DISEÑO DE UN MECANISMO ESTÁNDAR DE ALINEACIÓN EN DOS DIMENSIONES PARA PRÓTESIS SUPRACONDÍLEAS PARA HOMBRES ADULTOS Susy Alejandro Acuña Espinoza Susy Cruz.

DISEÑO DE UN MECANISMO ESTÁNDAR DE ALINEACIÓN EN DOS DIMENSIONES PARA PRÓTESIS SUPRACONDÍLEAS PARA HOMBRES ADULTOS Susy Alejandro Acuña Espinoza Susy Cruz Soto José P. Solórzano Rojas Meir Vainer Lechtman Asesor Director: Msc. Pietro Scaglioni Asesor Interno: Msc. Gabriel Monge Asesor Externo: Msc. Axel Retana Asesor Externo: CPO. Dino Cozarelli

OBJETIVO GENERAL Diseñar un mecanismo de alineación que se acople a las prótesis supracondíleas disponibles actualmente en el mercado latinoamericano permitiendo a sus usuarios alinearlas en dos dimensiones de forma sencilla e inmediata. Susy

OBJETIVOS ESPECÍFICOS
Determinar las variables de marcha fundamentales de los usuarios de las prótesis. Elaborar un modelo matemático simplificado para el cálculo indirecto de las fuerzas internas en la prótesis durante la marcha. Aplicar los criterios de falla por esfuerzos estructurales al mecanismo de alineación. Simular el funcionamiento del mecanismo en condiciones de operación convencionales. Susy

DETALLES DEL PROYECTO Justificación Alcance Importancia alineación
Procedimiento de alineación Susy Fuente: Autores

METODOLOGÍA DE LAS PRUEBAS
Plataforma de reacciones BioWare Cámaras de video Max TRAQ 6 sujetos masculinos 6 repeticiones por sujeto chepe

FUERZAS EXTERNAS Vector de fuerza vertical
Vector de fuerza horizontal ‘x’ Vector de fuerza horizontal ‘y’ Fricción resultante ‘x’ Fricción resultante ‘y’ chepe

Resultados obtenidos de la plataforma chepe Fuente: Autores

ÁNGULOS chepe Fuente: Autores

Resultados obtenidos de los videos chepe Fuente: Autores

ANÁLISIS DE DATOS Se tienen 6 valores por cada variable
(6 repeticiones) Buscar curva de mejor ajuste JMP8 chepe

ANÁLISIS DE DATOS Variables→7 ángulos y 6 fuerzas externas chepe
Fuente: Autores Fuente: Autores

RESULTADOS CINÉTICOS → La componente en el plano vertical representa cerca de 120% del PC chepe → La componente horizontal y representa cerca de 20% del PC

Objetivo de los datos obtenidos en las pruebas:
RESULTADOS CINÉTICOS → La componente horizontal x representa cerca de 5% del PC chepe Objetivo de los datos obtenidos en las pruebas: Realizar un modelo matemático que describa el comportamiento de las fuerzas internas en la prótesis; a partir del cual se determinarán las fuerzas críticas que inciden sobre el mecanismo.

ANÁLISIS DE MOVIMIENTO
Extremidad inferior Prótesis supracondílea alejandro

FUERZAS EXTERNAS FQ alejandro Fuente: Autores

FUERZAS EXTERNAS-FRS DIAGRAMAS SIMPLIFICADOS
alejandro Fuente: Autores Fuente: Autores

Entrada Plano sagital 1 ec. sist. Rotac. 2 ec. sist. Traslac. Plano frontal 1 ec. sist. Rot. 1 ec. sist. Traslac. Sist. de 1 eslabón 1 CM Fricción, sentido medial-lateral y anterior-posterior Segmentos modelados cilindros huecos, espesor 3 mm alejandro Fuente: Autores

Salida Plano sagital 3 ec. sist. Rotacional 6 ec sist. Traslacional Sist. 3 eslabones, 3 CM Plano coronal: 2 ec. sist. Rot. 2 ec. sist. Traslac. Sist. 2 eslabones , 2 CM Fricción, sentido medial-lateral y anterior-posterior Segmentos pierna y muslo cilindros huecos, espesor 3 mm, pie cono sólido, h:Lpie y ᶲ de la base de magnitud Ditubo Segmento pierna+muslo: cilindro hueco, espesor 3 mm, pie: cono solido y ᶲbase de magnitud Ditubo alejandro Fuente: Autores

18 ec. dif. por sujeto de 2do orden 6 sujetos analizados
FUERZAS EXTERNAS-FRS DIAGRAMAS SIMPLIFICADOS Método Analítico 18 ec. dif. por sujeto de 2do orden 6 sujetos analizados 1 sujeto descartado alejandro

RESULTADOS CINETICOS-FUERZAS INTERNAS
Ultima: Fuerza interna pierna-muslo horizontal rotacional, penultima: fuerza interna pie-pierna vertical rot, antepenultima: f interna pierna-muslo horizontal traslacional alejandro

FUERZAS PARA LA SIMULACIÓN
Fuerzas internas críticas alejandro

ESQUEMA CONCEPTUAL DEL MECANISMO
meir Fuente: Autores Fuente: Autores

Tornillo Acople Tapa Anillo Superior Rótula Anillo Inferior Hule Base Anillo de Presión meir

1 meir Fuente: Autores

meir 6 Fuente: Autores

meir 7 Fuente: Autores

CARACTERÍSTICAS ESTRUCTURALES
Ubicación Dimensiones Generales Material Susy+corbata

UBICACIÓN Se coloca el mecanismo de alineación debajo de la rodilla mecánica en una prótesis supracondílea Susy

DIMENSIONES GENERALES
Diámetro interno de la base: 30 mm Longitud total: 63,5 mm - 64,0 mm Masa: 123 g g Susy

MATERIAL Aluminio 2024-T6 Relación de Poisson: 0,33
Módulo de Elasticidad 72,4 GPa Esfuerzo de fluencia: 345 MPa Esfuerzo de fatiga: 124 MPa para 5 x 108 ciclos Esfuerzo último: 427 MPa Susy Fuente: Materials Group, University of Cambridge

CARACTERÍSTICAS FUNCIONALES
Movimiento de la rótula Susy+corbata

INCLINACIÓN Y ROTACIÓN
Susy Fuente: Autores

Falla por fatiga: Soderberg
ANÁLISIS DE FALLA Modelo virtual Esfuerzos de Von Mises Falla por fatiga: Soderberg Susy+corbata

MODELO VIRTUAL Susy+corbata Fuente: Autores Simplificaciones
Propiedades de los materiales Condiciones de frontera Interacciones Pasos Condiciones de carga Densidad de enmallado Susy+corbata Fuente: Autores

ESFUERZOS DE VON MISES Mecanismo expuesto a esfuerzos máximos de hasta 116 Mpa ángulo máximo de 10º Para el análisis del mecanismo se utilizaron los valores de fuerzas máximos reportados en el análisis cinemático de los sujetos Deformación Acople 1 Acople 2 Caso 1 15,9% Caso 2 16,0% Caso 3 16,1% Caso 4 Susy+corbata Fuente: Autores

ESFUERZOS DE VON MISES Acople 1 Acople 2 Susy+corbata Fuente: Autores

TEORÍA DE FALLAS DE SODERBERG
Factor de seguridad de 1,6 Susy+corbata Fuente: Monge, G. 2009

ANÁLISIS DE RESULTADOS
Valores experimentales: Tobillo: Fmaxz= 2,41 P.C. Rodilla:Fmaxy=2,1 P.C. Rodilla: Fmaxz= 0,55 P.C. Valores teóricos: Tobillo: fuerzas de compresión de hasta 4 P.C Rodilla: fuerzas de compresión de hasta 3,3-7,8 P.C. meir

Tobillo: Fuerzas compresivas 1,6 P.C. que en la prótesis. Rodilla: Fuerzas de 1,2 P.C. veces superiores a la fuerza antero-posterior máxima encontrada en la rodilla. meir

. Adaptación Longitud del muñón Esta diapositiva va en el análisis de resultados meir

Fuerza vertical y Fuerza horizontal anterior- posterior son menores a su valor teórico. Pasos cortos Ausencia de grupos musculares Fuerza horizontal media-lateral es mayor a su valor teórico. Mayor ángulo de inclinación del fémur Esta diapositiva va en el análisis de resultados meir

Relación entre fuerzas externas y peso corporal diferente a valores teóricos Las personas que utilizan prótesis no caminan de la misma manera que las personas que tienen ambas piernas biológicas: Tiempo de adaptación La longitud del muñón Ajuste entre el socket y el liner meir Fuente: Autores

Comportamiento de las fuerzas de reacción con la superficie. Esta diapositiva va en el análisis de resultados meir Fuente: Autores

Esfuerzo máximo de 116 Mpa. Ángulo permisible de 10° meir Fuente: Autores

Vida útil de aproximadamente 17 años Los valores más altos de esfuerzo se presentan en el cuello Competitividad en el mercado: Versatilidad de movimiento. Tamaño (63,5 mm - 64,0 mm) Masa (123 g g) meir

Características de mecanismos de alineación Mecanismo Masa (g) Material Referencia Adaptador de tubo 90 Aluminio (TIMed,2010) Adaptador con núcleo 63 Adaptador para laminación 60 (Ortoibérica,2009) Adaptador para pie SACH 53 Adaptador doble 79 Adaptador hembra con rotación 40 Adaptador hembra con rosca 38 Acero Inoxidable (Össur, 2009)

CONCLUSIONES El diseño del mecanismo permitirá que este se pueda adaptar a las prótesis supracondíleas y alinearlas de manera sencilla e inmediata. Los rangos angulares medidos durante las pruebas para los diferentes planos de movimiento de la prótesis, difieren de los valores reportados para piernas biológicas. meir

CONCLUSIONES Las fuerzas internas que se generan durante la marcha en la prótesis, son menores que las fuerzas internas que se generan en la pierna biológica. Los mayores esfuerzos que se generan en el mecanismo se presentan durante el movimiento de salida del ciclo de paso. El diseño del mecanismo es satisfactorio. meir

RECOMENDACIONES Aumentar el número de sujetos en las pruebas.
Restringir aún más la muestra mediante características como rango de longitudes del muñón y tipo de pie protésico. Utilizar mayor número de plataformas de fuerza. Disponer de un área de pruebas mayor tamaño. chepe

RECOMENDACIONES Utilizar cámaras de alta velocidad.
Obtener los momentos de inercia particulares de cada sección. Incrementar el conocimiento acerca de la marcha en población latinoamericana. chepe

¡MUCHAS GRACIAS! Chepe

AGRADECIMIENTOS M.Sc. Pietro Scaglioni Ing. Verónica Córdoba
M.Sc. Juan G. Monge Ing. José D. Cordero CPO. Dino Cozarelli Ing. José E. Angulo M.Sc. Axel Retana Sr. Oscar Flores Dra. Claudia Espinoza Srta. Heidy Saavedra Ing. Raziel F. Sanabria Sr. Eric Ramírez José Moncada, PhD Sr. Alex Rodríguez M.Sc. Guido Quesada Ale

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