Ponente
Descripción
En este trabajo de fin de Máster se llevó a cabo el desarrollo dos prototipos de manos mioeléctricas, implementados en un paciente con amputación bilateral de tipo transradial. El objetivo del trabajo fue lograr un sistema de control mioeléctrico utilizando señales electromiográficas que permitan realizar movimientos de apertura y cierre de la mano. El trabajo fue realizado con la colaboración de dos instituciones, la Fundación Parque Tecnológico Itaipu y la Ortopedia técnica Conforpés Paraguay con el apoyo económico de la Itaipu Binacional. El proyecto esta desglosado en tres fases: el diseño mecánico de las prótesis considerando componentes accesibles en el mercado, el desarrollo de un sistema de control basado en hardware Arduino para manejar la prótesis por señales EMG por flexión muscular, la integración correspondiente del software que permite controlar las prótesis por señales EMGs detectadas mediante un electrodo superficial conectado al muñón del paciente. Con el desarrollo de estas prótesis controladas por señales electromiográficas se obtuvieron dos prototipos totalmente funcionales acorde a las necesidades del usuario y con un costo beneficio importante con respecto a otras prótesis comerciales existentes en el mercado. Con este trabajo abre la oportunidad a la generación de prótesis nacionales funcionales con características y dimensiones cercanas a la de una mano humana, económicamente asequibles mediante alianzas con empresas ortopédicas e instituciones del estado.
Introducción
Según el censo realizado en el año 2012 por la Dirección General de Estadísticas, Encuestas y Censos (DGEEC, 2012), el 12% de los habitantes del Paraguay cuentan con un cierto tipo de discapacidad, aproximadamente 850.000 personas. Por otro lado, la Secretaría Nacional por los Derechos de las Personas con Discapacidad (SENADIS, 2012) menciona que, aproximadamente, se tiene en nuestro país 3 a 4 accidentes de tránsito con amputación de miembros y con paraplejias en sillas de ruedas por día. Hasta enero de 2014, un total de 91.000 personas han sido registradas por amputaciones varias, sin mencionar que, una gran mayoría de personas con discapacidad física y/o motriz se encuentran en el interior del país y no pueden trasladarse por factores económicos hasta la mencionada institución para intentar conseguir una prótesis (SENADIS, 2014). En ese contexto y considerando los datos anteriores, además de tomar en cuenta la centralización de los servicios de rehabilitación a nivel público y los altos costos financieros a nivel privado, se presenta el proyecto como una alternativa al déficit de provisión de prótesis específicas a nivel nacional.
Objetivo
Objetivo General
Desarrollar un sistema de control mioeléctrico aplicado a prótesis de miembro superior para amputación de tipo transradial utilizando señales electromiográficas que permitan realizar movimientos determinados en dos prototipos.
Objetivos específicos
• Diseñar prototipos de prótesis de mano considerando componentes mecánicos y electrónicos que permitan realizar agarres, tomando en cuenta características físicas del paciente.
• Construir un sistema de control con un algoritmo de captación de señales electromiográficas para controlar funciones de apertura y cierre de la prótesis.
• Integrar el sistema de control en las prótesis y realizar pruebas de funcionamiento para determinar su funcionalidad.
Conclusión
Se consiguió diseñar prototipos de prótesis de mano considerando componentes mecánicos y electrónicos que permitan realizar agarres tomando en cuenta características físicas del paciente. El diseño de la prótesis acorde a las necesidades del usuario de poder agarrar y soltar objetos mediante flexión de sus músculos se desarrolló efectivamente con componentes mecánicos y electrónicos fáciles de conseguir, siendo el único componente importado el electrodo EMG, el resto fue adquirido del mercado nacional lo que permitió abaratar costos, y posibilita poder replicar más unidades a otras personas que lo necesiten. Así también fue posible construir un sistema de control con un algoritmo de captación de señales electromiográficas para controlar funciones de apertura y cierre de la prótesis. Se logro un sistema de detección de la intención del usuario para identificar si el usuario quiere realizar un movimiento, y qué tipo de movimiento es.
Por último, se logro integrar el sistema de control en las prótesis y realizar pruebas de funcionamiento para determinar su funcionalidad. Se ha desarrollado un circuito que ha conseguido el objetivo final de controlar los motores para que el usuario de forma voluntaria por los usuarios pudiendo sostener objetos, abriendo y cerrando la mano por contracciones musculares voluntarias.
Metodología
La investigación descriptiva fue utilizada para el desarrollo de la tesis a través de la recopilación de datos bibliográficos que sustentan las bases anatómicas, fisiológicas y científicas que evidencian que las prótesis mioelectricas permiten la reinserción social de personas que han perdido sus miembros superiores.
Se utilizó el método observacional directo a través de consulta a fuentes primarias; a servicios de salud que realizan tratamiento a pacientes con amputación transradial y profesionales especialistas en el área de cirugía, ortopedia, protetización, electrónica, y informática. Se verificaron las herramientas orientadas al proceso de rehabilitación de pacientes amputados de miembros superiores y se establecieron criterios técnicos para determinar que los sistemas mecánicos permitan una eficiente integración del sistema de control desarrollado e integrarlo como prototipo para luego realizar pruebas de funcionamiento.
Resultados
Como resultado del primer objetivo planteado: Diseñar prototipo de prótesis de mano considerando componentes mecánicos y electrónicos que permita realizar agarres tomando en cuenta características físicas del paciente, en la presentación adjunto se muestra el diagrama del circuito el sistema de control desarrollado para las prótesis mioeléctricas la cual es comandada por el microcontrolador de la placa Arduino Nano conectados a este los demás dispositivos que permite que el usuario pueda realizar agarres con las prótesis mediante contracciones musculares. Utilizando el software de diseño asistido por computadoras Solidworks con licencia de la Fundación Parque Tecnológico Itaipu, se realizó el diseño de la estructura de la mano para calcular cuánto tiene que girar el eje para los movimientos deseados, considerando los dedos pulgar, índice, medo medio y conector de puño.
Para el objetivo 2 construir un sistema de control con un algoritmo de captación se señales electromiográficas para controlar funciones de apertura y cierre de la prótesis: Se ha considerado junto con el tesista y el técnico protesista que la mejor configuración para diseñar el sistema de control de las prótesis son las siguientes: un electrodo colocado en el músculo Flexor ulnar para la prótesis izquierda y un electrodo en el musculo Braquiorradial para la prótesis derecha. Se realizo calibraciones consistentes en impulsos musculares varias veces, durante 15 segundos, los movimientos activaban los electrodos con la máxima fuerza que pueda. Mientras dura esta calibración, se va actualizando una variable que almacena el valor máximo.
Para el objetivo 3 Integrar el sistema de control en las prótesis y realizar pruebas de funcionamiento para determinar su funcionalidad: El sistema de control a través de la placa Arduino Nano se encarga de detectar las intenciones del usuario mediante flexión para después controlar el motor de la prótesis. La estrategia de control propuesta se divide en dos partes: clasificación y actuación. Para poder realizar la clasificación previamente se hizo una calibración del electrodo y se estableció un umbral. Esta primera parte se basó en los valores arrojados por el electrodo EMG colocado en el músculo del antebrazo. En las primeras pruebas de funcionalidad de las prótesis el usuario no conseguía activar las prótesis con sus movimientos musculares, por ello requirió de un entrenamiento con el fisioterapeuta y el estudiante de Máster, de tal manera hasta poder llegar a alcanzar un buen dominio de sus prótesis para realizar actividades de apertura y cierre de la mano para poder sostener objetos. Estas pruebas fueron realizadas en las instalaciones de la Ortopedia Conforpés Paraguay. Para validar el prototipo, el estudiante de Máster fue probando por su propio muñón amputado constantemente el prototipo desarrollado, conectándose el electrodo a sí mismo en un ambiente controlado y con una fuente externa, con los componentes por separados del encaje protésico ya que esa parte de la prótesis fue elaborada a medida al paciente William Paredes. El desafío se centró en poder clasificar la señal teniendo en cuenta las posibilidades de tener ruido exterior que pueda interferir o el inadecuado contacto del electrodo con la piel, factores que podían influir en la captura de señales, por eso es importante que se ubique al usuario en un lugar cómodo para que la señal EMG no genere inconvenientes a la hora de realizar el filtrado y procesamiento. El entrenamiento continuo del usuario es de suma importancia para lograr repetibilidad de los movimientos con las condiciones ideales requeridas para el control efectivo de la prótesis.
| Area | Ciencias de la Salud y Biomedicina |
|---|
