Diseño de un Control Mioléctrico de una Electrolaringe Edición Única

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(1)INSTITUTO TECNOLÓGICO Y DE ESTUDIOS SUPERIORES DE MONTERREY CAMPUS MONTERREY PROGRAMA DE GRADUADOS DE TECNOLOGÍAS DE INFORMACIÓN Y ELECTRÓNICA,. DISEÑO DE UN CONTROL MIOELECTRICO DE UNA ELECTROLARINGE. TESIS PRESENTADA COMO REQUISITO PARCIAL PARA OBTENER EL GRADO ACADEMICO DE: MAESTRÍA EN CIENCIAS EN INGENIERIA ELECTRONICA ESPECIALIDAD EN SISTEMAS ELECTRONICOS. POR: ING. JULIA ABRIL SAENZ FRIAS. MONTERREY, N.L.. MAYO 2006.

(2) INSTITUTO TECNOLÓGICO DE ESTUDIOS SUPERIORES DE MONTERREY. PROGRAMA DE GRADUADOS DE TECNOLOGIAS DE INFORMACIÓN Y ELECTRÓNICA. DIVISIÓN DE TECNOLOGÍAS DE INFORMACIÓN Y ELECTRÓNICA. Los miembros del comité de tesis recomendamos que la presente tesis del Ing. Julia Abril Sáenz Frías es aceptado como requisito parcial para obtener el grado académico de Maestra en Ciencias en Ingeniería Electrónica con especialidad en sistemas electrónicos.. Comité de tesis:. ______________________________ Asesor Dr. Graciano Dieck Assad. ______________________________ Sinodal Dr. Sergio Martínez Chapa. ______________________________ Sinodal Dr. Luís Espinosa Sierra. _________________________________________ David Alejandro Garza Salazar, PhD. Director del Programa de Graduados de Tecnologías de Información y Electrónica. Mayo de 2006. II.

(3) DISEÑO DE UN CONTROL MIOELECTRICO DE UNA ELECTROLARINGE. POR: JULIA ABRIL SAENZ FRIAS. TESIS. Presentada al Programa de Graduados de Tecnologías de Información y Electrónica.. Este trabajo es requisito parcial para obtener el grado de Maestra en Ciencias en Ingeniería Electrónica con especialidad en sistemas electrónicos.. INSTITUTO TECNOLÓGICO Y DE ESTUDIOS SUPERIORES DE MONTERREY. MAYO 2006. III.

(4) DEDICATORIA:. A mis padres y hermanos por darme su apoyo en cada etapa de mi vida, y por alentarme en todo momento a ser mejor persona y mejor profesionista.. Gracias.. IV.

(5) AGRADECIMIENTOS: Al Dr. Luís Espinosa y al Dr. Francisco Sáenz por su tiempo y apoyo en la comprensión de la toma de señales mioeléctricas. Al Ing. Jorge A. González por ayudarme en la recopilación de muestras de señales mioeléctricas en su persona y por brindarme su compañía, apoyo incondicional y motivación durante el desarrollo de mi tesis…gracias TAMFE. Al Dr. Ehab Goldstein y Dr. James Heaton por su accesibilidad en contestar mis dudas y el proporcionarme algunos archivos de señales mioeléctricas. A mi asesor Dr. Graciano Dieck Assad por su ayuda durante el desarrollo de mi tesis y por darme su confianza y apoyo durante mis estudios de maestría. Al Ing. José Gómez Quiñónez por su disposición en asesorarme en el uso de pspice y mentor graphics. A la Dr. Julia Saenz y Pedro León, Oncólogos de la clínica 25 del seguro social por facilitarme la información sobre cáncer de laringe, y motivarme para el desarrollo de esta tesis. A mi comité de tesis por el apoyo brindado para la realización de esta tesis. A mis compañeros de maestría por brindarme su amistad.. Gracias. Julia Abril Sáenz Frías. V.

(6) RESUMEN En esta tesis se presentará el diseño del control on-off. a manos libres de una. electrolaringe usando una señal electromiográfica superficial del antebrazo.. Las señales electromiográficas permiten obtener una indicación de la actividad eléctrica de los músculos. Estas señales también pueden ser utilizadas como señales de control para dispositivos electrónicos o electromecánicos como es el caso de prótesis de manos y piernas [3,4].. La electrolaringe o laringe artificial es una prótesis de voz usada por mas de la mitad de las personas que sufre una laringectomía para comunicarse diariamente, pero actualmente esta tiene el inconveniente de ser un dispositivo que requiere control manual de encendido y apagado en su operación [2,7,10].. El diseño del circuito que se presentará fue implementado usando electrodos superficiales para adquisición de la señal mioeléctrica, y se establecieron los parámetros para usar electrodos intramusculares, y usando electrónica analógica se desarrollaron las etapas de acondicionamiento y de procesamiento de esta señal para obtener su envolvente, para usarla como señal de entrada de un arreglo de circuitos TTL que controla el encendido y apagado de la electrolaringe.. Con ayuda de Pspice y Mentor Graphics fue simulada la etapa de procesamiento y control usando una señal electromiografíca previamente adquirida y digitalizada.. El diseño fue implementado y una señal real fué obtenida y se usó para el control de encendido y apagado de una bocina simulando la función de la electrolaringe. Se presenta también como el diseño del control mioeléctrico on-off de una electrolaringe puede ser mejorado adquiriendo una señal externa que determine cuando la persona deja de hablar y con ello apagar la electrolaringe y miniaturizado usando tecnología CMOS electrodo implantable.. VI. integrado a un.

(7) INDICE DEDICATORIA………….………………………………………………………………..…. IV AGRADECIMIENTOS…….…………………………………………………………………..V RESUMEN……………….…………………………………………………………………....VI INDICE……………….……………………………………………………………………....VII LISTA DE FIGURAS Y TABLAS ………….……………………………………………..... XI CAPITULO I. INTRODUCCION 1.1. Introducción…...……………………………..………………………………………....... 1 1.2. Definición del problema...….………………..…………………………………………... 2. 1.3. Antecedentes.…...………………………………..………………………………………. 3. 1.4. Objetivo.……...…………………………………………………..……………………… 3. 1.5. Justificación……………………………………………………..……………………...... 4. CAPITULO II. ANTECEDENTES DEL PROYECTO 2.1. Electromiografía.………...………………………………………………….…………..... 6. 2.2. Generación y detección de señales EMG………...……….…………...………………..... 7. 2.3. 2.2.1. Fisiología básica de la generación de EMG……..…………………………..…... 7. 2.2.2. Unidad Motora…………………………..………..……………………………… 7. 2.2.3. Potencial de Acción.……………………………..………………..……………... 8. 2.2.4. Generación de señales EMG en contracciones voluntarias……..…………..…… 9. 2.2.5. El conductor de volumen ……………………………………………………...… 9. Técnicas de detección de señales EMG …………...………..………………………….. 11 2.3.1. Electrodos intramusculares……………...……………………..……………….. 11. 2.3.2. Electrodos de superficie.……………….……………………………………….. 12. VII.

(8) 2.4. Uso de señales mioeléctricas en el control de prótesis……………...………………….. 13 2.4.1. 2.5. 2.6. La señal mioeléctrica como señal de control …………...……………………… 14. Descripción de una laringectomía y de los tipos de voces alaríngeas …...…………….. 15 2.5.1. Laringectomía total…………...………………………………………………… 15. 2.5.2. Voz alaríngea ………………...………………………………………………… 15. 2.5.2.1. Prótesis traqueoesofágica…...……………………….……………………. 16. 2.5.2.2. Voz esofágica……………...…………………………………………….... 16. 2.5.2.3. Electrolaringe…….………...……………………………………………... 17. Fisiología y anatomía de la producción de voz……...….………………………………. 18 2.6.1. Fisiología de la producción de voz.…………….………………………...…….. 18. 2.6.2. Breve anatomía del aparato fonatorio…………….……………………...……... 19. 2.7. Anatomía de un paciente laringectomizado……...………………………………….….. 23. 2.8. Músculo del antebrazo.…………………………...…………………………………….. 25. CAPITULO III. MODELOS DE ACONDICIONAMIENTO DE LA SEÑAL EMG Y. DELCONTROL MIOELÉCTRICO A MANOS LIBRES DE UNA ELECTROLARINGE. 3.1. Descripción del modelo de detección y acondicionamiento de la señal EMG…...…….. 27 3.1.1. Diagrama de bloques……………..…................................................................... 27. 3.1.2. Descripción……………………………………………...…………………….... 28. 3.1.2.1. Electrodos………...………………...……..……………...………………. 28. 3.1.2.2. Preamplificador………….………………..……...………………………. 30. 3.1.2.3. Filtro pasa altas………….………....……….....…………………………. 31. 3.1.2.4. Amplificador……………..…………...….………………………………. 31. 3.1.2.5. Filtro pasa bajas………….….……...…..………………………………… 32. VIII.

(9) 3.1.2.6. 3.2. Procesamiento de la señal de EMG……………...……………………………………... 32 3.2.1. 3.3. Consideraciones adicionales en la toma de señales electromiográficas Superficiales…............................................................................................. 32. Procesamiento digital de la señal de EMG detectada superficialmente y muestreada……….………………………………...……………………………. 33. 3.2.1.1. Estimación de la amplitud de la señal de EMG…......……….…………… 33. 3.2.1.2. Estimación espectral……….………………..………………….……...…. 34. 3.2.1.3. Modificación del método de estimación de la amplitud en sistemas análogos…………..……….…….………..………………………………. 35. Estrategias de control ON-OFF de la electrolaringe……….....………………...…….. 35 3.3.1. Introducción……….……..……………...……………………………………… 35. 3.3.2. Modelo de control ON-OFF EMG-Temporizador…..……....…………………. 36. 3.3.3. Modelo de control ON-OFF EMG- Temporizador mejorado………......……… 36. 3.3.4. Control ON-OFF usando una señal mioeléctrica proveniente de un músculo extrínseco de la laringe…………….…………………………………………… 37. CAPITULO IV. DISEÑO DEL CONTROL MIOELECTRICO ON-OFF A MANOS LIBRES DE UNA ELECTROLARINGE 4.1. Etapas de acondicionamiento y procesamiento de la señal de EMG……………...……. 42 4.1.1. Etapa de acondicionamiento de la señal electromiográfica: simulaciones y circuitos…..……………………………….……………………………..……… 42. 4.1.1.1 4.1.2. Descripción...…………....……………………………..……………….... 42. Etapa de procesamiento de la señal de EMG: simulaciones y circuitos…..……. 46 4.1.2.1. 4.1.3. Descripción……..………...……………………………………………... 46. Etapa de Control: simulaciones y circuitos…..………….……………………... 54. CAPITULO V. RESULTADOS 5.1. Resultados……………...……………………………………………………………….. 59. IX.

(10) CAPITULO VI. CONCLUSIONES Y TRABAJOS PROPUESTOS. 6.1. Conclusiones…………………………………...……………………………………….. 66. 6.2. Trabajos propuestos……………………………...……………………………………... 68. APENDICE……...……………………………………………………………………………. 69 BIBLIOGRAFIA………………………...………………………………………………….... 71 VITA……………………………………...…………………………………………………....73. X.

(11) INDICE DE FIGURAS Y TABLAS Figura 1 Contribuciones de los trenes individuales en la generación de la señal mioelectrica………… 8 Figura 2 Modelo de generación de señales EMG eléctricamente estimulada…………………………... 9 Figura 3 Diferentes tipos de electrodos para electromiografía……………………………………… 13 Tabla 1.1 Clasificación de las desventajas de las electrolaringe…………………..………….…....... 18 Figura 4 Esquemático del aparato fonador humano……………………………………………..….. 20 Figura 5 Vista anterior (A) y posterior de la laringe (B)………………………………………..…… 20 Figura 6 Corte longitudinal de la laringe (izquierda) y vista superior de las cuerdas vocales (derecha)……………………………………………………………………………………. 21 Figura 7 Vista superior de la laringe mostrando los músculos intrínsecos…………………………... 21 Figura 8 Músculos extrínsecos de la laringe………………………………………………………..… 22 Figura 9 Anatomía de un laringectomizado, antes (izquierda) y después (derecha)………………..... 25 Figura 10 Músculo a ser usado flexor cubital del carpo……………………….…………………..….. 26 Figura 11 Diagrama de bloques mostrando las etapas para la detección y acondicionamiento de la señal EMG………………………………………………………………………………….…….. 27 Figura 12 Modelo y circuito equivalente piel-electrodo……………......…………………………....... 29 Figura 13 Diagrama de bloques del método para estimar la amplitud de una señal EMG en un sistema análogo……………………………………………………………………………………... 35 Figura 14 Modelo de control on-off EMG-temporizador……….…..……………………….….……. 39 Figura 15 Modelo de control ON-OFF EMG -temporizador mejorado…….…………………..…….. 40 Figura 16 Etapas del sistema de control mioeléctrico ON-OFF a manos libres……...…………..…... 41 Figura 17 Diagrama de bloques de la etapa de acondicionamiento de la señal EMG....…………..….. 42 Figura 18 Circuito de la etapa de acondicionamiento……………………………….…………..……...44 Figura 19 Respuesta a la frecuencia del filtro pasa bandas con ganancia de 40 db por la etapa amplificadora……………………………………………………………………………… 45 Figura 20 Muestra de una señal de EMG ….……………….………………………………..……...... 45 Figura 21 Etapa de procesamiento…………………….……………………………………….……… 46. XI.

(12) Figura 22 Imágenes obtenidas en Accusim mostrando la respuesta a la frecuencia del filtro pasa bajas de 3er orden con frecuencia de corte de 4.5 Hertz (arriba) y 9 Hertz (abajo)……………..47 Figura 23 Imágenes obtenidas en Pspice mostrando la respuesta a un escalón del filtro pasa bajas de 3er orden con frecuencia de corte de 4.5 Hz (arriba) y 9 Hz (abajo)………………….. 48 Figura 24 Imágenes obtenidas en Accusim mostrando la salida de el bloque rectificador y filtro pasa bajas, de la etapa de procesamiento usando un filtro pasa bajas con frecuencia de corte de 4.5 Hertz……………..…………………………………………………………………….. 49 Figura 25 Imágenes obtenidas en Acussim mostrando la salida del bloque rectificador y filtro pasa bajas de la etapa de procesamiento usando un filtro pasa bajas con frecuencia de corte de 9 Hertz…………...…………………………………………………………………………. 50 Figura 26 Circuitos de la etapa de procesamiento, rectificador (arriba) y filtro pasa bajas con frecuencia de corte de 9 Hz. (abajo)…………………………………………………………………… 51 Figura 27 Comparador con voltaje de referencia ajustable (arriba) y regulador de voltaje de 5 V (abajo)………………………………………...……………………………………. 52 Figura 28 Imágenes del comparador obtenidas en Accusim , con un voltaje de referencia de 40 mV usando como señales de entrada una senoidal(arriba) y la envolvente de la señal rectificada del archivo days.sig (abajo)………………………...……………………………………… 53 Figura 29 Circuito de control EMG-temporizador mejorado………………………………………..... 55 Figura 30 Diagramas del tiempo del contador 74LS93…………………………………………..…… 56 Figura 31 Imágenes obtenidas en QuicksimII de los diagramas de tiempo del circuito de control…. 57 Figura 32 Imágenes obtenidas en QuicksimII , donde se observan dos condiciones especiales del circuito de control………………………………………………………………………… 58 Figura 33 Señal cardíaca detectada acondicionada y amplificada 1000 veces………………………... 59 Figura 34 Diseño del control mioeléctrico…………………………………………………….….........60 Figura 35 Diagrama de bloques del control mioelectrico………………………………………………61 Figura 36 Señal mioeléctrica tomada, acondicionada y amplificada de 12 Volts de pico a pico aproximadamente (5000 de amplificación)…………………………………………………61 Figura 37 Diagrama de bloques que muestra la etapa de procesamiento y los puntos de obtención de las figuras 38 y 39………………………………………………………………………... 61 Figura 38 Señal mioeléctrica de aproximadamente 6 Volts de pico y duración de 1.25 seg. obtenida después del bloque rectificador en la etapa de procesamiento……….………….………… 62 Figura 39 Envolvente de una señal mioeléctrica obtenida después del filtro pasa bajas de aprox. 1 volt de amplitud…………..………………………………………………………………………62. XII.

(13) Figura 40 Señal mioeléctrica amplificada y filtrada de una contracción sostenida por 1.75 segundos y su envolvente………………………………………………………………………………….63. Figura 41 Diagrama de bloques de la etapa de control y el punto de obtención de las figs. 43 y 44….63. Figura 42 Señal mioeléctrica de varios contracciones no sostenidas y sus envolventes………….…….64 Figura 43 Pulso de 5 V generado en la etapa del control digital (superior) y la señal mioeléctrica obtenida en la salida de la etapa de acondicionamiento (inferior) ………………………….65 Figura 44 Pulso de 5 V generado en la etapa digital de control (superior) a partir de la envolvente de una contracción sostenida. (inferior)…………………………………………………………..65. XIII.

(14) CAPITULO I. INTRODUCCION. 1.1. INTRODUCCION. La comunicación verbal ha sido una de las básicas y más esenciales capacidades poseídas por el ser humano. La voz puede decirse que es uno de los métodos más importantes a través del cual la gente puede transmitir información sin necesidad de ninguna herramienta adicional. Desafortunadamente cada año cientos de personas en México sufren una enfermedad o trauma en la laringe, siendo en muchos de los casos necesaria una laringectomía [7], que es la cirugía por la cual se remueve la laringe como parte del tratamiento del cáncer. La perdida de la laringe deshabilita a la persona de poder producir voz naturalmente lo que puede llegar a formar un complejo se inferioridad.. Para estos pacientes es importante contar con métodos que les ayuden a poder producir voz de nuevo. Si las articulaciones principales siguen intactas después de una intervención quirúrgica, una prótesis puede ser usada para excitar el tracto vocal con el fin de producir voz [2,7].. La prótesis llamada electrolaringe o laringe artificial, es un dispositivo electromecánico portátil de baterías que inyecta un zumbido a través del cuello o en la cavidad oral produciendo energía acústica excitando así al tracto vocal para generar voz [2,8].. La tecnología actual desarrollada para esta prótesis de voz es deficiente, pues produce un sonido de voz no natural, y carece de modulación en el tono. Además uno de los mayores inconvenientes para el usuario de esta prótesis es el hecho de tener que ocupar una mano para su operación. Una persona con una electrolaringe para ser capaz de hablar tiene que sostener el dispositivo cerca de su cuello y encenderlo manualmente. Debido a ello, la persona queda. 1.

(15) incapacitada de usar una mano, impidiéndole realizar con toda libertad actividades cotidianas mientras habla [9].. La contracción de las fibras musculares genera actividad eléctrica que puede ser detectada mediante electrodos colocados en la superficie de la piel sobre el grupo de músculos o con electrodos tipo aguja colocados dentro del músculo. La actividad eléctrica detectada es llamada señal de electromiografía (EMG). La señal de EMG detectada en la superficie es el promedio de la actividad de varias fibras musculares y la detectada intramuscularmente es la actividad total de una o unos pares de fibras. La amplitud de la señal EMG ha sido utilizada con señal de control para prótesis mioeléctricas [De Luca, 1993].. 1.2. DEFINICION DEL PROBLEMA. Las funciones de la electrolaringe existentes hoy en día son controladas de manera manual y para su funcionamiento requiere que el usuario utilice una mano todo el tiempo que este comunicando de tal forma que se incapacita para realizar actividades donde necesite ambas manos y hablar al mismo tiempo. Se han realizado investigaciones muy relevantes en la automatización del control de encendido y apagado de este dispositivo [2], pero el uso de electrodos superficiales hace que la detección de la señal del sistema sea muy sensible al movimiento y por lo tanto deficiente para utilizarse cotidianamente.. Esta tesis propone una solución más flexible para el paciente, quien usando un electrodo intramuscular con acondicionamiento de señal pueda comunicarse en forma más eficiente y natural. Se desarrollará e integrará. primeramente para pruebas un electrodo. superficial y el circuito electrónico de acondicionamiento para producir la señal eléctrica que controlará la electrolaringe. Después se establecerán los parámetros a modificar para la utilización de electrodos intramusculares como fuente de detección de la señal mioeléctrica.. También se propone el desarrollo de un amplificador de bajo ruido para incrementar la detectabilidad de las señales EMG usando un dispositivo CMOS miniaturizado.. 2.

(16) 1.3. ANTECEDENTES. La electromiografía superficial utiliza electrodos, no invasivos, adheridos al cuerpo humano, que detectan señales mioeléctricas superficiales (MES), con el fin de registrar la actividad eléctrica en los músculos asociada a las actividades humanas. Las señales mioeléctricas se registran por medio de la diferencia de potencial eléctrico entre dos electrodos posicionados en el músculo y un tercero posicionado en un área neutral y están relacionadas con el movimiento de los músculos. Estas son señales muy pequeñas de orden de cientos de µVolts y con un rango de frecuencias de hasta 500 Hertz [1] y por lo tanto requieren amplificación. Generalmente la ganancia de amplificación mayor debe ser mayor a 1000, y se debe maximizar la razón. de señal a ruido (SNR) con la menor distorsión de la señal. mioeléctrica y el filtrado.. Las señales mioeléctricas se usan en muchas áreas, como lo son. biomecánica. (prótesis), ergonomía, rehabilitación, neurofisiología.. Saridis [4] estudió y analizó las señales mioeléctricas. Usó señales provenientes de bíceps y tríceps, adquiridas mediante electrodos diferenciales superficiales de plata-cloruro de plata, de una persona amputada de la parte inferior del brazo para controlar una prótesis eléctrica de brazo.. Goldstein [2] usó señales mioeléctricas adquiridas de los músculos infrahioideos mediante un electrodo superficial bipolar de Ag/AgCl en investigaciones para realizar el control de encendido y apagado de una electrolaringe.. 1.4 OBJETIVO. El objetivo de esta tesis es el desarrollo de un sistema electrónico que sea capaz de detectar y procesar una señal mioeléctrica. Se pretende utilizar un electrodo superficial y,. 3.

(17) acondicionar la señal proveniente del mismo. Esto es con el fin de utilizarlo para controlar el funcionamiento de una electrolaringe, asimismo se establecerán los parámetros a modificar para poder utilizar electrodos intramusculares. Se implementará la unidad de acondicionamiento y la unidad procesamiento de la señal obtenida por el electrodo superficial y la unidad de control con el fin de que sea confortable y amigable la utilización de este sistema, para un paciente laringectomizado.. 1.5. JUSTIFICACION.. Año tras año cientos de personas en México pierden la capacidad de la comunicación verbal por problemas de cáncer en la laringe, o alguna parte de ella como en las cuerdas vocales. Para poder minimizar o totalmente eliminar la propagación del cáncer a otra parte del cuerpo, es necesario extirpar la laringe en la mayoría de los casos.. El cáncer de laringe ocupa en México el primer lugar de cáncer de cabeza y cuello y se presenta en promedio a los 60.2 años. En 1998, 245 pacientes presentaron algún tipo de cáncer de cabeza y cuello en la clínica 25 del seguro social de la Ciudad de Monterrey, mientras que, en el Centro Médico Nacional Siglo XXI de la Ciudad de México fueron 606 pacientes de los cuales a 60 se les practicó una laringectomía de un total de 85 pacientes con cáncer de laringe. En el 2003 en la clínica 25 del seguro social se registraron 25 casos de laringectomizados de un total de 36 pacientes con cáncer de laringe [9,10].. La voz juega claramente un papel preponderante en nuestras vidas, y es por eso, que cuando no se cuenta con ella, la calidad de vida de la persona disminuye considerablemente sintiéndose aislado al perder la capacidad de hablar.. Actualmente las personas que pierden esta capacidad tienen la opción de utilizar una electrolaringe, que sustituye el aparato vocal permitiendo a la persona comunicarse. Pero, si la persona quiere comunicarse, y es necesario que saque el dispositivo de su bolsa, lo sostenga cerca de su cuello, controle el encendido y apagado del mismo en forma manual, teniendo. 4.

(18) siempre que utilizar una mano, generará una ansiedad compartida con cortes en la conversación. Además tendrá muchos problemas para poder realizar actividades cotidianas donde requiera ambas manos y necesite hablar al mismo tiempo [2,8].. Es por eso que el control automático miniaturizado de encendido y apagado de una electrolaringe mediante señales mioeléctricas ayudaría tremendamente a las personas que han sufrido una laringectomía. En este caso el uso de tecnologías electrónicas para realizar este control mejorará la calidad de vida de los pacientes a los cuales se les ha practicado una laringectomía.. 5.

(19) CAPITULO II. ANTECEDENTES DEL PROYECTO Este capítulo describe los antecedentes necesarios para la comprensión de los elementos básicos del sistema de control electromiográfico a manos libres para una electrolaringe. El capítulo empieza con una breve explicación de la fisiología de la señal electromiográfica (EMG). Continúa con la explicación de los métodos de detección de EMG así como el uso de las señales mioeléctricas en el control de prótesis y con la descripción de una laringectomía y tipos de voz alaríngea, anatomía del sistema fonatorio y la fisiología de la voz. Concluye con la descripción de la anatomía de un laringectomizado y la anatomía del antebrazo.. 2.1. ELECTROMIOGRAFIA. Una característica esencial de los animales es su habilidad de usar actuadores de movimiento, como los músculos cuyas contracciones generan fuerzas en los huesos a los cuales están unidos. Las propiedades de funcionamiento del músculo, no pueden ser fácilmente investigadas in vivo por la dificultad que implica el insertar sensores de fuerza en serie con los tendones y además, porque en condiciones normales, músculos diferentes actúan sobre el mismo hueso.. Además de las propiedades mecánicas, la actividad de los músculos esqueléticos está también asociada con la generación de señales eléctricas que pueden ser detectadas por medio de electrodos insertados en el músculo (mediciones seminvasivas) o sobre la piel (mediciones superficiales). Las señales eléctricas generadas por el músculo durante su actividad son llamadas señales electromiográficas (EMG) [11,12].. 6.

(20) 2.2. GENERACIÓN Y DETECCIÓN DE SEÑALES EMG. 2.2.1 Fisiología Básica de la generación de EMG. Los músculos esqueléticos son comprimidos por células paralelas muy cercanas, las fibras musculares, que constituyen las unidades estructurales contráctiles. En los humanos las fibras musculares tienen una variedad de longitudes que van desde pocos milímetros a varios centímetros, y un diámetro en el rango aproximado de 10 a 100 micrómetros. Cada fibra es capaz, al ser excitada, de disminuir su longitud. Las fibras musculares son activadas por el sistema nervioso central a través de señales eléctricas transmitidas por las neuronas motoras.. Una neurona motora inerva un grupo de fibras musculares las cuales constituyen la unidad funcional más pequeña del músculo. La neurona motora y las fibras son referidas como unidad motora, un término introducido por Sherrington en 1929 [11].. 2.2.2. Unidad motora. Una unidad motora está constituida por una neurona motor y las fibras musculares que esta inerva. Cada rama de una neurona motora que alimenta un músculo inerva varias fibras musculares. La cantidad más pequeña de contracción muscular en respuesta a una excitación de una neurona motor no se debe solamente a una sola fibra muscular, sino a todas las fibras musculares que son alimentadas por la neurona.. La suma de las contribuciones de las fibras musculares que pertenecen a una unidad motora es llamada potencial de acción de la unidad motora, MUAP (“Motor unit action potential” por sus siglas en inglés). Una secuencia de estos es llamada tren de MUAP.. Un tren de potenciales de acción de una unidad motora es la convolución del MUAP con un tren de funciones delta. Las entradas son las funciones delta indicando cuando se activan las unidades motoras [12].. 7.

(21) Una señal mioeléctrica detectada en la superficie de la piel o dentro del músculo es la suma de las contribuciones de los trenes individuales MUAP (ver figura 1).. Figura 3 . Contribuciones de los trenes individuales en la generación de la señal mioeléctrica.. 2.2.3. Potencial de Acción Si se inserta un electrodo en la célula muscular, se puede medir un potencial de reposo de 70 a 90 mV de cd. dentro de la célula, el cual es negativo con respecto al ambiente extracelular. La generación de este potencial depende del balance de iones que fluyen a través de la membrana. El pulso eléctrico propagado a través de la neurona motora llega a la unión neuromuscular y determina la excitación de la membrana de la fibra muscular. Esto causa que una distribución de potencial en una parte de la membrana sea generada. Una densidad de carga (zona de despolarización) corresponde a esa distribución de potencial.. Las zonas de despolarización propagan a lo largo de las fibras musculares el potencial de acción desde las uniones neuromusculares a la terminación de los tendones. La velocidad con la que la acción de potencial se propaga depende del diámetro y tipo de las fibras, y es llamada velocidad de conducción [11].. 8.

(22) 2.2.4 Generación de señales EMG en contracciones voluntarias.. Cuando las unidades motoras son activadas por el sistema nervioso central, estas producen un potencial de acción tal que la activación repetitiva genera un tren de potenciales de acción, los cuales son sumados para generar la señal de EMG.. Los músculos pueden también ser activados sin el comando de entrada del sistema central usando una corriente externa (estimulación del músculo) que excita el término de las ramificaciones del nervio. En este caso las unidades motoras son activadas aproximadamente al mismo tiempo [11] como lo ilustra la figura 2.. Figura 4 Modelo de generación de señales EMG eléctricamente estimulada. 2.2.5. El conductor de volumen. La generación de un potencial de acción intracelular determina un campo eléctrico en cualquier punto en el espacio circundante; por lo tanto el potencial generado por la unidad motora puede ser detectado también en localidades relativamente lejos de la fuente. Los tejidos biológicos, separando la fuente y los electrodos de detección, son referidos como los conductores de volumen y sus características afectan fuertemente a la señal detectada.. 9.

(23) Dependiendo de la modalidad de medición, el conductor de volumen puede o no, tener un efecto importante en la adquisición de las señales mioeléctricas. En el caso de medición intramuscular, el sistema de detección esta localizado muy cerca de la fuente y por lo tanto sus potenciales detectados son solamente alterados por los tejidos que separan la fuente y los electrodos. En este caso el ancho de banda de la señal es de 1 a 5 KHz. Si las señales mioeléctricas son medidas sobre la superficie de la piel, el conductor de volumen juega un papel fundamental en determinar las características de la señal. Un efecto pasabajo en los tejidos resulta en una señal con un contenido de frecuencias debajo de 400 a 500 Hz.. El efecto del conductor de volumen en los potenciales detectados, determinan la diferencia entre las mediciones intramusculares y aquellas hechas en la superficie. Mientras que las mediciones hechas en la superficie presentan muy poca selectividad espacial y proveen una información global sobre la actividad muscular, las mediciones intramusculares son muy selectivas y dan información localizada de la actividad muscular (normalmente limitada a 4 o 5 unidades motoras).. La aplicación es lo que determina el tipo de medición a utilizar. Las mediciones intramusculares han sido usadas en diagnóstico y estudios de controles motores, particularmente cuando es necesario identificar con certeza los instantes de activación de la unidad motora. Sin embargo las mediciones invasivas no permiten directamente hacer la estimación de las propiedades físicas de algunas unidades motoras, como es la velocidad de conducción. Por otro lado la medición en la superficie permite hacer una investigación periférica de las propiedades del músculo, pero debido a que se detectan decenas de potenciales de acción de unidades motoras su interpretación es más complicada que la de la señal obtenida por técnicas invasivas ya que es difícil separar los potenciales de acción individuales de las unidades motoras.. Dado que son diferentes las características en ambos tipos de señales los métodos de detección, procesamiento y aplicaciones de electromiografía invasiva y no invasiva son también diferentes [11][12].. 10.

(24) 2.3. TECNICAS DE DETECCIÓN DE SEÑALES EMG. El proceso de detectar una señal biológica involucra la transducción de corriente iónica, fluyendo a través del cuerpo en corriente eléctrica dentro de los circuitos del equipo de detección. Este proceso se lleva a cabo por reacciones de reducción-oxidación que ocurren en la interfase entre el electrodo (interfase eléctrica entre el paciente y equipo) y la solución iónica acuosa del cuerpo.. Una corriente fluyendo a través del electrodo tiene el efecto de remover electrones de la superficie y oxidar átomos superficiales que van dentro de la solución como iones positivos. Por lo tanto el potencial en la superficie del electrodo cambia con respecto al grueso del electrodo. Este voltaje es conocido como el potencial de media celda, y es generado cuando el metal entra en contacto con la solución iónica.. Las señales EMG pueden ser detectadas por medio de electrodos intramusculares semiinvasivos o por electrodos adheridos a la superficie de la piel no invasivos.. 2.3.1 Electrodos intramusculares:. En el modo convencional de detección y medición de EMG, dos tipos de electrodos intramusculares son usados: electrodo de aguja concéntrica y electrodos de alambre, los cuales se describen a continuación.. El electrodo de aguja concéntrico detecta señales en una configuración monopolar a través de un alambre aislado en la cánula de la aguja. Otras adaptaciones al electrodo de aguja han sido insertar varios alambres en la cánula de la aguja lo que hace posible grabar la actividad eléctrica de la unidad motora de varios puntos del músculo [12].. La técnica de detección bipolar es la más recomendable para la adquisición de señales mioeléctricas ya que incrementa la resolución espacial (mejora el rechazo a ruido). Se usan 2 electrodos en 2 superficies de detección para sensar el potencial de voltaje en 2 localidades de. 11.

(25) la piel con respecto a un electrodo de referencia. Las 2 señales alimentan a un amplificador diferencial de instrumentación.. El electrodo de alambre, es hecho de un diámetro muy pequeño con aislante. Estos son insertados en la cánula de la aguja y son curveados en la punta; La aguja es insertada en el músculo y luego removida, dejando los alambres en el músculo. La ventaja de este método con respecto al de aguja es que los alambres muy difícilmente se pueden sentir después de que la aguja es removida, permitiendo hacer fuertes contracciones sin que sea incómodo o doloroso. Sin embargo su posición no puede ser ajustada después de que se remueve la aguja; mientras que el electrodo de aguja puede ser movido dentro del músculo hasta encontrar la posición óptima. Usualmente los electrodos de alambre son preferibles en estudios en el cual la actividad mioeléctrica es grabada por largos periodos de tiempo y bajo movimiento.. 2.3.2. Electrodos de superficie. Un electrodo de superficie consiste en un medio conductivo con dimensión y figura definidas, que es colocado sobre la piel del paciente donde se desea hacer la captura, y se mantiene en la misma posición mientras se hace la medición. Los materiales usados en la fabricación de los electrodos son comúnmente plata, oro, o algunas aleaciones como cloruro de plata [1,12].. Los electrodos de superficie al igual que los de aguja pueden ser usados en configuración monopolar (usando un electrodo de referencia adicional, puesto en una área eléctricamente inactiva) o bipolar, especialmente en aplicaciones donde la activación de un músculo en específico necesita ser detectada.. Algunas ventajas de este tipo de electrodos, es que no es doloroso para el paciente, es más práctico que utilizar agujas y se puede hacer el registro de varias señales utilizando varios electrodos en un polígrafo digital de varios canales como el utilizado para el registro de EEG. Las desventajas son que si no se hace una limpieza adecuada de la piel, donde se va a hacer la medición y no se aplica adecuadamente un gel conductivo la señal puede ser detectada con. 12.

(26) mucho ruido o inclusive no ser detectada. También el efecto del volumen conductor sobre la detección de la señal en EMG de superficie que se describió anteriormente puede ser una desventaja [12]. Las siguientes figuras muestran tanto los electrodos de superficie como los de aguja. Figura 3. Diferentes tipos de electrodos para electromiografía: A) Electrodo superficial desechable con gel electrolítico, B) electrodos de superficie de AgCl , C) Electrodos de aguja monopolar. 2.4. USO DE SEÑALES MIOELECTRICAS EN EL CONTROL DE PRÓTESIS. Las señales mioeléctricas son una efectiva e importante entrada para el sistema de control de prótesis accionadas eléctricamente. En estos sistemas algunos parámetros de las señales mioeléctricas obtenidas del músculo o un grupo de músculos, son usadas para seleccionar y realizar una función de una prótesis multifuncional.. El concepto de control mioeléctrico fue introducido alrededor de 1940. Sin embargo la tecnología en esos días no era adecuada para hacer viables las aplicaciones clínicas. Fue con el desarrollo de tecnología de dispositivos semiconductores y el decremento asociado del tamaño de los dispositivos y requerimientos de energía, lo que hizo que las aplicaciones clínicas se vieran prometedoras y que el desarrollo e investigación en el área se incrementaran dramáticamente.. 13.

(27) El primer sistema comercial fue una mano accionada eléctricamente. Fue producida en la desaparecida unión soviética alrededor de 1960 y fue exportada a Europa y Norteamérica [12].. La aplicación clínica del control mioeléctrico de prótesis generó un gran impacto alrededor de 1970. Algunas prótesis accionadas eléctricamente con control mioeléctrico fueron adaptadas a personas sin extremidades superiores. Se realizaron evaluaciones clínicas de los beneficios del funcionamiento de estas. Los beneficios encontrados en este tipo de prótesis son: El usuario esta libre de cables o arneses para poder hacer el control de la prótesis mecánicamente, la señal mioeléctrica es detectada en la mayoría de los casos superficialmente, sin utilizar agujas y la actividad muscular requerida para proveer una señal de control es relativamente pequeña.. Las evaluaciones clínicas muestran que las prótesis controladas mioeléctricamente tienen buena aceptación por parte de los usuarios, sin embargo los resultados dependen del tipo de prótesis, estrategia de control y el entrenamiento del usuario [16]. 2.4.1. La señal mioeléctrica como señal de control. Dada una superficie muscular y un par de electrodos colocados sobre el músculo es posible adquirir una señal mioeléctrica de este músculo y conseguir una señal de control. De hecho si se hace la detección de la señal por medio de electrodos bipolares intramusculares de fino alambre es posible aislar completamente un segmento de un pequeño músculo y utilizar el tren de potenciales de acción como fuente de señales de control. La forma más común de adquisición de señales de control es con electrodos superficiales, esto se debe a que existen limitaciones prácticas al efectuar la detección de una sola fibra muscular con electrodos intramusculares. Además que la señal obtenida con electrodos superficiales es la suma temporal y espacial de la actividad muscular de un grupo de fibras musculares. [11,12].. 14.

(28) 2.5. DESCRIPCION DE UNA LARINGECTOMIA Y DE LOS TIPOS DE VOZ ALARINGEA.. 2.5.1. Laringectomia total. Consiste en la extirpación por medio de cirugía de los tejidos de la laringe ya sea por tratamiento de cáncer o algún trauma. De acuerdo con la clasificación internacional TNM del comité americano conjunto sobre el cáncer (AJCC por sus siglas en inglés) que consiste en clasificar el tumor en base a tamaño (T1, T2 , T3 o T4 ), ganglios linfáticos involucrados por el tumor (N1, N2 o N3) y metástasis (ramificaciones) del tumor (M1), si el tumor es pequeño y localizado se dice estar en estadío T1 o T2, y solo se requiere una laringectomía parcial, lo que resulta en una funcionalidad parcial de la laringe que deja al paciente con un grado variable de patologías.. Sin embargo, si el cáncer ha invadido una gran porción de la laringe es llamado estadío T3 o T4 y es necesaria la extirpación total de la laringe. A este tratamiento quirúrgico se le conoce como laringectomía total [10,14].. Los pacientes que han tenido una laringectomía sufren una pérdida total de voz, por lo tanto requieren rehabilitación con el fin de alcanzar una adecuada comunicación verbal, permitiéndoles de esta forma reintegrarse a su ambiente social, familia y laboral. Debido a que su tracto vocal y articulaciones siguen intactas después de la operación, es posible usar una fuente de voz artificial para poder remplazar la fonación y poder restablecer la comunicación oral. A esto se le conoce como voz no laríngea [9].. 2.5.2. Voz no laríngea. Existen tres diferentes alternativas para la rehabilitación de la voz que son: voz esofágica, voz producida usando una prótesis traqueoesofágica y voz producida usando una laringe artificial (conocida como electrolaringe), [7,13].. 15.

(29) 2.5.2.1. Prótesis traqueoesofágica:. La prótesis traqueoesofágica es una válvula colocada durante el procedimiento quirúrgico que desvía aire de los pulmones hacia dentro del esófago para hacer vibrar el tejido faringe–esofágico para fonación, produciendo una voz entendible en la mayoría de los casos. No obstante, existe un porcentaje de pacientes que no logran generar voz, generalmente en pacientes previamente operados y radiados. La producción efectiva de voz se alcanza en 90% de los pacientes en forma inicial, pero los resultados se van deteriorando por dificultades en el traqueostoma, por ejemplo moco excesivo, estenosis (estrechamiento u obstrucción), dilatación del trayecto fistuloso con salida subsecuente de alimento o formación de granulomas. Junto con la laringectomía se tiene que realizar una traqueotomía que consiste en la apertura permanente de la tráquea, por debajo del nivel donde se encontraban las cuerdas vocales, para dar acceso directo a la vía de respiración inferior, a esa apertura se le conoce como traqueostoma [7,13].. 2.5.2.2. Voz esofágica. La producción de voz esofágica, es de los métodos más ampliamente conocidos de hablar sin laringe. Este tipo de voz es un método complejo de producción de voz que requiere que el paciente inyecte aire dentro del esófago y luego lo expulse para así hacer vibrar al tejido faringeo-esofágico, produciendo así una voz como eructo. El sonido resultante es articulado por las partes restantes intactas del tracto vocal: lengua, labios y paladar produciendo también una voz entendible de aproximadamente 60 a 65 Hz o una octava menor que el hablante normal masculino o dos octavas abajo que la hablante normal femenina y se puede lograr un buen grado de entendimiento e intensidad de sonido.. Aun cuando esta alternativa puede ser enseñada a un gran número de pacientes, el porcentaje de éxito es muy variable y en general se acepta que alrededor de 30% de los pacientes laringectomizados son los que logran dominar la técnica y obtener voz adecuada y entendible. La parte más difícil de la producción de voz esofágica es lograr tomar aire del segmento faringeo-esofágico hacia dentro del esófago. La variabilidad de los resultados ha sido atribuida a diferentes factores como motivación del paciente, disponibilidad de terapistas, costo. 16.

(30) de terapias, alteraciones anatómicas y enfermedades intercurrentes, como ulcera péptica o hernia hiatal [2,7].. 2.5.2.3. Electrolaringe. Otro método alternativo que no usa flujo de aire para hacer vibrar los tejidos es la electrolaringe manual, la cual es un dispositivo electromecánico que se coloca sobre el cuello y contiene un transductor que mecánicamente produce un sonido, un circuito eléctrico que maneja el transductor, una batería que la energiza y requiere ser encendida y apagada mediante un botón o switch. Este dispositivo produce un sonido tipo zumbido que se introduce al tracto vocal a través de los músculos del cuello o dentro de la cavidad oral y se articula la boca como se haría normalmente para remplazar la voz. Como una electrolaringe puede producir voz inteligible después de un pequeño entrenamiento y puede ser usado adecuadamente e inmediatamente después de la laringectomía, este dispositivo continúa jugando un rol mayor en la rehabilitación de laringectomizados. Múltiples estudios reportan que cerca de la mitad de los pacientes laringectomizados usan una electrolaringe para comunicación verbal, además son usados por algunos usuarios de voz esofágica para comunicación por teléfono [2,13].. Aun cuando los métodos de voz esofágica y voz usando una electrolaringe han llegado a ser las formas más populares de voz no laríngea, ambos no son totalmente adecuados. La desventaja más grande que tienen ambos métodos es el requerir de una mano para su activación. Cada vez que se quiere hablar, los usuarios de voz esofágica tienen que cubrir manualmente el traqueostoma en el cuello, así también los usuarios de una electrolaringe necesitan sacar su dispositivo y apoyarlo en el cuello o en la cavidad oral.. Goldstein [2] presenta una tabla de clasificación jerárquica de las desventajas de las electrolaringes hecha con las respuestas a una encuesta realizada a usuarios. Esta tabla se complementó con otras referencias. En primer lugar se encontró lo inconveniente en su uso, seguida por la monotonía de la voz o falta de prosodia vocal (cambio de tono y entonación vocal) producida por el dispositivo. Esta información se presenta en la tabla 1.1. [2,13].. 17.

(31) TABLA 1.1 Clasificación de las desventajas de las electrolaringes.. Problema. Rank. El dispositivo es inconveniente por requerir de una mano para su uso.. 1. La voz producida es monótona sin cambios de tono y sin entonación.. 2. La voz producida suena mecánica.. 3. La voz producida es difícil de entender más en ambientes ruidosos.. 4. La voz producida es muy baja de volumen, pudiendo usar un micrófono. 5. algunas veces para la amplificación de voz en la boca. El dispositivo requiere baterías especiales o cambiar/recargar muy. 6. seguido las baterías bajo continuo uso de este. El dispositivo es frágil y si llega a fallar, tiene que ser enviado al fabricante. 7. para su reparación dejando al paciente afónico durante su ausencia.. 2.6 FISIOLOGIA Y ANATOMIA DE LA PRODUCCION DE VOZ. 2.6.1 Fisiología de la producción de voz. Las señales de voz son producidas cuando el aire que viene desde los pulmones excita al sistema fonador, mostrado en la figura 4, el cual funciona como una caja resonante.. Los diferentes sonidos pueden ser clasificados en: sonidos tonales o sonoros (en inglés voiced como el de las vocales) y sonidos no tonales o no sonoros (en inglés unvoiced como por ejemplo el de una ‘s’ al final de una palabra).. Los sonidos tonales son producidos cuando el aire proveniente de los pulmones atraviesa la abertura entre las cuerdas vocales que se encuentran tensadas de manera que se produce un sonido tonal, es decir periódico. La frecuencia de esta señal acústica depende de varios factores, entre otros del tamaño y la masa de las cuerdas vocales, de la tensión que se les aplique y de la velocidad del flujo del aire proveniente de los pulmones. A mayor tamaño,. 18.

(32) menor frecuencia de vibración, lo cual explica por qué en los varones, cuya glotis es en promedio mayor que la de las mujeres, la voz es en general más grave. A mayor tensión la frecuencia aumenta, siendo así al producir los sonidos más agudos por lo que se requiere un mayor esfuerzo vocal. La frecuencia del tono se encuentra alrededor de los 125 Hertz para los hombres y alrededor de los 250 Hertz para las mujeres.. También la frecuencia aumenta al crecer la velocidad del flujo de aire, razón por la cual al aumentar la intensidad de emisión se tiende a elevar espontáneamente el tono de voz.. Los sonidos no tonales, en cambio, son generados manteniendo las cuerdas abiertas, formando una contracción del tracto vocal, y forzando aire a través de la contracción a una velocidad lo suficientemente alta como para producir turbulencia. En este caso, puede pensarse que el tracto vocal es excitado por una fuente de ruido aleatorio.. 2.6.2 Breve anatomía del aparato fonatorio. El aparato fonatorio está formado por los pulmones como fuente de energía en forma de flujo de aire, la laringe, que contiene las cuerdas vocales, la faringe, las cavidades oral (o bucal) y nasal y una serie de elementos articulatorios: los labios, los dientes, el alvéolo, el paladar, el velo del paladar y la lengua (ver figura 4).. La laringe es un órgano que se encuentra en la zona media del cuello. Sus principales funciones son la fonación, la respiración y evitar el paso de alimentos al tracto respiratorio. La laringe esta cubierta por los músculos infrahioideos y limitada a los lados por los músculos esternocleidomastoideos y los grandes vasos del cuello, y es abrazada en la parte inferior por los lóbulos de la glándula tiroides [15].. La laringe se encuentra delante de la faringe y está suspendida del hueso hioides por los músculos y el ligamento tirohioideos. Hacia abajo se encuentra la tráquea, órgano elástico que permite bastante movimiento vertical a la laringe.. 19.

(33) Figura 4. Esquemático del aparato fonador humano. La laringe consta de tres cartílagos nones (tiroides, epiglotis y cricoides) y tres cartílagos pares (aritenoides, corniculados y cuneiformes) representados en las figuras 5 y 6.. Figura 5. Vista anterior (A) y posterior de la laringe (B). Los músculos laríngeos intrínsecos sirven para abrir y cerrar las cuerdas vocales (cricoaritenoideos laterales, posteriores e interaritenoideos), para controlar la tensión de los. 20.

(34) ligamentos vocales (tiroaritenoideo, vocal, cricotiroideo) y para modificar la laringe en la deglución (ariepiglótico y tiroepiglótico) (ver figura 7 ) [9,13].. Figura 6 Corte longitudinal de la laringe (izquierda) y vista superior de las cuerdas vocales (derecha). La inervación de todos estos músculos está dada por el nervio laríngeo recurrente, a excepción del músculo cricotiroideo, que está inervado por la rama externa del nervio laríngeo superior [9]. Además de los músculos laríngeos intrínsecos existen otros músculos que son llamados músculos extrínsecos de la laringe que elevan (milohioideo, digástrico y tirohiodeo) o bajan la laringe (esternohioideo , esternotiroideo, y omohioideo) (ver figura 8) [15].. Figura 7 Vista superior de la laringe mostrando los músculos intrínsecos. 21.

(35) Figura 8. Músculos extrínsecos de la laringe. Clínicamente la laringe se divide en 3 regiones: región glótica, región supraglótica y región infraglótica como se muestra en la figura 5. La región glótica contiene las cuerdas vocales que son, dos membranas orientadas de adelante hacia atrás). Por adelante se unen en el cartílago tiroides (que puede palparse sobre el cuello como una protuberancia conocida como la manzana de adán). Por detrás están sujetas a uno de los dos cartílagos aritenoides los cuales pueden separarse voluntariamente por medio de los músculos. La abertura entre ambas cuerdas se denomina glotis (ver figura 6).. La región supraglótica, se encuentra sobre la región glótica, comprende la epiglotis, un cartílago en la faringe que permite tapar la glotis durante la deglución para evitar que el alimento ingerido se introduzca en el tracto respiratorio. Durante la respiración y la fonación (emisión de sonido) la epiglotis está separada de la glotis permitiendo la circulación del flujo de aire.. La región infraglótica se localiza desde un centímetro debajo de las cuerdas vocales hasta el borde inferior del cartílago cricoides. 22.

(36) La porción que incluye las cavidades faríngea, oral y nasal junto con los elementos articulatorios se denomina cavidad supraglótica, en tanto que los espacios por debajo de la larínge, es decir la tráquea, los bronquios y los pulmones, se denominan cavidades infraglóticas.. Varios de los elementos de la cavidad supraglótica se controlan a voluntad, permitiendo modificar dentro de márgenes muy amplios los sonidos producidos por las cuerdas vocales o agregar partes distintivas a los mismos, e inclusive producir sonidos propios. Todo esto se efectúa por dos mecanismos principales: el filtrado y la articulación.. El filtrado actúa modificando el espectro del sonido. Tiene lugar en las cuatro cavidades supraglóticas principales: la faringe, la cavidad nasal, la cavidad oral y la cavidad labial. La articulación es una modificación a nivel temporal de los sonidos, y está directamente relacionada con la emisión de los mismos y con los fenómenos transitorios que los acompañan. Está caracterizada por el lugar del tracto vocal y modo en que se produce.. 2.7 ANATOMIA DE UN PACIENTE LARINGECTOMIZADO. Como se había mencionado anteriormente la laringe clínicamente se subdivide en 3 regiones: supraglótica, glótica e infraglótica. Esta clasificación se usa para poder elegir el tratamiento más adecuado para la eliminación del cáncer de laringe dependiendo de la región donde se encuentre y para saber que tipo de cirugía será necesaria para eliminar el tumor.. En general las cirugías hechas para eliminar el cáncer de laringe se pueden dividir en dos tipos: cirugía conservadora de la laringe, y laringectomía total.. El objetivo del primer tipo de cirugía es conservar la voz y evitar un traqueostoma, al mismo tiempo erradicar totalmente el tumor de la laringe. La calidad de la deglución es el. 23.

(37) factor que condiciona el éxito o fracaso de este tipo de operaciones. Si no se ha logrado deglutir adecuadamente en un tiempo aproximado de 6 semanas, será necesaria una laringectomía total.. La laringectomía total consiste, como se mencionó anteriormente, en eliminar totalmente la laringe, con todas sus estructuras incluyendo los cartílagos y músculos laríngeos, los músculos infrahioideos y el hueso hioideo. Dependiendo de la extensión del cáncer pudiera ser necesario eliminarse también el músculo esternocleidomastoideo, parte de la glándula tiroides, esófago e inclusive la base de la lengua. Por lo que varias funciones naturales del organismo quedan eliminadas, por falta de esta parte importante. Para que la deglución, como la respiración vuelva a funcionar adecuadamente es necesario hacer una reconstrucción del canal que comunica la faringe con el esófago. Además se debe hacer una traqueotomía para que la persona sea capaz de respirar.. Para poder comunicarse oralmente de nuevo se mencionaron los métodos de prótesis traqueo-esofágica y el uso de voz esofágica; los cuales necesitan de una adecuación del canal traqueo-esofágico para poder utilizar el esófago como productor de voz.. En la laringectomía tradicional los músculos infrahioideos son extirpados independientemente del tamaño del tumor o la extensión de la metástasis afuera de la laringe. Los demás músculos (extrínsecos) que anteriormente servían para soportar (elevar y bajar) la laringe quedan inservibles después de la cirugía por lo que el cirujano procede a extirparlos aún cuando no es necesario hacerlo. Sin embargo, si estos músculos están sanos se podrían preservar a través de una modificación menor de este procedimiento, la cual consistiría simplemente en colocarlos a un lado en vez de removerlos [2].. Ya que tanto los músculos intrínsecos como los músculos extrínsecos de la laringe tienen relación con la producción de la voz, la preservación de los músculos extrínsecos después de una laringectomía, nos daría la posibilidad de poder detectar su actividad para. 24.

(38) obtener una señal mioeléctrica para el control de una electrolaringe. Más aún, como el nervio laríngeo recurrente y el nervio laríngeo superior son innecesarios después de una laringectomía, son extirpados también, sin ser en realidad necesario extirparlos. Estos podrían ser usados para inervar los músculos preservados y producir contracciones musculares similares a las que naturalmente producen los músculos laríngeos intrínsecos [2].. Figura 9. Anatomía de un laringectomizado, antes (izquierda) y después (derecha). 2.8 MUSCULOS DEL ANTEBRAZO. Debido a lo explicado anteriormente, tiene que ser hecho en el momento de realizar la laringectomía., esto no es viable para una persona que ya tuvo la intervención quirúrgica, por lo que se propone utilizar un músculo del antebrazo para obtener la señal del control del sistema.. Los músculos del antebrazo y la mano, junto con los tendones, permiten a los dedos realizar movimientos muy especializados. Todos los músculos situados en la cara anterior del. 25.