Proyecto Final Biomecanica

Universidad Autónoma de OccidenteFacultad de Ingeniería

Diseño Biomecánico IProfesor: Oscar Iván Campo

Proyecto final

“DESARROLLO DE ORTESIS PÍE CAÍDO”

C P. 1, 2055184 – [email protected] S.M. Buitrón Ossa2, 2050900 – [email protected]. Montes Diaz3, 2051133 – [email protected] H. Mendoza4, 205 – [email protected]

1, 2,3,4 Estudiantes de Ingeniería Biomédica

Noviembre de 2010 Santiago de Cali, Colombia

Resumen - Actualmente existen diversos diseños de dispositivos ortésicos y protésicos hechos a partir de diferentes elementos estructurales, que permiten solucionar de forma temporal o permanente alguna discapacidad que tenga un individuo; dichos dispositivos se encuentran en constante desarrollo tecnológico, ya que con el paso del tiempo se descubren nuevos biomateriales que permiten un mejor confort, control y cosmesis al usuario; puesto que el objetivo principal es mejorar la calidad de vida de los pacientes que poseen algún tipo de discapacidad.

Palabras clave: órtesis, deformación, marcha, funciones de singularidad, fuerzas, momentos Abstract - There are currently orthotic and prosthetic devices made from different structural elements and different designs to allow a temporary or permanent disability that has the user, thanks to these devices and continuous technological development is that it is possible to improve the quality of life of patients with some form of disability.

Keywords: orthosis, deformation, motion, singularity functions, forces, momentum

INTRODUCCIÓN

En este trabajo se pretende diseñar una órtesis dinámica para personas que sufren el trastorno de píe caído. La idea es plantear un sistema nuevo e innovador,

para el cual se escogerá el material más adecuado según lo deseado para este diseño.

El pie caído se encuentra definido como un trastorno neuromuscular anormal que

mailto:[email protected]





Diseño Biomecánico IProfesor: Oscar Iván Campoafecta la capacidad del paciente de levantar el pie a la altura del tobillo. Se caracteriza por una incapacidad al hacer dorsiflexión en el proceso de la marcha.

A continuación se encuentra una previa investigación sobre el trastorno mencionado con anterioridad, el análisis respectivo para la selección de la mejor propuesta de diseño de la órtesis, la descripción de las características del prototipo propuesto, en cuanto al tipo de material, entre otros. Además se encuentra un boceto del diseño y un modelo virtual del dispositivo a crear..

MARCO TEÓRICO

Para la realización de este diseño se debe tener en cuenta diversos aspectos de tipo mecánico, físico, funcional, ergonómico, entre otros. Es por ello que a continuación se encuentra una breve descripción de los aspectos que se tuvieron en cuenta para el desarrollo de dicha ortesis:

Órtesis:Una ortesis es un dispositivo externo aplicado al cuerpo para modificar los aspectos funcionales o estructurales del sistema neuromusculoesquelético.Este dispositivo corrige o facilita la ejecución de una acción, actividad o desplazamiento, procurando un ahorro de energía y mayor seguridad.

Figura 1. Diversas ortesis para corregir o facilitar la ejecución de una actividad o

desplazamiento

Pie pendular o pie caído:El pie caído es un trastorno neuromuscular, que se puede presentar de forma temporal o permanente, ya que en muchas ocasiones es causado por un lesión al nervio peroneo profundamente dentro de la columna lumbar y sacra.

El pie caído altera el desarrollo del paso, ya que el contacto inicial no se realiza con el talón, y el antepié contacta violentamente con el suelo. En la fase de oscilación, existe suficiente flexión dorsal del tobillo y exceso de flexión de la rodilla y de la cadera para despejar el antepié del suelo. El pie caído esta relacionado con una insuficiencia de control voluntario que predomina sobre los elevadores y estabilizadores laterales (tibial anterior, extensor largo del dedo gordo, extensor largo de los dedos, peroneo lateral largo, perneo lateral corto)

Figura 2. Muestra el pie en dorsiflexión

Polipropileno:El polipropileno es un polímero termoplástico, que se obtiene de la polimerización del propileno, tiene gran resistencia


Diseño Biomecánico IProfesor: Oscar Iván CampoEste polímero posee distintas características tanto química, mecánicas, térmicas, eléctricas, etc. En el siguiente cuadro se pueden observar sus características mecánicas, ya que estas son las de nuestro mayor interés:

Figura3. Propiedades biomecánicas del polipropileno

Neopreno:Goma sintética basada en policloropreno (polímero de cloropreno), este material se usa en una gran cantidad de entornos, puesto que presenta múltiples ventajas y características frente a otro tipo de materiales, como lo son: la inercia química, sirve como aislante acústico, es elástico, flexible, también es un excelente aislante térmico, entre otros. Este polímero presenta diversas características como lo son:

Resistente a la degradación a causa del sol, el ozono y el clima

Resistencia aceptable a solventes y agentes químicos

Resistente a daños causados por la flexión y la torsión

METODOLOGÍA

Teniendo claro los anteriores conceptos se puedo realizar el respectivo análisis, el cual se encuentra descripto a continuación.

1. Detección de necesidad:

Las necesidades que se encontraron en personas con trastorno de pie caído dada una previa investigación, básicamente fueron incrementar la capacidad de movilidad para elevar el pie a la altura del tobillo, y la disminución de arrastre del pie al caminar.

2. Detección del problema: El problema que resalta debido a las necesidades plateadas es básicamente una marcha ineficiente del paciente. Por lo cual, el propósito de este trabajo es mejorar las condiciones de marcha; garantizando estabilidad, comodidad además de seguridad al paciente en el momento de caminar.

3. Análisis y síntesis: Para la realización del análisis se construyó un cuadro comparativo (anexo1), en donde se evaluaron las diferentes opciones de ayuda para corregir el trastorno de pie caído.

Basándose en el cuadro comparativo se plantearon diversas propuestas durante el proceso de diseño, para así darle solución a la problemática planteada inicialmente.Debido a lo anterior, se consideró que la implementación más viable y más efectiva es la de la órtesis, ya que la implementación de este dispositivo permitirá una mejor rehabilitación en los pacientes que sufren de pie caído, proporcionando la estabilidad, el confort y la comodidad que necesita el paciente para realizar el proceso de marcha adecuado.


Diseño Biomecánico IProfesor: Oscar Iván CampoDado lo anterior y para el desarrollo de este proyecto vamos a realizar un modelo de una órtesis virtual y físico de baja escala que permita darle solución al problema de pie caído.

Durante el proceso de la realización de este proyecto surgieron diferentes propuestas tanto de la modificación de órtesis existentes como de ideas innovadoras que permitieran dar solución al problema detectado.

A continuación se encuentra un breve resumen de las ideas planteadas durante el desarrollo del proyecto:

1. Órtesis con articulación tipo Tamarak:

Figura4. Diseño propuesto de órtesis para pie caído

En la figura4. Se observa el posible diseño a realizar, debido a que no solo le brinda estabilidad al miembro afectado sino que también permite que el paciente pueda tener mayor grado de libertad al realizar la marcha debido a la articulación tipo Tamarak que uno la parte inferior con la parte superior de la órtesis. Además cuenta con una banda elástica que permite que el paciente pueda ajustarse dicha órtesis según sea conveniente o se sienta más cómodo. Por otro lado tiene dos agujeros que irían

situados en la parte de la pantorrilla y el talón, permitiendo con ello mayor comodidad y mejor calzado al momento de usarse con zapatos.

La anterior propuesta fue desechada, debido a que no brindaba innovación alguna en su diseño pese a que en la actualidad no hay una órtesis con la integración de todos sus elementos. Además se pretendía disminuir el tamaño d las órtesis existentes y esta no estaba aportando este objetivo.

2. Órtesis con simulación de articulación en bandas elásticas:

Figura5. Diseño propuesto de órtesis para pie caído

En este diseño se modifica el sistema de la articulación, ya que consiste de una serie de bandas elásticas que permiten obtener el grado de dorsiflexion deseado de una manera facil, sencilla, flexible, etc; la banda 2 ayuda a minimizar el ángulo de de inclinación, permitiendo de esta manera que la ortesis sea comoda y esteticamente adecuada; la banda 1 va en forma de “V” para brindar mayor estabilidad, en la parte superior existe un sistema de ajuste, para que de esta manera la ortesis pueda modificar su ángulo y ajustarse al grado de dorsiflexion deseado.



3. Órtesis tipo venda con ajuste

Figura6. Diseño propuesto de órtesis para pie caído caras laterales

Figura7. Diseño propuesto de órtesis para pie caído cara frontal y posterior.

Con esta propuesta se pretende dar a conocer un diseño nuevo, novedoso, práctico, estético, flexible, entre otros;

Para realizar os cálculos de dicha órtesis se decidió tomar el peso y las medidas estándar, ya que por el diseño de la misma existirán diversos tipos de tallas, de modo que éstos parámetros se sacan de las estadísticas y valores estándar tanto en las tallas (medida del pie) asociada con el promedio de peso del hombre colombiano.Es por esto que se tiene lo siguiente:

Peso = 63 KgLargo del pie = 30 cm Centro de masa= 0,5-0,5Segmento de masa= 0,0145

Para llevar a cabo este diseño se tomó en cuenta las fuerzas que actúan sobre el pie en su fase de balanceo, ya que es en esta fase donde el usuario necesita ayuda externa para realizar dorsiflexión. Teniendo en cuenta esto se desarrolló el siguiente diagrama de cuerpo libre para hacer la respectiva sumatoria de fuerzas.

Figura8. Diagrama de fuerzas.

Diagrama de cuerpo libre del pie en fase de balanceo para desarrollar la función de

singularidad



Condiciones de fronteraEn tenemos que y

CONCLUSIONES

Con este proyecto se incentivó el trabajo investigativo de cada uno de los estudiantes, debido que es necesario para el diseño de algún dispositivo ortésico, o protésico conocer las necesidades del usuario o paciente, y de esta manera priorizar dichas necesidades, para así poder proponer una solución óptima desde el punto de vista biomecánico, considerando las características físicas del usuario.

En cuanto al diseño finalmente propuesto a lo largo de este trabajo, se concluye que es un dispositivo novedoso que cuenta con las características de una fácil fabricación, la cual cuenta con diversos beneficios a favor del usuario superando así las limitaciones existentes en la actualidad en cuanto al confort, la flexibilidad, la cosmesis de la mayoría de las órtesis para pie caído.

BIBLIOGRAFIA

Norton, Robert L. Diseño de maquinas. Ed.4.1999

Lusardi, Michelle M. Orthotics and prosthetic in rehabilitation. 2007

Perry, Jacquelin. Gait analysis normal and pathological function. 1992.

Pie pendular o caído y marcha en estepaje; por Stewart G. Eidelson, MD y Susan Spinasanta. Disponible en línea en: Spineuniverse

Órtesis. Eisenberg MG. 1995. Dictionary of Rehabilitation. New York: Springer Publishing Company. 375 p. Used with permission. Disponible en línea en: international enciclopedia of rehabilitation

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Materiales. 2007 Grupo Ortopedia Gerardo León. Disponible en línea en: www.ortogerardoleon.com

Robert H. Fitzgerald,Herbert Kaufer,Arthur L. Malkani, órtesis y prótesis de las extremidades inferiores, ortopedia volumen 1.

EIDELSON, Stewart G. y SPINASANTA, Susan. Pie pendular o caído y marcha en estepaje [en línea], Vertical Health, LLC, 2009 [consultado 17 de Mayo de 2010]. Disponible en linea: http://www.spineuniverse.com/espanol/estenosis-espinal/pie-pendular-caido-marcha-estepaje

PÉREZ BUENO, Luis Cayo. Ayudas Técnicas y Discapacidad. En: CERMI. Abril, 2005, no. 15, p. 1-357.

ANEXOS

http://www.ortogerardoleon.com/



1. Cuadro comparativo de Análisis y síntesis: OPCION PRO CONTRA

Órtesis

Estabilidad del miembro afectado.

Modelo a medida de la órtesis

Mejorar la marcha. Costos asequibles. Corregir la caída del

pie, a un ángulo “normal”

Puede que no sea suficiente si el problema se encuentra avanzado

Posible limitación en el movimiento (grados de libertad)

El confort de la órtesis

Dispositivo electrónico

Mayor funcionalidad del miembro afectado.

Mejorar la marcha del paciente

Estimulación eléctrica que permita mejorar la trasmisión eléctrica al nervio directamente afectado

Tamaño del dispositivo es menor

Costos altos Estimulación puede

ser incómoda para el paciente.

Localización exacta del nervio a estimular.

Efectividad solo en pacientes que presenten el trastorno solo por lesión del nervio

Intervención quirúrgica

Solo se necesita de un dispositivo para estabilización por muy corto tiempo.

Recuperación con fisioterapia.

Solo sirve para aliviar o corregir el problema subyacente del trastorno.

Altos costos. Riesgos dependiendo

del lugar de la intervención.

No hay garantía de una solo intervención quirúrgica.

2. Prototipo virtual del dispositivo de polipropileno empleado en el diseño ortésico:



3. Prototipo virtual del diseño ortésico propuesto:

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