Diseño y evaluación ergonómica de interfaces físicas para la órtesis robótica de tobillo (T-FLEX) a través de la integración de superficies blandas (2019)
Durante las últimas dos décadas se han desarrollado diversas órtesis y exoesqueletos con el fin de mejorar los patrones de marcha de las personas afectadas por enfermedades relacionadas al accidente cerebro vascular (ACV), un accidente cerebrovascular sucede cuando el flujo de sangre a una parte del cerebro se detiene. La órtesis activa T-Flex está enfocada en la rehabilitación de tobillo, y esta dirigida a personas que tengan una patología que limite la movilidad de esta articulación, como lo son el accidente cerebrovascular, parálisis cerebral o lesiones de medula. Para esto el T-Flex cuenta con dos modos de funcionamiento, ; (1) el modo de terapia donde el usuario esta sentado y el T-Flex realiza movimientos de dorsiflexión y plantarflexión a la velocidad y grado de movimiento que se requiera; (2) el modo de marcha, donde el usuario puede caminar con el T-Flex y este por medio de un sensor detecta la fase de marcha para realizar los movimientos de dorsiflexión y plantarflexión según el movimiento del usuario. En el contexto de este proyecto, se desea realizar una mejora de la ergonomía del sistema de la interfaz física de la órtesis. Es decir, se busca mejorar la parte de la órtesis en contacto con el usuario, por medio de diferentes materiales y superficies blandas. Esta mejora se plantea con el fin que la órtesis sea lo más cómoda para el uso durante una terapia de rehabilitación o incluso el uso en actividades de la vida diaria. La interfaz física anterior disipaba la fuerza en esfuerzo cortante, de compresión y generaba un desalineamiento sobre el cuerpo, lo que causaba que el dispositivo no pueda funcionar de manera correcta y pueda generar incomidad en el usuario. Con el fin de mejorar las interfaces físicas, primero se realizó una revisión de diferentes materiales que cumplieran ciertos criterios como ser ligero, suave, de bajo costo y de fácil manipulación. Estas características se buscaron con el fin de mejorar aspectos clave de la interfaz como el tamaño, el peso y la baja adherencia. El material escogido fue el poliuretano flexible, una espuma que se prepara a partir de una base y un catalizador. Al variar la proporción de estos componentes se pueden obtener densidades diferentes según los porcentajes que se usen en la mezcla para la obtención del material, es decir al aumentar o disminuir la proporción del catalizador se consiguen densidades diferentes del poliuretano. Una vez escogido el material, habiendo revisando los criterios de selección detallados en el documento, se procedió a realizar diferentes interfaces físicas con dicho material, cada interfaz consiste en un par de espumas que están ubicadas en la parte frontal (tibial anterior) y en la parte trasera (gastrocnemio) de la pierna, ya que estas son las partes donde el T-Flex está en contacto con el usuario. En cuanto al poliuretano flexible, se realizaron diferentes espesores desde 2cm hasta 4cm y con diferentes densidades 60 %-40% hasta 80 %-20 %. Se eligen estas proporciones debido a que son más fáciles de obtener ya que una densidad muy alta crearía una espuma de poliuretano demasiado rígida y una densidad muy baja haría una espuma de poliuretano altamente flexible haciendo que no mantenga su forma ni se pueda usar en la aplicación de este trabajo de grado. De esta manera se obtienen 9 interfaces físicas, por cada espesor 3 densidades diferentes, con el objetivo de probar cuales eran efectivas y cuál era la más ergonómica en cuanto a términos de comodidad. Por último, las interfaces se cubrieron con tela deportiva y a esta se le aplicó una silicona Dragon Skin TM, con el fin de mejorar la adherencia del T-Flex al usuario. Para evaluar las interfaces propuestas, primero se realizó una prueba con el modo de terapia durante 5 minutos, a velocidad media y con un rango de movimiento normal, donde cada una de las 9 interfaces se probó en 10 voluntarios sanos. El fin de esta prueba es observar si la interfaz se desplaza respecto a su posición inicial, si esta presenta un desplazamiento de más de 2cm se considera no efectiva. En esta prueba solo 7 interfaces se consideraron efectivas, por lo que con estas se procedió a realizar la prueba 2. Para la segunda prueba, los voluntarios debían caminar con el T-Flex durante 5 minutos en una banda sin fin, mientras se medía el EMG en los músculos en contacto con la interfaz, el gastrocnemio medial y el tibial anterior. A su vez también se midieron los parámetros espacio-temporales de la marcha, como lo son la cadencia, la velocidad de la marcha y la longitud de la zancada mediante el dispositivo G-Walk. Después de los 5 minutos se midió el desplazamiento final de la interfaz, comparando la posición inicial de la interfaz versus la posición final de la interfaz al momento de culminar la prueba. Por último cada voluntario debía responder un cuestionario basado en las Confort Rating Scales, con el fin de determinar cuál fue la interfaz más cómoda para la mayoría de voluntarios. Finalmente después de realizar las pruebas y analizar los resultados, se determinó que las mejores interfaces fueron las de mayor espesor, puesto que esta característica ayuda a que la interfaz realice una mayor presión sobre la pierna de los usuarios y de está manera garantizar que el dispositivo no se deslice o se mueva durante su uso. Como se puede apreciar en los resultados, dichas interfaces generan una menor carga de trabajo. En cuanto a los parámetros del G-Walk, el promedio de la cadencia y longitud de zancada fue más cercano a los rangos normales. Acerca de las medidas de desplazamiento, la interfaz de 4cm con densidad 80 %-20% es la que presento el menor desplazamiento siendo de 0.2cm únicamente en una prueba. Con el cuestionario se confirmo que las interfaces de espesor mayor son las que mejores valoraciones tuvieron. Con todos estos resultados no es posible determinar cual de las interfaces de 4cm de espesor es la mejor interfaz para ser usada, ya que todas las de 4cm de espesor funcionaron de acuerdo a lo esperado y de forma adecuada.