DISEÑO DE UNA ÓRTESIS PARA PACIENTE CON LESIÓN DE LA MÉDULA ESPINAL A NIVEL C5 QUE REQUIERE ESTABILIZACIÓN DEL PULGAR EN POSICIÓN PINZA AGARRE.

Población de estudio: paciente con lesión de la médula espinal a nivel C5 y se requiere estabilizar el pulgar en oposición pinza de agarre.

INTRODUCCIÓN

El sistema óseo-articular del miembro superior se presenta como uno de los sistemas con mayor complejidad en la anatomía humana y la necesidad de presentar soluciones de recuperación de deficiencias motoras, conduce a involucrar las técnicas de ingeniería para desarrollar planes de tratamiento eficaces que mejoren y consideren en mayor grado todos los factores involucrados en la biomecánica de esta extremidad.

El estudio del movimiento del cuerpo humano en condiciones normales, es la base de la terapéutica de lesiones neuro-musculares en la rehabilitación de pacientes. Una de las lesiones neuro-musculares más común es la parálisis o la pérdida de la movilidad voluntaria en una parte del cuerpo de manera transitoria o permanente, originada por una enfermedad o lesión periférica o central. Durante la enfermedad o lesión el paciente experimenta alteraciones de la sensación, que pueden variar desde la disminución de la sensibilidad hasta la pérdida total de la sensación, además de la incapacidad de controlar algunos músculos, que se tornan rígidos y pueden llegar a atrofiarse.

Se puede distinguir parálisis en niveles bajos y altos de los nervios cubital, radial y mediano, así como combinaciones de estas. Las deformaciones en las estructuras del sistema musculo esquelético (huesos, músculos y articulaciones), ocasionadas por estos trauma, son tratadas por la ortopedia con métodos de rehabilitación donde se puede incluir el uso de férulas como un alternativa de solución; la férula es empleada para la inmovilización y/o ejercitación de la parte afectada (luxada o paralítica), que conviene mantener en reposo, en buena posición o en descarga.

 

De acuerdo a la Organización Internacional de Estándares (ISO), una órtesis es un dispositivo utilizado para soportar, alinear corregir deformidades, con el fin de  modificar las características funcionales o estructurales del sistema neuronal–muscular–esquelético.

IDENTIFICACIÓN DE LA NECESIDAD

Las personas que han sufrido una lesión completa de la médula espinal en C5, suelen presentar un movimiento “falso” de tenodesis como resultado del encogimiento natural de los tendones flexores. Esto puede aumentar la dependencia física del sujeto y dificultarle el uso de ayudas técnicas.

La extensión de la muñeca provoca la flexión natural de los dedos y la aducción y flexión del pulgar. La flexión de la muñeca hace que los dedos se extiendan en todas las articulaciones y provoca la abducción y extensión del pulgar;  la tenodesis ocurre de forma natural a veces es necesario facilitarla para asegurarse de que los tendones realicen contracción con eficacia, específicamente los flexores del pulgar.

Figura 1. Patrón pasivo de tenodesis.

  

 Figura 2. Extremidad superior con tenodesis.

 

En la actualidad existen férulas tipo tenodesis que son dispositivos (abarca el antebrazo, la mano y los dedos I a III) que facilitan el patrón de agarre, para las personas que presentan secuelas de cuadriplejia o lesiones a nivel de C5-C6, y que no logran realizar un movimiento voluntario de los dedos, pero conservan la capacidad de flexionar y extender su muñeca.  

Figura 3. Férula tipo tenodesis.

DEFINICIÓN DEL PROBLEMA

En la actualidad no se encuentran  escuelas especializadas en órtesis, solo tres reciben reconocimiento de la Sociedad Internacional de Ortésis y Prótesis (ISOP); se presenta una problemática relacionada con las terapias e instrumentos de rehabilitación de pacientes con parálisis de miembros superiores, es por eso que se debe contar con los instrumentos portátiles que apoyen y ayuden en el proceso de rehabilitación muscular (a fin de restaurar su movilidad) y articular de miembros superiores, con la selección apropiada de materiales, diseño ergonómico y teniendo en cuenta las variables antropométricas del individuo y las capacidades de estos equipos.

Así mismo las personas que presentan problemas en las extremidades superiores, especialmente las manos son susceptibles a sufrir de contracturas la elevación y rotación externa del hombro, la extensión del codo y la prono-supinación del antebrazo.

Se debe prestar atención a la mano de estas personas a través de uso de férulas, manoplas y rodillos, las cuales permiten mantener la extensión de la muñeca, los balances de las articulaciones mecarpofalángicas libres, la amplitud del primer espacio interdigital y además estimular el acortamiento de los tendones flexores comunes más profundos de los dedos para facilitar, en la etapa de rehabilitación, el aprendizaje de la pinza por efecto de la tendonesis.

 DISEÑO

Para el diseño del prototipo de la férula, es necesario tener en cuenta diversos aspectos naturales, los cuales deben contribuir satisfactoriamente en la búsqueda de un adecuado diseño a partir de la  selección adecuada de los materiales, diseño ergonómico y teniendo en cuenta las variables antropométricas del individuo buscando solucionar la lesión del paciente.

La férula que se diseñará, permitirá la postura adecuada de la extremidad superior, tendrá la capacidad de rehabilitar, libertad y el control del movimiento en todas las articulaciones (flexión-extensión de la muñeca y dedos), así como promover la posición de los movimientos normales y el paciente alcanzar cierta independencia en actividades de higiene, de escritura, y de alimentación.

Los mecanismos básicos de operación para el  prototipo se basaran  en criterios y variables de importancia que permitan obtener un producto sencillo, funcional, innovador, ligero, duradero y compacto. La adaptabilidad permitirá una colocación y acomodo de la férula en el paciente, incentivando una disminución de los factores psicológicos negativos y de inseguridad, factores cosméticos (forma, tamaño, volumen y peso adecuado) también son considerados en el diseño, al igual que otros factores tales como: ruido, costo, capacidad de movimiento, capacidad prensil y procesos de fabricación y ensamblaje.

- Criterios: 

Tabla 1. Criterios

La etapa de diseño del prototipo de la extremidad superior se puede observar en el siguiente vídeo:

Como procedimiento experimental se desarrolló un modelo 3D a escala real (1-1) del miembro superior que se dispone a ser intervenido dentro del plan de soporte de movilidad para un paciente con una lesión lumbar.

Se implementó el uso de la herramienta FastScan, es un sistema portable de eficaz uso para sedimentar un estudio 3D de cualquier objeto en un ambiente determinado, su funcionamiento se basa en por medio de dos cámaras unidireccionales capturar en tiempo real el reflejo de un haz de luces emitido hacia el objeto que se pretende escanear, proporciona una nube de puntos, donde cada punto equivale a una posición dentro de un marco de referencia establecido guiada por el punto exacto en donde se refleja el haz de luz; los datos de cada haz/punto son redirigidos a un ordenador que cuenta con el software consecuente para interpretar la información que este transductor genera.

Figura 4. Herramientas utilizadas.

 En el prototipo 3D que se pretende obtener se realiza la toma de datos con una persona que no presenta ningún tipo de deficiencia muscular o motora, ninguna patología asociada a la limitación de movimientos. Se siguen recomendaciones determinantes, que prestan los manuales para la toma de datos adecuada como: la superficie no puede ser de tez oscura, de lo contrario el escáner no la tomara de forma correcta, el objeto debe permanecer totalmente inmóvil, se debe procurar realizar la toma de datos de forma certera para evitar un gran número de puntos en el diseño, etc.

Nuestro procedimiento.

Nube de puntos adquirida, tras establecer el sistema en condiciones óptimas para escanear, los datos adquiridos reflejan la forma del objeto sometido al haz de luces, en nuestro caso la mano derecha en posición de pinza. Cabe recalcar que presenta a su alrededor unos datos que no son objeto de estudio para el desarrollo del modelo en 3D, y serán suprimidos, de cierta forma en el procedimiento mostrado a continuación.

Figura 5. Diseño de la mano escaneada en nube de puntos.

Se ejecuta el asistente de preparación de mallas para darle solides a la nube de puntos adquirida por medio de la herramienta ScanTo3D del programa SolidWorks, y seleccionamos dicha nube que se desea preparar o limpiar.

Figura 6. Diseño utilizando las mallas para dar solides a la nube de puntos.

Paso siguiente se le da una orientación automática a la nube de puntos o por consiguiente una orientación acorde al criterio como se desea trabajar el diseño.

Ahora en los siguientes tres pasos siguientes se pretende eliminar dichos datos reflejados que no son incluidos dentro de la elaboración de diseño, llamados ruido en la adquisición, sin ellos el modelo tomara la forma deseada, de lo contrario estos puntos extraños le restaran a la forma que queremos obtener y complicara nuestro diseño. 

Figura 7. Eliminación de datos que no serán incluidos en el prototipo.

Ahora viene la parte de simplificación de puntos, aquí podemos disminuir el número de puntos totales diferentes a los que se adquirieron con la toma, y con una especificación de uniformidad  prestada por el programa el modelo se presta para una forma más definida.

Figura 8. Simplificación de puntos de la mano.

Muestra a continuación parcialmente hacia donde va orientado el fin del diseño, con ayuda de la herramienta ahora se debe definir la suavidad de la superficie del mismo, para que no tome una apariencia cristalina, o deforme. Y por medio de la herramienta orientada taladro se realizara el complemento de aquellos planos que no quedaron entrelazados.

Figura 9. Orientación del prototipo.

Este es el diseño final logrado después de cada uno de los pasos del asistente de mallas, se tiene la base principal para generar a partir de él, un modelo físico, cuya silueta actuara como molde para el desarrollo de la alternativa de solución que bajo criterios de diseño se logre identificar como más fiable.

Figura 10. Diseño final.

Posteriormente, y con el diseño final logrado mediante cada uno de los pasos del asistente de creación de mallas de SolidWorks, guardamos nuestro sólido como archivo *.STL, para ser abierto en otro software denominado Autodesk 123DMake, el cual, nos permitió transformar nuestro diseño final en un patrón de corte mediante instrucciones de montaje en una creación física.

Figura 11. Diseño importado al software 123DMake.

La facilidad que brinda este programa y la comodidad a la hora de trabajar con él, es de carácter destacable, el modelo y cualquier objeto de diseño 3D puede ser seccionado al deseo del usuario del software, como primer paso se debe identificar el material con el que se va a proceder a trabajar, en este caso, el material es MDF con un espesor de 3 mm, este material no se encuentra especificado dentro de la base de datos o librería del programa, por lo cual, debemos crear las especificaciones de este material; para el modelo en sección  se puede implementar una sección de bloques interconectados o una sección de capas; nuestro diseño se realizó en una sección de capas para posteriormente ser interconectado de manera manual con ayuda de un agente adherente.

Figura 12. Capa a capa se desarrolla y se da forma al modelo.

Otra gran ventaja es que el software te enumera e identifica cada una de las piezas y te genera una guía de cómo se deben interponer una sobre otra cada una de ellas, hasta llegar al modelo solido. 

Figura 13. Modelo solido.

Después de realizada la adecuada configuración de nuestro diseño final en el programa Autodesk 123D, lo guardamos nuevamente, esta vez como un archivo tipo PDF, con el fin de llevar este archivo al programa INSKCAPE, que nos facilitaba el organizar las piezas de tal manera que se pudiera reducir la cantidad de material invertido en el diseño.   

A partir del diseño de planos generado por INSKCAPE se guarda de nuevo en formato .dxf, esta vez para ser abierto en el software utilizado por la máquina de corte láser de la Universidad Autónoma de Occidente. La máquina de corte láser, es una máquina cuya fuente de energía es un láser que concentra luz en la superficie de trabajo. Una de las ventajas de la utilización de esta  máquina, es que su accionamiento es robotizado, para mantener constante la distancia entre el electrodo y la superficie exterior de la pieza, tal y como lo apreciamos en el siguiente vídeo  Cabe resaltar que el corte de cada una de las piezas se realizó sobre material conocido como MDF, con espesor de 3.0 mm.

Figura 14. Resultado de los cortes.

Una vez realizados los cortes para todas las piezas, llevamos a cabo el proceso de ensamblaje de cada una de las piezas.

                       Figura 15. Resultado de los cortes.

Paso a paso se realizo el acople entre cada una de las piezas previamente cortadas, se utilizo un adherente denominado bóxer, se tuvo en cuenta con ayuda de la herramienta del software 123DMake "Pasos de ensamblaje" cual seria la posición correcta de la pieza.

Figura 16.Paso a paso.

Figura 17.Modelo físico final.