Protesis bioelectromecanicos

Resumen

Cuando una persona sufre un accidente de cualquier tipo y la solución en estos casos es amputar alguna extremidad, sea superior o inferior, esta persona queda limitada en sus actividades de por vida, hasta ahora, la ciencia supera y avanza en gran manera y existe en la actualidad un método para devolverle la movilidad, las prótesis hoy en día son un suplemento tanto estético como practico sin embargo esta no es una solución efectiva por no tener su movilidad completa con la ayuda de la electrónica y la medicina se puede generar una conexión cuerpo-maquina siendo este una solución prometedora, en la actualidad se tiene un 5% de efectividad en este tipo de solución otro inconveniente es que un requisito para implementar este tipo de prótesis es que hayan perdido sus dos extremidades(superiores).

Introducción

Las personas que han sufrido accidentes, y la amputaciones de ambas extremidades es necesaria, pueden volver a tener su vida normal gracias a la ciencia y la mecánica, una aporte de estas ciencias puede generar una solución para este tipo de personas, la medicina nos da una clave importante por cuanto nos da una referencia con niveles de tensión eléctrica, la electrónica tanto analógica como digital nos brinda la posibilidad de tomar estos niveles e de tensión y generar una combinación binaria que puede ser tomada y esta ser transformada en movimientos mecánicos visibles y utilizables a las persona.

Nervios de referencia

NERVIO MEDIANO

El Nervio Mediano.- se forma por raíces externas e interna, procedentes de los troncos secundarios antero externo y antero interno, respectivamente. Las raíces se unen por fuera o por delante de la arteria axilar, aunque a veces la externa puede seguir hasta el brazo junto con el nervio musculo cutáneo. El nervio mediano termina distribuyéndose por la piel de la parte externa de la palma de la mano, la mayor parte de los músculos flexores de la parte anterior del antebrazo, la mayor parte de los músculos cortos del pulgar y la articulación del codo y la mayor parte de las articulaciones de la mano.

Fig1. Nervio mediano.

Síndrome del túnel carpiano

Es un cuadro de compresión del nervio mediano a su paso baja el ligamento palmar del carpo (muñeca). Bajo este ligamento pasan la mayor parte de los tendones flexores de la muñeca y dedos, así como el nervio mediano, encargado de la inervación sensitiva de la cara palmar de los tres primeros dedos y de la inervación motora de los músculos cortos del pulgar.

Fig2.Corte de la muñeca

Niveles de tensión en los nervios

En las siguientes tablas podemos observar niveles de tensión en diferentes ubicaciones de nervios los cuales pueden ser tomados para la utilización de nuestra prótesis.

Tabla1: Neuro conducciones motoras, Prueba convencional: latencia distal con el estimulo a 5cms del electrodo de registro localizado en abductor pollicis brevis

Tabla2: Neuroconducciones sensitivas: Prueba convencional con estímulo antidrómico a 12 cm y latencia medida al inicio de deflección negativa.

Tabla3:Prueba mediopalmar, Estímulo en la palma en la palma en el trayecto de los nervios mediano y ulnar con electrodos de registro localizados proximalmente a 8 cms.

Tabla4: Valores normales del nervio mediano por grupos de edad

Amplificación de la tensión de los nervios

El nivel de tensión proveniente de los nervios está dada en mV y &µV esta tensión se la amplificara para obtener una tensión en voltios siendo ya útil para una codificación, como también, no debemos olvidar que la tensión de entrada se ve afectada por el ruido presente en el ambiente, que debemos corregir para poder tener una señal valida y poder censarla.

Para la amplificación se utilizaran amplificadores operacionales orientados a la medicina estos tienen sus características especificas para evitar errores en la amplificación.

Fig3.Simbolo Amplificador Operacional.

La senal que ingresa al amplificador operacional será amplificada obteniendo una tensión de salida que se dispara a Vsat, esta tensión no es suficientemente estable para poder utilizarla eficazmente por lo que se coloca un siguiente amplificador operacional en una configuración de comparador este proporciona un limite o rango de variación de la senal de entrada ya amplificada, con esta estabilización se procede a convertir esta senal analógica en digita atraves de convertidores analógico digitales, estos últimos nos proporcionan una senal en binario a raíz de un nivel de tensión analogico.

Fig4.Configuracion comparador

Fig5.Conversion Analogico Digital

Conversión analógica digital

Una vez con la señal analógica, luego esta se las convierte en una señal digital, por cada nervio se puede obtener combinaciones de ceros y unos, estos datos digitales se los puede combinar y generar un mando de control el cual será codificado y este a su ves será transmitido a los dispositivo electromecánico que generan el movimiento.

Los datos en ceros y unos proporcionados por los covertidores ingresan a un CI que decodifica estos datos en ceros y unos y este se encarga de oncentrar todos los datos obtenidos de cada nervio con sus diferentes configuraciones en binario los cuales serán llevados a un micro controlador que hace las veces de memoria en el cual se encuentra programado todo y completamente todas las rutinas como combinaciones de datos de los nervios para crear un movimiento o reacción a algún estimulo generado por el cerebro

Fig6.Conversion y digitalización.

Consideraciones en la estructura de la prótesis

Cabe recalcar que desde un principio los elementos, dispositivos e instrumentos son de carácter medico por lo que se requiere especial atención en la calificación de los mismos con un registro sanitario como también este de acuerdo con las normas establecidas por la Organización Mundial de la Salud (OMS).

Los electrodos son o es la parte vital y fundamental de una prótesis ya que estos nos permiten tomar los datos necesarios para generar un movimiento en este.

En el aspecto electrónico no se tiene mayor dificultad ya que en esta materia las posibilidades de miniaturización y disponibilidad de elementos son un abanico amplio de posibilidades, sin dejar de lado el aspecto económico.

En la parte mecánica los dispositivos serán creados de materiales en lo posible inoxidable con una resistencia del material considerable dando como resultado seguridad al paciente como también movilidad si bien es cierto no completa pero su avance a dado ya los primeros frutos.

Primeros resultados

Cuando Jesse Sullivan piensa que quiere beber, su cerebro se lo transmite a su mano, que coge un vaso y lo acerca hacia su boca. Nada fuera de lo normal excepto por un importante detalle. Este operario sufrió en 2001 un grave accidente eléctrico que acabó en la amputación de sus dos brazos.

Ese mismo año, Jesse Sullivan fue el primer paciente en someterse a una técnica experimental que remite directamente a esa idea tan exprimida por los relatos de ciencia ficción de la fusión entre el hombre y la máquina. Sus nervios se conectaron a unos electrodos que controlan los movimientos de una sofisticada (y aparatosa) prótesis. Gracias a ella, piensa en una acción y su nuevo brazo, mano y dedos la ejecutan, ya sea coger un vaso o abrir una puerta. Existe una continuidad entre las conexiones nerviosas y unos sensores que se dirigen a unos microprocesadores que traducen al brazo las señales que ordena el cerebro.

Fig7.Jesse Sullivan con prótesis electromecánica

Dean Kamen creador de un prototiopo de un brazo robotico mejorado y siendo utilizado por un paciente que había perdido ambas extremidades superiores y con esta creación se le da una nueva oportunidad vida y reinserción en su vida otidiana.

Fig8.Dean Kamen

Fig.9Prototipo

Fig10.Prototipo aplicado a un paciente

Fig11.Prototipo en funcionamiento correcto.

Conclusiones

Cuando se realizan este tipo de actividades en un nuevo campo de estudio como es la bio electrónica se debe tener muy claros los conceptos que utilizaremos para su implementación lo más importante es agrupar todos los conocimientos relacionados a la medicina y a la anatomía del cuerpo humano como también la estructura nerviosa en una persona y sus reacciones a como impulsos eléctricos para luego estos ser utilizados y decodificados si es posible como una lógica combinatoria y obtener ya un resultado en términos eléctricos más tangibles para un posterior diseño completo en el área de mecánica lo que se pretende en este documento es dar a conocer que se puede obtener impulsos eléctricos de los nervios concretamente estables.

Recomendaciones

Se recomienda en el estudio de esta área es tener mucho énfasis en área anatómica del cuerpo humano y sus respuestas de tensión eléctrica en los nervios y luego decodificarlos como datos lógicos, cabe recalcar que los dispositivos a utilizar son dispositivos de precisión como amplificadores operacionales, decodificadores de baja tensión como la interface de nervio-dispositivo deben ser de uso clínico recodar también que se debe hacer un filtrado de señales de respuesta de nervios ya que se puede obtener datos muy diferentes en ordenes de cerebro-extremidades distintas con una señal de cerebro igual, se debe hacer varias mediciones y prueba de sensores para asegurar su adecuada interfaz de impulsos en los nervios.

Referencias

[1] M:Ensayo electromedicina57803.htm

[2] Electronica teoría de circuitos

[3]Universidad de Guadalajara elementos proecesadores neuronales

[4] Sistemas digitales Ronald Tocci pearson prentce hall.

[5] Slideshare nervios del brazo

Autor:

Víctor Loja