Diseño y Construcción de un Prototipo de una Jeringa de Infusión para Neonatología Juliana Escobar Restrepo Asesor: Ingeniero Santiago Correa Universidad EAFIT Ingeniería de Diseño de Producto Medellín 2007

Diseño y Construcción de un Prototipo de una Jeringa de Infusión para Neonatología Diseño de Producto Juliana Escobar Coordinadores Lina Zuleta. CTA Santiago Correa EAFIT Seguimiento Finanzas Juan Carlos Botero CTA Electrónica Omicróm Ingeniería Ltda. Mecanismo Juan Felipe Isaza EAFIT Universidad EAFIT Ingeniería de Diseño de Producto Medellín 2007

Omicron Ingeniería Ltda. Origen del Proyecto Propuesta del CTA al departamento de Ingeniería de Diseño de Producto para el desarrollo de una serie de equipos médicos con alto potencial en el mercado Colombiano por medio de un grupo interdisciplinario Identificar las necesidades del mercado Recoger información del proceso de diseño y proveedores Analizar la viabilidad tecnológica Fortalecimiento del clúster Omicron Ingeniería Ltda.

Omicron Ingeniería Ltda. Origen del Proyecto El CTA evaluó algunas tecnologías biomédicas entre ellas camas de cirugía, lámparas de cirugía, desfibriladores cardiacos y bombas de infusión. Evaluaron diferentes variables como: el acceso a materiales, partes e insumos, tiempo estimado del desarrollo, infraestructura industrial, área de atención hospitalaria, capacidad y competencia del grupo de I+D, viabilidad económica y mercado objetivo. Omicron Ingeniería Ltda.

Justificación El tratamiento médico de recién nacidos debe contar con precisiones milimétricas en los equipos para inyectar medicamentos. La jeringa de infusión debe estar presente en cada cama o incubadora. El proyecto es una manera directa de generar mecanismos de acción frente al conocimiento y la innovación. El desarrollo de la industria a través del diseño y construcción de este tipo de equipos médicos, apoya la creación de células del cluster de salud de Medellín.

Objetivo Diseñar y construir un prototipo de una jeringa de infusión para neonatología, evaluando la viabilidad de desarrollar instrumentos de éste tipo en la industria local.

Objetivos Específicos Desarrollar las especificaciones de diseño de producto partiendo de las necesidades evaluadas por el CTA, y la investigación de mercados. Crear un alfabeto visual a partir de un referente, adoptándolo en el proyecto, y desarrollar una lluvia de ideas, desarrollando dos alternativas con mayor detalle. Evaluar las alternativas propuestas, mediante un análisis formal, y la apreciación de las diferentes personas involucradas en el proyecto.

Objetivos Específicos Desarrollar el concepto utilizando herramientas como el bosquejo, la modelación, modelos blandos, entre otros, verificando el cumplimiento de las especificaciones de producto. Describir los procesos de manufactura por medio de cartas de proceso, planos de taller y planos de ensamble para la construcción del prototipo. Realizar un prototipo funcional de la jeringa de infusión para Neonatología. Diseñar el manual de Usuario para la jeringa de Infusión para Neonatología.

Investigación y Análisis Especificaciones del Producto Metodología Análisis de Productos Existentes Trabajos realizados Análisis Usuario – Producto - Contexto Productos Complementarios Investigación y Análisis PDS- Especificaciones de Diseño de Producto Especificaciones del Producto Análisis funcional – Mecanismo – Asesoría Externa Desarrollo de Alternativas Características para el desarrollo electrónico Conceptualización Desarrollar programa Montaje electrónico (asesoría Externa) Electrónica

Manufactura (prototipo) Metodología Diseño de Detalle – carcaza - mecanismo Selección de Materiales y Procesos Síntesis parte electrónica y mecánica Modelación 3D Diseño de Detalles Establecer técnicas de prototipaje Desarrollo de Planos y cartas de proceso Construcción del prototipo y ensamble Manufactura (prototipo) Documentación de los resultados de cada etapa Manual de Usuario Elaboración del informe final Documentación

Investigación y Análisis Que son las jeringas de Infusión. Altas precisiones Utilizan un sistema electromecánico, donde un motor mueve un tornillo de potencia Inyectan el medicamento mediante un catéter. Funcionamiento por goteo y por bolo. La velocidad y volumen a entregar es establecido por medico o enfermera Realiza infusiones muy lentas de pequeños volúmenes en largos lapsos de tiempo. Análisis de Productos Existentes / Trabajos realizados / Análisis Usuario, Producto, Contexto / Productos Complementarios

Investigación y Análisis Sistema de Alarmas y Alertas Botón incorrecto Jeringa mal posicionada Batería de respaldo Antes de finalizar infusión y fin de infusión Purga anterior Evitar modificaciones accidentales Fin de carrera Oclusión Vol. infundido Tiempo ocioso Análisis de Productos Existentes / Trabajos realizados / Análisis Usuario, Producto, Contexto / Productos Complementarios

Mecanismo de impulsión Investigación y Análisis Partes de la Jeringa de Infusión Teclado de control Pantalla Estribo de la Jeringa Mecanismo de impulsión Jeringa Desechable Análisis de Productos Existentes / Trabajos realizados / Análisis Usuario, Producto, Contexto / Productos Complementarios

Investigación y Análisis Procedimiento de operación Encender Cargar la jeringa Posicionarla en la unidad de impulsión Sujetarla con el estribo de la jeringa Introducir los datos de entrada Volumen (ml) y el Flujo (ml/h) por medio del panel de control, estos elementos pueden ser observados en la pantalla LCD Realizar una purga inicial (llenado del catéter de la solución) Conectar al paciente Comenzar la infusión. Análisis de Productos Existentes / Trabajos realizados / Análisis Usuario, Producto, Contexto / Productos Complementarios

Investigación y Análisis Competencia Análisis de Productos Existentes / Trabajos realizados / Análisis Usuario, Producto, Contexto / Productos Complementarios

Investigación y Análisis Competencia Las jeringas son puestas por las empresas por comodato. Análisis de Productos Existentes / Trabajos realizados / Análisis Usuario, Producto, Contexto / Productos Complementarios

Investigación y Análisis Las jeringas de infusión son entregadas por comodato Usuario Contexto Se visitaron centros de salud para ver los equipos en su contexto y se encuestaron a los usuarios para conocer sus necesidades Análisis de Productos Existentes / Trabajos realizados / Análisis Usuario, Producto, Contexto / Productos Complementarios

Requerimientos (PDS) PDS Especificaciones de Diseño de Producto Contexto Documentación Instalación del equipo Tamaño Apariencia Materiales Manufactura Piezas estándar Mantenimiento Ergonomía y usuario Costo del producto Funcionamiento General Sistemas de seguridad y alarmas Ciclo de vida PDS Especificaciones de Diseño de Producto PDS- Especificaciones de Diseño de Producto PDS- Especificaciones de Diseño de Producto PDS- Especificaciones

Requerimientos (PDS) Principales requerimientos. Fabricación local. Uso de instrucciones claras y concisas. Visualización de volumen infundido. Diagramación clara. Conexión a 110V Baterías de respaldo. Jeringa desechable de 50 ml. Volumen Max 60 ml, incrementos de 0.1 ml/h. Velocidad de infusión (flujo) 0.1 a 99.9 ml/h, incrementos de 0.1 ml/h. Velocidad de bolo 500 ml/h. Velocidad de Purga500 ml/h. Uso de colores neutros y pasteles. Formas suaves. Mínimo de hendiduras y rendijas. Termoplástico ABS, resistente al impacto, para la inyección. Distribución horizontal. Precio asequible 850 a 1000 dólares. Los precios llegan hasta 2500. Funciones de goteo y bolo. Alarmas sonoras y visuales. No se tendrán librerías de drogas. Hermético a los líquidos Conexión para uso en atril PDS- Especificaciones de Diseño de Producto PDS- Especificaciones de Diseño de Producto PDS- Especificaciones

Conceptualización Análisis Funcional- asesoría externa Primer mecanismo. (EIA) El primer mecanismo no fue eficiente, y fue necesario replantear el mecanismo por parte del ingeniero mecánico Juan Felipe Isaza. Análisis Funcional Ingeniero Juan Felipe Isaza EAFIT Se realizaron pruebas de la fuerza que hay que ejercer sobre una jeringa de 50 ml llena de agua en la maquina universal de la universidad EAFIT. La fuerza fue de 100 N Análisis funcional. Mecanismo ( Asesoría externa) / Desarrollo de Alternativas / Características para el desarrollo electrónico

Conceptualización Análisis Funcional- asesoría externa El análisis funcional del mecanismo lo realizó el ingeniero partiendo del PDS, y del acceso a una jeringa de infusión marca Terumo que proporciono el CTA. Se tomo en cuenta la viabilidad de construcción a nivel local, y el nivel de detalle al cual era posible llegar. Se analizó un ensayo de un mecanismo para el diseño de la nueva propuesta. Análisis funcional. Mecanismo ( Asesoría externa) / Desarrollo de Alternativas / Características para el desarrollo electrónico

Desarrollar programa / Montaje electrónico (asesoría Externa) Electrónica Características desarrollo electrónico Las características del desarrollo electrónico también fueron realizadas según el PDS, y según lo analizado en la investigación de mercados. Se entrego el funcionamiento general de la jeringa junto con el sistema de alarmas y alertas que el equipo debía cumplir, y se evaluó junto con la empresa encargada las posibilidades, y las correcciones que debían hacerse. El sistema de oclusión no se incluyó como parte del alcance del proyecto. Análisis funcional. Mecanismo ( Asesoría externa) / Desarrollo de Alternativas / Características para el desarrollo electrónico Desarrollar programa / Montaje electrónico (asesoría Externa)

Conceptualización – Proceso de Diseño Collages Referente escogido: maternidad humana Estilo de vida Emoción Protección Análisis funcional. Mecanismo ( Asesoría externa) / Desarrollo de Alternativas / Características para el desarrollo electrónico

Proceso de Diseño Alfabeto visual Colores y Texturas Alfabeto visual Lluvia de ideas Alfabeto visual

Proceso de Diseño 1 2 3 4 5 6 Desarrollo de alternativas Análisis funcional. Mecanismo ( Asesoría externa) / Desarrollo de Alternativas / Características para el desarrollo electrónico

Proceso de Diseño Desarrollo de alternativas Alternativa 1

Proceso de Diseño Propuesta escogida Facilita la disposición de los elementos electrónicos Retiene menos líquido, La imagen gráfica permite una lectura más concreta Se observó que la optimización de espacio era más fácil de realizar con esta forma; En la alternativa 1 el sistema inferior de controles no era adecuado para ubicar inmediatamente después de la jeringa y del catéter Ocupa menos espacio por la distribución del volumen. Análisis funcional. Mecanismo ( Asesoría externa) / Desarrollo de Alternativas / Características para el desarrollo electrónico

Diseño de Detalle Avance de la propuesta Modelos blandos y bancos de prueba para el mecanismo. Comunicación con el equipo interdisciplinario. Diseño de Detalle – carcaza - mecanismo / Selección de Materiales y Procesos / Síntesis parte electrónica y mecánica

Diseño de Detalle Avance de la propuesta Se une la información en un solo modelo para verificar problemas y evaluar el equipo. Se realizan nuevos cambios para la propuesta final, según los cambios del mecanismo Diseño de Detalle – carcaza - mecanismo / Selección de Materiales y Procesos / Síntesis parte electrónica y mecánica

Diseño de Detalle Funcionamiento . Pruebas Se hicieron pruebas preliminares sobre el banco de pruebas construido, para verificar el funcionamiento electrónico final.

Diseño de Detalle Propuesta final con los cambios del mecanismo. La forma se adapta a las partes que componen al equipo sin perder su formalidad. Cada una de sus piezas siguen los patrones que ofrecen el alfabeto visual Propuesta final Mecanismo Diseño de Detalle – carcaza - mecanismo / Selección de Materiales y Procesos / Síntesis parte electrónica y mecánica

Diseño Gráfico Alternativas graficas teclado de membrana Alternativa final teclado de membrana Diseño de Detalle – carcaza - mecanismo / Selección de Materiales y Procesos / Síntesis parte electrónica y mecánica

Propuesta final Partes Diseño de Detalle – carcaza - mecanismo / Selección de Materiales y Procesos / Síntesis parte electrónica y mecánica

Propuesta final. Distribución de los componentes Diseño de Detalle – carcaza - mecanismo / Selección de Materiales y Procesos / Síntesis parte electrónica y mecánica

Prototipaje Prototipaje rápido Para el prototipaje de las carcazas y de los aditamentos como el agarre, el estribo y las carcazas del mecanismo se escogió el maquinado de control numérico de la Universidad EAFIT. Este sistema se escogió por el acceso a el, y el acabado que permite. El mecanismo fue realizado en el laboratorio de Modelos de la universidad EAFIT, por medio de procesos de metal mecánica. Técnicas de prototipaje / Desarrollo de Planos y cartas de proceso / Construcción del modelo funcional y ensamble

Prototipaje Materiales Para el material fue necesario hacer pruebas sobre la mezcla de la resina de poliéster de Andercol. Este material fue eficiente para la carcaza inferior y para los aditamentos. Preparación Para la carcaza superior fue necesario utilizar Nylon (Prolon NA de Carboplast) Técnicas de prototipaje / Desarrollo de Planos y cartas de proceso / Construcción del modelo funcional y ensamble

Prototipaje Proceso Luego del proceso de maquinado se hace el vaciado de yeso, se maquina el segundo lado y se libera la pieza Técnicas de prototipaje / Desarrollo de Planos y cartas de proceso / Construcción del modelo funcional y ensamble

Prototipo Acabado A la resina se le aplica una capa de primex, y luego laca del color escogido. La carcaza superior requiere mas capas de base para cubrir las pequeñas imperfecciones del material, pues no permite llegar a un acabado liso perfecto. Se le aplicó una pintura acrílica para tener una mayor resistencia. Técnicas de prototipaje / Desarrollo de Planos y cartas de proceso / Construcción del modelo funcional y ensamble

Prototipo y manual Ensamble Final

Prototipo y manual Ensamble Final Manual de usuario

Matriz de cumplimiento Se cumplieron Formas suaves. Esquinas redondeadas. Manual de usuario. Distribución horizontal. Desplazamiento de derecha a izquierda. Simplificar diagramación y usar simbología conocida. Funciones simples. Sistema de alarmas y alertas. Rangos de flujo y volumen cumplidos. Se cumplieron parcialmente Se aumentaron las rendijas por el mecanismo exterior. Las letras de la pantalla LCD no son visibles a una distancia de 1 mt. Falta un análisis detallado de tolerancias. No hay alarma sobre la unidad de impulsión. Fin de carrera. No se desarrolló la alarma de oclusión. Se decidió que el equipo funcionara aun sin conexión a a la batería.

Recomendaciones Estudiar e implementar el sistema de oclusión que es indispensable para el desarrollo de la jeringa de infusión. Analizar el mecanismo actual para reducir sus partes. Rediseñar el mecanismo, para que este se encuentre en el interior de la carcaza principal. Disminuir el tamaño de las baterías para ahorrar espacio del equipo. Crear mejores alianzas entre la industria metalmecánica y de importación de elementos electrónicos para aumentar la confiabilidad y precisión de las diferentes partes. Disminuir el tamaño del equipo ,por medio de la impresión de varias capas de los circuitos. Utilizar una pantalla LCD más grande. Adicionarle al equipo el sistema para medir y utilizar varias referencias de jeringas.

Conclusiones Las jeringas de infusión que se consiguen en el medio son importadas y tienen un alto costo. El medio local tiene bases de conocimiento tecnológico para desarrollar instrumentos de ésta índole, pero falta experiencia y compromiso en este ámbito. Es necesario mejores contactos para la consecución de los elementos electrónicos. Las especificaciones de diseño de producto son indispensables para establecer el alcance de cualquier proyecto, tanto del diseño , como de las partes involucradas. Es necesario el desarrollo de lluvias de ideas, para compartir información con el equipo interdisciplinario, tener un mayor número de posibles soluciones y hacer una mejor evaluación del diseño.

Conclusiones Es muy importante diseñar con asociaciones a conocimientos previos, para que estos no sean rechazados en el medio local. Las herramientas como el bosquejo, la modelación, los modelos blandos, son indispensables para la comunicación de las diferentes partes del proyecto, y la síntesis de la información . La documentación de los procesos de manufactura, permite identificar posibles errores en el diseño. El manual de usuario permite sintetizar la información para que todas las partes del proyecto conozcan el modo de operación del equipo, y sea de rápida comprensión para futuras referencias . Falta mucha cultura de Diseño Colombiano no artesanal, pero este se va desarrollando con el conocimiento que estos proyectos propician.

¡Muchas Gracias! Agradecimientos Lina Zuleta y Juan Carlos Botero del CTA Ingeniero Santiago Correa Juan Sebastián Villa EAFIT Ingeniero Juan Alejandro García Laboratorios de la Universidad EAFIT Omicróm Ingeniería Ltda Ingeniero Juan Felipe Isaza Jurados del proyecto ¡Muchas Gracias!