Desarrollo de un modelo simulado de órtesis de tipo rodilla-pie con enfoque pediátrico integrado con un sistema de medición angular para la asistencia en rehabilitación de la marcha
Las disfunciones motoras se caracterizan por presentar una alteración persistente del sistema locomotor, especialmente para la postura, coordinación y movimiento, estas pueden ser producidas de manera cognitiva por lesiones en el sistema nervioso central o adquirida en las etapas del crecimiento del...
- Autores:
-
De Alba Pinilla, Zarith Melissa
Andrade Betancour, Angela Cecilia
Dueñas Roman, Edison Alexander
- Tipo de recurso:
- Trabajo de grado de pregrado
- Fecha de publicación:
- 2023
- Institución:
- Universidad Autónoma de Bucaramanga - UNAB
- Repositorio:
- Repositorio UNAB
- Idioma:
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- OAI Identifier:
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- Acceso en línea:
- http://hdl.handle.net/20.500.12749/20235
- Palabra clave:
- Software
Orthotics
Rehabilitation
Gait
Locomotor system
People with disabilities
Ingeniería biomédica
Ingeniería
Biofísica
Bioingeniería
Medicina
Biomédica
Sistema locomotor
Personas con discapacidades
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Marcha
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Development of a simulated model of a pediatric-focused knee-foot orthosis integrated with an angular measurement system for gait rehabilitation assistance |
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Las disfunciones motoras se caracterizan por presentar una alteración persistente del sistema locomotor, especialmente para la postura, coordinación y movimiento, estas pueden ser producidas de manera cognitiva por lesiones en el sistema nervioso central o adquirida en las etapas del crecimiento del infante. Las órtesis son el principal tratamiento para este tipo de condiciones, sin embargo, no se ajustan apropiadamente a las características anatómicas de cada paciente, provocando que el efecto terapéutico/correctivo sea menor, adicionalmente esta herramienta puede generar malestar en los infantes por su peso y complejidad limitando su movilidad. Teniendo en cuenta lo anterior, el objetivo de este proyecto fue diseñar y desarrollar un prototipo simulado de órtesis para miembro inferior de tipo rodilla-pie integrada con un sistema de medición angular para cuantificar la flexo-extensión de los segmentos articulares rodilla- tobillo para la asistencia y seguimiento en procesos de rehabilitación del patrón de la marcha. Inicialmente se estableció una metodología que permitió el análisis y la extracción de las mediciones angulares presentes en la marcha, luego se realizó el diseño y programación de un software en donde se pudiera calcular dichas mediciones. Posteriormente se determinó una trayectoria de marcha normal a partir de valores angulares estandarizados por estudios previos, esta marcha normal sirvió como base para construir las trayectorias anormales que emulan las posibles patologías de la vida real, con el fin de identificar la posible evolución que tendría un paciente al usar la órtesis. Esto se hizo por medio de una simulación computacional en la que se emplearon las características geométricas de la órtesis y se aplicaron modelos cinemáticos inversos y directos para obtener los parámetros matemáticos que permiten determinar las posibles trayectorias que tendría el modelado en entornos reales. Una vez realizado todo el procedimiento se encontró que el modelado de órtesis es viable ya que se acerca a las trayectorias articulares determinadas en estudios biomecánicos previos, lo cual permite comprobar su funcionalidad, sin embargo, se identificó una limitación con respecto a los ángulos, debido a que es necesario establecer un lazo de control que mejore la calidad de los datos y esto solo es posible cuando se lleva a un entorno físico. |
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Las órtesis son el principal tratamiento para este tipo de condiciones, sin embargo, no se ajustan apropiadamente a las características anatómicas de cada paciente, provocando que el efecto terapéutico/correctivo sea menor, adicionalmente esta herramienta puede generar malestar en los infantes por su peso y complejidad limitando su movilidad. Teniendo en cuenta lo anterior, el objetivo de este proyecto fue diseñar y desarrollar un prototipo simulado de órtesis para miembro inferior de tipo rodilla-pie integrada con un sistema de medición angular para cuantificar la flexo-extensión de los segmentos articulares rodilla- tobillo para la asistencia y seguimiento en procesos de rehabilitación del patrón de la marcha. Inicialmente se estableció una metodología que permitió el análisis y la extracción de las mediciones angulares presentes en la marcha, luego se realizó el diseño y programación de un software en donde se pudiera calcular dichas mediciones. Posteriormente se determinó una trayectoria de marcha normal a partir de valores angulares estandarizados por estudios previos, esta marcha normal sirvió como base para construir las trayectorias anormales que emulan las posibles patologías de la vida real, con el fin de identificar la posible evolución que tendría un paciente al usar la órtesis. Esto se hizo por medio de una simulación computacional en la que se emplearon las características geométricas de la órtesis y se aplicaron modelos cinemáticos inversos y directos para obtener los parámetros matemáticos que permiten determinar las posibles trayectorias que tendría el modelado en entornos reales. Una vez realizado todo el procedimiento se encontró que el modelado de órtesis es viable ya que se acerca a las trayectorias articulares determinadas en estudios biomecánicos previos, lo cual permite comprobar su funcionalidad, sin embargo, se identificó una limitación con respecto a los ángulos, debido a que es necesario establecer un lazo de control que mejore la calidad de los datos y esto solo es posible cuando se lleva a un entorno físico.1. CAPITULO I .............................................................................15 1.1 PROBLEMA U OPORTUNIDAD ..........................................15 1.2 JUSTIFICACIÓN ....................................................................17 1.3 PREGUNTA PROBLEMA ....................................................18 1.4 OBJETIVOS ..........................................................................18 1.4.1 Objetivo general ............................................................18 1.4.2 Objetivos Específicos......................................................18 1.5 LIMITACIONES Y DELIMITACIONES ....................................19 2. CAPITULO II ...............................................................................20 2.1MARCO TEÓRICO ......................................................................20 2.1.1 Órtesis y clasificación...........................................................20 2.1.2 Descripción básica del miembro inferior ...........................23 2.1.3 Análisis de la Marcha Normal.................................................27 2.1.4 Disfunciones motoras de miembro inferior .................................30 2.1.5 Patrones de marcha en personas con patologías neuromusculares del miembro inferior ......................31 2.1.6 Rehabilitación de la marcha en discapacidad motora ................................... 35 2.1.7 Software asistido por computador.................................................................. 35 2.2 MARCO NORMATIVO................................................................................................ 38 2.2.1 Ley 23 de 1982: Disposiciones sobre los derechos de autor.......................... 38 2.2.2 Ley 1915 de 2018: Disposiciones adicionales de derechos de autor y derechos conexos (sobre la 24 de 1982) ...............................39 2.2.3 Decreto 1360 DE 1989 ................................................................................... 39 2.2.4 Ley 44 de 1993.....................................................................39 2.2.5 Consideraciones Éticas. ................................................................................. 39 2.3 ESTADO DEL ARTE ..........................................................................................40 2.3.1 Antecedentes Internacionales ................................................................... 41 2.3.2 Antecedentes Nacionales ........................................................................44 3. CAPITULO III....................................................................................................... 46 3.1 METODOLOGÍA......................................................................................................... 46 3.1.1 Etapa I: Diseño ............................................................................................... 46 3.1.2 Etapa II: Construcción del modelo................................................................. 48 3.1.3 Etapa III: Evaluación ..................................................................................... 52 4. CAPITULO IV ............................................................................................................ 54 4.1 RESULTADOS Y ANÁLISIS DE RESULTADOS. .............................................................. 54 4.1.1 Etapa I: Diseño ............................................................................................... 54 4.1.2 Etapa II: Construcción del modelo................................................................. 64 4.1.3 Etapa III: Evaluación ..................................................................................... 85 5. CAPITULO V.............................................................................................................. 99 5.1 CONCLUSIONES ........................................................................................................ 99 5.2 RECOMENDACIONES ............................................................................................... 101 6. ANEXOS .................................................................................................................... 102 REFERENCIAS ............................................................................................................ 112PregradoMotor dysfunctions are characterized by presenting a persistent alteration of the locomotor system, especially for posture, coordination and movement, these can be produced cognitively by lesions in the central nervous system or acquired in the growth stages of the infant. Orthoses are the main treatment for this type of conditions, however, they do not adjust appropriately to the anatomical characteristics of each patient, causing the therapeutic/corrective effect to be lower, additionally this tool can generate discomfort in infants due to its weight and complexity limiting their mobility. Considering the above, the objective of this project was to design and develop a simulated prototype of a knee-foot type lower limb orthosis integrated with an angular measurement system to quantify the flexo-extension of the knee-ankle joint segments for assistance and follow-up in gait pattern rehabilitation processes. Initially, a methodology was established that allowed the analysis and extraction of the angular measurements present in the gait, then the design and programming of a software where these measurements could be calculated. Subsequently, a normal gait trajectory was determined from angular values standardized by previous studies. This normal gait served as the basis for constructing the abnormal trajectories that emulate possible pathologies in real life, in order to identify the possible evolution that a patient would have when using the orthosis. This was done by means of a computational simulation in which the geometric characteristics of the orthosis were used and inverse and direct kinematic models were applied to obtain the mathematical parameters that allow determining the possible trajectories that the modeling would have in real environments. Once the whole procedure was carried out, it was found that the orthosis modeling is feasible since it is close to the joint trajectories determined in previous biomechanical studies, which allows checking its functionality; however, a limitation was identified with respect to the angles, since it is necessary to establish a control loop that improves the quality of the data and this is only possible when it is taken to a physical environment.Modalidad Presencialapplication/pdfspahttp://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/2.5/co/Abierto (Texto Completo)Atribución-NoComercial-SinDerivadas 2.5 Colombiahttp://purl.org/coar/access_right/c_abf2Desarrollo de un modelo simulado de órtesis de tipo rodilla-pie con enfoque pediátrico integrado con un sistema de medición angular para la asistencia en rehabilitación de la marchaDevelopment of a simulated model of a pediatric-focused knee-foot orthosis integrated with an angular measurement system for gait rehabilitation assistanceIngeniero BiomédicoUniversidad Autónoma de Bucaramanga UNABFacultad IngenieríaPregrado Ingeniería Biomédicainfo:eu-repo/semantics/bachelorThesisTrabajo de Gradohttp://purl.org/coar/resource_type/c_7a1finfo:eu-repo/semantics/acceptedVersionhttp://purl.org/redcol/resource_type/TPSoftwareOrthoticsRehabilitationGaitLocomotor systemPeople with disabilitiesIngeniería biomédicaIngenieríaBiofísicaBioingenieríaMedicinaBiomédicaSistema locomotorPersonas con discapacidadesOrtesisRehabilitacionMarchaAcevedo, E. 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