Estado del arte de prótesis de mano

Resumen — En este artículo nos muestra la primera parte del diseño de una protesis de mano activa, plasmada para que el paciente la mueva a través de señales electromiográficas provenientes de su brazo. Ya que aquí podemos probar diferentes tipos de movimientos articulares para cada uno de los dedos y también se hace una pequeña revisión de los tipos de prótesis de mano que las cuales se han desarrollado con diferentes tipos de tecnologías y conocimientos y podemos ver sus ventajas y desventajas también el desarrollo de las prótesis durante los últimos años. Por último se hace referencia a las nuevas tendencias en la utilización de materiales inteligentes para la construcción de prótesis de mano.

Abstract — In this article we show the first part of designing an active hand prosthesis, shaped so that the patient move through electromyographic signals from his arm. Because here we can try different types of joints for each finger movements and a small review of the types of prosthetic hand which have been developed with different types of technologies and knowledge is also done and can see its advantages and disadvantages also the development of prostheses in recent years. Finally reference to new trends in the use of smart materials for constructing prosthetic hand is made.

Index Terms—Prótesis, mecanismos, materiales inteligentes.

Introducción

El movimiento de la mano es dinámico pero se considera estático porque aquí las fuerzas de inercia se puede decir que son insignificantes con las fuerzas estáticas durante su respectivo montaje. [4] Han sido muchos años de esfuerzo para lograr a consolidar un diseño, construcción y control de prótesis de mano [8] [9], con otros tipos de mecanismos y control manipulando una gran variedad de materiales recientes aprovechados por la tecnología actual. [10] [7].

En muchos institutos de investigación de todo el mundo existen las nuevas manos robóticas desarrolladas con el avance de la teoría y por supuesto 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 poco a poco y lograr el objetivo y llevar a cabo su eficiencia y el comportamiento en los experimentos realizados en cada práctica ya que aquí necesitamos ver las habilidades y las capacidades de nuestras manos 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.[3] A la extensa historia de la humanidad, el individuo ha tratado de remplazar la parte pérdida por uno que le brinde el mismo movimiento de manera artificial. Es por eso que en la actualidad se han realizado estudios de prótesis la cual aquí debe cumplir las mismas necesidades que el ser humano necesita sin tener ningún inconveniente y que realice la misma función que se cumplía antes por la parte afectada. [2] Los mecanismos de ayuda, tales como mecanismos de prótesis estos son comprobados con una fuerza muscular. [1] Tiene como propósito ayudar a facilitar cualesquiera de las funciones pero nunca remplazar una parte faltante del cuerpo del ser humano que pudo haber ser perdida por cualquier situación [5] [6]; la principal función que tiene las prótesis es de optimizar la calidad de vida de los pacientes mutilados. [7] El objetivo 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 característica 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

Reseña histórica

Desde hace mucho tiempo atrás se viene realizando prótesis las cuales, al paso de tiempo y el desarrollo en avances tecnológicos, 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]

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

En 1600 se ve mejorada considerablemente la realización 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]

Figura 2. Primera prótesis de mano "Le petit Loraine" del año 1600. [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]

Definición del tipo de mano a modelar

Primero tenemos que tener resuelto el tipo de mano que se va a escoger. Para esto necesitamos saber algunas preguntas como ¿cuantos dedos debe tener la mano? Grado de movilidad de los dedos los movimientos que debe ser capaz de realizar pero debemos saber que la mano va a ser movida por unas señales electromiografías del brazo de la persona que ha sufrido la amputación de la mano, pero tenemos que tener en cuenta que a partir de estas señales no puede ser tan evidente que sean captadas por el paciente. Pero tenemos analizar que estas señales pueden ser cambiadas por el estado de ánimo de la persona. Para buscar una solución del problema en nuestro medio se están llevando a cabo una serie de propuestas como la de conectar directamente los captores de movimiento a los nervios sanos del paciente. [11], [12], [13] De acuerdo a las diferentes investigaciones realizadas sobre la prótesis de la mano se determinaron los movimientos funcionales de la mano más comunes que se pueden realizar en la vida cotidiana son el agarre de un cilíndrico, agarre esférico y de gancho. [13]

Tipos de protesis de manos

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 adquirimiento del conocimiento y la tecnología. [14] [15]

• LAS PROTESIS ESTÉTICAS

Prótesis estéticas, también conocidas como prótesis pasivas [16] [17], y ver 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. [18]

Figura 3. Prótesis estéticas [19].

• 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 [19] [20]. 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. [21], [22]

Figura 4. Prótesis mecánicas [23].

• PRÓTESIS ELÉCTRICAS

Las prótesis eléctricas se usan motores eléctricos en el dispositivo terminal, la muñeca o codo con una batería recargable. Estas se controlan de varias formas, ya sea esta con un servocontrol.Un control con un botón pulsador o un botón con un interruptor de arnes.En cualquier ocasión se combinan este tipo de forma para su mejor funcionalidad. Este es más costoso a su adquisición y reparación del mismo también existiendo desventajas 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 Figura 3. [25], [24]

Figura 5. Prótesis eléctricas [26].

• 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 carbonico.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. [7]

Figura 6. Prótesis neumáticas [27].

Evolución tecnológica

A partir de que el tiempo avanza y cada día se presenta situaciones difíciles para las personas, para lo cual gracias al avance de nuevas tecnologías y gran ingenio del hombre encuentra métodos o modos para solucionar las condiciones de vida de muchas personas en el ámbito social, y esto también afecta a encontrar nuevas prótesis de extremidades superior con gran tecnología de acuerdo a sus características las cuales se revisaran a continuación. [30], [23]

• 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], [4], [22], [8].

Figura 7. Prótesis Biónica I-Limb. [8]

• PRÓTESIS MICHELANGELO

Esta prótesis consta con varios movimientos de la mano, con una gran precisión y velocidad, y movimiento de individual de cada dedo, así como de la muñeca, una de las características importante 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 duraluminio de gran resistencia y con una recubierta de silicona para darle un aspecto no tan áspero. [18], [22]

Figura 8. Prótesis Michelangelo. [19]

• PRÓTESIS BEBIONIC

Esta prótesis es similar y maneja el mismo concepto de la prótesis biónica I-Limb pero con la característica que está a menor costo, tiene movimientos individuales en cada dedo lo cual permite obtener 14 posiciones de agarre de precisión en la prótesis de mano, viene incluido 5 velocidad diseñado con bajo consumo de energía. [18], [13], [33]

Figura 9. Prótesis Bebionic. [19]

• PRÓTESIS CYBERHAND

Esta prótesis a diferencia de las demás va conectada a los terminales nerviosos del brazo amputado por medio de cirugía, por lo cual es costosa y a veces fastidia al paciente por la temperatura y presión que produce la prótesis de mano, está diseñado con sensores que recolectan la información enviada por el cerebro hacia la mano, la cual tiene amplificadores de señal que realizan el movimiento en la prótesis. [22], [34], [35], [36]

Figura 10. Prótesis CyberHand. [37]

Conclusiones

ESPAÑOL La conclusión que tenemos es que la prótesis de las manos esto se ha venido desarrollando con el pasar del tiempo pero hoy en la actualidad como ha avanzado la ciencia y la tecnología se han logrado grandes avances teniendo ya hoy en nuestro medio un modelamiento que es acompañado por un diseño y mecanismos que lo conllevan ya que aquí permite ver la funcionalidad que se cumple al 100% de todo lo que se ha investigado y esto se nos ha permitido la fabricación de prótesis de manos con simulaciones de movimientos de una apariencia natural como si fuera de modo real ya que estas pueden ser captadas por señales que envía el ser humano a través del cerebro. En nuestro medio se están impulsando diferentes proyectos de prototipos de prótesis las cuales cumplen con las expectativas de todas las personas que la utilizan ya que se ve su estado de funcionalidad y tiene un costo muy cómodo para las personas que hacen uso de ella pero con gran esfuerzo se están realizando campañas las cuales con el apoyo de muchas personas se están logrando superar debilidades y desventajas que se presentan en dichas prótesis.

INGLÉS The conclusion we have is that the prosthetic hands that has been developing over time but today now has advanced science and technology have made great strides already having today in our midst one modeling which is accompanied by design and mechanisms that involve; because here you can see the functionality that meets 100% of everything that has been investigated and this has allowed the manufacture of prosthetic hands with simulations of movement of a natural look like real mode since these can be it sends signals captured by humans through the brain. In our environment they are driving different projects prototype prosthesis which meet the expectations of all the people who use it as their state of functionality looks and has a very comfortable cost to people who use it but with great efforts are underway campaigns which supported many people are able to overcome weaknesses and disadvantages that arise in such prostheses.

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Bibliografía Noles Malucín José Oswaldo nació el 17 de Marzo de 1993 en Quito, inicio sus estudios en la Escuela Ciudad de Quito, realizó la Secundaria en la Unidad Educativa Experimental Colegio Militar Héroes del 41 obteniendo el título de bachiller en Ciencias de la Educación, comenzó sus estudios en la Universidad Politécnica Salesiana, siguiendo la carrera del Ingeniería Electrónica y Telecomunicaciones.

Aguilar Correa Adrián Patricio, nací el 20 de octubre de 1993 en la ciudad de Santa Rosa provincia de El Oro, realicé la primeria en la Escuela Fisco misional Herminia Grunauer de Loayza, la secundaria la concluí en UESTE, obteniendo el título de Bachiller en Ciencias, y estoy realizando los estudios universitarios en la Universidad Politécnica Salesiana en la carrera de Ingeniería Electrónica.

Universidad Politécnica Salesiana, Sede Cuenca.

Autor:

Aguilar Correa Adrián Patricio.

e-mail:aaguilar[arroba]est.ups.edu.ec

Noles Malucín José Oswaldo.

e-mail: jnoles[arroba]est.ups.edu.ec