Diseño de un sistema de rehabilitación activa con estimulación eléctrica

Abstract

The present work emerges from a project began by the collaboration between Automatic¿s and Systems¿ Engineering (DISA) and Electrical Engineering¿s (DIE) departments. The final objective of this Project is to rehabilitate or to improve ¿asleep¿ or neurological injured limbs¿ movement.

To achieve that final purpose, the Project has been divided in two complementary parts, one of which being the final objective of this piece of work, namely the computer generation of a series of electrical signals which simulate the impulses produced by patient¿s will to put them into the injured limb¿s muscles. That is to say, to create a nervous bypass, which signals have their roots in the computer and their end at the injured limb¿s muscles.

Firstly, signal generated by a commercial electro stimulator device will be analysed using an oscilloscope to obtain information about its waveform, period, frequency and amplitude. That signal will be later generated autonomously, without depending on device¿s default program, using the appropriate values of intensity and frequency to rehabilitate a specific movement.

There will also be created an application that allows to control the electro stimulation device, already mentioned, using LabVIEW programming environment and its interface for Arduino (LIFA), as a proof of an easily created control environment of the generated electrical impulses.

El presente trabajo surge de un proyecto promovido por la colaboración entre los departamentos de Ingeniería de Sistemas y Automática (DISA) e Ingeniería Eléctrica (DIE). El objetivo final del proyecto es rehabilitar o mejorar la movilidad de miembros y extremidades ¿dormidos¿ o afectados por algún tipo de enfermedad neurológica.

Para conseguir alcanzar ese objetivo último, se ha dividido el proyecto en dos partes complementarias, siendo una de ellas el objeto del presente trabajo, a saber, la generación mediante ordenador de una serie de señales eléctricas que simulen impulsos generados por la voluntad del paciente para insertarlas en la musculatura del miembro a rehabilitar. Es decir, se pretende crear un bypass nervioso cuyas señales tengan su origen en el ordenador, y cuyo punto destino sea la musculatura de la extremidad a rehabilitar.

En primer lugar, se van a analizar las señales que genera un aparato electroestimulador comercial a través de un osciloscopio con el fin de obtener información sobre su forma de onda, periodo, frecuencia y amplitud. Posteriormente, se generará la señal analizada de forma autónoma, sin necesidad de depender de la programación por defecto del aparato, con los valores de intensidad y frecuencia adecuados para la rehabilitación de un movimiento específico.

También se creará una aplicación que permita el control del aparato electroestimulador ya mencionado, utilizando el entorno de programación de LabVIEW y su interfaz con Arduino (LIFA), como muestra de la posibilidad de crear de forma sencilla un entorno de control de los impulsos eléctricos generados.

El present treball sorgeix d’un projecte promogut per la col·laboració entre departaments d’Enginyeria de Sistemes i Automàtica (DISA) i d’Enginyeria Elèctrica (DIE). L’objectiu final del projecte es rehabilitar o millorar la mobilitat de membres i extremitats “adormides”, afectades per algun tipus de malaltia neurològica. Per aconseguir abastir aquest objectiu últim, s’ha dividit el projecte en dues parts complementàries, sent una d’aquestes l’objecte d’aquest treball, a saber, la generació mitjançant l’ordinador d’una sèrie de senyals elèctrics que simulen els impulsos generats per la voluntat del pacient per introduir-les en la musculatura del membre a rehabilitar. Es a dir, es pretén crear un bypass nerviós les senyals del qual tinguen el seu origen a l’ordinador, i la destinació del qual siga la musculatura de l’extremitat a rehabilitar. Primerament, s’analitzaran els senyals que genera un aparell electroestimulador comercial a través d’un oscil·loscopi amb la finalitat de obtindré informació sobre la seua forma d’ona, període, freqüència i amplitud. Posteriorment, es generarà la senyal analitzada de manera autònoma, sense la necessitat de dependre de la programació per defecte de l’aparell, amb els valors d’intensitat i freqüència adequats per la rehabilitació d’un moviment específic. També es crearà una aplicació que permeta el control de l’aparell electroestimulador ja nomenat, utilitzant l’entorn de programació de LabVIEW i la seua interfície amb Arduino (LIFA), a com a mostra de la possibilitat de crear de manera senzilla un entorn dels impulsos elèctrics generats.