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Adaptación de la Prótesis de Mano Basada en Soft-Robotics PrExHand para la Evaluación con Usuarios no Patológicos en Pruebas Funcionales

Suárez García, Marcela (Ingeniería Biomédica, 2021)

Se estima que en el mundo más de mil millones de personas viven con alguna forma de discapacidad. Dentro de este grupo se encuentran aquellas personas que han sufrido amputación de alguna o ambas extremidades superiores. ...
Aplicación de registro y reporte automático de parámetros fisiológicos para la trazabilidad psicofisiológica en personas post COVID-19

Moreno Escobar, Juan Sebastián (Colombia, BogotáIngeniería Biomédica, 2021)

El presente trabajo hace parte de un proyecto general que busca desarrollar una hermaienta para identificar las secuelas neuropsicológicas y sobre el sistema nervioso autónomo en pacientes que se han recuperado de COVID-19. ...
Characterization of Inertial and Electromyographic signals for physical fatigue estimation in anaerobic exercise

Tello Urrea, Andrés Felipe (2021)

Introduction: According to the World Health Organization, Cardiovascular diseases are the most significant non-communicable diseases worldwide level, with approximately 17.9 million deaths per year. To decrease the impact ...
Desarrollo de una prótesis de mano para amputados parciales de bajo costo para uso en países en desarrollo: estudio de dos casos de pacientes en india y Colombia

Cruz Camacho, Jasón Myyey (ingeniería de rehabilitaciónIngeniería Biomédica, 2019)

La extremidad o miembro superior es la parte del cuerpo con mayor movilidad y funcionalidad en las actividades diarias y está compuesto por la cintura escapular (clavícula y escápula), el brazo (húmero), el antebrazo (cubito ...
Detección de fases de las actividades de sentarse y levantarse mediante métodos de machine learning

Otálora González, Sophia (Ingeniería Biomédica, 2021)

Identificar las fases de las actividades de sentarse y levantarse es primordial para el con trol de un exoesqueleto de miembro inferior. En este estudio, se presentan los métodos más adecuados para reconocer las fases de ...
Development of a fatigue estimation model for physical rehabilitation exercises

Pinto Bernal, María José (Escuela Colombiana de IngenieriaBogotáMaestría en Ingeniería Electrónica, 2021)

The work presented in this document focuses on the development and preliminary validation of a fatigue identification model based on the individuals' exercise performance assessment. The main aim of the model is to classify ...
Development of an Interface for Rehabilitation Based on the EMG Signal for the Control of the Ankle Exoskeleton T-FLEX

Castellanos Guarnizo, Camila Andrea (Ingeniería Biomédica, 2021)

(Eng) Stroke is the second leading cause of death and third of disability, and 75% of individuals who sustain a stroke each year experience limitations in mobility-related to walking. Strategies involving robotic devices, ...
Development of an Optical Fiber-Based Insole for Gait Parameters Detection in Rehabilitation Processes in the Population with Lower Limb Disabilities

Fandiño Rangel, Laura Daniela (Ingeniería Biomédica, 2021)

Introduction: As several diseases are reflected in the human foot as plantar pressures, divers gait assessment technologies have been developed. Some of them include force plataforms, IMUs (inertial measurement units) and ...
Diseño de integración de Exoesqueleto de tobillo T-FLEX con Estimulación Eléctrica Funcional en Pacientes Post ACV con disfunción de tobillo

Valenzuela Prada, Valeria (Escuela de ciencias de la saludBogotáIngeniería Biomédica, 2021)

El accidente cerebrovascular sigue siendo un problema importante de salud pública en muchos países, afectando a casi 15 millones de personas en todo el mundo cada año según la Organización Mundial de la Salud [1]. De esta ...
Diseño de un estudio experimental para rehabilitación de rodilla con exoesqueleto activo

Baquero Duarte, Karen Catalina (Escuela Colombiana de ingeniería Julio GaravitoIngenieríaBogotáIngeniería Biomédica, 2019)

Para el ser humano el poder realizar todas sus habilidades básicas es de vital importancia, por este motivo perder esta capacidad es algo que afecta fuertemente la vida del ser humano y que conlleva a una pérdida parcial ...
Evaluación de funcionalidad de un exoesqueleto de mano en usuarios sanos

Arias Muñoz, Valeria Del Pilar (Ingeniería BiomédicaIngeniería Biomédica, 2021)

spa: Los accidentes cerebrovasculares son uno de los mayores causantes de discapacidad en el mundo. Quienes sufren de esta condición, adquieren una discapacidad que incluye hemiparesia, pérdida de movimiento muscular y ...
Evaluación Mecánica y Funcional de una Prótesis de Mano Basada en Soft-Robotics

De Arco Barraza, Laura Vanesa (Ingeniería BiomédicaIngeniería Biomédica, 2021)

SPA- En Colombia, alrededor de 1’486.213 personas tienen algún tipo de discapacidad, de las cuales 19% tiene dificultad de llevar, mover y/o utilizar objetos con las manos. Dentro de este grupo se encuentran las amputaciones ...
Evaluation of the integration of AGoRA exoskeleton and T.FLEX orthosis

Otálora González, Sophia (Ingeniería Biomédica, 2021)

People who suffer from stroke have a higher difficulty performing basic activities of daily living (ADLs). This could affect a person’s quality of life. New technologies have been developed in rehabilitation to meet the ...
Human-Robot Interaction: Changes in Perception Towards a Socially Assistive Robot by Variating the Anthropomorphism Level in Cardiac Rehabilitation Scenario

Insuasty Pineda, Maria Paula (IngenieríaIngeniería Biomédica, 2021)

Several studies have shown the positive impact of the use of a social assistance robot (SAR) in cardiac rehabilitation (CR) programs. However, SARs carry significant ethical risks associated with their anthropomorphic ...
Integration of a BCI system for the control of the T-FLEX Ankle Exoskeleton

Tovar Suárez, Bryan Nicolás (IngenieríaIngeniería Biomédica, 2021)

eng: Stroke is one of the leading causes of motor and cognitive disability in the world. Despite the existence of various conventional therapies that seek to maximize the recovery of patients, Brain-Computer Interfaces ...
Validación de la Plataforma Robótica CASTOR para Terapias de Trastorno del Espectro Autista (TEA) a Largo Plazo

Gaitán Padilla, María Fernanda (BogotáIngeniería Biomédica, 2021)

El Trastorno del Espectro Autista (TEA) es un trastorno de neurodesarrollo que afecta habilidades sociales y de comunicación en niños a nivel mundial. Según la OMS es la tercera discapacidad de desarrollo más común en el ...

Envíos recientes

Adaptación de la Prótesis de Mano Basada en Soft-Robotics PrExHand para la Evaluación con Usuarios no Patológicos en Pruebas Funcionales
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Suárez García, Marcela | 2021

Se estima que en el mundo más de mil millones de personas viven con alguna forma de discapacidad. Dentro de este grupo se encuentran aquellas personas que han sufrido amputación de alguna o ambas extremidades superiores. Una forma de suplir la necesidad creada por esta discapacidad son las prótesis de mano. La función de estos dispositivos médicos es reemplazar la parte del cuerpo faltante, lo cual devuelve a la persona parte de la funcionalidad de su cuerpo y además brinda una percepción de totalidad al recobrar movilidad y aspecto. Las mayoría de las prótesis existentes en el mercado son dispositivos rígidos lo cual dificulta la eficiencia y la capacidad de interactuar con el entorno de manera segura. Es por ello que una opción para mejorar las prótesis es la tecnología Soft-Robotics, o robótica blanda, ya que permite imitar el movimiento de una mano humana y brinda una interacción más segura con el entorno en el que se esta desenvolviendo la persona. El presente trabajo de grado tiene como objetivo realizar una adaptación de la prótesis de mano basada en Soft-Robotics PrExhand para que pueda ser evaluada en pruebas funcionales por usuarios no patológicos. En estas pruebas se busca determinar la funcionalidad de la prótesis y las mejoras que en un futuro se deberían realizar. Para poder cumplir con dicho objetivo, en primera instancia se realizó una revisión literaria con el fin de obtener información de sistemas de control de prótesis de mano y además los tipos de pruebas funcionales que se pueden hacer a estos dispositivos. Una vez se obtuvo esa información se adaptó un sistema de control para la prótesis haciendo uso de electromiografía (EMG), con el fin de dar al usuario una mayor autonomía. Además de esta adecuación se realizó un recubrimiento en los dedos de la prótesis con silicona con el fin de mejorar el sistema de agarre y además que tuviera una apariencia más cercana a la mano humana. Para llevar a cabo este trabajo de grado se crearon dos protocolos, uno con el fin de seleccionar a los usuarios no patológicos para realizar las pruebas funcionales y otro en el que se planteó la prueba funcional que debía realizar cada usuario, obteniendo como resultado, datos cuantitativos que permiten realizar la comparación de la prótesis de mano PrExHand frente a otras prótesis en investigación y con algunas que están en el mercado y cuyas características se asemejan. Los resultados obtenidos, muestran que la prótesis de mano PrExHand tuvo un desempeño aceptable a la hora de realizar la prueba funcional con un grupo control de 4 usuarios no patológicos, siendo el resultado 2,94 en la escala de la prueba AM-ULA (Activities Measure for Upper Limb Amputees).Las tareas realizadas presentaron variaciones en un rango de 0,70 % hasta 77,96 %. La investigación arroja que PrExHand tiene un porcentaje de diferencia menor en un 17,60 % en comparación con un grupo control que hizo uso de la prótesis SoftHand Pro. A raíz de estos resultados se concluyó que la prótesis de mano tiene un desempeño adecuado realizando actividades de la vida cotidiana. Sin embargo, esta requiere mejoras tanto en el sistema de control mioeléctrico, con el fin de que sea más sensible ante las señales de EMG del usuario y también una mejora en el cierre de los dedos de la prótesis.

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Aplicación de registro y reporte automático de parámetros fisiológicos para la trazabilidad psicofisiológica en personas post COVID-19
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Moreno Escobar, Juan Sebastián | 2021

El presente trabajo hace parte de un proyecto general que busca desarrollar una hermaienta para identificar las secuelas neuropsicológicas y sobre el sistema nervioso autónomo en pacientes que se han recuperado de COVID-19. El objetivo del presente trabajo fue desarrollar una aplicación de escritorio que permita un seguimiento clínico instrumentado de las variables psicofisiológicas en múltiples pacientes. La aplicación se desarrolló en lenguaje Python 3.8, con base en los requerimientos acordados por los colaboradores del proyecto general. Se definieron 6 objetos, para procesar 7 bioseñales: electrocardiografía (ECG), respiración (RESP), actividad electrodérmica (EDA), temperatura (TEMP), espectroscopia en el infrarrojo cercano (fNIRS), fotopletismografía (PPG), y electromiografía (EMG). Para cada objeto se defieneron diferentes métodos con el fin de extraer características de relevancia psicofisiológica desde las señales: ECG (frecuencia cardiaca y variabilidad de la frecuencia cardiaca), RESP (frecuencia respiratoria), EDA (conductancia basal, amplitud, tiempo de elevación y tiempo de recuperación media), TEMP (máxima, media y mínima), fNIRS (saturación de oxígeno), PPG (frecuencia cardiaca y variabilidad de la frecuencia cardiaca) y EMG (media del valor RMS). Se desarrolló la interfaz de usuario con 3 ventanas: la ventana principal que permite registrar y visualizar los pacientes junto con sus datos, una ventana para adicionar medidas (adquisiciones de bioseñales, lecturas de signos vitales y pruebas psicológicas) sobre los pacientes, y una ventana para observar dichas medidas. Se validó la interfaz procesando las señales adquiridas de un voluntario sano, y particularmente se validó la detección de complejos QRS en el procesamiento de ECG, y la detección de respiraciones en el procesamiento de RESP. Se logró almacenar correctamente la información del voluntario y se extrajeron satisfactoriamente las características de las bioseñales adquiridas. Por otro lado, la detección de complejos QRS en ECG obtuvo una sensibilidad del 97.50 %, una precisión del 99.00 % y un valor-F1 del 98.24 % en la base de datos MIT/BIH Arrhythmia (n=109461 latidos). La detección de respiraciones obtuvo una sensibilidad del 94.78 %, precisión del 92.02 % y valor-F1 del 93.38 % en la base de datos BDIMC (n=7381 respiraciones)

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Characterization of Inertial and Electromyographic signals for physical fatigue estimation in anaerobic exercise
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Tello Urrea, Andrés Felipe | 2021

Introduction: According to the World Health Organization, Cardiovascular diseases are the most significant non-communicable diseases worldwide level, with approximately 17.9 million deaths per year. To decrease the impact after a cardiovascular episode, cardiac rehabilitation is a Class I recommendation. However, to achieve a successful cardiac rehabilitation program, it is important to measure a variety of parameters that can facilitate data analysis and interpretation of the effort performed. Providing experts with relevant data about the patient allows them to guide a safe and optimized rehabilitation process. Objective: The continuous monitoring of physical fatigue during cardiac rehabilitation leads to a safer protocol. However, there is a lack of objective and non-invasive measures for this parameter, mainly, in protocols based on high-intensity exercise. The main purpose of this study was the characterization of relevant features for fatigue detection, obtained from objective measurements such as inertial and electromyographic signals. Methodology: In the experimental process, 21 healthy subjects performed Highintensity interval training to record kinematic, electromyography (EMG), and Borg scale data, the data was obtained from the biceps femoral and gastrocnemius muscles. From the feature extraction, the data were classified based on the Borg scale and compared between fatigue levels. Results: It was observed that most of the features obtained indicate a relationship with fatigue. As expected some features had a better differentiation between fatigue levels. However, despite that the results showed a correlation with the knowledge obtained from the state of the art, the behavior of the mean frequency from the electromyography signal was the opposite of the data reported. Conclusions: It was concluded that the features extracted were representative of the differentiation of three fatigue levels and new insights of the fatigue characterization during high-intensity exercise was obtained. However, more investigations are imperative to corroborate the results, additionally, a clinical environment with cardiac rehabilitation patients is still needed.

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Desarrollo de una prótesis de mano para amputados parciales de bajo costo para uso en países en desarrollo: estudio de dos casos de pacientes en india y Colombia
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Cruz Camacho, Jasón Myyey | 2019

La extremidad o miembro superior es la parte del cuerpo con mayor movilidad y funcionalidad en las actividades diarias y está compuesto por la cintura escapular (clavícula y escápula), el brazo (húmero), el antebrazo (cubito y radio) la muñeca (carpo),y la mano (metacarpianos), y es considerada como una herramienta mecánica y sensitiva, siendo el principal órgano de manipulación física gracias a sus dos funciones principales de presión y tacto que le permiten realizar movimientos y manipulación de objetos. La pérdida de una extremidad genera en la vida de un individuo cambios devastadores, por las limitaciones que conllevan de efecto traumático, psicológicos asociados con cambios de conducta, falta de seguridad, dependencia reducida, frustración y sociabilidad, entre otros, impidiéndole satisfacer algunas necesidades. Esta situación es aún más marcada en Países de Ingresos Medio Bajos (PIBM), donde oficios manuales como agricultura, ganadería, carpintería, artesanía, entre otras son actividades del entorno laboral promedio, generando un limitante que afectara la condición socioeconómica de la persona con discapacidad. Estudios epidemiológicos recientes revelaron que del 68% al 78% de las amputaciones traumáticas totales, involucran las extremidades superiores, y aproximadamente el 90% de estas son amputaciones parciales de la mano. Según cifras de la Organización Mundial de la Salud (OMS), el 95% de los 40 millones de amputados en los países en desarrollo carecen de acceso a servicios de prótesis apropiados, debido a su condición económica ya que el costo de fabricación de una prótesis, dependiendo del diseño del dispositivo terminal, oscila entre los US $4.000 y US $20.000 (dólares americanos) para los dispositivos propulsados con el cuerpo (conocidos en inglés como Body Powerd). Dicho costo es mucho mayor para los dispositivos mioeléctricas, siendo un gasto inalcanzable para la población de países en vía de desarrollo como lo son la India o cualquiera de las naciones, miembros de la comunidad económica de los estados africanos occidentales (CEDEAO) (15 países) donde del 29% al 70% de los países miembros están en pobreza extrema con ingreso per cápita es de US $2 al día. El objetivo de este trabajo se enfocó en la producción e implementación de una prótesis mecánica y funcional, activada por el movimiento escapular de aducción y abducción del hombro. Entre las características más relevantes se encuentra el bajo costo, lo cual la hace asequible a una población con características económicas limitadas. El diseño, tanto personalizado como novedoso en la implementación de un sistema de tendones internos y dedos flexibles que permiten simular el agarre curvo de la mano. El dispositivo terminal presentado en el contexto de este trabajo permite realizar labores básicas y específicas a las que se ve sometida una persona habitualmente como lo es el agarre de objetos de diferentes volúmenes y pesos. Cabe mencionar, que dicho diseño fue uno de los tres ganadores del concurso internacional de innovación Hand Challenge, proyecto liderado y financiado por la Real Academia de Ingeniería del Reino Unido. EL documento presentado en este trabajo de grado se enfoca en capítulos temáticos, inicia con el estado del arte relacionado con la fisiología de la mano, causas de amputación, las limitaciones del mercado, los dispositivos prostéticos asociados. Continuando con diseños y modelos que inspiraron la creación del dispositivo y las evaluaciones de funcionalidad a las que son sometidas las prótesis de miembro superior. Posteriormente, se encuentra la metodología del trabajo propuesto, la cual enfatiza en el diseño y desarrollo de la prótesis, que a su vez está dividida en etapas (encaje prostético, dedos funcionales, sistema de obtención de fuerza). Para finalizar el capítulo con la selección de los pacientes y las pruebas de validación de la prótesis. Los resultados obtenidos tanto en India (taxonomía de grasp) como en Colombia (taxonomía de grasp y Escala Funcional para Pacientes Específicos), permiten validad la funcionalidad de la prótesis en la realización de tareas cotidianas. Por otro lado, se demuestra que la implementación de un diámetro y longitud apropiada de los dedos permite agarres específicos de menor fuerza en comparación a los diseños comerciales. Se logra concluir que la prótesis presenta una innovación en un agarre funcional de bajo costo que brinda comodidad durante un uso prolongado.

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Detección de fases de las actividades de sentarse y levantarse mediante métodos de machine learning
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Otálora González, Sophia | 2021

Identificar las fases de las actividades de sentarse y levantarse es primordial para el con trol de un exoesqueleto de miembro inferior. En este estudio, se presentan los métodos más adecuados para reconocer las fases de las actividades sentarse y levantarse utilizando datos de posición del dataset “Kinect Activity Recognition Dataset (KARD)”. Diez sujetos partici paron en el estudio, realizando tres veces las dos actividades cada uno. Se analizaron siete de los quince marcadores que hacen referencia a las extremidades inferiores. Según la literatura, se utilizan dos técnicas de machine learning como k vecinos más cercanos (kNN) y máquinas de soporte vectorial (SVM) con sus respectivos kernels (SVM, SVM, SVMg y SVM) para detectar las fases de cada actividad. El rendimiento de cada algoritmo se analiza a través de matrices de confusión y valores como exactitud, recuperación, precisión y puntuación-F1, donde los resultados muestran que SVMp tiene un mejor rendimiento para la actividad de sentarse con un valor de precisión del 86 %. kNN presenta mayor precisión para la actividad de levantarse con un valor del 84 %. Ambos algoritmos tienen buenos rendimientos para clasificar las fases de cada actividad, sin embargo, SVM es el método más estable con valores altos en ambas actividades en precisión, recuperación y puntuación-F1. Además, para la actividad de sentarse, se debe agregar una fase adicional para evitar confusiones entre la fase 0 y la fase 1, y viceversa.

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Development of a fatigue estimation model for physical rehabilitation exercises
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Pinto Bernal, María José | 2021

The work presented in this document focuses on the development and preliminary validation of a fatigue identification model based on the individuals' exercise performance assessment. The main aim of the model is to classify four fatigue diagnosis stages (low, medium, high, and very high) for walking tasks, widely used in physical rehabilitation. Additionally, this thesis presents the framework for developing a fatigue identification classifier based on exercise performance and, a preliminary study aimed at validating the performance of the developed model in 25 healthy subjects.

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Development of an Interface for Rehabilitation Based on the EMG Signal for the Control of the Ankle Exoskeleton T-FLEX
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Castellanos Guarnizo, Camila Andrea | 2021

(Eng) Stroke is the second leading cause of death and third of disability, and 75% of individuals who sustain a stroke each year experience limitations in mobility-related to walking. Strategies involving robotic devices, such as exoskeletons and orthoses, have been considered to improve stroke rehabilitation. Some of them have included the implementation of Electromyography (EMG) signals either for muscle activation analysis or movement intention detection. The latter has been involved in the activation process of robotic devices to handle the device’s assistance by the subject’s intention to perform a specific movement. This would allow the subject to get involved in his/her therapy. Hence, this project introduces an EMG interface for the control of the ankle exoskeleton T-FLEX. Some studies where EMG signals have been included in control and therapy processes were reviewed, and algorithms with different threshold methods calculation were analyzed. Considering the information from those studies, a threshold-based algorithm for movement intention detection was developed. The algorithm consisted in two main stages, the threshold calculation and the movement intention detection. The first stage consisted on the threshold establishment through statistical features extraction (MEAN, standard deviation (STD), variance (VAR), MEAN + 3*STD and Root Mean Square value (RMS)) from the EMG signal. The second consisted of comparing the signal with the reference value (threshold). To test the algorithm, two sessions were planned. In the first session, ten healthy subjects participated and their EMG signal was acquired from the Tibialis Anterior muscle through a Myoware muscle sensor. Additionally, an Inertial Measurement Unit (IMU) sensor was placed on each participant’s foot tip to acquire the angular velocity when the ankle’s dorsiflexion was performed. The output signals from both sensors were recorded and the processing with the algorithm was done offline. The second session was carried out with the ankle exoskeleton TFLEX and a Serious Game, implementing the algorithm in real-time with a statistical feature selected from the first session as the threshold. The detection from the EMG algorithm was evaluated. The algorithm that T-FLEX already had for the movement intention detection with the IMU sensor also was evaluated. The results from the first session showed that the MEAN feature worked for the threshold establishment with the IMU sensor, and for the EMG sensor was the (VAR), presenting and error of less than 10% in the amount of False Positive (FP) and False Negative (FN) values. With this, the second session was carried out, showing that there was more precision handling the game using the IMU sensor than the EMG sensor. With the EMG sensor the maximum precision achieved was 89,7% and with the IMU sensor was 94.1%.

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Development of an Optical Fiber-Based Insole for Gait Parameters Detection in Rehabilitation Processes in the Population with Lower Limb Disabilities
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Fandiño Rangel, Laura Daniela | 2021

Introduction: As several diseases are reflected in the human foot as plantar pressures, divers gait assessment technologies have been developed. Some of them include force plataforms, IMUs (inertial measurement units) and instrumented insoles. Instrumented insoles have advantages over the other mentioned technologies, for instance, they do not limit the gait assessment to few steps and, they do not require a repetitive process of calibration. Different sensors have been used to develop these instrumented insoles, some examples are capacitive sensors, FSR, piezoresistive sensors and optical sensors. In literature optical sensors have been identified as an attractive option on account of their mechanical properties and the electromagnetic noise immunity. Taking into account the state of the art in this work, an instrumented insole based on polymeric optical fiber sensors is developed and characterized. \\ \textbf{Objective:} The objective of the present work is to develop an instrumented insole, with a POF sensor and, an acquisition and transmission module for gait assessment. \\ \textbf{Methodology:} To develop the instrumented insole the project was divided in three main components which are the insole, the sensor and the acquisition and transmission module. The sensor was made with a Polymeric optical fiber and the operation principle of the sensor was developed based on a multiplexing technique. The described components were assembled and a characterization protocol was implemented. This protocol contemplated intervals of time to measure the sensor response to different loads and time intervals for the sensor recovery. \\ \textbf{Results:} In this section the characterization protocol outcomes were showed. The response to loads of the four sensitive zones were no-homogeneous among them. The majority of the sensitive zones presented s linear behavior with some exception. On the other hand, some of the sensitive zones presented $R^2$ values lower than $0.8$ and others reached $R^2$ values higher than $0.9$ in their linear trend. \\ \textbf{Discussion:} Several factors affected the optical fiber sensors response whereby they have to be consider, otherwise, this factors would affect the developed measuring system, resulting in non-repeatability and in linear response to load decreasing as could be observed in the characterization outcomes. \\ \textbf{Conclusions:} An instrumented insole and its acquisition and transmission modules were developed using the microcontroller of the FRDM KL25Z board; additionally an optical fiber coupling board was use to integrate the light sources and the optical fiber for the sensor to work correctly. The operation principle of the instrumented insole is based on a multiplexing technique.

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Diseño de integración de Exoesqueleto de tobillo T-FLEX con Estimulación Eléctrica Funcional en Pacientes Post ACV con disfunción de tobillo
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Valenzuela Prada, Valeria | 2021

El accidente cerebrovascular sigue siendo un problema importante de salud pública en muchos países, afectando a casi 15 millones de personas en todo el mundo cada año según la Organización Mundial de la Salud [1]. De esta cifra, 5 millones mueren y otros 5 millones presentan algún tipo de discapacidad consecuente del ACV [2]. Aunque la atención médica destinada a la rehabilitación de los sobrevivientes de accidentes cerebrovasculares es considerable y ha aumentado con el paso del tiempo, muchos pacientes continúan viviendo con deficiencias locomotoras significativas. Principalmente, la recuperación exitosa de la marcha después del accidente cerebrovascular sigue siendo un desafío para los pacientes y para los especialistas en rehabilitación. Los procesos de rehabilitación de miembro inferior se desarrollan con el uso de diferentes técnicas, entre ellas, el uso de órtesis robóticas y de estimulación eléctrica funcional (FES).Sin embargo, la rehabilitación con órtesis es físicamente agotadora para el paciente, así comola interacción física y cognitiva del mismo. Por otro lado, FES conduce a la fatiga temprana de los músculos y tiene un control deficiente de las trayectorias articulares y dificultades en su portabilidad. Por esto, en este documento se encuentra registrado el desarrollo de una investigación de las diferentes órtesis robóticas activas de tobillo, los sistemas de estimulación eléctrica funcional y los exoesqueletos híbridos que se encuentran actualmente desarrollados. Basados en la literatura se hace una comparación respecto a sus limitaciones y ventajas como dispositivos utilizados de forma independiente e integrados como exoesqueleto híbrido. Esta estudio per-mite tener fundamentos y bases concretas para presentar el diseño de una integración de FES con el exoesqueleto robótico (T-FLEX), que logre superar las limitaciones de ambos dispositivos y potencializar sus beneficios para ayudar en la restauración de la marcha. Adicional a esto, se realiza un análisis enfocado en dos estudios que se realizaron previamente, en los que se encontraron principalmente las oportunidades de diseño y las deficiencias que tienen el uso de los sistemas desarrollados. La órtesis T-FLEXno demostró mejoras en la marcha que sean estadísticamente significativas, en cambio, si demostró una disminución en la velocidad y la cadencia. Para el uso de FES, no se encontraron valores estadísticamente significativos en ninguno de los parámetros, sin embargo, si se pudo observar que con la asistencia del dispositivo se logró una mejora en los parámetros del largo de zancada, cadencia y velocidad, en comparación con la marcha en estado basal. Por otro lado, se realiza unacomparación de muestras independientes entre el porcentaje de diferencia de la marcha en estado basal y asistida con cada dispositivo. En donde solo se encontró diferencia significativa en la cadencia, siendo este un valor que disminuyó con el uso de T-FLEX y que aumentó con el uso de un dispositivo de estimulación eléctrica funcional (H-GAIT).Por último se presenta el diseño de un protocolo experimental de la evaluación del exoesqueleto de tobillo (T-FLEX) integrado con un sistema de Estimulación Eléctrica Funcional. Con este protocolo se espera observar una mejora en la propulsión de la marcha y validar el efecto que tienen los sistemas integrados sobre el paciente, en términos de cinemática con respecto al uso de cada sistema de manera independiente.

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Diseño de un estudio experimental para rehabilitación de rodilla con exoesqueleto activo
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Baquero Duarte, Karen Catalina | 2019

Para el ser humano el poder realizar todas sus habilidades básicas es de vital importancia, por este motivo perder esta capacidad es algo que afecta fuertemente la vida del ser humano y que conlleva a una pérdida parcial de la calidad de vida de la persona. Para solucionar este problema, la humanidad ha desarrollado a través del tiempo diferentes formas de rehabilitación según la necesidad que tenga cada persona y según qué parte del cuerpo humano fue afectada. El grupo de investigación Gibiome del semillero de ingeniería de rehabilitación de la Escuela Colombiana de Ingeniería Julio Garavito está desarrollando diferentes investigaciones alrededor de un exoesqueleto activo de miembro inferior, el cual está diseñado para hacer parte de una plataforma de robótica ajustable para rehabilitación de marcha y asistencia (AGoRA). El exoesqueleto fue diseñado como una manera de rehabilitación para pacientes que hayan sufrido de un accidente cerebrovascular (ACV). Consta con 6 grados de libertad y está hecho en su mayor parte en duraluminio, además posee sensores, actuadores y plantillas de fuerza. Actualmente se están desarrollando tres estudios para observar la eficacia del exoesqueleto en la terapia física. Para ello se están desarrollando varias terapias para pacientes que hayan sufrido de un ACV. Una de ellas está enfocada en la rehabilitación de rodilla con exoesqueleto activo en estado estacionario, que consiste en ejercicios de flexión y extensión de la rodilla con asistencia del exoesqueleto mientras el paciente está sentado. Otra de estas terapias también está enfocada en la rehabilitación de rodilla, pero en marcha, donde el paciente usará el exoesqueleto en diferentes modos (transparencia y asistencia), mientras camina en una banda sin fin, este también se realiza en pacientes sanos con el fin de observar que el exoesqueleto no afecta los patrones normales de marcha. Estos estudios tienen unos indicadores que son los EMGs de los músculos relacionados con las actividades realizadas en la terapia, patrones de marcha, nivel de espasticidad según la escala de Ashworth (En dado caso de que sean participantes patológicos). Cada protocolo se planteó basados en el estado del arte de estudios anteriores los cuales realizaron terapias con exoesqueleto de miembro inferior y tenían indicadores para demostrar la influencia del exoesqueleto. En cada uno de estos estudios se realizaron encuestas de satisfacción, ya que la opinión del usuario es bastante importante y definitiva para identificar las ventajas y desventajas de cada estudio, y para obtener una realimentación donde se tomarán en cuenta los resultados de las encuestas para enfocarse en los puntos a mejorar. También se espera que a medida de que avancen las sesiones de terapia se vean mejoras en el paciente reflejadas en los resultados de patrones de marcha y que se vean reducidos los niveles de espasticidad.

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Evaluación de funcionalidad de un exoesqueleto de mano en usuarios sanos
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Arias Muñoz, Valeria Del Pilar | 2021

spa: Los accidentes cerebrovasculares son uno de los mayores causantes de discapacidad en el mundo. Quienes sufren de esta condición, adquieren una discapacidad que incluye hemiparesia, pérdida de movimiento muscular y perdida de sensibilidad. Para el tratamiento de estas limitaciones, especialmente en el área de la mano, se han implementado equipos robóticos como los exoesqueletos de asistencia enfocados en la recuperación progresiva de la función motora. Numerosos estudios describen el desarrollo de exoesqueletos de mano diseñados en Soft-Robotics para terapias de rehabilitación de pacientes post-ACV y asistencia en actividades de la vida diaria. Su diseño en materiales blandos cuenta con una alta compatibilidad con el cuerpo humano, permitiendo que el sistema de actuación sea cómodo y con un bajo riesgo de tensiones dolorosas y cizalladuras. El proyecto PrExHand (Affordable and Modular Prosthetics and Exoskeletons for Hand Rehabilitation and Assistance, IAPP18-19/264 ), desarrollado por el centro de investigación en biomecatrónica (CB) de la Escuela Colombiana de Ingeniería Julio Garavito en colaboración con University College London y financiado por la Royal Academy of Engineering (RAE), busca la creación de un exoesqueleto de mano de bajo costo, modular, en pro de la rehabilitación y asistencia de la mano en personas post-ACV. El presente proyecto se centró en la evaluación del exoesqueleto de acción neumática, fabricado con estructuras textiles para la rehabilitación de mano. En el presente proyecto se busca evaluar el uso clínico del Exoesqueleto PrExHand en usuarios no patológicos para determinar la funcionalidad y usabilidad de este, y de esa manera, establecer los requerimientos de mejora que serán implementados en una próxima versión del dispositivo. Para cumplir dicho objetivo, inicialmente se evaluó el tiempo de actuación del exoesqueleto y el ángulo máximo de flexión alcanzado por este con el fin de analizar el grado de interferencia de los usuarios en la actuación del dispositivo. Posteriormente, se diseñó y ejecutó un protocolo de evaluación de funcionalidad en interacción con usuarios sanos conformado por tres pruebas de funcionalidad y un cuestionario de interacción dividido en dos preguntas generales, donde se analizó la capacidad del dispositivo de realizar las tareas asignadas en cada prueba y la satisfacción de los usuarios con éste. Adicionalmente, se evaluó la presencia y reiteración de movimientos compensatorios generados por el usuario durante el uso del exoesqueleto. A continuación, se diseñó un protocolo de evaluación del exoesqueleto en interacción con pacientes post-ACV, para su futura implementación, una vez realizadas las mejoras establecidas al dispositivo dentro del presente proyecto. Dichas mejoras fueron determinadas a partir de la ejecución del análisis de la funcionalidad y usabilidad de este. Los resultados obtenidos indicaron un tiempo de 11 segundos de actuación para alcanzar la máxima flexión del dispositivo en interacción con un usuario. Este fue un valor considerablemente elevado en comparación con los requerimientos de diseño teóricos, debido a la velocidad de actuación de la bomba de aire, cuya capacidad no es suficiente para realizar una flexión de los dedos en un tiempo de 2 segundos. Además, el exoesqueleto disminuyó un 51.5 % la capacidad de flexión de los dedos en interacción con usuarios al permitir únicamente 30.9° de inclinación. A pesar de esto, a partir del análisis funcional se corroboró la capacidad del dispositivo de ejecutar diversas tareas que requieren de agarres de fuerza y precisión, logrando levantar tanto objetos grandes de un peso de 450 gr como objetos pequeños como clips y monedas. La evaluación de usabilidad determinó que los usuarios estuvieron satisfechos con el tamaño, peso y facilidad de colocación del exoesqueleto, sin embargo, la disminución del nivel de satisfacción en cuanto a la funcionalidad y facilidad de utilización de este estableció un punto de mejora para ambos criterios. Adicionalmente, la presencia de movimientos compensatorios durante la ejecución del 88.8 % de las tareas y la evidencia de lesiones leves en el área localizada de la muñeca, indicó otra necesidad de mejora en el diseño del dispositivo en el ajuste de esta área. Finalmente, con el diseño del protocolo de evaluación de funcionalidad con pacientes post-ACV se expuso la necesidad del diseño de un protocolo de selección preliminar de pacientes para asegurar que la población objetivo pueda realizar las tareas asignadas y se disminuya el riesgo de eventos adversos. A partir del desarrollo de esta tesis se concluyó que la versión actual del exoesqueleto, si bien, cuenta con funcionalidad en aspectos como la capacidad de agarrar objetos de diferentes tamaños y una fuerza suficiente para levantar objetos cotidianos, es necesaria la implementación de mejoras de diseño como la disminución del tiempo de actuación, el uso de sensores para el análisis del rango de movimiento alcanzado por los actuadores y la implementación de un sistema de control para aumentar la eficiencia del dispositivo.

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Evaluación Mecánica y Funcional de una Prótesis de Mano Basada en Soft-Robotics
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De Arco Barraza, Laura Vanesa | 2021

SPA- En Colombia, alrededor de 1’486.213 personas tienen algún tipo de discapacidad, de las cuales 19% tiene dificultad de llevar, mover y/o utilizar objetos con las manos. Dentro de este grupo se encuentran las amputaciones de mano, donde sus principales causas son traumatismos, causas congénitas y vasculares. Las prótesis nacen de la necesidad de suplir la función del miembro faltante y su principal desarrollo ha sido con materiales rígidos. Sin embargo, factores como el peso, costo, aspecto físico, entre otros, hacen que los usuarios no estén completamente satisfechos con el dispositivo. Las prótesis basadas en soft-robotics son aquellas que para su estructura usan materiales con módulos de elasticidad similares a los del cuerpo humano o aquellas que tienen articulaciones elásticas y su mecanismo de actuación es por cables. Este proyecto tiene como objetivo evaluar mecánica y funcionalmente una prótesis de mano basada en soft-robotics, la prótesis se desarrolló bajo el marco del proyecto PrExHand y su objetivo principal es que además de ser funcional, sea de bajo costo. La revisión de literatura permitió conocer cuáles son las pruebas mecánicas y funcionales utilizadas generalmente en prótesis. Del estado del arte, se definieron 3 pruebas mecánicas: fuerza de agarre, energía y fuerza de tracción. También se encontró el protocolo de evaluación de manos antropomórficas (AHAP, por sus siglas en inglés Anthropomorphic Hand Assessment Protocol), para aplicar a los dos diseños planteados para la prótesis PrExHand. Los resultados de las pruebas mecánicas mostraron que el diseño A tiene una fuerza de agarre máxima de 22,07 ± 2,03 N, para cerrarse requiere una energía de 0,76 ± 2,03 J, disipa una energía de 0,21 ± 0,17 J y soporta una fuerza de tracción de 173,31 ± 5,66 N. Por otro lado, el diseño B tiene una fuerza de agarre máxima de 33,68 ± 1,34 N, para cerrarse requiere una energía de 1,28 ± 0,13 J, disipa una energía de 0,96 ± 0,12 J y soporta una fuerza de tracción de 78,48 ± 0 N. En la pruebas funcional, además de probar los dos diseños de la prótesis PrExHand, se probó la prótesis robótica de la empresa Prótesis Avanzadas. Esta prueba mostró como resultado que la Prótesis comercial tenía un puntaje mayor, es decir que su funcionalidad es similar a la mano en un 79,31 %, seguida por PrExHand A en un 73,33% y PrExHand B en un 69,17 %. En conclusión, mecánicamente PrExHand A tuvo resultados más cercanos a lo esperado en energía y en la fuerza de tracción que soporta. La diferencia entre los resultados relacionados con energía y fuerza de tracción se encuentran relacionados a dos características de PrExHand B. Por un lado, los dedos tienen un recubrimiento completo en silicona y por el otro, el mecanismo deslizable, los cuales causaron que el motor tuviera que generar más fuerza en los tendones para cerrar la prótesis. Por otro lado, la fuerza de agarre de PrExHand B tuvo un resultado mayor respecto al diseño A. Esto consecuencia de que las siliconas permitieron que la prótesis pudiera agarrar de forma más idónea el dinamómetro y tener resultados más altos. Finalmente, aunque funcionalmente la prótesis comercial tuvo mayores resultados generales, respecto a los dos diseños de la prótesis PrExHand, en algunos tipos de agarres se vio que estas últimas tenían puntajes más altos. Esto abre la posibilidad de aplicar en la prótesis comercial de Prótesis Avanzadas algunos de los conceptos utilizados en los agarres donde los puntajes para las prótesis PrExHand fueron mayores.

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Evaluation of the integration of AGoRA exoskeleton and T.FLEX orthosis
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Otálora González, Sophia | 2021

People who suffer from stroke have a higher difficulty performing basic activities of daily living (ADLs). This could affect a person’s quality of life. New technologies have been developed in rehabilitation to meet the needs of people and assist or rehabilitate the limb affected by hemiplegia. Exoskeletons in rehabilitation are designed to allow patients to walk naturally again. This is achieved by re-teaching the brain and muscles the different movements on the gait phases. Lower-limb exoskeletons are essential as they can lead to improve a person’s ability to walk, applying different assistive joint torques. This study evaluates the integration of a unilateral hip and knee exoskeleton and a T-FLEX robotic orthosis qualitatively and quantitatively in non-pathological users. Four subjects presented 6 different tests on a treadmill for 6 minutes: without the devices, with the AGoRA exoskeleton, with the integration of the AGoRA exoskeleton and the T-FLEX orthosis and hip stiffness variability tests consisting of: no stiffness, 10N preload and 15N preload. This population performed the tests 2 times where 2 different interfaces of the exoskeleton were tested. This is done in order to compare the performance of the devices with the same subjects under the two proposed interfaces which are mainly differentiated by the distribution of the weight of the exoskeleton and the grip it exerts on the body. It can be observed that there is a significant muscle activity reduction of 22% when integrating the T-FLEX orthosis to the AGoRA exoskeleton, in the muscles responsible for ankle dorsi-plantarflexion such as the gastrocnemius and tibialis anterior. However, there is also an increase in muscular activity when using the AGoRA exoskeleton. In addition, it was possible to observe the considerable improvement made on the new interface, adding comfort and a better weight distribution of the system according to the users in the QUEST and VAS. The parameters agree with those found in the literature, which suggests that the integration of the devices can be used as a baseline for future studies with pathological patients.

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Human-Robot Interaction: Changes in Perception Towards a Socially Assistive Robot by Variating the Anthropomorphism Level in Cardiac Rehabilitation Scenario
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Insuasty Pineda, Maria Paula | 2021

Several studies have shown the positive impact of the use of a social assistance robot (SAR) in cardiac rehabilitation (CR) programs. However, SARs carry significant ethical risks associated with their anthropomorphic characteristics.

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Integration of a BCI system for the control of the T-FLEX Ankle Exoskeleton
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Tovar Suárez, Bryan Nicolás | 2021

eng: Stroke is one of the leading causes of motor and cognitive disability in the world. Despite the existence of various conventional therapies that seek to maximize the recovery of patients, Brain-Computer Interfaces (BCI) are tools to integrate the central nervous system in the rehabilitation process to empower the recovery. Technologies based on the acquisition of EEG signals seeking to complement existing therapies with exoskeletons present enormous potential. The T-FLEX is an active ankle orthosis that has shown efficiency in recovering patients with disabilities in the lower limb. This project presents the preliminary integration of T-FLEX and a BCI system based on EEG signals with validation in post-stroke patients. Initially, a theoretical framework based on Motor Imagination (MI) principles were implemented, specifically in the Event-Related Synchronization (ERS) of the beta frequency band in the central zone of the cerebral cortex. In this sense, a local server was designed, which worked as a communication bridge between the designed BCI and the T-FLEX device using different data sending protocols. In the experimental study, the BCI system was analyzed with five post-stroke patients with external stimuli facilitating the MI generation. These were visual and visual with tactile stimuli. Significant differences were found in the accuracy, which concluded greater accuracy in the ability of the BCI to detect MI with visual and tactile stimulation with an increase of 13.3% to 20%. Significant differences were found in the Power Spectral Density (PSD) related to the tests performed with visual and tactile stimulation in the Cz, C2 and Cpz channels vs. the therapy mode of the T-FLEX device, in which the patient was not required to generate MI. In the same way, the subjective perception of the patients was evaluated through a QUEST 2.0 questionnaire. The results showed that the preliminary integration of this technology is viable for future studies in the medium and long term

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Validación de la Plataforma Robótica CASTOR para Terapias de Trastorno del Espectro Autista (TEA) a Largo Plazo
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Gaitán Padilla, María Fernanda | 2021

El Trastorno del Espectro Autista (TEA) es un trastorno de neurodesarrollo que afecta habilidades sociales y de comunicación en niños a nivel mundial. Según la OMS es la tercera discapacidad de desarrollo más común en el mundo y según la Liga Colombiana del Autismo 1 de cada 160 niños tiene TEA. Los síntomas y terapias varían en todo su espectro, por lo cual, algunos síntomas se confunden con otras condiciones. En Colombia y en otros países en desarrollo el diagnóstico de este trastorno es tardío, limitando el inicio oportuno de terapias y tratamientos que potencian las habilidades afectadas en el TEA. Como tratamiento para TEA se realizan terapias de desarrollo en especialidades como fonoaudiología, terapia ocupacional, fisioterapia y psicología. Estas terapias se han adaptado al beneficio de los pacientes, y en los últimos años se ha implementado la robótica de asistencia social (SAR) en estos tratamientos. El robot social CASTOR (del inglés CompliAnt SofT Robotics) es un robot de bajo costo open source diseñado para soportar el contacto físico con los niños y niñas con TEA. El objetivo de este trabajo es evaluar la contribución del robot social de bajo costo CASTOR en terapias de TEA a largo plazo, mediante terapias que evalúan y desarrollan 5 habilidades sociales: atención focalizada, memoria de trabajo, seguimiento de instrucciones, imitación física y verbal, y reconocimiento de emociones. A lo largo del documento se presenta el desarrollo e implementación de un estudio a largo plazo. Un total de 14 sujetos diagnosticados con TEA vinculados a la Clínica Howard Gardner (11 niños, 3 niñas, 10.29 ± 2.91 años) participaron en el estudio. El estudio consta de 10 semanas con sesiones de 20 a 30 minutos, al finalizar se analizan las sesiones realizadas por los participantes, que son diferentes debido a las condiciones actuales de terapia en la Clínica Howard Gardner por bioseguridad. El estudio se realizó en 4 fases, el pre-test, la familiarización, la aplicación del robot CASTOR y el post-test. Se evalúan 12 variables en cada sesión, siete medidas por el terapeuta presente en la sesión, dos variables de tiempo de atención visual y tres de contacto físico. Las siete variables medidas por el terapeuta se realizan mediante formatos de evaluación de la Clínica Howard Gardner, las variables de tiempo y contacto visual se analizan de los videos de las sesiones por dos investigadores. Del estudio se encontró que de las 12 variables evaluadas siete mantienen una media de pendiente de línea de tendencia positiva, lo cual indica que son variables en aumento a través de las sesiones, estas son el seguimiento instruccional, memoria de trabajo y procedimiento, identificación de emociones, desempeño, interacciones físicas espontáneas, interacciones físicas provocadas por el robot y el tiempo de atención al terapeuta. Aún con un decremento en el tiempo de atención al robot, se mantiene un promedio de tiempo mayor que el tiempo de atención al terapeuta. En las interacciones físicas se contaron en el análisis de los videos más de 1300 interacciones físicas, esto indica la importancia del contacto físico en las terapias de TEA y la capacidad del robot CASTOR de resistir diferentes tipos de interacción. Estos resultados indican el potencial de implementación del robot CASTOR en terapias de TEA en habilidades sociales específicas, además de brindar beneficios como herramienta de apoyo a los terapeutas de terapias integrales de TEA.

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Repositorio Digital

Browsing by Author "Cifuentes García, Carlos Andrés"

Adaptación de la Prótesis de Mano Basada en Soft-Robotics PrExHand para la Evaluación con Usuarios no Patológicos en Pruebas Funcionales

Aplicación de registro y reporte automático de parámetros fisiológicos para la trazabilidad psicofisiológica en personas post COVID-19

Characterization of Inertial and Electromyographic signals for physical fatigue estimation in anaerobic exercise

Desarrollo de una prótesis de mano para amputados parciales de bajo costo para uso en países en desarrollo: estudio de dos casos de pacientes en india y Colombia

Detección de fases de las actividades de sentarse y levantarse mediante métodos de machine learning

Development of a fatigue estimation model for physical rehabilitation exercises

Development of an Interface for Rehabilitation Based on the EMG Signal for the Control of the Ankle Exoskeleton T-FLEX

Development of an Optical Fiber-Based Insole for Gait Parameters Detection in Rehabilitation Processes in the Population with Lower Limb Disabilities

Diseño de integración de Exoesqueleto de tobillo T-FLEX con Estimulación Eléctrica Funcional en Pacientes Post ACV con disfunción de tobillo

Diseño de un estudio experimental para rehabilitación de rodilla con exoesqueleto activo

Evaluación de funcionalidad de un exoesqueleto de mano en usuarios sanos

Evaluación Mecánica y Funcional de una Prótesis de Mano Basada en Soft-Robotics

Evaluation of the integration of AGoRA exoskeleton and T.FLEX orthosis

Human-Robot Interaction: Changes in Perception Towards a Socially Assistive Robot by Variating the Anthropomorphism Level in Cardiac Rehabilitation Scenario

Integration of a BCI system for the control of the T-FLEX Ankle Exoskeleton

Validación de la Plataforma Robótica CASTOR para Terapias de Trastorno del Espectro Autista (TEA) a Largo Plazo

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