Implementación de un dispositivo biomédico adaptable para miembro inferior, como herramienta de apoyo para el paciente en el servicio de hidroterapia en la clínica Universidad de la Sábana

Abstract

Introducción: Un accidente cerebrovascular es un evento clínico agudo que causa alteraciones localizadas de la función cerebral debido a una disminución o interrupción del suministro sanguíneo. En este sentido, una persona que sufra un ACV se caracteriza por manifestar síntomas tales como dificultad para hablar, parálisis de cara, brazos y/o piernas, y alteración de su patrón de marcha. Los accidentes cerebrovasculares representan la segunda causa de muerte a nivel mundial, y el principal causante de discapacidad. Debido a esto, la OMS propone la implementación de programas de rehabilitación interdisciplinarios, con el objetivo de obtener la mayor recuperación posible de funcionalidad del paciente, donde se define la rehabilitación como una serie de intervenciones orientadas a la optimización del funcionamiento y la disminución de la discapacidad, en personas que presenten alteraciones a nivel de su salud, y debido a las cuales se vea afectada la relación con su entorno. Según el medio en que se desarrollan estas intervenciones, se evidencian dos modalidades para clasificar la rehabilitación física, la terapia en tierra y la hidroterapia o terapia acuática. Ahora bien, en la literatura se ha reportado que al integrar tecnologías de rehabilitación en las sesiones de terapia en tierra es posible obtener mejores resultados. En contraste con esto, existe poca investigación enfocada a desarrollar y evaluar el efecto de implementar tecnologías de rehabilitación en los procesos de terapia física en agua. De esta manera, se plantea la pregunta de investigación ¿Cómo implementar un dispositivo biomédico de tipo exoesqueleto, activo y adaptable para miembro inferior, que este enfocado para trabajo en sesiones de Hidroterapia, y que favorezca el patrón de marcha de pacientes que presenten secuelas de eventos cerebrovasculares? Objetivo: Diseñar e implementar un dispositivo biomédico de tipo exoesqueleto activo, adaptable a las características musculoesqueléticas de los miembros inferiores de pacientes que presenten secuelas de accidentes cerebrovasculares, para apoyar y/o ejecutar el movimiento de flexión de la articulación de la cadera y la flexo-extensión de la articulación de la rodilla, durante una sesión de hidroterapia en la clínica universidad de la sábana. Metodología: El presente proyecto se desarrolló en cuatro fases principales: Búsqueda de la necesidad, delimitación de la solución, desarrollo e implementación del dispositivo y pruebas de funcionamiento. Durante la primera fase se identificó la oportunidad de integrar dispositivos biomédicos que apoyen las sesiones terapéuticas. En la segunda fase se realizó una revisión del estado del arte y se decidió trabajar con Soft Robotics. Para la tercera fase se desarrolló e implementó, en un esquema de componentes modulares, el prototipo del dispositivo biomédico. Finalmente, se realizaron pruebas de funcionamiento. Resultados: Se presentan los resultados obtenidos. Inicialmente se muestran datos referentes a la fabricación y caracterización de los actuadores del prototipo. Posteriormente, se presenta la implementación de la componente estructural del prototipo. Por último, se exponen los rangos de movimiento logrados por el dispositivo. Conclusión: El desarrollo e implementación de un dispositivo biomédico de tipo exoesqueleto, que permita ejecutar movimientos a nivel de miembro inferior y sea capaz de funcionar en un medio acuático, es un proyecto innovador que puede impactar en la evolución del proceso de rehabilitación de pacientes con limitaciones motoras.

Introduction: A stroke is an acute clinical event that causes localized alterations in brain function due to a decrease or interruption of blood supply. In this sense, a person suffering a stroke is characterized by symptoms such as slurred speech, paralysis of the face, arms and/or legs, and altered gait pattern. Strokes represent the second leading cause of death worldwide, and the main cause of disability. Because of this, the WHO proposes the implementation of interdisciplinary rehabilitation programs, with the aim of obtaining the greatest possible recovery of the patient's functionality, where rehabilitation is defined as a series of interventions aimed at optimizing the functioning and reducing disability in people who have alterations in their health, and due to which the relationship with their environment is affected. According to the environment in which these interventions are developed, there are two modalities to classify physical rehabilitation: land therapy and hydrotherapy or aquatic therapy. However, it has been reported in the literature that by integrating rehabilitation technologies into land-based therapy sessions it is possible to obtain better results. In contrast to this, there is little research focused on developing and evaluating the effect of implementing rehabilitation technologies in water-based physical therapy processes. Thus, the research question is: How to implement a biomedical device of the exoskeleton type, active and adaptable for lower limb, which is focused on working in hydrotherapy sessions, and that favors the gait pattern of patients who present sequelae of cerebrovascular events? Objective: To design and implement a biomedical device of the active exoskeleton type, adaptable to the musculoskeletal characteristics of the lower limbs of patients who present sequelae of cerebrovascular accidents, to support and/or execute the flexion movement of the hip joint and the flexo-extension of the knee joint, during a hydrotherapy session in the clínica universidad de la sábana. Methodology: The present project was developed in four main phases: search for the need, delimitation of the solution, development and implementation of the device, and functional testing. During the first phase, the opportunity to integrate biomedical devices that support therapeutic sessions was identified. In the second phase, a review of the state of the art was conducted and it was decided to work with Soft Robotics. For the third phase, the prototype of the biomedical device was developed and implemented in a modular component scheme. Finally, functional tests were performed. Results: The results obtained are presented. Initially, data concerning the fabrication and characterization of the actuators of the prototype are shown. Subsequently, the implementation of the structural component of the prototype is presented. Finally, the ranges of motion achieved by the device are presented. Conclusion: The development and implementation of a biomedical device of the exoskeleton type, which allows the execution of movements at the lower limb level and is capable of functioning in an aquatic environment, is an innovative project that can have an impact on the evolution of the rehabilitation process of patients with motor limitations.