Electrostimulatorul Cutanat

MOTTO:

Pisica e vestită că ar trăi șapte vieți, însă profesorul și inginerul nu moare nicioadată, va rămâne în amintire domn profesor …, domn inginer … .

Hacman Tiberiu

CUPRINS :

Sinteza lucrării

Cap. 1 Electronul și medicina modernă.

Aplicații ale efectului curenților în medicină.

Electroterapia și aplicații moderne.

Argument prin experimentare personală.

Cap. 2 Elemente de electrofiziologie celulară.

Electronică celulară.

2.2 Transmiterea inter-neuronală a informației.

2.3 Circuitul echivalent al celulei nervoase.

Cap. 3 Efectele curentului asupra organismului.

3.1 Electrostimularea.

3.2 Tipuri de electrostimulare.

3.3 Electrocutarea.

Cap. 4 Electrostimulatorul HTG 0714.

4.1 Prezentare generală.

4.2 Schema bloc cu module descriptive.

4.3 Schema electrică.

Cap. 5 Studiul electrostimulatorului HTG 0714.

5.1 Măsurători de tensiuni si curenți.

5.2 Rolul componentelor.

5.3 Semnale grafice.

Cap. 6 Procese de execuție.

6.1 Proiectarea schemei electrice cu programul Altium Designer 14

6.2 Crearea amprentelor pieselor și proiectarea plăcii

6.3 Asamblare, măsurători și teste.

Cap. 7 Concluzii.

7.1 Indicații si contraindicații.

7.2 Măsuri de protecție.

7.3 Noi posibile aplicații ale electrostimulării.

Bibliografie.

Sinteza lucrării

Este știut astăzi că fără descoperirea curentului nu ar fi fost posibilă viața modernă cu toate descoperirile din toate domeniile.Imaginați-vă ce ar fi medicina fără lumină artificială, sau fără aparatele care țin pacientii în viață.

Astăzi avem aparatură medicală care poate diagnostica cu ajutorul softurilor specializate anumite boli, prin analiza țesuturilor sau a lichidelor corpului, sau care pot scana corpul pentru a schița o hartă imagistică cu țesuturile fiecarului organ, însă toate acestea ar fi inutile daca nu ar fi alimentate cu tensiune.

Plecând de la efectele curentului din lumea fizică, medicina a adoptat în timp utilizarea curentului în tratare, (de exemplu băile galvanice), diagnosticare (unele analize medicale folosesc principiul electrolizei), scanare (metode moderne de imagistică RMN folosind principiul de Rezonanță Magnetică Nucleară), etc.

Electroterapia este o formă de terapie prin care se ajută organismul la vindecare și să se recupereze prin utilizarea stimularii electrice Mulți specialiști consideră că electroterapia poate menține durerea sub control și contribuie la accelerarea procesului de vindecare.

Motivație

În perioada 2006 – 2008 am suferit de reumatism articular, in urma recomandărilor medicului de familie, am achiziționat un electrostimulator cutanat cu mai multe funcții: electrostimulare, imunizare, acupunctură, electromasaj, etc.După mai multe ședințe durerile s-au diminuat treptat și mă simt pănă astăzi bine

Pasionat de electronică și pentru că imi place domeniul medical am decis să caut informații despre comportamentul celulelor, țesurturilor și substanțelor corpului uman la currenți, să analizez din punct de vedere constructiv aparatul folosit pentru a construi unul asemănător ca funcții din componente care nu necesită programare.

Deoarece acest aparat îl consider eficient am hotarât să fie tema de proiect pe care vreau să vi-l prezint:

În capitolul 1 se prezintă pe scurt importanța curentului în medicină, efectele și aplicațiile moderne ale curenților în procedurile de diagnosticare si tratament prin electroterapie. de asemenea am găsit utilizarea lor în scop cosmetic pentru eliminarea ridurilor și tonifierea feței sau a altor zone de interes. Se pot folosi pentru remodelare corporală, masaj și relaxare. În sportul de performanță atleții pot folosi aparate cu electrostimulare musculară pentru intreținerea musuculară fără sa fie nevoie de greutăți care suprasolicită scheletul și musculatura.

În capitolul 2 sunt descrise unele funcții ale celulei umane, elementele de microelectronică și microcurenți, modul de transmitere interneuronală a infomației și simularea unui circuit echivalent a celulei.Întelegând fenomenele electrice care au loc in celule și tesuri putem determina impusuri electrice generate de aparate electronice.

În capitolul 3 am studiat efectele curentului electric care provoacă antrenarea fibrelor musculare. Deoarce fibrele musculare ale scheletului sunt de diferite tipuri ele pot fi activate la diferite grade și tipuri de electrostimulare, iar modificările provocate depind de modelul electrostimulării clasificate pe tipuri de curenți și utilizări, Electrostrostimularea ca metodă de terapie este clasificată în mai multe tipuiri dintre care amintim galvanoterapia ( folosește curentul continuu); faradoterapia ( folosește curentul alternativ); curenți cu impulsuri ( se folosesc curenții de joasă, medie sau inaltă frecvență).În ultima parte a capitolului (foarte important) am analizat și prevăzut efectele electrocutări asupra organismului deoarece aparatul foloseste o metodă de electrocutare controlată însă pot apărea diverse situații neprevăzute de accidente grave chiar ireversibile.

În capitolul 4 este prezentat electrostimulatorul HTG 0714, o încercare de a proiecta și construi un electrostimulator folosind componente simple pentru obținerea unor funcții asemănătoare unui aparat dotat cu microcontroler specializat.

Din punct de vedere funcțional electrositmulatorul cutanat are un mnodul de alimentare de la o sursă de 9V, un modul de prelucrare a unui curent folosind un circuit intergat specializat cu rol de ceas (timer) care generează o serie de impusuri electrice cu o anumită frecvență reglabilă din potentiometru P1, un modul care determină intensitatea impulsurilor comandat prin potențiometrul P2, un modul ridicator de tensiune care are in componență un transformator cu primarul alimentat la maxim 9V iar de la bornele secundarului vom culege un semnal cu o tesniune de maxim 80V

Schema a fost modelată cu programul de simulare Multisim 13 dezvoltat de Național Instruments cu ajutorul căruia am analizat amplasarea componentelor și rolul lor.

În capitolul 5 sunt prezentate rezultatul unor măsurători efectuate cu aparate virtuale (multimetru , osciloscop) pentru a vedea dacă componentele alese au avut rolul de a contribui la obținerea de curenți si frecvențe prestabilite.Graficele semnalelor obținute au fost salvate prin captura ecran și anexate la documentația de la capitolul Anexă.

În capitol 6 sunt prezentate procesele de execuție a plăci de bază a electro-stimulatorului respeectțnd schema electrică.După amenajarea unui spatiu de lucru care corespunde desfașurării în siguranță a lucrului cu sculele necesare s-au achizitionat piesele după schemă sau echivalente de la magazin specializat după care s-a ales un program de proiectare PCB (Altium Designer 14) pentru aplicarea amprentelor pieselor și trasarea conexiunilor (traseielor) electrice.După ansamblarea totală sau efectuat teste pentru a vedea dacă rezultatele obținute corespund cu simularile virtuale.Toate masuratorile au fost fotografiate si trecute in documentația de la Anexă.

În capitolul 7 am considerat să argumentez indicațiile pentru acest aparat însă am subliniat și contraindicațiile. Deoarece se lucrează direct pe corpul uman am menționat măsurile de protecție pe care operatorul trebuie să le respecte cu strictețe.În ultima parte a acestui capitol am descris posibile aplicații ale electrosimularii în tratarea cancerului

În loc de încheiere vreau să vă mulumesc pentru timpul acordat .

CAP . 1

Electronul și medicina modernă

Este știut astăzi ca fără descoperirea curentului nu ar fi fost posibilă viața modernă cu toate descoperirile din toate domeniile.Imaginați-vă ce ar fi medicina fără lumină artificială, sau fără aparatele care țin pacientii în viață.Astăzi avem aparatură medicală care poate diagnostica cu ajutorul softurilor specializate anumite boli, prin analiza țesuturilor sau a lichidelor corpului, sau care pot scana corpul pentru a schița o hartă imagistică cu țesuturile fiecarului organ, însă toate acestea ar fi inutile daca nu ar fi alimentate cu tensiune.

Plecând de la efectele curentului din lumea fizică medicina a adoptat în timp utilizarea curentului în tratare, (de exemplu băile galvanice), diagnosticare (unele analize medicale folosesc principiul electrolizei), metode moderne de imagistică (scanerele RMN folosind principiul de Rezonanța Magnetică Nucleară), etc.

1.1 Aplicații ale efectelor curentului în medicină

Prezența electricității determină apariția efectelor curentului electric din care amintim:

efectul termic

efectul magnetic

efectul electrochimic

efectul fotoelectric

etc.

Efectul termic

Efectul termic (efect Joule-Lenz) este caracterizat de disiparea căldurii într-un mediu traversat de un curent electric în urma interacțiunii electronilor cu atomii mediului, Energia cinetică a electronilor contribuie la mărirea agitației termice în masa mediului travesat in urma interacțiunii cu atomii.Acest principiu este la baza metodei de electrocauterizare a țesuturilor

Efectul magnetic

Constă în apariția în jurul unui mediu parcurs de curent electric a unui câmp magnetic Scanerele RMN (Rezonanța Magnetică Nucleară) are ca principiu acest fenomen.

Efectul electrochimic

Electroliza este metoda de separare a ionilor unui electrolit în urma treceri unui curent electric continuu.Multe din analizele medicale sunt facute cu marcatori chimici care in urma efectulului electrochimic pot determina reacții care sa fie orientative in diagnostic.

Efectul fotoelectric

O suprafață expusă unui flux de radiație electromagnetică poate să genereze, în anumite condiții, electroni liberi,Folosind acest efect sau dezvoltat incinte cu băi de radiații din spectrul luminii sau aparate cu apălicație locală

1.2 Aplicații moderne ale efectelor curenților

Electroterapia

Este o formă de terapie prin care se ajută organismul la vindecare și să se recupereze prin utilizarea stimularii electrice Mulți specialiști consideră că electroterapia poate menține durerea sub control și contribuie la accelerarea procesului de vindecare.

Cea mai întîlnită formă de electrostimulare este stimularea electrică transcutanată a nervilor. Impulsurile sunt transmise la nivelul țesuturilor prin cabluri si electrozi.

Ionizările

Folsind curentul galvanic subtanțele medicamentelor sunt ajutate să intre in organism Sunt recomandate la pacienții care suferă de artrită, afecțiuni cronice și inflamatorii ale coloanei vertebrale.

Aplicatii cosmetic

Aparatele de electrostimulare folosite in scop cosmetic utilizeaza microcurenți, pentru a stimula mușchii zonei dorite.Acțiunea microcurentul accelerează procesul de stimulare a producției de colagen și elastina, fapt care duce la o dezvoltarea metabolismului celular.În urma aplicarii acestor curențti sau constatat: îmbunătățirea tonusului muscular la nivelul feței si al gătulu, ridicarea sprăncenelor si a liniei maxilarului,

Remodelare corporală

Electrostimularea funcționează pe baza principiului excitabilitătii celulelor, in special al celor din mușchi și nervi, permițîndu-le acestora să răspundă la stimulii electrici. În slăbirea prin electrostimulare se utilizează doua tipuri impulsuri electrice unul care produce contracția musculară, iar celălalt are efect de masaj.

Avantajul la acest tip de intervenție asupra corpului este ca nu trebuie depus efort fizic

Culturism

La fel ca la remodelarea corporlă curenții folosiți prin aplicare la nivel muscular pot fi reglați în intensitate si frecvență tocmai pentru a determina efectul dorit.Avantajul pe care îl prezintă acestă metodă este ca poți lucrca mușchii la solicitări mari

Folsind curentul galvanic subtanțele medicamentelor sunt ajutate să intre in organism Sunt recomandate la pacienții care suferă de artrită, afecțiuni cronice și inflamatorii ale coloanei vertebrale.

Aplicatii cosmetic

Aparatele de electrostimulare folosite in scop cosmetic utilizeaza microcurenți, pentru a stimula mușchii zonei dorite.Acțiunea microcurentul accelerează procesul de stimulare a producției de colagen și elastina, fapt care duce la o dezvoltarea metabolismului celular.În urma aplicarii acestor curențti sau constatat: îmbunătățirea tonusului muscular la nivelul feței si al gătulu, ridicarea sprăncenelor si a liniei maxilarului,

Remodelare corporală

Electrostimularea funcționează pe baza principiului excitabilitătii celulelor, in special al celor din mușchi și nervi, permițîndu-le acestora să răspundă la stimulii electrici. În slăbirea prin electrostimulare se utilizează doua tipuri impulsuri electrice unul care produce contracția musculară, iar celălalt are efect de masaj.

Avantajul la acest tip de intervenție asupra corpului este ca nu trebuie depus efort fizic

Culturism

La fel ca la remodelarea corporlă curenții folosiți prin aplicare la nivel muscular pot fi reglați în intensitate si frecvență tocmai pentru a determina efectul dorit.Avantajul pe care îl prezintă acestă metodă este ca poți lucrca mușchii la solicitări mari fără a suprasolicita coloana vertebrala iar riscul de accidente este foarte scăzut avand controlul permanent .

In anii 60 oamenii de știinta ruși au aplicat electrostimularea in antrenarea atleților de elită, constatand creșteri cu 40% in forță

1.3 Experimentare personală

În perioada 2006 – 2008 am suferit de reumatism articular, in urma recomandărilor medicului de familie, am achiziționat un electrostimulator cutanat cu mai multe funcții: electrostimulare, imunizare, acupunctură, electromasaj, etc.După mai multe ședințe durerile s-au diminuat treptat și mă simt pănă astăzi bine fără să apară simtome negative.Am testat si alte funcții și am constatat ca se merită investiția.

Pasionat de electronică am decis sa analizez din punct de vedere constructiv si electric aparatul folosit și să construiesc unul asemănător cu componente puține și ieftine .

În contiunare am să prezint aparatul achiziționat, mod de folosire și placa de bază.

Figura 1.a Aparat cu funcția de electrostimulare

Aparatul este alimentat cu o tensiune de 3,6 de la 3 acumulatori de 1,2 volți/800mA. După ce se alege funcția dorită cu timpul de lucru și intensitate se aplica electrozii pe zona de interes. Se va avea grijă sa se respecte toate indicațiile din prospect pentru a se evita electrocutările accidentale.

Fig:1.b Aplicație practică demonstrativă

Fig: 1.c Placa de bază vedere din spate Fig: 1.d Placa de baza vedere din față

Deoarece acest aparat este proiectat cu un microcontroler specializat am considerat util să analizez modul de functionare, parametrii și funcții oferite pentru construirea unuia, care să folosească componente electronice fară a fi nevoie de circuite specializate programabile cu limbaje dedicate.

CAP. 2

Elemente de electrofiziologie celulară

În secolul XVI, Galvani observă existența unor biocurenți în mușchiul aflat în stare de activitate iar în secolul XIX Dubois-Reymond sesizează lipsa diferențelor de potențial pe suprafața mușchiului aflat în repaus. Diferența de potențial care apare atât la suprafața cât și în interiorul mușchiului aflat în stare de activitate o numește “curent de leziune”.Cu ajutorul microelectrozilor (realizați de Graham și Gerard, Corabeuf și Weidman) s-au putut studia biocurenții la celulele izolate.Corabeuf observănd fenomenul de permeabilitate a membranei celulare în mod selectiv pentru unii electroliți a pus în evidență migrarea și consecințele electrice ale migrării acestora putându-se astfel face legătura dintre fenomenele electrice celulare și substratul lor biochimic.

Electronică celulară

Organismul uman este alcătuit din o multitudine de tipuri de celule majoritatea fiind din categoria eucariote compuse din: membrană celulară, citoplasmă și nucleu.

Fig. 2.a Celulă eucariotă

Membrana cu o structură trilamelară: are un strat intern protidic cel median fosfolipidic iar cel extern protidic,. Membrana are o permeabilitate selectivă datorită unor canale ionofore și poate fii polarizată electric ]n func\ie de concentrația ionilor de Na+ și K+

Citoplasma are ca mediul de dispersie apa, iar miceliile organice furmează faza dispersată.În jurul acestor micelii (molecule organice) este un strat de apă foarte fin. Feno-menul de electroforeza din soluția coloidală apare după aplicarea unui câmp electric extern. Miceliile în funcție de încărcătura lor electrică. se pot deplasa spre anod (fenomen numit anaforeză) sau spre catod (fenomen numit anaforeză cataforeză),

Nucleul este compus din membrana nucleară, carioplasmă și cel puțin un nucleol. Carioplasma format dintr-o rețea de filamente subțiri, care conține ADN-ul și din care se formează cromozomii.

2.2 Transmiterea interneuronală a informației

Neuronul

Neuronul este format din corpul celulei nervoase, organitele celulare, apoi numeroase dentrite, (neurotransmițătorii) și axonul care reprezintă calea de ieșire a informației din neuron.

Fig. 2.b Neuronul , reprezentare grafică

Neuronul în condiții de repaus prezintă o diferență de potențial membranar. Acesta este menținut constant prin consum energetic. Aplicarea unui stimul cu intensitate peste pragul, VT=-0.55V, determină depolarizarea ei,

Transmiterea informației între neuroni se face prin eliberarea a unui mediator chimic numit neurotransmițător.

Fig. 2.c

Transmiterea impulsului nervos, de-a lungul axonului

În figura 2.c sunt reprezentate fibrele nervoase mielinizate, izolarea axonul de lichidul extracelularse face prin teaca de mielină astfel încât contactul electric se realizează numai la nodurile Ranvier.

2.3 Circuitul echivalent al celulei nervoase

Elementele din fig. 2.d corespund unor mărimi biologice: rezistența Re simbolizează modelarea rezistivitații mediului extracelular (ρe=300Ωcm), C simbolizează capacitatea electrică a membranei (C=2μF/cm2), Zm reprezintă conductanța membranei pe unitatea de suprafață, VK+, VNa+ modelează diferența de potențial pe membrană când apare un gradient al ionilor de Na+ (sodiu) și K+ (potasiu), diodele DK+ și DNa+ reprezintă modelarea deschiderii canalelor pentru ionii de Na+ și K+ (sodiu și potasiu) ce depășește un prag anumit.

Parametrii diodelor din modelări depind:

de lungimea nodului Ranvier al corpuilui axonului

de grosimea membranei circa

de permitivitatea dielectrică a membranei,

Fig. 2.d

Modelul Huxley pentru conducția electrică intraneuronală

În realitate de la concept pînă la procesul de convertire a biostimulului în semnal electric este un proces foarte complex, dependent tipul, clasificarea și de proprietățile celulei.

Pentru o modelare mai precisă trebuie analizată dependența curentului prin canalele ionofore și de intensitatea stimulului aplicat.

Întelgând fenomenele electrice care au loc in celule și tesuri putem determina impusuri electrice generate de aparate electronice.

CAP. 3

Efectele curentului asupra organismului

Întrucât organismul uman are în componența sa aproximativ 70% apă (un conductor de tip electrolitic), putem spune că este un ansamblu de electrolizoare (celulele sale) umplute cu electroliți. Fiecare țesut are o conductivitate proprie ea crescând de la 100 Ω (serul sanguin), pana la cca. 10 kΩ (osul). Rezistența piele-electrod din masurările efectuate se află in domeniul 1…100 kΩ și depinde de pregătirea suprafeței de contact.

Un efect important al curentului electric este electrotonusul, care reprezintă difuzia curentului electric pe fibra nervoasă.

Acțiunea curentului continu se răsfrange asupra:

– fibrelor nervoase motorii, prin cresterea pragului de excitare la stimuli – fibrelor nervoase senzitive, prin scăderea pragului de excitare și a durerilor

– fibrelor nervoase vasomotorii, rezultând creșterea circulației sanguine prin vasodilatație de suprafață și adâncime.

3.1 Electrostimularea

Cuvîntul electrostimulare conform DEX electro + stimulare, este stimulare a țesuturilor vii prin impulsuri electrice.

În 1971 Luigi Galvani a scos la lumină prima dovadă științifică in conformitate cu care curentul electric poate să activeze mușchii. Începand cu era modernă, cercetătorii au studiat și documentat proprietățile electrice exacte care generează mișcarea mușchilor. S-a descoperit că funcțiile organismului simulate de impulsurile electrice provoacă schimbări pe termen lung ale mușchilor..

Electrostimularea este atăt o formă de electroterapie, căt și de antrenament al mușchilor, fiind considerată de către numeroși cercetători ca fiind o tehnica complementară pentru sportive sau recomandat pentru persoanele care nu rezistă la efort fizic.

Stimularea electrică a mușchilor, sau stimulare electrică neuro-musculară inseamnă provocarea contractarii mușchilor prin impulsuri electrice. Ele sunt generate de către un modul electronic și sunt conduse la nivelul pielii prin intermediul unor electrozi, ajungănd in imediata apropiere senzoriala a mușchilor pe care vrem sa-i stimulăm. Impulsurile imită potentialul de actiune emis de sistemul nervos, făcănd mușchii să se contracte.

Prin electrostimulare se provoacă antrenarea fibrelor musculare. Deoarce fibrele musculare ale scheletului sunt de diferite tipuri ele pot fi activate la diferite grade și tipuri de electrostimulare, iar modificările provocate depind de modelul electrostimulării.

Aceste modele sunt numite protocoale (sau programe) și vor cauza efecte diferite ca rezultat al contracției fibrelor musculare. Anumite tipuri de programe imbunătățesc rezistența la oboseală, altele vor crește producția de forță.

Electrostimularea este utilizată, cu efecte benefice in medicina generală, fiziokineto-terapie sau evitarea atrofierii musculaturii la persoanele sedentare, pentru remodelare corporala, slabire sau tratamente cosmetice. Această terapie este utilizată și de către sportivi, ca o metodă de îmbunatățire a performanțelor in timpul antrenamentelor

Activitatea musculară este controlată in general de către sistemul nervos central și periferic, de unde se trimit semnale nervoase catre mușchi.Cu aparatele de electrostimulare se dorește imitarea transmiterii semnalelor electrice din exterior, prin piele care mușchiul dorit. Aceste aparate transmit un impuls puternic, obtinănd contractarea mușchiului, apoi se emit vibrații relaxante, pentru detensionrea mușchiul.

3.2 Tehnici de electrostimulare

.Din punct de vedere medical electroterapia poate fii folosită in scop terapeutic în urma acțiunii curentului electric.

După forma de current folosit, întălnim urmatoarele tehnici de electrostimulare:

galvanoterapia ( folosește curentul continuu);

faradoterapia ( folosește curentul alternativ);

curenți cu impulsuri ( folosește curenții de joasă, medie sau inaltă frecvență);

Galvanoterapia

Poartă numele de la descoperitorul curentului continuu, Luigi Galvani. iar aparatele folosite sunt numite pantostate, ele fiind folosite in medicină. Datorită dezvoltării tehnologiei pantostatele cu motor generator au fost inlocuite complet de cele moderne care folosesc lămpile diode (cu 2 electrozi). Aceste pantostate produc curent continuu si alternativ, putand fi folosite și pentru o serie de examene endoscopice (gastroscopii, cistoscopii, etc) sau pentru electrocauterizări.

Faradoterapia

Poartă numele de la descoperitorul englez Michael Faraday și constă în folosirea curentului alternativ de joasa frecvență, cu scop terapeutic. Acest curent se obține de la rețea, prin intermediul pantostatelor, care furnizează un curent cu de 50 – 100 de oscilații (perioade) pe secundă. Se folosesc electrozi ficși sau stabili, de regula plasați opus pe segmental respectiv, sau un electrod mobil, care se plimba pe piele, celalalt plasat opus și fiind fix pe acelasi segment.

Curenți cu impulsuri

Din acest tip de curenți amintim curentul diadinamic, cu o largă utilizare si o eficientă mare. Curenții cu impulsuri de tip continuu, ritmic, interupt prin mecanisme diferite, ajungand la impulsuri de 1 – 500/sec sau mai mult. După forma impulsurilor s-au obținut diferite tipuri de curenți, curenți triunghiulari; curenți trapezoidali; curenti sinusoidali.

Curenți diadinamici

(P. Bernard). cu o frecventa de 50 – 100 de impulsuri/sec; este un curent de impulsuri de frecvență joasă. Aparatele sunt mici, pot fi si portabile fiind capabile să producă mai multe forme de curent diadinamic, cele mai folsite fiind : monofazat fix; difazat fix; scurtă perioadă; lungă perioadă.

3.3 Electrocutarea

Deoarce lucrăm cu tensiuni iar electrostimularea este o electrocutare contrololată, este bine să intelegem reacția organismului și la alți curenți pentru a știi cum să intervenim.În general aparatura este prevăzută cu siguranțe fuzibile sensibile la supracurenți, cu împămân-tări, izolații, etc, dar cu toate acestea pot apărea și accidente iar cel care proiectează un aparat trebuie să știe exact ce defecte pot apărea pentru a le elimina dacă este posibil sau sa fie cât mai puțin periculos pentru utilizator sau personalul deservant .

Electrocutarea are loc atunci dacă se atinge concomitent două suprafețe intre care exista o diferență de potențial.

Electrocutările sunt provocate prin:

atingerea directă constă în atingerea unor părți metalice neizolate sau cu izolația defectă, ale unor instalații aflate in mod normal sub tensiune. Astfel de situații apar la atingerea a doua elemente din care cel puțin unul este sub tensiune și nu este izolat;

atingerea indirectă se poate produce prin atingerea concomitentă a unui obiect intrat accidental sub tensiune, a unui utilaj defect neracordat la o instalație de protecție și a unui obiect in contact cu pământul chiar daca omul este izolat față de pământ, atingerea concomitentă a doua utilaje;

Acțiunea curentului asupra organismului poate fi violentă și se clasifică în:

• șocuri electrice

• electrotraumatisme.- trecerea curentului electric prin organism.

Gravitatea electrocutarii este determinată de:

intensitatea curentului ce trece prin corp (pentru curentul alternativ)

traseul urmat de curent prin organism (dacă stabate organele vitale)

durata acțiunii curentului cât accidentatul ramane sub actiunea acestuia

umezeala mediului (transpirația pielii este bună conducatoare de elecricitate)

mărimea suprafeței de contact intre organism si elementele aflate sub tensiune

Cand valoarea intensitații curentului electic este mai mica de 1 mA nu se simte efectul șocului electric.

La valori de 10 mA se produc comoții nervoase in membre: contracțiile mușchilor fac ca desprinderea omului de obiectul aflat sub tensiune să se facă greu.

Peste valori de 10 mA se produc fibrilația inimii si oprirea respirației.

Electrotraumatismele se datorează efectului termic al curentului electic și pot provoca orbirea, metalizarea pielii, arsuri

CAP. 4

Electrostimulatorul HTG 0714

Începând cu acest capitol doresc să vă prezint electrostimulatorul HTG 0714, o încercare de a proiecta și construi un electrostimulator folosind componente simple pentru obținerea unor funcții asemănătoare ca a unui aparat dotat cu microcontroler specializat.

4.1 Prezentare generală

Electrostimulatorul HTG 0714 are rolul de a transmite la nivelul nervilor musculari impulsuri electrice de intesnități diferite și frecvență reglabilă în decade de timp .

Fig. 4.a Schema bloc a electrostimulatorului HTG 0714 pe module funcționale

si rolul lor in funționarea aparaului .

Modulul de alimentare are rolul de a furniza o tensiune continua de 9V celorlalte module funcționale, se poate folosi o baterie sau o sursa stabilizată de curent continu.

Modulul de oscilare in frecvență are rolul de a prelua o tensiune continua de la sursa de tensiune si de a emite impulsuri cu o anumită frecvență reglabila între 400- 600 Hz .

Modulul de reglare in intensitate are rolul de a stabili nivelul intensității impulsurilor care urmeaza sa fie emise.

Moldulul de urcare in tensiune are rolul de a prelua o anumita tensiune de la modulele care-l preced și de a urca in tensiune până la 80 V

Modulul de ieșire are rolul de a conduce prin fire și electrozi catre utilizatorul final {in cazul nostru pacient} un șir de impulsuri cu o frecvență și intensitate presetată.

4.2 Schema electrică

Fig. 4.b Schema electrică prelucrată cu simulatorul Multisim

Modulul de alimentare este compus din sursa de curent continuu de 9v ( baterie 6F22 ), un condesator electrolitic de 100uF/25V.

Modulul de reglare a frecvenței format din Circuitul Integrat NE555 și R1 (potențiometru) , R2 și C2.

Modulul de reglare a formei impușlsurilor ajustat prin R5 (potențiometru) și R6.

Modulul de urcare tensiune este compus din transformator ce suportă tensiuni de 12 V în bobina primar și 220 în bobina secundar.

CAP. 5

Studiul electrostimulatorului HTG 0714

Pentru a studia cum functionează electrostimulatorul HTG 0714 am folosit programul Multisim 13.0 varianta demo conceput de National Instruments.Sau folosit componentele din baza de date care au fost echivalente cu componentele găsite pe piața.După definitivare schemă am folosit aparatele virtuale pentru a efectua masurătorile dorite

5.1 Măsurători efectuate

Figura 5.a Tensiuni culese cu multimetru virtual

Din măsuratorile efectuate pe simulator am colectat urmatoarele date

– tensiune de intrare (alimentare) 9V

– curent consumat 1,35 mA

– tensiunea măsurată inainte de primarul transformatorului ridicător de tensiune 8,07 V

– tensiunea măsurată dupa secundarul transformatorului ridicător de tensiune 80,7V

5.2 Semnale vizualizate cu osciloscopul

Semnalele au fost vizualizate cu osciloscopul virtual Tektronix TDS 2024 și s-au făcut mai multe măsuratori in funcție de valorile rezistențelor reglabile. graficele vor fii prezentate mai jos in funcție de valoarea rezistențelor in procente .

Figura 5.b prezentare măsurători cu osciloscop virtual Tektronix TDS 2024

Figura 5.c Prezentare semnale înainte și după transformator

Figura 5.d Semnal vizualizat cu R1 0% si R2 0%

Figura 5.e Semnal vizualizat cu R1 25% si R2 0%

Figura 5.f Semnal vizualizat cu R1 50% si R2 0%

Figura 5.g Semnal vizualizat cu R1 75% si R2 0%

Figura 5.h Semnal vizualizat cu R1 100% si R2 0%

Figura 5.h Semnal vizualizalizat la intrarea și ieșirea din trasnformator

CAP. 6

Procese de execuție

Pentru a modela un aparat electronic trebuie ținut cont de utilitatea lui pentru a se motiva investitția, de costurile pieselor, manoperă, piața de desfacere, concurență, etc.

Considerând produsul doar în scop educative voi explica etapele pe care le-am urmat

6.1 Proiectarea schemei electrice cu programul Altium Designer 14

Înainte de proiecta placa de bază trebuie să proiectăm schema elctrică a aparatului. Am ales softul Atium Designer 14, după studiul schemei testate cu simulatorul Multisim am făcut un inventar cu piesele pasive (rezistori , condensatori) pentru a cunoaște valorile lor iar la cele active am studiat parametrii de funcționare conform foilor de catalog.

Componentele folosite :

Bat. 9V, R1=47kΩ, R2=100kΩ, R3=100kΩ, R4=1kΩ, R5=100Ω, R6=10kΩ, R7=22Ω (2W) P1=500k, P2=5k, P3=100k, C1=1nF, C2=1nF, C3=2,2nF, C4=100uF/25V, U1=U2=NE555,

Q1=IRF540, D1=led T1=transformator 12/220 .

Figura 6.a Captură ecran a schemei electrice proiectată în Altium Designer 14

6.2 Crearea amprentelor pieselor și proiectarea plăcii

Deoarece componentele sunt de proveniență din R.P.Chineză amprentele nu se găsesc la toate piesele în librăriile programului, din acest motiv au trebuit create ampretele pentru fiecare piesă după măsuratori efectuate cu șublerul.

Figura 6.b Inventar piese

Figura 6.c Măsurarea pieselor cu șublerul

Mai jos sunt prezenttte amprentele componentelor care nu s-au găsit in librăriile programului.

Figura 6.d Figura 6.e

Condesator ceramic Condesator eletrolitic

Figura 6.f Figura 6.g

Regletă 2 pini Mufă mamă jack

Figura 6.h Figura 6.i

Potențiometru Led de 5mm

Figura 6.j Figura 6.k

Buton on/off Transformator

Pentru proiectarea plăcii sau folosit dimensiuni la scara 1:1 și poate fi vizualizată în format 2D sau 3D.

Figura 6.l Placa de bază cu traseie vizualizată in 2D

Figura 6.m Placa de bază cu traseie vizualizată in 3D

Figura 6.n Placa de bază 3D privire de deasupra

Figura 6.o Placa de bază 3D vizualizată frontal

6.3 Ansamblare, măsurători și teste

Pentru a începe procesul de executare a placii și asamblarea componentelor avem nevoie de un spațiu, banc de lucru și scule dedicate operațiilor dedicate. Deaorece nu dispunem de scute profesionale (mașină de inscripționat traseie) vom înlocui unele metode de executare a plăcii cu metode de amator.

Mai întâi am salvat imaginea placii de bază cu traseiele generate 2D într-un fișier pdf pentru a fi printat. Pentru printare am folosit o imprimantă laser și hartie folografică astfel încât imaginea să fie negative (în oglindă).

Figura 6.p Imagine în negativ pe hartie foto

Se alege o placă cu strat de cupru la dimensiuni calculate de program, (după ce este curățată cu alcool izopropilic pentru îndepărtarea eventualelor straturi de grăsimi) se fixează peste imaginea în negativ cu bandă rezitentă termic.

Figura 6.q Fixare placă peste imaginea printată

Pentru a se lipi tonerul de placă se intervine timp de câteva minute peste hartia foto cu o sursă de aer cald (în cazul nostru un fier de călcat) și se presează suprafața pentru lipire cât mai bine posibil .

Figura 6.r Încalzirea hârtiei pentru a avea loc transferul imaginii

După ce s-a făcut tranferul imaginii pe startul de cupru se analizează calitatea lipirii tonerului pentru a se evita traseie intrerupte sau defecte. Dacă se constată că toate traseiele sunt de calitate se introduce placa intr-un vas (plastic sau sticlă) cu soluție de clorură de fier pentru corodarea stratului de cupru nedorit. La acest procedeu se va respecta măsurile de protecția muncii (folosirea de manuși, ochelari de protecție, șorț de lucru, etc) iar pentru stoparea acțiunii soluției se spală placa cu apă.

După folosire este foarte important ca soluția de clorură de fier rămasă să fie depozitată în recipient de sticlă etichetat ca material periculos.

Figura 6.s Baie pentru corodare placă

După o analiză atentă a plăcii obținute cu cea negativă, verificăm visual dacă nu avem traseie întrupte sau în scurcircuit datorită necorodarii .

Figura 6.t Verificarea traseielor plăcii

Pentru a fixa piesele pe placă se dau găuri folosind burghie de 1mm diametru și se trece la lipirea pieselor rspectând amplasara lor conform schemei. Lipirea se face cu scule dedicate reglate la temperatură de 320 – 350 grade Celsius , folosid fludor și pastă de curățare.

Figura 6.u Operațiile de găurile placă și lipere componente

Figura 6.v Electrostimulator vedere de sus

Figura 6.x Panou frontal

CAP. 7

Concluzii

Ca și concluzie, electrostimularea are drept avantaje inlăturarea grăsimii nedorite, imbunătățirea aspectului personal, întărirarea și definirea musculaturii, precum și înlăturarea stresului și durerilor musculare. În plus, asigură o viață sănătoasă prin ușurarea fluxului sanguin și prin arderea grăsimilor atat de nocive organismului, reeduca mușchii dându-le fermitate, ajută în tratamentul artritei, a reumatismului și a altor probleme musculare. Mijloacele terapeutice de electrostimulare sunt ușor de utilizat și nu implică mari costuri.

7.1 Indicații si contraindicații

Indicații

Electrostimularea crează o cerere uriașă de energie in mușchi, pentru a satisface această cerere, mușchii utilizează grăsimile din imprejurimi ca și sursa de energie, arzaâdu-le în același fel în care se ard în timpul unor exerciții obișnuite, iar efectele sunt vizibile imediat, uneori chiar dupa prima ședință pierzându-se intre 1-4 centimetri. În afara scăderii în centimetri, electrostimularea crește metabolismul, circulația sanguina si gradul de oxigenare al zonei respective, făcând-o un instrument extrem de eficient in tratarea celulitei.

În probleme de coloană (exemplu, scolioza), electrostimularea are rezultate bune

Pentru drenajul limfatic exista un tratament bazat pe electrostimulare recomandat persoanelor cu retenție de lichide.

Contraindicații

Nu se recomandă la persoanele operate pentru fracturi ale membrelor. viitoarele mămici aflate în primele luni de sarcină, nu au voie sa folosesca terapii cu electrostimulare deoarece pot pune in pericol fatul sau să apară hemoragii sau avort spontan, copiii aflați în perioada de creștere, deoarece nucleiele de osificare sunt in dezvoltatere.

Electrostimularea nu se recomandă, persoanelor cu cardiopatie ischemică, cele cu hipertensiune arterială, insuficiență cardiacă, status postaccident vascular în stadiul acut, tulburările de sensibilitate cutanată, boala neoplazică sau statusul postneoplasm operat, în imediata vecinătate a locului unde a fost efectuată intervenția, epilepsia, limitele extreme de vârstă, precum copiii sub 16 ani și adulții peste 65 de ani.

Nu este recomandata pentru pacienți care au tija metalica, interventii pe cord; epilepsie, boli de piele, hipertiroidie, hipertensiune arteriala;

7.2 Măsuri de protecție la accidente prin electrocutare

Din motive de siguranță am proiectat aparatul cu sursă de alimentare independentă (în cazul nostru o baterie de 9V) pentru a nu fi posibil în mod acidental contactul cu tensiuni de la rețeaua electrică.

Personalul trebuie să așeze pacientul pe scaun din plastic sau cu izolație pentru a nu intra în contact cu parți conductoare, favorizînd inchiderea traseului parcurs de curent prin alte zone decăt cel indicat, punând in pericol organe sensibile (inima, creier, etc).

Nu se vor aplica electrostimuli la persoane care sunt transpirate abundent, trecute prin mediu umed (ploaie, duș voluntar , etc ) evitandu- se astfel anihilarea biostimulilor de la creier.

Personalul nu trebuie să aplice tratament peroanelor cu electrostimulator cardiac, aparat auditiv sau alte implanturi electronice, cu tulburari de ritm cardiac, persoanelor în stare de ebrietate, la epileptici sau cu tulburari psihice.

Nu se vor folosi telefoane mobile sau aparate cu căști pentru alsculat muzică.

În caz că procedura de electroterapie este în desfășurare iar afară începe o furtună cu descărcări electrice se recomandă intreruperea terapiei pentru moment, pentru a nu atrage sarcini electrice producând electrocutări grave sau altfel de accidente..

În caz de electrocutare pacientul se va ajeza cu fața în sus, se caută eliberarea căilor respiratorii, se face masaj cardiac și se solicită ajutor medical specializat.

Deoarece pot solicita ședințe de electrostimulare persoane care au sensibilitate crescută sau alergice la curenți dar nu știu acest lucru , se va interveni cu impulsuri incepînd de la nivelul minim de intensitate, creșterea nivelului facându-se treptat.

Electrozii vor fi așezați pe suprafața de piele la distanțe de minim 15cm pentru a nu supraîncazii zona producând iritații.

Nicioadată nu se pace terapia de electrostimulare fară o strictă supraveghere a pacientului și fără cunoașterea procedurilor de folosire și manevrare a aparatului.

7.3 Noi posibile aplicații ale electrostimulării

Deoarece în urma electrosimulării ritmul cardia crește, am putea folosi această procedură pentru accelerarea tranzitului unor substanțe medicamentoase.

Dacă am analiza reacția celulelor cancerigene la electrostimuli ar fi posibil în unele cazuri să fie benefice prin încetinirea activității celulare.

Pentru alergători ar putea fi folosită pe post de stimulare (sau forțare) pentru eleberarea unei noi doze de adrenalină pe care organismul în mod normal nu oferă.

Ar fi util folosirea în mod educativ electrocutarea controlată cu curenți de intensități mici a copiilor care doresc să descopere urmările introducerii in prize a unui cui sau joaca cu cabluri sau aparatură aflate sub tensiune.

Bibliogarafie

1. Mark Johnson Transcutaneous electrical nerve stimulation (TENS)

2. K. W. Eric Cheng, Yan Lu, Kai-Yu Tong, IEEE Tranzactions on neural system and

rehabilitation engineering , VOL. 12,

3. Butterworth Heinemann Electrotherapy Explained

4. Oana Geman Note de curs Electronică Medicală

Bibliogarafie

1. Mark Johnson Transcutaneous electrical nerve stimulation (TENS)

2. K. W. Eric Cheng, Yan Lu, Kai-Yu Tong, IEEE Tranzactions on neural system and

rehabilitation engineering , VOL. 12,

3. Butterworth Heinemann Electrotherapy Explained

4. Oana Geman Note de curs Electronică Medicală