Biomecanica

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Proyectos de Investigación del Grupo de Biomecánica:

Proyectos de Investigación del Grupo de Biomecánica Andrés Tovar Pérez, Ph.D. Profesor Asociado Departamento de Ingeniería Mecánica y Mecatrónica Universidad Nacional de Colombia I Ciclo Divulgativo de la Investigación: La UN Investiga Proyectos Financiados por la División de Investigación Bogotá (DIB) 12 de octubre de 2006 Diseño y Manufactura de Prótesis Introducción Desarrollo Resultados Prótesis Mioeléctrica de Mano Antecedentes Desarrollo Resultados Comentarios Finales Adaptación Funcional Ósea Antecedentes Desarrollo Resultados

Tecnología para el Diseño y Manufactura de Prótesis (2003 – 2005):

Tecnología para el Diseño y Manufactura de Prótesis (2003 – 2005) Diego A. Garzón Carlos J. Cortés Octavio Silva Angélica Ramírez Oscar J. Rodríguez Andrés F. Baldión Diseño y Manufactura de Prótesis Introducción Desarrollo Resultados Prótesis Mioeléctrica de Mano Antecedentes Desarrollo Resultados Comentarios Finales Adaptación Funcional Ósea Antecedentes Desarrollo Resultados

Diseño y Manufactura de Prótesis Justificación:

Diseño y Manufactura de Prótesis Justificación Muilenburg y Wilson, 1996, “A Manual for Below-Knee Amputees” Diseño y Manufactura de Prótesis Introducción Desarrollo Resultados Prótesis Mioeléctrica de Mano Antecedentes Desarrollo Resultados Adaptación Funcional Ósea Antecedentes Desarrollo Resultados Comentarios Finales Causas de amputación Enfermedades (e.g., vasculares y cáncer): 74% Accidentes (e.g., tráfico, campo e industria): 23% Defectos de nacimiento: 3% Justificación Revisión Antecedentes

Diseño y Manufactura de Prótesis Justificación:

Diseño y Manufactura de Prótesis Justificación Diseño y Manufactura de Prótesis Introducción Desarrollo Resultados Prótesis Mioeléctrica de Mano Antecedentes Desarrollo Resultados Adaptación Funcional Ósea Antecedentes Desarrollo Resultados Comentarios Finales Necesidades en Colombia Se necesitan 5.000 prótesis nuevas cada año (Cruz Roja Internacional, 2001). Hay 100.000 minas antipersona (UNICEF, 2000), 5.864 casos entre 1990 y 2004 (Observatorio Nacional de Minas, 2003). Justificación Revisión Antecedentes

Diseño y Manufactura de Prótesis Introducción:

Diseño y Manufactura de Prótesis Introducción Prótesis Mioeléctrica de Mano Antecedentes Desarrollo Resultados Adaptación Funcional Ósea Antecedentes Desarrollo Resultados Comentarios Finales Objetivo Desarrollar la tecnología que permita diseñar y manufacturar prototipos funcionales de prótesis de extremidad inferior que permita aproximar la marcha del amputado a la marcha normal. “In much of prosthetics and orthotics, empiricism and pragmatism still dominate. While what prosthetists and orthotists do is rational, they are eager for more science in their art.” John Michael, CPO State-of-the-Science Meeting in Prosthetics and Orthotics Chicago, IL, May 17-18, 2002 Justificación Revisión Antecedentes Diseño y Manufactura de Prótesis Introducción Desarrollo Resultados

Diseño y Manufactura de Prótesis Introducción:

Diseño y Manufactura de Prótesis Introducción Prótesis Mioeléctrica de Mano Antecedentes Desarrollo Resultados Adaptación Funcional Ósea Antecedentes Desarrollo Resultados Comentarios Finales Componentes de una prótesis de extremidad inferior Foot – Shank – Knee – Socket Pierna de madera de Sowinski (1777 – 1831) Justificación Revisión Antecedentes Diseño y Manufactura de Prótesis Introducción Desarrollo Resultados

Diseño y Manufactura de Prótesis Introducción:

Diseño y Manufactura de Prótesis Introducción Prótesis Mioeléctrica de Mano Antecedentes Desarrollo Resultados Adaptación Funcional Ósea Antecedentes Desarrollo Resultados Comentarios Finales Componentes de una prótesis de extremidad inferior Foot / Ankle – Shank – Suspension – Knee – Socket C-Leg de Otto Bock Justificación Revisión Antecedentes Diseño y Manufactura de Prótesis Introducción Desarrollo Resultados

Diseño y Manufactura de Prótesis Introducción:

Diseño y Manufactura de Prótesis Introducción Prótesis Mioeléctrica de Mano Antecedentes Desarrollo Resultados Adaptación Funcional Ósea Antecedentes Desarrollo Resultados Comentarios Finales Tipos de pies protésicos Justificación Revisión Antecedentes Diseño y Manufactura de Prótesis Introducción Desarrollo Resultados Tipos de pies protésicos Básico SAFE Solid Ankle Flexible Exoeskeleton SACH Solid Ankle Cushioned Heel

Diseño y Manufactura de Prótesis Introducción:

Diseño y Manufactura de Prótesis Introducción Prótesis Mioeléctrica de Mano Antecedentes Desarrollo Resultados Adaptación Funcional Ósea Antecedentes Desarrollo Resultados Comentarios Finales Tipos de pies protésicos Justificación Revisión Antecedentes Diseño y Manufactura de Prótesis Introducción Desarrollo Resultados Tipos de pies protésicos Básico Respuesta dinámica Ossur Flexwalk College Park Foot

Diseño y Manufactura de Prótesis Introducción:

Diseño y Manufactura de Prótesis Introducción Prótesis Mioeléctrica de Mano Antecedentes Desarrollo Resultados Adaptación Funcional Ósea Antecedentes Desarrollo Resultados Comentarios Finales Tipos de pies protésicos Justificación Revisión Antecedentes Diseño y Manufactura de Prótesis Introducción Desarrollo Resultados Tipos de pies protésicos Básico Respuesta dinámica ` Alto desempeño Marlon Shirley Ossur Cheeta Flex-Foot Cameron Clapp Otto Bock C-Leg

Diseño y Manufactura de Prótesis Introducción:

Diseño y Manufactura de Prótesis Introducción Prótesis Mioeléctrica de Mano Antecedentes Desarrollo Resultados Adaptación Funcional Ósea Antecedentes Desarrollo Resultados Comentarios Finales Prótesis comerciales Justificación Revisión Antecedentes Diseño y Manufactura de Prótesis Introducción Desarrollo Resultados Endolite MICA Corporation Elite Mercury Senior Genesis II

Diseño y Manufactura de Prótesis Introducción:

Diseño y Manufactura de Prótesis Introducción Prótesis Mioeléctrica de Mano Antecedentes Desarrollo Resultados Adaptación Funcional Ósea Antecedentes Desarrollo Resultados Comentarios Finales Prótesis comerciales Justificación Revisión Antecedentes Diseño y Manufactura de Prótesis Introducción Desarrollo Resultados Pathfinder II Ohio Willow Wood Carbon Copy HP SACH College Park TruStep TruPer Venture

Diseño y Manufactura de Prótesis Introducción:

Diseño y Manufactura de Prótesis Introducción Prótesis Mioeléctrica de Mano Antecedentes Desarrollo Resultados Adaptación Funcional Ósea Antecedentes Desarrollo Resultados Comentarios Finales Prótesis comerciales Vari-Flex Ceterus Talux 1C30 1C40 Justificación Revisión Antecedentes Diseño y Manufactura de Prótesis Introducción Desarrollo Resultados Total Shock 1D35 Ossur Otto Bock 4R120

Diseño y Manufactura de Prótesis Introducción:

Diseño y Manufactura de Prótesis Introducción Prótesis Mioeléctrica de Mano Antecedentes Desarrollo Resultados Adaptación Funcional Ósea Antecedentes Desarrollo Resultados Comentarios Finales Diseño y Manufactura de Prótesis Introducción Desarrollo Resultados “ The most advanced application of technology is not necessarily the same as the application of the most advanced technology.” Fred Forchheimer Swedish Rehabilitation Engineer Antecedentes Desarrollos hechos por el Grupo de Investigación en Biomecánica de la Universidad Nacional de Colombia. Justificación Revisión Antecedentes

Diseño y Manufactura de Prótesis Introducción:

Diseño y Manufactura de Prótesis Introducción Evaluación en el Hospital San Juan de Dios Prótesis Mioeléctrica de Mano Antecedentes Desarrollo Resultados Adaptación Funcional Ósea Antecedentes Desarrollo Resultados Comentarios Finales Rodilla policéntrica prototipo Año: 1988 Autor: M. Caro y C. J. Cortés Director: W. Moreno Diseño, fabricación y puesta a punto de una prótesis de rodilla policéntrica con alineación tridimensional. Justificación Revisión Antecedentes Diseño y Manufactura de Prótesis Introducción Desarrollo Resultados

Diseño y Manufactura de Prótesis Introducción:

Diseño y Manufactura de Prótesis Introducción Prótesis Mioeléctrica de Mano Antecedentes Desarrollo Resultados Adaptación Funcional Ósea Antecedentes Desarrollo Resultados Comentarios Finales Rodilla policéntrica serie Año: 1990 Autor: M. Parra y R. Quecán Director: W. Moreno Estudio de la producción en serie mediante microfundición. Se fabricaron cinco prótesis y se probó una en un paciente. Evaluación en el Hospital San Juan de Dios Justificación Revisión Antecedentes Diseño y Manufactura de Prótesis Introducción Desarrollo Resultados

Diseño y Manufactura de Prótesis Introducción:

Diseño y Manufactura de Prótesis Introducción Evaluación CIREC (Centro Integral de Rehabilitación de Colombia) Prótesis Mioeléctrica de Mano Antecedentes Desarrollo Resultados Adaptación Funcional Ósea Antecedentes Desarrollo Resultados Comentarios Finales Rodilla monocéntrica modular Año: 1994 Autor: J. Díaz y J. Mayorga Director: C. J. Cortés Mejora de un diseño inicial y montaje y prueba en un paciente. Justificación Revisión Antecedentes Diseño y Manufactura de Prótesis Introducción Desarrollo Resultados

Diseño y Manufactura de Prótesis Introducción:

Diseño y Manufactura de Prótesis Introducción Pie tipo SACH Prótesis Mioeléctrica de Mano Antecedentes Desarrollo Resultados Adaptación Funcional Ósea Antecedentes Desarrollo Resultados Comentarios Finales Pie protésico tipo SACH Año: 1993 Autor: J. L. Rubiano Director: W. Moreno Diseño y fabricación de un pie tipo SACH a la medida del paciente. Se utilizaron poliuretano, madera y polipropileno Justificación Revisión Antecedentes Diseño y Manufactura de Prótesis Introducción Desarrollo Resultados

Diseño y Manufactura de Prótesis Introducción:

Diseño y Manufactura de Prótesis Introducción Prótesis Mioeléctrica de Mano Antecedentes Desarrollo Resultados Adaptación Funcional Ósea Antecedentes Desarrollo Resultados Comentarios Finales Pie protésico con sistema de compensación Año: 1995 Autor: A. F. Barón y C. A. Devia Director: W. Moreno Diseño que aprovecha la energía aplicada durante la fase de apoyo. Sistema compensador en polioximetileno y cósmesis en poliuretano. Justificación Revisión Antecedentes Diseño y Manufactura de Prótesis Introducción Desarrollo Resultados

Diseño y Manufactura de Prótesis Desarrollo:

Diseño y Manufactura de Prótesis Desarrollo Prótesis Mioeléctrica de Mano Antecedentes Desarrollo Resultados Adaptación Funcional Ósea Antecedentes Desarrollo Resultados Comentarios Finales Pie protésico dinámico Año: 2003 Autor: O. J. Rodríguez y A. F. Baldión Director: C. J. Cortés Objetivo Aproximar la marcha del amputado a la marcha normal. Restricciones de diseño Peso máximo: 900 g. Altura máxima: 7,5 cm. Material: anticorrosivo, resistente y durable. Pie Suspensión Diseño y Manufactura de Prótesis Introducción Desarrollo Resultados Pie protésico dinámico

Diseño y Manufactura de Prótesis Desarrollo:

Diseño y Manufactura de Prótesis Desarrollo Prótesis Mioeléctrica de Mano Antecedentes Desarrollo Resultados Adaptación Funcional Ósea Antecedentes Desarrollo Resultados Comentarios Finales Pie Suspensión Diseño y Manufactura de Prótesis Introducción Desarrollo Resultados Pie protésico dinámico Momento en el tobillo Fuerza vertical Fuerza horizontal 92.5Nm -700.75Nm -72.59Nm Análisis mecánico

Diseño y Manufactura de Prótesis Desarrollo:

Diseño y Manufactura de Prótesis Desarrollo Prótesis Mioeléctrica de Mano Antecedentes Desarrollo Resultados Adaptación Funcional Ósea Antecedentes Desarrollo Resultados Comentarios Finales Pie Suspensión Diseño y Manufactura de Prótesis Introducción Desarrollo Resultados A B C D E F G H TOTAL A - 1 1 1 1 1 1 0 6 B 0 - 1 0 1 1 1 0 4 C 0 0 - 0 1 1 0 0 2 D 0 1 1 - 1 1 1 1 6 E 0 0 0 0 - 1 0 0 1 F 0 0 0 0 0 - 1 0 1 G 0 0 1 0 1 0 - 0 2 H 1 1 1 0 1 1 1 - 6 Aspectos a evaluar A. Capacidad para absorber energía 21,5% B. Fácil manejo 14,3% C. Peso 7,0% D. Marcha simétrica y bipedestación estática 21,5% E. Económica 3,6% F. Estética 3,6% G. Ciclo de vida 7,0% H. Manufacturabilidad 21,5% Pie protésico dinámico

Diseño y Manufactura de Prótesis Desarrollo:

Diseño y Manufactura de Prótesis Desarrollo Prótesis Mioeléctrica de Mano Antecedentes Desarrollo Resultados Adaptación Funcional Ósea Antecedentes Desarrollo Resultados Comentarios Finales Pie Suspensión Diseño y Manufactura de Prótesis Introducción Desarrollo Resultados Selección de alternativas Pie protésico dinámico Objetivo 1 2 3 Peso Calif Pond Calif Pond Calif Pond A 0.215 8 1.72 7 1.505 9 1.935 B 0.143 8 1.144 8 1.144 8 1.144 C 0.07 9 0.63 9 0.63 9 0.63 D 0.215 9 1.935 7 1.505 9 1.935 E 0.036 9 0.324 8 0.288 6 0.216 F 0.036 8 0.288 9 0.324 8 0.288 G 0.07 7 0.49 7 0.49 9 0.63 H 0.215 8 1.72 7 1.505 9 1.935 TOTAL 8.251 7.391 8.713

Diseño y Manufactura de Prótesis Desarrollo:

Diseño y Manufactura de Prótesis Desarrollo Prótesis Mioeléctrica de Mano Antecedentes Desarrollo Resultados Adaptación Funcional Ósea Antecedentes Desarrollo Resultados Comentarios Finales Fibra de carbono Style 282 bidireccional. Resina epóxica Araldite M/6090 con endurecedor HY956. Duraluminio Pie Suspensión Diseño y Manufactura de Prótesis Introducción Desarrollo Resultados Pie protésico dinámico Materiales y manufactura

Diseño y Manufactura de Prótesis Desarrollo:

Diseño y Manufactura de Prótesis Desarrollo Prótesis Mioeléctrica de Mano Antecedentes Desarrollo Resultados Adaptación Funcional Ósea Antecedentes Desarrollo Resultados Comentarios Finales Pie Suspensión Diseño y Manufactura de Prótesis Introducción Desarrollo Resultados Pie protésico dinámico Prototipo final Se obtuvo un diseño factible que cumplió todas las restricciones. Las pruebas sobre el prototipo discreparon de las simulaciones en el computador y el diseño debe ser optimizado.

Diseño y Manufactura de Prótesis Desarrollo:

Diseño y Manufactura de Prótesis Desarrollo Prótesis Mioeléctrica de Mano Antecedentes Desarrollo Resultados Adaptación Funcional Ósea Antecedentes Desarrollo Resultados Comentarios Finales Selección de un elastómero para amortiguación Año: 2004 Autor: A. Ramírez Director: D. A. Garzón Objetivo Determinar un elastómero para ser utilizado en el sistema de amortiguamiento de una prótesis transtibial. Restricciones Estructurales, ambientales, apariencia, ensamble, costos. Pie Suspensión Diseño y Manufactura de Prótesis Introducción Desarrollo Resultados Selección de un elastómero para amortiguación

Diseño y Manufactura de Prótesis Desarrollo:

Diseño y Manufactura de Prótesis Desarrollo Prótesis Mioeléctrica de Mano Antecedentes Desarrollo Resultados Adaptación Funcional Ósea Antecedentes Desarrollo Resultados Comentarios Finales Pie Suspensión Diseño y Manufactura de Prótesis Introducción Desarrollo Resultados Selección de un elastómero para amortiguación Análisis mecánico

Diseño y Manufactura de Prótesis Desarrollo:

Diseño y Manufactura de Prótesis Desarrollo Prótesis Mioeléctrica de Mano Antecedentes Desarrollo Resultados Adaptación Funcional Ósea Antecedentes Desarrollo Resultados Comentarios Finales Pie Suspensión Diseño y Manufactura de Prótesis Introducción Desarrollo Resultados Selección de un elastómero para amortiguación Análisis mecánico

Diseño y Manufactura de Prótesis Desarrollo:

Diseño y Manufactura de Prótesis Desarrollo Prótesis Mioeléctrica de Mano Antecedentes Desarrollo Resultados Adaptación Funcional Ósea Antecedentes Desarrollo Resultados Comentarios Finales Pie Suspensión Diseño y Manufactura de Prótesis Introducción Desarrollo Resultados Selección de un elastómero para amortiguación Modelado y simulación

Diseño y Manufactura de Prótesis Desarrollo:

Diseño y Manufactura de Prótesis Desarrollo Prótesis Mioeléctrica de Mano Antecedentes Desarrollo Resultados Adaptación Funcional Ósea Antecedentes Desarrollo Resultados Comentarios Finales Pie Suspensión Diseño y Manufactura de Prótesis Introducción Desarrollo Resultados Selección de un elastómero para amortiguación Caracterización del elastómero

Diseño y Manufactura de Prótesis Desarrollo:

Diseño y Manufactura de Prótesis Desarrollo Prótesis Mioeléctrica de Mano Antecedentes Desarrollo Resultados Adaptación Funcional Ósea Antecedentes Desarrollo Resultados Comentarios Finales Pie Suspensión Diseño y Manufactura de Prótesis Introducción Desarrollo Resultados Selección de un elastómero para amortiguación Caracterización del elastómero

Diseño y Manufactura de Prótesis Desarrollo:

Diseño y Manufactura de Prótesis Desarrollo Prótesis Mioeléctrica de Mano Antecedentes Desarrollo Resultados Adaptación Funcional Ósea Antecedentes Desarrollo Resultados Comentarios Finales Pie Suspensión Diseño y Manufactura de Prótesis Introducción Desarrollo Resultados Selección de un elastómero para amortiguación Caracterización del elastómero

Diseño y Manufactura de Prótesis Desarrollo:

Diseño y Manufactura de Prótesis Desarrollo Prótesis Mioeléctrica de Mano Antecedentes Desarrollo Resultados Adaptación Funcional Ósea Antecedentes Desarrollo Resultados Comentarios Finales Pie Suspensión Diseño y Manufactura de Prótesis Introducción Desarrollo Resultados Selección de un elastómero para amortiguación Selección del elastómero

Desarrollo de una Prótesis Mioeléctrica de Mano (2004 – 2006):

Desarrollo de una Prótesis Mioeléctrica de Mano (2004 – 2006) Carlos J. Cortés Octavio Silva Jair Loaiza Claudia M. Sánchez Fernando J. Rodríguez Luis C. Sarmiento Vladimir Barreto Diseño y Manufactura de Prótesis Antecedentes Desarrollo Resultados Prótesis Mioeléctrica de Mano Antecedentes Desarrollo Resultados Comentarios Finales Adaptación Funcional Ósea Antecedentes Desarrollo Resultados

Prótesis Mioeléctrica de Mano Antecedentes:

Prótesis Mioeléctrica de Mano Antecedentes Prótesis para desarticulación del hombro Análisis Diseño Simulación Visualización Optimización Diseño y Manufactura de Prótesis Antecedentes Desarrollo Resultados Prótesis Mioeléctrica de Mano Antecedentes Desarrollo Resultados Adaptación Funcional Ósea Antecedentes Desarrollo Resultados Comentarios Finales Prótesis de miembro superior – Fase I Año: 1995 Autor: L. A. Cortés y L. A. Niño Director: W. Moreno Revisión de literatura.

Prótesis Mioeléctrica de Mano Desarrollo:

Prótesis Mioeléctrica de Mano Desarrollo Mapa del tráfico de Internet (S. E. Eick) Análisis Diseño Simulación Visualización Optimización Diseño y Manufactura de Prótesis Antecedentes Desarrollo Resultados Prótesis Mioeléctrica de Mano Antecedentes Desarrollo Resultados Adaptación Funcional Ósea Antecedentes Desarrollo Resultados Comentarios Finales

Prótesis Mioeléctrica de Mano Resultados:

Prótesis Mioeléctrica de Mano Resultados Mapa del tráfico de Internet (S. E. Eick) Análisis Análisis Diseño Simulación Visualización Optimización Diseño y Manufactura de Prótesis Antecedentes Desarrollo Resultados Prótesis Mioeléctrica de Mano Antecedentes Desarrollo Resultados Adaptación Funcional Ósea Antecedentes Desarrollo Resultados Comentarios Finales

Adaptación Funcional Ósea con Autómatas Celulares Híbridos (2005 – 2007):

Adaptación Funcional Ósea con Autómatas Celulares Híbridos (2005 – 2007) Andrea Vera Rosana Bolivar Andrés J. Arias Wilson I. Quevedo Carlos A. Narváez Rodrigo López Diseño y Manufactura de Prótesis Antecedentes Desarrollo Resultados Prótesis Mioeléctrica de Mano Antecedentes Desarrollo Resultados Comentarios Finales Adaptación Funcional Ósea Antecedentes Desarrollo Resultados

Adaptación Funcional Ósea Antecedentes:

Adaptación Funcional Ósea Antecedentes Mapa del tráfico de Internet (S. E. Eick) Análisis Diseño Simulación Visualización Optimización Diseño y Manufactura de Prótesis Antecedentes Desarrollo Resultados Prótesis Mioeléctrica de Mano Antecedentes Desarrollo Resultados Adaptación Funcional Ósea Antecedentes Desarrollo Resultados Comentarios Finales

Adaptación Funcional Ósea Desarrollo:

Adaptación Funcional Ósea Desarrollo Mapa del tráfico de Internet (S. E. Eick) Análisis Análisis Diseño Simulación Visualización Optimización Diseño y Manufactura de Prótesis Antecedentes Desarrollo Resultados Prótesis Mioeléctrica de Mano Antecedentes Desarrollo Resultados Adaptación Funcional Ósea Antecedentes Desarrollo Resultados Comentarios Finales

Comentarios Finales Conclusiones:

Comentarios Finales Conclusiones Conclusiones Preguntas Modelar es un proceso iterativo que involucra: Definición de objetivos. Descomposición. Síntesis. Validación.

Comentarios Finales Conclusiones:

Comentarios Finales Conclusiones Conclusiones Preguntas Modelar es un proceso iterativo. Modelar permite tratar problemas de Ingeniería: En ambientes desconocidos. En situaciones de peligro . Complejos y de gran escala.

Comentarios Finales Conclusiones:

Comentarios Finales Conclusiones Conclusiones Preguntas Modelar es un proceso iterativo. Modelar permite tratar problemas de Ingeniería. A través del modelado: Se aprende. Se visualiza. Se formulan interpretaciones personales y únicas. Se optimiza. Se solucionan problemas.

Comentarios Finales Conclusiones:

Comentarios Finales Conclusiones Conclusiones Preguntas Modelar es un proceso iterativo. Modelar permite tratar problemas de Ingeniería. A través del modelado se aprende e innova. Los modelos bioinspirados han sido utilizados para simular y entender el comportamiento de la vida.

Comentarios Finales Preguntas:

Comentarios Finales Preguntas atovarp@unal.edu.co Gracias

Diseño y Manufactura de Prótesis Resultados:

Diseño y Manufactura de Prótesis Resultados Análisis Diseño Simulación Visualización Optimización Diseño y Manufactura de Prótesis Antecedentes Desarrollo Resultados Prótesis Mioeléctrica de Mano Antecedentes Desarrollo Resultados Adaptación Funcional Ósea Antecedentes Desarrollo Resultados Comentarios Finales