Prótesis Humanas Bioingeniería

Prótesis Humanas Bioingeniería

Resumen

• 2. Introducción

• 3. Desarrollo

• 4. Tipos de prótesis

• 5. Diseño y simulación

• 6. Conclusiones

• 7. Referencias

Resumen

El presente documento trata cerca del desarrollo de la tecnología aplicada a la parte física y funcional del cuerpo humano centrándose en las prótesis para personas con algún tipo de discapacidad o perdida de estas importantes partes. Tomando en cuenta las diferentes especificaciones, se desarrolla una prótesis que permite recuperar la movilidad, optimizar e incluso mejorar el desempeño físico, siendo esto de vital importancia para el desplazamiento de las personas.

Palabras clave— Bioingeniería, prótesis, biomecánica.

Introducción

La bioingeniería es una ciencia que posee varias disciplinas

una de ellas es la biomecánica, que utiliza los principios de la mecánica para a resolver problemas biológicos del ser humano, motivo por el cual en el siguiente documento se realiza un estudio del arte enfatizándose principalmente en el desarrollo y elaboración de prótesis. Notando claramente que el invento de este tipo de aparatos ha permitido al ser humano reincorporarse y recuperar su modo de vida normal. [1][2]

Una prótesis es un mecanismo que puede reemplazar o mejorar alguna parte del cuerpo, que combina conocimientos tanto anatómicos, mecánicos y biológicos para obtener un resultado correctivo eficaz. Entonces al analizar la compleja estructura de cada parte del ser humano rápidamente se puede asumir que elaborar una prótesis será un proceso largo de análisis, pruebas y exámenes. [3][15]

Desarrollo

En el transcurso de este documento dentro del área de la biomecánica nos vamos a enfocar en el estudio de la parte motriz dirigida a la creación de una prótesis.

Bioingeniería

"La bioingeniería es una de las disciplinas más jóvenes de la ingeniería en la que los principios y herramientas de la ingeniería, ciencia y tecnología se aplican a los problemas presentados por la biología y la medicina". [4]

La bioingeniería es la interacción de la ingeniería con las demás ciencias biológicas es decir es aplicar los métodos y tecnología desarrollada por la ingeniería para vincularlas a las ciencias de la vida. [5][6]

Biomecánica

La biomecánica es la rama de al bioingeniería que estudia la relación que existe entre la mecánica y la biología. [7]

Es aplicar los conocimientos de las diferentes disciplinas de la mecánica, apoyándose en las distintas ciencias médicas y biológicas, logrando como resultado una perfecta amalgama de ciencias para resolver problemas que se presentan diariamente en la vida de las personas [8]

Que es una prótesis

Es un aparato construido para sustituir una parte faltante del ser humano, esta debe estar construida en base a las especificaciones y necesidades del paciente de manera que mejore su calidad de vida. [3]

Fig. 1. Prótesis de brazo. [9]

Evolución de las prótesis a lo largo de la historia

El desarrollo de las prótesis ha ido evolucionando a medida del progreso tecnológico del ser humano, los egipcios fueron los pioneros en la elaboración de este tipo de aparatos, prueba de esto es un dedo artificial rústico encontrado en una momia egipcia

Fig. 2. Protesisrudimentarias de miembros inferiores [10]

Luego alrededor del año 300 aC en Capúa se inventa la primera pierna artificial, tiempo después en 1696 Pieter Verduyn desarrolló la primera pierna con una rudimentaria articulación

Fig. 3. Protesis de pierna con sin bloqueo en la articulacion de la rodilla[10]

En 1912, un aviador ingles llamado Marcel Desoutter, perdió una pierna y entonces de esta necesidad inventa primera prótesis de aluminio. [10]

En la actualidad el gran avance tecnológico ha permitido desarrollar nuevas y mejoradas prótesis utilizando dispositivos como los microcontroladores además de materiales ligeros que se adaptan a la estructura del ser humano. [10]

Fig. 4. Prótesis: prótesis de piernas que se recargan para amputado Ejército de los EE.UU. [11]

Tipos de prótesis

Prótesis cosméticas

Son prótesis pasivas cuyo objetivo es brindar una apariencia estética agradable y confortable para el paciente, pero su funcionalidad no es muy relevante. [19]

Fig. 5. Prótesis cosmética de mano [21]

Prótesis mecánicas o prótesis por cables

En este tipo de prótesis es más importante la funcionalidad, para su funcionamiento utiliza un sistema de cables flexores y arneses acoplados al paciente que controlan los movimientos del cuerpo. [19][21]

Fig. 7. Prótesis mecánica de mano [21]

Prótesis mioeléctricas:

Este tipo de prótesis son la muestra del gran avance tecnológico actual, debido a que estas son controladas a través de impulsos musculares, utilizando la respectiva propiedad eléctrica de los músculos [19]

Fig. 6. Prótesis microeléctrica de mano [21]

Materiales más utilizados

• a) Titanium:

El titanium es un material muy ligero, resistente al desgaste y corrosión, de gran dureza. Aplicando un procedimiento se obtiene una variación de 0.000001mm al comparar la deformación de este con el aluminio. Sin embargo, el titanium es un material muy costoso y poco accesible aunque el mejor para muchos de los casos por ser el que más fácilmente se puede adaptar a huesos por su propiedad bio-inerte. [12]

La utilización del titanio se da ya que este al contacto con el oxígeno genera oxido de titanio que es un compuesto bio-inerte esto quiere decir que no presenta reacción de rechazo al contacto con el hueso o piel. [13]

• b) Aluminio:

Una de las presentaciones del aluminio idóneo para este tipo de aplicaciones es el aluminio laminado, "con una resistencia a la tensión, 115-154 (MPa) y un límite de elasticidad, 197.23 (MPa)". Sin embargo tiene una desventaja ya que este presenta muy baja resistencia a la corrosión es por esto que para zonas con mayor riesgo de corrosión es mejor utilizar acero. [12]

• c) Polietileno:

Este material presenta características como, resistencia al desgaste, estabilidad química, además de la biocompatibilidad, al utilizar este tipo de material se puede reducir el denominado efecto de osteólisis que se refiere al desgaste del hueso alrededor de una prótesis [14]

Fig. 8. protesis articulares de polietileno[14]

Diseño y simulación

La características principal para el diseño de una prótesis es su estructura anatómica

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