sistema de rehabilitaciÓn virtual autÓnomo para personas
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SISTEMA DE REHABILITACIÓN VIRTUAL AUTÓNOMO PARA PERSONAS CON ARTROSIS SEVERA EN ARTICULACIÓN DE MIEMBRO INFERIOR
(RODILLA)
VIVIANA VALLE FERNANDEZ - CÓDIGO 2110156 SERGIO ALBERTO MORALES USMA - CÓDIGO 2127590
UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DE OCCIDENTE FACULTAD DE INGENIERÍA
DEPARTAMENTO DE AUTOMÁTICA Y ELECTRÓNICA PROGRAMA INGENIERÍA MECATRÓNICA
DEPARTAMENTO DE OPERACIONES Y SISTEMAS INGENIERÍA MULTIMEDIA
SANTIAGO DE CALI 2019
SISTEMA DE REHABILITACIÓN VIRTUAL AUTÓNOMO PARA PERSONAS CON ARTROSIS SEVERA EN ARTICULACIÓN DE MIEMBRO INFERIOR
(RODILLA)
VIVIANA VALLE FERNANDEZ - CÓDIGO 2110156 SERGIO ALBERTO MORALES USMA - CÓDIGO 2127590
Proyecto de grado para optar al título de Ingeniero Mecatrónico Ingeniero Multimedia
Director JUAN MANUEL NÚÑEZ
Ingeniero Electrónico y Telecomunicaciones Maestría en Ingeniería con Énfasis en Mecatrónica
JUAN JOSÉ CARDONA Ingeniero Multimedia
UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DE OCCIDENTE FACULTAD DE INGENIERÍA
DEPARTAMENTO DE AUTOMÁTICA Y ELECTRÓNICA PROGRAMA INGENIERÍA MECATRÓNICA
DEPARTAMENTO DE OPERACIONES Y SISTEMAS INGENIERÍA MULTIMEDIA
SANTIAGO DE CALI 2019
3
Nota de aceptación:
Aprobado por el Comité de Grado en cumplimiento de los requisitos exigidos por la Universidad Autónoma de Occidente para optar al título de Ingeniero Mecatrónico e Ingeniero Multimedia.
ANDRÉS MAURICIO GONZÁLEZ
Jurado
JUAN VICENTE PADILLA
Jurado
Santiago de Cali, abril 11 del 2019
4
CONTENIDO
Pág.
RESUMEN 13
INTRODUCCIÓN 14
1 PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA 15
2 JUSTIFICACIÓN 18
3 ANTECEDENTES 20
4 OBJETIVOS 23
4.1 OBJETIVO GENERAL 23
4.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS 23
5 METODOLOGÍA 24
6 MARCO CONCEPTUAL 27
6.1 ENTORNOS 27
6.2 PERIFÉRICOS NO TRADICIONALES 30
6.3 DISPOSITIVO ELECTROMECÁNICO 31
6.4 RVM PARA LA REHABILITACIÓN 32
6.5 REHABILITACIÓN EN PACIENTES CON PÉRDIDA TEMPORAL DE LA LOCOMOCIÓN EN LA ARTICULACIÓN (RODILLA) 34
7 IDENTIFICACIÓN DEL CONTEXTO 35
5
7.1 PERFILES DE USUARIO 35
7.2. MAPAS DE EMPATÍA 37
8 DEFINICIÓN DEL PROYECTO 39
8.1 DESCRIPCIÓN DEL PRODUCTO 39
8.2 PROPUESTA DE VALOR 39
8.3 SUPOSICIONES Y RESTRICCIONES 39
8.4 INVOLUCRADOS 40
8.5 IDENTIFICACIÓN DE NECESIDADES 41
8.6 LISTADO DE NECESIDADES: 43
8.7 REQUERIMIENTOS 48
8.7.1 Requerimientos funcionales 48
8.7.2 Requerimientos no funcionales 49
9 GENERACIÓN DE CONCEPTOS 51
9.1 LISTA DE ELEMENTOS PARA LA SELECCIÓN DE CONCEPTOS 51
10 DESARROLLO 55
10.1 HARDWARE 55
10.1.1 Parte electromecánica 55
10.1.1.1 Estructura o esqueleto 55
10.1.1.2 Recubrimiento 55
10.1.1.3 Sistema de fijación: 56
10.1.1.4 Plan de validación 57
10.1.2 Ensamble estructural 57
10.1.2.1 Estructura o esqueleto 57
6
10.1.2.2 Recubrimiento 58
10.1.2.3 Sistema de fijación 58
10.1.2.4 Sistema de control 59
10.1.2.5 Materiales electrónicos 60
10.1.3 Ensambles electromecánicos 60
10.2 SOFTWARE 61
10.2.1 Interfaz gráfica 63
10.2.1.1 Prototipo de baja fidelidad 63
10.2.1.2 Prototipo de alta fidelidad 64
10.2.2 Entorno virtual 65
10.2.2.1 Selección de locación 66
10.2.2.2 Selección de ejercicios 66
10.2.2.3 Selección de velocidad 67
10.2.2.4 Entorno “piscina” y “cancha” 68
10.2.3 Comunicación serial 69
11 IMPLEMENTACIÓN 70
11.1 DISEÑO PARA MANUFACTURA Y ENSAMBLE 71
11.1.1 Diseño para manufactura 71
11.1.2 Diseño para ensamble 72
11.2 MOTORES Y SENSORES 73
11.2.1 MYO: 73
11.2.2 Motor 74
11.3 DISEÑO PARA EL MEDIO AMBIENTE 75
11.4 MANUAL DE USUARIO 76
7
11.4.1 Componentes del sistema 77
11.4.1.1 Estructura o esqueleto 77
11.4.1.2 Sistema de fijación 77
11.4.1.3 Sistema de control e interfaz gráfica 77
12 FUNCIONAMIENTO 78
12.1 Control del cursor del computador 78
12.2 Selección de la actividad en la interfaz 78
12.3 Generar el movimiento en el servomotor 79
13 pRUEBAS 80
13.1 PRUEBAS DE USUARIO 80
13.1.1 Método pensando en voz alta 80
13.1.2 Encuestas y método del conductor 80
13.1.3 Acompañamiento por fisioterapeuta 84
14 CONCLUSIONES 87
BIBLIOGRAFÍA 88
ANEXOS 92
8
LISTA DE FIGURAS
Pág.
Figura 1. Rutgers Ankle 20
Figura 2. NUVABAT 21
Figura 3. Kinerehab 22
Figura 4. Gráfico Continuo de la Virtualidad 27
Figura 5. Realidad Virtual 28
Figura 6. Realidad Aumentada 29
Figura 7. Realidad Mixta 30
Figura 8. Mapa de empatía – Fisioterapeuta 37
Figura 9. Mapa de empatía – Paciente 38
Figura 10. Diagrama CVCA (Customer Value Chain Analysis). 40
Figura 11. Caja Transparente 51
Figura 12. Estructura o esqueleto 55
Figura 13. Recubrimiento en poliestireno 56
Figura 14. (a) Tiras Elásticas, (b) Tiras de velcro 56
Figura 15. (a) Sección Superior. (b) Sección Inferior 57
Figura 16. Recubrimiento en poliestireno, de arriba a abajo, parte superior e inferior 58
Figura 17. (a) Sujeción en cinta elástica, (b) Fijación en velcro 59
Figura 18. MYO - Periférico no tradicional, control del Sistema 59
Figura 19. (a) Servomotor Batan B1226 (b) Batería lipo recargable 7.4 V 1.5 A (c) Driver l298 (d) Arduino Mega 60
9
Figura 20. (a) Acople sección superior con inferior por medio del servomotor (b) Acople de Batería a sección superior (c) Acople del sistema de transmisión electrónica en sección inferior 61
Figura 21. Cancha de futbol, interfaz gráfica generada en Unity3D 62
Figura 22. Interfaz gráfica y sistema de control, interacción hombre máquina 63
Figura 27. Interfaces de prototipo de baja fidelidad 63
Figura 24. Interfaces de prototipo de alta fidelidad - Selección de locación 64
Figura 25. Interfaces de prototipo de alta fidelidad – Configuración 65
Figura 26. Interfaces de prototipo de alta fidelidad - Selección de ejercicios 65
Figura 27. Interfaz de selección de locación 66
Figura 28. Interfaz de selección de ejercicios 66
Figura 29. Interfaz de selección de velocidad 67
Figura 30. Captura de entorno “Cancha” 68
Figura 31. Captura de entorno “Piscina” 68
Figura 32. Interfaces finales con iconografía 69
Figura 33. Ensamble Final 70
Figura 34. Árbol de ensamble estructura electromecánica 72
Figura 35. Árbol de ensamble estructura eléctrica 73
Figura 36. Descripción de la Interfaz del Usuario 77
Figura 37. Mano empuñada 78
Figura 38. Movimiento de “chasquidos” de los dedos 79
Figura 39. Movimiento extensor de la muñeca 79
Figura 44. Pregunta pre-test 81
10
Figura 41. Usuario probando el producto mínimo viable 81
Figura 42. Activar y desplazar el cursor. 82
Figura 43. Activar el cursor, y Seleccionar el Entorno de la cancha 82
Figura 44. Escoger y seleccionar el tipo de Velocidad lenta/normal/rápida 83
11
LISTA DE TABLAS
Pág.
Tabla 1. Perfiles de usuario 35
Tabla 2. Interpretación de necesidades 41
Tabla 3. Agrupación de necesidades 44
Tabla 4. Listado de Métricas 46
Tabla 5. QFD 48
Tabla 6. Evaluación de requerimientos funcionales 49
Tabla 7. Evaluación de requerimientos no funcionales 50
Tabla 8. Señal de arranque (periféricos no-tradicionales) 51
Tabla 9. Microcontrolador 52
Tabla 10. Movimiento de pierna (Motor) 53
Tabla 11. Interfaz de realidad virtual 54
Tabla 12. Matriz referencia para validación del prototipo 57
Tabla 13. DFM 71
Tabla 14. Características dispositivo no convencional MYO 73
Tabla 15. Características servomotor B1226 74
Tabla 16. Características Driver L298N 74
Tabla 17. Matriz para el cálculo del diseño para el medio ambiente 75
Tabla 18. Diagrama de Flujo de Operaciones del dispositivo 76
Tabla 19. Resultados 83
12
LISTA DE ANEXOS
Pág.
Anexo A. Encuesta 92
Anexo B. Encuesta Pre-test 94
Anexo C. Encuesta Post-test 97
13
RESUMEN
La propuesta de este proyecto busca proporcionar herramientas de trabajo a los diferentes centros de rehabilitación muscular, de tal forma que estos dispositivos logren suplir las necesidades del paciente, incentivándolo a culminar agradable y efectivamente las sesiones de rehabilitación. Se espera además obtener una mejoría en la calidad de vida de las personas que utilicen el sistema, dándoles acceso a una herramienta que los motive a mejorar su salud y les ayude a aumentar la productividad en la cantidad de pacientes atendidos.
De igual manera, se hace énfasis en la descripción de los procesos de fabricación de cada uno de los ensambles que conforman la estructura mecánica del sistema electromecánico y del proceso de codificación para la comunicación del sistema interactivo virtual autónomo para la rehabilitación motriz en extremidad inferior (rodilla), y los distintos análisis tales como; el plan de validación, mapas de empatía, desarrollo hardware y software, el FMEA, el diseño de manufactura y ensamble, diseño para el medio ambiente y manual de usuario.
En el documento se evidencia el proceso de investigación y construcción del prototipo del sistema electromecánico virtual autónomo para la rehabilitación motriz en extremidad inferior (rodilla). Además, se evidencia las pruebas realizadas a 15 deportistas que presentaban este tipo de lesión, el resultado de estas se materializa a través de una encuesta post-test, que cada usuario contestó después de la experiencia, mostrando así el cumplimiento del objetivo principal.
Palabras clave: Sistema Electromecánico Virtual Autónomo, RVA, Artrosis Severa, Rehabilitación Motriz, Rodilla, Extremidad Inferior.
14
INTRODUCCIÓN
Por medio de este documento se presenta la propuesta de proyecto de grado, el cual tiene como fin mejorar la motivación de los pacientes a la hora de realizar sesiones de rehabilitación, considerando el estado de ánimo como factor importante para obtener buenos resultados en la recuperación de estos. La OMS (Organización Mundial de la Salud) define la rehabilitación como “Procesos destinados a permitir que las personas con discapacidad alcancen y mantengan un nivel óptimo de desempeño físico, sensorial, intelectual, psicológico y/o social. La rehabilitación abarca un amplio abanico de actividades, como atención médica de rehabilitación, fisioterapia, psicoterapia, terapia del lenguaje, terapia ocupacional y servicios de apoyo.”1Sin embargo, el mayor obstáculo al momento de realizar la rehabilitación es la falta de motivación, la cual está asociada a la monotonía de los ejercicios, ya que en su mayoría consisten en múltiples repeticiones del movimiento de la articulación afectada.
La rehabilitación en miembros inferiores es de vital importancia, ya que estos permiten la movilidad del individuo y soportan el resto del cuerpo para desplazarse en el entorno en el que se encuentre. Sin embargo, las piernas a diferencia del resto de cuerpo se ven expuestas y poco protegidas contra lesiones mecánicas; inflamación, artrosis, pérdida temporal del movimiento o pérdida total. Por esta razón, se requieren innumerables ejercicios en la rehabilitación, que al ejecutarse pueden generar mucho dolor en el paciente si no se hacen de forma adecuada.
Así, para aumentar los índices de motivación de los pacientes, se propone un sistema hardware-software, que optimice el desarrollo de sistemas de rehabilitación virtual motora, utilizando mecanismos autónomos capaces de ejecutar cada uno de los ejercicios e implementando técnicas de gamificación, proporcionando una experiencia inmersiva en un entorno de realidad virtual.
1Discapacidades y rehabilitación [En línea]. Organización mundial de la salud. 2017 [consultado: 27 de Marzo de 2017]. Disponible en internet: http://www.who.int/disabilities/care/es/.
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1 PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA
La rehabilitación en medicina es definida por la Organización Mundial de la Salud, OMS, como “procesos destinados a permitir que las personas con discapacidad alcancen y mantengan un nivel óptimo de desarrollo físico, sensorial, intelectual, psicológico y/o social”2. En las actividades de rehabilitación se incluyen: fisioterapia, psicoterapia, terapia de lenguaje, terapia ocupacional y servicios de apoyo; estas actividades se realizan a pacientes con dolencias en las articulaciones, músculos, extremidades (generadas por la realización de movimientos ejecutados de forma inadecuada o por el sobre entrenamiento), cuando presenta alguna discapacidad y/o lesión patológica. El proceso de rehabilitación es asignado por un especialista ortopedista o médico deportólogo, quiénes se encargan de asignar las sesiones necesarias para prevenir o reducir al mínimo las consecuencias funcionales, físicas, psíquicas, sociales y económicas en cuanto a las enfermedades, además de cualquier situación que originen minusvalía transitoria o indefinida. Por otra parte, en un estudio realizado por la OMS3, se detectó que aproximadamente el 15% de la población mundial tiene algún tipo de discapacidad ya sea físico, mental o sensorial.
En Colombia, un estudio realizado por el ministerio de salud, MinSalud4, demuestra que la población de discapacitados es 2.6% (1’265.328), donde, el porcentaje de hombres es 50% (629.450) y el porcentaje de mujeres es 50% (634.236); otro hallazgo es el rango de edad, en donde, los pacientes entre los 60 años o más son el 45% (575.255) ocupando el primer lugar en las estadísticas; en segundo lugar se encuentra las edades comprendidas entre los 20 y 59, con el 43% (542.381) y finalmente los pacientes entre 0 y 19 años con el 12% (147.178). El Valle del Cauca cuenta con una población aproximada de 100 mil discapacitados del total del país.
2 Ibid, p. http://www.who.int/disabilities/care/es/. 3 Informe mundial sobre la discapacidad [En línea]. Organización Mundial de la Salud. Atención médica y rehabilitación, 2017, [consultado el 15 de Marzo de 2017]. Disponible en internet: https://goo.gl/iwquCU. 4 Sala situacional de Personas con Discapacidad (PCD) [En línea]. Ministerio de salud y seguridad social. Colombia: 2016, [consultado el 18 de Marzo de 2017]. Disponible en internet: https://goo.gl/9Wbf2Q.
16
Según el Directorio Nacional de entidades de y para personas con discapacidad5 de la población total de discapacidad en Colombia, el 50% presentan dificultades para caminar, correr o saltar debido a algún tipo de discapacidad motora. Existen alrededor de 302 instituciones en el país que atiende este tipo de discapacidad, de las cuales 75 se encuentran en el Valle del Cauca, estas instituciones se dedican a atender a sus pacientes ya sea con procedimientos quirúrgicos, brindándoles la medicación necesaria o realizando sesiones de rehabilitación para mejorar su condición física.
REA6 plantea que el tratamiento psicológico de los pacientes es vital a la hora de realizar la rehabilitación, ya que es importante tener en cuenta la autoestima, el autoconcepto y el sentido del humor de éstos. El abandono de las sesiones supondría un retroceso en el proceso de recuperación y en su calidad de vida, agravando su condición de discapacidad.
CAPO7 agrega que el estado de ánimo de los pacientes influye en la motivación para realizar las sesiones durante largos periodos de tiempo. Esta desmotivación se genera cuando los pacientes no ven progreso en su recuperación, sin entender el porqué de ello.
Una encuesta realizada a los pacientes del centro de medicina deportivo de la ciudad de Cali (Revisar Anexo A), mostró que los motivos del incumplimiento con los tratamientos eran; aburrimiento, monotonía, e incomodidad al momento de realizar el proceso, lo que producía falta de motivación y la sensación de un entorno sin armonía para la realización de sus sesiones.
5 Discapacidad Colombia [En línea]. Directorio nacional de entidades de y para personas con discapacidad. Directorio en discapacidad, 2017 [consultado el 23 de Marzo de 2017]. Disponible en internet: https://goo.gl/Vd3Nxy. 6 REA, Patricia. Psicología positiva: La autoestima: el auto-concepto y el sentido del humor en personas con discapacidad motriz. [En línea]. España. Universidad de Valladolid. Facultad de Educación y Trabajo Social, 2015 [consultado el 07 de Mayo de 2017]. Disponible en internet: https://goo.gl/LI6kkX. 7 I CAPÓ, Antoni, et al. Rehabilitación motivacional basada en la utilización de serious games [En línea]. En: Virtual Archaeology Review, 2013, vol. 4, no 9, p. 167-173. Disponible en internet: https://goo.gl/do9mHA.
17
Para Arroyo Herrera8 la falta de motivación del paciente es ocasionada por el poco progreso que estos ven en corto tiempo y por la cantidad de horas que conlleva realizar la respectiva terapia diaria, ocasionando así el abandono de ésta.
Si el paciente abandona la terapia tendrá como consecuencia, la no mejoría y el retroceso en su recuperación en cuanto a la rehabilitación. Por eso, es de vital importancia instruir al paciente con el debido conocimiento en el proceso al que será sometido, las fases que llevará y el tiempo que estas se pueden demorar. Finalmente, Arroyo Herrera manifiesta que el apoyo que los familiares y amigos deben dar al paciente al momento de empezar el proceso es de gran importancia para soportar la rehabilitación.
En esta medida, para coadyuvar a los encargados de las sesiones de rehabilitación, ¿Es posible mejorar el estado de ánimo de los pacientes con pérdida temporal del movimiento en la rodilla, para motivarlos a realizar sus terapias de forma constante? Esto para incrementar su asistencia a las terapias por medio de un sistema hardware-software que implemente técnicas de gamificación en un entorno de realidad virtual.
8 ARROYO HERRERA, Cindy Lorena. Entrevista. Fisioterapeuta Escuela Nacional del Deporte. Cali Colombia, Septiembre 2018.
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2 JUSTIFICACIÓN
Según el doctor José Manuel Navarrete9 residente de medicina física y rehabilitación del Hospital Clínico de la Universidad de Chile, para la revista Rehabilitación Integral en 2010, la realidad virtual es una tecnología con más de 50 años de desarrollo, que ha estado presente en el mundo del entretenimiento, simulaciones militares y de aviación, incluso se ha visto que en los últimos años ha entrado a competir dentro del campo de las ciencias médicas, ya sea como herramienta de entrenamiento por medio de simulaciones para adquirir habilidades en procedimientos quirúrgicos o como instrumento terapéutico en rehabilitación de pacientes.
Es en este sentido que la RV (Realidad Virtual) se presenta como un nuevo elemento de soporte de trabajo del personal que se desempeña en ésta área y al contar con una variedad de aplicativos, se ha demostrado que a partir de la gamificación producida por un entorno virtual, también se convierte en un factor motivante para los pacientes y las personas a cargo de la rehabilitación, de esta manera se evidencia un mayor compromiso por parte de ambas partes y además los sistemas de RV brindan la suficiente flexibilidad permitiéndole a los usuarios configurar un ambiente agradable y familiar para éstos. “En el futuro desarrollo de esta tecnología seguirá siendo fundamental la relación tratante-paciente, no debiendo ser considerada como un elemento que desplace a los tratamientos ya existentes, sino como una terapia coadyuvante más, en el amplio espectro de las herramientas de la medicina física y la rehabilitación.”10
Los proyectos desarrollados a la fecha para realizar rehabilitación virtual motora (Revisar Antecedentes), evidencia que estos dispositivos en su mayoría van dirigidos a la rehabilitación de tobillo, dejando de lado articulaciones importantes como; las rodillas y la cadera. Si bien, la lesión de tobillo es la más común, Góngora11 afirma que la rodilla es la articulación más grande del esqueleto humano en la que se unen 3 huesos: el extremo inferior del fémur, el extremo superior de la
9 NAVARRETE, Jose. La realidad virtual como arma terapéutica en rehabilitación [En línea] .En: rehabilitación integral.cl. Junio, 2010, 5, 40-45. [Consultado el 19 de Marzo de 2017]. Disponible en internet: https://goo.gl/qfs1Vd. 10 Ibid., p. 45. Disponible en internet: https://goo.gl/qfs1Vd. 11 GÓNGORA GARCÍA, Ledia H, et. al. Articulación de la rodilla y su mecánica articular [en línea]. En: MEDISAN. Laboratorios de Anticuerpos y Biomodelos Experimentales. 2003, 7, 2. p. 100-109. [Consultado: día 15 de Mayo de 2017]. Disponible en Internet: https://goo.gl/wFF5lu.
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tibia y la rótula. Constituye una articulación de suma importancia para la marcha y la carrera, que soporta todo el peso del cuerpo en el despegue y la recepción de saltos, además de su gran contribución en el momento de realizar la marcha. Por tal motivo se pretende enfocar la rehabilitación en esta articulación, abriendo el campo de conocimiento al usar distintas tecnologías y realizar un debido procedimiento.
Todo esto será posible a través de un dispositivo electromecánico capaz de simular el movimiento terapéutico que se exija en la rehabilitación; el cual estará formado por dispositivos eléctricos encargados del control autónomo del servomotor que simulará el debido movimiento de la rodilla. Además, se utilizará un giroscopio; sensor capaz de transmitir la posición y el movimiento físico a una interfaz gráfica. Igualmente se ha implementado erróneamente el concepto de realidad virtual, considerándolo como gráficos tridimensionales a través de un monitor, y no como la experiencia de inmersión que realmente debería representar.
Arbona12 plantea que para poder producir una experiencia virtual es necesario un ordenador, un programa informático con el contenido del mundo virtual, un dispositivo para visualizar el mundo virtual, un tracker que permite la inmersión en un espacio tridimensional (el mundo virtual) y un dispositivo para poder moverse dentro del mundo virtual, como un ratón o un joystick. Esta propuesta quiere innovar utilizando uno de los diversos dispositivos de realidad virtual que existen actualmente e implementar un periférico no tradicional (Revisar marco teórico) que le facilite al paciente sentir la libertad de realizar las sesiones por sí mismo, permitiéndole tener una experiencia más inmersiva y así lograr aumentar los índices de motivación.
Por último, la propuesta final busca proporcionarles herramientas de trabajo a los diferentes centros que trabajan en la rehabilitación, de tal forma, que estos dispositivos logren suplir las necesidades del paciente incentivándolos a culminar de una forma agradable y efectiva las sesiones de rehabilitación. Con esto, se espera obtener una mejoría en la calidad de vida de las personas que utilicen el sistema, al darles acceso a una herramienta que los motive a mejorar su salud.
12 ARBONA, Cristina Botella, et. al. Realidad virtual y tratamientos psicológicos [En línea]. En: Cuadernos de medicina psicosomática y psiquiatría de enlace, 2007, vol. 82, p. 17-31. [Consultado: día 28 de Mayo de 2017]. Disponible en Internet: https://goo.gl/ZIh2Qs.
20
3 ANTECEDENTES
Figura 4, el cual consiste en una interfaz háptica tipo plataforma, diseñada para su uso en rehabilitación. El sistema suministra fuerzas resistivas de seis grados de libertad en el pie del paciente, en respuesta a ejercicios basados en la realidad virtual. El ejercicio de rehabilitación utilizado en este caso consiste en pilotar un avión virtual a través de bucles; la dificultad del ejercicio puede seleccionarse en cuatro funciones: la cantidad y ubicación de los bucles, la velocidad del avión en el entorno virtual y por último, el grado de resistencia proporcionado por la interfaz háptica. Los datos del ejercicio se almacenan en tiempo real, estos datos consisten en la posición del tobillo, las fuerzas y el trabajo mecánico durante un ejercicio, el número de bucles completados, el tiempo que tomó para hacerlo también se almacenan en línea. Por último, se presentó un estudio de caso, donde un paciente realizó la rehabilitación utilizando el sistema durante nueve meses, después de tener un accidente cerebrovascular.
Los resultados mostraron que, en más de seis sesiones de rehabilitación, el paciente mejoró las medidas clínicas en cuanto a fuerza y resistencia; lo que correspondía con el torque y los aumentos de potencia de salida, medidos por el Rutgers Ankle. También, hubo mejoras sustanciales en la exactitud de las tareas, la coordinación durante la simulación, la caminata del paciente y la capacidad de subir escaleras.
Figura 1. Rutgers Ankle
Fuente: NODEN, Merrell. Rutgers Ankle Robot. [Fotografía]. En: New Jersey Monthly. Jersey Living. 2009.
21
Northeastern University13 en el año 2010, describió el desarrollo de un dispositivo de rehabilitación mecatrónica compacta, llamado NUVABAT (Northeastern University Virtual Ankle and Balance Trainer) Figura 2. Es un dispositivo de bajo costo, para el entrenamiento de la amplitud del movimiento del tobillo en posiciones sentadas y de pie, también en el desplazamiento del peso y el entrenamiento del equilibrio en posición de pie. Esta interfaz háptica, controlada por computadora permite el ejercicio de dos grados de libertad del tobillo, mientras que los pacientes interactúan con un entorno virtual.
Figura 2. NUVABAT
Fuente: DING, Ye. Northeastern University Virtual Ankle and Balance Trainer. [en linea] USA: Northeastern University. 2010, [consultado: Marzo 26 de 2017]. Disponible en Internet: https://goo.gl/Yi8xY8.
En la universidad Politécnica de Valencia14, en el LabHuman de investigación, se desarrolló un sistema RVM llamado BioTrank en el año 2013, con el ánimo de adquirir mejoras del equilibrio de los pacientes en sedestación y bipedestación para extremidades superiores e inferiores. El dispositivo cuenta con una pantalla panorámica de 47 pulgadas, un equipo de sobremesa y un sistema de tracking o de
13 DING, Ye, et. al. NUVABAT: Northeastern university virtual ankle and balance trainer [en línea]. En: IEEE Xplore Digital Library. IEEE Haptics Symposium Haptics Symposium. Marzo, 2010, p. 509-514. ISSN 978-1-4244-6820-1. [Consultado: 22 de Marzo de 2017]. Disponible en Internet:https://goo.gl/f32fLm.14 LLORENS, R.; COLOMER, C. y ALCAÑIZ, ML. BioTrak: análisis de efectividad y satisfacción de un sistema de realidad virtual para la rehabilitación del equilibrio en pacientes con daño cerebral [En línea]. En: Neurología. Junio, 2013, ISSN 0213-4853, [consultado el 23 de Marzo de 2017]. Disponible en Internet: https://goo.gl/0d5bfI.
22
seguimiento que permite0 la interacción del usuario con el entorno virtual. Los estudios realizados durante las pruebas realizadas con 10 pacientes crónicos de DCA (Daño Cerebral Adquirido), permitieron observar una mejoría al utilizar el dispositivo, demostrando la validez de la implementación de entornos virtuales para la rehabilitación.
En Taiwán15, durante el año 2011 se realizó una investigación en discapacidades del desarrollo, por lo cual se propuso un sistema que utiliza la tecnología de procesamiento de imágenes de Kinect, llamado Kinerehab, Figura 3, para detectar los movimientos de dos estudiantes de un colegio público. El sistema detecta automáticamente la posición del usuario y utiliza los datos para determinar si los pacientes han alcanzado el estándar de rehabilitación para saber si el número de ejercicios en una sesión de terapia es suficiente. Usando este sistema, los pacientes pueden medir la exactitud de sus movimientos durante la rehabilitación. El sistema también incluye una interfaz interactiva con retroalimentación de audio y video para mejorar la motivación, el interés y la perseverancia para participar en la rehabilitación física. Los detalles de las condiciones en la rehabilitación de los usuarios, también se registran automáticamente en el sistema, lo que permite a los terapeutas revisar rápidamente el progreso.
Figura 3. Kinerehab
Fuente: JUN-DA Huang.Kinerehab: a kinect-based system for physical rehabilitation: a pilot study for young adults with motor disabilities. [en linea] China. 2011. [Consultado: Mayo 10 de 2017]. Disponible en Internethttps://goo.gl/m9hBOc.
15 CHANG, Yao-Jen; SHU-Fang, Chen; JUN-DA, Huang. The Kinerehab System for physical rehabilitation [En línea]. En: In Research in Developmental Disabilities. 2011, ISSN 0891-4222. [Consultado el 23 de Marzo de 2017]. Disponible en internet: https://goo.gl/TIi7My.
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4 OBJETIVOS
4.1 OBJETIVO GENERAL
Desarrollar un sistema hardware-software, que permita a los pacientes con artrosis severa en articulación inferior (rodilla), realizar autónoma e interactivamente, las sesiones de rehabilitación a través de un dispositivo electromecánico en un entorno de realidad virtual, utilizando la gamificación como herramienta motivacional.
4.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS
● Analizar los requerimientos para dar solución al problema planteado,considerando las variables para realizar un adecuado proceso de rehabilitación.
● Diseñar un sistema hardware-software que cumplan con estándares deusabilidad y accesibilidad, teniendo en cuenta la aplicación de técnicas degamificación para estimular el deseo en los pacientes de culminar las sesiones derehabilitación.
● Implementar un sistema hardware-software que genere el correctoprocedimiento de rehabilitación en la rodilla, haciendo uso de periféricos notradicionales que permitan al paciente realizar las sesiones de manera autónoma.
● Probar el funcionamiento e impacto del sistema hardware-software, con el finde obtener una rehabilitación efectiva, validado en compañía de un grupointerdisciplinario, compuesto por un fisioterapeuta y un médico.
24
5 METODOLOGÍA
En una búsqueda continua de la excelencia nos encontramos en el camino con la Ingeniería Concurrente, o también conocida como Ingeniería Simultánea o Ingeniería Total la cual se basa en integrar de forma paralela el diseño de productos y procesos. Busca la adaptación rápida al cambio con una estructura bien definida, con el apoyo de sistemas tecnológicos confluyendo en un núcleo común de extracción de datos. Con ello reducimos tiempo, dimensionamos recursos, flexibilizamos procesos con un fin último de obtener un producto de calidad desde la planificación inicial del proyecto a su resultado, viajando por los momentos claves de fabricación, distribución y la venta final, es decir, conociendo el ciclo de vida de producto en todos sus pasos y desarrollando sistemas seguros y fiables sobre los que trabajar.16
Una de las metodologías a implementar, es la de la Ingeniería concurrente, permite, a través de una serie de técnicas de trabajo, acortar considerablemente el tiempo de desarrollo de un producto, reduciendo sus costos de calidad y mejorándolos.
Los principios fundamentales17 que conllevan la aplicación de ingeniería concurrente son entre otros:
● La afinidad entre grupos de trabajo.
● El entendimiento común. ● La toma de decisiones consensuadas. ● El descubrimiento temprano de los problemas. ● La reducción de tiempos de desarrollo. Fases de la Ingeniería Concurrente:
16 Ingeniería Concurrente, método para la excelencia de productos. [En línea]. PDCA Home, 2014, [consultado el 18 de agosto de 2018]. Disponible en internet: https://www.pdcahome.com/6467/ingenieria-concurrente-metodo-para-la-excelencia-de-productos 17 DELGADO, Rogelio. Ingeniería concurrente ¿filosofía o herramientas de trabajo? [En línea]. En : Revista digital INESEM, 2017, [consultado el 18 de agosto de 2018]. Disponible en internet: https://revistadigital.inesem.es/gestion-integrada/ingenieria-concurrente/
25
• Definición o Estrategia: Análisis Comparativo; identificar en productosexistentes, variables a tener en cuenta.
• Conceptualización: Lluvia de Ideas; definición del producto.• Detalle: Herramientas de Dibujo Técnico como Solidworks; desarrollo delproducto final.
• Ingeniería de Producto: Simulaciones del Producto previas a la fabricación;detección y solución de posibles problemas antes de su fabricación.
• Producción: Descripción gráfica y Diagrama de procesos
• Comercialización: Retroalimentación, impacto del producto en el Mercado.
• Reciclaje: Soluciones basadas en materiales factibles, modelo deherramienta para trabajar, ideas de solventar problemas en fases tempranas, yreducir tiempos de desarrollo.
Otra de las metodologías a implementar es Scrum18, la cual se define como un marco de trabajo de procesos, no es un proceso o una técnica para construir productos; en lugar de eso, es un marco de trabajo dentro del cual se pueden emplear varias técnicas y procesos. Scrum muestra la eficacia relativa de las prácticas de gestión del producto y las prácticas de desarrollo, de modo que podamos mejorar.
A partir del uso en cuanto a la metodología Scrum, se divide el ciclo de desarrollo para la implementación del sistema RVM, estas divisiones se denominan “Sprints”, los cuales permitirán una adecuada fabricación del producto mínimo viable.
Estos Sprints serán:
• Mapa de empatía.
• Definir el perfil de usuario.
• Planteamiento de requisitos funcionales y no funcionales del sistema.
• Elección y planeación de pruebas de usabilidad.
18 SCHWABER Ken, SUTHERLAND Jeff. La Guía de Scrum. [En línea]. En: scrumguides.org. La Guía Definitiva de Scrum: Las Reglas del Juego. Julio, 2013, [consultado el 24 de Marzo de 2017]. Disponible en: https://goo.gl/j6C5Ir.
26
• Definición y diseño de interfaces de usuario. • Definición y diseño de dispositivo electromecánico. • Definición de la arquitectura de Software y Hardware. • Descripción de las actividades dentro del entorno virtual (Videojuego). • Investigación y planteamiento de ergonomía del sistema. • Prototipo y simulación del dispositivo electromecánico.
• Prototipo y simulación del entorno virtual. • Prototipado del sistema RVA. • Evaluación de pruebas de usabilidad. • Evaluación de prototipo del sistema RVA. • Desarrollo de Software y Hardware. • Implementación del producto mínimo viable.
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6 MARCO CONCEPTUAL
A continuación, se presenta la definición de los componentes que hacen parte de la implementación para el sistema de rehabilitación virtual autónomo (RVA).
6.1 ENTORNOS
En 1994 Paul Miligram y Fumio Kishno19 definieron el continuo de la virtualidad, clasificando de manera formal las realidades, la relación que existía entre la “Realidad Virtual”, la “Realidad” y explicando el término “Realidad Mixta” derivada de ambos extremos, como se muestra en la Figura 4.
Figura 4. Gráfico Continúo de la Virtualidad
Fuente: elaboración propia
La Realidad Virtual (RV)20 Figura 5, es un concepto relativamente nuevo a pesar de haber sido desarrollado a finales de los años 1950 con dispositivos visuales similares a los utilizados en aplicaciones RV actuales. Durante los ochentas se amplió el concepto de RV, que sería explotado en los años noventa por empresas científicas, militares, visionarias y tecnológicas.
RV realiza una simulación de la realidad que permite al usuario percibir una sensación estando dentro de ella. Esto se consigue a través de la producción de un conjunto de imágenes vistas por el usuario a través de pantallas libres o montadas
19 OLMEDO, Hector. Virtuality Continuum´s State of the Art [en línea]. En: Procedia Computer Science. International Conference on Virtual and Augmented Reality in Education. 2013, No. 25. p. 261. ISSN 1877-0509. [Consultado: 18 de marzo de 2017]. Disponible en Internet:https://goo.gl/VP0zqt.20 Ibid., p. 262. Disponible en Internet: https://goo.gl/VP0zqt.
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en la cabeza. Algunos equipos se complementan con vestimentas y/o guantes con sensores hápticos diseñados para simular diferentes estímulos táctiles que intensifican el sentido de la “realidad”. Hay varias definiciones para RV: "Realidad Sintética", "Mundos Virtuales", "Ciberespacio", "Ambientes Virtuales" y más particularmente "Presencia", pero la más apropiada es la definición en donde indican que, RV consiste en simulación tridimensional interactiva que reproduce ambientes y situaciones reales. Se dice que una aplicación RV debe tener estas condiciones:
• Simulación, referida a la capacidad de ser un sistema que permite la representación de una realidad. • Interacción, para controlar el sistema o mundo representado. • Percepción, permitiendo mentir a los sentidos a través de elementos externos.
Figura 5. Realidad Virtual
Fuente: ADSLZONE, Descubre la evolución de la realidad virtual a lo largo de la historia. [Fotografía]. En: Syfy. 2016. La Realidad Aumentada (RA)21, Figura 6, aparece gracias a varios proyectos de RV realizados durante los años 1960 a 1990, el término RA surge en 1992, para luego dar a conocer los primeros prototipos. Éstos primeros hasta 2013, se desarrollan prototipos para marketing, turismo, educación, industria y entretenimiento. A partir de 2012 el Hardware (HW) y Software (SW) produce mejoras y nuevas entradas que hacen RA popular. La RA produce una visión directa o indirecta en un entorno
21 Ibid., p. 262.
29
físico del mundo real, cuyos elementos se combinan con elementos virtuales en tiempo real. Genera estímulos visuales en tiempo real para la interacción del usuario, que se superponen sobre el entorno físico.
La RA, se realiza a través de un conjunto de dispositivos que añaden información virtual a la información física existente, es decir, que la realidad física no se sustituye, sino que los datos existentes en la computadora se superponen al mundo real. Estos dispositivos utilizan la visión por computador, el reconocimiento de objetos, la geolocalización y el seguimiento para asociar información artificial almacenada que puede ser recuperada como una capa de información en la parte superior en cuanto la visión del mundo real, haciéndola interactiva y digital. La información virtual se agrega a la información física para enriquecer, mejorar, cambiar e interactuar con la realidad.
Las aplicaciones para RA, como las desarrolladas para el marketing, necesitan dispositivos de visualización SW y HW especiales, asi mismo los dispositivos de captura y activadores también. Las aplicaciones para RA basadas en la visión por computadora pueden ser en sistemas basados en marcadores o sistemas basados sin marcadores, también habrá aplicaciones que usan seguimiento y geolocalización. La visualización se basará en el proyector, utilizando pantallas montadas en la cabeza o simplemente con un navegador. El HW utilizado hoy en día se basa en placas de desarrollo de microprocesadores de bajo costo, dispositivos de videojuegos, teléfonos inteligentes y tabletas, pero también se utilizan PC y portátiles. Cada día hay más proveedores de SW que ofrecen marcos de desarrollo, navegadores, herramientas de creación y bibliotecas SW.
Figura 6. Realidad Aumentada
Fuente: INNOVAE. El juego de Realidad Aumentada, Pokémon GO, arrasa en todo el mundo. [Fotografía]. En: Innovae Blog. 2016.
30
La Realidad Mixta (RM)22 Figura 7 , es un concepto que nace a partir de la definición de Continuo de Virtualidad. Todo entre RA y Virtualidad Aumentada se llama RM. RM no sólo permite la interacción del usuario con los entornos virtuales, sino que incluso permite que los objetos físicos del entorno inmediato del usuario sean elementos para interactuar con dicho entorno virtual. RM incluirá todo lo que no es sólo RV o aplicaciones de RA.
Figura 7. Realidad Mixta
Fuente: GARCÍA, Albert. Así funciona la “realidad mixta” de Microsoft. [Fotografía]. En: La Vanguardia. 2016. 6.2 PERIFÉRICOS NO TRADICIONALES
La RAE define a los periféricos como “Aparato auxiliar e independiente conectado a la unidad central de una computadora”23 y tradicional como “Que sigue las ideas, normas o costumbres del pasado”24. Por lo cual se puede entender como periféricos tradicionales todos aquellos dispositivos de entrada de datos, los cuales ya han creado un modelo mental de uso dentro del colectivo, tales como:
● Mouse
● teclado
● joystick
● micrófono 22 Ibid., p. 264. 23 Periférico. [en línea]. Real Academia Española, 2018, [consultado el 23 de marzo de 2017] Disponible en internet: https://goo.gl/4P5x2V. 24 Tradicional. [En línea]. Real Academia Española. 2018, [consultado el 23 de marzo de 2017] Disponible en internet: https://goo.gl/IwsgVl.
31
● webcam
● mando para videojuegos, etc.
Al tratarse de un sistema de RVM que le permitirá al paciente tener autonomía durante las sesiones, los periféricos tradicionales no se adaptan con la meta trazada para la implementación de dicho sistema, por lo que se entra a considerar el uso de periféricos no tradicionales que se pueden ajustar mejor a las necesidades del proyecto y que le permitan a los usuarios sentir total libertad de controlar sus acciones durante las actividades en cuanto a las sesiones de rehabilitación durante la experiencia con el sistema. Los distintos periféricos para tomar en cuenta son:
● Kinect 1
● Kinect 2
● Emotiv
● Makey makey
● MYO ● Leap Motion, entre otros.
6.3 DISPOSITIVO ELECTROMECÁNICO
La Mecatrónica es un concepto que enfatiza la necesidad de integración y de una intensa interacción entre diferentes ramas de la ingeniería. Es una tendencia relevante del diseño que tiene una marcada influencia en el proceso de desarrollo del producto. Así, la mecatrónica no es una nueva disciplina, sino un enfoque de la aplicación de las últimas técnicas en ingeniería mecánica de precisión, teoría del control, ciencias computacionales y electrónica al proceso de diseño para la creación de productos más funcionales y adaptables.
Arbeláez y Mendoza25 afirman que las disciplinas centrales de la Mecatrónica están establecidas por su mismo nombre, mecánica y electrónica. Literalmente, el término “meca” se debe entender como un amplio aspecto de la ingeniería mecánica, 25 ARBELÁEZ, Osiel y MENDOZA, Jairo. La ingeniería mecatrónica por ciclos en Colombia. [En línea]. En: Universidad Tecnológica de Pereira. Scientia et Technica Año, Vol. 13, No. 35, agosto, 2007, ISSN 0122-1701, [consultado el 27 de marzo de 2017]. Disponible en internet: https://goo.gl/4x7STn.
32
mientras que por “trónica” se debe entender un conjunto de disciplinas relacionadas con la microelectrónica y las tecnologías de la información.
Un dispositivo mecatrónico aplicado a la rehabilitación funciona como soporte para el fisioterapeuta para el proceso de mejoramiento del desempeño de los discapacitados frente a su aflicción. En su mayoría, los dispositivos mecatrónicos centrados en la rehabilitación son activos o pasivos, lo que significa que pueden o no contener un sistema de control para la activación de sus actuadores.
Los dispositivos mecatrónicos orientados a la rehabilitación contribuyen a la mejora del desempeño en cuanto a la recuperación de una persona, posteriormente de haber sufrido algún tipo de enfermedad o lesión. Gran parte de estos dispositivos se adaptan a la parte del cuerpo del paciente según su necesidad, en conjunto de un sistema de monitoreo de la posición y velocidad, brindando la ejecución de rutinas seguras al discapacitado. En 1987 se empezó a desarrollar e implementar robots para el uso en rehabilitación demostrando ser un instrumento útil y eficiente en la recuperación del movimiento corporal.
6.4 RVM PARA LA REHABILITACIÓN
Según Moreno26, actualmente la realidad virtual es altamente empleada en rehabilitación, generando investigaciones y aplicaciones que contribuyen en esta rama de la medicina. La terapia basada en realidad virtual cuenta con un contexto funcional, concreto y estimulante para los pacientes, trayendo un beneficio directo tanto al paciente como al terapista por la adaptabilidad que tienen estos sistemas. Las tecnologías de punta son empleadas para la producción de ambientes simulados interactivos y multidimensionales. Los dispositivos visuales como monitores y lentes, dispositivos hápticos, hardware para el seguimiento corporal, entre otras, son introducidos para sumergir al paciente en un entorno virtual y dotarlo de la capacidad de modificarlo en función de metas a cumplir, la mayoría de las aplicaciones que involucran la rehabilitación sirven como herramientas de apoyo para la ejercitación de las habilidades motrices.
El paciente vinculado al programa tiene la difícil tarea de realizar entrenamiento físico repetitivo y no recibe de manera oportuna suficiente información sobre su desempeño, así como una motivación adecuada para afrontar con entusiasmo y disciplina cada una de sus sesiones. La deserción del programa resulta costosa e 26 MORENO Francisco, et al. Un framework para la rehabilitación física en Miembros superiores con Realidad Virtual. Venezuela. Centro de computación gráfica, escuela de computación. Facultad de Ciencias. Universidad Central de Venezuela Caracas. 2013.
33
impide el logro de los objetivos, por lo que debe ser tratada y reducida al mínimo. Por otro lado, el personal médico debe realizar tareas de recolección de datos de manera manual de los diferentes equipos presentes en la sala. Igualmente deben estar pendientes del desempeño de cada uno de los participantes, por lo que no es posible asignar más de un número determinado de personas a cada terapeuta limitando el acceso a más pacientes que sean elegibles para participar en el programa.
Ortiz27 plantea que se debe aligerar la tarea de los terapeutas usando nuevas herramientas, lo que sin duda aumentará la calidad del servicio que brindan y permitirán mayor cobertura sin aumentar riesgos a cada individuo participante.
Por otro lado, el Dr. Sergio Albiol Pérez28 en su tesis de Doctorado en el año 2014 habla de los buenos resultados que se obtienen de la línea de investigación en cuanto a las mejoras por parte de los pacientes a nivel cognitivo y a nivel motor, junto con los métodos terapéuticos habituales, permiten innovar en un nuevo campo fuera de los límites de la medicina tradicional conocido como Virtual Motor Rehabilitación (VMR) o en español Rehabilitación Virtual Motora (RVM).
Por medio de la implementación de técnicas de RVM se ha demostrado que incluso pacientes con DCA crónicos han obtenido una mejoría altamente significativa y similar a pacientes agudos, en experimentos realizados durante procesos de rehabilitación, en conjunto de evaluaciones clínicas ejecutadas en el Hospital Valencia al Mar y el Instituto Valenciano de la Discapacidad. También se evidenció que, para conseguir una disminución de las alteraciones motoras y una adecuada recuperación motora, las terapias deben de estar centradas en la realización de ejercicios repetitivos, intensos y una retroalimentación de los logros alcanzados, permitiendo una mejoría dentro de las técnicas de rehabilitación tradicionales al generar entornos virtuales que simulen la realidad y les permitan a los pacientes completar retos que emulen acciones cotidianas y funcionales. “Los diversos estudios realizados, muestran como los serious games ayudan a motivar los pacientes en terapias de rehabilitación y que los resultados de estas terapias en pacientes motivados son mejores. En terapias a largo plazo, es común la
27 ORTIZ, Miguel Ángel. InTrainer, Sistema de rehabilitación cardiaca aumentado por realidad virtual. España. Universidad del País Vasco, Euskal Herriko Unibertsitatea, Departamento de Ciencia de la Computación e Inteligencia Artificial. 2010. 28 ALBIOL, Sergio. Rehabilitación Virtual Motora: Una evaluación al tratamiento de pacientes con Daño Cerebral Adquirido. [En línea]. Tesis doctoral. España. Universidad Politécnica de Valencia, 2014, 180 p. [consultado el 21 de Marzo de 2017]. Disponible en internet: https://goo.gl/E3yDCn.
34
desmotivación de los pacientes.”29
6.5 REHABILITACIÓN EN PACIENTES CON PÉRDIDA TEMPORAL DE LA LOCOMOCIÓN EN LA ARTICULACIÓN (RODILLA)
Para realizar un dispositivo electromecánico efectivo, que sea capaz de cumplir con la debida rehabilitación de la lesión a tratar, se entrevistó a la fisioterapeuta Cindy Lorena Arroyo Herrera, graduada de La Escuela Nacional del Deporte, quien en estos momentos labora en el centro de medicina deportivo. La rodilla naturalmente debe realizar 2 únicos movimientos: extensión y flexión. La realización de estos dos movimientos involucra un conjunto de músculos que se encuentran en la parte superior de la rodilla (cuádriceps, isquiotibiales, aductores y abductores). Para que la rodilla logre una óptima estabilidad, es de vital importancia que estos músculos se encuentren en armonía y tengan el debido tono (fortalecimiento muscular), para así evitar cualquier tipo de lesión.
La pérdida temporal del movimiento en una articulación es generada por contracciones musculares que impiden o disminuyen el movimiento normal de esta. La discapacidad ocurre en diferentes escenarios de la vida cotidiana: en el momento en el que el paciente sufre algún accidente en el cual todo el impacto es recibido por la articulación, cuando el paciente ha sido sometido a un trasplante total de la articulación y, cuando el paciente convive con un dolor articular sin tratar por mucho tiempo provocando la atrofia de esta. Para lograr devolverle al paciente el movimiento normal de la articulación, este debe someterse a un proceso de rehabilitación, el cual se divide en tres fases:
• Disminución de la inflamación a través de medios físicos (frío-calor), inicio de la movilidad de la articulación (terapia pasiva asistida) • Fortalecimiento muscular, trabajo isométrico (estabilizar articulación). • Fortalecimiento muscular, trabajo de repeticiones (armonía del tono muscular que influyen en la estabilidad de la articulación).
Según Arroyo Herrera, el tiempo que dure el paciente en cada fase, depende de la patología y el grado de dolor que esté presente.
29 I CAPÓ, Op. cit., p. 167.
35
7 IDENTIFICACIÓN DEL CONTEXTO
7.1 PERFILES DE USUARIO
Para el desarrollo de los perfiles de usuario, se hizo un estudio de las personas que asisten al centro de rehabilitación, tanto de pacientes que utilizarán el dispositivo, como los fisioterapeutas, quienes son los responsables directos de la recuperación del paciente.
Se observó a las distintas personas que ingresaban al lugar para identificar características generales y también se realizaron entrevistas (ver anexo D) a éstos para obtener información detallada la cual se condensa en la Tabla 1.
Tabla 1. Perfiles de usuario
Fisioterapeuta Paciente
Edad 28 22
Estrato Social 4 2
Estado Civil Soltero/a Soltero/a
Grado de Estudios
Universitario (Maestría). Bachiller.
Ocupación Fisioterapeuta y deportista. Deportista.
Tecnología Computador, celular y televisor. Celular, televisor y computador.
Hobbies Leer, escuchar música, cantar, ver televisión y hacer ejercicio.
Leer, hacer ejercicio, ir a cine, ver televisión, Netflix, bailar, escuchar música y las redes
sociales.
Motivaciones Ver la mejora de sus pacientes, su familia, seguir estudiando, tener reconocimiento y seguir haciendo deporte a nivel profesional.
Luchar por cumplir sus metas, la pasión por el deporte, el
movimiento, la familia y salir adelante.
36
Tabla 1. (Continuación)
Expectativas Brindar mejor vida a sus padres y a sí misma, tener su propio
consultorio, aumentar sus conocimientos como profesional fisioterapeuta y ser medallista
olímpica.
Ser campeón en su deporte, ejercer su profesión fuera del país y ser campeón olímpico.
Restricciones La falta de recursos por parte de la institución y falta de tiempo para poder realizar
todas las metas propuestas.
Falta de apoyo económico por parte de las instituciones, lesiones y falta de tiempo.
Recursos Conocimientos en el área del deporte. apoyo familiar y
propios.
Habilidad, apoyo de los entrenadores, la liga, familia y
propios.
Fortalezas No darse por vencida, tener buena actitud, empatía,
solidaridad, paciencia con los pacientes, buen manejo del
tiempo y organización.
Disciplina, dedicación y talento.
Debilidades Falta de tiempo para realizar las metas e impaciencia a la hora de tener falta de conocimiento.
Mentalidad (baja autoestima), ser influenciable y la falta de
trabajo en equipo.
Fuente: elaboración propia.
Después de ver los resultados podemos evidenciar que la mayoría son personas jóvenes entre los 20 y 30 años. Les interesa mucho el deporte y salir adelante profesionalmente. Es muy importante la familia como un apoyo incondicional para cumplir sus metas, las cuales están ligadas a ser los mejores en su profesión.
37
7.2. MAPAS DE EMPATÍA
Figura 8. Mapa de empatía – Fisioterapeuta
Fuente: elaboración propia
Con la Figura 8, se concluye que; los fisioterapeutas por su parte son personas que están en constante estudio, obteniendo experiencia y mejorando las habilidades en su trabajo. Les importa siempre el bienestar del paciente y les preocupa que no terminen adecuadamente los procesos de rehabilitación. Piensan mucho en un futuro como independientes, en el cual sea dueños de propio consultorio, donde tengan las herramientas y el tiempo necesario para realizar las rehabilitaciones.
38
Figura 9. Mapa de empatía – Paciente
Fuente: elaboración propia
Teniendo en cuenta los resultados de la Figura 8, En cuanto a los pacientes, sabemos que son deportistas a los cuales les importa siempre encontrarse en el mejor estado físico posible, con la meta de ser campeón en su deporte y por ende es muy importante para ellos tener una excelente recuperación de las lesiones que se les presenten. Les aterra no poder volver a practicar su deporte y tienen constante miedo al fracaso.
39
8 DEFINICIÓN DEL PROYECTO
La misión es desarrollar un dispositivo electro mecánico virtual programable que permita realizar rehabilitación a pacientes artrosis severa en articulación inferior (rodilla) de manera autónoma, de modo que este, sea capaz de ejecutar las terapias necesarias para que el paciente recobre la movilidad normal de su rodilla mientras se ve inmerso en un entorno virtual, de la misma forma se desea involucrar al fisioterapeuta con una interfaz capaz de realizar el monitoreo de las sesiones para que la terapia sea efectiva e involucre al paciente para así motivar su recuperación.
8.1 DESCRIPCIÓN DEL PRODUCTO
Dispositivo electromecánico para la rehabilitación en miembro inferior (rodilla) para personas con pérdida momentánea de movimiento.
8.2 PROPUESTA DE VALOR
El dispositivo disminuye el esfuerzo físico que debe realizar el fisioterapeuta en la rehabilitación de pacientes con lesiones de rodilla.
● El dispositivo realiza de manera autónoma el debido fortalecimiento delpaciente.
● El dispositivo proporciona al fisioterapeuta herramientas para el debidocontrol de la terapia sobre el paciente.
8.3 SUPOSICIONES Y RESTRICCIONES
● Los motores deben permitir realizar la terapia de manera eficiente.
● El dispositivo debe tener una interfaz HMI (Interfaz Hombre-Maquina) quepermita su programación.
● La estructura debe estar acorde a las medidas antropométricas del promediocolombiano.
40
8.4 INVOLUCRADOS
• Compradores y usuarios
● Distribuidores y vendedores
● Fabricantes y personal de mantenimiento ● Agencias reguladoras ● Centros especializados en el área de rehabilitación.
Figura 10. Diagrama CVCA (Customer Value Chain Analysis).
Fuente: elaboración propia En el diagrama mostrado en la Figura 10 describe el proceso que se debe llevar a cabo para que el producto llegue al usuario, mostrando el flujo de dinero, información, materiales y producto. Es evidente que las dependencias más importantes son compra de producto y tienda de ventas y productos, debido a que por ellos se mueve gran cantidad de información se denota que son importantes para desarrollar los procesos que finalmente permite que el producto llegue al usuario.
41
Cabe denotar que las dependencias proveedores y agencias de publicidad son agentes externos a la estructura de la empresa, pero gracias al outsourcing se vuelven relevantes para nuestro proceso.
8.5 IDENTIFICACIÓN DE NECESIDADES
De acuerdo con las necesidades manifestadas por los profesionales de la salud, entre ellos fisioterapeutas, médicos y fisiatras, existe una necesidad latente de tener un mejor control sobre el desarrollo de la terapia de rehabilitación, de tal manera que esta sea más objetiva y permita realizar sesiones de terapia con metas medibles. Adicional a esto, se realizó un brainstorming por parte del equipo de trabajo Tabla 2, con el fin de realizar la recopilación y organización de la información donde se identificaron algunas necesidades que el dispositivo pueda solucionar y beneficios adicionales que este pueda brindar.
Tabla 2. Interpretación de necesidades
No. Necesidad
Planteamiento de los clientes
Identificación de la necesidad
Relevancia
1 Que diga si la lesión va mejorando o empeorando y
que permita ver el tiempo que lleva cada sesión.
El sistema permita el monitoreo de la sesión en ejecución. 9
2 Que tenga la capacidad de manipular cualquier tipo de
pierna.
El sistema debe contar con la potencia suficiente para
manipular cualquier tipo de pierna
3
3 Que informe sobre la terapia que está realizando y que se
está trabajando con ella.
El sistema debe generar una retroalimentación visual para el
usuario.
9
4 Que me permita sentirme en un ambiente más agradable.
El sistema debe ser inmersivo para que el usuario pueda
realizar sus sesiones de forma agradable.
3
5 Que el sistema se pueda adaptar a cualquier tipo de
pierna
El sistema debe adaptarse a cualquier tipo de pierna.
3
42
Tabla 2. (Continuación)
6 Que el sistema provoque en el usuario el deseo de realizar la
rehabilitación
El sistema debe contar con metodologías gamificación que
genere sesiones de rehabilitación más agradables.
9
7 Que el sistema permite realizar sesiones de terapia
óptimas mostrando resultados, adaptándose a las
distintas etapas de la rehabilitación
El sistema debe adaptarse a las etapas de rehabilitación del
usuario.
9
8 Que se pueda realizar la terapia en el sitio donde el
paciente se sienta más cómodo
El sistema debe ser portable para realizar la rehabilitación
en cualquier lugar
3
9 Que el sistema me permita ver el progreso de la
rehabilitación
El sistema debe medir variables físicas de cada usuario para obtener su
progreso en la rehabilitación
9
1
Que me permita administrar el proceso de cada paciente
El sistema debe permitir configurar fases para el
proceso de rehabilitación del paciente
3
1
Que el sistema se controla con un dispositivo externo de tal forma que el paciente lo
pueda manipular
El sistema debe permitir al usuario manipular el
dispositivo electromecánico de manera remota
3
1
Que el sistema realice los movimientos sobre la pierna
según la sesión de rehabilitación
El sistema debe realizar los ejercicios de la sesión de
forma autónoma
9
1
Que el dispositivo informe al paciente el estado de la
terapia
El dispositivo debe ser preciso 9
1
Que el dispositivo no sea difícil de manejar
El dispositivo debe ser de fácil manipulación
3
43
Tabla 2. (Continuación)
1 Que el dispositivo se adapte al esfuerzo que debe realizar
el paciente
El dispositivo debe ser de velocidad variable
3
1 que el sistema no vaya a generar ningún daño físico al
paciente
el dispositivo debe ser seguro 9
Fuente: elaboración propia
8.6 LISTADO DE NECESIDADES:
● El sistema permita el monitoreo de la sesión en ejecución.
● El sistema debe contar con la potencia suficiente para manipular cualquiertipo de pierna.
● El sistema debe generar una retroalimentación visual para el usuario.
● El sistema debe ser inmersivo para que el usuario pueda realizar sussesiones de forma agradable.
● El sistema debe adaptarse a cualquier tipo de pierna.
● El sistema debe contar con metodologías gamificación para generar sesionesde rehabilitación más agradables.
● El sistema debe adaptarse a las etapas de rehabilitación del usuario.
● El sistema debe ser portable para realizar la rehabilitación en cualquier lugar.
● El sistema debe medir variables físicas de cada usuario para obtener suprogreso en la rehabilitación.
44
● El sistema debe permitir configurar fases para el proceso de rehabilitación del paciente.
● El sistema debe permitir al usuario manipular el dispositivo electromecánico de manera remota.
● El sistema debe realizar los ejercicios de la sesión de forma autónoma
● El dispositivo debe ser preciso.
● El dispositivo debe ser de fácil manipulación.
● El dispositivo debe ser de velocidad variable.
● El dispositivo debe ser seguro.
Se genera un nuevo listado de necesidades Tabla 3, agrupadas por su similitud, y se le asigna una descripción más general:
Tabla 3. Agrupación de necesidades
No. Necesidad
Planteamiento de los clientes
Identificación de la necesidad
Relevancia
1 ● Que diga si la lesión va mejorando o empeorando y que permita ver el tiempo que lleva cada sesión.
● Que informe sobre la terapia que está realizando y que se está trabajando con ella.
● Que el dispositivo informe al paciente el estado de la terapia
El sistema permita el monitoreo de la sesión en ejecución Tanto al paciente como al Fisioterapeuta. (precisión)
9
45
Tabla 3. (Continuación)
2 Que tenga la capacidad de manipular cualquier tipo de pierna.
El sistema debe contar con la potencia suficiente paramanipular cualquier tipo de pierna
3
3 ● Que me permitasentirme en un ambientemás agradable.
● Que el sistema provoqueen el usuario el deseo derealizar la rehabilitación
El sistema debe ser inmersivo para que el usuario pueda realizar sus sesiones de forma agradable.
9
4 Que el sistema se pueda adaptar a cualquier tipo de pierna
El sistema debe adaptarse a cualquier tipo de pierna.
3
5 ● Que el sistema permiterealizar sesiones deterapia óptimasmostrando resultados,adaptándose a lasdistintas etapas de larehabilitación
Que me permita administrar el proceso de cada paciente
El sistema debe adaptarse a las etapas de rehabilitación del usuario.
9
6 Que se pueda realizar la terapia en el sitio donde el paciente se sienta más cómodo
El sistema debe ser portable para realizar la rehabilitación en cualquier lugar
3
7 Que el sistema me permita ver el músculo que estoy trabajando y su estado
El sistema debe medir variables físicas de cada usuario para obtener su progreso en la rehabilitación
9
46
Tabla 3. (Continuación)
8 Que el sistema se pueda controlar con un dispositivo externo de tal forma que el paciente lo pueda manipular
El sistema debe permitir al usuario manipular el dispositivo electromecánico de manera remota
3
9 Que el dispositivo no sea difícil de manejar
El dispositivo debe ser de fácil manipulación
3
10 Que el dispositivo se adapte al esfuerzo que debe realizar el paciente
El dispositivo debe ser de velocidad variable
3
11 Que el sistema no vaya a generar ningún daño físico al paciente
el dispositivo debe ser seguro
9
12 Que el sistema le diga al paciente si está haciendo bien los ejercicios dentro del mundo virtual
El sistema debe tener retroalimentación visual para mejorar la experiencia del usuario.
9
Fuente: elaboración propia. Tabla 4. Listado de Métricas
No. Necesidades Métricas Asociadas Importancia Und. Medida
1 Ángulo Actual 3 °
2 Espacio en realidad virtual 9 m3
3 Torque 9 Kg-cm
4 Uso del producto por usuario 3 Uso por sesión
5 Velocidad Angular 9 °/s
47
Tabla 4. (Continuación)
6 Tiempo de instalación 3 Min
7 Rango de longitud de pierna 3 cm
8 Ancho 1 cm
9 Grado de aislamiento eléctrico 3 Clase
10 Temperatura de la extremidad 1 °C
11 Número de repeticiones por minuto 3 rep/min
12 Tiempo de ejecución de la terapia 3 min – h
13 Apariencia del producto 1 Lista
14 Peso del producto 3 kg
15 Cantidad de ejercicio programables 3 Lista
16 grado de satisfacción del usuario 9 subj
Fuente: elaboración propia.
Teniendo como referencia la Tabla 4, se procede a realizar la matriz QFD Tabla 5, que permite encontrar la relación entre las necesidades y las métricas planteadas anteriormente y donde se condensa toda la información relevante como las unidades de las métricas.
Ver tabla 5.
48
Tabla 5. QFD
Fuente: elaboración propia.
8.7 REQUERIMIENTOS
8.7.1 Requerimientos funcionales
A continuación, se enumeran los requerimientos funcionales Tabla 6, que determinan lo que debe hacer el sistema y los servicios que debe proveer, para darle respuesta a los objetivos del proyecto. Estos requerimientos deben especificar el cómo se ayudará al paciente a tener una sesión de rehabilitación que lo motive a terminar el proceso.
Ver tabla 6.
49
Tabla 6. Evaluación de requerimientos funcionales
N° Requerimientos Prioridad
RF1 El dispositivo debe facilitar al paciente el movimiento de la pierna durante la sesión para realizar los ejercicios de rehabilitación
Alta
RF2 El sistema debe permitir al usuario elegir un ambiente donde se sienta cómodo para realizar sus sesiones de rehabilitación Alta
RF3 El sistema debe permitir al usuario seleccionar el número de repeticiones que deberá realizar durante la sesión de rehabilitación.
Alta
RF4 El sistema debe permitir al usuario seleccionar la velocidad a la que el dispositivo realizará el torque del motor, según la intensidad que requiera para la sesión de rehabilitación.
Alto
RF5 El sistema debe mostrar al usuario un ambiente realista según su elección para mayor inmersión. Bajo
RF6 El sistema debe mostrar al usuario su progreso durante la sesión de rehabilitación para que en todo momento éste sepa cuantos ejercicios le hace falta
Medio
RF7 El sistema debe permitir al usuario en cualquier momento detener la sesión y enviarlo al menú principal nuevamente Medio
RF8 El sistema debe utilizar la metodología de gamificación para que el usuario se sienta motivado a continuar con las sesiones de rehabilitación con el sistema
Alto
Fuente: elaboración propia.
8.7.2 Requerimientos no funcionales
Se entiende como requerimientos no funcionales Tabla 7, aquellos que generan una propuesta de valor para el sistema en general. La siguiente tabla enlista los requerimientos que deberían generar un alto impacto en la experiencia con el sistema, lo cual afectara de forma positiva tanto al paciente como al fisioterapeuta.
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Tabla 7. Evaluación de requerimientos no funcionales
N° Requerimientos Prioridad
RNF1 El dispositivo debe adaptarse a la pierna del paciente para su comodidad
Medio
RNF2 El sistema debe adaptarse a las etapas de rehabilitación del usuario a medida que progrese en las sesiones
Alto
RNF3 El sistema debe ser portable para que el fisioterapeuta realice la rehabilitación en cualquier lugar
Medio
RNF4 El sistema debe permitir manipular el dispositivo electromecánico de manera remota al usuario para mejorar la inmersión en el entorno virtual
Alto
RNF5 El sistema debe ser lo suficientemente usable para que los pacientes y los fisioterapeutas aprendan a interactuar fácilmente con él
Medio
RNF6 El sistema debe mostrar al paciente retroalimentación visual para mejorar la experiencia del usuario
Alto
RNF7 El sistema debe permitir monitorear al paciente durante la sesión para verificar su progreso
Bajo
RNF8 El dispositivo debe tener la potencia suficiente para mover la pierna del paciente durante las sesiones de rehabilitación
Alta
RNF9 El sistema debe ser inmersivo para que el usuario pueda realizar sus sesiones de forma agradable.
Alta
RNF10 El sistema debe medir variables físicas de cada usuario para obtener su progreso en la rehabilitación.
Bajo
RNF11 El sistema debe permitir al usuario regular la velocidad del torque para no hacerse daño.
Alto
RNF12 El dispositivo debe ser seguro para la salud paciente para no perjudicar su progreso en la rehabilitación
Alto
Fuente: elaboración propia.
51
9 GENERACIÓN DE CONCEPTOS
Determinadas las necesidades clave, las relaciones y restricciones, se procedió a descomponer el dispositivo en funciones Figura 11, de modo tal que se puedan plantear de forma más hábil, ya que las ventajas y desventajas de cada uno van desencadenando posibles soluciones que pueden cumplir con las necesidades establecidas inicialmente.
Figura 11. Caja Transparente
Fuente: elaboración propia
Como se puede observar en la figura 11 con un diagrama de caja transparente del dispositivo definido, el equipo de trabajo procede al desarrollo de alternativas que cumplan con los parámetros y funciones ahí descritas.
9.1 LISTA DE ELEMENTOS PARA LA SELECCIÓN DE CONCEPTOS
Tabla 8. Señal de arranque (periféricos no-tradicionales)
Nombre Descripción Precio
Emotive EPOC+
Es un electroencefalograma inalámbrico de 14 canales, diseñado para investigación contextualizada y aplicaciones avanzadas de interfaz
$799.00 USD
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Tabla 8. (Continuación)
de computadora cerebral proporcionando acceso a matriz densa.
MYO Es un dispositivo portátil de control de gestos y movimiento que le permite tomar el control del teléfono o computadora, sin contacto. Utiliza un conjunto de sensores electromiográficos que detectan la actividad eléctrica en los músculos del antebrazo, combinados con un giroscopio, un acelerómetro y un magnetómetro para reconocer los gestos.
$199.00 USD
Leap Motion
El dispositivo consiste en dos cámaras y tres LED infrarrojos. Estos rastrean luz infrarroja, que está fuera del espectro de luz visible. Los datos toman la forma de una imagen estéreo en escala de grises del espectro de luz infrarroja cercana, separada en las cámaras izquierda y derecha. Cuenta con un software que permite hacer tracking de los objetos detectados dentro del espectro del dispositivo
$90.99 USD
Fuente: elaboración propia.
Tabla 9. Microcontrolador
Nombre Descripción
Arduino MEGA
● Microcontrolador ATmega2560. ● Voltaje de entrada de – 7-12 V. ● 54 pines digitales de Entrada/Salida (14 de ellos son salidas
PWM). ● 16 entradas análogas. ● 256 kB de memoria flash.
Arduino UNO
● Microcontrolador ATmega328. ● Voltaje de entrada 7-12 V. ● 14 pines digitales de I/O (6 salidas PWM). ● 6 entradas análogas. ● 32 kB de memoria Flash. ● Reloj de 16 MHz de velocidad.
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Tabla 9. (Continuación)
PIC ● Núcleos de CPU de 8/16 bits con Arquitectura Harvardmodificada.
● Memoria Flash y ROM disponible desde 256 bytes a 256kilobytes.
● Puertos de entrada/salida (típicamente 0 a 5.5 voltios)● Temporizadores de 8/16/32 bits.
Fuente: elaboración propia.
Tabla 10. Movimiento de pierna (Motor)
Nombre Descripción
Servomotor Servomotor de 30 kg Torque. ● Modelo: SRT1K4A● Torque: 23.8 kg/cm a 4.8V, 30 Kg/Cm a 6 V● Peso: 10 g● Velocidad: 0.10/60º a 4.8 V, 0.09/60º a 6 V● Voltaje: 4.8 V a 6 V● Plug: JR● Velocidad (Seg/60º) 0.09
Motor DC ● Potencia: Es una característica fundamental, es la potencia de salidaen el eje del rotor.
● Voltaje: Se extienden de 1.5 a 1500v, los voltajes mayores seemplean solamente para los motores de usos industriales.
● Frecuencia: Es muy importante en los motores de corriente alterna.En motores industriales se emplean casi siempre 50-60 ciclos.
● Velocidad: La velocidad de rotación de su eje se expresa en rev. Xmin.
● Par: Se llama así a la medida del efecto de torsión producido en eleje del motor es proporcional a la fuerza producida en losconductores de la parte giratoria y a la distancia del eje a la que actúaesta fuerza.
54
Tabla 10. (Continuación)
● Ciclo de servicio: El espacio de tiempo durante el que un motor debe de funcionar con carga y el tiempo en el que está fuera de servicio, si esto ocurre tiene influencia sobre el tamaño del motor.
Elevación de temperatura: La capacidad de elevación de temperatura de un motor se caracteriza por el aumento de la misma por encima de una temperatura ambiente especificada.
Motor paso a paso
● Ángulo de paso: 1,8 grados ● Pasos: 200 por vuelta ● Fases: 4 ● Voltaje: 4.5V ● Corriente: 2A/fase ● Diámetro de eje: 6.35mm ● Holding Torque: 14 Kg/cm ● Formato: NEMA 23
Fuente: elaboración propia.
Tabla 11. Interfaz de realidad virtual
Nombre Descripción Precio
Oculus Rift Oculus Rift es un conjunto de gafas de realidad virtual que funcionan en el computador, se conecta directamente y cuenta con su propio software para configurar y desarrollar
$399.00 USD
Cardboard Es una experiencia de RV que comienza con un visor simple que cualquiera puede construir o comprar.
$2.00 USD
HTC VIVE El HTC Vive es un headset de realidad virtual desarrollado por HTC y Valve Corporation. Usa tecnología de seguimiento a "escala de habitación", lo que permite al usuario moverse en el espacio tridimensional y utilizar controladores de mano con seguimiento por movimiento para interactuar con el entorno.
$499.00 USD
Fuente: elaboración propia
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10 DESARROLLO
10.1 HARDWARE
10.1.1 Parte electromecánica
El sistema electromecánico, está conformado por tres subsistemas:
● Estructura o esqueleto● Recubrimiento● Sistema de fijación
10.1.1.1 Estructura o esqueleto
La unión de dos piezas en forma de “raqueta”, genera una estructura rígida y firme, que permite albergar cada uno de los sistemas restantes. Se implementó en MDF de 9 mm ya que, es un material solido que proporciona buena rigidez y soporta altas carga, además es liviano facilitando así su portabilidad.
Figura 12. Estructura o esqueleto
Fuente: elaboración propia.
10.1.1.2 Recubrimiento
Por medio de un termoformado en poliestireno Figura 13. de 3 mm, ya que, es un material resistente, permitiendo así, un fácil y buen termoformado. Se generó una cobertura, para esto, se realizaron moldes rígidos en yeso, buscando que, en el
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momento que el poliestireno se calentará, tomará la forma de estos. Los recubrimientos, permitieron una mejor visibilidad de la estructura, al ocultar la parte electrónica y darle un aspecto más llamativo.
Figura 13. Recubrimiento en poliestireno
Fuente: elaboración propia.
10.1.1.3 Sistema de fijación:
El sistema de fijación cuenta con cuatro tiras elásticas Figura 14 (a), distribuidas de forma no simétrica, dos en la parte superior (cuádriceps), y dos en la parte inferior (pantorrilla). La flexibilidad que proporciona este tipo de material permite ser ajustado a cualquier tipo de pierna sin importar su grosor. Para sellar el sistema de fijación, se colocan tiras de velcro Figura 14 (b); un bucle en sus puntas, de tal forma que, cuando determine el grosor de la pierna se sujete encontrándose con el gancho.
Figura 14. (a) Tiras Elásticas, (b) Tiras de velcro
(a) (b)
Fuente: elaboración propia.
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10.1.1.4 Plan de validación
Tabla 12. Matriz referencia para validación del prototipo
Matriz de Trazabilidad Prueba 1 Prueba 2 Prueba 3 Angulo actual X
Espacio en realidad virtual X X X Torque X
Uso del producto por usuario X X X Velocidad Angular X
Tiempo de instalación X X X Grado de libertad X
Ancho Grado de aislamiento eléctrico
Número de repeticiones X X X Tiempo de ejecución de la terapia X X X
Apariencia del producto X X X Peso del producto X
Cantidad de ejercicios programables X X Grado de satisfacción del usuario X X X
Fuente: elaboración propia.
10.1.2 Ensamble estructural
10.1.2.1 Estructura o esqueleto
La estructura principal se encuentra dividida en dos partes, la sección superior Figura 15 (a), se ubica en la parte lateral externa del cuádriceps, y la sección inferior Figura 15 (b), que se ubica en la parte lateral externa de la pantorrilla. Ambas tienen un largo de 45 cm, el ancho varió ya que, desde sus extremos hasta el centro, dibujan una especie de gota. Se cortaron en MDF (producto derivado de la madera) con grosor de 9 mm. Figura 15. (a) Sección Superior. (b) Sección Inferior
(a) (b)
Fuente: elaboración propia.
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10.1.2.2 Recubrimiento
El recubrimiento, se realizó en 2 zonas En la sección superior, se realizó un molde tal que, este tuviera la capacidad de ocultar la pila y parte de la madera, de la misma manera se implementó para la sesión inferior, para ocultar toda la parte eléctrica. Se utilizó un poliestireno de 3 mm.
Figura 16. Recubrimiento en poliestireno, de arriba a abajo, parte superior e inferior
Fuente: elaboración propia.
10.1.2.3 Sistema de fijación
Al reemplazar el velcro Figura (a) por cintas elásticos Figura 6 (b), permitió la fácil sujeción de la estructura a la pierna del usuario, además, el material generó mayor comodidad que el anterior. Aunque no se descartó del todo el velcro, ya que, se utilizó de gancho, para el amarre.
Ver figura 17.
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Figura 17. (a) Sujeción en cinta elástica, (b) Fijación en velcro
(a) (b)
Fuente: elaboración propia.
10.1.2.4 Sistema de control
El sistema de control, se implementó a través de un periférico no tradicional llamado MYO, capaz de sensar y leer los movimientos musculares de antebrazo, para así, enviar la información por vía bluethooth a la interfaz gráfica unity, que a su vez, por medio de un microcontrolador (Arduino MEGA), traduce la información y se la envía al motor para que este genere un movimiento de extensión (menor a 180°) empuñando la mano, y flexión (mayor a 0°) abriendo la mano.
Figura 18. MYO - Periférico no tradicional, control del Sistema
Fuente: WEIR, Jhon. The Myo Bracelet – Gesture Control for your devices [en línea]. En: Crunch Wear, 2013, [consultado el 18 de Agosto de 2018]. Disponible en internet: https://crunchwear.com/the-myo-bracel/
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10.1.2.5 Materiales electrónicos
Los materiales electrónicos, se componen de: Un servomotor Figura (a), encargado de realizar el movimiento de la extremidad inferior de la pierna, este se encuentra conectado a una Batería lipo recargable de 7.4 V a 1500 mAh Figura 8 (b), que a su vez se conectan a un Driver de motor Figura (c), permitiendo regular las corrientes externas que genera el motor, para así, evitar que estas dañen el microcontrolador. El microcontrolador Figura (d), es el encargado de recibir y enviar la información del MAYO al servomotor.
Figura 19. (a) Servomotor Batan B1226 (b) Batería lipo recargable 7.4 V 1.5 A (c) Driver l298 (d) Arduino Mega
(a) (b)
(c) (d)
Fuente: elaboración propia.
10.1.3 Ensambles electromecánicos
El ensamble electromecánico, es la parte principal del dispositivo para poder mover la pierna del paciente, en el momento de realizar la terapia, este subsistema debe tener la capacidad y potencia suficiente para llevar la pierna, a los ángulos deseados y estipulados. Tiene como base principal las dos piezas en MDF, unidas por el servomotor Figura 19 (a). La sección superior, se encuentra acoplada a una batería
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lipo recargable Figura 19 (b), por medio de dos cintas de velcro (bucle – gancho), para facilitar el cambio de esta al momento de descargarse. Esta batería es la encargada de proporcionar la alimentación directa al servomotor y driver.
El driver se encuentra ubicado en la sección inferior, a él, llega la señal transmitida por el microcontrolador, para así enviarla al servomotor. El microcontrolador se alimenta por medio del puerto USB del computador, se fija unos centímetros más abajo, para que, entre ellos se coloque el giroscopio, que está conectado a este.
Figura 20. (a) Acople sección superior con inferior por medio del servomotor (b) Acople de Batería a sección superior (c) Acople del sistema de transmisiónelectrónica en sección inferior
(a) (b)
(c) Fuente: elaboración propia.
10.2 SOFTWARE
El sistema cuenta con un entorno virtual desarrollado en Unity3D. Se implementa en este motor de videojuegos ya que se tiene conocimiento previo y buen manejo
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de este. La interfaz gráfica Figura 21, permite seleccionar el ambiente donde se desarrollará el ejercicio, la cantidad de repeticiones y finalmente la velocidad del torque del motor.
Figura 21. Cancha de futbol, interfaz gráfica generada en Unity3D
Fuente: elaboración propia.
La interfaz gráfica y el sistema de control Figura 22, son esenciales para tener pleno control del dispositivo. Desde el punto de vista del usuario, fue diseñado para la interacción directa hombre máquina, y así generar un entorno agradable e interactivo al momento de realizar las sesiones terapéuticas.
Estos dos escenarios, dependen uno del otro, ya que, el sistema de control, es el encargado de generar los movimientos de 90° y 180° grados del servomotor y del manejo y la selección del menú, por medio de un periférico no convencional llamado MYO, que tiene la capacidad de sensar los movimientos realizados por los músculos del antebrazo, utilizando cinco gestos proporcionados por la mano, para así, traducirlos a comandos y, a través de la interfaz gráfica implementada en un programa llamado Unity3D, en el computador, se recibe la información necesaria para el debido control de estos dos elementos.
Además, la interfaz es la encargada de generar una interacción agradable, a través de ella, el paciente se verá envuelto en un entorno de juego, que le permitirá conocer y entender lo que hace y cómo lo hace, y finalmente divertirse.
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Figura 22. Interfaz gráfica y sistema de control, interacción hombre máquina
Fuente: Interacción hombre-maquina [en línea]. En timetoast.com. Science and Technology, [consultado el 18 de Agosto de 2018]. Disponible en internet: https://www.timetoast.com/timelines/interaccion-hombre-maquina-05b62160-c442-472e-aadb-9cb6a80ca6e6
10.2.1 Interfaz gráfica
10.2.1.1 Prototipo de baja fidelidad
Figura 23. Interfaces de prototipo de baja fidelidad
Fuente: elaboración propia
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Primero se realizaron bocetos de baja fidelidad que consistía en 2 pantallas, la primera para elegir la selección de la locación en el entorno virtual y la segunda para realizar la configuración del ejercicio a realizar para la rehabilitación.
La primera interfaz Figura 23, consiste en la selección de las locaciones “cancha” y “piscina”, siendo éstos los lugares donde los deportistas del centro deportivo suelen practicar sus respectivos deportes con mayor regularidad. El usuario podrá desenvolverse en el entorno virtual que le parezca familiar. La segunda interfaz le permitirá al usuario escoger la velocidad del torque del motor para realizar los ejercicios y la selección del número de repeticiones que debe realizar para terminar el ejercicio.
Se mostró a un grupo de 10 personas para recolectar información inicial sobre la usabilidad de la interfaz.
Después de realizar las pruebas de usuario se encontró que era mejor mostrar las interfaces de configuración de repeticiones y velocidad por separado ya que era confuso para los usuarios tener ambas en una sola.
10.2.1.2 Prototipo de alta fidelidad
Se realizaron interfaces de alta fidelidad para probarlas sobre el entorno virtual.
Figura 24. Interfaces de prototipo de alta fidelidad - Selección de locación
Fuente: elaboración propia
Se pensó en un efecto visual para que el usuario supiera en qué momento estaba realizando la selección tanto de la locación como la configuración de los ejercicios de rehabilitación Figura 24.
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Figura 25. Interfaces de prototipo de alta fidelidad – Configuración
Fuente: elaboración propia
Se dividió la selección de número de repeticiones y la velocidad. Para la selección de velocidad se redujeron las opciones a 3 con su descripción. Para la sección de repeticiones inicialmente se pensó inicialmente la posibilidad de realizar ejercicios sin el MYO, luego se pensó que eso le quitaría el poder al usuario de realizar o no los ejercicios y por ende se descartó Figura 25. Adicionalmente se agregaron ejercicios donde el usuario tendría que mantener la pierna extendida durante periodos de tiempo y finalmente la interfaz cambió después de realizar las pruebas de usuario, dando lugar a una interfaz más intuitivas Figura 26. De estas pruebas hablaremos más adelante.
Figura 26. Interfaces de prototipo de alta fidelidad - Selección de ejercicios
Fuente: elaboración propia
10.2.2 Entorno virtual
El entorno virtual fue realizado en Unity3D usando la versión gratuita. Se crearon 5 escenas dentro del proyecto:
● Selección de locación
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● Selección de ejercicio ● Selección de velocidad ● Entorno “Piscina” ● Entorno “Cancha”
10.2.2.1 Selección de locación
Figura 27. Interfaz de selección de locación
Fuente: elaboración propia
Aquí el usuario selecciona a qué locación quiere ir, la cancha o la piscina Figura 27.
10.2.2.2 Selección de ejercicios
Figura 28. Interfaz de selección de ejercicios
Fuente: elaboración propia
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El usuario podrá elegir entre 5 posibilidades Figura 28: ● 10 repeticiones
● 15 repeticiones ● Sostener por 10 segundos ● Sostener por 15 segundos ● Realizar el ejercicio como desee de manera ilimitada
10.2.2.3 Selección de velocidad
Figura 29. Interfaz de selección de velocidad
Fuente: elaboración propia
El usuario podrá elegir entre 3 posibilidades Figura 29:
● Velocidad lenta, el torque se hará más despacio
● Velocidad normal, ● Velocidad rápida
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10.2.2.4 Entorno “piscina” y “cancha”
Figura 30. Captura de entorno “Cancha”
Fuente: elaboración propia
Figura 31. Captura de entorno “Piscina”
Fuente: elaboración propia
/
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Figura 32. Interfaces finales con iconografía
Fuente: elaboración propia
Se utilizaron modelos 3D de una cancha de fútbol y una piscina olímpica de una fuente gratuita (www.cgtrader.com) al igual que el arco y la pelota utilizada en la cancha. Los modelos de los avatares fueron realizados en el software MakeHuman el cual es un open source que permite generar modelos 3D de y el rigging del cuerpo humano.
En esta escena se le permite controlar el movimiento de la pierna al usuario mediante el MYO para extenderla o ponerla en reposo, el usuario tendrá que realizar la cantidad de ejercicios que le indique la interfaz lo cual lo devolverá a la primera escena.
10.2.3 Comunicación serial
Para la comunicación entre el hardware y el software se utilizó la plataforma de desarrollo de Arduino, el cual permite enviar y recibir órdenes mediante el puerto serial del equipo. Se realizó un script que permite escuchar al Arduino las configuraciones que realiza el usuario en la interfaz y en Unity3D se desarrolló un script que recibe los gestos de MYO y se los comunica al Arduino.
70
11 IMPLEMENTACIÓN
Figura 33. Ensamble Final
Fuente: elaboración propia
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11.1 DISEÑO PARA MANUFACTURA Y ENSAMBLE
11.1.1 Diseño para manufactura
Tabla 13. DFM
Fuente: elaboración propia
Costo total materiales del dispositivo: $ 1’039.995.
Costo estimado para precio unitario de venta: $ 4’000.000 teniendo en cuenta la Tabla 13, se determinaron las ventajas y desventajas del dispositivo:
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Ventajas:
● Amigable con el medio ambiente, no se alimenta de corriente eléctrica. ● De fácil uso, es intuitivo. ● Es portable, su estructura permite deformarse de tal forma, que todos los componentes caben en una maleta medio grande. ● Es liviano, permite su transporte sin generar incomodidad, ni cansancio al cargarlo en los brazos/hombros. ● Es agradable, genera una experiencia de juego que permite la interacción hombre máquina. Desventajas:
● La estructura, no encaja en personas con piernas muy gruesas.
● Se necesita mejorar la precisión en la sensada del myo. 11.1.2 Diseño para ensamble
Figura 34. Árbol de ensamble estructura electromecánica
Fuente: elaboración propia
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Figura 35. Árbol de ensamble estructura eléctrica
Fuente: elaboración propia
11.2 MOTORES Y SENSORES
A continuación, veremos algunos de los elementos más importantes para el funcionamiento de todo el sistema.
11.2.1 MYO:
Brazalete capaz de medir los impulsos eléctricos de nuestro brazo los cuales serán enviados al ordenador. Una vez recogidos los gestos ya dependerá del programa para identificar las órdenes.
Tabla 14. Características dispositivo no convencional MYO
Hardware Sensores Sensores EMG de acero inoxidable de grado médico,
IMU de nueve ejes altamente sensible que contiene giroscopio de tres ejes, acelerómetro de tres ejes, magnetómetro de tres ejes.
Leds LED indicadores dobles Procesador Procesador ARM Cortex M4
Retroalimentación Háptica
Vibraciones cortas, medianas y largas
Fuente: Página principal MYO, características técnicas. [En línea]. .myo [Consultado: 12 de abril de 2018]. Disponible en internet: https://www.myo.com/techspecs
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11.2.2 Motor
Es el encargado de efectuar la acción determinada por el sistema, permitiendo así que se efectúe la acción o ejercicio deseado por el usuario.
Tabla 15. Características servomotor B1226
Batan B1226 - Sail Winch Servo
Especificaciones Modulación Análogo
Torque 6.0V: 152.80 oz-in (11.00 kg-cm) Velocidad 6.0V: 0.22 sec/60°
Peso 4.23 oz (120.0 g) Dimensiones Largo: 2.28 in (57.9 mm)
Ancho: 1.10 in (27.9 mm) Alto: 2.05 in (52.1 mm)
Tipo de engrane Plástico Rotación / Soporte Rodamiento simple Rango de rotación 360º
Fuente: Servo Specifications and review. [En línea]. servodatabase [Consultado: 12 de abril de 2018]. Disponible en internet: https://servodatabase.com/servo/batan/b1226 11.2.3. DRIVER: Este driver permite controlar el servomotor suministrando el amperaje que solicita para su funcionamiento, protegiendo al mismo tiempo al Arduino de contracorrientes.
Tabla 16. Características Driver L298N
Fuente: L298N Datasheet. [En línea]. sparkfun [consultado: 12 de abril de 2018]. Disponible en internet: https://www.sparkfun.com/datasheets/Robotics/L298_H_Bridge.pdf
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11.3 DISEÑO PARA EL MEDIO AMBIENTE
Procediendo con la identificación de los puntos más importantes del aspecto ambiental del dispositivo, se realiza la calificación o evaluación de la matriz de productos ambientalmente responsables de este, obteniendo como resultado lo siguiente:
Tabla 17. Matriz para el cálculo del diseño para el medio ambiente
Fuente: elaboración propia
Como se puede observar el dispositivo tiene como puntos más fuertes, la selección de materiales, los residuos líquidos y gaseosos, aspectos que es evidente, cuando se trata de elementos electrónicos y digitales, que no generan este tipo de materiales, al momento de su elaboración y uso. Ahora bien, analizando las debilidades en consideraciones ambientales, se puede observar que el consumo de energía y más los residuos sólidos, son los puntos más críticos que atender; los residuos sólidos son un elemento notable, en la extracción de residuos, manufactura y reciclaje, esto sucede, en el momento de realizar moldes para extrusión, cortes para cintas y secciones.
Así pues, este dispositivo muestra un tota casi del 100%, concluyendo que, su construcción no es enemiga del medio ambiente y que aún hay un porcentaje pequeño en el que se debe trabajar, para llegar al 100% y contribuir positivamente en todos los aspectos.
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11.4 MANUAL DE USUARIO
Tabla 18. Diagrama de Flujo de Operaciones del dispositivo
Fuente: elaboración propia
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11.4.1 Componentes del sistema
Este dispositivo cuenta con tres sistemas principales, los cuales son:
11.4.1.1 Estructura o esqueleto
Es la encargada del soporte para el resto de los sistemas.
11.4.1.2 Sistema de fijación
Es el encargado, de fijar y ajustar la estructura en la pierna del paciente, de tal forma, que esta no se desacomode durante la sesión.
11.4.1.3 Sistema de control e interfaz gráfica
Esta es la parte principal del dispositivo, ya que, es quien permite la interacción hombre – máquina, y genera el movimiento del dispositivo.
Figura 36. Descripción de la Interfaz del Usuario
Fuente: elaboración propia
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12 FUNCIONAMIENTO
Para el manejo del controlador, se deben tener en cuenta la ejecución de las diferentes señas que se deben hacer con la mano y saber para qué sirve cada uno, a continuación, se muestra las señas y la acción que realiza:
12.1 CONTROL DEL CURSOR DEL COMPUTADOR
Una vez encendido el computador, puesto el myo en el antebrazo del paciente y la estructura en la pierna, se realizan los cinco diferentes gestos de la mano, para activar el controlador (MYO), garantizado el correcto funcionamiento de este, el paciente inicia la manipulación del cursor del computador con solo empuñar la mano FIGURA. realizado este paso se inicia el desplazamiento de este con el movimiento del bazo, se energiza el sistema electrónico y el paciente iniciara la interacción. Figura 37. Mano empuñada
Fuente: Myo Developer [en línea]. En: developer.thalmic.com, [consultado el 18 de Agosto de 2018]. Disponible en internet: https://developer.thalmic.com/downloads Para el manejo del controlador, se deben tener en cuenta la ejecución de las diferentes señas que se deben hacer con la mano y saber para qué sirve cada uno, a continuación, se muestra las señas y la acción que realiza. 12.2 SELECCIÓN DE LA ACTIVIDAD EN LA INTERFAZ
Para la manipulación del cursor, sólo resta, como primera instancia, realizar un “chasquido” (Figura 42). con los dedos índice y pulgar para activar el movimiento,
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luego, con solo desplazar el brazo a diferentes direcciones, el cursor seguirá el movimiento.
Figura 38. Movimiento de “chasquidos” de los dedos
Fuente: WEIR, Jhon. The Myo Bracelet – Gesture Control for your devices [en línea]. En: Crunch Wear, 2013, [consultado el 18 de Agosto de 2018]. Disponible en internet: https://crunchwear.com/the-myo-bracel/
12.3 GENERAR EL MOVIMIENTO EN EL SERVOMOTOR
En este caso, se deben realizar dos accione; para que la rodilla se extienda y realice el movimiento hasta casi 180°, se debe doblar la muñeca hacia afuera con los dedos de la mano y la mano, totalmente estirados, mientras que, para doblarla a casi 0°, debe realizar el movimiento contrario; hacia adentro.
Figura 39. Movimiento extensor de la muñeca
Fuente: Myo Developer [en línea]. En: developer.thalmic.com, [consultado el 18 de Agosto de 2018]. Disponible en internet: https://developer.thalmic.com/downloads
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13 PRUEBAS
13.1 PRUEBAS DE USUARIO
13.1.1 Método pensando en voz alta
Después de realizar los prototipos de baja calidad se le pidió a una muestra de 20 personas, la cual es considerada una muestra óptima, siendo superior a 10 (recomendada por los docentes), realizar una prueba de usuario con el método pensando en voz alta, la cual consistió en mostrar las 2 interfaces y pedirles que dijeran todo lo que pensaban que podrían hacer al seleccionar las opciones. Se eligió este método con el fin de obtener las reacciones más genuinas y una retroalimentación más completa por parte de los usuarios, al poder escuchar todo lo que pensaban y hacían durante la experiencia.
Como resultado de la prueba se halló que el 80% comprendió que la primera interfaz funcionaba para elegir un lugar de su preferencia para realizar los ejercicios de rehabilitación y lo que faltaba para comprenderlas mejor podría ser un cambio en el lenguaje y añadiendo una imagen que permitiera comprender mejor la elección. Sin embargo, la segunda interfaz era confusa, ya que un 75% de la muestra pensó que tras elegir una de las opciones de velocidad o cantidad de repeticiones terminaba la interacción con la interfaz. Por lo cual se tomó la decisión de separar la segunda interfaz en 2 interfaces.
13.1.2 Encuestas y método del conductor
Para tener certeza de la fiabilidad del producto final se realizó una encuesta antes (pre-test) y después (post-test) de las pruebas de usuario, a 15 deportistas que padecen este tipo de discapacidad en sus diferentes niveles.
Para iniciar las pruebas, se le muestra el dispositivo completo al paciente y se le pide que responda 5 preguntas, teniendo en cuenta que este, no tiene conocimiento de su funcionamiento.
Con esta encuesta buscábamos responder a una de las principales necesidades; “el dispositivo será intuitivo”; al observar las respuestas de la pregunta ¿qué piensa que puede hacer? (Figura 38), podemos afirmar que se logró el objetivo.
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Figura 40. Pregunta pre-test
Fuente: elaboración propia
Finalizada la primera encuesta, se le pone el dispositivo en la pierna del paciente, la manilla MYO en su antebrazo y las gafas; se realizan las respectivas indicaciones al usuario para su debido uso (se explican los gestos con la mano para la debida manipulación), y se inicia la prueba.
Figura 41. Usuario probando el producto mínimo viable
Fuente: elaboración propia
Con todo listo, energizado, funcionando de forma adecuada y con la utilización de los gestos claros, se le pide al usuario que realice las siguientes acciones:
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● Activar el cursor, y Seleccionar el Entorno de la cancha.
Figura 42. Activar y desplazar el cursor.
Fuente: elaboración propia • Elegir y Seleccionar la actividad de 10 repeticiones
Figura 43. Activar el cursor, y Seleccionar el Entorno de la cancha
Fuente: elaboración propia • Escoger y seleccionar el tipo de Velocidad lenta/normal/rápida
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Figura 44. Escoger y seleccionar el tipo de Velocidad lenta/normal/rápida
Fuente: elaboración propia.
Culminada la prueba, y habiendo terminado una de las sesiones de la terapia, se le pide al usuario que realice una encuesta (post-test). Con esta última encuesta, buscábamos responder a algunas de las necesidades por las cuales se llevó a la realización de este proyecto, teniendo así, los siguientes resultados tanto cualitativos como cuantitativos (ver anexo c):
Tabla 19. Resultados
El dispositivo será cómodo muy cómodo: 53,3 % cómodo: 40 %
No es cómodo: 0 %
El sistema debe ser inmersivo
Si se sintió Inmerso: 80 % No se sintió inmerso: 6,7 %
El dispositivo debe ser de fácil manipulación
Muy fácil (5): 53,3 % Fácil (4): 40 %
Súper Dificil (1): 0 %
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Tabla 19. (Continuación)
El sistema debe ser portable
Si, es de fácil transporte: 86,7 % Tal vez: 13,3 %
El sistema debe tener retroalimentación visual
para mejorar la experiencia del usuario.
Si, repetiría la experiencia: 86,7 %.
Muy satisfactoria la experiencia (10): 66,7 %
Tal vez: 13,3 % Poco satisfactoria la experiencia (1):
0 % Fuente: elaboración propia. Además, el dispositivo contó con la potencia necesaria para mover las 15 diferentes piernas a la que fue sometido se adaptaron con facilidad a cada una de ellas y el usuario podía manipular su pierna de forma autónoma con el solo movimiento de su muñeca. Finalizando este análisis, podemos concluir, que la experiencia con el sistema logró cumplir y satisfacer las expectativas, ya que el 93,33% logró hacer el recorrido de forma exitosa, comprendió la interfaz y entendió lo que debía hacer en el entorno virtual, el dispositivo fue ergonómico y el movimiento del motor no afectó negativamente a los usuarios. Sin embargo, en el 60% de los casos el MYO perdía sincronía o no detectaba correctamente los gestos de los usuarios lo cual afectó parcialmente la inmersión con el entorno virtual al principio de la experiencia. Además, no se logró variar la velocidad del dispositivo, necesidad que a futuro se puede solucionar, modificando la parte de potencia del dispositivo, aumentando la alimentación de este.
A partir de las pruebas se indaga sobre el correcto uso del MYO y se encontró que éste se puede adaptar a cualquier tipo de brazo, permitiendo agregar o remover las unidades de sensores e incluso graduar el agarre del brazo. Así mejorando la sincronía con la experiencia y la comodidad en los usuarios. Adicionalmente se revisa y mejora el código del Arduino graduando la velocidad con la que gira el torque del motor y dando un diferencial entre las dificultades.
13.1.3 Acompañamiento por fisioterapeuta
Durante las pruebas de usuario se pidió acompañamiento y opinión profesional a una de las fisioterapeutas del Centro de Medicina Deportivo de la Liga del Valle. A
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continuación, se expone la retroalimentación dada por la Fisioterapeuta Sindy Arroyo:
Comentarios positivos:
“Con respecto a lo que veo del dispositivo, es muy bueno, es una forma de realizar rehabilitación de forma no convencional que puede llamar la atención de los pacientes, sobre todo los jóvenes o los que no tienen buena adherencia al tratamiento”
“También veo que cuenta con dispositivos de fácil acceso para una IPS o centro de rehabilitación, no muy costosos, como el celular, el computador portátil y los otros componentes”
“El dispositivo no es muy pesado, ni difícil de portar para el paciente”
“En cuanto al objetivo del dispositivo, viéndolo más de la parte de rehabilitación supongo que lo que tratan de reproducir es el biofeedback y es un buen método”
Cosas para mejorar:
“Sin embargo deben de tener en cuenta la fuerza, coordinación y fluidez del movimiento, que es lo que realmente se busca en una rehabilitación integral, veo que la persona está realizando un movimiento de flexión y extensión, pero de manera un poco brusca, poco natural”
A partir de esta primera frase evidenciamos que para una mejora a futuro, se debe incluir la variación en la velocidad del torque del servomotor, teniendo en cuenta que este está siendo controlado por un dispositivo no convencional, MYO, se sabe que su programación requiere de mucho análisis, comandos y tiempo, ya que, además que mientras se tiene en cuenta la velocidad del movimiento, se debe tener cuidado con la posición en donde se genera el movimiento, ya que este cuenta con un giroscopio que permite sincronizar el movimiento físico con el virtual. se debe tener en cuenta que es un prototipo de bajo costo.
“Además que no lo realiza de manera completamente funcional, en el sentido que debería sentir la retroalimentación física de la actividad que está realizando”
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Y finalmente, en esta segunda frase, sabemos que a futuro se debe trabajar en una solución para obtener una retroalimentación háptica para las actividades que realiza el paciente durante la experiencia con el entorno virtual.
87
14 CONCLUSIONES
El producto mínimo viable que sale a partir de este proyecto cumplió con las metas propuestas y es apto para el uso en procesos de rehabilitación de pacientes con artrosis severa en miembro inferior (rodilla). Se considera como una herramienta útil para el fisioterapeuta, el cual le ayudará a generar una mejor experiencia de rehabilitación para sus pacientes. A su vez los pacientes podrán realizar las sesiones de rehabilitación con una nueva tecnología, de manera en la que se verán motivados de terminar su proceso de rehabilitación al sentirse inmersos en una experiencia innovadora.
A partir de las pruebas de usuario pudimos evidenciar un cambio drástico frente a la idea inicial de las interfaces de usuario, lo cual permite una mejor experiencia frente al sistema al tener un flujo intuitivo para los usuarios. A futuro se podría contar con un mejor diseño para la interfaz gráfica, más opciones para las sesiones de los usuarios y una interfaz administrativa que permita ver al fisioterapeuta el progreso de cada paciente y pueda llevar su registro, lo que significa una mejora frente al proceso de rehabilitación de los pacientes.
Las pruebas nos permitieron identificar futuras mejoras que se le puede hacer al dispositivo, aunque el producto final logró cumplir con las necesidades descritas al principio del proyecto, cabe resaltar que es un prototipo funcional que puede adquirir infinidad de mejoras, por ejemplo, en la parte electromecánica, se puede implementar un driver de mayor potencia, motores con mejor capacidad, diseño eléctrico más seguro, y recubrimientos más llamativos.
Al ser un proyecto interdisciplinar, género una experiencia agradable y necesaria en cuanto al trabajo en equipo. Aunque tuvo sus retos, finalmente logramos desarrollar un producto en el cual ambas partes estuvieran satisfechas. A futuro, esto nos servirá frente al entorno laboral, para así, tener la capacidad de trabajar con personas, ideas y conocimientos diferentes.
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ANEXOS
Anexo A. Encuesta Se realizó una encuesta a 20 deportistas del centro de medicina deportivo, que presentan discapacidad motriz. 15 de ellos tenían lesiones tales que no les impedía desplazarse en su entorno y los otros 5 hacen uso de la silla de ruedas, teniendo en cuenta que su marcha no era nula. Se realizaron las siguientes preguntas: 1. ¿Por qué se encuentra realizando las terapias? 2. ¿Qué tipo de lesión presenta? 3. ¿Puede seguir realizando sus actividades cotidianas? 4. ¿Cuántas veces ha abandonado las sesiones? 5. Si la respuesta anterior es afirmativa, ¿Por qué las abandonan? Con estas 5 preguntas, fue posible determinar:
1. ● El 25% de los pacientes, presentaban lesión o alguna molestia en la
articulación de la rodilla. ● Otro 25%, presenta pérdida temporal de las dos extremidades inferiores. ● El 35%, presentaba alguna lesión o molestia en la articulación de la cadera. ● Y el 15%, presentaba fatiga muscular.
2.
● El tipo de lesiones o molestias que se presentaba en la rodilla y en la cadera, era patológica, o por ejecuciones inadecuadas en el gesto deportivo.
3.
● el 75% de los pacientes, manifestaron que necesitaba de ayuda de terceros para poder realizar sus labores cotidianas.
● el 25% manifestó que eso no se lo impedía. 4.
● el 30% de los pacientes, manifestaron que en lo que llevan presentando la lesión, han abandonado las sesiones entre 4-5 veces.
● el 40% de los pacientes, manifestaron que no las han abandonado, pero en ocasiones prefieren no asistir.
● El 20% de los pacientes son constantes en el proceso de rehabilitación. ● El 10% de los pacientes prefieren no ir.
93
5. Las causas del abandono radican; en el no entendimiento de la terapia ya que noentienden el porqué de cada ejercicio, La monotonía en las sesiones aburren laestadía en el centro en donde la realizan, No encuentran motivación para seguirasistiendo a la sesión estipuladas.
94
Anexo B. Encuesta Pre-test
¿Al observar el dispositivo que piensa que puede hacer?
● Pienso que nos puede ayudar a movernos sin necesidad de hacerlo nosotros mismo.
● A la movilidad del cuerpo ● Tiene forma de pierna entonces pienso que puede ayudar a las personas
discapacitadas ● Mover mis articulaciones sin yo hacerlo ● Mover la pierna ● Mover la pierna, sin necesidad de yo hacerlo ● Nada ● Mueve la pierna ● Extiende y flexiona la pierna ● Es un aparato que ayuda a mover la pierna ● Sostener la pierna ● Mover la pierna ● Ayuda a mover un brazo o pierna ● Puede flexionar la pierna sin que yo tenga que hacer fuerza ● Ayuda a ejercitar la pierna
¿El dispositivo te parece amigable?
Fuente: elaboración propia
95
¿Qué sabes de Realidad Virtual (RV)?
● Nada (4) ● No conozco ● No lo conozco ● No sé qué es ● Inmersión por medio de aparatos ● Que es el entorno de los juegos dentro de una pantalla ● Los videojuegos en 3D ● Juegos en 3d ● Cuando uno se pone unas gafas para ver cosas 3d ● Las gafas para ver videojuegos ● No sé qué es ● Casco para meterse en un juego
¿Has tenido experiencias con RV anteriormente?
Fuente: elaboración propia
96
¿Cuál es su percepción del uso tecnológico para realizar sesiones de rehabilitación?
Fuente: elaboración propia
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Anexo C. Encuesta Post-test
¿El dispositivo es cómodo en la pierna?
Fuente: elaboración propia
¿Sentiste dolor diferente al de una rehabilitación normal?
Fuente: elaboración propia
98
¿Sentiste esfuerzo diferente al de una rehabilitación normal?
Fuente: elaboración propia
¿Qué tan fácil de usar es el dispositivo?
Fuente: elaboración propia
¿El dispositivo es de fácil transporte?
Fuente: elaboración propia
99
¿Se sintió inmerso en el entorno virtual?
Fuente: elaboración propia
Repetirías la experiencia
Fuente: elaboración propia
Califique el grado de satisfacción de la experiencia.
Fuente: elaboración propia
100
Anexo D. Encuesta StakeHolders
Preguntas personales:
1. Nombre 2. Edad 3. Estrato social 4. Estado civil 5. Pasatiempos 6. Estudios 7. Ocupación 8. Tecnología con la que interactúa a diario 9. Metas 10. Motivaciones 11. Expectativas 12. Restricciones 13. Recursos 14. Fortalezas 15. Debilidades 16. Miedos
Preguntas Centro Deportivo:
1. ¿Qué puede observar en los pacientes del centro deportivo? 2. ¿Qué oye sobre el trabajo de rehabilitación que realiza? 3. ¿Qué opina del trabajo que se realiza con los pacientes? 4. ¿Qué aporta a su profesión? 5. ¿Cuál es la mayor falencia que percibes en los pacientes? 6. ¿Cuál crees que es el motivo por el cual existe dicha falencia? 7. ¿Cuál es la metodología que emplea para abordar una rehabilitación? 8. ¿Por qué es necesario un proceso de rehabilitación? 9. ¿Cómo afrontan sus pacientes dicha falencia? 10. ¿Con cuáles restricciones te enfrentas al querer innovar en la metodología
para la rehabilitación? 11. ¿Cuál es la metodología que considera se debería implementar para las
rehabilitaciones? 12. ¿Cómo se preparan las sesiones de rehabilitación?
101
13. ¿Cuál es el aspecto más importante para tener una rehabilitación éxitos?14. ¿Cómo fisioterapeuta, crees que la tecnología aporta algo para el proceso
de rehabilitación?15. ¿Qué aspectos crees que serían necesarios en un dispositivo electrónico
para una buena rehabilitación?16. ¿Sería necesario un monitoreo en este, de qué tipo? ¿Qué datos debería
darte?