Estado del arte prótesis de mano



Resumen

La sustitución por pérdida de miembros humanos por artefactos distintos a los naturales es una realidad desde hace años. Es por eso que en este artículo se hace una revisión de los tipos de prótesis de mano que se han desarrollado con diferentes tipos de tecnologías.

Se presenta un prototipo de prótesis de mano activa, plasmada para que el paciente la mueva a través de señales electromiografías provenientes de su brazo. El prototipo propone una mano capaz de flexionar y extender completamente los dedos, movimientos que permiten a los amputados realizar actividades cotidianas, es de gran relevancia el diseño de una prótesis capaz de realizar movimientos similares a los de la mano humana.

Abstract- The substitution for the loss of human rights by artifacts different from the natural ones in a reality for years. That is why in this article there is a review of the types of hand prostheses that have been developed with different types of technologies.

We present a prototype of active hand prosthesis, shaped for the patient through electromyography signals from his arm. The prototype proposes a hand capable of flexing and fully extending the fingers, the movements that allows the amputees to perform daily activities, it is of great relevance the design of prosthesis capable of performing movements similar to those of the human hand.

Índice de términos— Prótesis, Mecanismos, tecnología, mano.

Objetivos

Objetivo General

Introducción

En los años recientes muchos esfuerzos han sido consolidados al diseño, construcción y control de prótesis de mano [8] [9], con diferentes tipos de mecanismos y control, utilizando una variedad de materiales modernos aprovechados por la tecnología actual. [11] [8]

El movimiento de la mano humana se considera como una herramienta mecánica y sensitiva es dinámica pero este se considera estático ya que aquí las fuerzas de inercia son insignificantes con las fuerzas estáticas durante su montaje. [4]

En varios institutos de investigación del mundo existen las nuevas manos robóticas desarrolladas con el avance de la ciencia y tecnología con un financiamiento estable para el desarrollo del día a día, aquí hay una gran cantidad de trabajo en este ámbito ya que se necesitan diferentes estrategias y conocimientos acerca del tema para ir avanzando y lograr el objetivo y llevar a cabo su eficiencia y el comportamiento en los experimentos realizados en cada práctica también tenemos que ver un análisis extenso como ver sus características que habilidades pueden adquirir y sobre todo lo que nos importa sus limitaciones de la misma para con esas características comenzar a desarrollar nuestro prototipo que llevara a ser usado en la vida real.[4]

A la extensa historia de la humanidad, el individuo ha tratado de proporcionar algunas funciones pero jamás de reemplazar un miembro faltante del cuerpo del ser humano, la parte amputada será proporcionada por una que nos brinde el mismo movimiento de manera artificial. Es por eso que en la actualidad se han realizado varios estudios de prótesis la cual debe cumplir las mismas necesidades del miembro faltante sin tener ningún inconveniente.[3]

Una prótesis requiere contar con una serie de características muy específicas que le permitan satisfacer las exigencias a las que debe estar sometida. Desde la antigüedad se han diseñado prótesis de mano, las cuales han ido evolucionando y satisfaciendo de manera cada vez más completa esas exigencias [6] [7]; la principal función que tiene las prótesis es de optimizar la calidad de vida de los pacientes mutilados.

En la actualidad existen campos de la ciencia que se dedican al estudio de las prótesis de mano, es así que para entender sobre estas prótesis es necesario conocer el campo en el que están inmersas[8].

Por ello el objetivo del estudio del arte sobre prótesis de mano es identificar los alcances que se pudieron lograr con el diseño y construcción de prótesis de manos en los últimos años; para ello nosotros vamos a comenzar clasificando con diferentes tipos de prótesis de acuerdo a su principal características, después realizaremos un trabajo investigativo del estado de arte de la prótesis de mano presentemente desarrolladas y por último vamos hablar de los diferentes tipos de materiales que se utilizan en la construcción de las prótesis de manos.

Marco teórico

III.A. RESEÑA HISTÓRICA

Desde hace tiempo atrás se viene realizando prótesis las cuales, al paso del tiempo y el desarrollo en la tecnología se han fabricado de distintos modelos y materiales de acuerdo a su época, la primera prótesis de extremidades superior data del año 2000 A.C., fue descubierta por unos arqueólogos en una momia egipcia, la prótesis en si estaba puesta en el antebrazo la cual estaba adaptada con materiales rústicos de acuerdo a la época. [37] [38] En el año 1400 se adopta por utilizar de manera referente el hierro lo cual llevo a construir la prótesis de mano alt-Ruppin, esta mismo contaba con el pulgar estático en cierta posición puesta por el fabricante y con dos de los dedos flexibles que se colocaban en cierta posición seleccionada por el cliente por un mecanismo y se aseguraban con un sistema de trinquetes. [37] [38][1].

Monografias.com

Figura 1. Prótesis de mano "alt-Ruppin" del año 1400 construida a base de hierro. [37]

Mientras que en 1600 se ve mejorada considerablemente larealización de la prótesis de mano, la cual llevaba un mecanismo sencillo para abrir y cerrar la prótesis de mano que constaba con un sistema de palanca y vale recalcar que fue la primera prótesis móvil artificial de miembro superior la cual fue llamada "Le petit Loraine", el nombre fue optado por su creador un militar francés Ambroise Paré. [37] [38]

Monografias.com

Figura 2. Prótesis de mano "alt-Ruppin" del año 1400 construida a base de hierro. [37]

Se da la primera construcción de la prótesis de extremidad superior autopropulsada la cual surgió en el año 1900, gracias a su diseñador y fabricante el alemán Peter Beil, esta prótesis consta con el movimiento de abrir y cerrar la prótesis de mano, pero a diferencia de la anterior prótesis esta ya no funciona a base de una palanca sino con el movimiento del tronco y del hombro contra lateral. [37] [38] Ahora en la actualidad gracias a la tecnología desarrollada encontramos prótesis a base de sistemas mioeléctricos desarrollados en Rusia en el año 1960, lo cual busca que el amputado haga uso de la prótesis en el ámbito laboral, y también se vio el uso de diferentes sistemas a partir del año 2000 lo cual veremos a continuación en este artículo. [37] [38]

III.B. DEFINICIÓN DEL TIPO DE MANO A MODELAR

En la gran variedad de prótesis existen varios factores que influyen en el nivel de amputación ya que se hace necesario adquirir la prótesis. Para la cual necesitaremos varios tipos de prótesis de mano que se han desarrollado con el conocimiento y la tecnología. [15] [16].

III.B.1. LAS PROTESIS ESTÉTICAS

Prótesis estéticas, también conocidas como prótesis pasivas [17] [18], analizar que no tienen movimiento y solo cubren el aspecto estético del miembro amputado. Aquí podemos ver que estos materiales son empleados por que son muy livianos y no requieren de mantenimiento porque son de piezas móviles. [19]

Monografias.com

Figura 3. Prótesis Estéticas [20].

III.B.2. LAS PROTESIS MECÁNICAS

Las prótesis mecánicas o también llamadas de tiro, son prótesis con dispositivos de principio y cierre mediante cables y cintas de sujetación unidas al cuerpo y las cuales se abren y se cierran por la tracción ejercida por el tensor [20] [21]. Este tipo de prótesis son funcionales pero con delimitaciones de movimientos de tensión por los cuales se controlan mediante correajes que nos permiten el control de las funciones de la mano y el codo a través de los movimientos del muñón y del hombro. [22], [23]

Monografias.com

Figura 4. Prótesis Mecánica [24].

III.B.3. PRÓTESIS ELÉCTRICAS

Las prótesis eléctricas para el funcionamientos de estas se utilizan motores eléctricos en el dispositivo terminal, la muñeca o codo, para el uso de este motor se usa una batería recargable. Es tas s e controlan de formas diversas según sea diseñada, el diseñador puede usar un servo control, Un control con un botón pulsador o un botón con un interruptor de arnés. La combinación utilizada para el control debe ser elegida correctamente ya que de esta depende el costo de su adquisición y reparación del mismo, también existiendo des ventajas y ventajas que son evidentes como es el cuidado a la exposición de un medio húmedo y el peso de la prótesis, como se observa en la Figura5. [26] [25]

Monografias.com

Figura 5. Prótesis Eléctrica [26].

III.B.4. LAS PRÓTESIS NEUMÁTICAS

Estas prótesis son accionadas por un tipo de ácido carbónico comprimido, que nos proporciona una gran cantidad de energía, aunque tenemos que tener en cuenta que nos presenta un gran inconveniente la complicación de sus aparatos accesorios y del riesgo del uso del ácido carbónico. Pero debemos darnos cuenta ante todo que esto es transmitido por un sistema de tubos, las válvulas son ordenadas en un tipo de configuración especial la cual dependerá de una configuración lo cual debe ser asistida por una fisioterapia. [9], [13]

Monografias.com

Figura 6. Prótesis Neumática [27].

III.C. EVOLUCIÓN TECNOLÓGICA

Debido a que en el pasado como en el presente se tenido anomalías en el cuerpo humano tales como no poseer un brazo debido a una mala formación o un accidente, la ciencia a buscado una manera de crear un brazo mediante prótesis en diversos diseños para el discapacitado y así se encuentra métodos o modos para solucionar las condiciones de vida de muchas personas en el ámbito social, y esto incentiva a la ciencia a crear y mejorar los prototipos existentes de extremidades superiores con gran tecnología de acuerdo a sus características las cuales se revisaran a continuación. [30], [23]

III.C.1 PRÓTESIS BIÓNICA I-LIMB

Esta prótesis esta en varios países ya que es la más utilizada porque cumple la mayoría de movimientos básicos de la mano, todos los dedos se pueden mover individualmente menos el pulgar porque tiene un movimiento de 90 grados, esto ayudado mucho a los pacientes ya que les facilita la vida y los ayuda a reincorporar en el ámbito laboral y social. [31], [32], [5], [22], [9].

Monografias.com

Figura 7. Prótesis Biónica I-Limb [9].

III.C.2. PRÓTESIS MICHELANG ELO

La prótesis michelangelo posee un diseño que consta con varios movimientos de la mano, esta prótesis tienen una gran precisión y velocidad, una de las características que le hace especial a este diseño es el movimiento individual de cada dedo, as í como de la muñeca, una de las ventajas de esta prótesis es la resistencia al agua y el movimiento libre de seis grados individual en cada dedo, está construido a base de acero y de aluminio que tiene gran resistencia y con una recubierta de silicona para darle un aspecto no tan áspero. [18], [22]

Monografias.com

Figura 8. Prótesis M ichelangelo. [20]

III.C.3. PRÓTESIS BEBIONIC

Esta prótesis es similar y maneja el mismo concepto que posee la prótesis biónica I-Limb pero con la característica que esta se puede adquirir a menor costo, tiene movimientos individuales en cada dedo lo cual permite obtener 14 posiciones de agarre diferentes de precisión en la prótesis de mano, viene incluido 5 velocidad diseñado con bajo consumo de energía por lo cual es una prótesis que puede ser adquirida por más personas por sus excelentes características y su bajo costo. [19], [14], [33]

Monografias.com

Figura 9. Prótesis Bebionic. [20]

III.C.4. PRÓTESIS CYBERHAND

Esta prótesis es una de las más complicadas al momento de ser incorporadas al cuerpo ya que esta va conectada a los terminales nervios os del brazo amputado por medio de cirugía, por lo cual es costosa y posee la desventaja de ser un poco incómoda para el que la usa debido al aumento de temperatura y pres ión que produce la prótesis de m ano, el diseño de esta prótesis consta de sensores que recolectan la información enviada por el cerebro del paciente hacia la mano artificial, la cual tiene amplificadores de señal que realizan el movimiento en la prótesis . [23], [34], [35], [36]

Monografias.com

Figura 10. Prótesis Cy berHand. [37]

Conclusiones

Con el avance de la tecnología y el estudio sobre los diseños actuales se espera mejorar su desempeño y sobre todo el costo de adquisición, debido a que en la actualidad aun existen limitaciones por sus altos costos, para con ello facilitar la compra para las personas que perdieron una de sus extremidades superiores y así usar el avance tecnología para el beneficio humano y así mejorar la vida de la persona discapacitada.

Bibliografía

[1] Y. Bar-Cohen, "Cuest ión de enfoque en bio-mimét icos ut ilizando polímeros electro activos como músculos art ificiales", Bio inspiración y bio- mimét icos, vol.2, 2007.

[2] C. Borst , M. Fischer, S. Haidacher, H. y G. Liu Hirzinger, "mano DLR II:Los experimen tos y experiencias con una mano antropomórfica", Act as de la Conferencia Internacional de Robót ica y Aut omatización, pp.702 -707, Taipei, T aiwán 2003.

[3] J. P edreño Molina, A. Guerrero González y J. López Coronado, "Est udiode los Sensores t áct iles artificiales Aplicados a la robótica de agarre", pág.9.[Enlínea].Available:http://www.ceaut omatica.es/old/actividades/jornadas/XXI/documentos/003.pd f

[4] L. P uglisi y H. Moreno, "P rót esis robót icas", pág. 10.

[5] P . Richard F, FF. Weir, "Diseño de brazos y manos art ificiales para aplicaciones protésicas," en el manual est ándar de la ingeniería biomédica y design.Chicago, Illinois: Digital Ingeniería LibraryMcGraw-Hill, 2004, cap.32.

[6] C. A. Silva Cast ellanos, J. E. Muñoz Riañoz, D. A. Garzón Alvarado, N. S. Landinez P arra, y O. Silva Caicedo, "Diseño mecánico y Cosmét ico de una prót esis parcial de mano," Revista Cubana de Invest igaciones Biomédicas, no. 1, p. 25, enero / Mar. 2011.

[7] P . Dudley S., Childress, "Aspect os hist óricos de prót esis del miembro accionado," pp . 2-13. [En línea]. Available: http://www.oandplibrary.org/cpo/pdf/19 8501002.pdf

[8] A. Vivas y E. Aguilar, "Modelado geométrico y dinámico De Una pró tesis de mano robót ica," pp1 -6.

[9] J. M. Dorador González, P . Ríos Murillo, I. Flores Luna, y A. Juárez Mendoza, "Robótica y p rótesis inteligentes", Revista Digit al Universit aria de la UNAM, vol. 6, no. 1, p. 15, 2004. [En línea]. Disponible: ht t p://www.revist a.unam.mx/vol.6/num1/art 01/int 01.ht m

[10] T . St ieglitz, M. Schuet tler y K.P . Koch, " Neural prost heses in clinicalApplicat ions.T rends from precision mechanics t owards biomedicalmicrosystems in neurological rehabilitation", Biomedizinische T echnik, vol.49, no. 6, pp. 72 -77, 2004.

[11] T . St ieglit z, K.P . Koch y M. Schuet t ler, " Implant able biomedicalmicrosystemes for neural prost heses", IEEE Engineering in Medicine and Biology Magazine, vol. 24, no. 5, pp. 58 -65, 2005.

[12] M.C. Carrozza, F. Vecchi, S. Roccella, M. Zecca, F. Sebast iani y P .Dario, "The CyberHand: on the design of a cybernetic prosthetic hand to be int erfaced t o t he peripheral nervous syst em", IEEE/RSJ Int ernat ional Conference on Intelligent Robot s and Syst ems, pp. 2642 -2647, Las Vegas, USA, 2003.

[13] J. C. Díaz Montes and J. Dorador González, "Mecanismos de t ransmisión y act uadores ut ilizados en prótesis de mano," pp. 335 –345, Septiembre 2009.

[14] M. A. P érez Romero, " Análisis cinemát ico e implement ación de una mano robótica servo articulada aplicable como prótesis," Maestro en Ciencias en Ingeniería Mecánica con especialidad en Diseño Mecánico, Inst it ut o P olit écnico Nacional, Julio 2011. [Online]. Available: ht t p://www.biblio - sepi.esimez.ipn.mx/mecanica/2011/Analisis

[15] L. Giuseppe, "The st udy of the electromyographic signal for t he cont rol of a prost het ic hand," Mast er"s Degree in Comput er Science Engineering Depart ment of Electronics and Comput er Science Engineering, P olitecnico di Milano,2009-2010.[Online]. Available:ht tps://www.politesi.polimi.it/bit stream/10589/2282/1/201007Lisi.p df

[16] J. T rujillo Covarrubias and V. E. González López," Las prót esis mecánicas," México, p. 7, 2010.

[17] C. A. Quinays Burgos, " Diseño y const rucción de una prót esis robot ica de mano funcional adaptada a varios agarres," Tesis de Maest ría, Universidad del cauca, Facult ad de Ingeniería Electrónica y Telecomunicaciones, P opayan, Colombia, 2010.

[18] M. inSt ep 2005, "The art of making artificial limbs look lifelike," pp. 1 –8, 2005. [Online]. Available:ht t p://www.amput ee coalit ion.org/spanish/easyread/milit ary -inst ep/cosmesis-ez.ht ml.

[19] J. L. Loaiza and N. Arzola, " Evolución y t endencias en el desarrollo de

prótesis de mano," no. 169, pp. 191 –200, Agost o 2011.[Online]. Available:http://www.scielo.org.co/pdf/ dyna/v78n169/a22v78n169.pdf

[20] C. A. Quinays Burgos, " Diseño y const rucción de una prót esis robot icade mano funcional adaptada a varios agarres," Tesis de Maest ría, Universidad del cauca,Facult ad de Ingeniería Elect rónica y T elecomunicaciones, P opayan,Colombia, 2010.

[21] J. M. Dorador Gonzáles, P . Rios Murillo,I. Flores Luna, and A. Juárez Mendoza, " Robótica y pró t esis int eligent es," Revist a Digit al Universit aria UNAM, vol. 6, no. 1, p. 15, 2004.[Online]. Available:htt p://www.revist a.unam.mx/vol.6/num1/art 01/int 01.ht m

[22] J. Ramírez Díaz de León, R. I. Flores Luna, M. García del Gállego, and J. M. Dorador González, " Rediseño de int erfaz para prót esis mecánica transhumeral," pp. 389 –395, Sept iembre 2011. [Online].Available: http://somim.org.mx/articulos2010memorias/memorias2011/pdfs/A1/A1240.pdf

[23] L. Giuseppe, "The st udy of the electromyographic signal for t he cont rol of a prost het ic hand," Mast er"s Degree in Comput er Science Engineering Depart ment of Electronics and Comput er Science Engineering, Politecnico di Milano, 2009 -2010.[Online]. Available: ht t ps://www.polit esi.polimi.it /bit st ream/10589/2282/1/201007Lisi.pdf

[24] C. A. Quinays Burgos, " Diseño y const rucción de una prót esis robotica de mano funcional adaptada a varios agarres," Tesis de Maest ría, Universidad del cauca,Facult ad de Ingeniería Elect rónica y T elecomunicaciones, P opayan,Colombia, 2010.

[25] L. Giuseppe, "The st udy of the electromyographic signal for t he cont rol of a prost het ic hand,"Mast er"s Degree in Comput er Science Engineering Depart ment of Electronics and Comput er Science Engineering, Politecnico di Milano,2009 -2010.[Online]. Available: ht t ps://www.polit esi.polimi.it /bit st ream/10589/2282/1/201007Lisi.pdf [27] V. Bundhoo, " Design and evaluat ion of a shape memory alloy -based t endondriven actuation system for biomimet ic art ificial fingers," Mast er of applied science i t he Department of Mechanical Engineering, Universi t y of Vict oria, 2009.

[26] J. Yang, E. P ena P itarch, K. Abdel Malek, A. P at rick, and L. Lindkvist , " A multifinge- red hand prosthesis," Mechanism and Machine T heory, pp. 555 –581, Enero 2004. [Online]. Availa - ble: ht t p://www.engineering.uiowa.edu/~amalek/ papers/Mult i- hand%20prost hesis.pdf

[27] L. Carvajal, " Diseño de un mét odo para capt urar señales mioeléct ricas de miembros superiores," Florencia-Caquet á, p. 10. [Online]. Available: http://uametodologia.files.wordpress. com/2011/05/art iculo - met odologia2.pdf

[28] R. Okuno, M. Yoshida, and K. Akazawa, " Com - pliant grasp in a myoelectric hand prosthesis," IEEE Engineering in Medicine and Biology Ma- gazine, vol. 24, pp. 48 –56, July-August 2005.

[29] A. Alonso Alonso, R. Hornero Sánchez, P . Es- pino Hurt ado, R. De la Rosa St einz, and L. Lip - t ak, "Entrenador mioeléctrico de prót esis para amput ados de brazo y mano," Mapfre Medicina, vol. 13, no. 1, pp. 11 –19, 2002.

[30] C. P ylat iuk, S. Mounier, A. Kargov, S. Schulz, and G. Bret t hauer, "Progress in t he development of a mult ifunct ional hand prost hesis," P roceedings of t he 26t h Annual Int ernat ional Conference of t he IEEE EMBS, pp. 4260 – 4263, Sept iembre 2004.

[31] P . Vent imiglia (LA& E), " Design of a human hand prost hesis," Bachelor of Art s, Worces- t er P olyt echnic Inst it ut e, Abril 2012. [Online]. Available: http://www.wpi.edu/P ubs/E-project/ Available/E-project-042612-145912/3.pdf

[32] J. P ellet ier, " T ouch bionics i-limb prost heses," Biomedical Engineering, vol. Second P resent at ion, April 2013. [Online]. Available: http://www.ele. uri.edu/Courses/bme181/S13/1Just inP 2.pdf

[33] MEC 11 Raising t he St andard, "Bebionic prosthet ic design," p. 4, August 2011. [Online]. Available: ht t p://dukespace.lib.duke.edu/dspace/ bit st ream/handle/10161/4733/4320Medynski. pdfsequence=1

[34] S. Micera, X. Navarro, J. Carpanet o, L. Cit i, O. T onet , P . M. Rossini, M. Chiara Carrozza, K. P. Hoffmann, M. Vivó, K. Yoshida, and P . Da- rio, " On t he use of longitudinal intrafascicular peripheral interfaces for t he control of cybernetic hand prostheses in amputees," IEEE Engineering in Medicine and Biology Societ y, vol. 16, no. 5, pp. 453 –472, Noviembre 2008.

[35] S. Micera, J. Carpanet o, and S. Raspopovic, " Con - t rol of hand prost heses using peripheral informa- t ion," IEEE Consumer Elect ronics Societ y T ech - nical Co-Sponsor, vol. 3, pp. 48 –68, Diciembre 2010.

[36] P . Dario, M. Chiara Carrozza, E. Guglielmelli, C. Laschi, A. Menciassi, S. Micera, and F. Vecchi, " Robotics as a fut ure and emerging t echnology:biomimet ics, cybernetics, and neuro-robotics in european project s," IEEE Robot ics and Automa- t ion Societ y, vol. 12, pp. 29 –45, Junio 200 5.

[37] Dunlop, G.R. " A dist ribut ed cont roller for t he Ca nt erbury hand", ICOM2003. Int ernat ional Conference on Mechat ronics. P rofessional Engineering P ublishing, London, UK, 2003.

[38] Flores, Juárez, Cast illo, Dorador. 2004. Actualidad y t endencias en el diseño de prót esis de miembro superior. Memorias del X Congreso Anual de la Sociedad Mexicana de Ingeniería Mecánica, Querét aro, México.

Biografía

Angelica Maria Galindo, nacída en el mes de agosto del año 1992 en la ciudad de Cuenca provincia del Azuay. Estudios primarios en la escuela fiscal Remigio Romero León. Secundaria Colegio Universitario Fray Vicente Solano, obteniendo el título de bachiller en Físico Matemático, actualmente cursando la carrera de Ingeniería Eléctrica en la Universidad Politécnica Salesiana sede Cuenca.

Monografias.com

María Angélica Peralta Ochoa: Nacida el 21 de Octubre de 1993 en la ciudad de Guayaquil, estudió en el Instituto Técnico Superior ""José Peralta"" la especialidad de Físico Matemático de la ciudad de Cañar, actualmente estudiando en la Universidad Politécnica Salesiana en la especialidad de Ing. Electrónica.

Monografias.com

Universidad Politécnica Salesiana, Sede Cuenca.

 

 

 

Autor:

Angélica María Galindo Espinoza.

Angélica María Peralta Ochoa.