Tipos y mecanismos de prótesis de pies

1. Introducción
2. Marco Teórico
3. Conclusiones
4. Referencias

Resumen.-
Gracias a las prótesis el  ser humano es capaz de sustituir el miembro perdido
o amputado por múltiples situaciones, es así que por medio de este documento
daremos a conocer los distintos tipos de prótesis de pies y sus diferentes
mecanismos de funcionamiento, los cuales han cambiado a través de los años
mejorando notablemente su movilidad y estética convirtiéndose en una pieza
ideal y fundamental para quienes han perdido un miembro del cuerpo. Tomando en
cuenta que la mayoría de prótesis partieron de una fundamental llamada SACH.

Abstract.- thanks
to the prosthesis the human being is able to replace the lost or amputee member
for multiple situations, so through this document we will present the various
types of prosthetic feet and its various operating mechanisms , which have
changed one through the years of dramatically improving their mobility and
aesthetic ideals becoming a key piece who paragraph and un member lost. Taking
into account that most prosthetic left SACH a call key.

Index Terms.- mecanismos, materiales inteligente, TT(transitibial= parte inferior de la pierna ),

.

Introducción

Es común al momento sufrir una
amputación, el  reemplazar el miembro por una extremidad artificial; una
prótesis. La selección de una prótesis es altamente dependiente de las
necesidades y capacidades de cada el paciente. Su función puede variar de
puramente estética a una necesidad funcional para un paciente que desea
recuperar la independencia en realizar actividades de la vida diaria, o ya sea
en el campo deportivo.

La tecnología en las prótesis ha sido
objeto de una transformación sustancial en las últimas décadas, sobre todo con
la introducción de materiales y mecanismos elásticos pero también en la
geometría, la masa, la alineación. Con el pasar de los años y el avance
tecnológico la mayor parte de las prótesis contienen rasgos más humanos,
obteniendo múltiples ventajas para proporcionar una segunda oportunidad a
personas que han perdido una de sus extremidades. Por esta razón el  documento
trata sobre el estudio de los diferentes avances obtenidos hasta la actualidad,
los cuales brindan un mejor estilo de vida a la persona. [18]

Marco Teórico

2.1 Sistemas Protésicos

2.1.1 Prótesis Biónica

Este
tipo de pies protésicos deben contener múltiples adaptaciones y  propiedades de
rigidez al caminar, Además, de proporcionan un alto torque a la salida. Durante
la fase de impulsión, la posición de la articulación del tobillo debe ser
controlado con el fin de evitar la caída del pie en contacto con el talón. Esta
es un prototipo de una TT (PPAMs)”Prótesis de pie con músculos artificiales”[1]

El
prototipo TT está equipada con tres PPAMs; uno se coloca en frente, dos se
colocan en la parte posterior y su trabajo es de forma paralela. Una gama de
tobillo se establece de movimiento de 30 grados. La  prótesis consiste tanto en
una rodilla articulada y la articulación del tobillo. Dos cilindros neumáticos
se utilizan para tener la extremidad inferior de la prótesis completa.

Este es un prototipo de una TT (PPAMs)

[2]

Fig. 1  Prótesis Biónica [1]

2.1.2 Prótesis Sach

 El pie
SACH no soporta mucha carga en la zona de los dedos. Esta falta de apoyo del
dedo del pie crea una experiencia de "drop-off". El pie SACH está
hecho de una quilla de madera cubierto por espuma de poliuretano. Este pie se
caracteriza por  ser rígido en el región de madera (media del pie), y por ser
bastante flexible en la espuman (zona de los dedos). Estas características se
reflejan en el roll-over forma obtenida por el PFLA Una concha de pie
polietileno reforzado se usa como un cosmético cubierto. Esta estructura
produce una constante, sobre la forma del talón al dedo del pie, lo que se
traduce en una constante, el apoyo continuo de peso.

Los PFLA está diseñado de modo que una
fuerza aplicada al final de la viga se duplica más o menos en el punto de contacto
con el pie protésico. Este punto de contacto es proporcionado por un diseño
personalizado de la placa de aluminio. [3] [4]

Fig. 2 Prótesis SACH [3]

2.1.3 The Walking MP

Estos tipos de pies protésicos están
hechos de material compuesto de  inserciones de fibra de carbono. La estructura
elástica de los pies protésicos permite una energía de transmisión, desde el
suelo hasta la torre rígida, y el cálculo del flujo de energía. Este pie
protésico está compuesto por 3 principales laminados: el laminado inferior
define el calcáneo y el ante pie; el laminado posterior define el talón y tiene
la función de amortiguación; los laminados superiores definen el empeine y
funciones como el músculo tibial anterior. Los inferiores y laminados
posteriores comienzan a trabajar durante el contacto inicial: la durabilidad y
elasticidad deben permitir la toma de carga y almacenamiento con una función de
absorción de choque, el equilibrio y la estabilidad. El laminado posterior
funciona como amortiguador durante el contacto inicial y almacena energía que
la libera de la fase media de apoyo hasta que la punta del pie durante la fase
de propulsión; el laminado superior funciona como lo permite el músculo tibial
anterior de un pie gradual  de vuelco hasta el ante pie contacta con el suelo.
Para caminar MP, el aspecto de las curvas de energía es diferentes en cada
configuración. [5]

Esta variabilidad puede aparecer debido a
que el  paciente no fue acomodado con el pie protésico. Este pie es adecuado
para un usuario con un grado de movilidad medio-bajo K2. El pie protésico era
elegido como una función de la masa corporal y la duración del sonido pies de
la paciente. El paciente tiene una prótesis equipada con un pie de mayor rendimiento
que el MP caminar. Las tres estructuras de laminados de Roadwalking permite la
respuesta de un pie durante todas las fases de postura: en cada momento al
menos 2 laminados trabajar juntos. [6]

Fig. 3 The Walking MP [5]

2.1.4 Prótesis Pasiva

EL pie protésico  consiste en la
rotación en el tobillo metatarsal con constantes rigideces rotacionales,
respectivamente. La forma deformada de la instantánea al pie de los valores de
rigidez en las articulaciones se encuentra aplicando las fuerzas de reacción
del suelo en el centro de presión  Debido a que el pie es rígido, ya que el
centro de presión progresa a lo largo de la parte inferior, la articulación del
tobillo ambos se elevan y se mueve adelante. En contraste, el tobillo en el
modelo de pie articulado permanece estacionario hasta que el centro de presión
progresa más allá de la articulación del metatarso, momento en el que el talón
se levanta del suelo y el tobillo comienza a moverse. La rodilla progresa a
diferentes velocidades para el pie y el pie articulado rígido con la geometría
de vuelco fisiológica. Durante pie plano, la rodilla progresa muy lentamente
para el modelo articulado, como el torque el brazo de la fuerza de reacción del
suelo sobre el tobillo es pequeño, lo que significa que la articulación del
tobillo no gira mucho. [7][8]

Fig. 4 Modelo de movimiento  de la prótesis. [7]

2.1.5 Prótesis DER

El pie DER tiene propiedades energéticas
determinada a partir de la mecánica articular en un análisis de la marcha
estándar. La dinámica inversa se utiliza para calcular la fuerza del tobillo neto
de reacción conjunta y torque sobre la base de la fuerza de reacción del suelo.
Un transductor de fuerza de seis canales y el torque en el extremo dista de la
torre de la prótesis. Los nuevos diseños son una subjetiva aceptación de
la tecnología. La prótesis DER contiene una rotación que se produce en una
ubicación fija en la articulación del tobillo anatómico, y en donde la energía
se conserva en el pie a lo largo de la fase de apoyo. El pie DER tiene como
característica que todas las técnicas revelan una elasticidad dinámica de
respuesta en pies protésicos. [9]

Una
fuerza de seis canales y el transductor se colocó en el extremo dista de la
torre de prótesis, unidos directamente y de forma rígida al conector de
pirámide invertida con el pie proximal. El transductor activa la medición
directa de la cinética del segmento proximal, la incorporación de los cambios
en la fuerza debida a la disipación de energía y retomo.

Las fuerzas y momentos proximales
directamente medidos fueron incorporados en el modelo de potencia conjunta de
rotación estándar, la energía cinética se determina utilizando la dinámica
inversa se compara con la energía cinética determinada usando proximales
directamente medidos. [10]

Fig. 5 Prótesis DER. [9]

2.1.6. Prótesis Ankle-Foot

El
pie está formado por un plástico ligero de suela y una carcasa de aluminio
rígido, aparte contiene componentes mecánicos en el tobillo.

Los músculos que atraviesan la
articulación del tobillo biológica proporcionar la mayor parte de la energía
mecánica durante la marcha. En consecuencia, la pérdida de este conjunto hace
que estos individuos caminen hasta un 40% más lento y gastar al menos 20% más
de energía metabólica. El propósito del resorte de lámina es almacenar energía
elástica cuando el pie está en flexión dorsal, durante la fase de apoyo de la
marcha, la región del ciclo de la marcha cuando el peso es soportado por la
pierna. Idealmente, esta energía se devuelve al usuario en el terminal de la
fase de apoyo, al flexionar el tobillo para impulsar el portador hacia
adelante. El dispositivo incorpora un sistema de cierre este es un mecanismo de
la transición entre dos modos de rigidez el cual proporciona la forma adecuada
de vuelco cinemático observado al caminar. [11]

La prótesis contiene un cilindro
neumático y la válvula en serie con una fibra de vidrio y un resorte de flexión
el cual almacena de forma pasiva la energía y modulada en posición de
equilibrio, donde la posición de equilibrio se refiere a la posición angular
que provoca cero torque. El flujo de aire entre las dos cámaras del cilindro se
controló con un solenoide eléctrico en miniatura, la válvula y la  flexión del resorte
está integrado en un brazo de momento 100 mm que une el pistón neumático a la
articulación del tobillo. [12]

Fig. 6  Modelo de prótesis Ankle-Foot  [11]

2.1.7  Prótesis CERV

El
prototipo CERV está diseñado para reciclar la energía que es de gran parte
disipada en colisiones a pie. Almacena energía elásticamente en el talón
durante la carga del pie en la postura temprana, y  libera la energía del
resorte cerca de la terminal  en la forma de trabajo, la flexión plantar
push-off es una la mecánica del tobillo push-off la cual es un importante
factor de  la movilidad y la economía del amputado. Este pie recicla la energía
proporcionada y la retorna como energía mejorada en comparación con las prótesis
pasivas convencionales. La energía devuelta de push-off es proporcional a la
cantidad almacenada en el resorte durante la colisión del pie en tierra, con
esa cantidad a su vez depende de la rigidez del resorte. Una mejor comprensión.

Además
utilizamos sensores de desplazamiento en el pie CESR para estimar el
almacenamiento de energía elástica.[13][14]

Fig.
7 Modelo de Prótesis CERV. [13]

2.1.8. Prótesis  with
Control of Plantar flexion
and Inversion-Eversion Torque

Esta 
prótesis de tobillo y pie contiene dos dedos accionados de forma independiente,
que se coordinan para proporcionar flexión y pares de inversión. Esta
configuración permite una estructura ligera simple con una masa total de 0,72
kg.

Está  diseñado y construido un
tobillo-pie protésico con control de torque en ambos direcciones flexión e
inversión-eversión.El rendimiento del sistema, incluye un par máximo de torsión
y el seguimiento, durante las tareas dinámicas tanto en la mesa de trabajo y
durante la marcha. Los dos grados de libertad de pie y tobillo se diseñaron
como un efector final para un sistema emulador tethered. Hardware de actuación
y control de gran alcance se encuentra fuera del vehículo a fin de mantener
baja masa desgastada. Correas de sujeción Bowden-cable flexible transmiten la
potencia mecánica a la prótesis, pero no interfieren con los movimientos
naturales de la extremidad. [15]

Los dedos comparten un único eje de
rotación similar a la planta de flexión del eje en la articulación del tobillo
humano, y están espaciados medio lateral tal que uno es más cerca de la línea
central del cuerpo. La flexión  se produce cuando ambos dedos de los pies giran
en la misma dirección, y la inversión de la eversión se produce cuando se giran
en direcciones opuestas. [16]

Fig.
8 Prosthesis with Control of Plantar flexion
and Inversion-Eversion Torque [15]

2.1.9 Prótesis de Knee

El modelo
dinámico de la prótesis esta por encima de la rodilla durante el ciclo de la
marcha completa. El modelo se basa en un sistema mecánico multi-cuerpo de dos
dimensiones y un hidráulico, contiene un controlador elástico para la rodilla y
un controlador  cinemático para la prótesis de tobillo. Las ecuaciones del
movimiento fueron conducidos utilizando el método de Lagrange. La rodilla
elástica y el  controlador hidráulico, el tope de la extensión de la rodilla, y
el controlador cinemática del tobillo fueron representados por un resorte y un
amortiguador. Un resorte no lineal, y un muelle-amortiguador de torsión dentro
de una configuración de prótesis estándar. La trayectoria de la cadera y el
momento conjunto se consideran como las condiciones iniciales de las ecuaciones
diferenciales acopladas. Diseño optimizado de la prótesis, para lograr el
patrón de flexión de la rodilla más cercana a la de la marcha normal, dio lugar
a una buena correlación. El efecto de controlador hidráulico coeficiente de
amortiguación en el patrón de la flexión de la prótesis de rodilla y el tobillo
sólo fue significativa en la fase de balanceo del ciclo de la marcha. [19] [20]

.

Fig.
9 Modelo de prótesis Knee [17]

Conclusiones

·                                                                                   
Español

Al
pasar  de los años los tipos de prótesis de pie han ido cambiando y
perfeccionándose  para poder brindar mayor comodidad, seguridad además de
agregar un toque de estética en lo que hace referencia a la elaboración de
prótesis.

Analizamos
desde las más comunes, baratas hasta las más sofisticadas y caras, las cuales
han ido cambiando a través de los años de manera significativa, con distintas
técnicas de movimiento se han convertido en las mejores opciones para personas
amputadas.

La
prótesis SACH  es una de las primeras del mercado, en la cual se ha basado el
desarrollo de las demás, y obteniendo hoy en día prótesis ya biónicas.

La prótesis Walking que esta hecho
de material compuesto de  inserciones de fibra de carbono. Y con una estructura
elástica que  permite una energía de transmisión.

El modelo DER tiene propiedades
energéticas determinada a partir de la mecánica articular.

La prótesis Ankle-foot
es un dispositivo que incorpora un sistema de
cierre siendo este un mecanismo de la transición entre dos modos de rigidez el
cual proporciona la forma adecuada de vuelco cinemático observado al caminar.

·                                                                                   
Ingles

Over
the years the types of prosthetic feet have changed and refined to provide
greater comfort, safety as well as adding a touch of aesthetics in what refers
to the development of prostheses.

Analyzed
from the most common, inexpensive to the most sophisticated and expensive,
which have changed over the years significantly, with different movement
techniques have become the best choices for amputees.

The
SACH prosthesis is one of the first market, which has been based the
development of other, and obtaining today and bionic prostheses.

The
Walking prosthesis is made of composite fiber inserts carbon material. And with
an elastic structure that allows power transmission.

The
DER model has certain energetic properties from joint mechanics.

The
Ankle-foot prosthesis is a device incorporating a closure system this being a
mechanism of transition between two modes of stiffness which provides the
proper form of cinematic reversal observed when walking.

Referencias

Autor:

Avila José

Universidad Politécnica Salesiana
Cuenca-Ecuador

Jose
David Avila Abad: Nació 18 de octubre de 1994 en Cuenca-Ecuador; Escuela San
Jose de la Salle, Secundaria en el Colegio  Tecnico Salesiano  y Cesar Andrade  comenzó
sus estudios en la Universidad Politécnica Salesiana, siguiendo la carrera del
Ingeniería electrónica, actualmente se encuentra cursando cuarto ciclo.