Conceptualización de un Exoesqueleto de 4 Grados de Libertad para Rehabilitación de Miembros Superiores

Conceptualización de un Exoesqueleto de 4 Grados de Libertad para Rehabilitación de Miembros Superiores Dr. C. Roberto Sagaró Zamora Profesor Titular, Dpto. Mecánica y Diseño-FIM Universidad de Oriente.

Dr. C. Alberto López Delis Investigador Titular, Centro Nacional de Biofísica Médica.

MSc. Denis Delisle Rodríguez. Investigador Auxiliar, Centro Nacional de Biofísica Médica. Dr. Freddy González Hernández, Hospital Clínico Quirúrgico Juan Bruno Zayas

Facultades: 11 CUMs: 8, ECIT:2 Centros de Investigación: 14 , Matrícula Total UO: 20 414, Carreras: 35, Personal Docente: 2352 Dr. 240 MSc. 435 Prioridades CIT: Innovación, Investigación estratégica, investigación básica y Problemas del desarrollo sostenible del país y de la sociedad.

Área Investigación estrategia

Prioridades Nacionales

Áreas que participan

Biotecnología Equipos médicos de avanzada

FCN (CEBI), CNEA CBM, CNEA, FIE, FIM (CENPIS)

TIC. Industria de software

FMC (CEPAMI), FIE (CENPIS),

Tecnologías Educativas CEES, Facultades Bienes y servicios CT de alto valor agregado Todas las áreas

UO en Datos

Medio

ambien te

Biotecnología

Biomédica y EMA

Patrimonio, hábitat y vulnerabili dad

Energía

REDES

Producción de alimentos

TIC

DCT

Perfeccio namiento de la industria

Dirección y Superación de cuadros

Defensa

Perfecciona Desarrollo miento de la ES Local

Red de Biomédica y EMA. • Campos Electromagnéticos en la medicina (Inn)

• Productos bioactivos y química sostenible (IB) • Medicina complementaria y servicio farmacéutico (IE)

• Desarrollo sostenible y educación ambiental (Inv. Soc & Amb) • Procesamiento de voz (Inn) • Neurotecnología (Inn) • Sistemas de visión con computadora (Inn) • Procesamiento de señales cardiovasculares (Inn)

• Neuropsicología (IB) • Instrumentación Electrónica Biomédica, Robótica y Visión (IE). • Alternativas biomédicas para la prevención, diagnóstico y tratamiento de enfermedades que afectan la región oriental (Inn)

REDES

Red de Biomédica y EMA.

REDES REDES

Red de Biomédica y EMA.

REDES

Red de Biomédica y EMA.

Situación contextual. Existen un buen número de enfermedades con índices crecientes que provocan afecciones motoras siendo muy comunes las enfermedades cerebrovasculares (ECV). Estas últimas (trombosis, embolia, infarto cerebral) son la tercera causa de muerte en el mundo superadas solo por las enfermedades cardiovasculares y el cáncer.

Nueva Zelanda ….60000 casos/año; 45 000 sobrevivientes, 2011. EE.UU…………….750 000 casos/año; 33-66% de los sobrevivientes no recuperan movimientos del miembro afectado. Japón………………25000 casos/año, índice de recuperación del 60 %. Cuba………………3era causa de muerte, 20 000 casos/año (8891, año 2012), quedan secuelas 30-40 % pacientes. En la actualidad, la mayoría de estas terapias se realizan en forma manual involucrando rutinas de movimientos en las que se requiere esfuerzo físico por parte del fisioterapeuta, lo que puede provocar que al final de una jornada el fisioterapeuta, por los efectos del cansancio físico, no realice los procedimientos adecuadamente e incluso generar una lesión mayor.

Exoesqueletos para rehabilitación. End efector .

Un exoesqueleto se conceptualiza como el artificio mecánico activo, esencialmente antropométrico el cual ajustado al cuerpo de “su operador” es capaz de coordinar y amplificar sus movimientos y que puede controlarse a partir de la detección de intención.

Diseñados para ser accionados desde la mano del paciente o desde una localización en el antebrazo, Sencillos y fáciles de fabricar, Pueden comprometer las posturas y se dificulta el controlar el torque aplicado a la articulaciones, así como las combinaciones de movimientos de hombro, codo y muñeca. Limitado set de movimientos de rehabilitación. Su efectividad ha sido ampliamente desarrollada en ambientes clínicos.

Exoesqueletos para rehabilitación. . • Ajustables a la antropometría del

miembro. •Permite múltiples interfaces que permiten el control de la postura de las diferentes uniones y su torque por separado. • Esta característica le permite una gran variedad de movimientos. •Permite la rehabilitación localizada de diferentes músculos

MI cuerpo es mi templo. 1. La osteoartritis es la principal causa de discapacidad en personas adultas en el mundo. En EU limita las actividades diarias de más de 7 millones de personas. 2. Para el 2020 se estima que la padecerán 12 millones. No es una enfermedad sólo de personas de edad avanzada. Dos de tres personas son menores de 65 años. 3. Cada año como resultado de la enfermedad cada año se estiman 44 millones de consultas a pacientes, 750 000 hospitalizados, con un costo médico de 22 billones de USD y un costo total (cuidados médicos y pérdida de productividad) de 82 billones de USD. Tratamiento de la enfermedad

 Ingestión de fármacos en los estadios iniciales.  La viscosuplementación mediante la administración intraarticular de ácido hialurónico que mejora la movilidad de las articulaciones durante un periodo de meses.  Se sustituyen las partes dañadas por implantes protésicos como última alternativa cuando el daño es severo y si bien constituye el último recurso, es el más efectivo de ellos. Diversos autores establecen sin embargo la existencia de un líquido pseudosinovial cuyas propiedades se corresponden en mayor grado con el líquido sinovial patológico.

Mi cuerpo es mi templo.

“Mi cuerpo es mi templo”.

“Mi cuerpo es mi templo”. .

Exoesqueletos para rehabilitación.

Exoesqueletos para rehabilitación.

Exoesqueletos para rehabilitación. Actuadores Actuadores hidráulicos •Se requieren para la alimentación de este tipo de actuadores un tanque hidráulico, un sistema de bombeo y una fuente de alimentación eléctrica. •El sistema necesita un circuito de presión, la mayoría de estos cilindros únicamente funcionan a compresión, serían necesarios dos cilindros para cada articulación con su propia microválvula y un sensor de posición longitudinal adicional para cada articulación.

Músculos artificiales con control neumático (PMA) •Ligereza, flexibilidad y capacidad de fuerza. Funcionamiento sencillo. •Un par de PMA son necesarios para generar movimientos bidireccionales. • La desventaja principal de utilizar este tipo de actuador son los elementos adicionales que se necesitan para hacerlos actuar correctamente. Actuadores eléctricos

•Simplifica el diseño y mejora el aspecto estético de la solución final. •Son ventajosos desde el punto de vista de volumen y peso del sistema. • En muchos casos constituyen la opción más racional económica y viable. •Su desventaja es la respuesta inercial del mecanismo al sistema de control.

Exoesqueletos para rehabilitación.

Exoesqueletos para rehabilitación.

Exoesqueletos para rehabilitación.

Diseño de la armadura. 1.

Los equipos han sido diseñado spara personas ent un rango de H = (1,4m÷1,85m) y un peso de 50-100kg.

2.

Velocidad máxima de articulación 25 °/seg.

3.

El equipo deberá permitir la reproducción de movimientos puros y de aquellos combinados presentes terapia de rehabilitación.

4.

Por su comodidad para el diseño se propuso un sistema de brazos articulados regulables y sectores dentados para los movimientos de pronación y supinación del antebrazo y rotación del húmero.

5.

El diseño conjuga criterios de resistencia, poco peso y funcionamiento suave y silencioso.

giro

de

cada

Diseño de la armadura.

Sistema de control del Exoesqueleto.

Sistema de control del Exoesqueleto.

Exoesqueletos para rehabilitación.

Push bottom? ¿Paciente o fisiatra?

¿Limitadores de recorrido?, ¿con qué diapasón?, ¿Por software?

Posición y forma en que van dispuestas las unidades inerciales

Interfaz Gráfica: Interacción amigable con un sistema informático vs ensayos clínicos. Un entorno visual sencillo para permitir la comunicación con un sistema informático. Flexible en cuanto a la creación de nuevas rutinas terapéuticas.

Interfaz Gráfica: Interacción amigable con un sistema informático vs ensayos clínicos.

Interfaz Gráfica: Interacción amigable con un Casos de uso del administrador. sistema informático vs ensayos clínicos. El software empleado precisa de ser multiplataforma. Dada la sensibilidad y complejidad de estos sistemas se recomiendan 2 actores: un administrador y un especialista, ambas sesiones protegidas por contraseñas. El administrador precisa heredar o realizar todas las operaciones que realiza el especialista.

Casos de uso del especialista.

Interfaz Gráfica: Interacción amigable con un sistema informático vs ensayos clínicos. Los datos de identificación del paciente son: Número de historia clínica; Fecha de nacimiento, Edad; Sexo; Talla; Peso; Dirección particular, Provincia, Datos clínicos del paciente Patología (Afecciones motoras o neurológicas, otras enfermedades). La estructura general de un estudio deberá estar conformado por una o varias sesiones y cada sesión estará integrada por una o varias series de ejercicios (rutinas de movimientos del brazo). Una vez el especialista crea un estudio con su correspondiente número de sesiones podrá definir el conjunto de rutinas que tendrán dichas sesiones a través de una lista de rutinas que incluyen para mayor información gráfica. Almacenar los resultados de las pruebas de manera sencilla pero efectiva. No deben ser concebidas sin la previa discusión con los especialistas en rehabilitación de modo que los resultados que se registren tengan un valor clínico y científico indiscutible.

Interfaz Gráfica: Interacción amigable con un sistema informático.

Los datos del estudio son: Fecha del estudio. Observaciones. Médico responsable del estudio. Datos del paciente. Miembro izquierdo/derecho. Listado de sesiones. Patología Datos de las sesiones: Especialista que dirige la sesión Listado de ejercicios (rutinas de movimiento). Parámetros cinemáticos: (tiempo de duración, posición, velocidad, ángulo, aceleración) Requerimientos de salida Visualización y presentación preliminar del reporte médico generado. Incluye los datos del paciente, del médico, la sesión de estudio realizada y las observaciones.

Interfaz Gráfica: Interacción amigable con un sistema informático. Permitir opciones de eliminación, subsanación de errores de entrada, búsqueda, esta última a partir de diferentes criterios con valor clínico.

Ante alguna anomalía el sistema debe permitir discernir al existir necesidad de abortar una sesión entre desecharla o almacenar sus resultados hasta ese momento. El sistema debe ser capaz de restaurarse a partir de la posición de referencia.

Requerimientos del ambiente de software.

Estructura por capas del sistema.

Arquitectura general del sistema.

Requerimientos de salida (Ensayos clínicos).

Fugl-Meyer Score

Wolf Motor Function Test (WMFT Catherine Bergego Scale (CBS),

Maximal Voluntary Torques (MVTs) Otros

Requerimientos de salida (Ensayos clínicos).

Fugl-Meyer Score

Requerimientos de salida (Ensayos clínicos).

Wolf Motor Function Test (WMFT

Requerimientos de salida. Rutgers.

Requerimientos de salida. L-Exos.

Requerimientos de salida. ArMin II.

Requerimientos de salida.

Requerimientos de salida. Kinesis robot

MVTs Knee

Muito obrigado !!!!!!