Generador de ondas Kotz para electroestimulación muscular, basado en FPGA

Resumen En este trabajo, se desarrolló un generador de ondas Kotz (ondas rusas), que se puede utilizar en la electroterapia de estimulación a frecuencia media. Para la realización del sistema, se hizo una revisión de los conceptos elementales sobre las señales eléctricas y la forma en que estas funcionan dentro del cuerpo humano. Los tipos de corrientes eléctricas y algunas de sus propiedades específicas, son analizadas para identificar los efectos terapéuticos que pueden proporcionar al aplicarse al cuerpo humano, en particular las ondas rusas. Las señales generadas por el sistema son diseñadas utilizando modelos matemáticos, tanto para la señal base (frecuencia constante) como para la señal moduladora (esquema de tratamiento en base a tiempo, frecuencia y amplitud de la onda). Los datos obtenidos del modelado son programados posteriormente en dispositivos electrónicos digitales reconfigurables, en este caso en una matriz de puertas lógicas programables en campo (Field-Programmable Gate Array, FPGA). Finalmente, el sistema en físico utiliza una tarjeta basada en FPGA modelo DE10-Lite. La arquitectura de hardware se describe utilizando el VHDL (Lenguaje de Descripción de Hardware). El sistema es validado mediante un banco de pruebas, generando diferentes señales y observando su estabilidad en los períodos de tiempo de acuerdo con los utilizados en las terapias de rehabilitación.

Abstract In this work, a Kotz wave generator (Russian waves) was developed, which can be used in medium frequency stimulation electrotherapy. To carry out the system, a review of the basic concepts of electrical signals and the way they work within the human body was performed. The types of electric currents and some of their specific properties are analyzed to identify the therapeutic effects they can provide when applied to the human body, in particular Russian waves. The signals generated by the system are designed using mathematical models, both for the base signal (constant frequency) and for the modulation signal (treatment scheme based on time, frequency and wave amplitude). The data obtained from the modeling is subsequently programmed into reconfigurable digital electronic devices, in this case in a field programmable gate matrix (FPGA) matrix. Finally, the physical system uses a DE10-Lite FPGA-based card model. Hardware architecture is described using VHDL (Hardware Description Language). The system is validated by means of a test bench, which generates different signals and observes its stability over time in accordance with those used in rehabilitation therapies.