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Diseño de un sistema mecánico de rehabilitación en marcha con adición progresiva de peso Ariel A. A. Braidot, Guillermo L Aleman Laboratorio de Biomecánica, FI-UNER Ruta 11 Km 10. Oro Verde, Entre Ríos, Argentina E-mail: [email protected] Resumen. En este trabajo se diseñó y desarrolló un dispositivo mecánico de rehabilitación de la marcha basado en la aplicación de la “Terapia de descarga parcial del peso corporal”. Se realizó una evaluación de las características de los dispositivos disponibles actualmente en el mercado que utilizan esta terapia y se realizó una búsqueda de información de los diferentes mecanismos utilizados. El dispositivo fue diseñado para adaptarse a diferentes estaturas y pesos de pacientes y ser utilizado con distintos equipos complementarios de ayuda en rehabilitación de la marcha, por ejemplo, cinta caminadora, escalador elíptico y escalador vertical. Se contempló la posibilidad de ser utilizado por pacientes con capacidades hemisféricas diferentes. Se desarrolló una estructura estable en acero ASTM A36 que no depende de las condiciones edilicias del lugar de instalación. Se utilizó el programa RamAdvanse para el cálculo de estabilidad de la estructura. Se logró realizar la elevación/descenso de paciente, amarrado a un arnés cómodo, mediante un mecanismo de malacate con freno automático que brinda seguridad al paciente y al terapeuta. Se logró cuantificar de manera precisa, mediante contrapesos, la carga soportada por el paciente en el transcurso de la terapia. Se obtuvo un prototipo ergonómico de dimensiones pequeñas con prestaciones similares a aquellos que se encuentran a la vanguardia, a un bajo costo. 1. Introducción Caminar es una actividad cotidiana fundamental desarrollada por cualquier persona para realizar infinidad de actividades de forma independiente. En condiciones normales esta es una actividad automática. La marcha y el soporte de peso son las funciones más importantes de las extremidades inferiores que se deben considerar en la rehabilitación cuando existen trastornos de la marcha. Los pacientes con trastornos de la marcha por diferentes lesiones a menudo manifiestan grandes dificultades para soportar el peso corporal sobre los miembros afectados. Anteriormente, la recuperación del control motor se realizaba moviendo los segmentos de manera asistida por el terapeuta, quien introducía pequeñas resistencias de forma progresiva, para potenciar de esta forma determinados grupos musculares ya activos. Este enfoque tradicional que ha persistido hasta nuestros días, complementó a partir de 1960 los métodos neurofisiológicos o neuromusculares, basados en la utilización de reflejos y estímulos sensitivos para estimular o inhibir una determinada conducta motriz. En la actualidad existen diversos métodos que se diferencian en los enfoques jerárquicos del Sistema Nervioso Central (SNC) y las interacciones con la periferia y músculos. En la actualidad [1] el enfoque denominado como "orientado hacia la tarea" [2], desprendido de las “Prácticas de tareas funcionales”, intenta superar el concepto de organización jerárquica del SNC y explicar el control de todas las conductas motoras considerando un sistema de interacciones en el que existiría un control multisistémico, ejerciendo influencias en paralelo, con vistas a realizar una tarea XVIII Congreso Argentino de Bioingeniería SABI 2011 - VII Jornadas de Ingeniería Clínica Mar del Plata, 28 al 30 de septiembre de 2011

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Diseño de un sistema mecánico de rehabilitación en marcha con adición progresiva de peso

Ariel A. A. Braidot, Guillermo L Aleman Laboratorio de Biomecánica, FI-UNER Ruta 11 Km 10. Oro Verde, Entre Ríos, Argentina E-mail: [email protected] Resumen. En este trabajo se diseñó y desarrolló un dispositivo mecánico de rehabilitación de la marcha basado en la aplicación de la “Terapia de descarga parcial del peso corporal”. Se realizó una evaluación de las características de los dispositivos disponibles actualmente en el mercado que utilizan esta terapia y se realizó una búsqueda de información de los diferentes mecanismos utilizados. El dispositivo fue diseñado para adaptarse a diferentes estaturas y pesos de pacientes y ser utilizado con distintos equipos complementarios de ayuda en rehabilitación de la marcha, por ejemplo, cinta caminadora, escalador elíptico y escalador vertical. Se contempló la posibilidad de ser utilizado por pacientes con capacidades hemisféricas diferentes. Se desarrolló una estructura estable en acero ASTM A36 que no depende de las condiciones edilicias del lugar de instalación. Se utilizó el programa RamAdvanse para el cálculo de estabilidad de la estructura. Se logró realizar la elevación/descenso de paciente, amarrado a un arnés cómodo, mediante un mecanismo de malacate con freno automático que brinda seguridad al paciente y al terapeuta. Se logró cuantificar de manera precisa, mediante contrapesos, la carga soportada por el paciente en el transcurso de la terapia. Se obtuvo un prototipo ergonómico de dimensiones pequeñas con prestaciones similares a aquellos que se encuentran a la vanguardia, a un bajo costo.

1. Introducción Caminar es una actividad cotidiana fundamental desarrollada por cualquier persona para realizar infinidad de actividades de forma independiente. En condiciones normales esta es una actividad automática. La marcha y el soporte de peso son las funciones más importantes de las extremidades inferiores que se deben considerar en la rehabilitación cuando existen trastornos de la marcha. Los pacientes con trastornos de la marcha por diferentes lesiones a menudo manifiestan grandes dificultades para soportar el peso corporal sobre los miembros afectados. Anteriormente, la recuperación del control motor se realizaba moviendo los segmentos de manera asistida por el terapeuta, quien introducía pequeñas resistencias de forma progresiva, para potenciar de esta forma determinados grupos musculares ya activos. Este enfoque tradicional que ha persistido hasta nuestros días, complementó a partir de 1960 los métodos neurofisiológicos o neuromusculares, basados en la utilización de reflejos y estímulos sensitivos para estimular o inhibir una determinada conducta motriz. En la actualidad existen diversos métodos que se diferencian en los enfoques jerárquicos del Sistema Nervioso Central (SNC) y las interacciones con la periferia y músculos. En la actualidad [1] el enfoque denominado como "orientado hacia la tarea" [2], desprendido de las “Prácticas de tareas funcionales”, intenta superar el concepto de organización jerárquica del SNC y explicar el control de todas las conductas motoras considerando un sistema de interacciones en el que existiría un control multisistémico, ejerciendo influencias en paralelo, con vistas a realizar una tarea

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específica. Es decir, no sólo sería el SNC, sino también otros sistemas como el musculo-esquelético y el ambiente exterior los que influirían en la conducta motriz y por lo tanto deben ser tenidos en cuenta en el tratamiento. También se intenta asociar a esta idea de organización multi-sistémica con los modernos conceptos sobre la teoría del aprendizaje. Se cuestiona la afirmación de "cuanto más entrenamiento mejor" y se establece que el entrenamiento es beneficioso si produce un cambio provechoso dirigido a un fin funcional que disminuya alguna de las discapacidades que presenta el paciente [1]. La reeducación de la marcha según las técnicas "orientadas hacia la tarea" no debe retrasarse, como se hace en otras metodologías, hasta que el paciente ha conseguido un buen control cefálico, han desaparecido las reacciones anómalas y la espasticidad ha sido controlada. Las técnicas orientadas a tareas aseguran que la marcha es una actividad funcional automática que puede y debe adiestrarse de forma precoz aún a pesar de la ausencia de los condicionantes escritos arriba [1-2]. El método más prominente de rehabilitación de la marcha en la investigación actual dentro de las técnicas “orientadas hacia la tarea” es la “terapia de descarga parcial del peso corporal” caminando sobre una cinta de marcha. Esta es una técnica relativamente nueva que se originó a partir de la investigación del control neuronal de la locomoción de los vertebrados. Basándose en observaciones, y en los resultados de la experimentación de esta técnica en gatos [3-5], una serie de equipos de investigación comenzó a probar la terapia en seres humanos [6-9]. Esta terapia se basa en una combinación de dos elementos: 1. Un dispositivo de control postural que reduce la cantidad de peso a cargo del paciente. 2. Una cinta caminadora la cual se mueve a una velocidad lenta para reeducar los patrones adecuados para una mejor marcha [10]. Varios estudios han demostrado que el apoyo parcial del peso corporal sobre una cinta caminadora puede mejorar la marcha en pacientes con lesión de la médula espinal [10-14]. En los últimos años se han desarrollado diferentes dispositivos que cumplen con los requisitos de esta terapia. Entre estos tipos de dispositivos se encuentran: Biodex Unweighing System [15], Pneumex Pneu-Walker™ [16], Project Walk Equipment [17], Lokomat [18], entre otros. Algunos de los dispositivos basados en esta terapia no permiten una cómoda rehabilitación, tampoco tienen la posibilidad de cuantificar el peso soportado por parte del paciente y la accesibilidad al paciente es limitada, haciendo que la rehabilitación no se desarrolle de manera adecuada. Los dispositivos de este tipo que poseen todas las características apropiadas para una correcta rehabilitación de la marcha poseen un costo muy elevado para el mercado de América Latina. En el presente trabajo se diseñó un prototipo para realizar una adecuada rehabilitación de la marcha y cuantificar en forma precisa el peso que el paciente soporta sobre sus miembros inferiores en el transcurso de la misma. Los aspectos ergonómicos y económicos son condiciones que se tuvieron en cuenta en el diseño del mismo para lograr que este tipo de terapias tenga alcance a toda la sociedad.

2. Diseño del Dispositivo El diseño del dispositivo abarca la rehabilitación de la marcha de muchos tipos de discapacidades, utilizando la “terapia de descarga parcial del peso corporal”. Se realizó un diseño completamente mecánico, de fácil manipulación y económicamente viable para iniciar una producción serial. El dispositivo diseñado tiene un formato modular que comprende la estructura, el sistema de contrapeso del paciente, el sistema de elevación y el elemento de amarre de paciente. Esta característica de modularidad permite un fácil traslado hacia el lugar de instalación.

2.1. Diseño de la estructura Para mantener al paciente en posición vertical, facilitando las actividades de rehabilitación, se propuso una viga horizontal que soporte el peso del paciente. Esta viga posee poleas soldadas mediante las que se vincula una cuerda unida a un arnés que sujeta al paciente, en un extremo, y al dispositivo de elevación del paciente, en el otro.

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En un primer diseño se planteó el uso de un único cable de sujeción. El inconveniente de este primer diseño es que no limita los movimientos laterales del paciente, que pueden ser bruscos e involuntarios y perjudican el adecuado trabajo de rehabilitación. Este primer diseño descripto requería solamente una única viga horizontal asociada a una columna vertical. Esta única viga horizontal longitudinal estaba sometida a altas tensiones durante la elevación del paciente. La misma situación de elevadas tensiones se generaba sobre el dispositivo de elevación y la única columna presente en ese diseño. En este sentido se requería una mayor sección de los perfiles a utilizar elevando considerablemente el costo del dispositivo. Por este motivo se planteó colocar dos vigas horizontales individuales mediante las cuales se produzca un soporte del peso de cada hemisferio del paciente. Esta mejora cuenta con la posibilidad de colocar diferentes contrapesos asociados a cada mitad del cuerpo (hemicuerpo) [19]. Esto aumenta la funcionalidad del dispositivo considerando la posibilidad de rehabilitación en pacientes en los que la cantidad de peso que puede soportar cada hemicuerpo es diferente. Se mencionan a continuación algunos ejemplos en los que la descarga diferenciada sobre cada hemicuerpo sería útil:

• Atrofia muscular en un sólo miembro. • Operaciones diversas en un sólo miembro. • Amputados laterales o bilaterales. • Hemiplejía.

El diseño del dispositivo es adaptable a diferentes formas edilicias de la clínica o centro de rehabilitación en el cual se va a instalar. El requisito es que la habitación posea una superficie de apoyo plana y una altura suficiente como para su colocación. Por lo tanto, las vigas arriba descriptas son soportadas por columnas asociadas a una base sólida que se fija al suelo. Ambas columnas se debieron asociar mediante vigas transversales para reforzar la estructura ante esfuerzos laterales que genera el paciente en forma involuntaria durante la rehabilitación. Asimismo, este nuevo diseño permitió colocar las poleas en diferentes posiciones laterales soldadas a las nuevas vigas agregadas, facilitando una cómoda y correcta elevación (figura 1). Las vigas longitudinales están soldadas a las columnas en el extremo posterior de las mismas. El paciente se debe ubicar suspendido desde el extremo anterior de las vigas longitudinales. Esto produce un momento determinado por el producto del peso del paciente y la longitud de las vigas. Este momento puede llegar a ser lo suficientemente grande como para poner en peligro la rigidez de la estructura. Una correcta solución utilizada aquí fue colocar refuerzos en la estructura (figura 2); mediante una viga a 45 grados entre las columnas y las vigas longitudinales, que mantienen el peso del paciente. Así se obtiene una estructura con mayor estabilidad sin afectar la ergonomía del diseño.

Figura 1. Diseño de doble columna unidas por vigas longitudinales y transversales.

Figura 2. Refuerzos superiores a 45 grados entre vigas laterales y columnas.

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Como se detalla más arriba, la estructura se debe fijar al suelo por lo que es independiente de paredes, techos o muros de la habitación. Se debió construir una base que soporte los diferentes componentes de la estructura, así como los demás mecanismos pertenecientes al dispositivo. Esta base debe ser estable, rígida y ergonómica. El diseño tiene en cuenta el traslado del paciente y la movilidad del terapista alrededor de la estructura. Para cada columna se colocó una viga horizontal que actúa como soporte unido al piso, con refuerzos a 45 grados a ambos lados agregando mayor estabilidad (figura 3).

Figura 3. Base y refuerzos inferiores.

Figura 4. Esquema del malacate seleccionado.

Figura 5. Fotografía del malacate montado en la estructura.

Cada una de las vigas de la base posee dos anclajes, uno en cada extremo, los cuales fijan la estructura al piso y actúan como restricciones en todos los ejes o sentidos. Los refuerzos ayudan a mantener la estabilidad de la estructura y contrarrestar los momentos ejercidos a la hora de elevar el paciente. Las longitudes de cada viga, columna o refuerzo se detallan en la sección 3. Para ello se tiene en cuenta la altura promedio de paciente, dimensiones de los diferentes dispositivos de ayuda a rehabilitación como por ejemplo cintas caminadoras, caminadores elípticos, entre otros, y la relación de compromiso entre diseño estable y diseño ergonómico.

2.2. Dispositivo de elevación de paciente Se propuso realizar la elevación, y descenso, de paciente mediante un dispositivo mecánico. Estos dispositivos son de fácil manipulación y bajo precio. Se buscó un dispositivo que cuenta con las siguientes características:

• Elevación, descenso y soporte del peso del paciente en suspensión. • Sistema de traba o freno automático, tanto en ascenso como descenso. • Ascenso/descenso seguro y controlado. • Robusto. • Fácil manipulación. • Tamaño reducido. • Precio accesible. • Capacidad de encontrarse en el mercado local o regional.

Teniendo en cuenta las características anteriormente nombradas, el dispositivo de elevación que mejor se adecua es el tipo malacate/cabrestante. Con este dispositivo el operario puede elevar una carga de gran magnitud ejerciendo una fuerza relativamente pequeña. En el mercado nacional se pueden encontrar en una gran variedad de tamaños y formas.

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En el malacate encontrado como óptimo para este proyecto la multiplicación de fuerza se obtiene mediante un mecanismo de reducción a engranajes planetarios. Es un mecanismo de larga vida útil en virtud de la gran dureza de todos los elementos. Posee un freno automático por lo que no necesita atención de parte del operario que acciona el malacate. De esta manera se evitan accidentes que suelen ocurrir con malacates de freno manual. En la figura 4 se muestra un esquema del malacate y en la figura 5 una fotografía del mismo montado en la estructura. Los malacates se fijaron a perfiles soldados a las columnas de la estructura a una altura cómoda para el operario.

2.3. Mecanismo de Contrapeso El diseño consideró la capacidad de cuantificar la carga para conocer con certeza cuanto peso soporta el paciente, conociendo la carga del contrapeso. Se diseñó un sistema con facilidad de cuantificar el contrapeso, de fácil manipulación y precio accesible. El mecanismo de contrapesos se basa en lingotes de acero de 5 (Kg) mediante los cuales se obtiene una exacta cuantificación del peso restado al paciente, satisfaciendo esta y las demás características citadas. Los lingotes se articulan verticalmente mediante dos ejes cilíndricos los cuales permiten el correcto ascenso y descenso de los mismos. Un detalle del esquemático de la estructura que contiene a los lingotes se puede ver en la figura 6. La adición de los lingotes se realiza aplicando un perno pasante que penetra el cilindro guía, por debajo del último lingote que se desea quede en el contrapeso. Este cilindro guía está unido a una cuerda en su parte superior, la que se amarra a la cuerda proveniente del sistema se sujeción de paciente mediante un dispositivo de amarre (ver sección 2.4). De esta manera se produce la adición del contrapeso requerido y controlado en forma precisa. La estructura que contiene los lingotes debe otorgar la cualidad de descarga dinámica de peso. El centro de masas del cuerpo oscila verticalmente durante la marcha. Se busca mediante este mecanismo que la carga contrapesada al paciente sea la misma en el transcurso de la terapia permitiendo que el centro de masa varíe verticalmente y la carga sobre los miembros inferiores sea constante. Una fotografía de la estructura que contiene a los lingotes se puede ver en la figura 7. Los contrapesos se apoyan sobre el suelo en el momento en que no se encuentre un paciente realizando terapia sobre el dispositivo. Esto minimiza el aporte de cargas a la estructura, evitando que el peso de los lingotes y la estructura que los contiene recaigan sobre el dispositivo. El dispositivo se diseñó de tal manera que posea dos cuerpos de contrapeso, contrarrestando el peso del paciente en hemisferios (derecho e izquierdo). Esta disposición otorga la posibilidad de entrenar pacientes con discapacidades hemisféricas diferentes, o asimétricas, los cuales no ejercen la misma distribución de carga, fuerza y actividad neuromuscular en ambos miembros.

2.4. Amarre de contrapesos Se buscó un anclaje que posea la capacidad de amarrarse a la cuerda proveniente del elemento de sujeción del paciente, al inicio de la sesión, y desamarrarse, al final de la misma de manera rápida y segura. Además se buscó que sea pequeño, liviano, seguro y de fácil accionamiento. Este amarre permanece solidario a los contrapesos de manera ininterrumpida en el transcurso de la terapia. Los esfuerzos que se producen sobre el mecanismo son de tracción. Esto se debe a que el peso del paciente y los contrapesos se oponen en dirección. Luego de una investigación exhaustiva, teniendo en cuenta las características anteriores, se escogió un dispositivo de amarre con puño de ascensión. El nuevo conjunto denominado JUMAR (figura 8) cuenta con todas las características requeridas.

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Figura 6. Esquema del mecanismo de contrapesos.

Figura 7. Fotografía del mecanismo de contrapesos.

Figura 8. Dispositivo JUMAR.

2.5. Sujeción del paciente La sujeción del paciente debe estar a cargo de un elemento el cual redistribuya la carga de contrapesos de manera cómoda en el cuerpo. Teniendo en cuenta lo anterior se escogió un elemento tipo arnés, el cual redistribuye la carga del paciente hacia la pelvis y el tronco, disminuyendo el peso soportado por los miembros inferiores. El arnés debe ser cómodo, regulable en tamaño y seguro, además de poseer elementos de sujeción del mismo por encima de los hombros. Aquellos que se ajustan a estas características son: arnés de cuerpo completo y arnés tipo paracaídas. El arnés tipo paracaídas tiene elementos de sujeción cómodos para realizar la terapia. Además, posee una amplia sujeción del torso confiriendo una correcta postura erguida al paciente. La desventaja de este arnés es su elevado costo. El arnés de cuerpo completo está compuesto de correas, cintas tejidas de nylon, poliéster o de otro tipo, las cuales se aseguran alrededor del cuerpo distribuyendo la carga. Además posee dos elementos de acople necesarios para permitir la conexión con el sistema de elevación mediante cuerdas. Este arnés de cuerpo completo posee un precio muy inferior comparado con el arnés tipo paracaídas. Se escogió un arnés de cuerpo completo con sujeción lumbar, el cual permite una correcta postura del paciente. Se realizaron pequeñas modificaciones sobre las cintas de sujeción brindando la comodidad similar a la del arnés tipo paracaídas adecuado para realizar la terapia.

3. Dimensionamiento A continuación se enumeran las características que se tuvieron en cuenta para la determinación de los diferentes parámetros del dispositivo diseñado.

• Posibilidad de acceso de pacientes en sillas de ruedas al dispositivo. • Dimensión de dispositivos complementarios. Por ejemplo, cintas caminadoras. • Altura máxima de paciente: 2 (m). • Peso máximo de paciente: 150 (Kg). • Construcción de estructura mediante perfiles de acero ASTM A36. • Dimensiones de los lingotes de contrapesos. • Diseño Ergonómico.

3.1. Altura de la estructura. Se tuvo en cuenta la altura de trabajo de los dispositivos complementarios de entrenamiento, como cinta caminadora. Por lo tanto la dimensión de las columnas de la estructura dependió del dispositivo cuya base de trabajo posea la mayor altura. Se consideraron los dispositivos estándar en rehabilitación: cinta caminadora, escaladora vertical y escalador elíptico para definir la altura del diseño. La mayor altura corresponde a la escaladora vertical, la cual es de 300 (mm). Teniendo en cuenta una altura

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máxima de paciente de 2 (m), se escogió como longitud de columnas 2,5 (m) dando margen de seguridad de 200(mm).

3.2. Ancho de la estructura Se planteó la posibilidad de acceso de paciente en sillas de ruedas, tanto por delante como por detrás de la estructura. Esto ofrece una ventaja en cuanto a la orientación del dispositivo que se puede adecuar a prácticamente cualquier infraestructura edilicia disponible. Un gran porcentaje de pacientes que poseen trastornos de la marcha severos no pueden deambular por sus propios medios, al menos en las primeras etapas de rehabilitación. En consecuencia, se tiene como límite mínimo requerido para el acceso el ancho de una silla de ruedas estándar. Este es de 630 (mm). Los lingotes de contrapesos poseen un ancho de 130 (mm). Las estructuras que los contienen se ubicada en el lado interior de las columnas. Teniendo en cuenta las dimensiones detalladas arriba, el ancho de la estructura, o distancia entre columnas, que otorga acceso cómodo del paciente en silla de ruedas es de 1,1 (m).

3.3. Longitudes de vigas y base Para la correcta elección de las longitudes de las vigas se tuvo en cuenta:

• Comodidad de paciente y profesionales a cargo en la rehabilitación de la marcha. • Longitud de los dispositivos complementarios (cintas caminadoras, escaladores, caminadores

elípticos) en rehabilitación. • Material, sección y la longitud de los perfiles utilizados en la estructura.

El dispositivo complementario de mayor longitud es la cinta caminadora. Se determinó como posición óptima de trabajo del paciente el centro de la cinta caminadora obteniendo gran libertad de movimiento, cercanía a los apoyabrazos y fácil acceso del terapeuta al paciente. La longitud de las cintas caminadoras, en promedio, es de 1,6 (m). Tomando en cuenta lo anterior, la dimensión de las vigas longitudinales escogida fue de 1 (m). La base de la estructura, en su parte anterior, se determinó teniendo en cuenta minimizar el momento de caída determinado por el producto del peso del paciente y la longitud desde el extremo más cercano de la base a la posición del paciente. Este momento tiene valor nulo si la longitud del tramo anterior de la base es igual a la dimensión de las vigas longitudinales. Se decidió, por lo tanto, que posean la misma longitud. La base en su parte posterior se tiene 400 (mm).

3.4. Posición del malacate Se tuvo en cuenta, para el correcto posicionamiento de los mismos, un acceso cómodo para su fácil manipulación. Se escogió colocar los dispositivos a la altura del codo, posición cómoda para realizar la elevación/descenso del paciente de manera continua y segura. Considerando 1,7 (m) como altura promedio del terapeuta que manipula los malacates se estima empleando tablas antropométricas [20], la altura 1,1(m) a la cual se coloca el malacate.

3.5. Dimensiones de la estructura que contiene a los contrapesos Los lingotes de contrapeso utilizados poseen una altura de 25 (mm). Teniendo en cuenta como peso máximo de paciente de 150 (Kg), cada sistema de contrapesos posee 75 (Kg) en lingotes, por lo tanto la atura total de los mismos es de 375 (mm). Se dio margen de movimiento vertical para que los contrapesos puedan articular mientras el paciente está realizando la terapia. El fundamento de este margen se explicó en el apartado 2,3. Esta longitud es de 460 (mm). Este es un gran margen de movimiento vertical, el cual permite al paciente flexionar las articulaciones de los miembros inferiores. La estructura que contiene los contrapesos posee un tope superior. Este actúa como limitante al movimiento de los lingotes impidiendo una posible caída por parte del paciente en caso de tropiezos, descompensación o desequilibrios de la marcha. El freno del malacate también actúa como limitante ante posibles caídas.

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3.6. Dimensiones de los refuerzos Teniendo en cuenta que la base debe ser amurada al suelo en sus extremos y la dimensión de su parte posterior es de 400 (mm), se colocaron los extremos de los refuerzos a 300 (mm) del nodo de intersección entre columnas y base. Esto reforzará la estructura otorgándole una mayor rigidez. Los refuerzos superiores se colocaron teniendo en cuenta el mismo criterio y se ubicaron a similares distancias.

4. Resultados y Discusión Los cálculos estructurales se realizaron mediante el programa RamAdvanse. Para los cálculos se tuvieron en cuenta:

• Peso máximo de paciente: 150 (kg). • Diseño mediante perfiles de acero ASTM A36. Elementos presentes en el mercado local el

cual cumple con las prestaciones requeridas. • Perfiles cuadrados o rectangulares. Mediante estos se obtiene un buen acabado de la

estructura. • Peso propio de los perfiles. • Peso del malacate. • No se tuvo en cuenta el peso de las cuerdas y las poleas. • Distancia entre poleas. • Estructura amurada al suelo en 4 puntos de la misma.

El peso del paciente se transmite a través de sistemas de poleas y contrapesos. Cada nodo de ubicación de las poleas presenta componentes de esfuerzos verticales y horizontales los cuales se trasladan hacia la estructura, dado que se encuentran soldadas a la misma. La distancia de separación de las poleas debe ser la misma que la distancia de separación de los centros de articulación de los contrapesos, 960 (mm), considerando que estos se pueden mover sólo en dirección vertical. En definitiva las poleas se encuentran soldadas a las vigas superiores transversales con una distancia entre las poleas de 960 (mm). El software RamAdvanse posee una base de datos tanto de materiales como perfiles. No se encontraron las características de diversos perfiles disponibles en el mercado local, por lo tanto se procedió a crearlos y cargarlos en el programa. Los datos arrojados satisfacen las condiciones de estabilidad con un perfil de 80x40 (mm). La figura 9 muestra en escala de colores los esfuerzos sobre la estructura diseñada para la situación de carga máxima de un paciente en forma estática.

Figura 9. Tensiones presentes en la estructura

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5. Conclusions El dispositivo desarrollado considera criterios de diseño que otorgan adaptabilidad a cualquier clínica de rehabilitación estándar, inclusive puede instalarse en el hogar del paciente. El acceso del paciente puede ser por delante como por detrás del dispositivo, cualidad que permite que la instalación del mismo no se limite a una determinada dirección de entrada. La forma como las dimensiones adoptadas en el diseño proveen un margen lateral de trabajo dentro de la estructura, permitiendo al terapeuta tener acceso libre hacia el paciente. Esto es muy relevante teniendo en cuenta que algunos de ellos poseen un elevado grado de disfunción de la marcha, por lo que los terapeutas deben simular la misma mediante la movilización de los segmentos del miembro inferior. Además el dispositivo es cómodo tanto para el terapeuta que manipula el equipo como para el paciente que realiza la terapia. El dispositivo implementado se instaló en el Centro de Atención Integral y Cuidados Especiales (CAICE) de la Ciudad de Paraná – Entre Ríos – Argentina. El mismo se encuentra en funcionamiento (ver detalles en las figuras 10 y 11).

Figura 10. Dispositivo instalado en CAICE.

Figura 11. Paciente realizando su terapia con el dispositivo.

El dispositivo es adecuado para la rehabilitación de pacientes con diferentes pesos y estaturas, niños o adultos, considerando las posibilidades que ofrece el arnés regulable. El dispositivo posee la capacidad de cuantificar el peso contrarrestado al paciente permitiendo decidir cuanta carga soportará el mismo en el proceso de rehabilitación. El prototipo es ergonómico, las dimensiones en ancho y largo son unos pocos centímetros mayores que las dimensiones de cintas caminadoras, aumentando el espacio requerido en una pequeña proporción. También fue adecuado el espacio para ingresar la cinta caminadora en el dispositivo tanto por delante como por detrás. El correcto dimensionamiento de la estructura facilita el uso del dispositivo con diferentes equipos complementarios que ayudan a la rehabilitación de la marcha, como por ejemplo cinta caminadora, escaladora vertical y escalador elíptico entre otros. El gran espacio de manipulación de paciente, conjuntamente con la visual otorgada permite el estudio de las diferentes características de la marcha mediante videografía, tanto así como la posibilidad de utilizar FES (Estimulación Eléctrica Funcional) [21-22].

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XVIII Congreso Argentino de Bioingeniería SABI 2011 - VII Jornadas de Ingeniería Clínica Mar del Plata, 28 al 30 de septiembre de 2011