Dispositivos de asistencia personalizados para personas con lesiones medulares

29 09 2011

Un equipo de la Universitat Politècnica de Catalunya, dirigido por Josep Maria Font, ha desarrollado una ortesis activa de rodilla y tobillo para ayudar a caminar a personas con lesiones medulares incompletas. El proyecto se lleva a cabo en colaboración con las universidades de A Coruña y de Extremadura.

La finalidad del proyecto es el diseño personalizado de dispositivos de asistencia para cada caso concreto de lesión medular Un equipo del Departamento de Ingeniería Mecánica y del Centro de Investigación en Ingeniería Biomédica (CREB) de la Universitat Politècnica de Catalunya. BarcelonaTech (UPC) ha desarrollado una ortesis activa de rodilla y tobillo para ayudar a caminar a personas con lesiones medulares incompletas. El proyecto se lleva a cabo en colaboración con las universidades de La Coruña y de Extremadura. La finalidad del proyecto es el diseño personalizado de dispositivos de asistencia para cada caso concreto de lesión medular. Dicha personalización permitirá mejorar la autonomía del paciente y su proceso de adaptación al dispositivo. En definitiva, se pretende mejorar la calidad de vida del usuario, y a su vez ahorrar tiempo y dinero en la obtención del producto final.

El primer dispositivo desarrollado en el marco del proyecto es una ortesis activa de rodilla y tobillo. El prototipo de ortesis se ha diseñado y construido en el Laboratorio de Biomecánica de la Escuela Técnica Superior de Ingeniería Industrial de  Barcelona (ETSEIB), un espacio donde se analiza la dinámica de la marcha humana, y los resultados se utilizan para el desarrollo de dispositivos corporales que asisten el movimiento de  personas lesionadas medulares incompletas. “Los pacientes a los que va destinado este tipo de dispositivo tienen un control limitado del movimiento de las articulaciones de la rodilla y del tobillo”, explica el investigador de la UPC Josep Maria Font, responsable del diseño del primer prototipo.

El laboratorio está equipado con un sistema óptico de 12 cámaras que miden y capturan el movimiento del cuerpo humano mientras camina. Simultáneamente, se mide la fuerza de contacto entre el pie y el suelo a través de unas placas de fuerza, que  contienen 4 sensores de fuerza triaxiales. Asimismo, mediante un equipo de electromiografía (EMG) se registra la actividad muscular. El equipo que forma parte de este proyecto  —constituido por ingenieros, médicos y ortopedistas— también está desarrollando un programa de simulación por ordenador que, basándose en el análisis de la marcha y el modelaje  del cuerpo humano, permitirá predecir cuál sería el movimiento de la persona lesionada si llevara la ortesis. Con dicha información, se podrán diseñar dispositivos de asistencia  personalizados para cada paciente. “La simulación permite, por un lado, que la ortesis, una vez fabricada, se adecue al máximo al usuario final, y, por otro lado, un ahorro de costes, ya  que evita el proceso de ensayo y error con componentes reales”.

Ortesis activa

Una de las novedades de este modelo de ortesis activa es el diseño mecánico de la articulación de la  rodilla que se ha desarrollado en la UPC, ya que incorpora dos sistemas independientes para la actuación y el bloqueo de la articulación. De esta forma, el dispositivo ofrece un apoyo más adecuado a las distintas fases de la marcha que los sistemas que se comercializan.

Actualmente, los que más se utilizan son las ortesis pasivas, que no asisten externamente el movimiento de la rodilla, o bien los exosqueletos para toda la pierna, que incorporan seis actuadores para las articulaciones de caderas, rodillas y tobillos, lo cual hace que el sistema  sea más pesado y más caro. Estos sistemas exosqueletos, además, ideados generalmente para personas paraplégicas, no son totalmente idóneos para personas afectadas por una lesión medular incompleta, es decir, que no tengan una parálisis total.

El sistema desarrollado por la UPC incorpora una tecnología a caballo entre la robótica y la ortopedia, que le otorga ligereza a la ortesis y la hace más económica. La otra novedad es el bajo consumo energético, que favorece la autonomía del dispositivo. Se consigue con la incorporación de un sistema de bloqueo mecánico de la rodilla, y no eléctrico como el que utilizan otros tipos de ortesis y exosqueletos actuales.

Una vez construido el prototipo de ortesis activa por parte del equipo de la UPC, un grupo del Departamento de Ingeniería Mecánica, Energética y de los Materiales de la Universidad de Extremadura continuará el proyecto con el diseño y la instalación de la electrónica de control del movimiento del dispositivo. El motor, que se ubica en la parte lateral de la rodilla, se activa o se desactiva a partir de sensores plantares, que  indican cuando el pie toca al suelo, y a partir de otros que miden el ángulo de las articulaciones para saber en qué fase de la marcha se encuentra el usuario. “El dispositivo permite suplir los músculos que la lesión medular ha afectado”, afirma Josep Maria Font.

Por su parte, el Laboratorio de Ingeniería Mecánica de la Universidad de La Coruña, coordinador de todo el proyecto, se encarga de desarrollar el programa de simulación dinámica con el que se predecirá el movimiento de la persona lesionada al llevar la ortesis. El dispositivo se ensayará en pacientes del hospital Juan Canalejo de La Coruña, vinculado a la Universidad, lo que servirá para validar el simulador y el uso generalizado de la ortesis.

Laboratorio de Biomecánica

El Laboratorio de Biomecánica, adscrito al Centro de Investigación en Ingeniería Biomédica y al Departamento de Ingeniería Mecánica de la UPC, se centra en el anàlisis dinámico de la marcha humana. Es un espacio ubicado en el pabellón D de la Escuela Técnica Superior de Ingeniería Industrial de Barcelona que da soporte a las actividades docentes y de investigación de la Universidad, y que también da servicio a la industria de la ortopedia, del calzado y del sector deportivo.

Está equipado con un sistema óptico de captura del movimiento OptiTrack de 12 cámaras de infrarrojos, para medir el movimiento de los segmentos del cuerpo humano relevantes en la marcha. Tiene un pasillo que incorpora dos placas de fuerza, con las que se mide la fuerza del contacto del pie con el suelo. Recientemente, se ha equipado con un equipo de electromiografía (EMG) sin hilos de 8 canales para registrar la actividad muscular del usuario durante el movimiento.
¿Qué es una lesión medular?
Una lesión medular, como es el caso de la mielopatía, es una alteración de la médula espinal que puede provocar una pérdida de sensibilidad y/o de movilidad. Puede ser causada por traumas debidos a accidentes de automóvil o roturas de disco intervertebral, o bien por algunas enfermedades como la poliomelitis, la espina bífiida, los tumos primarios o metastásicos, la ataxia de Friedreich o la osteïtis hipertrófica de la columna.

Los efectos de una lesión de médula espinal pueden ser de tipo completo, en la que se pierde la funcionalidad motora por debajo del nivel de la lesión, o incompleto, en que la persona afectada puede tener alguna sensibilidad por debajo del nivel de la lesión. Las personas con este tipo de lesión pueden ser capaces de mover más un miembro que otro, pueden sentir partes del cuerpo que no pueden mover o quizás pueden tener más funcionalidad en unas partes del cuerpo que en otras.

Actualmente, en España hay aproximadamente 40.000 personas afectadas por este tipo de lesión. Cada año unas 1.200 personas la padecen, la mayoría por causa de accidentes de
tránsito.
Fuente: Universitat Politècnica de Catalunya



Ingeniería biomecánica para las lesiones medulares

23 12 2010

Un equipo de ingeniería biomecánica de la UPC trabaja en el diseño a medida de dispositivos de asistencia para lesiones medulares.

El proyecto lo desarrolla un equipo multidisciplinar formado por ingenieros, médicos y ortopedas del Centro de Investigación en Ingeniería Biomédica de la UPC (CREB) en colaboración con la Universidad de La Coruña y la Universidad de Extremadura.

Disponen de un laboratorio de biomecánica para el análisis dinámico de la marcha humana. Este espacio está equipado con un sistema de captura del movimiento con cámaras infrarrojas para medir el movimiento del cuerpo humano mientras camina,  y que también permite medir la fuerza de contacto entre el pie y el suelo a través de unas placas de fuerza.

Las medidas se utilizan para estudiar la marcha humana, tanto de personas sanas como de pacientes lesionados medulares que llevan dispositivos corporales que ayudan a caminar. Para estas personas, se está desarrollando un programa de simulación por ordenador que servirá para diseñar dispositivos de asistencia a medida.

Actualmente trabajan en el diseño de una ortesis activa de rodilla y tobillo para asistir a la marcha de lesionados medulares incompletos. Las principales aportaciones de este prototipo son el control automático del movimiento a partir de sensores inteligentes, y el bajo consumo energético que favorece la autonomía del dispositivo.

La finalidad del proyecto es el diseño a medida de dispositivos de asistencia para cada caso concreto de lesión medular, mejora de la autonomía del paciente y de su proceso de adaptación al dispositivo, lo que se traduce en una mejor calidad de vida, ahorro de tiempo y de dinero en la obtención del producto final.

En el vídeo siguiente puede conocer mejor el trabajo de este grupo de investigación. El vídeo fue emitido el pasado sábado 18 de diciembre por Televisió de Catalunya por lo que es en catalán; pero dispone de subtítulos en castellano. Para activarlos debe presionar sobre el botón inferior CC. Los subtítulos sólo se pueden ver en las últimas versiones de los navegadores o directamente desde Youtube. Disculpe las molestias.

tv3.cat [en línea] Barcelona (España): tv3.cat [ref. de 23 de diciembre de 2010] Disponible en Internet:

http://www.tv3.cat/videos/3274890/Les-donacions-de-La-Marato-per-a-la-recerca-de-les-lesions-medullars