SISTEMAS PROTÉSICOS
Toda prótesis artificial activa necesita una fuente de energía de donde tomar su fuerza; un sistema de transmisión de esta fuerza; un sistema de mando o acción y un dispositivo prensor. En la elección de las prótesis a utilizar desempeña un papel trascendental el nivel de amputación o el tipo de displasia de que se trate.
Prótesis Mecánicas
Las manos mecánicas son dispositivos que se utilizan con la función de apertura o cierre voluntario por medio de un arnés el cual se sujeta alrededor de los hombros, parte del pecho y parte del brazo controlado por el usuario. Su funcionamiento se basa en la extensión de una liga por medio del arnés para su apertura o cierre, y el cierre o apertura se efectúa solo con la relajación del músculo respectivamente gracias a un resorte y tener una fuerza de presión ó pellizco. Estos elementos se recubren con un guante para dar una apariencia más estética, sin embargo se limita al agarre de objetos relativamente grandes y redondos ya que el guante estorba al querer sujetar objetos pequeños.
El tamaño de la prótesis y el número de ligas que se requiera dependiendo de la fuerza y el material para su fabricación varían de acuerdo a las necesidades de cada persona. Dado que estas prótesis son accionadas por el cuerpo, es necesario que el usuario posea al menos un movimiento general de: expansión del pecho, depresión y elevación del hombro, abducción y aducción escapular y flexión glenohumeral.
Prótesis Eléctricas
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 servocontrol, 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 el muñón logrando la suspensión de éste por una succión. Es más costosa su adquisición y reparación, existiendo otras desventajas evidentes como son el cuidado a la exposición de un medio húmedo y el peso de la prótesis.
Prótesis neumáticas
Estas prótesis eran accionadas por ácido carbónico comprimido, que proporcionaba una gran cantidad de energía, aunque también presentaba como inconveniente la complicación de sus aparatos accesorios y del riesgo del uso del ácido carbónico.
Prótesis mioeléctricas
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, tienen gran fuerza y velocidad de prensión, así como muchas posibilidades de combinación y ampliación.
El control mioeléctrico es probablemente el esquema de control más popular. Se basa en el concepto de que siempre que un músculo en el cuerpo se contrae o se flexiona, se produce una pequeña señal eléctrica (EMG) que es creada por la interacción química en el cuerpo. Esta señal es muy pequeña (5 a 20 µV) Un micro-voltio es una millonésima parte de un voltio. Para poner esto en perspectiva, una bombilla eléctrica típica usa 110 a 120 voltios, de forma que esta señal es un millón de veces más pequeña que la electricidad requerida para alimentar una bombilla eléctrica.
El uso de sensores llamados electrodos que entran en contacto con la superficie de la piel permite registrar
la señal EMG. Una vez registrada, esta señal se amplifica y es procesada después por un controlador que conmuta los motores encendiéndolos y apagándolos en la mano, la muñeca o el codo para producir movimiento y funcionalidad.
Éste tipo de prótesis tiene la ventaja de que sólo requieren que el usuario flexione sus músculos para operarla, a diferencia de las prótesis accionadas por el cuerpo que requieren el movimiento general del cuerpo. Una prótesis controlada en forma mioeléctrica también elimina el arnés de suspensión usando una de las dos siguientes técnicas de suspensión: bloqueo de tejidos blandos-esqueleto o succión1. Tienen como desventaja que usan un sistema de batería que requiere mantenimiento para su recarga, descarga, desecharla y reemplazarla eventualmente. Debido al peso del sistema de batería y de los motores eléctricos, las prótesis accionadas por electricidad tienden a ser más pesadas que otras opciones protésicas. Una prótesis accionada por electricidad proporciona un mayor nivel de tecnología, pero a un mayor costo.
Prótesis Híbridas
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).
En la siguiente liga se puede ver una mano transcarpiana de útima generación:
http://www.ottobock.com.mx/td_2_1_3_1.htm
Uso de materiales “inteligentes” en las prótesis
Hoy en día, el término “inteligente” se ha adoptado como un modo válido de calificar y describir una clase de materiales que presentan la capacidad de cambiar sus propiedades físicas (rigidez, viscosidad, forma, color, etc.) en presencia de un estímulo concreto.
Para controlar la respuesta de una forma predeterminada presentan mecanismos de control y selección de la respuesta. El tiempo de respuesta es corto. El sistema comienza a regresar a su estado original tan pronto como el estímulo cesa.
Dentro de las aleaciones con memoria de forma (SMA), se encuentran los llamados alambres musculares,
estos son alambres delgados de alta resistencia mecánica, construidos con una aleación de Níquel y Titanio
llamada comercialmente “Nitinol”.
La adecuada selección de los actuadores durante el diseño de una prótesis, es una parte esencial para el éxito de ésta. Por tal motivo después de un análisis de las especificaciones de diseño requeridas en una prótesis de miembro superior, se observó que los alambres musculares podrían satisfacer las necesidades de los actuadores.
Se realizó un modelo funcional exclusivamente de la mano, dicha mano fue diseñada tomando como base las medidas de la mano derecha de un hombre adulto, mexicano de estatura promedio. El material utilizado para su fabricación fue Nylamid Autolubricado, debido a su baja densidad, alta resistencia y buena aquinabilidad que éste posee. El modelo consta de dieciséis piezas en total: la palma de la mano y cinco dedos. Los dedos Índice, medio, anular y meñique se componen de tres piezas (falange proximal, medial y distal), las cuales se encuentran unidas a la palma y entre sí por medio de articulaciones rotacionales.
El dedo pulgar consta también de tres eslabones: dos falanges (proximal y distal) y una pieza que realizará la función del primer metacarpiano (hueso de la palma de la mano), esto permitirá realizar la acción oponente de este dedo. Por simplicidad de diseño, se decidió sustituir los demás metacarpianos por una sola pieza: la palma. La mano se encuentra normalmente abierta mediante resortes de compresión. En la figura 10 se muestran los huesos y articulaciones de la mano, en la figura 11 el modelado en CAD para el modelo de pruebas propuesto, y en la figura 12 el modelo funcional en el que se realizaron las pruebas.
Principio de funcionamiento de la mano con alambres musculares
Con 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 eslabones en un robot manipulador
Para facilitar el control del modelo, se seleccionaron algunas 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 las posiciones preestablecidas, al mismo tiempo que observa la simulación de el 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.
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