado por un oscilador. Es común emplear transformadores de poder para estos proyectos donde el bobinado a emplear como primario determina las características del oscilador. En la figura 4, se muestra el esquema eléctrico del masajeador de un solo canal, que es utilizado también por acupunturistas para estimular determinadas zonas asociadas a una dolencia o falencia física. Se trata de un dispositivo que permite un masaje continuo o temporizado y que posibilita variar la intensidad de los pulsos aplicados, la frecuencia y el ciclo de actividad. En este caso, la fuente de energía se construye a partir de la red eléctrica y no es necesario el uso de un transformador elevador, dado que se trabaja con un transistor de salida para altas tensiones del tipo BU208, como el mostrado en la figura 5. La temporización del masaje se consigue por medio de un 555 actuando como oscilador monoestable dis-
parado por un pulsador normal abierto; el tiempo puede ser variado si, en lugar de un resistor de 1M5 (R2), se colocara un potenciómetro de 2M5, tanto lineal como logarítmico. La señal a ser utilizada se consigue con un segundo 555, cuya frecuencia se varía a partir de un potenciómetro de 100k ! (VR1) y el ciclo de actividad por medio de otro 555, también en configuración astable. Note que en este circuito se pueden incluir Leds indicadores para saber cuándo el aparato está en funcionamiento, si se encuentra en tratamiento temporizado o continuo, etc. En la figura 6, se da una sugerencia de circuito impreso para el masajeador. Note que en este PCB el transistor BU208 se conecta fuera de él, es decir, debe conectarlo por medio de cables, utilizando el esquema de la figura 7 para guiarse. En la placa los potenciómetros también figuran como “pre-sets”; Ud. debe colocar los potenciómetros en el gabinete y conectarlos por medio de cables a la placa de circuito impreso. Si no quiere comprar electrodos, para realizar masajes pueden fabricarse electrodos circulares construidos con goma conductora con un diámetro de unos 5 cm. Los electrodos pueden ser uno o varios y cuando se conecten más de uno, deben estar en paralelo. Luego, estos terminales deben ser aplicados en las zonas a tratar. Reiteramos que, si bien el uso de estos masajeadores no entraña un gran riesgo para la salud, cuando son manejados por personas no idóneas pue-
04) Estimuladores
1/8/10
8:25 PM
Página 35
ESTIMULADORES MUSCULARES
Figura 6
den entorpecer algún tratamiento que se esté realizando en forma paralela. La fuente de alimentación sugerida se muestra en la figura 8. Note la inclusión de dos transformadores, uno de aislación y el otro con secundario de 12V. Para esta fuente no se provee la placa de circuito impreso porque su diseño es sencillo y hasta se puede armar en “araña”. La figura 9 muestra un tipo de electrodo comercial económico. Las puntas de salida del masajeador deberán tener
Figura 7
“botones” de conexión adecuados para “prender” facilmente a los conectores. Una vez armado el aparato, para verificar su funcionamiento toque los cables de salida con dos dedos de una mano, es decir, sujete las puntas donde debería colocar el electrodo (sin que se toquen) con los dedos de una mano, accione SW2 y mueva lentamente el cursor de VR3 hasta sentir una sensación de cosquilleo en los dedos. Aconsejamos tener SW1 en posición “directa” de modo que haya tensión a la salida siempre
04) Estimuladores
1/8/10
8:26 PM
Página 36
PROYECTOS PARA ELECTROMEDICINA
Figura 8
Lista de Materiales del circuito de la figura 4
VR1, VR2 - Potenciómetros de 100k lineales. VR3 - Potenciómetro de 50k lineal. IC1, IC2, IC3 - NE555, circuitos integra - R1 - 10k R2 - 1,5M (ver texto). dos temporizadores. R3 - 10k IC4 - Conector de salida para los elec - R4 - 22k trodos. R5 - 10k Q1 - BC548 - Transistor NPN de uso R6 - 47k general. Q2 - BU208 - Transistor de salida de alta R7 - 100k tensión (debe conectarse fuera de la pla - R8 - 4,7k R9 - 47k x 1W aca de circuito impreso, preferiblemente C1 - 10µF x 25V - Electrolítico. con un disipador de calor). que SW2 esté apretado y no actúe el temporizador IC1. Haga esta operación lentamente para no tener un choque brusco que provocaría una sensación desagradable. Cuando sienta un cosquilleo, actúe sobre el cursor tanto VR2 como de VR3, verificando cambios en la sensación percibida como consecuencia de la variación de frecuencia del oscilador. Esto es todo, comprobado el funcionamiento sólo basta con colocar los electrodos adecuados para ser puesto en práctica por una persona idónea. Por último, en la figura 10 se puede apreciar una vista de la placa ya armada.
C2 - 0,22nF - Poliéster o cerámico. C3, C4, C5, C6 - 0,1nF - Poliéster o cerámico. SW1 - Llave inversora simple. SW2 - Pulsador normal abierto. Varios: Placa de circuito impreso, gabinete para montaje, disipador para el tran - sistor de salida, fuente de alimenta - ción de 12V y 120V (ver figura 5), cables, perillas para los potenció - metros, etc.
Un Estimulador Portátil
Figura 9
El prototipo que describiremos se puede utilizar para efectuar masajes por medios eléctri - cos. Sirve, por ejemplo, para estimular plantas, ayudando a mejorar su crecimiento, o para aplicaciones en ensayos de laboratorio. Debe evitarse su uso para fines terapéuticos. Este sencillo aparato genera pequeños estimulos eléctricos que pueden ser utilizados para "masajear" zonas contracturadas o flácidas, así como también, para aliviar dolencias musculares y hasta experimentar con el creci-
04) Estimuladores
1/8/10
8:26 PM
Página 37
ESTIMULADORES MUSCULARES
Figura 10
miento de plantas o el desarrollo de animales domésticos. Este dispositivos puede ser alimentado con pilas o una pequeña fuente de alimentación, produciéndo picos de hasta 500V, pero con muy baja capacidad de corriente, incapaces de producir daños y/o traumatismos. Aun así, se recomienda no armar este aparato con fines terapéuticos o por personas que no son entendidas en la materia. En cada tratamiento, se debe ajustar la intensidad y frecuencia de los pulsos generados, razón por la cual deberán manipularlo personas idóneas. El circuito se muestra en la figura 11 y consiste en un circuito inversor, construido a partir de compuertas CMOS que entregan la señal generada a un transistor de efecto de campo de compuerta aislada. En realidad, Figura 11
se puede colocar cualquier transistor de efecto de campo, pero el IRF630, presentó un excelente desempeño. La primera compuerta del CD4093 funciona como un oscilador cuya frecuencia y ciclo de actividad puede ser ajustada por medio de P1 y P2. Conviene ajustar P1 para un determinado ancho de pulso y luego variar a voluntad la separación entre los mismos, a través de P2 (en forma externa). Dos compuertas del CD4093, conectadas en paralelo, funcionan como "separadoras" e inversoras que entregan la señal de estímulo a la base de Q1. Este transistor, opera en las zonas de corte y saturación, con lo cual, en la salida de este componente se tiene un pulso de alta corriente que puede excitar al transformador que, por tener una relación de transfor-
04) Estimuladores
1/8/10
8:26 PM
Página 38
PROYECTOS PARA ELECTROMEDICINA
Lista de Materiales del circuito de la figura 11: CI1 - CD4093 D1, D2 - 1N4148 P1 - potenciómetro de 10k ! lineal. P2 - potenciómetro de 100k ! lineal P3 - potenciómetro de 50k ! lineal. R1 - 10k! R2 - 1k! R3 - 1M! Q1 - IRF630 o equivalente. T1 - trafo. 220V a 12V x 100mA L- lámpara neón. C1 - 100nF - cerámico. C2 - 100µF - electrolítico x 16V.
Figura 12
Varios Placas de circuito impreso, gabinete para montaje, estaño, cables, etc.
mación elevada, entrega en el secundario, pulsos de alta tensión y baja corriente. La aparición de estos pulso en la salida hará encender la lámpara neón, indicando el funcionamiento del aparato. La porción de señal, que será utilizada como estimulos eléctricos, se regula por medio de P3. El diseño de la placa de circuito impreso se muestra en la figura 12. Debe tener en cuenta que por no ser una señal senoidal, el rendimiento del transformador no será óptimo.
Masajeador Digital Se sabe que los animales domésticos se reponen más fácilmente de enfermedades respiratorias cuando La idea es generar pulsos de media tensión duranson tratados con estos aparatos. Propongo el armado de un estimulador eléctrico de dos canales para su uso te intervalos reducidos, controlados en frecuencia para en electromedicina. Si bien no constituyen un riesgo, fortalecer los músculos, nervios y otras áreas determirecomendamos usarlos con la asistencia de profesio - nadas de nuestro cuerpo. Este aparato debe ser usado por personas idóneas nales médicos. en el área de la medicina. El estímulo es realizado por fuera, normalmente por Presentamos un proyecto muy similar al anterior pero de mayor potencia y que se emplea para estimu- medio de dos electrodos en forma de chapas que se lar o masajear determinadas zonas de la piel por medio colocan en la zona a ser tratada. En los aparatos de este tipo no deben utilizarse alide pequeños pulsos eléctricos, capaces de producir corrientes por nuestro organismo, mucho más bajas mentación directamente de la red eléctrica, ya que que las que podrían provocar algún tipo de lesión, pero podría no existir un límite en la aplicación de corriente, lo que ocasionaría daños físicos. Por otro lado, como suficientes para producir un estímulo.
04) Estimuladores
1/8/10
8:26 PM
Página 39
ESTIMULADORES MUSCULARES
Figura 13
Figura 14
las pilas no son capaces de suministrar tensiones elevadas, es necesaria la aplicación de circuitos inversores que puedan vencer la resistencia de la piel para producir el requerido estímulo. El circuito inversor trabaja con corrientes muy pequeñas, evitando las descargas bruscas en el usuario. El proyecto tiene un oscilador construido a partir de un circuito integrado CMOS del tipo CD4093. El circuito se muestra en la figura 13 y en él se puede observar que la frecuencia puede ajustarse a partir de P1 (ajuste fino), o por el intercambio tanto de C1 como de C2. Si en lugar de S1 se coloca una llave selectora, la banda de frecuencias puede ampliarse, si se coloca en lugar de C1 varios capacitores de valores comprendidos entre 47nF y 470nF. Aquí también pueden conseguirse señales de frecuencias comprendidas entre 1Hz y algunos kHz. Este es el circuito de mejor rendimiento, ya que tiene
04) Estimuladores
1/8/10
8:26 PM
Página 40
PROYECTOS PARA ELECTROMEDICINA a su salida un FET de potencia, el cual posee un excelente rendimiento en la transferencia de energía hacia el t r a n s f o r m a d o r, con lo cual se consigue una considerable disminución en el consumo de energía resultando un dispositivo portátil, en el cual una batería de 9V permite su uso prolongado. La disposición de los componentes en una placa de circuito impreso se muestra en la figura 14. Note que el circuito impreso posee dos canales idénticos, a tal punto que hasta se han duplicado los nombres de los componentes. Se ha hecho de esta manera para que puedan estimularse dos puntos en forma simultánea. En general puede ser empleado cualquier FET de potencia con la única salvedad de que pueda drenar corrientes superiores a los dos ampere. Este componente debe estar provisto de un buen disipador de calor. El transformador es del tipo de poder con primario de 220V y secundario de 6V por 500mA. Aquí también es conveniente que el circuito integrado vaya montado en un zócalo dil de 14 patas. Con P1 se ajusta la fre-
Lista de Materiales del circuito de la figura 14: Semiconductores: CI1 - CD4093- circuito integrado Q1 - SPM830 o equivalente - FET de potencia Resistores: R1 - 10k! R2 - 10k! R3 - 1M! P1 - 100k! P2 - 10k!
cuencia y, con P2, la intensidad de los pulsos generado s. Ambos potenciómetros pueden ser lineales o logarítmicos. Los capacitores C1 y C2 deben ser de poliéster y C3 un electrolítico para 12V. La prueba de casos anteriores, en detalles. !
Capacitores: C1 - 220nF - poliéster C2 - 22nF - poliéster C4 - 1000µF - electrolítico Varios: S1 - interruptor simple, S2 - interruptor simple, B1 - batería 9V, T1 - transformador 220V a 6V por 500mA, placa de circuito impreso, disipador de calor, soporte para pilas, caja para montaje, perillas para los potenciómetros, bornes para los electrodos, cables estaño, etc.
funcionamiento es semejante a los razón por la cual no abundaremos
La cirugía es una parte importante de la medicina curativa o rehabilitatoria, en la que el médico extirpa anomalí - as o introduce prótesis, en el sentido amplio de la palabra. En el pasado lejano la cirugía estaba asociada a la intervención en el cuer - po del paciente por medio de objetos cortantes. Se desinfectaba con fuego y los vasos cortados por los escalpe - los y cuchillas se suturaban aplican - do hierros calientes. La cirugía era un procedimiento doloroso. Con el desarrollo tecnológico y el advenimiento de la electricidad surgieron los prime - ros cauterizadores calentados por la corriente eléctrica y que aún hoy sirven en las inter - venciones menores (una punta de platino calentada por la corriente eléctrica). Con el avance de la tecnología aparecieron los "bisturíes eléctricos" en los que la punta o extremidad cortante es calentada, no por la corriente que recorre un sector de la hoja, sino por una corriente de radiofrecuencia que recorre parte del cuerpo humano produ - ciendo los efectos que veremos a continuación y que permiten no sólo el corte de los tejidos sino también la coagulación, evitando así las hemorragias.
Principios de Cirugía Eléctrica Cuando una corriente eléctrica fluye por los tejidos biológicos, se observan los efectos siguientes (figura 1): a) efecto térmico; b) efecto farádico; c) efecto electrolítico.
Efecto térmico El tejido se calienta al paso de la corriente, el calor depende de la resistencia específica del tejido así como de la densidad de la corriente y del tiempo de aplicación.
Efecto farádico Las células sensibles a la corriente eléctrica, como
las de nervios y músculos, son estimuladas. Ese efecto, llamado farádico, es indeseable cuando se usa radio-frecuencia para la cirugía, y por eso se emplea un método para evitarlo. Cuando una corriente alternada, de frecuencia suficientemente alta se usa en la cirugía eléctrica, el Figura 1
PROYECTOS PARA ELECTROMEDICINA efecto farádico es prácticamente despreciable. Por esa razón las corrientes alternadas de radiofrecuencia para uso quirúrgico tienen frecuencias de más de 300.000 Hertz y quien lo genera se denomina bisturí eléctrico. Cuando se aplica corriente alternada de alta frecuencia, la dirección del movimiento de los iones se invierte periódicamente, de acuerdo con la frecuencia de la corriente, de modo que los iones oscilan virtualmente en uno y otro sentido de la frecuencia de la corriente. Por ejemplo, en una corriente de 300.000 veces (1/2 ciclo en un sentido y 1/2 ciclo en el opuesto).
Figura 2
Efecto electrolítico La corriente eléctrica hace que los iones se desplacen en los tejidos biológicos. Con corriente continua, o glavánica, los iones cargados positivamente se dirigen al polo negativo (cátodo) y los iones negativos se dirigen al polo positivo (ánodo o placa) y la concentración intensa de los iones en esos puntos producirá daño en los tejidos.
Disección Eléctrica: Utilización del Efecto Térmico en Cirugía Eléctrica Existen tres posibilidades de aplicación de efectos térmicos a los tejidos biológicos, de la corriente de alta frecuencia, en cirugía eléctrica. 1) coagulación bipolar; 2) fulguración electroquirúrgica; 3) corte electroquirúrgico. Se denomina disección eléctrica al proceso por el que un electrodo activo se mantiene en contacto superficial o se inserta en el tejido con el propósito de producir deshidratación o destrucción del tejido. Cuando la corriente de alta frecuencia fluye por el tejido, las células se calientan y a temperaturas por arriba de 100ºC, el agua contenido en ellas es expelida con lentitud y el plasma de la célula coagula, (figura 2) La disección puede ser del tipo monopolar, con un electrodo activo, especial, de coagulación (figura 3), como se ve en la figura, que mantiene el contacto con la superficie del tejido. También la disección puede efectuarse con un electrodo tipo aguja (figura 4) que se inserta en el tejido durante la operación. Y también puede efectuarse la desecación con una pinza monopolar de coagulación (figura 5) donde la
Figura 3
Figura 4
BISTURÍ ELECTRÓNICO Figura 5
corriente de alta frecuencia circula por la pinza y pasa al tejido. Para la disección monopolar es necesario que el paciente esté en contacto con la placa, denominada neutra, que proporciona el camino de retorno a la corriente de radiofrecuencia sin que el paciente sufra efectos físicos o fisiólogicos. Para evitar que se produzca corte, cuando se efectúa la disección con un electrodo de corte (tipo lámina, arco de alambre, etc.) es aconsejable que la corriente de radiofrecuencia sea pulsante. Este proceso se denomina: uso de corriente electroquirúrgica de coagulación.
Coagulación bipolar La disección puede efectuarse también con la técnica bipolar en la que se usa una par de pinzas bipolares (figura 6). La corriente de radiofrecuencia circula por una pata de la pinza y luego por el tejido y retorna por la otra pata de la pinza. El sistema de coagulación bipolar produce zonas definidas de coagulación. En este proceso no se emplea la placa neutra y es importante que haya una buena aislación de tierra a la frecuencia de operación, (o sea, la radiofrecuencia), pues la aislación a tierra de la frecuencia industrial de 60 hertz no asegura que no haya fuga de corriente de alta frecuencia. Este es un punto muy importante y no es raro que por negligencia de los técnicos y operadores, el paciente sufra quemaduras.
Figura 6
Fulguración electroquirúrgica
Figura 7
Cuando se desea proceder a la coagulación de los tejidos superficiales o de los vasos sanguíneos, se usa una corriente de alta frecuencia que produce pequeñas chispas que, partiendo de un electrodo monopolar activo, llegan a la superficie del tejido (figura 7). Al contrario de lo que ocurre en la disección, el electrodo no está en contacto con el tejido.
Corte electroquirúrgico En el proceso del corte electroquirúrgico (bisturí propiamente dicho) el calor de la corriente de alta frecuencia caliente los tejidos tan rápidamente que el agua contenida en ellos se va como vapor dejando una cabidad en la matriz de la célula. El calor es disipado por el vapor y entonces no se distribuye por el tejido ni deshidrata las células cercanas. Cuando el electrodo o cuchillo se aplica sobre tejido nuevo, explotan nuevas células y la incisión continúa (figura 8). La característica general de una corriente de alta frecuencia para corte es la de una onda sinusoidal sin modulación (figura 9). En ciertos procedimientos quirúrgicos se desea un grado mayor o menor de hemostasis y la cirugía puede
PROYECTOS PARA ELECTROMEDICINA Figura 8 Figura 9
cambiar ese grado durante el corte de los tejidos. En eso influyen:
Figura 10
- El perfil del electrodo de corte que se use; - La velocidad con se usa el electrodo de corte en el tejido; - La intensidad de la corriente de alta frecuencia.
Perfil del electrodo de corte Cuanto más fino sea el electrodo de incisión, menor será la coagulación (k) (figura 10) en la superficie del corte o incisión. Un electrodo de corte tipo lanceta, por ejemplo, producirá mayor coagulación que uno de corte fino. Los electrodos de corte y coagulación son los de alambre o anillo.
Figura 11
Velocidad de pasaje del electrodo de corte El grado de coagulación (k) del corte de la superficie depende también de la velocidad (v) a la se produce el corte (figura 11). Cuanto más lenta es la velocidad de pasaje del electrodo, mayor es la coagulación de la superficie.
Intensidad de corriente de alta frecuencia (corriente de RF) Cuando la intensidad (P) es muy baja (P.mín.< P. ópt.) la incisión puede realizarse lentamente y la coagulación en la superficie es mucho mayor. cuando la intensidad de la corriente es alta (P > Pf) se producen centellas entre el electrodo de corte y el tejido y como resultado de la temperatura elevada, se produce la coagulación de la incisión llegando hasta el punto de producir quemaduras. El punto adecuado de intensidad P ópt. es aquel en que el grado de coagulación es mínimo.
En el caso de tejidos con alto contenido de agua, la coagulación de la superficie del corte es menor que en los tejidos más secos. El grado de coagulación (K) de las superficies durante el corte puede ser influenciado por la modulación de la amplitud de la corriente RF. El grado de coa-
BISTURÍ ELECTRÓNICO gulación aumenta con grado de modulación. El grado de modulación puede expresarse matemáticamente como el factor de cresta o pico (C).
Figura 12
Figura 13
Figura 14
La característica esencial de una corriente adecuada es de RF pulsante (figura 13). Por la combinación de los cinco parámetros presentados más atrás, es posible obtener el tipo de corte y hemostasis adecuado para cada intervención (figura 14). La potencia para bisturíes bipolares es del orden de 50 watt y para bisturíes monopolares, del orden de 200 watt, para coagulación. Para corte, la potencia puede llegar a 400 watt. Actualmente hay bisturíes totalmente de estado sólido. Lo mismo no ocurre en los aparatos de diatermia ya que la "carga" para efectos diatérmicos, siendo variable, obligaría a un sistema de protección de la etapa de salida que lo haría sumamente costoso. Las válvulas poseen un "factor interno" por el que las alteraciones de la carga no producen destrucción de la misma, como ocurre en los transistores. En los bisturíes, ese aspecto es más simple y hoy día todos los electromédicos de esta naturaleza son transistorizados como es el caso del ERBET 400 cuyo esquema publicamos. A esta altura algunos lectores estarán pensando por qué este capítulo se dirige tanto a los aspectos médicos del bisturí eléctrico es un aparato que debe estar en condiciones básicas de ajuste del aparato. Es como un conductor inmejorable que no sepa nada de mecánica y no por eso deja de ser un as... de este modo, todo lo que se dijo tiene importancia para el técnico que usa, ajusta y construye los bisturíes eléctricos. Sabiendo como actúa el equipo, estará en condiciones de colaborar con el usuario (casi siempre un cirujano) para que obtenga el mejor resultado. Hasta ahora tratamos la punta o lado activo del bisturí. Una parte igualmente imporante es la placa neutra, de metal, que es un requisito esencial para el buen éxito del uso del bisturí monopolar. Toda la corriente de alta frecuencia (RF) que pasa por el paciente durante la operación con bisturí eléctrico, debe extraerse mediante la placa neutra para que retorne al equipo. El camino en el paciente es: punta del bisturí, incisión en el paciente, con junto de tejidos del cuerpo del paciente (por el
PROYECTOS PARA ELECTROMEDICINA Figura 15 camino más corto) hasta la placa neutra, mediante el cable conectado a la misma y al equipo de retorno. De ahí la importancia de la placa neutra. Si se colocara en forma incorrecta, la corriente de RF fluirá desde el paciente a los objetos cercanos que sean conductores (mesa metálica, compresas húmedas y otros) produciendo quemaduras, debido a la intensa corriente, en el área de contacto del paciente. La placa neutra debe tener amplias dimensiones y hacer contacto total con el paciente. En caso contrario se transformará en una especie de segundo bisturí y producirá quemaduras, a veces graves. El técnico debe cuidar que las placas neutras estén bien pulidas, sin dobleces ni arrugas. El pulido de la superficie debe ser como el de un espejo brillante. La superficie de conducción de una placa neutra debe ser por lo menos de 180 cm 2 y debe colocarse como indica la figura 15 en la que se muestran las 4 posiciones clásicas para cirugía con bisturí eléctrico. En algunos lugares se usa colocar la placa neutra en los glúteos del paciente. Esto tiene varios inconvenientes, inclusive el de la dificultad de asegurar un buen contacto durante la operación, si es que el paciente se ha movido un poco. Las posiciones indicadas en la figura 15 son las que recomiendan entidades médicas, y el técnico debe conocerlas porque el desempeño de equipo es su responsabilidad. El médico y el técnico deben trabajar sincrónicamente porque, si bien el resultado de la operación se atribuye al médico, no puede determinarse con exactitud donde termina la fun-
ción de técnico y comienza la del médico en este terreno polémico. Por eso dimos tantos detalles referentes a esa "tierra de nadie". En la figura 16 se ve el esquema de un bisturí eléctrico comercial. Se trate del ERBET 400, fabricado por la Erbe Elektromedizin, de Tubingen, Alemania Federal. Es totalmente transistorizado y pueden apreciarse los detlles de ingenio para superar las limitaciones de los circuitos de RF de estado sólido para las cargas variables de salida, como dijimos más atrás. ! Figura 16, parte A
BISTURÍ ELECTRÓNICO
Figura 16, parte B
Figura 16, parte C
PROYECTOS PARA ELECTROMEDICINA
Figura 16, parte D Figura 16, parte E
Figura 16, parte F
Figura 16, parte G
Figura 16, parte H
06) Electro corazon
1/8/10
8:32 PM
Página 49
El corazón debe ser controlado minuciosamente desde el momento mismo de la gestación. Es normal que una mujer embarazada se realice "monitoreos" con el fin de comprobar el buen estado de la placenta, el ritmo cardí - aco y si existen posibilidades serias de sufrimiento fetal. En un adulto, un electrocardiograma puede prevenir enfermedades relacionadas con este órgano. En este capítulo describiremos algunos instrumentos que son empleados por profesionales médicos para prevenir y/o detectar afecciones cardíacas.
El Electrocardiograma El bombeador del sistema circulatorio sanguíneo, o sea, el corazón, debe ser controlado minuciosamente, ya que como todos sabemos, si el mismo deja de latir, aunque sea unos pocos minutos, el resultado es la muerte. Esto se debe a que los tejidos del cuerpo humano no pueden continuar funcionando si los mismos están privados de combustible, en especial el cerebro, ya que todos necesitan su cuota de oxígeno en la sangre. Para saber cómo está traba jando el corazón, necesitamos saber si su mecanismo está intacto y cuánta sangre bombea en un tiempo determinado. Estas medidas, como muchas otras necesarias para investigar un organismo, no son muy fáciles de realizar a partir de la parte externa del cuerpo y deben concretarse por medios indirectos. Una forma de obtener evidencias sobre el funcionamiento
del corazón consiste en registrar algunas de las señales eléctricas que acompañan la contracción del músculo cardíaco. El registro y examen de estas señales se llama electrocardiografía (ECG), y es una de las técnicas de diagnóstico más utilizadas. Cada célula del músculo cardíaco constituye una batería sodiopotasio, internamente negativa y positiva por fuera. Cuando el músculo se contrae estas células cumplen un ciclo de polarización-repolarización y generan una señal eléctrica suficiente (debido a la cantidad de células) para poder medir su tensión en la superficie de la piel. Figura 1 Estas tensiones son captadas por medio de electrodos metálicos colocados en partes estratégicas del cuerpo, luego se amplifican y se realiza un trazado gráfico que comúnmente llamamos "electro". En la figura 1, podemos ver una forma de onda basada en los factores amplitud y tiempo, tal como se obtiene prácticamente. La duración de un ciclo
06) Electro corazon
1/8/10
8:33 PM
Página 50
PROYECTOS PARA ELECTROMEDICINA es de 600 milisegundos, y la amplitud de más o menos 1 milivolt. La terminología médica, para facilitar la comunicación, usa determinadas letras para cada sección de la forma de onda. La onda P es el resultado de despolarización de la aurícula derecha. El sector QRS (llamado complejo QRS) es una onda aguda resultante de la repolarización de la aurícula y que es simultánea con la despolarización del ventrículo. La repolarización del ventrículo genera la onda T. Posteriormente algunos pacientes presentan otra onda de baja amplitud llamada U. Conociendo cómo se producen estas ondas, los médicos pueden determinar si el corazón trabaja normalmente y de no ser así, analizar qué parte anda mal. Electrónicamente, el análisis sería éste: estamos en presencia de ondas complejas, que tienen su frecuencia fundamental y armónicas y que, para ser estudiadas correctamente, precisan equipos especiales. En un pulso de 60 latidos, la fundamental es de 1Hz y hay otras frecuencias por debajo de los 100Hz. La tensión tan baja que sensibiliza los electrodos crea problemas nuevos, no conocidos en las técnicas audiovisuales. Deberán utilizarse amplificadores diferenciales de entrada, filtros de inducción alternada y alta ganancia.
Las Presiones Cardíacas Como ya dijimos, el corazón humano es una auténtica bomba hidráulica para mantener la circulación de la sangre en todo el cuerpo. Sin embargo, el análisis del corazón como una bomba presenta problemas que no son comunes en la ingeniería práctica. Dado que el corazón no es de cómodo acceso, las mediciones directas de las variaciones que interesan no son muy fáciles. Para evitar las alteraciones de comportamiento del corazón, se hace necesaria una exposición del órgano, y si hay que administrar anestésicos, se hace perfectamente con nuevas técnicas electrónicas. Estas permiten un estudio continuo de los parámetros básicos de la función cardíaca y el trazado de curvas funcionales. La mejor forma de analizar una bomba es analizando estos tres parámetros básicos: dimensiones, presión y flujo. Hoy estudiaremos la presión. Los transductores de presión industriales son suficientemente sensibles para el registro de las presiones dentro de las cavidades cardíacas. Pero no pueden ser instalados dentro del tórax, por su tamaño, su peso y la posibilidad corrosiva de los líquidos del cuerpo. Para evitar estos problemas se construye un pequeño transductor de presión, consistente en un transformador diferencial, el que se coloca en las proximidades del paciente en estudio. Las diferencias de presión, que
actúan sobre la membrana, desplazan el núcleo de ferrite del transformador diferencial, produciendo un desequilibrio eléctrico. La salida resultante se amplifica, y modula en un amplificador a la portadora, trazando una curva continua sobre el papel. La figura 2 muestra el transductor y la forma de onda de la presión en el ventrículo izquierdo. Si tuviera que medir la presión en un vaso sanguíneo accesible desde la superficie del cuerpo, la conexión puede hacerse con una aguja hipodérmica que es conectada directamente al transductor. Si la cavidad no es fácilmente accesible, como el propio corazón, tendrá que usarse un tubo plástico, cuyo extremo se empuja hasta el lugar en el cual se quiere medir la presión. Estos tubos, llamados "catéteres", tienen un diámetro que oscila entre una fracción de milímetro y dos o tres milímetros. Como el transductor es un manómetro de membrana, las presiones aplicadas producen movimientos de la misma, en respuesta a las variaciones de presión. Si el catéter fuera fino y largo, aparecerán limitaciones a la respuesta en frecuencia, que deberán ser tenidas en cuenta. Las presiones de la sangre se encuentran en la región de los 100 a 200 mm de mercurio. La cámara del medidor y el catéter normalmente se llenan de un líquido acuoso que contiene anticoagulante. Para evitar alteraciones en las mediciones, es preciso excluir del líquido todas las burbujas de aire. Si el catéter debe permanecer dentro del sistema circulatorio por algún tiempo, es práctica de rutina enjuagar todo el sistema con el líquido que contiene anticoagulante, a intervalos de tiempo bastante frecuentes. Un progreso para la medición de la presión sanguínea, consiste en colocar el transductor bien cercano al catéter, o sea, en el propio lugar donde se hace la medición. Esto evita las dificultades de enjuague y de la eliminación de las burbujas de aire, porque de ese modo no existe resistencia hidráulica entre el punto de medición y el diafragma del transductor. Pero en cambio está la dificultad del precio del catéter especial y su rápida destrucción con el uso diario.
El Cardioestimulador Se dice que el corazón de un enfermo vibra o fibri-
Figura 2
06) Electro corazon
1/8/10
8:33 PM
Página 51
ELECTROCARDIÓGRAFOS la, cuando hay una falta de sincronización entre las contracciones auriculares y las ventriculares, o falta de armonía necesaria para un correcto bombeo sanguíneo. Este cuadro se puede presentar como una enfermedad en las personas de edad, o ser consecuencia de algún proceso operatorio. No se descarta un accidente producido por electricidad, como recibir una descarga. La vibración o fibrilación auricular, puede ser controlada, pero la fibrilación ventricular implica una gravedad que atenta contra la vida del enfermo. En estos accidentes, se debe actuar con mucha rapidez, usando el desfibrilador, que es un aparato electrónico con el cual se aplican choques eléctricos de duración e intensidad regulables. Ese instrumento no puede faltar en ninguna sala de cirugía o centro de cuidado intensivo (UTI). Una fibrilación provocada por accidente se suprime, paradójicamente, y en una mejor foma, por una descarga eléctrica. Este choque de alta tensión alterna, entre 110 y 250V, 250V, es de alta intensidad. Aunque no haya dosis típicas, se aconseja una intensidad de 1,5A, con una duración de aplicación de 1 ó 2 décimos de segundo. Lo más importante es la cantidad de corriente a través de la masa cardíaca, que debe ser apenas suficiente para que despolarice las fibras y permita que el corazón reinicie su actividad sincronizada con el marcapaso. Las "cifras" que hemos indicado pueden tener variaciones, porque hay un elemento cuyo valor se ignora y es la resistencia eléctrica ofrecida por el propio corazón, que se supone es de unos 50 ohm. Para evitar quemaduras o lesiones peligrosas, es importante que los electrodos estén en contacto con toda la superficie sobre la que se los apoya. Una variante de estos instrumentos, no reconocida por la medicina alopática o, al menos, no ampliamente utilizada, es el bifeedback, que si bien establece una relación entre las ondas cerebrales y la corriente que hace circular el aparato, normalmente altera el ritmo cardíaco para tener menos fluctuaciones y mayor energía de "bombeo". aunque no sea ampliamente difundido como instrumento de electromedicina, nos ocuparemos de él más adelante.
Electrocardioscopio y Electrocardiógrafo Uno de los elementos más usados, aún en nuestros días, para controlar el estado de los pacientes, es el
grabador con cinta de papel (electrocardiógrafo). Pero este sistema no es el más adecuado para controles prolongados, como por ejemplo en las salas de terapia intensiva, ya que allí el control debe ser continuo y durará como promedio varios días. En estos casos, lo más indicado es el uso del osciloscopio o cardioscopio. Este instrumento muestra en su pantalla el electrocardiograma del paciente. Se lo puede comparar, sin entrar en detalles, con un pequeño televisor, y debe estar colocado en la cabecera del enfermo que se tiene bajo observación. La pantalla donde se ve el electrocardiograma es un tubo catódico cuyo cañón emite un haz de electrones. Al golpear la pantalla fluorescente, su energía se convierte en luz, en el lugar del impacto. La ventaja del tubo catódico es que puede moverse en ambos sentidos, horizontal y vertical. Esto se realiza por medio de campos magnéticos, creados por unas bobinas llamadas deflectoras o "yugos". El movimiento del punto luminoso a través de la pantalla se llama "barrido". Al final de cada barrido, hay un retorno rápido rápido o retroceso invisible. invisible. A medida que ejecuta el barrido horizontal, recibe una deflexión vertical provocada por las señales del electrocardiograma u otra señal vital. Como su velocidad de barrido es de unos 25 mm por segundo, se pueden observar varios componentes de electrocardiograma. El fósforo de estas pantallas osciloscópicas tiene una particular de "larga resistencia" mediante la cual puede observarlo el trazado. La pantalla puede ser circular o cuadrada, según el fabricante, y el área visible es de 10 cm. Algunas veces, la pantalla está protegida por algún plástico transparente y lleva grabada una retícula que permite leer directamente la frecuencia cardíaca u otro dato interesante, como valores de presión, etc.
El Biofeedback Tal vez algunos, muy ortodoxos, se escandalicen por esta incursión en un campo en el que se da bastante el charlatanismo; sin embargo, justamente con el "biofeedback" o retroalimentación biológica "dicen" que se están logrando en EE. UU. resultados concretos para ayudar a pacientes de hipertensión, por ejemplo, a dominar su problema. Es innegable que los misterios de la mente explorados con ayuda de la electrónica ofrecen un fascinante campo de trabajo para muchos investigadores serios. Sin embargo, por más simple que pueda parecer, no basta la conexión de electrodos a un individuo para que podamos estudiar lo que pasa en su interior.
06) Electro corazon
1/8/10
8:33 PM
Página 52
PROYECTOS PARA ELECTROMEDICINA Además de existir el peligro de aplicaciones indebidas de potenciales que puedan ser peligrosos para su integridad, existe también el problema de saber qué captar con estos electrodos y qué hacer en los experimentos. El "biofeedback" es actualmente uno de los métodos para integrar la electrónica al individuo con experiencias interesantes que permiten no sólo la observación inmediata de sus efectos sino también la posibilidad de controlar la experiencia uno mismo. Básicamente se pretende que Ud. pueda controlar las pulsaciones de un led con un ritmo que se aproxima a las ondas alfa, y con esto obtener una relación casi total que permita que el corazón "bombee" con una armonía perfecta. ¿Qué es el "biofeedback"? Los estados emocionales y físicos de un individuo provocan también la manifestación de fenómenos eléctricos. La contracción o relajación de músculos, o la concentración en una tarea, son responsables por la aparición de tensiones eléctricas que pueden ser acusadas con cierta facilidad por instrumentos electrónicos sensibles (figura 3). Además de las tensiones eléctricas que se manifiestan, existen alteraciones en la resistencia de la piel que son justamente aprovechadas para el funcionamiento de los denominados detectores de mentiras. Las alteraciones de estos potenciales o resistencias detectadas externamente sirven apenas para tener una idea de lo que pasa en nuestro organismo. Estas variaciones de potenciales indican que siempre que ocurre una acción en nuestro organismo, sea para contraer un músculo o para distenderlo, al mismo tiempo vuelve a nuestro cerebro una información sobre el modo en que esta acción está siendo ejecutada. Cuando apretamos un objeto para quebrarlo, al mismo tiempo que los músculos reciben del cerebro la orden de contracción, el cerebro recibe de los órganos del tacto la información sobre la presión que se está ejecutando en un proceso de retorno. En muchos procedimientos, el proceso natural de la información es insuficiente para posibilitar con facilidad un control de lo que ocurre. Es lo que sucede en la relajación, donde cualquier ruido ambiental, cualquier distracción imposibilita la descontracción total, y esto sólo se consigue con un entrenamiento muy grande que permite obtener altos grados de concentración. Esta concentración se podría obtener con más facilidad si el cerebro del individuo recibiera un retorno reforzado que imposibilite la acción de factores que lo distraigan, consiguiendo con esto los efectos deseados.
Figura 3
Lo que tenemos entonces es una realimentación de señal que permite al individuo recibir de vuelta informaciones sobre una determinada acción. Esta acción puede ser una tensión muscular, una relajación o cualquier otra cosa que se pretenda. Este proceso de realimentación o "feedback" con individuos o incluso incluso con plantas ofrece un campo interesante de investigación. Ud. se preguntará que tiene que ver esto con el tema propuesto en este capítulo: "Medicina del Corazón". Pues bien, le ofrecemos una herramienta para experimentación que permite que una persona que sufra afecciones cardíacas se encuentre tranquilo y sin sobresaltos. Como la realimentación es un reflejo de un proceso que ocurre en el individuo y puede ser detectado fácilmente, externamente, el investigador tiene un acceso mucho mayor al objeto de investigación, y permite además que el investigado controle también la experiencia. En la figura 4 mostramos en un diagrama en bloques nuestro "biofeedback" y explicamos su funcionamiento. Electrodos que pueden ser colocados en la piel del paciente, detectan variaciones de su resistencia, las cuales son enviadas a un circuito amplificador sensible. Este circuito controla la frecuencia de un oscilador, convirtiendo por lo tanto variaciones lineales de resis-
Figura 4
06) Electro corazon
1/8/10
8:33 PM
Página 53
ELECTROCARDIÓGRAFOS producidos es determinada por el capacitor C. Para obtener bandas de impulsos que pueden ser aplicadas en experimentos diversos, se usan dos capacitores diferentes, los cuales pueden ser cambiados mediante el simple accionamiento de una llave. Los impulsos de este circuito que varían en la proporción de 1 cada 2 ó 3 segundos, para el funcionamiento más lento y hasta 4 ó 5 por segundo, en el funcionamiento más rápido son usados para disparar un SCR. El SCR (diodo controlado de silicio) funciona como un interruptor que puede usarse para accionar una lámpara, o si el lector prefiere, una campanilla. Este es, por lo tanto, el eslabón final del aparato que proporciona la señal de realimentación al paciente. Una característica importante del aparato es la seguridad de su funcionamiento. El circuito es alimentado por la red local, estando por lo tanto sujeto a potenciales elevados y peligrosos. Para evitar el problema de choques, los electrodos son conectados al circuito por medio de resistencias de valores muy altos que funcionan como limitadores de corriente. Con estas resistencias, la corriente que circula por los electrodos y, por lo tanto, por el paciente, es reducida a un valor muy bajo, insuficiente para causar choques y por eso no presentará peligros. Está claro que, incluso con esta protección, se debe tener el máximo de cuidado con su uso, como ya explicaremos oportunamente. En la figura 5, damos el circuito completo del "biofeedback" con los valores de los componentes. La placa de circuito impreso aparece en la figura 6. Para la confección de los electrodos tenemos dos opciones que se muestran en la figura 7. La primera se hace con una placa de circuito impreso o si el lector desea el contacto de dos manos, con dos placas separadas. La segunda se hace usando dos trozos de lata o bien hojas de cobre pegadas o clavadas sobre una base de material aislante, como por ejemplo, madera. Los cables de conexión de los electrodos al aparato no deben tener más de medio metro y sus puntas deben llevar soldadas fichas banana. Figura 5
Figura 6
tencia en variaciones de número de impulsos producidos. Se trata por la tanto de un conversor analógico digital que utiliza un transistor unijuntura. En este circuito la frecuencia básica de los impulsos
06) Electro corazon
1/8/10
8:33 PM
Página 54
PROYECTOS PARA ELECTROMEDICINA Con los electrodos listos, revise todo el montaje para después hacer una prueSCR1 - TIC 106D o MCR106 ba de funcionamienQ1 - BC548 to. Para usar el apaQ2 - 2N2646 rato proceda del D1, D2 - 1N4002 siguiente modo: R1 - 10k ! x 10W Una vez ajustado R2 - 2k2 x 5W para operar, siéntese R3 - 1M ! en una silla apoyanR4 - 470k ! do sus manos en el R5 - 5k6 electrodo. Trate de R6 - 470 ! relajarse al máximo y R7 - 1k ! sin mover el brazo o R8 - 4k7 la mano haga que el R9, R10 - 220k ! ritmo de los guiños C1 - 220µF x 25V se modifique según C2 - 1µF x 16V su voluntad (como C3 - 10µF x 16V lámpara coloque un C4 - .001µF foco de unos 15W de P1 - Pote de 5M ! común. color azul preferenteS1 - Interruptor simple. mente, aunque luego S2 - 2 polos, 2 posiciones. puede variar el color L1 - Lámpara de 15W o led de 5 con fines de investimm en serie con un resistor de gación). Manténgase 150k!. tranquilo, y tal vez le ayude ir contando Varios: placa de circuito impreso, lentamente los guicables, soldadura, caja para mon- ños. Cuando haya taje, etc. logrado lo que se propuso, habrá conseguido un control más perfecto de sí mismo, con una relajación profunda.
Figura 7
Lista de de Materiales Materiales del cir cir - cuito de la figura 5:
El Estetoscopio Un amplificador muy sensible puede tener muchas utilidades, tales como, por ejemplo, la investigación de ruidos extraños que aparezcan en mecanismos delicados, como los usados en grabadores de cinta, microcomputadores, robots, etc. Sin embargo, el aparato que describimos puede ser empleado con fines médicos, dado que permite detectar con claridad los sonidos emitidos por el corazón, el incluso detectar anomalías, tales como "soplos", "comunicaciones intravenintraventriculares", "arritmias", etc. El circuito que presentamos usa dos integrados y tiene una sensibilidad muy grande. La enorme sensibilidad y excelente potencia de salida que llega a los 150mW en los audífonos es debida al uso de dos integrados especiales. Uno de ellos es
el TDA7050 TDA7050 en cubierta cubierta DIL de 8 pins y que no exige componentes externos. El otro es un CA3140, un amplificador amplificador operacional operacional con FET de elevado desempeño que funciona como preamplificador. preamplificador. Las principales características eléctricas son: Tensión de alimentación: 3V Corriente Corriente de reposo: reposo: 2mA (tip) Potencia de salida: 150mW (32 ) (32 ) Impedancia del micrófono: 200 a 600 Las señales captadas por un micrófono dinámico de 200 a 600 ohm son llevadas a un amplificador operacional con FET del tipo 3140 cuya ganancia es fijada por el resistor de realimentación R. La señal amplificada es aplicada a través de C1 y del control de volumen P1 a la entrada del amplificador de audio TDA7050. El TDA7050 está formado por dos amplificadores que pueden ser usados separadamente o bien ser montados en puente. En la aplicación en puente obtenemos una potencia que llega a los 150mW con sólo 3V de alimentación y carga de 32 ohm, pero sus entradas deben ser conectadas juntas. Las entradas no usadas son puestas a tierra, como en el caso de los pins 2 y 4. El transductor que recibe las señales de audio para la reproducción debe ser un audífono cuya impedancia debe estar entre 32 y 64 ohm. Recomendamos la utilización de un audífono estéreo. Cada uno de los reproFigura 8
06) Electro corazon
1/8/10
8:33 PM
Página 55
ELECTROCARDIÓGRAFOS ductores tiene su conexión en serie, de modo que tendremos la reproducción CI1- CA3040 simultánea y el CI2 - TDA7050 aumento de impedanMIC - Micrófono dinámico cia para niveles que B1 - 3V (2 pilas chicas) permitan una buena S1 - Interruptor simple. audición. P1 - Potenciómetro con llave de En la figura 8 tene25k!. mos el diagrama R1 - 1M! completo del estetosR2 - 100k ! copio. El montaje del C1 - .1µF aparato puede hacerC2 - 100µF x 16V se en una placa de circuito impreso uniVarios: placa de circuito impreso, versal. Sugerimos la cables, soldadura, caja para mon- utilización de zócalos taje, portapilas, etc. DIL para los integrados. Para hacer que el sonido sea menos agudo se puede conectar un capacitor de 1nF en paralelo con R1, lo que va a producir una fuerte realimentación para altas frecuencias con la reducción de la ganancia. El micrófono puede ser una cápsula dinámica de teléfono, micrófono o grabador. En el caso del micrófono, el cable debe ser blindado. Para experimentar el aparato basta conectarlo y acercar el micrófono a fuentes débiles de sonido. Se pueden obtener variaciones de ganancia con el cambio de valores de R1. Este resistor puede tener Lista de Materiales del cir - cuito de la figura 8:
Figura 9
valores en el rango comprendido entre 220k ! y 2,2M !. P1 es el control de volumen, deberá usarse para evitar la saturación con sonidos muy fuertes.
Monitor Fetal Brindamos la oportunidad de poder registrar en la pantalla de una computadora, la secuencia de los latidos del corazón de un bebé en el período de gestación, es decir, poder efectuar el monitoreo durante el embarazo. Para lograrlo, proponemos registrar el flujo sanguíneo en la panza de una mujer embarazada, dado que éste tiene relación directa con los latidos del corazón del bebé, pero, además, si se coloca el sensor en un dedo, se estarán registrando los latidos de su propio corazón. Como sensor, empleamos un fotodiodo receptor del tipo BPW104 que se encuentra en el camino de realimentación de un amplificador operacional. CI1 con sus componentes asociados funciona como amplificador de la señal eléctrica producida por el flujo sanguíneo detectado que proporciona a su salida una señal tipo diente de sierra que será amplificada por IC2 y entregada a IC3 que funciona como "disipador", de modo tal que la salida puede conectarse a una computadora con un programa apropiado (ver la sección ELECTRONICA y COMPUTACION: Herramientas de Instrumentación Virtual) para que registre el comportamiento de los latidos a través del tiempo. De todos modos, el latido también se hace audible a través de un zumbador construido con compuertas CMOS. Por otra parte, se coloca un circuito encargado de indicar cuando se ha estabilizado el sistema de modo de obtener una lectura que se corresponda con la realidad, esto se consigue por medio del IC CD4538B y sus componentes asociados que indicará (a una computadora) el momento a partir de la cantidad de latidos por minuto que se visualizará en la pantalla. Como el latido no es cons-
06) Electro corazon
1/8/10
8:33 PM
Página 56
PROYECTOS PARA ELECTROMEDICINA
Figura 10
Lista de Materiales del circuito de la figura 10: CI1, CI2, CI3 - CA3130 Integrados CI4 - CD4538 - Integrado CMOS CI5 - CD4093 - Integrado CMOS Q1 - BS250 - Transistor Fet doble comp. Q2 - BC548 - transistor NPN D1 - BPW104 - Fotodiodo D2 a D5 - 1N4148 - Diodos de uso gral. D6 - Led 5 mm Buzzer Piezoeléctrico R1 - 470 ! R2, R3 - 56k ! R4 - 100k!
R5 - 15M! R6, R14 - 120k ! R7, R9 - 8M2 R8 - 68k! R10 - 1k! R11 - 330k ! R12 - 12k ! R13 - 220k ! R15, R17 - 330 ! R16 - 2M2 C1, C3, C4 - 820nF Cerámicos C2 - 10nF - Cerámico C5, C6 - 270nF - Cerámicos C7 - 8,2nF - Cerámico C8 - .1µF - Cerámico Varios: placa de circuito impreso, cables, soldadura, portapilas, etc.
tante, se podrán apreciar las variaciones en el zumbador del monitor. Con un programa apropiado se puede visualizar el valor instantáneo (como se muestra en la figura 12), el promedio en 60 segundos y la tendencia en cuanto a la subida o bajada del ritmo cardíaco. Si la computadora con sus herramientas apropia-
das posee un convertidor analógico digital, la señal a la salida de IC1 se puede obtener la presentación virtual del ritmo cardíaco. En la figura 9 se muestra el circuito completo del monitor fetal, mientras que en la figura 10 se da el correspondiente diagrama de circuito impreso. Desde ya que lo dado hasta aquí es solo una pequeña muestra de lo mucho que puede conseguirse con equipos de estas características. Queda a criterio del lector utilizar estos equipos con la supervisión de un profesional médico, que pueda evaluar los resultados conseguidos.
Diseño de un Electrocardiógrafo Como hemos dicho, el electrocardiograma, por ejemplo, es el registro gráfico de las variaciones de potencial eléctrico de la actividad del corazón o de sus fibras miocárdicas, en un tiempo determinado. Estas variaciones se captan con electrodos apropiados a nivel de la superficie de la piel, y a través de los con - ductores llega al dispositivo electrónico (electrocardió - grafo) que mide las señales de acción del corazón en términos de potenciales eléctricos y lo registra en una pantalla, en una fotografía o en un papel impreso. Este parte del capítulo tiene como objetivo brindarle al lector conocimientos básicos sobre electromedicina que le permita comprender todo lo necesario para encarar la construcción de un electrocardiógrafo y comprender su lectura a efectos de poder arrojar datos concretos úti - les para un médico a efectos de diagnóstico y trata - miento.
Introducción El corazón es el músculo más importante del cuerpo, su función principal es bombear la sangre a los pulmones y al resto del cuerpo, es un órgano hueco que recibe sangre de las venas y la impulsa hacia las arte-
06) Electro corazon
1/8/10
8:33 PM
Página 57
ELECTROCARDIÓGRAFOS Figura 11
trículo izquierdo, para llegar a todo el cuerpo a través de la aorta.
El Sistema Eléctrico del Corazón
rias. Está irrigado por las dos primeras ramas de la aorta, que son: la coronaria izquierda, y la coronaria derecha (figura 11). La sangre del cuerpo llega a la aurícula derecha a través de dos grandes venas, la vena cava inferior y la vena cava superior. El corazón tiene dos lados: izquierdo y derecho, y cada lado está dividido en dos cámaras: la aurícula y el ventrículo, separados entre sí por las válvulas que hacen que la sangre fluya en una sola dirección. La sangre es bombeada desde la aurícula derecha al ventrículo derecho; luego pasa a la arteria pulmonar y de ahí a los pulmones, donde se oxigena y elimina el dióxido de carbono. De los pulmones, la sangre ya oxigenada va a la aurícula izquierda, y de ahí pasa al venFigura 12
En términos prácticos, el corazón es una bomba formada por tejido muscular. Como cualquier bomba, el corazón necesita una fuente de energía para poder funcionar. La energía de bombeo del corazón proviene de un sistema intrínseco de conducción eléctrica. El impulso eléctrico se genera en el nódulo sinusal (también llamado nódulo sinoatrial o nódulo SA, figura 12), que es una pequeña masa de tejido especializado localizada en la cavidad superior derecha del corazón. El nódulo sinusal genera periódicamente un impulso eléctrico (de 60 a 100 veces por minuto en condiciones normales). Este estímulo eléctrico viaja a través de las vías de conducción (de forma parecida a como viaja la corriente eléctrica por los cables desde la central eléctrica hasta nuestras casas) y hace que las cavidades del corazón se contraigan y bombeen la sangre hacia afuera. Las 2 cavidades superiores del corazón son estimulados en primer lugar, y se contraen durante un breve período de tiempo antes de que lo hagan los ventrículos derecho e izquierdo (las 2 cavidades inferiores del corazón). El impulso eléctrico viaja desde el nódulo sinusal hasta el nódulo atrioventricular (su acrónimo en inglés es AV), donde se para durante un breve instante, y después continúa hacia los ventrículos por una vía (similar a un cable, en cuanto a concepto) que en medicina recibe el nombre de “has de His” (en verde en la figura 12). El haz de His se divide en la rama derecha y en la rama izquierda, para llevar el estímulo eléctrico a los dos ventrículos. En condiciones normales, mientras el impulso eléctrico se mueve por el corazón, éste se contrae entre 60 y 100 veces por minuto. Cada contracción representa un latido. Los “atrios” (cavidades superiores, figura 13) se contraen una fracción de segundo antes que los ventrículos para que la sangre que contienen se vacíe en los ventrículos antes de que éstos se contraigan. Cualquier disfunción o anomalía del sistema de conducción eléctrica del corazón puede hacer que los latidos sean demasiado rápidos o demasiado lentos, o que tengan una velocidad irregular, causando una arritmia. La actividad eléctrica del corazón se mide en un electrocardiograma. Mediante la colocación de electro-
06) Electro corazon
1/8/10
8:33 PM
Página 58
PROYECTOS PARA ELECTROMEDICINA dos en la piel, en determinados lugares del cuerpo (el pecho, los brazos y las piernas), se puede obtener una representación gráfica o un trazado de la actividad eléctrica del corazón. Los cambios en el trazado normal de un EKG pueden indicar arritmias, además de otras condiciones relacionadas con el corazón.
Figura 13
Es muy probable que Ud. haya visto el trazado de un electrocardiograma alguna vez, pero ¿sabe qué signifi - ca? En la figura 14 se puede apreciar una onda graficada en un electrocardiograma. La primera curva pequeña hacia arriba del trazado de un EKG se llama "onda P". La onda P indica que los atrios (las 2 cavidades superiores del corazón) se están contrayendo para bombear la sangre hacia fuera. La siguiente parte del trazado es una sección hacia abajo corta que está conectada con una sección alta hacia arriba. Esta parte se llama complejo "QRS" e indica que los ventrículos (las 2 cavidades inferiores del corazón) se están contrayendo para bombear la sangre hacia fuera. El segmento corto hacia arriba que sigue se llama "segmento ST". El segmento ST indica la cantidad de tiempo que transcurre desde que acaba una contracción de los ventrículos hasta que empieza el período de reposo anterior a que los ventrículos empiecen a contraerse para el siguiente latido. La curva hacia arriba que sigue se llama "onda T" e indica el período de reposo de los ventrículos. Cuando un médico estudia un electrocardiograma (EKG), observa el tamaño y la longitud de cada parte del EKG. Las variaciones en el tamaño y la longitud de las distintas partes del trazado podrían ser significativas. El trazado de cada derivación en un EKG de 12 derivaciones será diferente, pero Figura 14 tendrá los mismos componentes básicos descriptos. Cada derivación de las 12 derivaciones "muestra" una parte específica del corazón, por lo que las variaciones en una derivación podrían indicar un problema en la zona del corazón asociada con esa derivación.
Cómo se Hace un Electrocardiograma Por lo dicho, el electrocardiograma (denominado ECG o EKG) es un procedimiento sencillo y rápido que registra la actividad eléctrica del corazón. Se utiliza para medir el ritmo y la regularidad de los latidos, así como el tamaño y posición de las aurículas y ventrículos, permitiendo evaluar el estado del corazón y poder detectar cualquier daño al corazón y los efectos que sobre él tienen los medicamentos (drogas). Si bien no entraremos en detalles clínicos, brindaremos algunos aspectos teóricos que desencadenarán en la construcción de un equipo electrónico. Para la realización de un EKG necesitamos: * Electrodos, que son los conductores que ponen en comunicación los polos de un electrolito con el cir - cuito. * Electrocardiógrafo: consta de un galvanómetro, un sistema de amplificación y otro de registro en papel milimetrado. A través de los electrodos situados en el tórax, brazos y piernas se puede obtener después de amplificarlos, un registro de estas descargas eléctricas (que están transmitidas por los tejidos corporales desde el corazón hasta la piel) este registro se conoce con el nombre de ECG. El indicador del galvanómetro sólo se desplaza hacia arriba y hacia abajo (en un electrocardiógrafo normal, lo que se desplaza es una aguja cuya tinta marca un papel “armando” el electrocardiograma). Cuando la corriente eléctrica que está registrando un electrodo va en la misma dirección, lo que se registra en el ECG es una onda positiva; si lo que está registrando el electrodo es una corriente eléctrica que se aleja de él, lo que se obtendrá en el registro es una onda negativa, por el trazado que origina la aguja del galvanómetro al desplazarse hacia abajo.
06) Electro corazon
1/8/10
8:33 PM
Página 59
ELECTROCARDIÓGRAFOS La mayoría de los electrocardiógrafos actuales tienen un alto grado de automatización, presentando en general buena calidad de registro. Lo más habitual es que la calibración del aparato se haga a 10mm=1mv y la velocidad del papel a 25 milímetros por segundo así como la inscripción más corriente se hace por chorro de tinta. El papel del registro es milimetrado de forma que dos barras gruesas equivalen a un tiempo de 0,20 segundos estando este período, a su vez, dividido en períodos más cortos de 0,04 segundos.
Nociones de Anatomía y Fisiología del Corazón Bien… trataré de explicar, con mis escasos conocimientos de anatomía, la relación entre “el sistema eléctrico del corazón” y su fisiología a efectos de poder definir valores de tensión, resistencia y corriente que se ponen de manifiesto en las diferentes fases del funcionamiento cardíaco. La frecuencia de los latidos del corazón está controlada por el sistema nervioso vegetativo de modo que el sistema simpático la acelera y el parasimpático la retarda. Dijimos que los impulsos nerviosos se originan de forma rítmica en el nodo “sino auricular”, localizado en la aurícula derecha junto a la desembocadura de la vena cava superior (vea la figura 11). Existen distintas vías internodales que conectan el nodo sino auricular con el nódulo auriculoventricular, donde tiene lugar un retardo en la conducción del impulso nervioso para facilitar el vaciado de las aurículas antes de que tenga lugar la activación ventricular. El impulso eléctrico continúa a través del haz de His que se divide en dos ramas, que a su vez se subdividen en las llamadas fibras de Purkinge, en el espesor de las paredes ventriculares. El corazón normal posee una rica variedad celular con propiedades anatómicas y fisiológicas bien diferenciadas. Células de actividad automática (eléctricas). Células de actividad contráctil (de trabajo). Tejido conectivo (de entramado). Vasos. Las células de actividad automática, muestran un potencial diastólico de reposo que al activarse estimulan y desencadenan la contracción de las células de actividad contráctil produciéndose la fase sistólica del ciclo cardiaco, para cuya dinámica es imprescindible un perfecto estado del tejido conectivo que le sirve de
entramado, y de un adecuado aporte de energía (substratos y oxígeno) que le llega a través de los vasos. Las células de actividad automática tienen mayor facilidad para la despolarización que las de actividad contráctil, por eso aquellas se localizan en los centros marcapasos habituales (nódulo sinusal, nódulo aurículo-ventricular y sistema de Purkinje).Todo el proceso que pone en marcha el potencial de acción transmembrana se debe a los cambios que continuamente se están produciendo en la membrana celular. La estimulación de una célula muscular aumenta la permeabilidad de su membrana produciendo cambios iónicos a través de la misma. El registro en el electrocardiograma de este fenómeno se corresponde con una curva que se llama potencial de acción transmembrana y que consta de dos partes y cuatro fases. FASE 0: Al inicio, la membrana celular se encuentra en estado de reposo. En el interior de la célula predominan los iones de potasio K+ mientras que el exterior está ocupado por los iones de sodio N a+. Esto genera una diferencia de tensión a ambos lados de la membrana que posee una resistencia de 1000 Ohm/cm2, produciéndose una acumulación de cargas negativas en el interior y de positivas en el exterior. La curva de corriente, instantes antes de la activación transcurre por la isoeléctrica. Esta fase 0 recibe el nombre de despolarización. El impulso de excitación generado a partir del centro marcapasos (nódulo sinusal) se difunde rápidamente por todo el corazón, produciendo una caída en la resistencia de la membrana celular desde 1000 Ohm a 100 Ohm aproximadamente, provocando cambios súbitos en la permeabilidad iónica de forma que el Na+ y el Ca++ penetran en la célula mientras que el K+ inicia su salida. El cambio de cargas generado a uno y otro lado de la membrana celular origina un potencial positivo, cuyo valor se sitúa en torno de los 30mV. Estos intercambios rápidos de iones, se producen a través de unos canales específicos para cada ión existentes en todas las membranas celulares, y cuya integridad es básica para la normalidad de todo el proceso electro-genético. Durante esta fase ningún estímulo extra podrá activar un nuevo PAT (período refractario absoluto). FASE I: Es también conocida como fase de repolarización lenta. En ella todavía persiste la entrada de iones Na+ y Ca++ a través de otro tipo de canales de flujo más lento, mientras que el K+ sale del interior celular. FASE II: Desde un punto de vista iónico se carac-
06) Electro corazon
1/8/10
8:33 PM
Página 60
PROYECTOS PARA ELECTROMEDICINA teriza por la salida masiva de K+ al exterior, lo que genera un declive en el PAT de forma paulatina, aumentando progresivamente también la permeabilidad de la membrana para el Na+. Esta fase conocida también como "sístole eléctrica " tiene su representación en el ECG de superficie a través del complejo QRS. FASE III: En esta fase persiste el intercambio iónico en el mismo sentido, como en la fase II, pero desde un punto de vista eléctrico la capa externa celular comienza a cargarse positivamente, mientras que la interna se rodea de cargas negativas. Esta fase de repolarización eléctrica se identifica en el ECG como el segmento ST y la onda T, y en ella un estímulo extra potente podría provocar la aparición de un nuevo PAT (período refractario relativo). Esta "vulnerabilidad" del miocárdico a generar un PAT depende directamente de las concentraciones de K+, de forma que a menor concentración mayor vulnerabilidad. FASE IV: En esta fase también conocida como de "potencial de reposo" ó fase diastólica eléctrica, se produce la salida del Na+ y la penetración del K+, a través de un mecanismo activo conocido como " bomba iónica " restableciéndose el equilibrio inicial, con lo cual el PAT alcanza su valor de reposo de unos 100mV (en realidad -100mV). En el ECG este período se corresponde con el tiempo que media entre T y un nuevo QRS. El estímulo se expande por todo el miocardio auricular, lo que se corresponde con la primera inscripción gráfica del ECG y que recibe en el nombre de onda P. Posteriormente dicho estímulo alcanza la unión atrio-ventricular (AV). La unión AV está a su vez conformada por tejido especializado para el automatismo (nodo AV) y para la conducción (haz de His), vea las figuras 1 y 2. Desde este punto surgen dos ramas a izquierda y derecha respectivamente, desde donde el estímulo eléctrico se distribuye por ambos ventrículos a través del sistema específico de Purkinje. La rama izquierda a poco de nacer se divide en dos hemirramas, una que discurre pegada a la pared anterior y otra sobre la pared posterior. La rama derecha posee un trayecto más largo que la izquierda y además no se ramifica tan precozmente. Cuando el estímulo alcanza el nodo AV sufre un retraso fisiológico de entre 120 y 220 milisegundos, denominado intervalo PR del ECG, para posteriormente despolarizar ambos ventrículos a través de la red de Purkinje en un tiempo que varía entre 60 y 100 ms. La despolarización ventricular, denominada comúnmente QRS, se reconoce en el
ECG como la inscripción de mayor voltaje, que aparece tras el segmento PQ ó PR. Todas las fases que componen la estimulación cardíaca global, están marcadas por unos tiempos de inscripción y unas características morfológicas que serán decisivas en el análisis electrocardiográfico. Para mantener íntegro el sistema de automatismo y conducción, los vasos coronarios aportan una rica irrigación a todos los elementos. La coronaria derecha es la responsable de la irrigación del nódulo sinusal en un 70% de los casos, y en un 90% de casos de la irrigación del nodo AV, el fascículo de His y de la casi totalidad de la rama derecha. La rama izquierda irriga en un 30% y un 10% el NS y el nodo AV respectivamente y la rama izquierda de conducción. La isquemia miocárdica es la principal responsable de la mayoría de los trastornos electrocardiográficos que afectan al sistema automático y de conducción del corazón.
Las Bases para el Diseño El funcionamiento del electrocardiógrafo, como equipo de diagnóstico clínico, se basa en la instalación de una serie de electrodos en la superficie de la piel del paciente a nivel de la región toráxica. Estos electrodos permiten capturar la señal electrocardiográfica generada por la actividad del músculo cardíaco del paciente y se pueden colocar de acuerdo a las denominadas “derivaciones bipolares o derivaciones unipolares”. Es decir, la disposición de las conexiones de cada par de electrodos recibe el nombre de derivación. En el registro del electrocardiograma se utilizan habitualmente doce derivaciones: las derivaciones de extremidades, las derivaciones de extremidades aumentadas y las derivaciones precordiales.
Derivaciones de extremidades aumentadas. Estas derivaciones son unipolares (figura 15) y registran las variaciones eléctricas de potencial en un punto (brazo derecho, brazo izquierdo o pierna izquierda) respecto a otro punto en que la actividad eléctrica durante la contracción cardíaca no varía significativamente. La derivación está aumentada en virtud del tipo de conexión eléctrica, que da como resultado un trazo Figura 15
06) Electro corazon
1/8/10
8:33 PM
Página 61
ELECTROCARDIÓGRAFOS Figura 16
Figura 17
de amplitud aumentada. La derivación aVR inscribe los potenciales eléctricos del brazo derecho respecto a un punto nulo, que se hace uniendo los cables del brazo izquierdo y de la pierna izquierda. La derivación aVL registra los potenciales del brazo izquierdo en relación a una conexión hecha mediante la unión de los cables del brazo derecho y del pie izquierdo. La derivación aVF revela los potenciales que hay en el pie izquierdo respecto a la conexión hecha con la unión de los cables de los brazos derecho e izquierdo.
Derivaciones de extremidades . Estas derivacioFigura 18
nes son bipolares, porque detectan las variaciones eléctricas en dos puntos y ponen de manifiesto la diferencia. DI es una conexión entre electrodos situados en el brazo izquierdo y en el brazo derecho. Cuando el brazo izquierdo está en un campo de fuerzas positivo respecto al brazo derecho, en DI se inscribe una deflexión hacia arriba (positiva). DII es la conexión entre los electrodos situados en la pierna izquierda y el brazo derecho, Cuando la pierna izquierda está en un campo de fuerzas positivo respecto del brazo derecho, se inscribe una deflexión hacia arriba en esta derivación. DIII es una conexión entre la pierna izquierda y el brazo izquierdo. Cuando la pierna izquierda está en un campo de fuerzas positivo respecto al brazo izquierdo, se inscribe una deflexión positiva en DIII (figura 16).
Derivaciones precordiales. Estas derivaciones son unipolares y se registran en el tórax desde la posición 1 a la 6 (figura 17). Los electrodos móviles registran el potencial eléctrico que hay bajo ellos mismos respecto a la conexión terminal central, que se hace conectando los cables del brazo derecho, el brazo izquierdo, y la pierna izquierda. El potencial eléctrico de la conexión terminal central no varía significativamente a través del ciclo cardíaco; por tanto, los registros efectuados con la conexión V muestran las variaciones eléctricas que tienen lugar debajo del electrodo precordial móvil. La posición de V1 está en el IV espacio intercostal a la derecha del esternón; V2 está en el IV espacio intercostal a la izquierda del esternón; V4 está a la izquierda de la línea medioclavicular en el V espacio intercostal; V3 está a medio camino entre V2 y V4; V5 está en el V espacio intercostal en la línea axilar anterior, y V6 está en el V espacio intercostal en la línea medioaxilar izquierda. A veces son de utilidad otros emplazamientos de las derivaciones precordiales, por ejemplo, aquellas que están elevadas 5cm por encima de las posiciones usuales (EV1, EV2, etc.) que pueden ayudar a detectar infartos de miocardio, o aquellas que están situadas 5cm por debajo de las posiciones usuales (LV1, LV2, etc.) cuando el corazón está anormalmente bajo en el tórax, como ocurre con los pacientes con enfisema pulmonar. Gracias a estas derivaciones se obtiene
06) Electro corazon
1/8/10
8:33 PM
Página 62
PROYECTOS PARA ELECTROMEDICINA una imagen total de la actividad eléctrica del corazón, figura 18. El nodo sinusal produce un impulso eléctrico que da una frecuencia aproximada entre 60 y 80 pulsaciones por minuto en un individuo normal en reposo. Este impulso se extiende a lo largo de la aurícula y se dirige de arriba hacia abajo un poco oblicua, de la derecha a la izquierda y de atrás Figura 19 hacia adelante, por lo que los campos eléctricos y el vector resultante van a tener una orientación especial. Las porciones del electrocardiograma entre las deflexiones se denominan segmentos, y las distancias entre ondas se denominan intervalos. El ECG puede ser dividido en los siguientes intervalos y segmentos:
2,5mV. Figura 20 I n t e r v a l o PR: Muestra el período de inac - tividad eléctrica Onda P . En condiciones normales es la primera correspondiente marca reconocible en el ECG. Corresponde a la llega - al retraso fisiológico que sufre el estímulo en el nodo da de la señal de activación a las aurículas. Su dura - auriculoventricular. Su duración debe estar comprendi - ción es menor de 100ms y su voltaje no excede los da entre los 120 y 200ms. Figura 21
06) Electro corazon
1/8/10
8:34 PM
Página 63
ELECTROCARDIÓGRAFOS
Figura 22
Complejo QRS: Es la marca más característica de plejo QRS hasta el inicio de la onda T. Onda T: Corresponde a la repola-rización ventricu - la señal electrocardiográfica. Representa la llegada de la señal de activación a ambos ventrículos. Su dura - lar, aparece al final del segmento ST. ción es de 80 a 100ms. Intervalo QT : Comprende desde el inicio del com - Segmento ST: Comprende desde el final del com - plejo QRS hasta el final de la onda T y representa la Figura 23
06) Electro corazon
1/8/10
8:34 PM
Página 64
PROYECTOS PARA ELECTROMEDICINA Muchos fabricantes de semiconductores diseñan despolarización y repolarización ventricular. Su dura - ción estará entre 320 y 400ms. A continuación se circuitos específicos para uso en determinadas disciplimuestra una tabla con la relación entre el ritmo cardía - nas, por ejemplo, Texas Instruments propone el circuico y la duración de este intervalo. to de la figura 21. A la fecha, estamos en espera de que nos lleguen los integrados para poder evaluar su desempeño y oportunamente les comentaremos los Ritmo cardíaco Duración QT (s) resultados. En Internet también puede hallar varios cir60 0.33 - 0.43 cuitos y, entre ellos, podemos destacar el de la figura 70 0.31 - 0.41 22. Este es un diseño “muy popular en Internet”, se 80 0.29 - 0.38 trata de un electrocardiógrafo de 3 canales y fue reali90 0.28 - 0.36 zado por David Fernando Torres de la Mora. En nues100 0.27 - 0.53 tra web: www.webelectronica.com.ar, haciendo click 120 0.25 - 0.32 en el ícono password e ingresando la clave “ electrocar264” le brindamos más información sobre éste y Un Electrocardiógrafo Básico otros circuitos, asi como los links de los autores y todos Originalmente un ECG incluye filtros que eliminan los elementos (incluso programas para PC) para su ciertas frecuencias como por ejemplo, la de 50Hz o cons- trucción y puesta en marcha. 60Hz de la red de las ondas electromagnéticas geneEn la próxima edición describiremos el montaje radas por los equipos eléctricos. Un electrocardiógrafo completo de un electrocardiógrafo que puede ser utilibásico, como el de la figura 19, no incluye ningún tipo zado en cualquier computadora y que permite la imprede filtro, solo amplificadores, por lo que cuando funcio- sión de los resultados por medio de una impresora na se aprecia una superposición de ondas y de la pro- común. Para que vea la sencillez del aparato, en la pia del corazón solo se observa la onda R. Con este figura 23 reproducimos el circuito eléctrico y en la figuequipo, en un osciloscopio, se pude tener una gráfica ra 24 mostramos la señal que hemos obtenido. En como la mostrada en la figura 20. Las etapas que debe nuestra web, con la clave antes mencionada, también poseer un electrocardiógrafo son : podrá descargar este proyecto si es que no quiere aguardar a la próxima edición. ! 1) Adaptador de impedancia. 2)Amplific ador de señal (con cir - cuito integrado para instrumenta - ción como el AD620 ó INA118P). 3) Protección del paciente (optoacoplado). 4) Filtro Notch (60Hz ó 50Hz dependiendo de la frecuencia de la linea de tensión del país donde se vaya a utilizar). 5) Filtro pasa banda (0.5Hz a 120Hz ). 6) Circuito de protección opcio - nal (pierna dere - Figura 24 cha).
ELECTROESTIMULACIÓN
Presentamos un “estetoscopio”, un dispositi - vo que permite escuchar los latidos del cora - zón notablemente amplificados. Con este ins - trumento se pueden distinguir perfectamente los diferentes tonos cardíacos, aunque tam - bién puede tener otras utilidades, como la rea - lización de efectos sonoros. También veremos un variante de este equipo, el monitor fetal.
L
os amantes de la música nunca podrán olvidar la famosa pieza musical de Pink Floyd que comienza con un efecto muy particular: El latido de un corazón bastante amplificado, efecto sobre el que progresivamente se mezcla la melodía musical. La amplificación de los latidos cardíacos ha sido solicitada en varias ocasiones por nuestros lectores. Este proyecto responde, como en muchas ocasiones, a diversas peticiones. De hecho algunos lectores, deseosos de oír los latidos del corazón, han pensado que es suficiente conectar un pequeño micrófono a un amplificador. Enseguida han constatado que de esta forma no es posible escuchar los latidos, ya que los latidos cardíacos, aunque son fácilmen-
te perceptibles al tacto, no son detectables a través de un micrófono común. Estos mismos lectores nos han escrito para que les propongamos una solución. La solución no es tan inmediata como se podría pensar a primera vista, ya que cuando es preciso amplificar una señal de bajo nivel sonoro, como la generada por los latidos del corazón, la dificultad estriba en lograr reproducir únicamente el sonido que interesa, excluyendo el ruido de fondo. Para conseguir el resultado buscado, en primer lugar es indispensable contar con un transductor apropiado. Después de numerosas pruebas hemos localizado una cápsula piezoeléctrica que permite conseguir una óptima respuesta en frecuencia, generando un sonido limpio y exento de ruidos. Además de un transductor adecuado para obtener una buena reproducción, también es necesaria una adecuada filtración de la señal, de forma que se reproduzcan únicamente las frecuencias apropiadas, y en el caso que nos ocupa entre 20Hz y 400Hz. Con estas premisas hemos desarrollado el Estetoscopio electrónico LX.1655, que aquí Figura 1 - Con el estetoscopio LX1655 se pueden visualizar, en la PC, las presentamos. Este dispositivo ha pulsaciones cardíacas. Quien disponga de un editor de audio puede registrar, sido proyectado principalmente paeditar y escuchar las señales captadas. ra amplificar el sonido de los lati-
PROYECTOS PARA E LECTROMEDICINA de dos conectores jack macho. A condos cardíacos, aunque también puede tinuación hay que ajustar a medio reser utilizado para otras aplicaciones: corrido el potenciómetro de volumen Auscultación de la inspiración y de la del Estetoscopio. Para efectuar la expiración del aire, de la deglución, de grabación se puede utilizar el accesola tos, etc. rio “Grabadora de Sonidos”, incluido Gracias a este instrumento un esen todas las versiones de Windows, o tudiante de Medicina puede practicar la auscultación del corazón en los paprogramas más potentes como Nero. cientes, aprendiendo a distinguir los Para utilizar la Grabadora de Sonidos diferentes tonos. hay que hacer click en el botón Inicio Figura 2 - El primer estetoscopio cons - Además se puede registrar el sonidel escritorio de Windows. A contitruido por Laennec estaba formado por do con un grabador o con un ordenanuación hay que seleccionar Prograun cilindro de madera de haya dentro del dor personal, y crear un archivo con cual practicó un agujero pasante de mas, Accesorios, Entretenimiento y, diferentes patologías cardíacas que unos 2 mm. Con este instrumento su in - por último, Grabadora de Sonidos. Al puede resultar muy útil para mejorar el ventor fue capaz de diagnosticar muchas seleccionarlo se abrirá una pequeña aprendizaje. No está lejos el tiempo patologías y realizar importantes análisis ventana, similar a la mostrada en la en que, con la llegada de la Telemedi- de los sonidos cardíacos y pulmonares. figura 9. cina, se transmitan al médico vía InterAhora, después de haber situado el net las pulsaciones del corazón, y reatransductor en la región cardíaca, hay lizar de esta forma un chequeo rápido, que pulsar el botón Grabar. Cuando tranquilizando al paciente sobre su estado de salud en el se quiera finalizar la grabación basta con pulsar el botón momento. Detener (ver figura 10). Si se desea se puede salvar la grabación en un archivo seleccionando la función Guardar del menú Archivo. Latidos Cardíacos Con el Estetoscopio electrónico LX.1655 se pueden Esquema Eléctrico distinguir cómodamente los diferentes tonos cardíacos, es decir los sonidos que constituyen los latidos y que son La señal procedente del disco piezoeléctrico es manproducidos por el rítmico cierre de las válvulas del cora- dada a la Puerta (Gate) del FET FT1, componente confizón. gurado para adaptar la impedancia del sensor piezoelécEl primer tono que se advierte en la pulsación cardía- trico a la impedancia de entrada del operacional IC1/A. ca, un “tum” muy bajo y algo prolongado, es causado por La señal presente en el Drenador de FT1 se aplica a el cierre de las válvulas mitral y tricúspide, mientras que la entrada no inversora de IC1/A, que junto a los condenel segundo tono, un “ta” más alto y más breve, es causado por el cierre de las válvulas aórtica y pulmonar (vea la figura 8). En los individuos jóvenes y normales también es posible advertir un tercer tono, más ba jo, ocasionado por la irrupción de la sangre durante el rápido llenado del ventrículo. A título de curiosidad, la duración del primer tono es de unos 0,15 segundos y tiene una frecuencia entre 25 y 45Hz, mientras que el segundo tono tiene una duración de unos 0,12 segundos y una frecuencia de unos 50Hz. Además, quienes dispongan de un ordenador personal que incorpore tarjeta de sonido, pueden registrar los latidos cardíacos y visualizarlos en pantalla. Para realizar esta operación hay que conectar la salida de los auriculares del Estetoscopio Figura 3 - Esquema práctico de montaje del circuito impreso (derecha) LX.1655 a la entrada de la tarjeta de sonido del en el que se pueden apreciar claramente los conectores para los auricu - ordenador personal mediante un cable dotado lares y para el transductor piezoeléctrico.
ESTETOSCOPIO Y M ONITOR F ETAL
Figura 4 - Esquema eléctrico del Estetoscopio electrónico. El integrado IC2 amplifica unos 30dB la señal procedente del transductor piezoeléctri - co. En la salida se pueden conectar auriculares cuya impedancia esté comprendida entre 8 y 32 ohmios.
sadores C3-C4 y a las resistencias R6-R7 constituye un filtro paso-alto configurado para bloquear todas las frecuencias inferiores a 20Hz. Del terminal de salida de IC1/A la señal es transmitida a la entrada no inversora de IC1/B que, junto a las resistencias R10-R11 y a los condensadores C6-C8, constituye un filtro paso-bajo que bloquea todas las frecuencias superiores a 400Hz.
ciente y el otro extremo en su propia oreja. Descubrió, con gran sorpresa, que el sonido de los latidos del corazón se transmitía perfectamente por el tubo de cartón, y además notablemente amplificado. Este acontecimiento inesperado despertó su curiosidad, por lo que decidió estudiarlo en profundidad. Enseguida se dio cuenta que este fenómeno no sólo era de gran ayuda para mejorar la auscultación de los latidos cardíacos, sino también para explorar problemas respiratorios pulmonares. Aquel primer rudimentario instrumento dio paso a un tubo en cartón de unos 30 centímetros de longitud. Luego lo perfecCómo Nació el Estetoscopio cionó sustituyéndolo por un cilindro de madera en el que René Théophile Hyacinthe Laennec (1781- 1826), ge- realizó un agujero pasante. Con este prototipo realizó nunio francés de la Medicina, descubrió en 1816 el estetos- merosas pruebas, modificando su longitud, ancho, especopio, como muchas veces en la historia de la ciencia, sor y el diámetro del agujero central. Así llegó a realizar por casualidad. Así lo expuso en su “Tratado sobre la aus- un instrumento que permitió una notable amplificación cultación indirecta”, obra publicada en el 1819. acústica y que llamó estetoscopio, del griego stethos (peUn día acudió a su consulta una paciente que presen- cho) y skopein (observar), lo que constituyó una importaba síntomas de cardiopatía, por lo que tuvo la necesi- tante contribución al estudio de numerosas patologías codad de auscultarle el corazón, operación que se realiza- mo la tuberculosis pulmonar, el enfisema, el edema pulba en aquellos tiempos acercando directamente la oreja monar, etc. Con el mismo instrumento Laennec fue capaz al pecho del paciente. Al tratarse de una mujer joven tra- posteriormente de diagnosticar la pleuresía pulmonar. tó de evitar la “incomodidad” que esta maniobra habría Dado lo evidente de la mejora que aportó para reailzar provocado. Recordó un fenómeno físico conocido: El diagnósticos el instrumento de Laennec se difundió rápiefecto que se ocasiona cuando acercando a la oreja a un damente en Francia, luego en Gran Bretaña y después al objeto sólido, por ejemplo un lado de una vara de made- resto del mundo. Con el paso del tiempo el estetoscopio ra, es posible percibir claramente el sonido en el otro la- se ha ido perfeccionando hasta llegar al instrumento acdo de la vara. Intentando solucionar el problema con es- tual, en el que la amplificación del sonido ha sido aumenta estratagema cogió un cuaderno que tenía a su alcance tada y se ha potenciado su precisión mediante la utilizay lo enrolló, apoyando un extremo en el tórax de la pa- ción de una membrana cuya función es recoger las vibraciones generadas por la débil señal acústica procedente del cuerpo del paciente y transmitirla al instrumento, haciéndolas perfectamente perceptibles para el médico. Después de contribuir de forma decisiva a la diagnosis médica y a la observación de las enfermedaFigura 5
PROYECTOS PARA E LECTROMEDICINA des pulmonares Laennec murió en el 1826, con tan solo 45 años. Murió a causa de la misma tuberculosis que estudió durante tanto tiempo, dejando como herencia a sus colegas este insustituible dispositivo, que es considerado a todos los efectos como el primer dispositivo de diagnóstico de la Medicina moderna. Como se puede apreciar observando el esquema eléctrico, tanto IC1/A como IC1/B son amplificadores con ganancia unitaria. La amplificación de la señal es realizada por el integrado TDA7052/B (IC2), que amplifica la seFigura 7 . Hay que introducir el ñal unos 30dB. cable apantallado en el aguje - En los terminales 5 y 8 del integrado IC2 está presenro realizado en el cilindro de te la señal de salida, que es aplicada al conector jack soporte, hasta llegar al nudo, hembra, en el que se conectan unos auriculares corrien- que se ha de cerrar para que tes (impedancia entre 8 y 32 ohmios). El potenciómetro el cable quede bloqueado y R14, conectado al terminal 4 de IC2, permite regular el permitir que se aloje dentro Figura 6 . Para montar el dis - volumen. Por otro lado el transistor TR1 tiene la función del cilindro. Se puede utilizar co piezoeléctrico en el sopor - de limitar la señal en la salida, de forma que en caso de una brida en lugar del nudo te de plástico cilíndrico hay choques accidentales del disco piezoeléctrico no se al- para bloquear el cable. que soldar el hilo central del canzan nunca niveles intolerables para el oído. cable apantallado en el centro La alimentación es proporcionada por una pila común tor jack hembra de 2 mm del disco y la malla metálica utilizado para la conexión en el borde exterior. Una vez de 9 voltios. El interruptor S1 está incluido en el potenciórealizada la soldadura hay del transductor piezoelécmetro del volumen R14. El diodo LED DL1 señala el enque fijar el disco al soporte trico. cendido del dispositivo. utilizando pegamento. Por último sólo queda El montaje de este circuito es tan sencillo que no presentará ningún problema. Aconsejamos comenzar el montar el conector jack montaje con la instalación, en el circuito impreso hembra de 3 mm utilizado para la conexión de los auricuLX.1655, de los zócalos correspondientes a los integra- lares e instalar los integrados IC1 e IC2 en sus correspondos IC1 e IC2, como siempre teniendo cuidado en respe- dientes zócalos, orientando sus muescas de referencia tar la orientación de las muescas de referencia. A conti- tal como se muestra en la figura 3. El circuito impreso, con todos sus componentes ya nuación se puede proceder al montaje de las resistencias, controlando su valor a través del código de colores, montados, ha de instalarse en el pequeño mueble de y del potenciómetro R14 (1 megaohmio) que incluye un plástico (vea la figura 3), fijándose con los tornillos incluiinterruptor, utilizado para encender el estetoscopio y para dos en el kit. Hay que hacer salir el conector de los auriregular el volumen. Es el momento de instalar los con- culares a través del agujero central del mueble. A continuación hay que instalar el mando de reguladensadores, comenzando por los de poliéster y continuando con los electrolíticos, teniendo cuidado en estos últimos en respetar la polaridad de sus terminales, para lo que se ha de tener en cuenta su terminal más largo que corresponde al polo positivo. Ahora se puede montar el FET FT1, el transistor TR1, orientando el lado plano de sus cuerpos tal como se indica en la figura 3, y el diodo LED DL1, respetando la polaridad de sus terminales (el ánodo corresponde al terminal más largo). Los siguientes componentes a soldar en el impreso son los terminaFigura 8. Los latidos cardíacos se componen fundamentalmente de dos tonos. El primer les tipo pin utilizados para conectar tono se produce por el cierre de las válvulas mitral y tricúspide, mientras que el segun - el portapilas de 9 voltios y al conecdo tono se produce por el cierre de las válvulas aórtica y pulmonar.
ESTETOSCOPIO Y M ONITOR F ETAL ción de volumen en el eje del potenciómetro R14 y conectar los cables del portapilas a los terminales tipo pin del impreFigura 9 - Para grabar los latidos del co - so, respetando la razón se puede utilizar la Grabadora de polaridad. Por últiSonidos de Windows. La grabación se mo hay que instainicia pulsando directamente en el botón lar el conector jack GRABAR (círculo rojo). hembra de 2 mm utilizado para conectar el transductor piezoeléctrico en el agujero correspondiente del mueble y soldar sus contactos a los dos terminaFigura 10 - Para terminar la graba - les tipo pin del circión hay que pulsar el botón DETE - cuito impreso. NER (rectángulo gris). En el kit se proporciona un disco piezoeléctrico, un trozo de cable apantallado de, aproximadamente, 1 metro de longitud y un cilindro de plástico perforado y perfilado, utilizado como soporte para el transductor. En primer lugar hay que pelar el cable apantallado descubriendo el hilo central y dejando también al descubierto 1,5 cm de malla metálica. A continuación hay que realizar un pequeño nudo en el cable, cerca del extremo y sin apretarlo mucho, tal como se muestra en la figura 6. Observando el disco piezoeléctrico se puede apreciar que presenta un lado metálico brillante, en el lado contrario se encuentra el material piezoeléctrico rodeado por un borde de latón. Es en este lado en el que se ha de soldar el cable apantallado. El hilo central del cable apantallado se ha de soldar a la zona central del disco piezoeléctrico, mientras que la malla metálica del cable se suelda al borde de latón. ATENCIÓN: Es aconsejable utilizar en las soldaduras muy poca cantidad de estaño y proceder con mucho cuidado. Una vez realizadas no hay que doblar el cable apantallado ya que el disco cerámico es bastante frágil y podría romperse si el cable es sometido a torsión. A continuación hay que introducir el cable apantallado en el agujero realizado a tal efecto en el cilindro de soporte, hasta llegar al nudo, que se ha de cerrar para que el cable quede bloqueado y permitir que se aloje dentro del cilindro. NOTA: Se puede utilizar una brida para bloquear el cable en lugar del nudo. Después hay que proceder a fi jar el disco piezoeléctrico a la superficie del soporte. Pa-
Lista de Materiales R1 = 1k R2 = 1M R3 = 1k R4 = 4,7k R5 = 4,7k R6 = 56k R7 = 100k R8 = 10k R9 = 10k R10 = 82k R11 = 82k R12 = 10k R13 = 10 R14 = Potenciómetro 1M C1 = 10µF electrolítico C2 = 10µF electrolítico C3 = 100nF poliéster C4 = 100nF poliéster
C5 = 10µF electrolítico C6 = 6,8nF poliéster C7 = 470nF poliéster C8 = 3,3nF poliéster C9 = 100nF poliéster C10 = 100µF electrolítico C11 = 1µF poliéster C12 = 100nF poliéster C13 = 100µF electrolítico DL1 = Diodo LED DS1 = Diodo 1N.4150 FT1 = FET BF.245 TR1 = Transistor NPN BC 547 IC1 = Integrado LM 358 IC2 = Integrado TDA 7052/B S1 = Interruptor (sobre R14) SENSOR = Cápsula piezoe - léctrica Auriculares estéreo 32 Este proyecto fue publica do en la revista Nueva Electrónica www.nuevae lectronica.com
ra realizar esta operación hay que utilizar unas gotas de pegamento, teniendo mucha precaución en depositarlo tal como se indica en la figura 6. Después de fijar el disco piezoeléctrico en el soporte hay que soldar el otro extremo del cable apantallado al conector jack macho de 2 mm incluido en el kit. Una vez conectado el transductor piezoeléctrico, los auriculares e instalada la pila de 9 voltios el Estetoscopio LX.1655 está listo para ser utilizado.
Monitor Fetal El bombeador del sistema circulatorio sanguíneo, o sea, el corazón, debe ser controlado minuciosamente, ya que como todos sabemos, si el mismo deja de latir, aunque sea unos pocos minutos, el resultado es la muerte. Esto se debe a que los tejidos del cuerpo humano no pueden continuar funcionando si los mismos están privados de combustible, en especial el cerebro, ya que todos necesitan su cuota de oxígeno en la sangre. Para saber cómo está trabajando el corazón, necesitamos saber si su mecanismo está intacto y cuánta sangre bombea en un tiempo determinado. Estas medidas, como muchas otras necesarias para investigar un organismo, no son muy fáciles de realizar a partir de la parte externa del cuerpo y deben concretarse por medios indirectos. Una forma de obtener evidencias sobre el funcionamiento del corazón consiste en registrar algunas de las señales eléctricas que acompañan la contracción del músculo cardíaco. El registro y examen de estas señales, tal como vimos en el capítulo 6, se llama electrocardiografía (ECG), y es una de las técnicas de diagnóstico más
PROYECTOS PARA E LECTROMEDICINA utilizadas. Cada célula del músculo cardíaco constituye una batería sodio\potasio, internamente negativa y positiva por fuera. Cuando el músculo se contrae estas células cumplen un ciclo de polarización-repolarización y generan una señal eléctrica suficiente (debido a la cantidad de células) para poder medir su tensión en la superficie de la piel. Estas tensiones son captadas por medio de electrodos metálicos colocados en partes estratégicas del cuerpo, luego se amplifican y se realiza un trazado gráfico que comúnmente llamamos "electro". En la figura 11, podemos volver ver una forma de onda basada en los factores amplitud y tiempo, tal como se obtiene prácticamente. La duración de un ciclo es de 600 milisegundos, y la amplitud de más o menos 1 milivolt. La terminología médica, para facilitar la comunicación, usa determinadas letras para cada sección de la forma de onda. La onda P es el resultado de despolarización de la aurícula derecha. El sector QRS (llamado complejo QRS) es una onda aguda resultante de la repolarización de la aurícula y que es simultánea con la despolarización del ventrículo. La repolarización del ventrículo genera la onda T. Posteriormente algunos pacientes presentan otra onda de baja amplitud llamada U. Conociendo cómo se producen estas ondas, los médicos pueden determinar si el corazón trabaja normalmente y de no ser así, analizar qué parte anda mal. Electrónicamente, el análisis sería éste: estamos en presencia de ondas complejas, que tienen su frecuencia fundamental y armónicas y que, para ser estudiadas correctamente, precisan equipos especiales. En un pulso de 60 latidos, la fundamental es de 1Hz y hay otras frecuencias por debajo de los 100Hz. La tensión tan baja que sensibiliza los electrodos crea problemas nuevos, no conocidos en las técnicas audiovisuales. Deberán utilizarse amplificadores diferenciales de entrada, filtros de inducción alternada y alta ganancia. Como ya dijimos, el corazón humano es una auténtica bomba hidráulica para mantener la circulación de la sangre en todo el cuerpo. Sin embargo, el análisis del corazón como una bomba presenta problemas que no son comunes en la ingeniería práctica. Dado que el corazón no es de cómodo acceso, las mediciones directas de las variaciones que interesan no son muy fáciles. Para evitar las alteraciones de comportamiento del corazón, se hace necesaria una exposición del órgano, y si hay que administrar anestésicos, se hace perfectamente con nuevas técnicas electrónicas. Estas permiten un estudio continuo de los parámetros básicos de la función cardíaca y el trazado de curvas funcionales. La mejor forma de analizar una bomba es analizando estos tres parámetros básicos: dimensiones, presión y flujo. Los transductores de presión industriales son sufi-
Figura 11
Figura 12
cientemente sensibles para el registro de las presiones dentro de las cavidades cardíacas. Pero no pueden ser instalados dentro del tórax, por su tamaño, su peso y la posibilidad corrosiva de los líquidos del cuerpo. Para evitar estos problemas se construye un pequeño transductor de presión, consistente en un transformador diferencial, el que se coloca en las proximidades del paciente en estudio. Las diferencias de presión, que actúan sobre la membrana, desplazan el núcleo de ferrite del transformador diferencial, produciendo un desequilibrio eléctrico. La salida resultante se amplifica, y modula en un amplificador a la portadora, trazando una curva continua sobre el papel. Si tuviera que medir la presión en un vaso sanguíneo accesible desde la superficie del cuerpo, la conexión puede hacerse con una aguja hipodérmica que es conectada directamente al transductor. Si la cavidad no es fácilmente accesible, como el propio corazón, tendrá que usarse un tubo plástico, cuyo extremo se empuja hasta el lugar en el cual se quiere medir la presión. Estos tubos, llamados "catéteres", tienen un diámetro que oscila entre una fracción de milímetro y dos o tres milímetros. Como el transductor es un manómetro de membrana,
ESTETOSCOPIO Y M ONITOR F ETAL Para evitar alteraciones en las mediciones, es preciso excluir del líquido todas las burbujas de aire. Si el catéter debe permanecer dentro del sistema circulatorio por algún tiempo, es práctica de rutina enjuagar todo el sistema con el líquido que contiene anticoagulante, a intervalos de tiempo bastante frecuentes. Un progreso para la medición de la presión sanguínea, consiste en colocar el transductor bien cercano al catéter, o sea, en el propio lugar donde se hace la Figura 13 medición. Esto evita las dificultades de enjuague y las presiones aplicadas producen movimientos de la de la eliminación de las burbujas de aire, porque de ese misma, en respuesta a las variaciones de presión. Si el modo no existe resistencia hidráulica entre el punto de catéter fuera fino y largo, aparecerán limitaciones a la medición y el diafragma del transductor. Pero en cambio respuesta en frecuencia, que deberán ser tenidas en está la dificultad del precio del catéter especial y su rápicuenta. Las presiones de la sangre se encuentran en la da destrucción con el uso diario. región de los 100 a 200 mm de mercurio. Nuestro circuito brinda la oportunidad de poder regisLa cámara del medidor y el catéter normalmente se tra en la pantalla de una computadora, la secuencia de llenan de un líquido acuoso que contiene anticoagulante. los latidos del corazón de un bebé en el período de gestación, es decir, poder efectuar el monitoreo durante el embarazo. Para lograrlo, Figura 14 proponemos registrar el flujo sanguíneo en la panza de una mujer embarazada, dado que éste tiene relación directa con los latidos del corazón del bebé, pero, además, si se coloca el sensor en un dedo, se estarán registrando los latidos de su propio corazón. Como sensor, empleamos un fotodiodo receptor del tipo BPW104 que se encuentra en el camino de realimentación de un amplificador operacional. CI1 con sus componentes asociados funciona como amplificador de la señal eléctrica producida por el flujo sanguíneo detectado que proporciona a su salida una
PROYECTOS PARA E LECTROMEDICINA
señal tipo diente de sierra que será amplificada por IC2 y entregada a IC3 que funciona como "disipador", de modo tal que la salida puede conectarse a una computadora con un programa apropiado (ver en nuestra web: Herramientas de Instrumentación Virtual) para que registre el comportamiento de los latidos a través del tiempo. De todos modos, el latido también se hace audible a través de un zumbador construido con compuertas CMOS. Por otra parte, se coloca un circuito encargado de indicar cuando se ha estabilizado el sistema de modo de obtener una lectura que se corresponda con la realidad, esto se consigue por medio del IC CD4538B y sus componentes asociados que indicará (a una computadora) el momento a partir del cual se obtiene una lectura correcta. El programa debería esperar un flanco de bajada de la señal de salida del integrado y luego contar hasta que se produzca el siguiente flanco. Se obtendrá así una lectura en cantidad de latidos por minuto que se visualizará en la pantalla. Como el latido no es constante, se podrán apreciar las variaciones en el zumbador del monitor. Con un programa apropiado se puede visualizar el valor instantáneo (como se muestra en la figura 12), el promedio en 60 segundos y la tendencia en cuanto a la subida o bajada del ritmo cardíaco. Si la computadora con sus herramientas apropiadas posee un convertidor analógico digital, la señal a la salida
de IC1 puede obteLista de Materiales: ner la presentación virtual del ritmo car- CI1, CI2, CI3 - CA3130 - Integrados CI4 - CD4538 - Integrado CMOS díaco. En la figura 13 CI5 - CD4093 - Integrado CMOS se muestra el circui- Q1 - BS250 - Transistor Fet doble comp. Q2 - BC548 - transistor NPN to completo del D1 - BPW104 - Fotodiodo monitor fetal, mien- D2 a D5 - 1N4148 - Diodos de uso gral. tras que en la figura D6 - Led 5 mm 14 se da el corres- Buzzer Piezoeléctrico pondiente diagrama R1 - 470! R2, R3 - 56k! de circuito impreso. R4 - 100k! Desde ya que lo R5 - 15M! dado hasta aquí es R6, R14 - 120k! solo una pequeña R7, R9 - 8M2 R8 - 68k! muestra de lo R10 - 1k! mucho que puede R11 - 330k! conseguirse con R12 - 12k! equipos de estas R13 - 220k! c a r a c t e r í s t i c a s . R15, R17 - 330! R16 - 2M2 Queda a criterio del C1, C3, C4 - 820nF - Cerámicos lector utilizar estos C2 - 10nF - Cerámico equipos con la C5, C6 - 270nF - Cerámicos supervisión de un C7 - 8,2nF - Cerámico profesional médico, C8 - .1µF - Cerámico que pueda evaluar Varios: placa de circuito impreso, cables, los resultados con- soldadura, portapilas, etc. seguidos. En las figuras de esta página podemos observar imágenes correspondientes a la forma en que se deben conectar los sensores y los resultados obtenidos por equipos profesionales. !
ELECTROESTIMULACIÓN
Las primeras observaciones científicas sobre los benéficos efec - tos producidos por los impulsos de RF en algunos procesos fisio - lógicos se remontan a casi un siglo atrás, si bien hasta la década de los setenta no se realizaron las primeras aplicaciones de esta nueva terapia de impulsos, para la que se acuñó el término Magnetic Therapy (Magnetoterapia), término con el que universal - mente se conoce aún hoy en día. Describiremos un equipo prác - tico, publicado en la revista Nueva Electrónica.
S
e ha verificado ampliamente por parte de muchas comunidades científicas que los impulsos generados por Magnetoterapia son capaces de regenerar tejidos epidérmicos, acelerar la calcificación de fracturas óseas, curar inflamaciones y eliminar dolores de articulaciones, cervicales, espalda, etc. También se ha comprobado que esta terapia es capaz de reforzar el sistema inmunológico del organismo, de producir endorfinas que atenúan las sensaciones de dolor y de mejorar la circulación sanguínea, previniendo la formación de placas en las arterias, principal causa de infartos. Las estadísticas médicas, fruto de años de observaciones sobre centenares de pacientes sometidos a esta terapia, demuestran que el 90% de los pacientes consiguió una completa curación y que el 10% restante experimentó notables mejorías. La revista Nueva Electrónica ha apostado desde hace mucho tiempo por este tipo de terapia con varios productos de Electromedicina, ya que se trata de una terapia contrastada que actúa con tiempos sorprendentemente rápidos y con la ventaja de no introducir en el organismo productos farmacológicos que pueden producir efectos secundarios. Muchos instrumentos publicados en Nueva Electrónica son utilizados por Fisioterapeutas, Dermatólogos y Médicos para tratar fracturas óseas, dolores reumáticos, ciática, tortícolis, artrosis cervical, etc. Por todos estos motivos creemos que un aparato de Magnetoterapia debería estar presente en todos los hogares, ya que cuando cualquier miembro de la familia
sienta dolor o alguna de las patologías anteriormente mencionadas, puede someterse inmediatamente a esta terapia, eligiendo el horario que más le convenga y realizarla cómodamente en casa. Quien no disponga del aparato puede optar por la medicina pública, sometiéndose a los largos plazos y tiempos de espera, o a las clínicas privadas, donde los tiempos de espera se reducen a costa de pagar las facturas correspondientes. Recientemente varios Médicos, Fisioterapeutas y Dermatólogos que utilizan Magnetoterapia han llegado a la conclusión de que variando de forma continua la frecuencia de los impulsos se estimula mejor la regeneración de los tejidos enfermos, se eliminan más rápidamente las toxinas y las inflamaciones se erradican en períodos de tiempo más cortos. Estos hallazgos recientes nos han inducido a proyectar una nueva Magnetoterapia que, utilizando un microprocesador ST7, modifica de forma automática y secuencialmente las frecuencias a los valores siguientes: 156 - 312 - 625 - 1.250 - 2.500 impulsos por segundo. Gracias a esta mejora la terapia resulta mucho más eficaz para atenuar los procesos inflamatorios que son la principal causa de dolores musculares y óseos, reumas, ciáticas, lumbalgias, etc. Sería muy largo enumerar las demostraciones de gratitud que nos llegan por parte de los centenares de lectores que utilizan nuestros productos de Magnetoterapia, incluyendo las personas que inicialmente eran escépticas y que tras un par de aplicaciones no sólo han decidido utilizarla sino que incluso la recomiendan a sus conocidos.
PROYECTOS PARA ELECTROMEDICINA Antes de comenzar la diante se han abierto. Como exposición de nuestra nueva ya hemos señalado, los impulMagnetoterapia consideramos sos terapéuticos utilizados en oportuno llamar su atención: Magnetoterapia se componen Muchos “charlatanes” de series compuestas por 40 impulsos estrechos con una aprovechan los efectos positi - duración total de 100 microsevos contrastados de la Magnetoterapia para anunciar gundos (vea la figura 1). La en algunas televisiones priva - secuencia correcta de aplicadas instrumentos que aparen - ción y el número de impulsos temente parecen salidos de para conseguir resultados óptilos laboratorios de la NASA y mos desde el punto de vista que realmente en su interior terapéutico es la siguiente: solo incluyen integrados NE.555 que cuestan menos 1.156 impulsos por segundo de 0,5 dólares, con la serigra - 1.312 impulsos por segundo fía borrada para no poder 1.625 impulsos por segundo identificarlos con facilidad. 1.250 impulsos por segundo Estos dispositivos generan 2.500 impulsos por segundo ondas cuadradas que no tie - nen ningún efecto terapéutico. Por si esto no fuera sufi - La observación unánime de Médicos y Fisioterapistas ciente, estos instrumentos se venden a miles de dólares, que han utilizado esta terapia durante años en aplicaciolo que supone una auténtica estafa. nes ambulatorias es que para hacer la terapia más eficaz y conseguir una curación más rápida hay que aplicar los impulsos durante los siguientes tiempos de exposición: Impulsos de Magnetoterapia Series de 1.156 impulsos durante 2 minutos Los impulsos terapéuticos utilizados en Series de 1.312 impulsos durante 2 minutos Magnetoterapia se componen de series compuestas por Series de 1.625 impulsos durante 2 minutos 40 impulsos estrechos con una duración total de 100 Series de 1.250 impulsos durante 2 minutos microsegundos (vea la figura 1). Series de 2.500 impulsos durante 2 minutos Estos impulsos, que alcanzan una amplitud de unos 70-80 volt pico/pico, son irradiados por un paño que se El ciclo de 5 aplicaciones de diferentes series de aplica directamente en el punto a tratar desarrollando así impulsos se repite 6 veces consecutivas, es decir un total su benéfica acción terapéutica de forma rápida y eficaz. de 60 minutos. Los impulsos son completamente inocuos y no produNuestra nueva Magnetoterapia responde a este ciclo cen ningún tipo de sensación sobre la piel. Precisamente de aplicaciones. Llegado el final del proceso el micropropor este motivo es, en principio, difícil saber si los paños cesador ST7 interrumpe automáticamente la aplicación están irradiando los impulsos. Para controlar que efecti- de impulsos, señalando el final con un sonido emitido por vamente se están irradiando los impulsos hemos instala- el zumbador CP1. La duración mínima de esta terapia es do en el panel frontal del mueble, encima de los bornes de 30 minutos. Si se quiere interrumpir el funcionamiento de conexión de los paños, dos diodos LED indicadores después de este intervalo de tiempo hay que presionar el encima de cada conector. Los diodos LED situados a la pulsador Select (P1) conectado al terminal 5 del microizquierda parpadean siguiendo el ciclo de la frecuencia procesador IC2. Si, alcanzados los 30 minutos, se quiere aplicada al paño irradiante, es decir son indicadores de prolongar la terapia a 60 minutos, sólo hay que volver a funcionamiento. Si estos diodos LED están apagados, presionar el pulsador P1. En el panel frontal se encuentran 6 diodos LED con con los paños conectados, significa que las conexiones las siguientes indicaciones de tiempo: internas del paño irradiante están en cortocircuito. Los diodos LED situados a la derecha sólo se encien10 - 20 - 30 - 40 - 50 - 60 minutos den cuando se conectan los paños irradiante en los conectores, es decir son indicadores de conexión. Si Al empezar la terapia se enciende el diodo LED estos diodos LED están apagados, con los paños conectados, significa que las conexiones internas del paño irra- correspondiente a los 10 primeros minutos, automática-
MAGNETOTERAPIA mente empiezan a parpadear los dos diodos LED situados a la izquierda de los conectores Output A y Output B. La velocidad de parpadeo de los diodos LED es lenta ya que corresponde a la frecuencia mínima (156 impulsos por segundo). Este estado se prolonga un tiempo total de 2 minutos. Pasados 2 minutos el microprocesador IC2 cambia la frecuencia a 312 impulsos por segundo. La velocidad de parpadeo de los diodos LED situados a la izquierda de los conectores Output A y Output B es algo más rápida. Después de 4 minutos el microprocesador IC2 aumenta la frecuencia a 625 impulsos por segundo. La velocidad de parpadeo de los diodos LED situados a la izquierda de los conectores Output A y Output B es aún más rápida. Al 6º minuto el microprocesador IC2 conmuta la frecuencia a 1.250 impulsos por segundo. La velocidad de parpadeo de los diodos LED situados a la izquierda de los conectores Output A y Output B también se incrementa. Por fin, al 8º minuto el microprocesador IC2 conmuta la frecuencia a 2.500 impulsos por segundo. La velocidad de parpadeo de los diodos LED situados a la izquierda de los conectores Output A y Output B llega al máximo. Este estado se prolonga hasta llega al minuto 10. Completado el primer ciclo de 10 minutos se enciende el diodo LED correspondiente al periodo de 20 minutos. Automáticamente se repite la secuencia de 156-312-6251.250-2.500 impulsos por segundo durante un tiempo de 2 minutos para cada frecuencia. Pasados 20 minutos se enciende el diodo LED correspondiente al período de 30 minutos. Automáticamente se repite la secuencia de 156-312-625-1.250-2.500 impulsos por segundo durante un tiempo de 2 minutos para cada frecuencia. Después de 30 minutos se enciende el diodo LED correspondiente al período de 40 minutos. Automáticamente se repite la secuencia de 156-312-6251.250-2.500 impulsos por segundo durante un tiempo de 2 minutos para cada frecuencia. Una vez completado este cuarto ciclo, es decir después de los 40 primeros minutos, se enciende el diodo LED correspondiente al periodo de 50 minutos. Automáticamente se repite la secuencia de 156-312-625-1.250-2.500 impulsos por segundo durante un tiempo de 2 minutos para cada frecuencia. Pasados 50 minutos se enciende el diodo LED correspondiente al periodo de 60 minutos. Automáticamente se repite la secuencia de 156-312-6251.250-2.500 impulsos por segundo durante un tiempo de 2 minutos para cada frecuencia. Una vez que se alcanzan los 60 minutos el microprocesador detiene la terapia, señalizando la finalización mediante la emisión de un sonido a través de CP1. El esquema eléctrico completo de la nueva Magnetoterapia se muestra en la figura 2. Como se puede observar, los 12 volt AC proporcionados por el
secundario del transformador de alimentación T1 se rectifican a través del puente RS1 para aplicarse a dos puntos diferentes. Por un lado la señal se aplica a la resistencia R1, conectada al emisor del transistor PNP TR1 utilizado para obtener, en su Colector, los impulsos de 100 microsegundos que utilizan los dos osciladores RF compuestos por los transistores TR3-TR4 y TR5-TR6. Por otro lado la señal se aplica al terminal de entrada (E) del integrado estabilizador IC1, un L.7805, que proporciona en su salida una tensión estabilizada de 5 voltios utilizados para alimentar el microprocesador IC2, los inversores digitales contenidos en el integrado IC3 y todos los componentes marcados con la indicación +5V en el esquema eléctrico. El “cerebro” que administra la Magnetoterapia es el microprocesador ST7, referenciado como IC2 (vea la figura 7). Del terminal 10 del microprocesador IC2 salen cada 2,5 microsegundos los impulsos, que el terminal 14 interrumpe cada 40 impulsos a través del diodo DS2. El tiempo total es: 2,5 x 40 = 100 microsegundos (vea nuevamente la figura 1). Estos impulsos se potencian a través los inversores IC3/A, IC3/B e IC3/C para aplicarse a la Base del transistor NPN TR2, cuyo Colector controla la Base del transistor PNP TR1 que manda los impulsos a las dos etapas finales de potencia compuestas por TR3-TR4 y TR5-TR6 (vea la figura 2). Cuando se proporciona tensión al circuito actuando sobre el interruptor S1 se encenderán los 6 diodos LED del panel frontal conectados a los terminales 12-13-15 del microprocesador IC2 (DL2 a DL7) y los diodos LED DL8DL9 conectados a los terminales 7-11, de esta forma se indica que todas las etapas del circuito funcionan perfectamente. Después de unos pocos segundos los diodos LED se apagarán. Si en los conectores de salida están conectados los paños irradiantes veremos encenderse los dos diodos LED de la derecha situados encima de los de los conectores Output A y Output B, es decir DL10 y DL11. En cuanto presionemos el pulsador P1, conectado al terminal 5 del microprocesador IC2, veremos encenderse en el panel Time (minutos) el primer diodo LED de la izquierda situado sobre la inscripción 10 minutos, señalizando que se ha iniciado el ciclo de la Magnetoterapia. Los diodos LED situados a la izquierda sobre los conectores de salida empezarán a parpadear lentamente. Pasados 2 minutos veremos estos diodos LED parpadear más rápidamente. La velocidad se irá incrementando progresivamente hasta llegar a los 10 minutos. En ese momento el diodo LED indicador de 10 minutos se apaga y el LED indicador de los 20 minutos se enciende. Los diodos LED DL8-DL9 situados sobre los conectores de
PROYECTOS PARA ELECTROMEDICINA
MAGNETOTERAPIA Figura 2 - Esquema eléctrico de la nueva Magnetoterapia. El micro ST7 está referenciado como EP.1610
PROYECTOS PARA ELECTROMEDICINA salida irán incrementando progresivamente su velocidad de parpadeo. Después de otros 10 minutos el diodo LED indicador de 20 minutos se apaga y el LED indicador de los 30 minutos se enciende. Los diodos LED DL8-DL9 situados sobre los conectores de salida irán incrementando progresivamente su velocidad de parpadeo. Pasados otros 10 minutos el diodo LED indicador de 30 minutos se apaga y el LED indicador de los 40 minutos se enciende, repitiéndose el ciclo hasta llegar a 60 minutos. Si en este momento la palanca del conmutador Timer está en la posición OFF el circuito deja de funcionar, condición que es señalizada por el sonido emitido por CP1. En cambio, si el conmutador Timer está en ON el funcionamiento continúa indefinidamente, sólo dejará de funcionar actuando sobre el conmutador Power. Volviendo al esquema eléctrico de la figura 7 podemos observar las dos etapas finales de potencia constituidas por los transistores TR3¬TR4 para la salida A y por los transistores TR5¬TR6 para la salida B. Los impulsos presentes en las salidas se aplican a las conducciones internas de los paños irradiantes que los dispersan hacia el exterior para que se puedan aplicar al la zona a tratar, realizando así su acción terapéutica. El microprocesador ST7 controla continuamente el funcionamiento correcto y óptimo de cada una de las etapas de la Magnetoterapia. El diodo LED DL10, situado sobre el conector de la Salida A, solo se enciende si el paño irradiante está conectado a esta salida y no presenta ningún problema. Si su conexionado interno se abre o se rompe el cable que conecta el paño al conector de salida el diodo LED permanece apagado, señalizando de esta forma la avería o la falta de conexión. El diodo LED DL11 realiza una función análoga a la del diodo LED DL10 para la Salida B.
