Tesis (Ingeniero Biomédico)

Durante las últimas dos décadas se han desarrollado diversas órtesis y exoesqueletos con el
fin de mejorar los patrones de marcha de las personas afectadas por enfermedades relacionadas
al accidente cerebro vascular (ACV), un accidente cerebrovascular sucede cuando el flujo de
sangre a una parte del cerebro se detiene. La órtesis activa T-Flex está enfocada en la rehabilitación
de tobillo, y esta dirigida a personas que tengan una patología que limite la movilidad
de esta articulación, como lo son el accidente cerebrovascular, parálisis cerebral o lesiones de
medula. Para esto el T-Flex cuenta con dos modos de funcionamiento, ; (1) el modo de terapia
donde el usuario esta sentado y el T-Flex realiza movimientos de dorsiflexión y plantarflexión
a la velocidad y grado de movimiento que se requiera; (2) el modo de marcha, donde el
usuario puede caminar con el T-Flex y este por medio de un sensor detecta la fase de marcha
para realizar los movimientos de dorsiflexión y plantarflexión según el movimiento del usuario.
En el contexto de este proyecto, se desea realizar una mejora de la ergonomía del sistema de
la interfaz física de la órtesis. Es decir, se busca mejorar la parte de la órtesis en contacto con el
usuario, por medio de diferentes materiales y superficies blandas. Esta mejora se plantea con el
fin que la órtesis sea lo más cómoda para el uso durante una terapia de rehabilitación o incluso
el uso en actividades de la vida diaria. La interfaz física anterior disipaba la fuerza en esfuerzo
cortante, de compresión y generaba un desalineamiento sobre el cuerpo, lo que causaba que
el dispositivo no pueda funcionar de manera correcta y pueda generar incomidad en el usuario.
Con el fin de mejorar las interfaces físicas, primero se realizó una revisión de diferentes
materiales que cumplieran ciertos criterios como ser ligero, suave, de bajo costo y de fácil manipulación.
Estas características se buscaron con el fin de mejorar aspectos clave de la interfaz
como el tamaño, el peso y la baja adherencia. El material escogido fue el poliuretano flexible,
una espuma que se prepara a partir de una base y un catalizador. Al variar la proporción de
estos componentes se pueden obtener densidades diferentes según los porcentajes que se usen
en la mezcla para la obtención del material, es decir al aumentar o disminuir la proporción del
catalizador se consiguen densidades diferentes del poliuretano. Una vez escogido el material,
habiendo revisando los criterios de selección detallados en el documento, se procedió a realizar
diferentes interfaces físicas con dicho material, cada interfaz consiste en un par de espumas
que están ubicadas en la parte frontal (tibial anterior) y en la parte trasera (gastrocnemio)
de la pierna, ya que estas son las partes donde el T-Flex está en contacto con el usuario. En
cuanto al poliuretano flexible, se realizaron diferentes espesores desde 2cm hasta 4cm y con
diferentes densidades 60 %-40% hasta 80 %-20 %. Se eligen estas proporciones debido a que
son más fáciles de obtener ya que una densidad muy alta crearía una espuma de poliuretano
demasiado rígida y una densidad muy baja haría una espuma de poliuretano altamente flexible
haciendo que no mantenga su forma ni se pueda usar en la aplicación de este trabajo de
grado. De esta manera se obtienen 9 interfaces físicas, por cada espesor 3 densidades diferentes,
con el objetivo de probar cuales eran efectivas y cuál era la más ergonómica en cuanto a
términos de comodidad. Por último, las interfaces se cubrieron con tela deportiva y a esta se
le aplicó una silicona Dragon Skin TM, con el fin de mejorar la adherencia del T-Flex al usuario.
Para evaluar las interfaces propuestas, primero se realizó una prueba con el modo de terapia
durante 5 minutos, a velocidad media y con un rango de movimiento normal, donde cada una de las 9 interfaces se probó en 10 voluntarios sanos. El fin de esta prueba es observar si la
interfaz se desplaza respecto a su posición inicial, si esta presenta un desplazamiento de más
de 2cm se considera no efectiva. En esta prueba solo 7 interfaces se consideraron efectivas, por
lo que con estas se procedió a realizar la prueba 2. Para la segunda prueba, los voluntarios
debían caminar con el T-Flex durante 5 minutos en una banda sin fin, mientras se medía el
EMG en los músculos en contacto con la interfaz, el gastrocnemio medial y el tibial anterior.
A su vez también se midieron los parámetros espacio-temporales de la marcha, como lo son
la cadencia, la velocidad de la marcha y la longitud de la zancada mediante el dispositivo
G-Walk. Después de los 5 minutos se midió el desplazamiento final de la interfaz, comparando
la posición inicial de la interfaz versus la posición final de la interfaz al momento de culminar
la prueba. Por último cada voluntario debía responder un cuestionario basado en las Confort
Rating Scales, con el fin de determinar cuál fue la interfaz más cómoda para la mayoría de
voluntarios.
Finalmente después de realizar las pruebas y analizar los resultados, se determinó que las
mejores interfaces fueron las de mayor espesor, puesto que esta característica ayuda a que la
interfaz realice una mayor presión sobre la pierna de los usuarios y de está manera garantizar
que el dispositivo no se deslice o se mueva durante su uso. Como se puede apreciar en los
resultados, dichas interfaces generan una menor carga de trabajo. En cuanto a los parámetros
del G-Walk, el promedio de la cadencia y longitud de zancada fue más cercano a los rangos
normales. Acerca de las medidas de desplazamiento, la interfaz de 4cm con densidad 80 %-20%
es la que presento el menor desplazamiento siendo de 0.2cm únicamente en una prueba. Con el
cuestionario se confirmo que las interfaces de espesor mayor son las que mejores valoraciones
tuvieron. De acuerdo a todos los resultados obtenidos, se puede plantear hipotéticamente
que la interfaz que tuvo un mejor desempeño durante las pruebas fue la interfaz de 4cm con
densidad 80-20, puesto que esta tuvo el mejor desempeño en la primera prueba y se obtuvieron
buenos resultados en la segunda prueba.