MODULO DIGITAL PARA ELECTROMIÓGRAFO PORTÁTIL

Delisle Rodríguez, Denis 

Blanco Saad, René 

López Río, Nibardo 

García Naranjo, Juan Carlos 

Díaz Novo, Carlos

Los autores del presente articulo desempeñan sus actividades en el Centro de Biofísica Médica, Patricio Lumba s/n, Universidad de Oriente, Santiago de Cuba, telef. 22-632787. 

El Ing. Denis Delisle Rodríguez es Jefe del Dpto. de Bioingeniería, correo electrónico delisle@cbm.uo.edu.cu. 

El Ing. René Blanco Saad es Jefe del Proyecto del Electromiografo Experimental, correo electrónico rblanco@cbm.uo.edu.cu. 

El MSc. Juan Carlos García Naranjo es Investigador y Tecnólogo de 1er Nivel, correo electrónico carlos@cbm.uo.edu.cu. 

El MSc. Carlos Díaz Novo es Jefe del Proyecto de Biomecánica, correo electrónico novo@.uo.edu.cu. 

El Msc. Nibardo López Ríos es Jefe del Proyecto del Relaxómetro Giromag 04, correo electrónico novo@cbm.uo.edu.cu.

Resumen:

En este trabajo se presenta el diseño eléctrico de la plataforma digital que posee un equipo de electromiografía de ocho canales. La misma, dispone del microcontrolador PIC18F452 para el control de las operaciones del sistema y de los procesos que permiten la obtención de los registros digitales. El objetivo de este trabajo es diseñar un módulo digital que permita sincronizar en tiempo la adquisición de las señales electromiográficas con la captura de video durante la locomoción, así como, la transmisión de los datos hacia la PC por USB. Esta plataforma digital brinda la posibilidad de utilizar el equipo de electromiografía, en estudios de la marcha que apliquen la videografía.

Palabras clave: Electromiografía/ Electromiografo/ EMG/ Microcontrolador PIC18F452.

DIGITAL MODULE OF A PORTABLE ELECTROMYOGRAPH

Abstract:

In this study we present the electric design of the digital platform with USB connection of an 8- channel electromyography team. This platform contains the microcontroller PIC18F452 which controls the system’s operations and the processes that allow the obtaining of the digital registrations. This work intends to design a digital module which will allow the synchronization in real time of the electromyographic signal acquisition through video recording during the locomotion process, as well as, to transmit the digital data to a PC via an USB port. This digital platform offers the possibility to use the electromyography team, in studies of the march that apply the videography.

Keywords: Electromyograph/ Electromyography/ Microcontroller PIC18F452.

Manuscrito finalizado en Santiago de Cuba, el 2007/04/17, recibido el 2007/05/07, en su forma final (aceptado)el 2007/10/03.

I. INTRODUCCIÓN

Existen afecciones neurológicas causadas por algunas enfermedades que ocasionan la pérdida de muchas habilidades, tales como, caminar, correr, hablar, comer, etc. Los estudios actuales dirigidos a estas afecciones, tienen el objetivo de rehabilitar algunas de estas habilidades.

Para evaluar el grado de estas afecciones, en el Centro de Biofísica Médica se realizan estudios de la marcha mediante técnicas de videografía y de electromiografía. Los estudios de los electromiogramas, se realizan con un equipo de electromiografía de dos canales y de baja resolución. Esto favorece la pérdida de las informaciones presentes durante la locomoción. Además los resultados obtenidos en dichos estudios no pueden correlacionarse, debido a las condiciones tecnológicas actuales.

En este trabajo se pretende diseñar el módulo digital de un equipo de electromiografía de ocho canales, que permita consolidar los estudios de la marcha. Dicho módulo debe sincronizar en tiempo la captura de video con la adquisición de las señales de electromiografía. Además, tiene que permitir la obtención de los registros digitales de las señales electromiográficas.

II. DESARROLLO

1. Metodología

El módulo digital está compuesto por los distintos bloques que se representan en la Figura1.

Los canales uno y dos presentes en el diagrama poseen cuatros interruptores que identifican la fase de la locomoción. Los interruptores presentes en cada canal se disponen en la planta de cada pie, tal como, se muestra en la Figura 2. La señal que describe la fase de la marcha, puede observarse en la Figura 3 y se obtuvo mediante un conversor digital-analógico de cuatro bits implementado en el PIC.

A través del arreglo de diodos láser, se emite la señal que controla el inicio de la captura de video. Dicha señal de control ayuda a reducir el error de fase que existe entre la videografía y las señales de electromiografía. En la Figura 4 se muestra cómo se genera la señal de control que activa la grabación.

La síntesis de la señal modulada en ancho de pulso (PWM) y de la señal portadora, se realizó con los temporizadores 0 y 2 del micro-controlador. En la figura 5 se muestra la señal de control que da inicio a la captura de video.

El canal EMG transporta los ocho canales de electromiografía, que se multiplexan con el selector de canales a una frecuencia de 1 kHz.

Las señales electromiográficas se digitalizan con el conversor A/D del microcontrolador. Este conversor tiene una resolución de 10 bits y un tiempo de conversión (T_AD) por bit mínimo de 1.6 μs. El tiempo de conversión de un dato es igual a 12.T_AD.

El conversor A/D se configuró para un TAD=2μs. El resultado de la conversión se justifica a la derecha, para tomar los 8 bits mas significativos. Esto permite aprovechar la capacidad de las memorias, pero la señal digital tendrá un error igual a 0.39%. Dicho error fue calculado mediante la ecuación 1, donde n es la cantidad de bits desechados y N es el total de bits de la conversión.

Los datos digitales se transfieren hacia las memorias EEPROM 24C256, con el módulo Master Synchronous Serial Port (MSSP) del PIC [1].

Una vez concluido el proceso de adquisición, los datos deben almacenarse en una PC. Con este propósito, se diseñó un interfaz para la comunicación USB. En la interfaz se utiliza el integrado FT232BM, para convertir del protocolo UART a USB y viceversa [2].

El PIC18F452 posee un módulo que permite la comunicación UART [3]. Dicho módulo se configuró para una transferencia de datos bidireccional a una velocidad de 500 kbps.

Los registros digitales se obtienen, a través de una interfaz de usuario. Dicha interfaz, brinda la posibilidad de adquirir y almacenar continuamente un total de cuatros canales. La frecuencia de muestreo (fm) durante la adquisición continua, depende de la cantidad de canales (n).

En la Figura 6 se puede observar la actividad eléctrica generada en el gemelo derecho.

2. Análisis y Discusión de Resultados

Con el propósito de validar el buen funcionamiento del módulo digital, se realizó un ensayo experimental. En el ensayo se tomó como referencia la pierna derecha de una persona. En dicha pierna se colocaron dos canales, uno de EMG en el gemelo externo y otro para monitorear la fase de la marcha. El resultado obtenido durante la marcha de la persona, se puede observar en la Figura 7.

Se probó el control inalámbrico que inicia la captura de video y funcionó correctamente. Esto permite que los videos de la marcha y las señales adquiridas estén sincronizados en tiempo.

III. CONCLUSIONES

1. El módulo digital diseñado para el control del sistema, cumple con los objetivos planteados. El mismo, permite obtener el registro digital de la actividad muscular en ocho músculos, así como, la fase de la locomoción.

2. La tarjeta digital es de bajo consumo y garantiza la protección del paciente contra las altas tensiones, por medio de optoacopladores ubicados en la interfaz UARTUSB.

IV. REFERENCIAS

1. ST24256 at http://www.st.com         [ Links ]

2. FTDI at http://www.ftdichip.com/Products/FT232BM.ht         [ Links ]

3. PIC18FXX2 Datasheet at http://ww1.microchip.com/downloads/en/devicedoc/3956 4B.pdf        [ Links ]