MEDICIÓN DIGITAL DE LA ACELERACIÓN DEl.. DEDO PULGAR

MEDICIÓN DIGITAL DE LA ACELERACIÓN DEl.. DEDO PULGAR

MEDICIÓN DIGITAL DE LA ACELERACIÓN DEl..
DEDO PULGAR: UNA APLICACIÓN MÉDICA
Rodríguez, Layla
Folgueras, José
Díaz, Mabel
Resumen: Se presentan un sistema compacto para la medición de la aceleración del
dedo pulgar cuando se estimula el nervio mediano y los resultados de su aplicación a
sujetos no relajados. El sistema tiene especial aplicación en la determinación de la
profundidad del relajamiento muscular del paciente bajo anestesia profunda, asf como
en otras aplicaciones médicas. Se describen los módulos que componen el sistema y
se presentan y discuten los resultados de los experimentos realizados.
Palabras clave: Aceleración del dedo pulgar/ Acelerómetro/ Anestesia profunda/ Medición
digital/ Relajamiento muscular.
DIGITAL MEASUREMENT OF THE ACCELERATION
OF THE THUMB: A MEDICAL APPLICATION
Summary: A compact system for measuring the acceleration of the thumb when the
median nerve is stimulated and the results obtained from healthy non-refaxed volunteers
are presented. The system is useful for the determination of the muscular relaxation
depth of patients under deep anesthesia as well as in other medica! applications. The
blocks that form the system are described and the experimental results are discussed.
Keywords: Accelerometer/ Deep Anesthesia/ Digital Measurementl Muscular Relaxation/
Thumb Acceleration.
l. INTRODUCCIÓN
La técnica de medición de aceleración es bastante
conocida y ha servido como base para desarrollar varios
tipos de instrumentos específicos. Estos sistemas de
medición emplean un sensor sensible a la aceleración,
capaz de convertir esta magnitud en una magnitud
eléctrica. Usualmente, en dicho sensor existe una posición
de equilibrio de algún elemento, al variar la cual se produce
la señal eléctrica proporcional a la aceleración, como
resultado del cambio en las condiciones de equilibrio del
sensor [1 , 2].
Una aplicación particular de medición de la aceleración
surge en Medicina, en la rama de la Anestesiología, donde
se puede medir la respuesta del dedo pulgar al contraerse
el músculo adductor pollicis o aductor del pulgar, bajo la
influencia de un cierto estímulo eléctrico, para determinar
el grado o profundidad del relajamiento muscular de un
paciente durante la anestesia profunda (3].
Otras aplicaciones posibles están muy relacionadas
con la evaluación del progreso del paciente sometido a
rehabilitación, los estudios de dispositivos mecánicos,
ortesis , etc., para discapacitados y los estudios
relacionados con la potencia muscular.
A continuación se presenta un módulo compacto para
la medición de la aceleración del pulgar, los experimentos
realizados por los autores y se discuten los resultados
obtenidos.
11. DESARROLLO
1. Materiales y método
Como sensor se utilizó un acelerómetro capacitivo
integrado, de fuerza balanceada , apto para medir
aceleración variable en el tiempo , típica de las
vibraciones, así como aceleración constante como la
producida por la fuerza de gravedad [4]. El acelerómetro
empleado tiene como principal ventaja sus reducidas
dimensiones y altas prestaciones. Está diseñado para
medir los valores de la aceleración en las gamas de+/
- 5 g a +/- 1 g o menor (donde g es el valor de la
aceleración de la gravedad normal a nivel del mar) . El
sensor tiene un eje de máxima sensibilidad y detectará
sólo la componente de la aceleración coincidente con
él. Por tanto, el valor de voltaje en la salida del sensor
será proporcional a esta componente y se tendrá un
Manuscrito finalizado el 25110198, recibido el 01/C6/96, en su forma final (aceptado) el 7!/JKYJ/96. La lng. Leila Rodríguez es ~te
a Investigador en el Instituto Central de Investigación Digital (ICID), La Habana, Cuba , CP11 000, tel. (537)217632, fax (537
7,
e-mai [email protected] . El Dr. José Folgueras es Jefe del Departamento de Microelectrónica en el mismo Instituto, con el m1smo tel.
y fax, e-mail folguera@me. icid.edu.cu. La lng. Mabel Díaz es Aspirante a Investigador, en el m1smo Instituto, también con el m1smo telf.
y fax, e-mail : [email protected].
- - -- - - ••ni!HI•.&•, CII!.CI.A 1 Il!c•ete& • .A. Volumen 2. Número 8. Diciembre 1998. pp. 9-11
resultado nulo si el sensor se mueve
perpendicularmente a este eje.
En este trabajo se empleó una sensibilidad de 2000
mV/g para el acelerómetro, lo que define una gama de
medición de+/- 1 g, suficiente para medir los valores
de la aceleración para las aplicaciones mencionadas
anteriormente.
En la Figura 1 se muestra el diagrama en bloques
del sistema de adquisición de datos, que se alimenta
por una batería de 9 V y está compuesto por los
siguientes bloques:
- Conversor AJO de 8 bits
- Microcontrolador (PIC) de 8 bits
- Display de tres dígitos y siete segmentos
-Conversor OC-OC
-Fuente de impulsos a corriente constante
-Electrodos de estimulación
El sistema mostrado cumple con todos los
requisitos de seguridad para el paciente establecidos
en las normas internacionales en uso actual [5, 6].
Se estimuló a cada sujeto con un pulso de corriente
constante de 0,3ms de duración, con frecuencia de 1Hz
y una amplitud suficiente para lograr la contracción
muscular, de forma semejante a como se suele hacer
para estas aplicaciones [7]. Se emplearon varios valores
de amplitud del estímulo para lograr diferentes grados
de contracción, registrando los valores de aceleración
correspondientes.
2. Resultados experimentales
Se midieron 25 sujetos, que fueron sometidos al
mismo patrón de estimulación en igualdad de
condiciones; en las Figuras 2, 3 y 4 , se muestran las
curvas obtenidas para tres de los pacientes durante la
medición.
En las mismas figuras se muestra la variación de la
aceleración con el tiempo, para diferentes valores de
amplitud del estímulo aplicado. El parámetro de cada
curva es el valor de intensidad del estímulo aplicado al
sujeto.
Aceler..l n
....___.., LEOs de 7
Segnertos
\'8BA
tOO
100
700
100
100
400
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200
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100
OsáladcJ
/
~
o
Furte de calierte
o
1Hz
10 20
ao
40
&o
10 10 10
•o
100
Tiempo( ms)
_j
Figura 1. Diagrama de bloques del sistema para medir
aceleración
Para el experimento se utilizaron sujetos
conscientes no relajados (no sometidos a la acción de
un relajante muscular), con los cuales se tomaron
medidas rigurosas en cuanto a su preparación, de forma
que todos se sometieran a las pruebas en igualdad de
condiciones.
El método seguido fue:
- Frotar la piel en el lugar de aplicación de los electrodos
con una pasta abrasiva, con el objetivo de mejorar el
contacto eléctrico, seguido de una limpieza con
solución jabonosa.
- Aplicar un gel conductor en la piel en el lugar donde
se colocarán los electrodos.
- Estimular el nervio mediano con la amplitud deseada
del estímulo hasta lograr la contracción.
- Transcurrido un tiempo de 2ms después de aplicado
el estímulo, comenzar a recoger los datos de la
aceleración, a intervalos de 1Oms entre la adquisición
de una muestra y otra, durante un tiempo total de
150ms.
Figura 2. Curvas de aceleración del dedo pulgar para
diferentes valores de corriente de
estimulación, en el sujeto 1.
Ac:eler.clón
(mg)
1200
1000
800
-+-12,3mA
- =-12,8 mA
600
--13,3mA
400
- - 1 4,8mA
200
o.
e:>
<f>
~
Tiempo( ms)
Figura 3.
Curvas de aceleración del dedo pulgar, para
diferentes valores de corriente de
estimulación, en el sujeto 2.
- -- - - - -- - - - - -- - - - - - Rodríguez, L, Folgueras, J., Díaz, M., Aceleración del dedo pulgar
las curvas mostraban un segundo máximo de menor
amplitud, tal como se muestra en la Figura 4.
Aceleración (m,g)
~r------------------~+------,~-----
800 +--------» ~-T-------800+-----.~--~---­
«0+---~~~~~--­
~+----.~----~~~
· -----
200+----+-V---~s:~
100
o.
-+-10,6mA
- -11,6mA
--13,3mA
--16,6mA
~--.----r==-.--.---.-~
o
N
o
r>
o
o
-
o o
......
co m o
-
r1e11110 (rns)
Figura4. Curvas de aceleración del dedo pulgar,
después la estimulación del nervio mediano,
para diferentes valores de corriente de
estimulación, en el sujeto 3. Obsérvese el
máximo menor al inicio de la estimulación.
Al observar las figuras mencionadas se puede
apreciar un comportamiento semejante de un sujeto a
otro. Sólo existieron diferencias en cuanto a algunos
aspectos que, de cierta manera, son esperados, puesto
que las características de los sujetos son diferentes
entre sí en cuanto a los niveles de sensibilidad , los
tiempos de transmisión nerviosa y las respuestas de
los músculos ante diferentes estímulos.
Algunas características interesantes fueron las
siguientes:
Nivel de sensibilidad
Se comportó muy dependiente de cada sujeto. En
la Figura 2 se puede apreciar como, para el sujeto 1,
con un estímulo de corriente de 12,3mA, se obtuvo una
respuesta muy pequeña mientras que para otro sujeto,
cuyos resultados se muestran en la Figura 3, se obtuvo
una respuesta mucho mayor para el mismo estímulo.
El segundo sujeto presentó, incluso, una respuesta
mayor para un estímulo de 10,5mA, más pequeño que
el menor estímulo aplicado al sujeto 1.
Forma de la curva de aceleración contra tiempo
Para todos los sujetos que se sometieron al
experimento se obtuvieron curvas muy semejantes
como resultado de las mediciones, cuya principal
característica fue la existencia de una dependencia de
la aceleración con el tiempo con un máximo central. Es
necesario señalar que, aún cuando éste fue el
comportamiento general, hubo sujetos para los cuales
Aplicaciones
El módulo de medición de aceleración puede ser
empleado, además, en otras aplicaciones médicas. En
opinión de los autores, es útil en el proceso de evaluación
del progreso de un paciente sometido a Rehabilitación,
en Medicina Deportiva y en otros campos.
111. CONCLUSIONES
1. El acelerómetro electrónico puede tener múltiples
aplicaciones en el campo de la Medicina.
2. Los resultados experimentales de la utilización de
este módulo en la medición de la aceleración del dedo
pulgar al estimular el nervio mediano son
satisfactorios.
3. Los resultados son una clara indicación de las
posibilidades del acelerómetro por su magnitud y su
alcance perspectivo.
IV. BIBLIOGRAFÍA
1) PARTRIDGE , GR : "Principies of electronic
instruments", Englewood Cliffs, Prentice-Halllnc.,
1958. pp. 247-254.
2) THALER, GJ: "Analysis and design of feedback
control systems" , 2 • ed ., La Habana , Ed .
Revolucionaria, 1960, pp. 570-574.
3) VIBY-MOGENSEN , J: "Ciinical experiences with
Norcuron", Eds. Agoston S., Excerpta Medica C.C.P.
Series 11, 1983, pp. 66-71 .
4) Analog Devices lnc: "Single Chip Accelerometer with
Signal Conditioning: ADXL05", Norwood, MA, USA,
1995.
5) INTERNATIONAL
ELECTROTECHNICAL
COMMISSION, lEC 601-1 :1977, "Medica! Electrical
Equipment. Part 1: Specification for General Safety
Requirements", 1977.
6) INTERNATIONAL
ELECTROTECHNICAL
COMMISSION , lEC 601-2-10: 1987, Section 2.10,
"Specification for Nerve and Muscle Stimulators",
1987.
7) POLLMAECHER, T. ; STEIERT, H.; BUZELLO, W:
"A constant current peripheral nerve stimulator
(NEUROSTIM T4) , Br. J. Anaesth ., v.58, 1986,
pp.1443-1446.