lunes, 3 de junio de 2013

Fabricación de la aproximación del diseño

Para fabricar la aproximación de la solución elegida, se decidió colocar yeso sobre la superficie del modelo creado en madera, con el fin de evitar que en el momento de calentar el material plástico que se usará, tome la forma de los espacios huecos que presenta el modelo en madera.

Modelo con yeso

Aproximación
Teniendo el modelo recubierto con yeso, se procedió a formar los soportes del muslo y la canilla con plástico. Además de implementar la articulación que irá a la altura de la rodilla para permitir el movimiento. A continuación se muestra el resultado. El objetivo de la órtesis es transmitir la carga de la persona del muslo a la canilla, evitando que esta pase por la rodilla que es la que se encuentra afectada en mayor medida. La articulación que se implementa a la altura de la rodilla tiene una salida, donde se produce el punto de giro. Esto se diseña de este modo con el fin de que la linea de acción de la carga esté por delante del punto de giro de la órtesis. De este modo, durante la fase de balanceo en la marche, la rodilla del miembro que está haciendo el apoyo en el suelo, se llegue a doblar, causando la caída del usuario. Esto se diseña de este modo, teniendo en cuenta que es la rodilla, la parte del cuerpo que mas afectada tiene el usuario.



Aproximación

jueves, 23 de mayo de 2013

A continuación se presentan la elección de material y los cálculos realizados para definir los tamaños de cada de estos para las partes de la órtesis en los que serán usados.

Elección del material




Cálculos


sábado, 11 de mayo de 2013

POLIO (POLIOMIELITIS)

Para iniciar con el tema de desarrollo de un elemento de apoyo para personas en situación de discapacidad, demos una breve introducción a la Patología, sus causas y consecuencias.

¿Qué es el polio?

Se trata de una enfermedad viral que puede llegar a afectar la médula espinal. De este modo se puede causar en la persona debilidad muscular y parálisis en algunos miembros del cuerpo o en casos mas extremos una parálisis total.

¿Qué causa el polio y cómo se contrae?

El polio es causado por el virus 'Poliovirus', que se contrae por medio de la boca. Generalmente sucede en personas que viven en condiciones deplorables de higiene. En algunos casos ocurre cuando una persona tiene contacto con heces de alguien infectado y por algún motivo se lleva las manos a la boca o algún elemento que haya tocado con las manos, como el caso de la comida. Este virus, aunque entra por medio bucal, se localiza y prolifera en el intestino.

Datos de la Organización Mundial de la Salud (OMS) (http://www.who.int/mediacentre/factsheets/fs114/es/)

  • Síntomas

Los síntomas que puede presentar una persona infectada con el poliovirus son: Fiebre, Cansancio, Cefalea, Vómito, Rigidez del cuello y dolor en los miembros.

  • Cifras

Esta patología afecta generalmente a niños menores de 5 años, en especial aquellos que viven en condiciones bajas de salubridad.
Al rededor de una de cada 200 infecciones produce una parálisis irreversible que generalmente afecta los miembros inferiores de la persona y entre 5% y 10% de los casos, culminan con la muerte del afectado, causada por parálisis en los músculos respiratorios.

Caso a tratar

La calidad de vida de un paciente con polio puede mejorar grandemente si puede movilizarse por sí mismo.  El problema radica en que sus miembros inferiores podrían estar tan lesionados que sus rodillas no le aporten el soporte adecuado para desarrollar un gesto de marcha.

Necesidad del caso

Mejorar el patrón de marcha de un paciente el cual presenta polio y el desarrollo de esta patología ha llegado hasta el punto en el que sus miembros inferiores se encuentran afectados, en especial las rodillas.

Objetivo

Desarrollar un elemento de apoyo, que sea ligero, efectivo y accesible, con el fin de mejorar el patrón de marcha de un paciente que padece de polio y sus miembros inferiores han sido afectados hasta tal punto, donde las rodillas no aportan el soporte necesario para el paciente.

PROCESO DE DISEÑO

  • Modelo 3D del miembro inferior

Escaneo de miembro a tratar

Modelo 3D Obtenido con FastScan 
Modelo 3D de mimbro inferior
En este caso en particular, el problema se enfoca en el miembro inferior de un paciente con polio. Para desarrollar el prototipo del elemento de apoyo para mejorar el patrón de marcha del paciente, se hizo un escaneo 3D de un miembro inferior de un integrante del equipo Realizador. Para este efecto se usó un equipo adquirido por la Universidad llamado 'FastScan' (http://www.fastscan3d.com/), el cual permite tomar el contorno de cualquier elemento en un modelo 3D.

Creación de la malla en SolidWorks

Malla de la pierna escaneada
Después de obtener el escaneo 3D con el equipo FastScan, se guarda el documento en formato TXT y se lleva al software 'SolidWorks'. En este software, se puede editar y eliminar algunos puntos, producto de ruidos en el momento de la toma del modelo 3D y a partir de la nube de puntos que forman el miembro escaneado, se va a generar una malla que recubrirá todo el miembro escaneado conforme se distribuyen los puntos.

Teniendo ya el modelo del miembro inferior con la malla rellena, se procede a exportar un archivo en extensión STL para proceder con el siguiente paso.

Generación de la plantilla de cortes

Modelo con cortes
Para generar las plantillas de corte que servirán para llevar a la maquina de corte con láser se hace uso del software libre 123D make (http://www.123dapp.com/make). En este software se importa el modelo que fue exportado en formato STL en el paso anterior y se procede a dividir dicho modelo en diferentes cortes, especificando el tamaño y el grosor del material en el cual se fabricará el modelo. En este caso una tabla de madera MDF de 3mm de espesor. De este programa se guarda un archivo en formato PDF con los planos de los cortes creados en 123D Make.

Alineación de los cortes

Plano 2 de plantillas
Teniendo el archivo PDF del paso anterior, se procede a usar otro software de acceso libre 'InkScape', donde se organizaran todos los planos de los cortes a realizar en la maquina láser  dentro de una plantilla del tamaño del material que se tenga. Esto también con el fin de economizar material.
Plano 1 de plantillas













  • Lluvia de ideas
A continuación se mencionan diferentes ideas de solución para la necesidad planteada dentro del problema. Además se hace una síntesis de cada una de las ideas, las cuales posteriormente será evaluadas bajo unos criterios que serán establecidos. 

    • Alternativa 1: Órtesis para miembro inferior (desde cadera a los pies)
Una órtesis que sea hecha a la medida para el paciente, ya sea porque lleve las medidas particulares del mismo, o porque la órtesis permita ajustarse para brindar más ergonomía al paciente. Presta seguridad desde la altura de la cadera hasta la planta de los pies, con amarraderas circulares que aseguran todo el miembro inferior a la órtesis. Esta posee movimiento articular donde es requerido, para el caso del miembro inferior, permite el movimiento articular de rodilla y tobillo para mejorar el patrón de marcha perjudicado por la enfermedad. Debe ser liviana, con materiales que le brinden un fácil uso, pero así mismo una alta resistencia que proporcione una larga vida útil para la órtesis.
    • Alternativa 2: Órtesis estilo bastón
Éste tipo de órtesis, permite ser graduada en altura dependiendo del paciente. Su función es la de proporcionar un mejor movilidad, y a su vez más seguridad al usuario. Tiene una agarradera para la mano, y cuenta con un apoyo en el antebrazo, para permitir estabilidad, y una distribución de cargas mayor sobre la órtesis, garantizando así una mayor vida útil del dispositivo, y mayor tranquilidad al paciente al momento de  usarlo.
    • Alternativa 3: Órtesis para miembro inferior (Desde el muslo hasta la canilla)
Esta órtesis tiene un principio de funcionamiento parecido a la alternativa uno, solo que su tamaño es mas reducido ya que va desde la mitad del muslo hasta la mitad de la canilla, por lo cual solo presenta articulación a la altura de la rodilla. Se sujeta al paciente por medio de amarras alrededor del miembro inferior lo cual permite que se distribuyan las cargas y se desvíen un poco de la rodilla. Además por su tamaño reducido, puede llegar a ser mas liviana.
  • Selección de solución
Teniendo las diferentes soluciones planteadas, se procede a calificar cada una de ellas para determinar cual es la mejor y mas viable. Para esto se establecen unos criterios de evaluación con el fin de llegar a un resultado objetivo.
    • Criterios de evaluación
La evaluación de las posible soluciones planteadas se hace a partir de 4 puntos de vista de cada solución. Estos puntos de vista son Confort, control, costo y cosmesis. Por lo tanto, a cada una de las posibles soluciones se le da una calificación, de 0 a 10 donde cero es bajo y 10 es alto, desde cada uno de los 4 puntos mencionados y finalmente se aplica la siguiente formula para cada alternativa.


Donde Pconfor, Pcosto, Pcosmesis y Pcontrol, son ponderaciones que se asignan a cada punto de vista de la solución. A continuación se describe cada uno de los cuatros puntos de vista y se da la ponderación para cada uno de ellos.

CONTROL: Hace referencia a la capacidad en cuanto al diseño y funcionamiento de la órtesis o prótesis para dar solución a la necesidad de un paciente que presenta una situación de discapacidad. En este caso particular es muy importante solucionar el problema de movilidad en cuanto al patrón de marcha de una persona con polio. Por lo tanto se le da una ponderación de 0.3.

COSTO: El costo en estos casos de diseño se divide en dos. Una de ellos es claramente el costo monetario, el cual debe ajustarse a las posibilidades adquisitivas del paciente, que estos casos se trata generalmente de personas que viven situaciones de salubridad muy malas, por lo que se puede inferir que monetariamente no tienen grandes posibilidades. La segunda división del costo se refiere mas a un costo orgánico o metabólico y es el hecho que el elemento de apoyo no demande gran carga energética para el usuario, de lo contrario será ineficiente. En nuestro caso se le da una ponderación de 0.25.

CONFORT: El confort básicamente se refiere la capacidad de adaptación que hay entre elemento de apoyo-usuario y como este último se siente bien con dicho elemento. Esto quiere decir que el elemento de apoyo no debe causar mayor molestia y debe ser este el que se adapte al usuario y no el usuario al elemento de apoyo. La ponderación asignada es 0.25.

COSMESIS: Es la apariencia del elemento de apoyo. Teniendo en cuenta que este debe adaptarse al usuario, debe tener un diseño que tienda a imitar la forma del miembro del cuerpo en el cual se implementará. Todo esto se hace igualmente con el fin de tener una aceptación del usuario por el hecho de que no se note que cuenta con un elemento de apoyo debido a una situación de discapacidad. En nuestro caso este aspecto es el que tiene menor ponderación ya que el problema puede llegar a ser muy serio en muchos casos y el objetivo principal es darle solución a la necesidad, sacrificando un poco la apariencia, por tanto la ponderación es de 0.2.


    • Ponderación de las alternativas
Alternativa 1: Órtesis para miembro inferior (desde cadera a los pies)
Control: Desvía la carga de la rodilla del paciente, lo cual permite mejorar el patrón de marcha del mismos. Calificación 8.
Costo: Debido a su gran tamaño, el peso de la órtesis puede aumenta, por lo tanto demandaría un esfuerzo mayor. Así mismo el costo de materiales se vería aumentado por la cantidad necesaria, además de la complejidad de tener dos articulaciones. Calificación 6.
Confort: La órtesis llega a tener el tamaño del miembro inferior del paciente, por lo tanto puede llegar a generar inconformidad en su uso. Calificación 5.
Cosmesis: La apariencia de la órtesis no sería la mejor ya que se ubicaría desde la cadera hasta el pie del paciente y su robustes en las articulaciones generaría un aspecto no deseado, cuando lo que se busca es hacer menos notoria la órtesis. Calificación 4.

Alternativa 2:

Control: Esta alternativa puede ayudar a dar mayor movilidad al paciente, pero no soluciona específicamente el problema que es mejorar el patrón de marcha. Calificación 5.
Costo: El costo monetario de esta alternativa puede llegar a ser bajo por su baja complejidad de fabricación y bajo costo en materiales. Pero se traslada todo el esfuerzo a los miembros superiores, lo cual demandara un mayor costo energético. Calificación 4.
Confort: El uso de esta órtesis podría llegar a ser molesto ya que el usuario debe mantener ocupados los miembros para su uso. Así mismo se puede decir que es el usuario quien debe hacer un proceso de adaptación mayor a la órtesis, cuando debería ser en mayor medida a la inversa. Calificación 4.
Cosmesis: La órtesis sería muy notoria, ya que se trata un elemento que no va a estar adaptado al cuerpo del usuario. Pero Gracias a esto, la geometría de la órtesis no se vería tan limitada y el diseño podría llegar a ser estéticamente bueno. Calificación 6.


Alternativa 3:

Control: Esta alternativa tiene la capacidad de desviar la carga de la rodilla. Además solo tendría un punto de articulación, por lo cual sería favorable para el usuario porque no afectaría la marcha debido a la complejidad del diseño. Calificación 9. 
Costo: El tamaño de esta alternativa se reduce ya que se implementa desde la mitad del muslo, hasta la mitad de la canilla. Por lo tanto su costo de fabricación puede disminuir por reducción de materiales. Así mismo el peso de la misma llegaría a ser menor, lo cual demanda menos costo energético al usuario. Calificación 8.
Confort: La adaptación de un elemento de apoyo mas pequeño puede llegar a ser mas eficiente ya que sería menos complejo en su diseño. De este modo el usuario no se vería afectado por la adaptación a un dispositivo externo.además el tamaño reducido de la órtesis permite que se puede disimular mas su uso. Calificación 8.
Cosmesis: Visualmente la órtesis no sería tan robusta, por lo cual la apariencia podría no llegar a ser crítica en este caso ya que podría esconderse bajo las prendas del usuario con mayor facilidad. Calificación 7.

A continuación se muestra la tabla con los resultados de las calificaciones.

Tabla comparativa con los resultados de la ponderación
Basados en los resultados obtenidos de las calificaciones, los cuales se muestran en la tabla anterior, se elije como alternativa de solución la número 3, ya que obtuvo una mejor calificación el los criterio ya mencionados.

Teniendo la alternativa 3 como la elegida para implementar se decide hacer una modificación en la fabricación del modelo en madera, eliminando la sección del modelo que va desde el tobillo hasta los dedos del pie. A continuación su muestra el resultado de dicha edición y los resultados de la fabricación.

Modelo final

Malla del modelo final


Modelo de 123D Match

Corte en la maquina 
Láser


Plano de cortes del modelo final

Ensamblaje del modelo real