Por: Juan Fernando Ramírez Patiño

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José Carlos Acosta Romero
hace 6 años
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1 Nivel de Confort y Distribución de Esfuerzos en la Interfaz Socket Muñón en Amputados Transfemorales Por: Juan Fernando Ramírez Patiño Tesis presentada a la Universidad Nacional de Colombia como requisito parcial para acceder al título de Doctor en Ingeniería Director: Alejandro Toro Betancur, Ph.D Co-Director: Juan José Pavón Palacio, Ph.D Universidad Nacional de Colombia Facultad de Minas Medellín, Colombia 2011

2 AGRADECIMIENTOS En un trabajo de tan largo aliento como éste, son muchas las personas que participan y se ven impactadas. Quiero agradecer a toda mi familia y en especial a mi esposa quienes han tenido que soportar mi dedicación extrema a esta tarea. Un agradecimiento especial a todos los pacientes involucrados en el desarrollo de este proyecto, sin su participación no hubiera sido posible. A las personas e instituciones que participaron activamente en la planeación y ejecución de cada uno de los procedimientos adelantados. Los estudiantes, profesores, médicos, técnicos y demás personas que aportaron y apoyaron decididamente este proyecto. En general a todos: MUCHAS GRACIAS. 1

3 TABLA DE CONTENIDO AGRADECIMIENTOS INTRODUCCIÓN REVISIÓN BIBLIOGRÁFICA Descripción Anatómica y Referencial del Cuerpo Humano Marcha Humana Normal y Patológica Características del contacto entre la piel y elementos protésicos Modelos Numéricos en Análisis de Esfuerzos de Amputados de Miembro Inferior Confort MÉTODO Aspectos Éticos Valoración de la Percepción de Confort Aplicación de la herramienta de medición de percepción de confort Desarrollo del Modelo Numérico de Estado de Esfuerzos en la Interacción Socket Muñón Obtención de la geometría Obtención del hueso remanente Obtención del tejido blando remanente Obtención del Socket Procedimiento de ensamble Propiedades Mecánicas Condiciones de Borde Postura del socket Estabilización Aplicación de fuerzas Aspectos propios del modelo Medición Experimental del Coeficiente de Fricción piel-polipropileno Procedimiento de medición y puesta a punto Plan de Experimentación Medición del Umbral de Dolor RESULTADOS Y DISCUSIÓN Percepción de Confort

4 4.2 Efecto de la fricción sobre las condiciones de contacto socket-muñón Desarrollo del esclerómetro lineal instrumentado Sistema de Nivelación Sistema de Sujeción del Brazo Sistema de Medición de Fuerzas Puesta a punto y calibración Determinación del coeficiente de fricción piel-socket en laboratorio Análisis del estado de esfuerzos en el muñón Correlaciones entre el estado de Esfuerzos y la percepción de confort CONCLUSIONES TRABAJO FUTURO REFERENCIAS Anexo Anexo Anexo Anexo

5 LISTA DE TABLAS Tabla 1: Referencias sobre medición de coeficiente de fricción Tabla 2: Primer ciclo de experimentación Tabla 3: Segundo ciclo de experimentación Tabla 4: Características generales de los amputados Tabla 5: Resultados de percepción de confort Tabla 6: Significancia de los todos los factores Tabla 7: Significancia de sudor, vello y su combinación Tabla 8: Coeficientes de fricción (combinaciones posibles) Tabla 9: Condiciones de carga para cada paciente (bipedestación y marcha) Tabla 10: Resumen estado de esfuerzos Paciente P Tabla 11: Resultado estado de esfuerzos reportado en la literatura Tabla 12: Medias y Desviación Estándar del Estado de Esfuerzos y Deformaciones de los Muñones Tabla 13: Umbral de dolor y máximo esfuerzo principal a compresión Tabla 14: Porcentaje de volumen del muñón en sobre esfuerzo con respecto al umbral de dolor para cada paciente estudiado

6 LISTA DE FIGURAS Figura 1: Prótesis para amputado transfemoral... 7 Figura 2: Fémur Figura 3: Planos y direcciones de referencia.{citation} Figura 4: Ciclo de Marcha Figura 5: Fuerzas reactivas durante el ciclo de marcha. [10] Figura 6: Curva de Stribeck Figura 7: Estado de esfuerzos de un modelo desarrollado para un amputado transtibial. [26] Figura 8: Tableros para valorar percepción de confort Figura 9: Secciones de tomografías Figura 10: a. Reconstrucción del hueso, b. Reconstrucción de tejido blando Figura 11: Hueso hueco Figura 12: a. Negativo del muñón, b. Positivo del muñón Figura 13: a. Nube de puntos, b. malla, c. sólido escaneado Figura 14: a. Positivo del socket, b. Representación digital del socket Figura 15: Ensamble hueso, muñón y socket Figura 16: Posición inicial del modelo Figura 17: Cinemática inversa Figura 18: Esclerómetro Figura 19: Sistema de medición del umbral de dolor Figura 20: Sistema de Nivelación Figura 21: Sistema de sujeción del brazo Figura 22: Sistema de medición de fuerzas Figura 23: Curvas de calibración de las microceldas de carga Figura 24: Curva típica obtenida de Fuerza de fricción Vs. Desplazamiento Figura 25: Prueba de normalidad Figura 26: Varianza constante de los residuos Figura 27: Independencia Figura 28: Estado de esfuerzos muñón elástico Paciente P Figura 29: Estado de esfuerzos muñón hiperelástico Paciente P Figura 30: Deformada muñón elástico, hiperelástico Figura 31: Normalidad, varianza y aleatoriedad de los datos de mediciones de umbral de dolor Figura 32: Repuesta a la pregunta 11 Vs. Umbral de dolor Figura 33: Respuesta a la pregunta 11 Vs % Volumen del muñón en sobreesfuerzo Figura 34: Media de factor dolor Vs. Umbral de dolor Figura 35: Media de factor dolor Vs. % Volumen del muñón en sobreesfuerzo

7 1 INTRODUCCIÓN A medida que avanza la tecnología también lo hace el desarrollo de dispositivos que permitan generar un mayor bienestar a los seres humanos; sin embargo, existen situaciones que siguen siendo difíciles de resolver aún con la tecnología actual. Estas situaciones básicamente tienen que ver con lo más profundo del ser humano; aquello que sólo cada individuo es capaz de interpretar o valorar de acuerdo a su propia percepción, pero que a la vez puede estar influenciada por agentes externos. En la actualidad, según la Organización Mundial para la Salud [1], incluyendo los niños, cerca de un 15% de la población mundial sufre algún tipo de discapacidad, situación que obliga a la comunidad científica y tecnológica a generar cada día soluciones protésicas, médicas o terapéuticas que le permitan a esas personas llevar una vida más cercana a lo normal. Al igual que la mayoría de los productos que hoy la población mundial consume, las soluciones protésicas no han sido ajenas al redireccionamiento en su proceso de diseño, es decir, en estos dispositivos también hoy el usuario juega un papel primordial, puesto que es él quien se ve afectado positiva o negativamente por las características y desempeños que tenga el producto. Un aspecto básico y al mismo tiempo complejo que interviene directamente en los parámetros de diseño de cualquier dispositivo que vaya a ser usado por un ser humano, discapacitado o no, es el confort. Una prótesis de miembro inferior para amputados transfemorales, como la que se muestra en la Figura 1, consta generalmente de los mismos elementos: socket o encaje, rodilla protésica, tubos, adaptadores y pie, y es normalmente usada para restituir tanto la apariencia como la movilidad funcional del individuo afectado. Esta interrelación hombre prótesis se hace mediante el socket, uno de los componentes del dispositivo, y su correcto diseño, fabricación y ajuste son definitivos en el éxito del proceso de adaptación a la prótesis [2], [3], [4], [5], [6], [7], puesto que la percepción de no confort y problemas en la piel son normalmente asociados a un mal ajuste del socket y excesivas cargas que esta situación puede generar sobre el miembro residual. 6

8 Figura 1: Prótesis para amputado transfemoral Al profundizar o investigar más a fondo sobre todo lo que implica y representa para un amputado el vínculo y uso de su sistema protésico, es posible identificar la necesidad de aumentar el confort, seguridad y funcionalidad del socket usado por ellos cómo vínculo de la prótesis. Sin embargo, esta necesidad vista en detalle está relacionada con una gran cantidad de problemas, que pueden y deben ser abordados con rigurosidad. Algunos de ellos son: e ell método de fabricación del socket es altamente artesanal, no existe un método directo de medición del nivel de esfuerzos en el miembro residual, el nivel o percepción de confort del individuo sobre su prótesis podría considerarse en principio como no cuan cuantitativo, titativo, entre otros. En particular, en este proyecto se abordó el problema de determinar la Distribución de esfuerzos en la interfaz socket socket-muñón muñón y su asociación con el nivel de confort del amputado transfemoral transfemoral, para lo cual fueron definidos los siguientes siguie objetivos: Objetivo General: Identificar la asociación que existe entre la distribución de esfuerzos en la interfaz socket muñón de un amputado transfemoral con el nivel de confort percibido por éste. Objetivos Específicos: Usar una escala de percepción cepción para valorar el nivel de confort en un amputado transfemoral. 7

9 Desarrollar un modelo numérico computacional mediante el uso del método de los elementos finitos que permita obtener la distribución de esfuerzos en la interfaz socket muñón de un amputado transfemoral A través del cumplimiento de estos objetivos fue posible generar datos cuantitativos de distribución de esfuerzos en la interfaz socket-muñón de amputados transfemorales y su relación con el nivel de confort por ellos manifestado. Esta información será útil, entre otros propósitos, para el diseño de nuevos socket más confortables para el paciente. 8

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