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http://hdl.handle.net/1843/35267| Tipo: | Dissertação |
| Título: | Desenvolvimento e validação funcional de hardware para estimulação elétrica somatossensorial baseado em topologia de fonte de corrente de Howland |
| Autor(es): | Laisla Vieira de Almeida |
| primer Tutor: | Alessandro Beda |
| primer Co-tutor: | Henrique Resende Martins |
| primer miembro del tribunal : | Lenin Martins Ferreira Morais |
| Segundo miembro del tribunal: | Emerson Fachin Martins |
| Resumen: | A pele é amplamente inervada por fibras nervosas aferentes primárias, que fazem parte do sistema nervoso periférico (SNP) e são responsáveis por levar as informações dos receptores sensoriais somáticos da pele até o sistema nervoso central (SNC). Diferentes desordens do sistema nervoso afetam essas fibras, comprometendo, parcial ou integralmente, a qualidade da informação que chega ao SNC. Algumas neuropatias atuam seletivamente nas fibras nervosas, outras comprometem gradualmente o SNP. Em ambos os casos, a avaliação dos nervos periféricos pode alertar para o avanço das doenças, indicando a necessidade de intervenções terapêuticas para melhorar a qualidade de vida dos pacientes. Entre as técnicas disponíveis para avaliar a integridade das fibras nervosas, a estimulação elétrica transcutânea com corrente senoidal figura como uma das principais ferramentas para triagem e acompanhamento da evolução de desordens somatossensoriais. Isso se deve ao fato da técnica ser quantitativa, não invasiva e, principalmente, por sua característica neurosseletiva, que permite diferenciar as fibras nervosas afetadas. Sistemas como o Neurometer e o NeuroStim são amplamente utilizados em estudos do sistema somatossensorial. Porém, ambos possuem hardware complexo, necessitando de, pelo menos, três estágios elevadores de tensão, além de apresentar valores de offset que comprometem os resultados dos exames, exigindo calibração periódica do sistema. Buscando minimizar essas limitações e ampliar as aplicações da técnica de estimulação elétrica transcutânea com corrente senoidal, o presente trabalho tem por objetivo apresentar o desenvolvimento de um novo hardware multicanal para o sistema de estimulação elétrica EELS (Estimulador Elétrico Somatossensorial). Empregou-se a topologia de fonte de corrente de Howland combinada com um esquema de alimentação bootstrapping, que viabiliza a simplificação do projeto do circuito de potência, utilizando apenas um estágio elevador de tensão. A modernização e simplificação do hardware possibilitou a implementação de um circuito de calibração em tempo real e a construção de um sistema multicanal, o que abre novas possibilidades para pesquisas clínicas, incluindo avaliação de desordens no SNC. O novo sistema é controlado por um software de interface gráfica e gera estímulos de corrente com intensidade constante, amplitude máxima de 8,63 mA, frequência entre 1 Hz e 3 kHz em dois canais independentes. O hardware apresenta alta linearidade de saída, regulação de carga estável, distorção harmônica total (THD) inferior a 1% e controle automático do offset. Os testes realizados indicaram que o EELS pode ser utilizado em exames de limiar de sensibilidade a corrente elétrica, assim como o Neurometer e o NeuroStim, e ainda traz novos recursos para a realização de diferentes protocolos. |
| Abstract: | The skin is widely innervated by primary afferent nerve fibers responsible for carrying information from the skin’s somatic sensory receptors to the central nervous system (CNS). Different disorders of the peripheral nervous system (PNS) affect these nerve fibers, compromising, partially or integrally, the quality of the information that reaches the CNS. Some of these neuropathies act selectively on nerve fibers; others gradually compromisse the SNP. In both cases, the evaluation of peripheral nerves provides information about the progress of diseases, indicating the need for therapeutic interventions to improve patients’ quality of life. Among the techniques available to assess nerve fibers’ integrity, the sinusoidal current is one of the main tools for screening and monitoring somatosensory disorders. This method is quantitative, non-invasive, and neuroselective, allowing the differentiation of the nerve fibers affected. Systems such as Neurometer and NeuroStim are widely used in studies of the somatosensory system. However, both devices have complex hardware architecture, requiring at least three voltage-raising stages and presenting offset values that compromise the test results, requiring periodic calibration of the system. Seeking to expand the transcutaneous electrical stimulation applications with sinusoidal current, the present work aims to present new multichannel hardware for the electrical stimulation system EELS (Somatosensory Electrical Stimulator). The Howland current source topology was used in combination with a bootstrapping power scheme, making it possible to simplify the design of the power circuit, using only one voltage lift stage. The modernization and simplification of the hardware enabled the implementation of a calibration circuit in real-time and the construction of a multichannel system, which opens up new possibilities for clinical research, including assessing disorders in the CNS. The new system is controlled by a graphical interface software and generates current stimuli with constant intensity, maximum amplitude of 8.63 mA, frequency between 1 Hz and 3 kHz in two independent channels. The hardware features high output linearity, stable load regulation, total harmonic distortion (THD) less than 1%, and automatic offset control. The tests carried out indicated that the EELS could be used in threshold tests of sensitivity to electrical current and the Neurometer and NeuroStim, and it also brings new resources to carry out different protocols. |
| Asunto: | Engenharia elétrica Sistema nervoso Vias aferentes |
| Idioma: | por |
| País: | Brasil |
| Editor: | Universidade Federal de Minas Gerais |
| Sigla da Institución: | UFMG |
| Departamento: | ENG - DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA ELÉTRICA |
| Curso: | Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica |
| Tipo de acceso: | Acesso Aberto |
| URI: | http://hdl.handle.net/1843/35267 |
| Fecha del documento: | 21-dic-2020 |
| Aparece en las colecciones: | Dissertações de Mestrado |
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| Desenvolvimento e validação funcional de hardware para estimulação elétrica somatossensorial baseado em topologia de fonte de corrente de Howland.pdf | 7.31 MB | Adobe PDF | Visualizar/Abrir |
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