diseño y construcción de un prototipo de una jeringa de infusión para neonatología universidad...

Diseño y Construcción de un Prototipo de una Diseño y Construcción de un Prototipo de una Jeringa de Infusión para NeonatologíaJeringa de Infusión para Neonatología

Universidad EAFITIngeniería de Diseño de Producto

Medellín2007

Juliana Escobar RestrepoJuliana Escobar Restrepo

Asesor: Asesor:

Ingeniero Santiago CorreaIngeniero Santiago Correa

Diseño y Construcción de un Prototipo de una Diseño y Construcción de un Prototipo de una Jeringa de Infusión para NeonatologíaJeringa de Infusión para Neonatología

Diseño de Producto

Juliana Escobar

Coordinadores

Lina Zuleta. CTA

Santiago Correa EAFIT

Seguimiento Finanzas

Juan Carlos Botero CTA

Electrónica

Omicróm Ingeniería Ltda.

Mecanismo

Juan Felipe Isaza EAFIT

Universidad EAFITIngeniería de Diseño de Producto

Medellín2007

Origen del ProyectoOrigen del Proyecto

•Identificar las necesidades del mercado•Recoger información del proceso de diseño y proveedores•Analizar la viabilidad tecnológica•Fortalecimiento del clúster

Propuesta del CTA al departamento de Ingeniería de Diseño de Producto para el desarrollo de una serie de equipos médicos con alto potencial en el mercado Colombiano por medio de un grupo interdisciplinario

Omicron Ingeniería Ltda.

Origen del ProyectoOrigen del Proyecto

Omicron Ingeniería Ltda.

El CTA evaluó algunas tecnologías biomédicas entre ellas camas de cirugía, lámparas de cirugía, desfibriladores cardiacos y bombas de infusión.

Evaluaron diferentes variables como: el acceso a materiales, partes e insumos, tiempo estimado del desarrollo, infraestructura industrial, área de atención hospitalaria, capacidad y competencia del grupo de I+D, viabilidad económica y mercado objetivo.

•El tratamiento médico de recién nacidos debe contar con precisiones milimétricas en los equipos para inyectar medicamentos.

•La jeringa de infusión debe estar presente en cada cama o incubadora.

•El proyecto es una manera directa de generar mecanismos de acción frente al conocimiento y la innovación.

•El desarrollo de la industria a través del diseño y construcción de este tipo de equipos médicos, apoya la creación de células del cluster de salud de Medellín.

JustificaciónJustificación

ObjetivoObjetivo

Diseñar y construir un prototipo de una jeringa de infusión para neonatología, evaluando la viabilidad de desarrollar instrumentos de éste tipo en la industria local.

• Desarrollar las especificaciones de diseño de producto partiendo de las necesidades evaluadas por el CTA, y la investigación de mercados.

• Crear un alfabeto visual a partir de un referente, adoptándolo en el proyecto, y desarrollar una lluvia de ideas, desarrollando dos alternativas con mayor detalle.

• Evaluar las alternativas propuestas, mediante un análisis formal, y la apreciación de las diferentes personas involucradas en el proyecto.

Objetivos EspecíficosObjetivos Específicos

• Desarrollar el concepto utilizando herramientas como el bosquejo, la modelación, modelos blandos, entre otros, verificando el cumplimiento de las especificaciones de producto.

• Describir los procesos de manufactura por medio de cartas de proceso, planos de taller y planos de ensamble para la construcción del prototipo.

• Realizar un prototipo funcional de la jeringa de infusión para Neonatología.

• Diseñar el manual de Usuario para la jeringa de Infusión para Neonatología.

Objetivos EspecíficosObjetivos Específicos

MetodologíaMetodología

Investigación y Análisis

Especificaciones del Producto

Conceptualización

Análisis de Productos ExistentesTrabajos realizadosAnálisis Usuario – Producto - ContextoProductos Complementarios

PDS- Especificaciones de Diseño de Producto

Electrónica

Análisis funcional – Mecanismo – Asesoría ExternaDesarrollo de Alternativas Características para el desarrollo electrónico

Desarrollar programa Montaje electrónico(asesoría Externa)

Diseño de Detalles

Manufactura (prototipo)

Establecer técnicas de prototipajeDesarrollo de Planos y cartas de procesoConstrucción del prototipo y ensamble

Diseño de Detalle – carcaza - mecanismoSelección de Materiales y ProcesosSíntesis parte electrónica y mecánica Modelación 3D

DocumentaciónDocumentación de los resultados de cada etapaManual de UsuarioElaboración del informe final

MetodologíaMetodología

Altas precisiones

Inyectan el medicamento mediante un catéter.

Utilizan un sistema electromecánico, donde un motor mueve un tornillo de potencia

La velocidad y volumen a entregar es establecido por medico o enfermera

Funcionamiento por goteo y por bolo.

Realiza infusiones muy lentas de pequeños volúmenes en largos lapsos de tiempo.

Que son las jeringas de InfusiónQue son las jeringas de Infusión..

Investigación y AnálisisInvestigación y Análisis

Análisis de Productos Existentes / Trabajos realizados / Análisis Usuario, Producto, Contexto / Productos Complementarios


Sistema de Alarmas y AlertasSistema de Alarmas y Alertas

Evitar modificaciones accidentales

Purga anterior

Jeringa mal posicionada

Oclusión

Botón incorrecto

Fin de carrera

Tiempo ocioso

Antes de finalizar infusión y fin de

infusión

Batería de respaldo

Vol. infundido


Partes de la Jeringa de InfusiónPartes de la Jeringa de Infusión

Pantalla Teclado de control

Estribo de la Jeringa

Mecanismo de impulsión

Jeringa Desechable



Procedimiento de operaciónProcedimiento de operación

1. Encender

2. Cargar la jeringa

3. Posicionarla en la unidad de impulsión

4. Sujetarla con el estribo de la jeringa

5. Introducir los datos de entrada Volumen (ml) y el Flujo (ml/h) por medio del panel de control, estos elementos pueden ser observados en la pantalla LCD

6. Realizar una purga inicial (llenado del catéter de la solución)

7. Conectar al paciente

8. Comenzar la infusión.Análisis de Productos Existentes / Trabajos realizados / Análisis Usuario, Producto, Contexto / Productos

Complementarios


Investigación y AnálisisInvestigación y AnálisisCompetenciaCompetencia


Investigación y AnálisisInvestigación y AnálisisCompetenciaCompetencia


Las jeringas son puestas por las empresas por comodato.


UsuarioUsuario ContextoContexto


Las jeringas de infusión son entregadas por comodato

Contexto

Documentación

Instalación del equipo

Tamaño

Apariencia

Materiales

Manufactura Piezas estándar

Mantenimiento

Ergonomía y usuario

Costo del producto

Funcionamiento General

Sistemas de seguridad y

alarmas

Ciclo de vida

PDSPDSEspecificaciones de Especificaciones de

Diseño de ProductoDiseño de Producto

PDS- Especificaciones de Diseño de Producto PDS- Especificaciones de Diseño de Producto PDS- Especificaciones

Requerimientos (PDS)Requerimientos (PDS)

Requerimientos (PDS)Requerimientos (PDS)

•Uso de colores neutros y pasteles.•Formas suaves.•Mínimo de hendiduras y rendijas.•Termoplástico ABS, resistente al impacto, para la inyección.•Distribución horizontal.•Precio asequible 850 a 1000 dólares. Los precios llegan hasta 2500.•Funciones de goteo y bolo. •Alarmas sonoras y visuales.•No se tendrán librerías de drogas.•Hermético a los líquidos•Conexión para uso en atril

•Fabricación local.•Uso de instrucciones claras y concisas.•Visualización de volumen infundido.•Diagramación clara.•Conexión a 110V •Baterías de respaldo.•Jeringa desechable de 50 ml.•Volumen Max 60 ml, incrementos de 0.1 ml/h.• Velocidad de infusión (flujo) 0.1 a 99.9 ml/h, incrementos de 0.1 ml/h.•Velocidad de bolo 500 ml/h.•Velocidad de Purga500 ml/h.

Principales requerimientos.Principales requerimientos.

PDS- Especificaciones de Diseño de Producto PDS- Especificaciones de Diseño de Producto PDS- Especificaciones

ConceptualizaciónConceptualizaciónAnálisis Funcional- asesoría externaAnálisis Funcional- asesoría externa

Primer mecanismo. (EIA)

El primer mecanismo no fue eficiente, y fue necesario replantear el mecanismo por parte del ingeniero mecánico Juan Felipe Isaza.

Análisis Funcional Ingeniero Juan Felipe Isaza EAFIT

Se realizaron pruebas de la fuerza que hay que ejercer sobre una jeringa de 50 ml llena de agua en la maquina universal de la universidad EAFIT. La fuerza fue de 100 N

Análisis funcional. Mecanismo ( Asesoría externa) / Desarrollo de Alternativas / Características para el desarrollo electrónico

El análisis funcional del mecanismo lo realizó el ingeniero partiendo del PDS, y del acceso a una jeringa de infusión marca Terumo que proporciono el CTA.

Se tomo en cuenta la viabilidad de construcción a nivel local, y el nivel de detalle al cual era posible llegar.


Se analizó un ensayo de un mecanismo para el diseño de la nueva propuesta.

ConceptualizaciónConceptualizaciónAnálisis Funcional- asesoría externaAnálisis Funcional- asesoría externa


ElectrónicaElectrónicaCaracterísticas desarrollo electrónicoCaracterísticas desarrollo electrónico

Las características del desarrollo electrónico también fueron realizadas según el PDS, y según lo analizado en la investigación de mercados.

Se entrego el funcionamiento general de la jeringa junto con el sistema de alarmas y alertas que el equipo debía cumplir, y se evaluó junto con la empresa encargada las posibilidades, y las correcciones que debían hacerse.

El sistema de oclusión no se incluyó como parte del alcance del proyecto.

Desarrollar programa / Montaje electrónico (asesoría Externa)


Conceptualización – Proceso de DiseñoConceptualización – Proceso de Diseño CollagesCollages

Referente escogido: maternidad humanaReferente escogido: maternidad humana

Estilo de vidaEstilo de vida

Emoción ProtecciónEmoción Protección

Alfabeto visualAlfabeto visual

Colores y TexturasColores y Texturas

Alfabeto visualAlfabeto visual

Lluvia de ideasLluvia de ideas

Proceso de DiseñoProceso de Diseño



Desarrollo de alternativas Desarrollo de alternativas

1 2

3 4

5 6

Desarrollo de alternativas Desarrollo de alternativas

Alternativa 1

Alternativa 3


•Facilita la disposición de los elementos electrónicos• Retiene menos líquido,• La imagen gráfica permite una lectura más concreta •Se observó que la optimización de espacio era más fácil de realizar con esta forma; •En la alternativa 1 el sistema inferior de controles no era adecuado para ubicar inmediatamente después de la jeringa y del catéter•Ocupa menos espacio por la distribución del volumen.

Propuesta escogida Propuesta escogida



Avance de la propuesta Avance de la propuesta

Diseño de DetalleDiseño de Detalle

Diseño de Detalle – carcaza - mecanismo / Selección de Materiales y Procesos / Síntesis parte electrónica y mecánica

Modelos blandos y bancos de prueba para el mecanismo.

Comunicación con el equipo interdisciplinario.

Se une la información en un solo modelo para verificar problemas y evaluar el equipo. Se realizan nuevos cambios para la propuesta final, según los cambios del mecanismo


Avance de la propuesta Avance de la propuesta


Funcionamiento . PruebasFuncionamiento . Pruebas


Se hicieron pruebas preliminares sobre el banco de pruebas construido, para verificar el funcionamiento electrónico final.


La forma se adapta a las partes que componen al equipo sin perder su formalidad.

Cada una de sus piezas siguen los patrones que ofrecen el alfabeto visual

Propuesta final con los cambios del mecanismo.Propuesta final con los cambios del mecanismo.


Propuesta final Mecanismo

Alternativas graficas teclado de membranaAlternativas graficas teclado de membrana

Alternativa final teclado de membranaAlternativa final teclado de membrana

Diseño GráficoDiseño Gráfico


Propuesta finalPropuesta finalPartesPartes


Propuesta final. Propuesta final. Distribución de los componentesDistribución de los componentes


Técnicas de prototipaje / Desarrollo de Planos y cartas de proceso / Construcción del modelo funcional y

ensamble

PrototipajePrototipaje

Para el prototipaje de las carcazas y de los aditamentos como el agarre, el estribo y las carcazas del mecanismo se escogió el maquinado de control numérico de la Universidad EAFIT.

Este sistema se escogió por el acceso a el, y el acabado que permite.

El mecanismo fue realizado en el laboratorio de Modelos de la universidad EAFIT, por medio de procesos de metal mecánica.

Prototipaje rápidoPrototipaje rápido

Para el material fue necesario hacer pruebas sobre la mezcla de la resina de poliéster de Andercol. Este material fue eficiente para la carcaza inferior y para los aditamentos.


Técnicas de prototipaje / Desarrollo de Planos y cartas de proceso / Construcción del modelo funcional y ensamble

Preparación

Para la carcaza superior fue necesario utilizar Nylon (Prolon NA de Carboplast)

MaterialesMateriales



Luego del proceso de maquinado se hace el vaciado de yeso, se maquina el segundo lado y se libera la pieza

ProcesoProceso

La carcaza superior requiere mas capas de base para cubrir las pequeñas imperfecciones del material, pues no permite llegar a un acabado liso perfecto.Se le aplicó una pintura acrílica para tener una mayor resistencia.

PrototipoPrototipo


A la resina se le aplica una capa de primex, y luego laca del color escogido.

AcabadoAcabado

Prototipo y manualPrototipo y manual

Ensamble FinalEnsamble Final

Prototipo y manualPrototipo y manual

Ensamble FinalEnsamble Final

Manual de usuario

Matriz de cumplimientoMatriz de cumplimientoSe cumplieronSe cumplieron

Se cumplieron parcialmenteSe cumplieron parcialmente

•Simplificar diagramación y usar simbología conocida.

•Funciones simples.

•Sistema de alarmas y alertas.

•Rangos de flujo y volumen cumplidos.

•Formas suaves.

•Esquinas redondeadas.

•Manual de usuario.

•Distribución horizontal.

•Desplazamiento de derecha a izquierda.

•Se aumentaron las rendijas por el mecanismo exterior.

•Las letras de la pantalla LCD no son visibles a una distancia de 1 mt.

•Falta un análisis detallado de tolerancias.

•No hay alarma sobre la unidad de impulsión. Fin de carrera.

•No se desarrolló la alarma de oclusión.

•Se decidió que el equipo funcionara aun sin conexión a a la batería.

• Estudiar e implementar el sistema de oclusión que es indispensable para el desarrollo de la jeringa de infusión.

• Analizar el mecanismo actual para reducir sus partes.• Rediseñar el mecanismo, para que este se encuentre en

el interior de la carcaza principal.• Disminuir el tamaño de las baterías para ahorrar espacio

del equipo.• Crear mejores alianzas entre la industria metalmecánica y

de importación de elementos electrónicos para aumentar la confiabilidad y precisión de las diferentes partes.

• Disminuir el tamaño del equipo ,por medio de la impresión de varias capas de los circuitos.

• Utilizar una pantalla LCD más grande.• Adicionarle al equipo el sistema para medir y utilizar

varias referencias de jeringas.

RecomendacionesRecomendaciones

• Las jeringas de infusión que se consiguen en el medio son importadas y tienen un alto costo.

• El medio local tiene bases de conocimiento tecnológico para desarrollar instrumentos de ésta índole, pero falta experiencia y compromiso en este ámbito.

• Es necesario mejores contactos para la consecución de los elementos electrónicos.

• Las especificaciones de diseño de producto son indispensables para establecer el alcance de cualquier proyecto, tanto del diseño , como de las partes involucradas.

• Es necesario el desarrollo de lluvias de ideas, para compartir información con el equipo interdisciplinario, tener un mayor número de posibles soluciones y hacer una mejor evaluación del diseño.

ConclusionesConclusiones

• Es muy importante diseñar con asociaciones a conocimientos previos, para que estos no sean rechazados en el medio local.

• Las herramientas como el bosquejo, la modelación, los modelos blandos, son indispensables para la comunicación de las diferentes partes del proyecto, y la síntesis de la información .

• La documentación de los procesos de manufactura, permite identificar posibles errores en el diseño.

• El manual de usuario permite sintetizar la información para que todas las partes del proyecto conozcan el modo de operación del equipo, y sea de rápida comprensión para futuras referencias .

• Falta mucha cultura de Diseño Colombiano no artesanal, pero este se va desarrollando con el conocimiento que estos proyectos propician.

ConclusionesConclusiones

¡Muchas Gracias!

Agradecimientos

Lina Zuleta y Juan Carlos Botero del CTA

Ingeniero Santiago Correa

Juan Sebastián Villa EAFIT

Ingeniero Juan Alejandro García

Laboratorios de la Universidad EAFIT

Omicróm Ingeniería Ltda

Ingeniero Juan Felipe Isaza

Jurados del proyecto

diseño y construcción de un prototipo de una jeringa de infusión para neonatología universidad...

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