ES2255859B1 - Estimulador termico de la piel con calor radiante. - Google Patents

Abstract

Estimulador térmico de la piel con calor radiante para la medición de umbrales absolutos, diferenciales y de latencia a la estimulación calorífica. El aparato consta de un estimulador y una consola, conectados a través de un cable. En el interior del estimulador, una lámpara halógena Philips de 15V y 150W con reflector incorporado constituye la fuente de calor, manteniéndose la temperatura interior constante mediante un ventilador. Un orificio con obturador permite la salida del rayo calorífico. La parte exterior del estimulador está preparado para apoyar la zona de la piel a estimular. La superficie de estimulación es modificable mediante la utilización de máscaras de diferentes tamaños. Desde la consola se controlan los niveles de intensidad calorífica (en total 21 con un rango de 38,3 W a 136,3 W con incrementos sucesivos {aprox} 4,9 W, calibrados en mcal/s/cm{sup,2}), los tiempos de exposición (0.1 a 0.99 segundos) y los intervalos entre estímulos (1 a 99 segundos).

Description

Estimulador térmico de la piel con calor radiante.

Sector de la técnica

La invención se encuadra dentro del campo de la Psicofísica concretamente en el ámbito de la estimulación sensorial térmica.

Estado de la técnica

En la mayoría de las investigaciones de estimulación térmica en el laboratorio se han utilizado dos tipos de estimuladores aplicados a la piel. El primero se denomina calor conducido y el segundo, calor radiante. La manera de estimular mediante calor conducido es aplicar placas, generalmente de cobre, sobre la piel. No obstante, es mucho más conocida y usada la estimulación mediante calor radiante, que consiste en estimular la piel con una radiación infrarroja produciendo una elevación térmica de la misma (Main y Waddell, 1989).

Dentro del campo de la estimulación con calor radiante el primer aparato utilizado que se conoce es el dolorímetro radiante, diseñado por Hardy, Goodell y Wolff en 1952. La fuente de radiación consiste en una lámpara incandescente. La radiación se focaliza en la piel, teñida de negro, mediante una lente, atravesando el haz una apertura circular de dimensiones fijas. Entre la lámpara y la lente se encuentra un obturador que permite abrir o cerrar el paso del haz radiante con objeto de regular la duración de la estimulación. El aparato está calibrado en mcal/s/cm^{2}. La intensidad del calor proporcionada por la luz se controla mediante un reostato. Actualmente los sistemas han ido adquiriendo una mayor complejidad, pasando de la concentración mediante lentes de un rayo de luz, a la utilización de rayo láser: láser de argón, láser de vapor de cobre o láser de CO_{2} (Svensson, Bjerring, Arendt-Nielsen, Nielsen y Kaaber, 1991), el método de calor inducido por pulsos de argón (Gronrooss, Reúnala y Pertovaara, 1996) o la técnica más sofisticada de calor radiante mediante láser de 805 mm conectado con microfibra con pulsos de 1 a 6 segundos (Mordon, Desmettrem, Devoisselle y Joulie, 1997).

Casi todos los aparatos de estimulación con calor radiante, excepto los que utilizan el láser, se han basado en el dolorímetro de Hardy. Este es el caso del diseñado por Kenshalo, Decker y Kamilton (1967), el que se utiliza para los experimentos de sumación espacial con estimación de magnitudes de Stevens y Marks (1971), el de Perkins, Grobe, Jennings, Epstein y Elash (1992), el de Akita, Noda y Aikawa (1993), el descrito en los experimentos de Lee y Stitzer (1995).

Lee y Stitzer (1995) señalan las ventajas de la técnica de estimulación nociceptiva con calor radiante, resaltando que se trata de un método sencillo y fiable comparado con otros, como son el de inmersión de la mano en agua helada, estimulación eléctrica y pruebas de presión cutánea (Chery-Croze, 1983; Collier, Mehta y Spear, 1990; Harris y Rollman, 1983).

Explicación de la invención Descripción del aparato

La fuente de calor es una lámpara Philips de 15 V y 150 W de tipo halógeno, con reflector incorporado, incluida en una estructura con forma de paralelepípedo de material negro (con el fin de absorber la mayor parte de las radiaciones) como se puede ver en la figura 1. En una de las caras de la estructura se encuentra un orificio con un obturador que permite el acceso del rayo calorífico al exterior mediante la apertura del mismo.

Sobre el orificio aparece una estructura que permite introducir diferentes máscaras para poder modificar la superficie de estimulación. Sobre ella se ha colocado una superficie blanda desechable sobre la que se puede apoyar la piel del sujeto (Figura 2).

La potencia de la lámpara es controlada por un transformador variable conectado a la misma.

Se ha dotado a la lámpara de un ventilador con el fin de mantener una temperatura constante en el interior del estimulador.

La potencia de la lámpara está controlada para minimizar los efectos producidos por la radiación y las rápidas subidas de temperatura que pudieran ocurrir debido a los efectos de concentración calórica tal como aconseja la experiencia de Yarnistky y Ochoa (1990).

El aparato se controla desde una mesa exterior al mismo (figura 2) y está unido al estimulador mediante un cable suficientemente largo para permitir que el experimentador pueda estar alejado (5 metros) del sujeto, o pueda controlar las variables desde una habitación distinta.

Control de la intensidad de estimulación

Existen 21 niveles diferentes de intensidad controlada por un conmutador con 21 posiciones. La mínima intensidad eléctrica del aparato es la correspondiente a 38,3 W de potencia y la intensidad máxima eléctrica es la correspondiente a 136,3 W de potencia.

Entre cada paso sucesivo de intensidad existe un incremento de potencia eléctrica de 4,9 W aproximadamente. Estas potencias varían en función de la tensión de la red. Se estima que esta variación debida a este efecto no controlable no sobrepasa \pm 5% y afecta por igual a todas las posiciones del conmutador.

En un estudio preliminar de calibración se comprobó las medidas de las 21 intensidades en mcal/s/cm^{2}.

Nivel	I (mAmperios)	\varpi_{e}(watios) = \DeltaV x I	\varpi_{t} (mcal/s/cm^{2})
1	177	38,3	0,6
2	205	43,2	1,4
3	228	48,1	2,2
4	253	53,0	5,0
5	274	57,9	3,8
6	297	62,8	4,6
7	320	67,7	5,4
8	337	72,6	6,2
9	360	77,5	7,0
10	383	82,4	7,8
11	404	87,3	8,6
12	424	92,2	9,4
13	446	97,1	10,2
14	469	102,0	11,0
15	492	106,9	11,8
16	513	111,8	12,6
17	542	116,7	13,4
18	566	121,6	14,2
19	591	126,5	15,0
20	614	131,4	15,8
21	635	136,3	16,6

Energía calorífica correspondiente a las 21 diferentes intensidades eléctricas.

Control de la exposición al estímulo

El aparato está dotado de un cronómetro que controla los tiempos de exposición del estímulo, mediante la apertura de un obturador con un rango de latencia de 0,1 a 0,99 segundos de exposición para cada uno de los niveles de intensidad. También existe la posibilidad de que el estímulo se pueda prolongar hasta que el sujeto apriete un interruptor y lo pare con la finalidad de poder trabajar con latencias y umbrales en los que la variable de interés es el tiempo.

Control del intervalo entre estímulos

El aparato permite programar el intervalo entre estímulos desde 1 a 99 segundos.

Control del número de estímulos en cada ensayo

Se puede programar previamente el número de estímulos que van a tener lugar en cada ensayo o, por el contrario, administrar éstos manualmente uno a uno.

Control del área de estimulación sobre la piel

La energía radiante se aplica a la piel a través de cuatro áreas diferentes mediante un orificio que varía su tamaño por la interposición de cuatro máscaras elípticas con diferentes superficies entre la fuente y la piel del sujeto (figura 4). La superficie de cada una de estas máscaras se puede ver en la tabla 1.

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TABLA 1 Superficies de las máscaras con las que se varía el área de estimulación de la piel

Máscara	\hskip3cm	Superficie
S1		2,52 cm^{2}
S2		5,80 cm^{2}
S3		10,39 cm^{2}
S4		17,13 cm^{2}

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Las ventajas que aporta este aparato son:

Ventajas técnicas

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Superioridad técnica respecto a los anteriores en cuanto a la posibilidad de manipulación de la intensidad de los estímulos (21 niveles diferentes dentro del campo estimular no doloroso), control de la exposición al estímulo, control del intervalo entre estímulos, control del número de estímulos en cada ensayo y control del área de la estimulación sobre la piel.

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Bajo coste económico en la construcción, en comparación con los altamente complejos que se utilizan actualmente.

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Alta fiabilidad: demostrada mediante un estudio de test-retest con una muestra de 32 sujetos (18 varones y 14 mujeres) con 28 días de intervalo. Método de los límites: Correlaciones (0,49; p = 0,025 y 0,93; p = 0,000 para frente y antebrazo respectivamente).

Ambas correlaciones son mayores que las encontradas en estudios preliminares con aparatos más caros y sofisticados, aún utilizando tiempos menores entre las sesiones test-retest (Perkins et al. 1992; Lee y Stetzer, 1995).

Ventajas de aplicación

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Probablemente sea el primer aparato construido "ad hoc" dentro del campo de la Psicofísica en España en el ámbito de la investigación en la Psicología, permitiendo de manera específica controlar las variables de interés dentro de la medición de la sensibilidad térmica. En este sentido, la salida del estímulo está especialmente diseñada para activar selectivamente áreas concretas de la piel con concentraciones de terminaciones nerviosas significativamente diferentes (frente y antebrazo, fundamentalmente).

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Sencillez de manejo comparado con los altamente sofisticados de láser y otros modernos, ofreciendo las mismas prestaciones respecto a la estimación de umbrales.

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Seguridad de no producir daño tisular comparado con el del calor conducido o los de láser o CO_{2}.

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Posibilidad de mediciones de umbrales absolutos y diferenciales.

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Sencillez para la utilización por personas poco expertas (alumnos, prácticas, etc.).

Descripción de los dibujos y figuras

Figura 1: Fuente de calor del aparato de estimulación térmica (se observa disposición de la máscara y superficie desechable donde el sujeto apoya el área de piel a estimular).

Figura 2: Mesa de control del aparato.

Figura 3: Máscaras de interposición entre la lámpara y la piel del sujeto para variar la superficie de estimulación.

Figura 4: Circuito general del aparato de estimulación térmica. En las figuras 5, 6 y 7 se detallan los circuitos correspondientes a los tres componentes fundamentales de los que consta.

Figura 5: Contador con preselección y display.

Figura 6: Temporizador de intervalos.

Figura 7: Duración estímulo-oscilador.

Modo de realización de la invención

El estimulador térmico de la piel con calor radiante consta de dos partes diferenciadas:

Estructura en forma de paralelepípedo, de color negro, montada sobre un pie, cuya altura puede ser modificada, según la zona corporal a estimular y las características físicas de los participantes. En ella está situada la fuente de calor reflectante consistente en una lámpara de tipo halógeno (Phillips de 15 V y 150 W). Para evitar el sobrecalentamiento se ha incorporado un ventilador que mantiene constante la temperatura en el interior. La potencia de la lámpara se controla mediante un transformador variable conectado a la misma. La energía radiante se puede aplicar a superficies de diferentes tamaños de la piel. Esto se logra variando el orificio de salida de dicha energía interponiendo máscaras con aperturas de distinto tamaño (ver figuras 1 y 3).

La segunda estructura consiste en una consola unida a la anterior mediante cable. La parte inferior de la misma permite la programación de cada ensayo: la forma de realización (manual o programada), la intensidad de la estimulación calorífica, la duración de la exposición a la misma y el intervalo ínter-estímulo (ver figuras 4, 5, 6 y 7). La intensidad de la estimulación calorífica puede variar según 21 niveles (siendo la potencia mínima de 38,3 W y la máxima de 136,3 W, que corresponde a 0,3 y 16,6 mcal/s/cm^{2} respectivamente). La duración de la exposición a la estimulación es variable en un rango comprendido entre 0,1 y 0,99 s a través de un cronómetro incorporado en la consola. El intervalo entre estímulos puede variarse entre 1 y 99 s. Es posible programar el número de ensayos en la determinación de umbrales absolutos y diferenciales. Así mismo el aparato permite trabajar con umbrales de tiempo.

La parte superior de la consola contiene una serie de indicadores luminosos que informan del estado puntual en que se encuentra el experimento en cada momento: número de orden del ensayo, tiempo transcurrido del intervalo entre estímulos y vigencia de las fases existentes en cada ensayo. Los leds de paro y pausa indican que el estimulador está encendido, estando cerrado el obturador. Los correspondientes a calor y estímulo están encendidos durante la estimulación con calor (ver figura 2).

Aplicaciones

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Investigación.

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Docencia: Prácticas de asignaturas de Psicología y Medicina.

Claims (1)

1. Estimulador térmico de la piel con calor radiante que consiste en un estimulador y una consola, conectados a través de un cable. El estimulador es una estructura en forma de paralelepípedo de color negro que aloja una lámpara halógena Philips de 15 V y 150 W con reflector incorporado como fuente de calor y cuya potencia es controlada por un transformador variable conectado a la misma. La temperatura en el interior de la estructura se mantiene constante gracias a la incorporación de un ventilador. La superficie de estimulación es modificable mediante la utilización de máscaras de diferentes tamaños. Desde la consola se controla la intensidad de la estimulación calorífica (calibrada en mcal/s/cm^{2}), la duración de la misma (en segundos), el intervalo entre estímulos (en segundos) y el número de estímulos por ensayo.