CONSTRUCCIN DE PRTESIS MIOELCTRICA DE MIEMBRO SUPERIOR

ALEJANDRA CANO MUOZVIANEY HOLGINKEVIN STERLING

UNIVERSIDAD SANTIAGO DE CALISIST. BIOMEDICOS IISANTIAGO DE CALI,FEBRERO2015

MARCO TERICO

Desde la poca de las antiguas pirmides hasta la Primera Guerra Mundial, el campo de la protsica se ha transformado en un sofisticado ejemplo de la resolucin del hombre por mejorar [1].La palabra prtesis proviene del griego: pros () 'por aadidura', 'hacia' the-sis () 'disposicin' [2]. Una prtesis es un elemento desarrollado con el fin de mejorar o reemplazar una funcin, una parte o un miembro completo del cuerpo humano afectado, por lo tanto, una prtesis para el paciente y en particular para el amputado, tambin colabora con el desarrollo psicolgico del mismo, creando una percepcin de totalidad al recobrar movilidad y aspecto.

La evolucin de la protsica es larga y est plagada de historias, desde sus comienzos primitivos, pasando por el sofisticado presente, hasta las increbles visiones del futuro [3].Los miembros artificiales se han usado desde tiempos remotos. La mejor evidencia que encontramos est a travs de expedientes escritos. Escrito en 484 A.C., las historias de Herodoto dicen de un soldado persa que escapa cortando la parte de su pie, entonces sustituyndola por una prtesis de madera. En 1509 construyo una famosa protesis de mano para el caballero alemn Gotz Von Berlinchingen, llamado Gotz Mano de Hierro; la mano pesaba 1.4 Kg y tena dedos articulados que le permitan empuar una espada o una lanza. Este artilugio se conserva en el museo de Nuremberg y an funciona.A principios del siglo XIX un protsico alemn diseo una mano con dedos que se extendan y flexionaban sin asistencia externa y que permita sujetar objetos ligeros como plumas, pauelos o sombreros. En 1851 un protsico francs invento un brazo artificial formado por una mano de madera anclada a un soporte de cuero que se fijaba firmemente al mun.Los dedos estaban semiflexionados, el pulgar giraba sobre un eje y poda presionar con fuerza sobre la punta de los otros dedos gracias a una potente banda de goma; esta pinza del pulgar se accionaba gracias a una mecanismo oculto desde el hombro contralateral. El mismo inventor diseo una pierna artificial que reproduca la marcha natural y alargaba el paso.Las guerras crearon una gran necesidad de miembros artificiales. Entra la Primera y la Segunda Guerra Mundial, la gente que hacia los brazos protsicos comenzaban a ser vistas ms profesionalmente.La fabricacin de prtesis se ha convertido en una ciencia en los ltimos aos. Actualmente, se utilizan prtesis hibridas y las ms novedosas son mioelctricas que utilizan sensores especiales, reciben los estmulos nerviosos de los muones musculares, se amplifican y sirven para controlar los pequeos motores que mueven las diferentes partes de la prtesis.En el futuro los miembros artificiales permitirn ms sentido de la sensacin a las manos y a los pies. Incluso podrn detectar suave, spero, frio y caliente [4].Los principales tipo de prtesis son prtesis estticas, prtesis funcionales, prtesis mecnicas, prtesis elctricas, prtesis neumticas, prtesis mioelctricas.Las prtesis estticas son denominadas tambin prtesis pasivas, dado que solo cubren el aspecto esttico, de donde toman su nombre. Para fabricarlas se emplean de manera recurrente tres materiales: PVC rgido, ltex flexible o silicona. Estos materiales se caracterizan por ser ms livianos y requieren menos mantenimiento porque tienen menos piezas mviles que otras opciones protsicas [5].

Las prtesis funcionales o implantes funcionales, a diferencia de las anteriores, proveen cierta movilidad intentando suplir las funciones del miembro natural amputado. En cuanto a las prtesis funcionales, stas se pueden clasificar en mecnicas o mioelctricas, siendo estas ltimas las que ofrecen una mejor solucin en cuanto al nmero y fuerza de los agarres, aunque tiene un mayor peso y precio. [5]

Las prtesis mecnicas son dispositivos que se utilizan con la funcin de apertura o cierre voluntario por medio de un arns 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 extensin de una liga por medio del arns para su apertura o cierre, y el cierre o apertura se efecta solo con la relajacin del msculo respectivamente gracias a un resorte. Estos elementos se recubren con un guante para dar una apariencia ms esttica, sin embargo se limita al agarre de objetos relativamente grandes y redondos ya que el guante estorba al querer sujetar objetos pequeos [6].

El tamao de la prtesis y el nmero de ligas que se requiera dependiendo de la fuerza y el material para su fabricacin varan de acuerdo a las necesidades de cada persona El cable va de la prtesis hacia el mun y pasa por detrs de la espalda hasta un arns situado en el otro hombro. Cuando mueve los hombros hacia adelante, se ampla la distancia entre los omplatos y el cable se estira varios centmetros, abriendo el gancho contra los resortes o bandas elsticas. Cuando relaja los hombros, el cable se afloja y los resortes o bandas elsticas cierran el dispositivo [6].

Las prtesis elctricas usan motores elctricos en el dispositivo terminal, mueca o codo con una batera recargable. Se controlan de varias formas, ya sea con un servo control, control con botn pulsador o botn con interruptor de arns. En ciertas ocasiones se combinan stas formas para su mejor funcionalidad. Se usa un socket, que es un dispositivo intermedio entre la prtesis y el mun logrando la suspensin de ste por una succin. Su adquisicin y reparacin son costosas, existiendo otras desventajas evidentes como son el cuidado a la exposicin de un medio hmedo y el peso de la prtesis [7].

Las prtesis neumticas son prtesis accionadas por aire comprimido que utilizan actuadores por msculos neumticos, proporcionan una gran cantidad de energa, aunque tambin presentan como inconveniente la complicacin de sus aparatos accesorios. Un musculo neumtico estaba compuesto de un tubo interior de caucho cubierto por una capa de fibras trenzadas de forma helicoidal. Este se cerraba por los dos extremos, uno de ellos era la entrada de aire y el otro el punto de conexin. El principio de funcionamiento era el siguiente: cuando en el tubo interior entraba aire y aumentaba la presin, el musculo se hinchaba y se contraa [8].

Por ultimo estn las prtesis mioelctricas se trata de prtesis electrnicas controladas por medio de un poder externo bioelctrico. Hoy en da son el tipo de miembro artificial con ms alto grado de rehabilitacin, ya que sintetizan el mejor aspecto esttico, tienen gran fuerza y velocidad de prensin, as como muchas posibilidades de combinacin y ampliacin. El control mioelctrico es probablemente el esquema de control ms popular. Se basa en el concepto de que siempre que un msculo en el cuerpo se contrae o se flexiona, se produce una pequea seal elctrica (EMG) que es creada por la interaccin qumica en el cuerpo. Esta seal es muy pequea (5 a 20 V) y se capta con electrodos superficiales que entran en contacto con la superficie de la piel [9]. Este tipo de prtesis tiene la ventaja de que slo requieren que el usuario flexione sus msculos para operarla, a diferencia de las prtesis accionadas por el cuerpo que requieren un movimiento general, adems de que elimina el arns de suspensin. Tienen como desventaja que usan un sistema de batera que requiere mantenimiento para su recarga y descarga, y que hay desecharla y reemplazarla eventualmente [9].

Teniendo en cuenta los tipos de prtesis anteriormente nombrados, la construccin de la prtesis del miembro superior se plantea teniendo en base a las caractersticas de una prtesis mioelctrica:Las prtesis mioelctricas son prtesis elctricas controladas por medio de un poder externo mioelctrico, estas prtesis son hoy en da el tipo de miembro artificial con ms alto grado de rehabilitacin. Sintetizan el mejor aspecto esttico, tienen gran fuerza y velocidad de prensin, as como muchas posibilidades de combinacin y ampliacin [10].El control mioelctrico se basa en el concepto de que siempre que un msculo en el cuerpo se contrae, seproduce una pequea seal elctrica (EMG) que es creada por la interaccin qumica en el cuerpo. Esta seal es muy pequea (5 a 20V).Elusodesensoresllamadoselectrodosqueentranencontactoconla superficie de la piel permite registrar la seal EMG. Una vez registrada, esta seal se amplificayesprocesadadespusporuncontroladorqueconmutalosmotoresencendindolosyapagndolosenlamano,lamuecaoelcodoparaproducirmovimiento yfuncionalidad. ste tipo de prtesis tiene la ventaja de que slo requieren que el usuario contraiga sus msculos para operarla, a diferencia de las prtesis accionadas por el cuerpo que requieren el movimiento general del cuerpo [11].Especificaciones Elctricas de Seales Musculares:La amplitud de las seales EMG vara desde los V hasta un rango de unos mV (menor de 10mV). La amplitud, y las propiedades de las seales EMG tanto en el dominio del tiempo como en la frecuencia dependen de factores como: El tiempo y la intensidad de la contraccin muscular. La distancia entre el electrodo y la zona de actividad muscular. Las propiedades de la piel (por ejemplo el espesor de la piel y tejido adiposo) Las propiedades del electrodo y el amplificador. La calidad del contacto entre la piel y el electrodo. Ruido en Seales Musculares: La amplitud de las seales EMG en un rango de unos 10mV Frecuencia de 5-500 Hz Ruido Sangre Ruido Msculos Cercanos

Tipos de Electrodos Los electrodos o elementos conductivos son los medios por el cual son captadas las seales Electromiografas (EMG), colocndolos sobre la superficie de la piel de manera invasiva sobre el musculo utilizando agujas o por el mtodo ms comn el cual es la electromiografa de superficie. Electrodos invasivos secos en contacto directo con la piel. Electrodos no invasivos de superficie con gel utilizando un gel electroltico [10].

Algunos de los posibles materiales a utilizarPara la fabricacin de prtesis robticas se emplean materiales con muy buena resistencia a la ruptura, que sean livianos y que presenten bajo coeficiente de friccin al rozar con otras superficies. Entre los materiales que cumplen con estas caractersticas se encuentran los metales (acero inoxidable, aleaciones de cromo-cobalto-molibdeno, aleaciones de titanio, platino), los polmeros plsticos de muy alta densidad (polietileno, elastmeros, polipropileno) y las reninas [12].NECESIDADES Tenemos como finalidad cubrir la necesidad de implementar una prtesis con biomateriales que no sean perjudiciales para las personas y que sean especialmente de bajos costos Este proyecto tiene como finalidad cubrir las necesidades del ser humano de falta de uno o de sus dos miembros superiores dndole 3 grados de libertad como lo son agarrar, mover mueca y flexionar el antebrazo. La necesidad surge debido a los diversos y cuantiosos casos que existen de personas con falta de la extremidad superior, ya sea por conflicto armado o accidentes laborales.

BIBLIOGRAFA

[1] kim Norton, un breve recorrido por la historia protsica http://www.amputee-coalition.org/spanish/inmotion/nov_dec_07/history_prosthetics.pdf [2] Diccionario mdico-biolgico, histrico y etimolgico,www.dicciomed.es [3] Cesar Augusto Quinays Burgos, tesis de maestra, diseo y construccin de una prtesis robtica de mano funcional adaptada a varios agarres.[4] R. Bowers,El maravilloso mundo de la prtesis cosmticas, inMotion Volume 12,No. 2, 2002.[5] D. Smith, Prtesis de extremidad superior. Segunda parte inMotion volumen 17numero 4, julio/agosto de 2007.[6] MyoHand VariPlus Speed, disponible en Internet en:http://www.ottobock.com/cps/rde/xchg/ob_com_es/hs.xsl/19986.html [consultado Junio 27,2009][7] A. Hilario, P. Carbonell, Prototipo experimental para la identificacin y control deactuadores por musculo neumtico. Congreso nacional de automtica AMCA 2007.[8] The Shadow Hand, disponible en internet en: http://www.shadowrobot.com/hand/[colsultado julio 14, 2009][9] Prtesis de miembro superior, disponible en internet en: http://www.arcesw.com/pms1.htm [consultado julio 14, 2009].[10], Desarrollo de habilidades de la tecnologa y la educacin (DHTIC), http://es.slideshare.net/reneecapaza/diseo-e-implementacin-de-una-prtesis-mioelctrica-de-miembro-superior-abiunsa [11], Clase prtesis mioelctrica, http://es.scribd.com/doc/60867825/clase-protesis-mioelectrica#scribd [12], Cesar Quinays, Diseo y construccin de una prtesis robtica de mano funcional adaptada a varios agarres, Enero 2010.