El objetivo del trabajo es analizar la placa (implante) a través de un modelo capaz de proporcionar valores de tensiones y desplazamientos bajo las diferentes condiciones de carga en distintos puntos de la placa que pueden son necesarios conocer. Esta información es de gran importancia, porque una cirugía persigue que la prótesis hueso del sistema este bajo un estado mecánico íntimo al hueso, promueve una estabilidad más grande y durabilidad de la placa y reduce el número de cirugías necesarias durante la vida del paciente. / Tesis

Antecedentes: La prótesis inversa de hombro (PIH) proporciona buenos resultados para el tratamiento de las fracturas complejas de húmero proximal en personas mayores con baja calidad ósea. Sabemos por la literatura que los resultados funcionales son buenos a corto plazo, pero no si dichos resultados se mantienen estables a largo plazo o, por el contrario, presentan un deterioro de la funcionalidad. Objetivo: Analizar la evolución del resultado funcional tras un seguimiento mínimo de 7 años de una cohorte de pacientes tratados con PIH por fractura compleja aguda del húmero proximal. Material y métodos: Estudio observacional analítico, longitudinal y prospectivo de una cohorte de pacientes sometidos a tratamiento por una fractura de húmero proximal mediante PIH. El resultado funcional se evaluó mediante la escala de Constant y el Constant ajustado para la edad y género de los pacientes. La calidad de vida se midió mediante la escala de «University of California at Los Angeles Shoulder Assessment» (UCLA) y la escala «Disability of the Arm, Shoulder and Hand score» (DASH). Además, se evaluó el rango de movilidad, el dolor y las variables radiológicas de aflojamiento, muesca escapular y consolidación de las tuberosidades. Resultados: Fueron incluidos 33 pacientes con un seguimiento medio postoperatorio de 8,3 años (rango 7-12 años). Hubo una disminución progresiva y significativa de la puntuación Constant en el seguimiento a los 5 y 7 años respecto a la evaluación inicial realizada a los 2 años de la cirugía, aunque el tamaño del efecto no fue relevante. El Constant ajustado a edad y sexo al igual que la escala UCLA no mostraron variaciones estadísticamente significativas a lo largo del seguimiento. La abducción y flexión anterior del hombro, y la puntuación en la escala DASH mostraron un empeoramiento significativo a los 7 años. Tanto la abducción como la flexión anterior de hombro presentaron una correlación buena con la puntuación final en la escala DASH. Las variables radiológicas no influyeron en ninguna de las variables de resultado del estudio. Conclusión: La PIH presenta un empeoramiento de la función a consecuencia probablemente del envejecimiento de los pacientes a lo largo de un seguimiento medio. Dado que el deterioro funcional es clínicamente poco relevante, consideramos que el tratamiento mediante PIH es una opción efectiva y segura para el manejo de las fracturas complejas de húmero proximal en pacientes adultos y de edad avanzada con calidad ósea deficiente.

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 este trabajo se muestra una propuesta de diseño conceptual de un dispositivo antebrazo (cubito-radial) para una prótesis mioeléctrica transradial proximal usando mecanismos paralelos, teniendo en cuenta los tres grados de libertad existentes en la muñeca (abducción–aducción, flexión–extensión y pronación–supinación). El documento aborda la problemática y necesidad evidente de desarrollar dispositivos de este tipo en el entorno peruano. Para ello se tuvieron en cuenta datos estadísticos sobre la condición de los amputados en el Perú. Asimismo, se investigó sobre tecnologías similares disponibles para tener una base sobre la cual abordar la resolución de esta problemática. Una vez realizado un estudio exhaustivo se recopiló la información más relevante con la cual se desarrollaron los requerimientos que el diseño debe satisfacer, tales como los rangos de los grados de libertad, dimensiones geométricas, seguridad, entre otros. Posteriormente, se procedió a generar tres posibles soluciones teóricas (soluciones conceptuales) que fueron evaluadas, técnica y económicamente, para determinar lo que sería la base de este diseño conceptual. Luego, se analizaron los posibles proyectos preliminares basados en el concepto de solución óptimo. De estos solo uno fue escogido debido a que tuvo los mejores resultados en una segunda evaluación técnica y económica. Finalmente, se pudo obtener satisfactoriamente un concepto de solución y un proyecto preliminar óptimo, o diseño conceptual, utilizando como base la norma VDI 2221 como metodología de diseño.

El presente trabajo consiste en el diseño de un controlador digital para un estimulador de prótesis epiretinal que está conformada por una cámara, un procesador de video, la caja de componentes electrónicos con el controlador incluido y el arreglo de electrodos. Esta prótesis se implanta quirúrgicamente en el paciente que sufre de enfermedades degenerativas de la retina como Retinitis Pigmentosa y Degeneración Macular relacionada con la edad. Las entradas del controlador serán enviadas por un controlador global y las salidas del controlador a un estimulador que usando un arreglo de micro-electrodos estimularía directamente a las neuronas retinales saludables pasando sobre las células fotorreceptoras dañadas por la enfermedad. La forma de onda, periodo, duración, retraso de cada fase y amplitud son importantes para el correcto estimulo de las células neuronales de la retina, por estas razones se diseñó un controlador flexible basado en el diseño ITBCS13 [1] que es capaz de cambiar parámetros y formas de onda de estimulación [2, 3] de forma independiente por canal. Asimismo la corriente de estimulación debe ser bifásica debido a que reduce las cargas residuales que da˜nan el tejido de la retina, por ende la estimulación tendrá una fase catódica y anódica [4]. El controlador digital genera en cuatro canales las formas de onda Senodial, Gaussiana, Rectangular y Triangular a través de las 8 señales de entrada que recibe del controlador global: req, fase, forma onda, tiempo entre fases, tiempo descarga, amplitud, factor duración y reset. Las salidas del controlador al estimulador de cuatro canales serán las fases anódicas, catódicas y la amplitud de la onda: anódico reg , catódico reg y amplitud reg. El diseño del controlador es basado en bloques digitales, codificados por medio del lenguaje de descripción de hardware VHDL. Para realizar la verificación y validación del funcionamiento de dicha descripción se usó la simulación por medio de Testbench en VHDL, empleándose el software ModelSimAltera de la compañía Mentor Graphics [5]. Para la implementación se empleó un FPGA de la familia Cyclone II (tecnología TSMC’s 90-nm) [6]. La frecuencia de operación del controlador es de 164.69 MHz.

El desarrollo de prótesis de mano ha ido mejorando en los años recientes. Además de las prótesis mecánicas - funcionales , ahora se desarrollan prótesis de tipo mioeléctricas y biónicas. Sin embargo, los usuarios de prótesis aún presentan dificultades en controlar de manera óptima su prótesis. Ello se debe a que las prótesis mioeléctricas actuales poseen sistemas de control embebido donde las etapas de sensado y actuación ocurren ajenas a la participación del usuario, siendo propias de la prótesis. De manera que el usuario no opera su prótesis con la destreza que debiera pues no existe un sistema de retroalimentación háptico que le permita notar la cantidad de fuerza que se encuentra aplicando, o detectar si el objeto que está sujetando se esta deslizando. En este contexto, la presente tesis desarrolla el diseño de un sistema de retroalimentación háptico para una prótesis mioeléctrica transradial de miembro superior que permita al usuario obtener la sensación de fuerza y deslizamiento para así controlar con mayor destreza su prótesis de mano. En el presente documento se describe el sistema mecatrónico diseñado. El sistema cuenta con tres unidades mecanotáctiles para la transmisión de sensación de fuerza, y una unidad vibrotáctil para transmitir la sensación de deslizamiento. El dispositivo completo es diseñado para ir colocado en el antebrazo del usuario de prótesis de mano. Con el fin de validar el diseño de la estructura, se realiza una simulación por elementos finitos y se prueba el funcionamiento del sensor de fuerza, así como de la unidad vibrotáctil sobre personas. Con los resultados satisfactorios obtenidos, se puede concluir que se consigue un diseño de sistema de retroalimentación háptico para prótesis mioeléctrica transradial capaz de transmitir al usuario las sensaciones de fuerza y deslizamiento con un Costo de diseño de S/ 10 800; y un Costo de fabricación de S/ 2281,70.

En el presente trabajo se presenta el diseño mecatrónico de una muñeca de dos grados de libertad para una prótesis mioeléctrica transradial, que permita al usuario realizar los movimientos de flexión-extensión y pronación-supinación; y con una capacidad de carga de 500 gramos en la palma de la mano de la prótesis. Estos movimientos son los más requeridos en prótesis comerciales existentes. El sistema diseñado cuenta con dos motores DC, uno para cada tipo de movimiento. En la transmisión de potencia, se usó un mecanismo de tornillo sinfín-corona para el movimiento de flexión-extensión y una transmisión mediante engranajes helicoidales para el movimiento pronación-supinación. El diseño completo está desarrollado de manera que se pueda ensamblar con la palma de mano del proyecto de “Prótesis mioeléctrica de mano de 4 grados de libertad con algoritmo de control de fuerza independiente en los dedos” que se desarrolla dentro del Círculo de Investigación de Contrato N°206-2015 FONDECYT. Las simulaciones para corroborar las deformaciones y esfuerzos de los diferentes elementos se han realizado mediante el software AutoCAD Inventor por medio del método de elementos finitos, lo que ha permitido validar el diseño de las piezas. El costo estimado de diseño y fabricación de la muñeca para la prótesis mioeléctrica transradial del Contrato N°206-2015 FONDECYT, y todo esto integrado en la mano protésica, es de S/. 9,000 aproximadamente.

En el presente trabajo de tesis se realizó la modelación y la simulación dinámica de un mecanismo de 4 grados de libertad, orientado al diseño de prótesis activas para personas con desarticulación humeral. Este modelo facilita el análisis de la biomecánica del movimiento en el miembro superior con el fin de obtener parámetros dinámicos para iniciar un posterior diseño de la prótesis. Se realizó un diseño conceptual del mecanismo basándolo en las características fisiológicas del miembro superior, de tal manera que cumpla con los movimientos naturales y mantenga un parecido antropomórfico. Esto incluye una revisión de la fisiología para la obtención de los parámetros antropométricos necesarios para el dimensionamiento de los eslabones. En base al diseño preliminar, se desarrolló un modelo cinemático para el estudio de las características geométricas del movimiento, con el cuál se pueden describir las coordenadas de cualquier componente del mecanismo respecto a un sistema fijo al cuerpo. Esto se logró empleando las matrices de transformación homogénea según la parametrización Denavit-Hartenberg. Asimismo, el modelo cinético se describió mediante las ecuaciones obtenidas de servirse del algoritmo de Uicker para el estudio, aplicando conceptos de mecánica Lagrangiana, del cual se obtiene los momentos efectivos en cada articulación. Finalmente, el modelo fue implementado en Matlab para proceder con la simulación numérica de la dinámica del mecanismo, donde se realiza el cálculo de los torques efectivas aplicadas, cuyos valores máximos son los parámetros de selección para un posterior diseño. Los resultados aquí presentados, se contrastan con los obtenidos en literatura para validar los datos ofrecidos, los cuáles se encuentran dentro de rangos esperados

La presente tesis consiste en el diseño mecánico de un prototipo de prótesis mioeléctrica dirigida a pacientes que sufrieron amputaciones por debajo del codo (transradial). Se presenta el análisis de un mecanismo de un grado de libertad que simula el movimiento de los dedos índice y pulgar de una mano humana con el propósito de realizar la sujeción de objetos de 0,5 kg de masa, considerando el tamaño y peso de la mano de una persona adulta promedio. El movimiento de los dedos está restringido por la relación de posición angular entre falanges, para ello se utiliza el mecanismo de doble manivela aplicado en la articulación de cada falange. Además, se realiza el análisis a través de las ecuaciones de Freudenstein para determinar las dimensiones y verificar cada elemento a través del cálculo por resistencia de materiales. Finalmente, para el accionamiento de los dedos se emplea un actuador neumático que garantiza un control proporcional de la fuerza a emplear.

Las principales causas de amputaciones de mano son los accidentes con pirotécnicos y los accidentes laborales, dentro de los cuales la industria de manufactura presenta el porcentaje más alto. Los principales afectados por amputaciones parciales en la mano son obreros o trabajadores informales quienes suelen percibir un sueldo mínimo. Este tipo de accidentes graves como es una amputación, tiene un impacto psicológico en el usuario importante, donde al perder la capacidad de realizar actividades de la vida cotidiana, perder su autonomía, perder su rol en la sociedad al quedar inhabilitado de realizar su oficio, lo sumerge en una gran frustración y depresión. Las lesiones en este tipo de amputación, son bastante distintas dependiendo de cada caso. Por lo que la personalización es un aspecto importante a considerar en el diseño, ya que debe adecuarse perfectamente a la lesión específica del usuario. Además, en el mercado nacional, no hay prótesis funcionales disponibles para amputación parcial de mano, solo hay cosméticas. En este contexto, surge la necesidad de diseñar, fabricar e implementar una prótesis funcional parcial de mano personalizada para un usuario específico, que le permita recuperar su autonomía. Se propone utilizar como metodología, los lineamientos de la filosofía del “Diseño centrado en el usuario” (DCU), porque esta promueve la inclusión del mismo en todo el proceso iterativo de análisis, diseño y evaluación. Se plantea utilizar la impresión 3D como sistema de manufactura, porque es una tecnología que facilita la fabricación rápida y sencilla de piezas complejas a un bajo costo y con una buena calidad, permitiendo que la prótesis tenga un precio accesible. Así como, utilizar el escáner 3D para obtener una copia digital del muñón del usuario, sobre la cual poder diseñar la prótesis personalizada. Esta tecnología es rápida, no invasiva y mejor en comparación con el sistema tradicional de obtención de moldes de yeso, porque con el escaneo 3D el muñón del usuario no se ve manipulado, ni afectado de ninguna manera. Además, se busca que las soluciones diseñadas para este proyecto puedan ser aplicadas a otras variantes de amputación parcial de mano, con el objetivo de masificar el desarrollo de este tipo de prótesis en el país. Por lo cual, se realizará una aplicación teórica del diseño para otros casos de amputación, que sirva como referencia para futuras investigaciones.