Diseño de un mecanismo tipo ortesis para rehabilitación de la extremidades inferiores en pacientes que han sufrido ACV y lesiones

Abstract

En Colombia, las prácticas en rehabilitación para pacientes que han sufrido accidentes cerebro-vasculares o lesiones en las extremidades inferiores es limitada dado la alta demanda de estas prácticas y la poca oferta de profesionales para estas. Además, la aplicación de sistemas mecánicos de apoyo a estos procesos es escasos, dado sus costos elevados y su complejidad de operación. Motivados por esto, el grupo de trabajo de ingeniería mecánica plantea el diseño de un mecanismo de dos grados de libertad para rehabilitación de extremidades inferiores para pacientes en la etapa de recuperación del arco de movimiento para el ejercicio de la marcha. Este proyecto describe las características más importantes del ejercicio de la marcha, las fases de diseño conceptual, básico y de detalle de un mecanismo tipo ortesis para asistir a los procesos de rehabilitación. El proyecto se fundamenta en una revisión del estado del arte médico e ingenieril, de la técnica y una revisión de patentes donde se identificaron opciones de sistemas de rehabilitación. La definición de requerimientos y especificaciones se realizó usando el método despliegue de la función de calidad y se analizó los modos de operación para un sistema robótico enfocado a rehabilitación. En este orden de ideas, se tuvo principal enfoque en las posiciones que este mecanismo debía tener con respecto al movimiento de la pierna para poder calcular los esfuerzos que se presentan en el mecanismo con el objetivo de garantizar un buen desempeño en la práctica de rehabilitación. Los principales retos en el proyecto fueron la adecuada caracterización cinemática del mecanismo, la optimización del espacio de trabajo y el dimensionamiento de los eslabones del mecanismo. Por último, como resultado de este proyecto se logró el diseño de un sistema ortésico de alta eficiencia cinemática que asiste al paciente en los movimientos característicos de la marcha en conjunto con un diseño compacto, seguro, preciso y de bajo costo.

In Colombia, rehabilitation practices for patients who have suffered strokes or injuries to the lower extremities are limited because of the high demand for these practices and the low supply of professionals for this. Furthermore, the application of mechanical support systems to these processes is scarce, given their high costs and their complexity of the operation. Motivated by this, the mechanical engineering working group proposes the design of a two-degree-of-freedom mechanism for rehabilitation of the lower extremities for patients in the recovery stage of the movement arc for the exercise of gait. This project describes the most important characteristics of the gait exercise, the conceptual, basic, and detailed design phases of an orthotic mechanism to assist in the rehabilitation processes. The project is based on a review of the state of the art, medical and engineering, of the technique and a patent review where rehabilitation system options were identified. The definition of requirements and specifications was made using the quality function display method and the operation modes for a robotic system focused on rehabilitation were analyzed. In this order of ideas, the main focus was on the positions that this mechanism should have concerning the movement of the leg to calculate the efforts presented in the mechanism to guarantee good performance in the practice of rehabilitation. The main challenges in the project were the proper kinematic characterization of the mechanism, the optimization of the workspace, and the dimensioning of the links of the mechanism. Finally, as a result of this project, the design of an orthotic system with high kinematic efficiency was achieved, which assists the patient in the characteristic gait movements together with a compact, safe, precise and low-cost design.