Desenvolvimento de estimulador elétrico para ciclismo FES

Abstract

A Estimulação Elétrica Funcional (FES) é uma técnica utilizada para tratamento empessoas com paralisia motora. Dentre os grupos que são afetados por essa debilitação estão os que sofreram uma lesão medular. Dentre as possíveis plataformas de reabilitação que aplicam o FES existe o ciclismo, no qual é desenvolvido um sistema na Universidade de Brasília. Um dos principais equipamentos para ciclismo FES é o eletroestimulador (EE). Sendo responsável pela produção dos pulsos elétricos que geram movimento nos músculos paralisados. Esse trabalho descreve o desenvolvimento, implementação e validação de um sistema EE voltado para aplicação no ciclismo FES. A sua versão final permite o uso de até 2 canais em paralelo controlados por um microcontrolador central. Em que, cada canal é um conjunto de um gerador de sinal e um circuito de saída de potência. O circuito de saída foi baseado na configuração com um conversor tensão-corrente, um espelho de corrente Wilson seguido por um circuito ponte H. No caso do circuito de ponte H foram utilizados MOSFETs de canal N e, para o espelho de corrente, transistores BJT que atendiam aos requisitos de potência levantados. A saída do circuito de EE fornece um sinal bifásico de geometria quadrada para faixa de operação de: largura de pulso de 100 a 1000μs,frequência de 250 Hz e intensidade de corrente de até 100 mA para carga resistiva de até 1 kΩ. O conjunto do circuito gerador de sinais e de saída foi desenvolvido e validado usando testes computacionais e testes de bancada, resultando em erro médio absoluto de3.95 mA para a intensidade de corrente e de 15.42μs para a largura de pulso. A adição da ponte H simplificou o sistema, eliminando a necessidade de uma fonte simétrica de±101 VDC para geração de sinal bifásico. O circuito de baixa tensão de conversão tensão-corrente não necessita de fonte simétrica para correta operação, entretanto a dificuldade de compra de amplificadores operacionais de fonte simples com alto slew rate impossibilitou a implementação de uma versão sem alimentação simétrica. Comparando o EE desenvolvido com o equipamento comercial Reha Stim temos a equiparação da maioria dos parâmetros de estimulação. As diferenças se encontram na maior faixa de operação para os parâmetros de estimulação, passo menor de ajuste e a ausência de um detector de impedância no EE desenvolvido.