Protesis bioelectromecanicos

Resumen

Cuando una persona sufre un accidente de cualquier tipo
y la solución en estos casos es amputar alguna extremidad,
sea superior o inferior, esta persona queda limitada en sus
actividades de por vida, hasta ahora, la ciencia supera y avanza
en gran manera y existe en la actualidad un método para
devolverle la movilidad, las prótesis hoy en día
son un suplemento tanto estético como practico sin embargo
esta no es una solución efectiva por no tener su movilidad
completa con la ayuda de la electrónica y la medicina se
puede generar una conexión cuerpo-maquina siendo este una
solución prometedora, en la actualidad se tiene un 5% de
efectividad en este tipo de solución otro inconveniente es
que un requisito para implementar este tipo de prótesis es
que hayan perdido sus dos extremidades(superiores).

Introducción

Las personas que han sufrido accidentes, y la
amputaciones de ambas extremidades es necesaria, pueden volver a
tener su vida normal gracias a la ciencia y la mecánica,
una aporte de estas ciencias puede generar una solución
para este tipo de personas, la medicina nos da una clave
importante por cuanto nos da una referencia con niveles de
tensión eléctrica, la electrónica tanto
analógica como digital nos brinda la posibilidad de tomar
estos niveles e de tensión y generar una
combinación binaria que puede ser tomada y esta ser
transformada en movimientos mecánicos visibles y
utilizables a las persona.

Nervios de
referencia

NERVIO MEDIANO

El Nervio Mediano.- se forma por raíces externas
e interna, procedentes de los troncos secundarios antero externo
y antero interno, respectivamente. Las raíces se unen por
fuera o por delante de la arteria axilar, aunque a veces la
externa puede seguir hasta el brazo junto con el nervio musculo
cutáneo. El nervio mediano termina distribuyéndose
por la piel de la parte externa de la palma de la mano, la mayor
parte de los músculos flexores de la parte anterior del
antebrazo, la mayor parte de los músculos cortos del
pulgar y la articulación del codo y la mayor parte de las
articulaciones de la mano.

Fig1. Nervio mediano.

Síndrome del túnel
carpiano

Es un cuadro de compresión del nervio mediano a
su paso baja el ligamento palmar del carpo (muñeca). Bajo
este ligamento pasan la mayor parte de los tendones flexores de
la muñeca y dedos, así como el nervio mediano,
encargado de la inervación sensitiva de la cara palmar de
los tres primeros dedos y de la inervación motora de los
músculos cortos del pulgar.

Fig2.Corte de la muñeca

Niveles de
tensión en los nervios

En las siguientes tablas podemos observar niveles de
tensión en diferentes ubicaciones de nervios los cuales
pueden ser tomados para la utilización de nuestra
prótesis.

Tabla1: Neuro conducciones motoras, Prueba convencional:
latencia distal con el estimulo a 5cms del electrodo de registro
localizado en abductor pollicis brevis

Tabla2: Neuroconducciones sensitivas: Prueba
convencional con estímulo antidrómico a 12 cm y
latencia medida al inicio de deflección
negativa.

Tabla3:Prueba mediopalmar, Estímulo en la palma
en la palma en el trayecto de los nervios mediano y ulnar con
electrodos de registro localizados proximalmente a 8
cms.

Tabla4: Valores normales del nervio
mediano por grupos de edad

Amplificación
de la tensión de los nervios

El nivel de tensión proveniente de los nervios
está dada en mV y &µV esta tensión se la
amplificara para obtener una tensión en voltios siendo ya
útil para una codificación, como también, no
debemos olvidar que la tensión de entrada se ve afectada
por el ruido presente en el ambiente, que debemos corregir para
poder tener una señal valida y poder censarla.

Para la amplificación se utilizaran
amplificadores operacionales orientados a la medicina estos
tienen sus características especificas para evitar errores
en la amplificación.

Fig3.Simbolo Amplificador
Operacional.

La senal que ingresa al amplificador operacional
será amplificada obteniendo una tensión de salida
que se dispara a Vsat, esta tensión no es suficientemente
estable para poder utilizarla eficazmente por lo que se coloca un
siguiente amplificador operacional en una configuración de
comparador este proporciona un limite o rango de variación
de la senal de entrada ya amplificada, con esta
estabilización se procede a convertir esta senal
analógica en digita atraves de convertidores
analógico digitales, estos últimos nos proporcionan
una senal en binario a raíz de un nivel de tensión
analogico.

Fig4.Configuracion comparador

Fig5.Conversion Analogico
Digital

Conversión
analógica digital

Una vez con la señal analógica, luego esta
se las convierte en una señal digital, por cada nervio se
puede obtener combinaciones de ceros y unos, estos datos
digitales se los puede combinar y generar un mando de control el
cual será codificado y este a su ves será
transmitido a los dispositivo electromecánico que generan
el movimiento.

Los datos en ceros y unos proporcionados por los
covertidores ingresan a un CI que decodifica estos datos en ceros
y unos y este se encarga de oncentrar todos los datos obtenidos
de cada nervio con sus diferentes configuraciones en binario los
cuales serán llevados a un micro controlador que hace las
veces de memoria en el cual se encuentra programado todo y
completamente todas las rutinas como combinaciones de datos de
los nervios para crear un movimiento o reacción a
algún estimulo generado por el cerebro

Fig6.Conversion y
digitalización.

Consideraciones en la
estructura de la prótesis

Cabe recalcar que desde un principio los elementos,
dispositivos e instrumentos son de carácter medico por lo
que se requiere especial atención en la
calificación de los mismos con un registro sanitario como
también este de acuerdo con las normas establecidas por la
Organización Mundial de la Salud (OMS).

Los electrodos son o es la parte vital y fundamental de
una prótesis ya que estos nos permiten tomar los datos
necesarios para generar un movimiento en este.

En el aspecto electrónico no se tiene mayor
dificultad ya que en esta materia las posibilidades de
miniaturización y disponibilidad de elementos son un
abanico amplio de posibilidades, sin dejar de lado el aspecto
económico.

En la parte mecánica los dispositivos
serán creados de materiales en lo posible inoxidable con
una resistencia del material considerable dando como resultado
seguridad al paciente como también movilidad si bien es
cierto no completa pero su avance a dado ya los primeros
frutos.

Primeros
resultados

Cuando Jesse Sullivan piensa que quiere beber, su
cerebro se lo transmite a su mano, que coge un vaso y lo acerca
hacia su boca. Nada fuera de lo normal excepto por un importante
detalle. Este operario sufrió en 2001 un grave accidente
eléctrico que acabó en la amputación de sus
dos brazos.

Ese mismo año, Jesse Sullivan fue el primer
paciente en someterse a una técnica experimental que
remite directamente a esa idea tan exprimida por los relatos de
ciencia ficción de la fusión entre el hombre y la
máquina. Sus nervios se conectaron a unos electrodos que
controlan los movimientos de una sofisticada (y aparatosa)
prótesis. Gracias a ella, piensa en una acción y su
nuevo brazo, mano y dedos la ejecutan, ya sea coger un vaso o
abrir una puerta. Existe una continuidad entre las conexiones
nerviosas y unos sensores que se dirigen a unos microprocesadores
que traducen al brazo las señales que ordena el
cerebro.

Fig7.Jesse Sullivan con prótesis
electromecánica

Dean Kamen creador de un prototiopo de un
brazo robotico mejorado y siendo utilizado por un paciente que
había perdido ambas extremidades superiores y con esta
creación se le da una nueva oportunidad vida y
reinserción en su vida otidiana.

Fig8.Dean Kamen

Fig.9Prototipo

Fig10.Prototipo aplicado a un
paciente

Fig11.Prototipo en funcionamiento
correcto.

Conclusiones

Cuando se realizan este tipo de actividades en un nuevo
campo de estudio como es la bio electrónica se debe tener
muy claros los conceptos que utilizaremos para su
implementación lo más importante es agrupar todos
los conocimientos relacionados a la medicina y a la
anatomía del cuerpo humano como también la
estructura nerviosa en una persona y sus reacciones a como
impulsos eléctricos para luego estos ser utilizados y
decodificados si es posible como una lógica combinatoria y
obtener ya un resultado en términos eléctricos
más tangibles para un posterior diseño completo en
el área de mecánica lo que se pretende en este
documento es dar a conocer que se puede obtener impulsos
eléctricos de los nervios concretamente
estables.

Recomendaciones

Se recomienda en el estudio de esta área es tener
mucho énfasis en área anatómica del cuerpo
humano y sus respuestas de tensión eléctrica en los
nervios y luego decodificarlos como datos lógicos, cabe
recalcar que los dispositivos a utilizar son dispositivos de
precisión como amplificadores operacionales,
decodificadores de baja tensión como la interface de
nervio-dispositivo deben ser de uso clínico recodar
también que se debe hacer un filtrado de señales de
respuesta de nervios ya que se puede obtener datos muy diferentes
en ordenes de cerebro-extremidades distintas con una señal
de cerebro igual, se debe hacer varias mediciones y prueba de
sensores para asegurar su adecuada interfaz de impulsos en los
nervios.

Referencias

[1] M:Ensayo electromedicina57803.htm

[2] Electronica teoría de circuitos

[3]Universidad de Guadalajara elementos proecesadores
neuronales

[4] Sistemas digitales Ronald Tocci pearson prentce
hall.

[5] Slideshare nervios del brazo

Autor:

Víctor Loja