N°29763| $23M.X.N| 30/09/16
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Índice Prótesis Inteli -gentes .......................................................................................3 ¿Para qué es? .............................................. 3 ¿Qué es? ........................................................ 3 Un poco de historia .................................. 4 Ventajas...................................................... 6
Desventajas................................................ 6 Como avance en la medicina ................... 7 Protésicos.....................................................8 Acción ...................................................... 8 Modo de control ........................................ 8 Sistemas .......................................................8 Función .................................................... 8 Realimentación: .................................... 9 Prótesis Robóticas ..................................... 9 Prótesis Neumáticas ................................ 9 Prótesis Mioeléctricas .............................. 9 Prótesis Híbridas ..................................... 10
Articulo #1 EVOLUCIÓN Y TENDENCIAS EN EL DESARROLLO DE PRÓTESIS DE MANO ............................................ 11 Articulo #2 Diseño y construcción de un prototipo de pinza y rotador para prótesis mioeléctrica ........................... 14 Principio de funcionamiento de la mano con alambres musculares ....................... 17 Resultados de las pruebas con nitinol ....... 19 Proyectos de diseño de prótesis inteligentes en la F. I. UNAM .............. 19
Nuestras Redes Sociales ...................................... 20 Conclusión .................................................... 20 Bibliografía ................................................... 20
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Prótesis Inteli gentes
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¿Qué es?
Es dicha prolongación artificial, que sea similar a una parte anatómica del cuerpo (extremidades), su función es hacer la función del miembro perdido de forma autónoma y eficiente, mediante mecanismos tecnológicos. Cualquier prótesis ocupara de una fuente de energía para tomar su fuerza, un sistema de transmisión de fuerza, un sistema de mando/acción y un dispositivo prensor. 1
Es decir 4 tipos diferentes de fuerzas: Prótesis Mecánicas, Prótesis. Eléctricas, Prótesis neumáticas, Prótesis microelectrónicas o híbridas.
¿Para qué es? Hoy en día la sustitución de miembros humanos por artefactos de forma indistinta a los naturales es una realidad. Desde hace más de 2000 años. Con el tiempo los inventos han revolucionado para la rebotica, sobretodo en la bonifica. Cada día dichas extremidades aportadas al ser humano se han podido perfeccionar. 1
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(Karen romero, 2014)
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a prótesis más antigua de la
historia es la del dedo gordo del Cairo que pertenece a una momia egipcia entre 1069 a.C haciendo así a los egipcios como los pioneros de la tecnología protésica. Las guerras han sido factores muy importantes en la demanda del uso de prótesis. El uso de las prótesis no es un hecho estrictamente reciente, pues se tienen datos de que las antiguas civilizaciones ya hacían uso de estas, sin embargo eran prótesis muy simples y no satisfacían del todo a las necesidades humanas. Al pasar de los años, es decir al transcurso de la historia, como todo cambia, las prótesis fueron modificándose cada vez más,
se hicieron nuevos diseños, se utilizaron nuevos materiales y se empleó cada vez más las nuevas tecnologías que conforme al paso de los años iban surgiendo. En el año 2000 a. C. se tiene el dato registrado que surgió la primera prótesis, esta fue encontrada en una momia en el antiguo Egipto, era de una extremidad superior y estaba fijada al antebrazo por técnicas medievales. Durante bastantes años no se tienen datos registrados de que la primera prótesis de los egipcios haya tenido cambios significativos. Conforme las civilizaciones avanzaban también avanzaban las prótesis, cuando hablamos de que apareció un material muy valioso para el auge de ciertas civilizaciones, nos referimos al
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hierro un material potente, el cual sirvo para grandes construcciones, y en construcciones también se involucran las prótesis. Con el descubrimiento del hierro, el ser humano logro construir por primera vez manos más resistentes y que se adaptaran a las necesidades de aquellos años que esencialmente eran trabajos pesados. 218-202 a. C. se tiene el registro de la primera mano de hierro, de un caso específicos el del general romano Marcus Sergius quien fabricó una mano de hierro para él, durante la Segunda Guerra Púnica, la cual la utilizo para portar su espada. Pasaron varios años hasta que se volvió a innovar la prótesis y fue en el año 1400 d.C que se fabricó la mano de altRuppin construida también en hierro, pero esta mostraba mejoras esencialmente técnicas significativas constaba de un pulgar rígido y
dedos que se lograban flexionar poco los cuales eran flexionados pasivamente,. De aquí se derivan más diseños de prótesis realizadas con hierro pero que siguen el modelo de Alt-Ruppin. En 1600 d.C el médico militar francés Ambroise creo el llamado "Le petitLoraine" que fue el primer brazo artificial móvil al nivel de codo, los dedos podían abrirse o cerrarse presionando, además de que constaba de una palanca, por medio de la cual, el brazo podía realizar la flexión o extensión a nivel de codo. A este médico también dio un nuevo giro a la utilización de materiales para el diseño de prótesis de miembro superior, ya que lanzó la primera mano estética de cuero. En 1800 El alemán Peter Beil diseño la mano que cumple con el cierre y la apertura de los dedos pero, es controlada por los movimientos del tronco y 5
dando origen a las prótesis autopropulsadas Más tarde el Conde Beafort dio a conocer un brazo con flexión del codo activado al presionar una palanca contra el tórax. La mano constaba de un pulgar móvil utilizando un gancho dividido sagitalmente, parecido a los actuales ganchos Hook.2 Reparar el daño anatómico del miembro perdido Tener una vida con una mejor calidad Que las prótesis tengan la mayor similitud posible a la anatomía Con la implementación de materiales inteligentes se logró obtener una mayor y mejor función Mejorar la estética de la
Se tiene una mayor confianza en el uso de estas prótesis por su mecanismo de acción Se tiene una mayor comodidad en su uso. No existen demasiadas investigaciones sobre este campo de prótesis inteligentes Las innovaciones son reservadas y localizadas, es decir solo cierta población tiene acceso a ellas, y solo en ciertos sitios del país específicos. No son de fácil acceso, en el sector salud no se tiene la viabilidad para obtenerla. Son de alto costo, por la complejidad de su sistema.
No existen en todos los hospitales3
reposición del miembro. 3 6
Las prótesis inteligentes son
proporcionarle la opción más conveniente. La pérdida de esenciales, fundamentales y en confianza y de autoestima creo muchos casos necesarias para que es algo muy frecuente en integrar al paciente con personas que han perdido una deficiencias a los diferentes parte de su cuerpo. La forma en ámbitos de su entorno. Tienen una que perciben su cuerpo los hace gran multitud de objetivos entre sentir incompletos. Por lo tanto, los cuales se encuentran sustituir una prótesis para el paciente y en una parte del cuerpo que haya particular para el amputado, sido perdida por amputación o que también colabora con el desarrollo no exista parcial o completamente psicológico del mismo, creando a causa de malformaciones una percepción de totalidad al genéticas, cumpliendo las mismas recobrar movilidad y aspecto. Esto funciones que la parte faltante es benéfico para el paciente, además suelen utilizarse con fines debido a que logra integrarse de estéticos o para suplir en el cuerpo nuevo a su entorno social, familiar funciones de las que carece, y laboral. también se encargan de restablecer el centro de gravedad. Las prótesis se adaptan a las necesidades del usuario, pues lo más importante es buscar el bienestar del paciente identificar sus necesidades individuales y explorar las opciones para . 7
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Lo que hace que una prótesis normal pase a clasificarse a una "prótesis inteligente" el mecanismo que utiliza y el material. En este apartado abordaremos los mecanismos de acción. Empezaremos por clasificar a las prótesis inteligentes, existen en general cuatro criterios por los cuales podemos clasificarlas.
Función: Depende de la localización en donde se desee remplazar, se subdividen en 2 tipos. Órganos: Son altamente especializadas e internas. Motoras: corresponden a las extremidades de cuerpo, ya sea del miembro superior como brazo y mano; o del miembro inferior como pierna o pie, cuyas funciones principales son el movimiento.
Acción: se refiere al tipo de energía que requieren para realizar su acción, es decir su movimiento. Pasivas: si no requieren una fuente externa compleja de energía, solo la mecánica o simple, como lo sería el empleo de resortes. Activas: son aquellas que requieren una fuente externa o más compleja de energía como un motor especializado.
Modo de control:
se refiere al tipo de impulso por el cual son accionadas. Reprogramada: son aquellas cuyo accionamiento es por comandos o interruptores previamente realizados. Control de voluntad: son los que su medio de acción está dado por sensaciones humanas al momento, es decir por voluntad biológica.
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si crean en el individuo sensaciones o no. el muñón logrando la suspensión de Realimentación sensorial: dan al éste por una succión. Es más individuo una o varias sensacionescostosa su adquisición y reparación, específicas, como el frio o el calor.existiendo otras desventajas Sin realimentación sensorial: no evidentes como son el cuidado a la proporcionan al individuo exposición de un medio húmedo y el sensaciones de n ningún tipo. peso de la prótesis. Toda prótesis artificial necesita una fuente de energía de donde tomar su fuerza, un sistema de Estas prótesis eran accionadas por transmisión de esta fuerza; un ácido carbónico comprimido, que sistema de mando o acción y un proporcionaba una gran cantidad de dispositivo prensor. Y podemos energía, aunque también presentaba clasificarlas en 4 fuerzas. como inconveniente la complicación de sus aparatos accesorios y del riesgo del uso del ácido carbónico. Estas prótesis usan motores eléctricos en el dispositivo terminal, muñeca o codo con una batería recargable. Éstas prótesis se controlan de varias formas, ya sea con un servo control, control con botón pulsador o botón con interruptor de arnés. En ciertas ocasiones se combinan éstas formas para su mejor funcionalidad. Se usa un socket que es un dispositivo intermedio entre la prótesis y
Las prótesis mioeléctricas son prótesis eléctricas controladas por medio de un poder externo mioeléctrico, estas prótesis son hoy en día el tipo de miembro artificial con más alto grado de rehabilitación. Sintetizan el mejor aspecto estético. 9
Una prótesis híbrida combina la acción del cuerpo con el accionamiento por electricidad en una sola prótesis. En su gran mayoría, las prótesis híbridas sirven para individuos que tienen amputaciones o deficiencias transhumerales (arriba del codo) Las prótesis híbridas utilizan con frecuencia un codo accionado por el cuerpo y un dispositivo terminal controlado en forma mioeléctrica (gancho o mano).
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(Alix A GM, 2014)
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a
mano
humana
Articulo #1
realiza principalmente dos funciones; la prensión y el tacto, las cuales permiten al hombre convertir sus ideas en formas (movimientos, manipulación, etc.), adicionalmente la mano añade expresión a las palabras, como en los casos del escultor o de los sordomudos. El sentido del tacto desarrolla totalmente las capacidades de la mano, sin este sería imposible medir la fuerza prensora. Por último, es importante mencionar que el dedo pulgar representa el miembro más importante de la mano, sin este la capacidad funcional de la mano se reduce en cerca de un 40%. Sustituir por pérdida alguno de los miembros humanos por dispositivos es un acontecimiento que ha venido sucediendo desde hace más de dos mil años. Durante el siglo XX, el
objetivo de que los amputados regresaran a la vida laboral, orientó en gran medida las innovaciones presentadas a lo largo de los años. Inicialmente el objetivo propuesto es alcanzado por el médico francés Gripoulleau, quien fabricó distintos accesorios que podían ser utilizados como unidad terminal. En 1912, Dorrance, en los Estados Unidos, desarrolló una unidad terminal llamada Hook que puede abrirse y cerrarse activamente mediante movimientos de la cintura escapular combinado con un tirante de goma. La prótesis con mando mioeléctrico tiene su origen en Rusia durante la 11
Articulo
década del 60. Esta opción protésica basa su control en los pequeños potenciales eléctricos extraídos de las masas musculares del muñón, siendo conducidos y amplificados para energizar y obtener el movimiento de la misma. A finales del siglo XX las funciones de las prótesis con mando mioeléctrico, estaban limitadas al cierre y apertura de una pinza. Las diferencias entre los distintos modelos encontrados en el mercado consisten en el tipo de control que emplean, pero la mayoría realiza básicamente las mismas funciones. Actualmente, los países con mayor avance tecnológico en investigación y desarrollo de prótesis son: Alemania, Estados Unidos, Francia, Inglaterra y Japón.
El presente artículo de revisión tiene como propósito brindar una visión sobre la evolución y las tendencias que tienen las prótesis de mano para pacientes que presentan amputación transradial. Para ello, primero se realiza una clasificación de acuerdo a las características fundamentales; posteriormente con base a una extensa revisión del estado del arte se realiza una descripción sobre desarrollos recientes y se presentan varios modelos físico-matemáticos que sirven para explicar el comportamiento de los componentes que conforman una prótesis, y que intentan emular las funciones y apariencia de una mano real. Por último, se identifican materiales que son recientemente empleados en 12
la fabricación de prótesis de mano, y que posibilitan un mejor cumplimiento de las especificaciones y funciones en los diseños más modernos. la medicina involucradas directamente en el desarrollo de prótesis de mano, sino que indispensablemente deberá 3
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(ARZOLA & LOAIZA, 2011)
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Articulo #2
E
ste proyecto
tiene como objetivo fundamental rediseñar y construir un prototipo de pinza tridigital para prótesis mioeléctrica de mano que adicionalmente incluya la función de rotación (pronosupinación). respectivamente. En la Figura Además, busca mejorar la 2(b) se puede apreciar una prensión palmar y reducir el fotografía de este prototipo peso [26]. A pesar de no de prótesis pinza-rotador. realizarse un modelamiento matemático formal, el La información sistema propuesto fue suministrada por se simulado en un software de utilizó para establecer los modelamiento de sólidos, y atributos de diseño permitió establecer algunas empleando la comparaciones de herramienta de rendimiento con otros Despliegue de la Función proyectos anteriormente de Calidad. Esta última realizados. El sistema también permitió conocer obtenido posee dos GDL y un en orden de importancia peso total de 1063 g; 600 g las principales para el mecanismo de pinza y necesidades y exigencias 463 g para el rotador [26] 14
Articulo
de los pacientes amputados colombianos. Algunos de los requerimientos identificados como relevantes en una prótesis son: agarre seguro y estable, fácil de alinear para agarrar objetos, buena visibilidad al tomar objetos, mínima cantidad de acciones para alinear la muñeca, capacidad para sostener objetos de diferentes formas, entre otras. En este proyecto el objetivo consistió en diseñar y fabricar un prototipo de prótesis de mano para personas
amputadas de mano y muñeca, y a su vez evaluar que tipo de señales, mioeléctrica o por voz, Dyna 169, 2011 resulta el más adecuado para su accionamiento. El prototipo posee 10 GDL y un peso total de 1260 g. El modelamiento antropométrico y dinámico se realizó empleando un sistema complejo de ecuaciones matriciales ligadas. Para la realización del modelo cinemático, se utilizó el planteamiento de Denavit/Hartenberg, al tiempo que se emplearon resultados obtenidos por otros investigadores. En 15
Articulo
la Figura 3 se muestra el prototipo de prótesis desarrollado, sin cosmesis en la zona de la mano con el fin de apreciar los detalles estructurales. Se concluye en el proyecto, que para varias funciones de la prótesis resulta más adecuado el control por voz, aunque se detecta para esta estrategia mayor sensibilidad al ruido ambiental. En estos prototipos se aprecia una clara evolución tanto a nivel del diseño y optimización de los sistemas mecánicos como en la implementación de dispositivos de control por medio de diferentes tipos de señales.
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Articulo
Eslabones en un robot manipulador. Para facilitar el control del modelo, se seleccionaron algunas
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on el fin de imitar
la función de los músculos y tendones que intervienen en el movimiento de flexión de los dedos, se colocaron pequeños tramos de alambres musculares, amarrados a clavos colocados en cada articulación, de manera que al hacer pasar corriente a través de ellos, se realizara la contracción, permitiendo mover cada segmento, de la misma manera en que se mueven los
posiciones predeterminadas de la mano para utilizarlas en el control, dichas posiciones son accionadas mediante una cierta combinación de pulsos que estimulan a los actuadores de los eslabones involucrados. Se utilizó un control tipo “encendido-apagado”, mediante un programa en Visual Basic, el cual presenta planos del modelo en seis diferentes posiciones. El usuario puede accionar los eslabones tanto de manera independiente como conjunta mediante 17
Articulo
las posiciones preestablecidas, al mismo tiempo que observa la simulación del o los movimientos en el programa. También se colocó un tablero con leds que permite visualizar el correcto funcionamiento del programa, mostrando el o los actuadores que son activados.
Pruebas realizadas en el modelo funcional
Se realizó la programación de los movimientos deseados para obtener las posiciones mostradas en la figura 13 utilizando un microprocesador PIC que
procesaba las instrucciones y enviaba las salidas correspondientes a la unidad de electrónica de potencia para alimentar a los alambres de Nitinol con la corriente eléctrica necesaria. Dado que no se conocía la cantidad de corriente que requeriría cada alambre, se utilizó una fuente variable. En el modelo funcional se utilizaron alambres musculares de 375 μm, es decir los de mayor diámetro existentes en el mercado, esto con el fin de obtener el mayor movimiento posible. 18
Articulo
Resultados de las pruebas con nitinol Al hacer funcionar el modelo se observó que el programa funcionaba adecuadamente, ya que se podía observar el encendido intermitente del conjunto de leds correspondientes al movimiento o posición en cuestión. A pesar que el programa funcionaba adecuadamente mandando los pulsos a cada actuador, éstos no conseguían ni siquiera el mínimo movimiento de los eslabones. La cantidad consumida de corriente se acercaba a1 Ampere por cada eslabón, así que si se
requiere mover un solo dedo, esto equivaldría a un consumo de corriente casi a 3 Amperes. El alambre muscular se calentaba tanto que adquiría un color rojo vivo y quemaba la superficie del material. Este calentamiento ocurría casi inmediatamente que era mandado el pulso al actuador.
En el Centro de Diseño y Manufactura de la Facultad de Ingeniería se está 19
llevando a cabo un proyecto cuyo fin último es el de desarrollar una prótesis inteligente de miembro superior. En la primera etapa se diseñó un manipulador con dimensiones y peso similares a las de una prótesis de antebrazo el cual tuvo como objetivo realizar el movimiento de pronosupinación de codo, teniendo como prioridad la precisión y no la fuerza en la prensión. A la par se diseñó una mano articulada en la cual se realizaron experimentos con alambres musculares, construidos de una aleación de Níquel y Titanio llamada “Nitinol”,
para realizar los movimientos y con esto lograr la aplicación en el diseño de prótesis. Actualmente se está desarrollando un brazo manipulador con características similares a las de una prótesis, en las cuales los movimientos serán realizados por medio de servomotores como actuadores, tanto para los movimientos de la muñeca como para los cuatro dedos independientes de los que constará. Las señales de control se darán por medio de señales mioeléctricas y por medio de voz. Las señales serán procesadas en un microprocesador para 20
realizar los movimientos de los actuadores correspondientes. Para la segunda etapa se pretende diseñar y construir una prótesis de precisión en la prensión, utilizando para ello material con memoria de forma como actuadores. Para la experimentación se emplearán los polímeros electroactivos (PEA), donde se tratará de aprovechar la baja densidad y buenas propiedades electromecánicas que presenta este tipo de material. Para el tercer año de desarrollo del proyecto se espera obtener el diseño de una prótesis de miembro superior actuada por medio de señales mioeléctricas y de voz, capaz de autoprogramarse para realizar actividades tanto
de precisión como de fuerza. Esta prótesis será capaz de realizar las acciones de una prótesis mioeléctrica comercial, además de contar con movimientos separados en cuatro dedos, con lo cual tendrá una capacidad de actividades de precisión mayor. El socket con el cual se inserta la prótesis al muñón será autoajustable para adaptarse a los cambios de dimensión que con el
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cambio del tiempo sufre el muñón. 4
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(Dorador González, Ríos Murillo, Flores Luna, & Juárez Mendoza, 2004)
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ecuerda que tenemos twitter, facebook y pagina
web, donde día a día subimos contenido exclusivo de los temas de nuestras revistas, también compartimos ideas que se nos hacen interesantes e interactuamos con nuestros seguidores intercambiando ideas. Únete con nosotros
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n esta investigación pude entender que las prótesis inteligentes son algo que ha sido creado a lo
largo de las épocas, no es algo que se haya creado en los últimos años, esta es un proyecto de innovación que ha conllevo muchos años y los avances tecnológicos han sido la mayor ayuda para darle mejoras. Con el paso de los años se le ha podido mejorar y perfeccionar tanto al modo que es un producto totalmente personalizado para cada paciente según su necesidad, a diferencia de otras prótesis que el paciente se debe adaptar a ellas, las prótesis inteligentes se adaptan completamente al paciente. A pesar de que esta TIC de innovación ya está bastante adelantada y avanzada, los científicos no han parado de seguir estudiando y trabajando en este proyecto a fin de analizar los materiales con los que elaboran estas protesis y los sistemas que analizan de esta forma les brindara un amplio conocimiento para saber que recursos necesitan y cuales pueden cambiar para poder brindar un mejor servicio de este producto a los pacientes. Tal vez en un futuro no muy lejano estas sean más livianas, más baratas o incluso los pacientes de bajos recursos logren tener un mayor acceso a ellas.
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Alix A GM. (2014). Slide Share. Obtenido de Prótesis inteligentes: http://es.slideshare.net/alexalixgm9/protesis-inteligentes41278941 Angiett12. (2014). WordPress. Obtenido de Ensayo: Prótesis inteligentes: https://angiet12.wordpress.com/tag/protesisinteligentes/#_Toc402540089 ARZOLA, N., & LOAIZA, J. L. (16 de Agosto de 2011). EVOLUCIÓN Y TENDENCIAS EN EL DESARROLLO DE PRÓTESIS. Obtenido de SciELO Colombia: http://www.scielo.org.co/pdf/dyna/v78n169/a22v78n169.pdf Dorador González, J. M., Ríos Murillo, P., Flores Luna, I., & Juárez Mendoza, A. (18 de Enero de 2004). ROBÓTICA Y PRÓTESIS INTELIGENTES. Revista Digital Universitaria, 6(1), 15. Karen romero. (2014). Monografias. Obtenido de Prótesis inteligentes: http://www.monografias.com/trabajos102/protesisinteligentes/protesis-inteligentes.shtml Miguel Hinojosa. (Noviembre de 2011). Blogspot. Obtenido de Fundamentos de investigacion : http://mikesmnk.blogspot.mx/2011/11/tesis-2-robotica-y-protesis.html
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