Ingeniería de métodos. 5. Biomecánica y traumas acumulativos

El presente trabajo presenta un modelo biomecánico del cuerpo en el plano sagital que permite estimar las fuerzas internas presentes durante la ejecución de la técnica de recepción baja básica en el vóley. De igual manera, se presenta el diseño de un módulo de ensayos experimentales que permita realizar la validación del modelo propuesto. En la etapa inicial se realizó un breve estudio sobre modelos biomecánicos del cuerpo así como métodos para realizar su validación que posean un enfoque deportivo. De esta manera se propuso un modelo biomecánico que cuenta con seis segmentos articulados en cadena y que permite analizar el movimiento deseado. Luego se procedió a realizar el diseño preliminar del módulo de ensayos, el cual consiste de un sistema de captura de movimiento basado en cámaras y seguimiento de marcadores, de un par de plataformas de fuerza y de un dispositivo lanzador de balones. El dispositivo lanzador de balones permite ajustar tanto la velocidad y el ángulo de lanzamiento del balón. Además, cuenta con un sistema de seguridad que impedirá el lanzamiento ante la presencia de obstáculos frente al dispositivo. El costo de fabricación del lanzador de balones asciende a S/. 4,000 aproximadamente, el cual incluye costos de diseño, fabricación y ensamble. Por último, se muestra el protocolo de ensayo que permite validar el modelo propuesto. Este protocolo explica la ubicación de los dispositivos para el ensayo, la preparación del sujeto de pruebas y el proceso para la recolección de información. Adicionalmente se explica cómo se procesa la información para obtener las variables deseadas y de esa manera poder realizar la validación deseada. El resultado del presente trabajo es la propuesta de un modelo biomecánico de seis segmentos articulados, así como el diseño de un módulo de pruebas experimentales para la validación de un modelo biomecánico. Además, se muestran los resultados obtenidos de un ensayo preliminar siguiendo el protocolo detallado utilizando los equipos con los cuales se contaba en el laboratorio LIBRA que muestra una validación preliminar del modelo propuesto. Este ensayo mostró que el modelo permitió estimar las fuerzas internas con un error menor al 20%, el cual se espera pueda ser mejorado al implementar el módulo de ensayos presentado. / Tesis

El presente trabajo presenta el diseño preliminar de un dispositivo que complemente al simulador de marcha de la PUCP para reproducir los movimientos de los miembros inferiores del ser humano para personas con problemas en la marcha. En la etapa inicial se contempló un breve estudio de la biomecánica, dinámica del movimiento y ergonomía de la persona humana, tomando mayor importancia en las dimensiones, velocidad, aceleraciones y fuerzas promedio de una persona entre los 6 y 12 años durante la marcha. Así también se definió la geometría y componentes del dispositivo, con lo cual se desarrolló la cinemática y cinética del miembro inferior y de cada elemento del dispositivo mediante la dinámica de cuerpos rígidos aplicando el método newtoniano, definiendo los datos de entrada y de salida. Luego se procedió a desarrollar un algoritmo para resolver los arreglos realizados en el análisis cinético del miembro inferior y del dispositivo, con lo cual se obtuvieron las cargas y momentos en el dispositivo necesarios para la elección de los actuadores rotativos. Se validó la geometría de cada elemento del dispositivo con el análisis de deformaciones mediante el método de elementos finitos, con ello se obtuvieron los planos de despiece y ensamble de los elementos del dispositivo. Por último, se elaboró el diseño preliminar del sistema de control del dispositivo, el cual consiste en el método Master-Slave e incluye en la lógica de control, un lazo externo, el cual realiza un control de seguimiento de posición, un lazo interno, el cual realiza un control de corriente (torque) y una retroalimentación mediante el sensor de posición/velocidad (encoder) de cada actuador rotativo. El resultado del presente trabajo es el diseño de un exoesqueleto de 2 GDL para los miembros inferiores, el cual se acopla a la plataforma del simulador de marcha desarrollado en la Pontificia Universidad Católica del Perú. Asimismo, ayuda en la rehabilitación física de personas entre los 6 a 12 años con dificultades en la marcha para lo cual puede variar de altura entre los 55 a 75 cm según sea las características físicas de la persona a rehabilitar. Además, se espera que contribuya en el estudio de dispositivos robóticos en la rehabilitación física en nuestro país. El costo estimado, que incluye costos directos e indirectos del dispositivo, es de S/. 71,940.00 el cual incluye costos de diseño, fabricación y ensamble. / Tesis

Actualmente la preocupación por la salud personal está en constante crecimiento, a pesar de ello, las tasas de personas enfermas es bastante alta, algunas enfermedades se pueden tratar fácilmente, otras no, algunas incluso pueden traer secuelas que duran el resto de la vida. Algunas de las más graves son aquellas que traen como consecuencia la pérdida total o parcial del movimiento de miembros inferiores como superiores, ya que afecta al paciente no solo física, si no también psicológicamente, existen dos posibles motivos para sufrir una parálisis corporal, la primera de ellas por un problema del músculo propiamente dicho, mientras que el otro aso se da por un problema en el sistema nervioso, siendo los tipos de parálisis más comunes la cuadriplejia, hemiplejia y paraplejia. Muchas veces estas enfermedades son degenerativas, es decir, el paciente irá empeorando con el tiempo y su problema será cada vez más grave, en los casos en los que se puede dar tratamiento al paciente es necesario que el tratamiento sea lo más rápido posible ya que después de un tiempo sin tratamiento el paciente difícilmente recupere su movilidad, debido a esto, es necesario brindar el mejor tratamiento lo más rápido posible, las técnicas de rehabilitación actuales implican la asistencia de una persona para facilitar el movimiento de las extremidades, sin embargo, un mal cálculo en la fuerza a ser usada, la falta de homogeneidad en los movimientos, e incluso el medio en el que se hacen los ejercicios pueden no ser óptimos para la persona a tratar, además, la duración del tratamiento en algunos casos es tan larga que los pacientes (o las familias de los pacientes, quienes normalmente cuidan de ellos y se encargan de llevarlos a las terapias) desisten en el camino (algunas veces incluso antes de ver algún resultado); es por esto que se propone un sistema mecatrónico que asista al paciente debajo del agua con los ejercicios de rehabilitación, de manera que se pueda controlar la fuerza para realizar cada ejercicio, controlar el movimiento y realizarlo en un medio, cuyas propiedades son mejores para la rehabilitación. En esta primera etapa se realizará el diseño del sistema, las prácticas experimentales y análisis de datos corresponden a una segunda etapa del proyecto, dicha etapa no será tratada en este trabajo / Tesis

In follicle sinus complex of sinus hairs, two blood vessels seem to have a prominent function. Up to date, their biological role is unknown, however, hypothesis suggest that they are used as hydraulical bearing for the hair which is used to change the stiffness and compliance of the fixation depending on the application. Because of the size of the structures of interest experiments at the living object to clarify the biological role are not possible so far. Therefore, mechatronic approaches can help to investigate advantages and possibilities of a bearing with tunable compliance. Thus, in the current thesis, it is develop a mathematical modeling, multi-body simulation and a mechatronic demonstrator of a swinging rod in a bearing with tunable compliance. The tunable compliance of the system was inspired of Jack Spring principle of work, which change the compliance by decreasing the number of active coils. / Tesis

Las prótesis activas de miembro inferior buscan ejercer sobre el muñón de la persona amputada movimientos y reacciones similares a las que produce un miembro sano. Esto se logra por medio de sistemas que brindan potencia a las articulaciones, a diferencia de las prótesis pasivas. La finalidad de reproducir movimientos y reacciones similares a la de un miembro inferior es reducir el costo metabólico que puede demandar el emplear una prótesis pasiva y reducir las lesiones en otras partes del cuerpo producto de requerir mayor esfuerzo y movimientos anormales para suplir la función que brinda un miembro inferior sano. El objetivo de este trabajo es presentar el diseño mecánico de una prótesis activa transfemoral. El diseño fue concebido para que la prótesis pueda realizar rutinas de marcha en estado activo. Para rutinas como bipedestación y sedestación la prótesis se comporta de forma pasiva. El presente trabajo presenta un marco teórico de la marcha de la persona, las características de proyectos actuales de prótesis activas de miembro inferior, un método de obtención de reacciones en las articulaciones a partir de información obtenida de un análisis de marcha y la información de la persona modelo, la aplicación de la metodología de diseño empleada, el diseño de los sistemas de transmisión de potencia y de la estructura, la selección de componentes y el diseño preliminar del sistema de control. La prótesis diseñada se compone de cuatro partes, denominadas segmentos, y tres articulaciones, de las cuales dos de ellas son activas. Cabe resaltar que se emplearon elementos de almacenamiento de energía para reducir el tamaño de los actuadores y reutilizar la energía emitida por cada articulación. / Tesis

En el cuerpo humano a veces se presentan alteraciones en el esqueleto tanto en el crecimiento como en el desarrollo del mismo en diversos grados, actualmente se practican técnicas que tiene por objetivo la corrección de los crecimientos anormales que se presentan en el esqueleto. El objetivo del presente trabajo es la corrección de los crecimientos anormales que se presentan en el maxilar inferior, la técnica a utilizar es la denominada distracción osteogénica, esta técnica ha demostrado que la tracción gradual de los tejidos vivos crea fuerzas que estimulan el crecimiento y la regeneración de los huesos. Se diseñó y construyó un dispositivo, el cual logrará de manera satisfactoria una tracción gradual sobre mandíbula inferior, ocasionando que esta modifique su geometría. El diseño del dispositivo utilizó una “Metodología del diseño”, ésta es una técnica reconocida, la cual nos garantiza que el dispositivo cumpla con todos los requerimientos y restricciones necesarias para lograr la distracción osteogénica. Los cálculos de las piezas del dispositivo denominado Distractor fueron verificados utilizando el Método de los Elementos finitos (CAE). También se presentan los planos del Distractor, los cuales sirvieron para la fabricación y ensamble del mismo, las piezas se fabricaron en talleres nacionales. / Tesis

En la actualidad, las patologías laborales han adquirido gran importancia en el ámbito de la salud, evidenciado en el aumento de este tipo de atenciones y en una serie de cambios a nivel legal.En este contexto, se modifica el DS N°594 el año 2011, el cual pone de manifiesto la necesidad de describir los factores de riesgo presentes en el puesto laboral de los trabajadores con el fin de prevenir el desarrollo de trastornos músculo-esqueléticos interviniendo sobre los factores de carga física biomecánica. En consecuencia, este estudio busca describir la presencia de estos factores en una muestra obtenida en 3 centros de salud de la zona norte de Santiago. Es de tipo descriptivo, método transversal y diseño no experimental. El registro de los datos se realizó entre los meses de octubre y diciembre del año 2011. La muestra es de tipo no probabilística y por conveniencia yconsta de 30 individuos. Se aplicó el checklist MSD Risk Factor Screening durante un tiempo aproximado de 10 minutos previo a la consulta médica en los distintos centros, a todos los individuos consecutivos que cumplan con los criterios de inclusión/exclusión. Los resultados son presentados con la media relativa al puntaje correspondiente a 8 horas de exposición. Los resultados, en grado de exposición, fueron: posturas mantenidas o forzadas 62,7%, repetitividad 52,4%, manipulación manual de carga 50%. En hombro, se obtuvo un 69,59% de grado de exposición a manipulación manual de carga; en codo, se obtuvo 67,65% y en muñeca/mano un 53,41%. El 30% de la muestra presentó tendinitis de manguito rotador. Del presente estudio se desprende que el factor de carga física biomecánica al que la muestra estuvo expuesta en mayor grado, fueron las posturas mantenidas o forzadas, seguido por repetitividad y manipulación manual de carga. El trastorno músculo-esquelético más prevalente en la muestra fue tendinitis de manguito rotador y en cada segmento la mayor exposición fue a posturas mantenidas o forzadas. / Currently, work related diseases have acquired great importance in the health field, as shown by the increase of this kind of attentions and changes at a legal level. In this context, SD N°595 is modified, manifesting the necessity to describe the risks factors present at a workplace in order to prevent the development of musculoskeletal disorders by intervening on physical load biomechanical factors (PLBF). In consequence, this study describes the presence of PLBF in a sample obtained in 3 health centers of Santiago’s north zone. Type of study consists of a descriptive, transversal method, and non experimental design. Data recording took place between October and December of 2011. The sample is non probabilistic and convenient, consisting of 30 individuals. MSD Risk Factor Screening checklist was applied during a rough time of 10 minutes prior to the medical consultation at each center, to every consecutive individual who met the inclusive/exclusive criteria. Results are expressed as relative mean to the correspondent score after 8 hours of exposure. The results, on exposure were: Held or forced positions62,7%, repetitive movements 52,4%, and manual load manipulation 50%. The exposure in shoulder cases was 69,59%, in elbow cases 67,65%, in wrist/hand cases 53,41%. Rotator cuff tendinitis was 30% prevalent. From the present study comes off that the physical load biomechanical factor of most exposure of the sample was held of forced positions, followed by repetitive movements and by manual load manipulation. Rotator cuff tendinitis was the most prevalent musculoskeletal disorder at the sample, and on each body segment the held or forced positions was the most exposure.

El embarazo en la mujer produce cambios fisiológicos, anatómicos que alteran la biomecánica postural. Estos cambios pueden producir síndromes dolorosos de espalda baja debido a la sobrecarga en los músculos paravertebrales y pélvicos; el dolor puede ser tan intenso que la madre sufre disminución de sus actividades cotidianas. Para tabular los datos obtenidos se realiza un trabajo de investigación tipo estadístico, cuantitativo – cualitativo, histórico y lógico, teniendo como población a mujeres comprendidas entre los 15 a 40 años de edad cursando el tercer trimestre del embarazo en el Hospital La Paz de la ciudad de La Paz. Los datos recopilados durante los meses de septiembre y octubre de 2002 corroboran las estadísticas mundiales de que el 80% de las mujeres que cursan el tercer trimestre de embarazo presentan dolor de espalda baja. Se realiza una encuesta basada en un cuestionario del dolor de McGill – Melzack que es elaborado de forma directa, identificando la zona del dolor en la región central y lateral de la espalda que corresponden a los ligamentos lumbosacro e iliolumbar. De acuerdo a las conclusiones tenemos que de las 300 mujeres que cursan el tercer trimestre del embarazo el 85% presenta dolor de espalda baja, siendo de mayor frecuencia entre las multíparas con el 64% de 26 a 30 años de edad con un 30%.

El presente trabajo presenta un modelo biomecánico del cuerpo en el plano sagital que permite estimar las fuerzas internas presentes durante la ejecución de la técnica de recepción baja básica en el vóley. De igual manera, se presenta el diseño de un módulo de ensayos experimentales que permita realizar la validación del modelo propuesto. En la etapa inicial se realizó un breve estudio sobre modelos biomecánicos del cuerpo así como métodos para realizar su validación que posean un enfoque deportivo. De esta manera se propuso un modelo biomecánico que cuenta con seis segmentos articulados en cadena y que permite analizar el movimiento deseado. Luego se procedió a realizar el diseño preliminar del módulo de ensayos, el cual consiste de un sistema de captura de movimiento basado en cámaras y seguimiento de marcadores, de un par de plataformas de fuerza y de un dispositivo lanzador de balones. El dispositivo lanzador de balones permite ajustar tanto la velocidad y el ángulo de lanzamiento del balón. Además, cuenta con un sistema de seguridad que impedirá el lanzamiento ante la presencia de obstáculos frente al dispositivo. El costo de fabricación del lanzador de balones asciende a S/. 4,000 aproximadamente, el cual incluye costos de diseño, fabricación y ensamble. Por último, se muestra el protocolo de ensayo que permite validar el modelo propuesto. Este protocolo explica la ubicación de los dispositivos para el ensayo, la preparación del sujeto de pruebas y el proceso para la recolección de información. Adicionalmente se explica cómo se procesa la información para obtener las variables deseadas y de esa manera poder realizar la validación deseada. El resultado del presente trabajo es la propuesta de un modelo biomecánico de seis segmentos articulados, así como el diseño de un módulo de pruebas experimentales para la validación de un modelo biomecánico. Además, se muestran los resultados obtenidos de un ensayo preliminar siguiendo el protocolo detallado utilizando los equipos con los cuales se contaba en el laboratorio LIBRA que muestra una validación preliminar del modelo propuesto. Este ensayo mostró que el modelo permitió estimar las fuerzas internas con un error menor al 20%, el cual se espera pueda ser mejorado al implementar el módulo de ensayos presentado.