Ingeniería Mecánica aplicada en la medicina- Prótesis

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Ingeniería Mecánica aplicada a la medicina (prótesis)

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    Material termoplástico

    Las láminas termoplásticas se utilizan para fabricar conexiones protésicas y componentes estructurales. Los materiales más reconocidos de esta categoría son el polipropileno y polietileno. El polipropileno es un plástico muy rígido, se utiliza este material para la fabricación de La estructura de soporte de la conexión protésica. El polietileno es un material de baja densidad es un termoplástico blando y flexible.

    Sin embargo, existe una gran cantidad de combinaciones de plásticos disponibles donde sus propiedades varían en cuanto a rigidez y flexibilidad. Un ejemplo de este tipo de material es el copo limero una mezcla de polipropileno y etileno que crea un material bastante rígido, pero más flexible y resistente a las grietas, Los materiales rígidos suelen utilizarse como materiales de conexión, en otras palabras, aquéllos en contacto con la extremidad residual. Estos materiales proporcionan un encaje más cómodo y ajustable.





    La silicona y otros materiales similares

    La silicona sirve para rellenar encajes para las extremidades protésicas. Este tipo de material es preferido para las reconstrucciones de mano cosméticas de gran calidad. Cuando se fabrica en un durómetro muy blando la silicona no solo proporciona un excelente relleno, sino que también a la piel de fricciones que pueden producir cortes.  El encaje de succión de silicona utiliza lo que podría llamarse un “calcetín” de silicona que se pone directamente sobre la piel y que incorpora una clavija de fijación en la parte inferior, fijando así el calcetín, y la persona amputada, a la prótesis.

    Este sistema se usa mucho en prótesis de extremidades inferiores y superiores.


    Metales

    Para la fabricación de prótesis se utilizan metales como el aluminio, acero inoxidable y titanio.

    El aluminio, en general, se considera un material muy liviano, su uso dependerá de la aplicación, por ejemplo, las prótesis de rodillas se fabrican de aluminio, Algunas de estas rodillas son muy resistentes y duraderas, lo que se debe a la geometría de la rodilla y al material utilizado.

    El acero se caracteriza por ser resistente sin embargo es un material relativamente pesado por lo tanto es utilizado para fabricar pequeños componentes de prótesis.

    El titanio es una gran alternativa dado que se caracteriza por ser resistente y liviano. Su desventaja es su elevado precio. La mayoría de los componentes endoesqueletos son diseñados en titanio.





    Fundas

    Las fundas que se utilizan en las prótesis, permiten proporcionar suspensión. Para su fabricación se utiliza algunos materiales como: neopreno, silicona, látex y uretano. Si la funda no es porosa, la suspensión se logrará combinando la succión (el aire no puede entrar en el encaje) y la fricción mecánica.



     

     

    Bibliografía

    [1]

    J. E. Uellendahl, «amputee coalition,» [En línea]. Available: https://www.amputee-coalition.org/resources/spanish-materials-prosthetics-part-2/. [Último acceso: 20 julio 2021].


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    La fabricación de un sistema protésico es un proceso en donde se involucran diferentes tipos de manufactura, que abarcan desde desarrollos artesanales hasta piezas prefabricadas. Es por ello que el proceso se debe realizar con la mejor calidad, cumpliendo así con las necesidades requeridas del paciente.

    Para realizar estas prótesis es necesario trabajar con materiales que cuenten con propiedades mecánicas sobresalientes en comparación a los convencionales, sin embargo las ventajas que presentan entre ellos se debe a que sus características son completamente diferentes. Lo pesado y voluminoso de los antiguos pies protésicos ha evolucionado tanto en diseño como manufactura, fabricándolos con materiales de alta tecnología y principalmente de fibra de carbono.

    Las prótesis suplantan, parcial o totalmente, un miembro del cuerpo humano. Si bien la fabricación de las piezas se realiza de manera masiva, cada una lleva un retoque personalizado, en el cual será el experto en ortopedia el encargado de intervenirla.

    Existen prótesis de piernas, manos, orejas y mamas, entre otras. Cada una con sus propias tecnologías, como los sistemas de encaje, para el asiento del muñón; o las prótesis de cabeza radial, para fracturas de codo. Actualmente, también existen prótesis con sistemas muy avanzados, en cuanto a los materiales, como el SuperSkin, que aporta un extra de estética, gracias a la calidad de sus fundas de espuma.

    El diseño es también un punto muy importante para la ortopedia y las prótesis, ya que de él depende la calidad de vida de los pacientes. En este sentido, se ha mejorado mucho. Por ejemplo, ahora se pueden usar métodos fotométricos, que registran digitalmente los datos del muñón, gracias al uso de un software especial que sirve para realizar prótesis mucho más perfectas.

    Como ejemplo se mostrarán los pasos para elaborar una prótesis transtibial

    1) Corte de fibra: Se delinea la fibra con la ayuda de plantillas que se toman como guía para cada una de las piezas a realizar y se ejecuta el corte, teniendo las siguientes 8 capas de fibra 


    2) Acondicionamiento del molde: Para el proceso de manufactura se lleva acabo la preparación del molde de aluminio, en donde se utiliza cera como agente desmoldante, de la cual se aplicaran cinco capas dejando un lapso de 2 minutos entre la aplicación de cada una de ellas para que se adhirieran correctamente.

    3) Preparación de la resina: se debe de tener muy presente no intentar cambiar las proporciones para no variar el tiempo de secado, debido a que su composición esta especificada por el fabricante y cualquier modificación harían que la mezcla no curara debidamente.

    4) Impregnación manual: Se coloca sobre el molde los cortes de las fibras para impregnarlos con resina epóxica por medio de una brocha, luego se usa un rodillo para la distribución adecuada de la resina y obtención de una mejor uniformidad sobre el tejido.


    5) Prensado de molde y vaciado: se cierra el molde iniciando con la parte superior y acoplando cada uno de los tornillos de tal forma que permanezca cerrado por completo, para finalizar el proceso se recubre el molde por completo y con apoyo de una válvula conectada a una bomba de vacío se extrae el aire durante un lapso de 3 minutos. Para el curado de la pieza se deja a una temperatura ambiente de 25oC, con una humedad relativa de 20 % durante 72 horas.


    se retira la bolsa y se inicia con el destornillamiento de cada una de las piezas del molde, las cuales se realizaron con mucho cuidado para no dañar el prototipo.

    6) Unión de piezas: Finalmente se unen todas las piezas y se obtiene el siguiente resultado:


    Como segundo ejemplo se dictarán los pasos para fabricar una prótesis con movimiento robótico.

    1) Diseño de la matriz: Este puede ser en cualquier tipo de material moldeable como una barra de jabón para moldes.

    2) Fabricación del molde: Este puede ser realizado en silicona RTV ( caucho siliconado) que permite un secado más rápido y un mayor volumen de aglutinación con un catalizador.

    3) Vaciado: Se prepara la resina sintética y se vierte en el molde para polimerizar entre 1 y 2 horas.

    4) Desmoldado: Se desmontan las piezas y se les da un acabado final.

    Esta técnica casera puede ser útil para validar mecanismos, pero hoy por hoy se trabaja con máquinas CNC obteniendo moldes precisos y en materiales distintos necesarios para cada tipo de paciente.

    BIBLIOGRAFÍA:

    Hernández, M., Reyna, M., Nuño, V., Huegel, J., & Castañeda, A. (2018, 16 abril). Metodología para la fabricación de una prótesis transtibial a base de material compuesto de fibra de carbono y resina epóxica. scielo. https://www.scielo.br/j/rmat/a/93zQgfcNsvnZJcC4FfW5dTm/?lang=es&format=pdf#:~:text=La%20fabricaci%C3%B3n%20de%20un%20sistema,requeridas%20del%20paciente%20%5B1%5D.






     

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    Objetivo

    Exponer la aplicación de la ingeniería mecánica en el diseño y construcción de prótesis ortopédicas mediante las tecnologías de la información tales como: blog, twitter y Facebook..

    Marco teórico

    Las prótesis ortopédicas tienen como función reemplazar las capacidades de un miembro amputado ya sea su funcionamiento mas básico o solo con fines estéticos, para esto se debe tener en cuenta  el diseño que es una parte de la ingeniería mecánica, la prótesis estará sujeta a diferentes cargas, dado que una prótesis de pierna no estará sometida al mismo trabajo que una prótesis estética, así mismo se debe seleccionar materiales que no sean rechazados por el cuerpo humano, pero que sea posible su maquinado y además no sean demasiado costosos, en consecuencia se debe buscar el equilibrio entre criterios de diseño, construcción y económicos.


    Introducción

    El presente blog esta desarrollado con fines educativos por estudiantes de la Escuela Politécnica Nacional de Ecuador, en el mismo se expondrá la relación de la ingeniería mecánica con las prótesis.

    Ingeniería mecánica

    La ingeniería mecánica es una rama de la ingeniería que se centra en diseñar, analizar construir y mantener, maquinas, estructuras instalaciones, etc, esto mediante la aplicación de los principios de mecánica de sólidos y fluidos, además de las leyes del comportamiento de los materiales mediante herramientas matemáticas y criterios económicos (Definición.xyz)

     

    Ilustración 1 Tomado de (TECH Ecuador, s.f.)

    Prótesis

    Según la RAE las prótesis están definidas como

      "Pieza o aparato empleados para sustituir un órgano o un miembro del cuerpo." en este caso se expondrá las prótesis que reemplazan un miembro del cuerpo es decir prótesis ortopédicas

     Tipos de Prótesis ortopédicas:

    Existen varios tipos de prótesis que dependen de las necesidades de cada paciente y su presupuesto, existen para finalidades estéticas, hasta con grados de movimiento que puede controlar el usuario con materiales ligeros.


    Las prótesis diseñadas para cumplir una función de una zona determinada del cuerpo según Di capacitados (2020) se clasifican en:

    Protesis Transtibial

    Son las prótesis que se colocan en la parte inferior de la pierna, que se una con la parte superior (muslo) que se encuentra intacta

    Prótesis Transradial

    Es la que se ubica en la parte de abajo del codo, es decir un antebrazo protésico.

    Prótesis Transfemoral

    Estas de colocan después de la amputación del hueso femur.

    Prótesis Transhumeral

    Diseñada para colocarse en la parte superior e inferior del brazo, además se puede incluir una prótesis en en codo.

    La pierna Protésica

    Es  utilizada en la parte superior e inferior de la pierna, es una prótesis de pierna completa.

    Prótesis Craneofaciales

    .    Prótesis intraorales: prótesis dentales, implantes, dentaduras postizas y obturadores.

    .    Prótesis extraorales: nasales, articulares, oculares, hemifaciales y orbitarias.

    Prótesis Somáticas

    Están diseñadas para las zonas que están alejadas del rostro, están construidas con silicón, por lo general de color piel, ejemplos prótesis de mano, prótesis de brazo, torax, prótesis de dedos, prótesis mamarias y de pezón.

    Prótesis para el cuello

    Se elaboran para ser sustituidos de las vías respiratorias superiores, como la tráquea y laringe, como ejemplo reemplazar parte del esófago superior.

    Prótesis de extremidades superiores

    Prótesis con alimentación corporal

    Es propulsada por el cuerpo restante del paciente, por lo general consiste en un arnés con una correa que se encuentra sobre el tercio inferior de la escápula, se conecta a un cable que opera el dispositivo, sus ventajas son el peso y su durabilidad, pueden ser impermeables y proporcionar retroalimentación al paciente en función de la tensión que siente el en cable de control.  

    Prótesis con alimentación externa - Prótesis Mioeléctrica

    Esta prótesis esta alimentada con baterías contenido dentro de la prótesis.  

    Las prótesis mioeléctricas del miembro superior funcionan mediante la interacción de electrodos, colocados principalmente e la zona muscular del brazo, lo que permite que la mano artificial pueda moverse, abrir y cerrar.

     Prótesis Pasivas

    esta prótesis no permite el movimiento activo de ninguna de las articulaciones.  Estos son los dispositivos mas livianos porque no contienen motores y pocos sistemas mecánicos. Solamente son estáticos, no ejercen ningún tipo de movimiento, sino que puede ajustarse de manera manual.

    Prótesis de extremidades inferiores

    Prótesis de cadera

    Prótesis de rodilla

    Prótesis syme

    Prótesis total o parcial del pie

    Prótesis de dedos de pie






    Referencias

    Definición.xyz. (s.f.). Obtenido de https://definicion.xyz/ingenieria-mecanica/

    Di capacitados. (8 de Julio de 2020). Obtenido de https://www.di-capacitados.com/blog/tipos-de-protesis-para-amputados-guia-total-2020

    TECH Ecuador. (s.f.). Obtenido de https://www.techtitute.com/ec/ingenieria/especializacion/especializacion-diseno-ingenieria-mecanica

     

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