SEMANA 2

Estado del arte | Requerimientos de Diseño

Una vez entendido el problema y las necesidades que debemos de solucionar, debemos abrirnos al horizonte de soluciones existentes, y observar si estas se adecuan a las nuestras. Es por ello que la investigación siguiente es con el fin de entender la funcionalidad de los diferentes productos presentes y los que están en continua investigación, para luego elegir que componentes de estos podrían ser útiles para nuestro objetivo.Además de ello, pensar en los requerimientos de diseño que nuestro proyecto necesita.

Liftware: Self-stabilizing Eating Utensils for Individuals With Hand Tremor

La idea fue desarrollada por Anupam Pathak.

El dispositivo ha sido respaldado por los Institutos Nacionales de Salud, la Academia Estadounidense de Neurología y la Cancelación Activa de Tecnología.

El utensilio usa unos sensores y un microship para detectar la fuerza y la dirección con la que se ejerce el temblor en la mano y la punta del mango se mueve en dirección opuesta automáticamente para contrarrestar el movimiento brusco.

Este utensilio ajustable (cuchara o tenedor) cuesta alrededor de $ 200. Pesa aproximadamente 100g y es de batería recargable, aproximadamente dura 90min Un estudio encontró que el dispositivo reduce el temblor entre 71% a 76% al sostener, levantar y transferir.

El costo aproximado de este utensilio es de $299.

Bibliografía: Smith, N. (2015). Liftware: Self-stabilizing Eating Utensils for Individuals With Hand Tremor. CADTH ISSUES IN EMERGING HEALTH TECHNOLOGIES, (142), ,

A wearable tremor-suppression orthosis

Esta investigación presenta el diseño y el prototipo de una órtesis de supresión de temblor donde el objetivo fue diseñar un amortiguador compacto que mejore la función manual disminuyendo la amplitud de temblor de la muñeca.

El producto por vender fue “The Viscous Beam” que es ajustable a diferentes tamaños y viscosidades, es decir es cómodo y personalizado para cada paciente.

Según esta investigación, se ha demostrado que la “amortiguación viscosa” ha reducido satisfactoriamente la amplitud del temblor y ha ayudado a restaurar el control de las funciones de las extremidades. La frecuencia de la flexión-extensión de los temblores de la muñeca está alrededor de 3-4 Hz y una amplitud de 30°.

En la parte mecánica de la órtesis se eligió que la potencia media necesaria del amortiguador es 1.7 W. El concepto del amortiguador plano es el siguiente: dos placas están puestas de tal manera que el espacio entre ellas es constante, se coloca un líquido viscoso entre las placas y al moverse (flexión, extensión) una fuerza de amortiguamiento es conseguida; ya que es proporcional el área de las placas que se mueven con la viscosidad del fluido. La velocidad relativa lineal de las placas es proporcional a la velocidad angular en donde sus extremos unidos son doblados. Finalmente, el fluido usado es dimetil silicona que se extiende en viscosidades de 5 a 17millones de centistokes (CS)

Bibliografía: Kotovsky, J., & Rosen, M. (2008). A wearable tremor-suppression orthosis. Journal Of Rehabilitation Research And Development, (35), 373-387. Retrieved from https://pdfs.semanticscholar.org/c5d1/2e4725de4be3b63ca851a31767f509c1265d.pdf

Quantitative Assessment of the Arm/Hand Movements in Parkinson’s Disease Using a Wireless Armband Device

Proyecto de investigación que enfatiza la cuantificación de datos de movimientos brazo / mano en pacientes con EP. Los datos son recolectados con un sensor Myo (dispositivo de brazalete inalámbrico portátil).

Lo que se puede rescatar de este proyecto son los indicadores propuestos de rendimiento para que sean procesados (incluidos aquellos indicadores que indican la presencia del síntoma de bradicinesia característico del parkinson) , y según sus medidas proporcionen la suficiente información para tomar una siguiente acción al respecto.

Bibliografía: Spasojević, S., Ilić, T., Stojković, I., Potkonjak, V., Rodić, A. and Santos-Victor, J. (2018). Quantitative Assessment of the Arm/Hand Movements in Parkinson’s Disease Using a Wireless Armband Device. [online] Available at: https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC5554498/ [Accessed 25 Aug. 2018].

Bio Electro Stimulation Therapy for Parkinson's Disease (B.E.S.T)

Investigadores de la Universidad de Boston realizan un proyecto aplicando una corriente de menos de 1mA usando el dispositivo no invasivo e-Tapper TT-R en puntos específicos logrando una mejor en la aptitud funcional, la cognición, el estado de ánimo, la calidad subjetiva del sueño, modulando los parámetros de temblor y marcha en reposo en pacientes con EP durante un período de 6 semanas.

Con respecto a este proyecto es destacable el método de microestimulación, se podrían rescatar los puntos específicos en donde se aplica esta técnica y la cuantificación de estos mismos, mas la desventaja en relación a nuestro objetivo es la mejora a largo plazo del paciente.

Bibliografía: Disease, P. (2018). Bio Electro Stimulation Therapy for Parkinson's Disease. [online] Inclinicaltrials.com. Available at: http://inclinicaltrials.com/parkinson-disease/NCT03014050/ [Accessed 26 Aug. 2018].

Gyroglove

El diseño de GyroGlove no es difícil. El guante usa discos giratorios, un giroscopio en miniatura dinámicamente ajustable, que permite mantener la posición de la mano usando la ley de conservación de moméntum.

El giroscopio se coloca en la parte posterior del guante, en una carcasa de plástico sujeta al material del guante. Cuando el dispositivo se enciende, la energía de la batería del giroscopio pasa al modo de espera. Su orientación está regulada por la bisagra de precesión y la plataforma giratoria, que está controlada por una pequeña placa de circuito impreso, lo que repele los movimientos del usuario cuando el giroscopio intenta auto-arreglarse. Realiza la función de mantener la posición en el principio físico preservando el momento angular.

El GyroGlove usa componentes electrónicos inteligentes para rastrear el progreso de la enfermedad y muestra la información en un teléfono inteligente. Pretendemos que esto ofrezca a pacientes, familiares, cuidadores y médicos una visión sin precedentes de la enfermedad. Espera lanzarse en el Reino Unido antes de septiembre a un precio entre £ 400 y £ 600 ($ 550 a $ 850).

Bibliografía:Creador: Faii Ong (2014) Available at: https://www.technologyreview.com/s/545456/hope-in-a-glove-for-parkinsons-patients/ and https://www.designcouncil.org.uk/news-opinion/gyroglove-how-one-glove-changing-lives-people-parkinsons [Accessed 25 Aug. 2018].

Wearable orthosis for tremor assessment and suppression

La órtesis portátil para el exoesqueleto de evaluación y supresión de temblores (WOTAS) se diseñó para cumplir tres objetivos principales: monitoreo, diagnóstico y validación de estrategias de reducción del temblor basadas en carga biomecánica. WOTAS es una ortesis activa (exoesqueleto) que puede aplicar fuerzas intersegmentos cuando se une a la extremidad superior del paciente. Presenta tres grados de libertad correspondientes a la flexión-extensión del codo, la pronación-supinación del antebrazo y la flexión-extensión de la muñeca. El exoesqueleto se activa mediante un conjunto de motores de CC planos y rotatorios transmisiones armónicas de panqueque.

El diseño mecánico de la articulación del codo exoesqueleto se basa en una articulación de bisagra, con el eje de rotación colocado en línea entre los dos epycondyles. La solución del actuador está unida a la estructura con su eje giratorio alineado con la articulación del codo del exoesqueleto. La articulación de la muñeca adoptó la misma solución, pero con el eje de rotación colocado en la línea entre los huesos capitado y semilunar del carpo. La solución se basa en controlar la rotación de una barra colocada paralelamente al antebrazo . El peso total de todo el sistema es de aproximadamente 850 g.

Esta ortesis activa permite tanto el control de los movimientos de las extremidades superiores como la implementación de estrategias de supresión del temblor. Por lo tanto, está equipado con sensores cinemáticos (velocidad angular) y cinéticos (fuerza de interacción entre la extremidad y la ortesis). La velocidad de rotación de cada articulación activada es detectada por el sistema sensor basado en una combinación de dos giroscopios de chip colocados distal y proximalmente a cada articulación activada. Un sensor de fuerza basado en medidores de tensión en cada unión mide la fuerza de interacción entre el exoesqueleto y el usuario. Con el fin de maximizar la transmisión de fuerzas a través de los tejidos blandos de las extremidades superiores, la ortesis se adapta a cada paciente con termoplásticos de baja temperatura. Además, se utilizó un sustrato textil para comprimir los tejidos blandos y mejorar el rendimiento del soporte de fijación.

Bibliografía: Eduardo Rocon, J. (2018). Biomechanical Loading as an Alternative Treatment for Tremor: A Review of Two Approaches. [online] PubMed Central (PMC). Available at: https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC3569933/ [Accessed 25 Aug. 2018].

POWERGLOVE

Usando un solo sistema, el Powerglove será capaz de cuantificar objetivamente los temblores, rigidez y bradicinesia de la mano en un paciente con EP.

Algunos movimientos son medidos por el sistema, por ejemplo, supinación, temblor en reposo, apertura y cierre rápido de la mano, etc.

Once unidades de sensores se unieron a la dorsal de la mano y dedos, dos sensores fueron grabadas en el dorso y un sensor adicional se adjuntó a la parte dorsal del brazo. Todas las unidades de sensor contenían un giroscopio 3D y un acelerómetro 3D.

Bibliografía: Van Der Noort, J. C., Verhagen, R., & Van Dijk, K. J. (2017, October). Quantification of Hand Motor Symptoms in Parkinson's Disease: A Proof-of-Principle Study Using Inertial and Force Sensors.. Retrieved September 3, 2018, from https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/28726022

CUADRO COMPARATIVO

Nombre Costo Sensores Funciones Observaciones
Liftware $299 Movimientos Acelerómetro Detectar la fuerza y dirección con la que se ejerce el temblor Batería duración 40 min

Reduce el temblor en 71 -76 %

Viscous Beam $ -

*Tiene placas y dimetil silicona (mecánico)

Amortiguador compacto que disminuye la amplitud del teemblor de la muñeca No permite rotar la muñeca (flexión - extensión)

Se usa en el dorso del antebrazo

Quantitative Assessment $ EMG - Acelerómetro - Gyroscopio - Wireless armband 84 Movement performance indicators

1. Confortabilidad

2.Clasificación en estadíos

3.Modula parámetros del temblor en reposo

4.Correlación con VPDRS - III

No hay MPI de frecuencias Solo cuantifica no activa
BIO ELECTRO STIMULATION $ -

*Electrodos

Mejora la aptitud funcional Mejoras progresivas (6 semanas)
Wearable orthosis for tremor assessment and suppression $ Motores sensores CC- Sensores cinemáticos

Planos rotativos,2 giroscopios de chip interno

Monitoreo

Diagnóstico

Reducción de temblores

Pesa demasiado

Se sale de los requerimientos

Gyroglove $850 Placa de circuito impreso

Giroscopio

Monitoreo

Reducción de temblor

Alto costo
PowerGlove $ : Fuerza

Giroscopio

Acelerómetro

Cuantificar objetivamente los temblores, rigidez y bradicinesia de la mano en un paciente con EP Para los parámetros de masa (masa, inercia y centro de gravedad), se requiere un modelo antropométrico de la mano. Los parámetros de resultado se calculan a lo largo de un intervalo de tiempo de 5 s.

REQUERIMIENTO FUNCIONAL

El dispositivo no presenta rigidez (es flexible) facilitará al usuario la realización de movimientos sin contraponerse a ellos. Se utilizarán filamentos flexibles de impresión 3D entre ellos poliuretano termoplástico.

Justificación: Movimiento de los dedos que “cuenta monedas”, pronación-supinación del antebrazo o flexión-extensión en la articulación del codo [Ojeda M. Rodríguez F. Amaya L. (2009) p.146]

El desarrollo de un sistema gradual capaz de contrarrestar mitigando la amplitud en distintas intensidades de temblor de la muñeca.

Justificación: El temblor en reposo está presente cuando una extremidad está totalmente soportada a favor de la gravedad, frecuencia 3-6 Hz. [Correa A. (2017) p.3]

Su extensión no debe sobrepasar ¼ del antebrazo del paciente.

En lo que respecta al mercado actual de dispositivos similares, el precio de este será como máximo de 300$.

Sistema netamente mecánico, no es de consumo energético.

Como factor principal para el tipo de paciente tratado, se debe considerar ligereza en el producto, no debe exceder 350g y relacionado con esto, la disminución de riesgos que significa portar un dispositivo de ese peso.

REFERENCIAS

Cantello, R., Gianelli, M., Civardi, C., & Mutani, R. (1995, November 1b). Parkinson's disease rigidity: EMG in a small hand muscle at “rest”. Retrieved September 6, 2018, from https://www.researchgate.net/publication/15708783_Parkinson's_disease_rigidity_EMG_in_a_small_hand_muscle_at_rest

Correa Rojas, F. (2017). SISTEMA DE MONITOREO DE TEMBLOR EN PACIENTES CON TRASTORNOS DE MOVIMIENTO ANORMALES [Tesis]. Recuperado el 4 de septiembre de 2018, desde http://repositorio.utp.edu.co/dspace/bitstream/handle/11059/8035/6168047547C824.pdf?sequence=1

Ojeda López, M., Rodríguez, F., y Amaya, L. (2009, 15 de mayo). Diagnóstico diferencial del temblor. Recuperado el 6 de septiembre de 2018, de http://www.medigraphic.com/pdfs/actmed/am-2009/am093b.pdf

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