Desarrollo de un modelo de miembro residual transhumeral elástico como parte del macroproyecto en el AMPrint Center del Rochester Institute of Technology
En este documento se presenta el desarrollo un modelo de miembro residual transhumeral elástico, que pueda ser utilizado en futuras pruebas de nuevos diseños de encajes protésicos. El proceso incluyó una revisión de literatura sobre materiales utilizados en la simulación de tejidos, experimentos par...
- Autores:
-
Arias Barona, Ana Sofía
- Tipo de recurso:
- Trabajo de grado de pregrado
- Fecha de publicación:
- 2025
- Institución:
- Universidad Autónoma de Occidente
- Repositorio:
- RED: Repositorio Educativo Digital UAO
- Idioma:
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- OAI Identifier:
- oai:red.uao.edu.co:10614/16140
- Acceso en línea:
- https://hdl.handle.net/10614/16140
https://red.uao.edu.co/
- Palabra clave:
- Ingeniería Biomédica
Miembro residual transhumeral
Modelo
Impresión 3D
Diseño CAD
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CAD design
Silicone
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Transhumeral residual limb Model 3D printing CAD design Silicone |
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En este documento se presenta el desarrollo un modelo de miembro residual transhumeral elástico, que pueda ser utilizado en futuras pruebas de nuevos diseños de encajes protésicos. El proceso incluyó una revisión de literatura sobre materiales utilizados en la simulación de tejidos, experimentos para definir las proporciones óptimas del material, diseño del modelo con herramientas CAD y la fabricación de moldes y modelos. Para lograr el comportamiento elástico, el modelo propuesto consta de una capa interna que representa el músculo y una capa exterior más flexible que imita el tejido adiposo y la piel, las cuales fueron fabricadas con silicona y aditivo para variar la dureza de cada una. Esta selección de material se basó en su capacidad para simular los diferentes tejidos blandos según lo reportado en la literatura. Adicionalmente, se crearon los moldes necesarios para fabricar cada capa del modelo, haciendo uso del software de diseño Fusión 360, escaneos anatómicos e impresión 3D. Obteniendo un modelo con un comportamiento elástico más cercano al de los tejidos blandos en comparación con los modelos rígidos comúnmente usados. Este trabajo de grado se desarrolló bajo el macroproyecto del laboratorio AMPrint Center de RIT (Rochester Institute of Technology), con el propósito de tener una primera versión de un modelo replicable para futuras pruebas del nuevo diseño de encaje tipo CRS que se está desarrollando en el laboratorio. |
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Arias Barona, A. S. (2025). Desarrollo de un modelo de miembro residual transhumeral elástico como parte del macroproyecto en el AMPrint Center del Rochester Institute of Technology. (Pasantía de investigación). Universidad Autónoma de Occidente. Cali. Colombia. https://hdl.handle.net/10614/16140 Universidad Autónoma de Occidente Respositorio Educativo Digital UAO |
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[1] L. Paternò, M. Ibrahimi, E. Gruppioni, A. Menciassi, y L. Ricotti, “Sockets for limb prostheses: A review of existing technologies and open challenges,” IEEE Trans Biomed Eng, vol. 65, no. 9, pp. 1996–2010, Sep. 2018, doi: 10.1109/TBME.2017.2775100. [2] R. D. Alley, T. W. Williams, M. J. Albuquerque, y D. E. Altobelli, “Prosthetic sockets stabilized by alternating areas of tissue compression and release,” J Rehabil Res Dev, vol. 48, no. 6, pp. 679–696, 2011, doi: 10.1682/JRRD.2009.12.0197. [3] P. P. Pattnaik y J. T, “Design & Development of a Trans Tibial Socket Stabilized by Alternating Areas of Tissue Compression and Release - A Case Study,” Int J Health Sci Res, vol. 11, no. 7, pp. 317–321, Jul. 2021, doi: 10.52403/ijhsr.20210744. [4] J. Myers, “Characterization of 3D Printed Lattice Structures Used in the Design of Modified Compression Release Stabilized Trans humeral Prosthetic Sockets,” 2023. [En línea]. Disponible en: https://repository.rit.edu/theses [5] Neil Barsky, “More than 100,000 Americans with diabetes have limbs amputated each year.,” The Guardian, Jul. 2024. Disponible en: Dec. 30, 2024. [En línea]. Disponible en: https://www.theguardian.com/us-news/ng-interactive/2024/jul/25/diabetes-amputations-crisis#:~:text=About%2038%20million%20Americans%20have,amputation%20is%20up%20to%2035%25. [6] World Health Organization, “Diabetes.” Disponible en: Sep. 09, 2024. [En línea]. Disponible en: https://www.who.int/news-room/fact-sheets/detail/diabetes [7] Internacional Organization for Standardization, “Prosthetics-Structural testing of lower-limb prostheses-Requirements and test methods DOCUMENT,” 2016. [En línea]. Disponible en: www.iso.orgiTehSTANDARDPREVIEW [8] E. A. Nickel, K. J. Barrons, M. K. Owen, B. D. Hand, A. H. Hansen, y J. D. Desjardins, “Strength testing of definitive transtibial prosthetic sockets made using 3D-printing technology,” Journal of Prosthetics and Orthotics, vol. 32, no. 4, pp. 295–300, Oct. 2020, doi: 10.1097/JPO.0000000000000294. [9] F. Gariboldi et al., “Mechanical testing of transtibial prosthetic sockets: A discussion paper from the American Orthotic and Prosthetic Association Socket Guidance Workgroup,” Feb. 01, 2023, Wolters Kluwer Health. doi: 10.1097/PXR.0000000000000222. 42 [10] S. A. Armstrong, R. Jafary, J. S. Forsythe, y S. D. Gregory, “Tissue-Mimicking Materials for Ultrasound-Guided Needle Intervention Phantoms: A Comprehensive Review,” Jan. 01, 2023, Elsevier Inc. doi: 10.1016/j.ultrasmedbio.2022.07.016. [11] R. Jafary, S. Armstrong, T. Byrne, A. Stephens, V. Pellegrino, y S. D. Gregory, “Fabrication and Characterization of Tissue-Mimicking Phantoms for Ultrasound-Guided Cannulation Training,” ASAIO Journal, vol. 68, no. 7, pp. 940–948, Jul. 2022, doi: 10.1097/MAT.0000000000001593. [12] S. Ghosh et al., “mTG-Gelatin phantoms as standardized testbeds for skin biomechanical measurements with Myoton,” J Mech Behav Biomed Mater, vol. 158, Oct. 2024, doi: 10.1016/j.jmbbm.2024.106651. [13] A. Chattrairat, E. Kandare, S. Aimmanee, P. Tran, y R. Das, “Development and characterisation of hybrid composite skin simulants based on short polyethylene fibre and bioactive glass particle-reinforced silicone,” J Mech Behav Biomed Mater, vol. 136, Dec. 2022, doi: 10.1016/j.jmbbm.2022.105424. [14] A. Chanda, “Biomechanical modeling of human skin tissue surrogates,” Biomimetics, vol. 3, no. 3, Sep. 2018, doi: 10.3390/biomimetics3030018. [15] M. Mokhtari-Dizaji, “Tissue-mimicking materials for teaching sonographers and evaluation of their specifications after three years,” 2002. [16] S. Hatamikia et al., “Silicone phantoms fabricated with multi-material extrusion 3D printing technology mimicking imaging properties of soft tissues in CT,” Z Med Phys, 2023, doi: 10.1016/j.zemedi.2023.05.007. [17] National Center for Health Statistics, Anthropometric reference data for children and adults : United States, 2011-2014 : data from the National Health and Nutrition Examination Survey. U.S. Department of Health and Human Services, Centers for Disease Control and Prevention, National Center for Health Statistics, 2016. [18] Coastal prosthetics and orthotics, “Upper Extremity Prosthetics,” Levels of Amputation. Disponible en: Jan. 09, 2025. [En línea]. Disponible en: https://coastalpando.com/upper-extremity/ |
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El proceso incluyó una revisión de literatura sobre materiales utilizados en la simulación de tejidos, experimentos para definir las proporciones óptimas del material, diseño del modelo con herramientas CAD y la fabricación de moldes y modelos. Para lograr el comportamiento elástico, el modelo propuesto consta de una capa interna que representa el músculo y una capa exterior más flexible que imita el tejido adiposo y la piel, las cuales fueron fabricadas con silicona y aditivo para variar la dureza de cada una. Esta selección de material se basó en su capacidad para simular los diferentes tejidos blandos según lo reportado en la literatura. Adicionalmente, se crearon los moldes necesarios para fabricar cada capa del modelo, haciendo uso del software de diseño Fusión 360, escaneos anatómicos e impresión 3D. Obteniendo un modelo con un comportamiento elástico más cercano al de los tejidos blandos en comparación con los modelos rígidos comúnmente usados. Este trabajo de grado se desarrolló bajo el macroproyecto del laboratorio AMPrint Center de RIT (Rochester Institute of Technology), con el propósito de tener una primera versión de un modelo replicable para futuras pruebas del nuevo diseño de encaje tipo CRS que se está desarrollando en el laboratorio.This document presents the development of an elastic transhumeral residual limb model that can be used in future testing of new prosthetic socket designs. The process included a literatura review on materials used for soft tissue simulation, experiments to determine the optimal material proportions, model design using CAD tools, and the fabrication of molds and prototypes. To achieve elastic behavior, the proposed model consists of an inner layer representing muscle and a more flexible outer layer that mimics adipose tissue and skin. These layers were manufactured using silicone and an additive to adjust their hardness. The material selection was based on its ability to simulate different soft tissues, as reported in the literature. Additionally, the necessary molds were created to fabricate each layer of the model, utilizing Fusion 360 design software, anatomical scans, and 3D printing. The result is a model with an elastic behavior that more closely resembles soft tissues compared to the commonly used rigid models. This thesis was developed as part of the AMPrint Center macro-project at the Rochester Institute of Technology (RIT), with the goal of creating an initial version of a replicable model for future testing of the new CRS-type socket design currently under development in the laboratoryPasantía de investigación (Ingeniero Biomédico)-- Universidad Autónoma de Occidente, 2025PregradoIngeniero(a) Biomédico(a)43 páginasapplication/pdfspaUniversidad Autónoma de OccidenteIngeniería BiomédicaFacultad de Ingeniería y Ciencias BásicasCaliDerechos reservados - Universidad Autónoma de Occidente, 2025https://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/info:eu-repo/semantics/openAccessAtribución-NoComercial-SinDerivadas 4.0 Internacional (CC BY-NC-ND 4.0)http://purl.org/coar/access_right/c_abf2Desarrollo de un modelo de miembro residual transhumeral elástico como parte del macroproyecto en el AMPrint Center del Rochester Institute of TechnologyTrabajo de grado - Pregradohttp://purl.org/coar/resource_type/c_7a1fTextinfo:eu-repo/semantics/bachelorThesishttp://purl.org/redcol/resource_type/TPinfo:eu-repo/semantics/publishedVersionhttp://purl.org/coar/version/c_970fb48d4fbd8a85[1] L. Paternò, M. Ibrahimi, E. Gruppioni, A. Menciassi, y L. Ricotti, “Sockets for limb prostheses: A review of existing technologies and open challenges,” IEEE Trans Biomed Eng, vol. 65, no. 9, pp. 1996–2010, Sep. 2018, doi: 10.1109/TBME.2017.2775100.[2] R. D. Alley, T. W. Williams, M. J. Albuquerque, y D. E. Altobelli, “Prosthetic sockets stabilized by alternating areas of tissue compression and release,” J Rehabil Res Dev, vol. 48, no. 6, pp. 679–696, 2011, doi: 10.1682/JRRD.2009.12.0197.[3] P. P. Pattnaik y J. T, “Design & Development of a Trans Tibial Socket Stabilized by Alternating Areas of Tissue Compression and Release - A Case Study,” Int J Health Sci Res, vol. 11, no. 7, pp. 317–321, Jul. 2021, doi: 10.52403/ijhsr.20210744.[4] J. Myers, “Characterization of 3D Printed Lattice Structures Used in the Design of Modified Compression Release Stabilized Trans humeral Prosthetic Sockets,” 2023. [En línea]. 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