A pesar de la tecnología avanzada, caminar con una prótesis de rodilla sigue siendo física y mentalmente exigente para su propietario. A veces, los procesos aún no son perfectos, lo que provoca que los usuarios se adapten inconscientemente al comportamiento de la prótesis. A la larga, esto puede derivar en problemas secundarios, como problemas de cadera o presión excesiva sobre la pierna sana. La prótesis de rodilla ideal debe adaptarse al comportamiento del usuario, dice el Dr. Michael Cheadle, quien investigó el tema para su disertación en Universidad Tecnológica de VienaAustria, bajo la dirección de Profesor Eugenio Kaniosas. La investigación se llevó a cabo en estrecha colaboración con Productos para el cuidado de la salud de Otto Bock GmbH.

sistema complejo

Nuestras rodillas naturales nos brindan apoyo cuando nos paramos y flexibilidad cuando caminamos. Detrás de esto hay un sistema complejo que consta de cartílago, músculos y tejidos blandos. No somos conscientes de esta complejidad porque inconsciente y automáticamente controlamos nuestra rodilla. Mientras tanto, las prótesis de rodilla requieren una tecnología compleja. Después de todo, “reemplazan no solo la estructura de la pierna sino también su función biológica. Para brindar apoyo y evitar que se doblen, deben ofrecer una alta resistencia a la flexión. Y para permitir el balanceo al caminar, deben tener un forro suelto”, Tschiedel explica.

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Control infinitamente variable

La última tecnología en el segmento de vanguardia son las prótesis de rodilla uniaxiales controladas por microprocesador que se acercan mucho a la marcha natural. Esto es posible gracias a la interacción de la mecánica, la electrónica y el firmware. Los sensores detectan si una persona está caminando, parada, sentada o de pie en tiempo real. Los datos del sensor se pasan a la unidad hidráulica integrada, que luego puede seleccionar y regular continuamente el valor de control requerido. Tschiedel compara este mecanismo en términos simples con una bisagra de puerta equipada con un mecanismo de cierre suave que hace que la puerta se cierre lentamente.

Juzgar mal una situación puede ser molesto. Si la rodilla se bloquea repentinamente al caminar, por ejemplo, en el peor de los casos, la persona podría caerse. Por lo tanto, la seguridad debe ser una prioridad máxima en la tecnología protésica, dice el investigador.

registro de variables físicas

Ottobock alcanzó un hito en el diseño de prótesis hace 25 años Tábano. Desde entonces, la empresa ha estado utilizando los datos de los sensores para el control basado en microprocesadores de sus prótesis de rodilla. Los sensores integrados registran las fuerzas, las velocidades angulares y las aceleraciones que se producen, así como una unidad de posición espacial de seis ejes que determina la posición y la velocidad de rotación del sistema de articulación de la rodilla en el espacio. Como resultado, el sistema de control sabe exactamente cómo se mueve la prótesis en el espacio, cómo cambian la parte superior e inferior de las piernas entre sí, y deriva de esto la fase de marcha y actividad exactas.

Sin embargo, hasta ahora, la evaluación de la postura se ha basado únicamente en variables físicas que se pueden medir directamente en la prótesis. Tschiedel explica que no se tuvo en cuenta el medio ambiente.

integración de información ambiental

Quería incorporar datos ambientales por primera vez para ver si esto haría que las secuencias de movimiento de las prótesis de rodilla fueran más naturales, inspiradas en las tecnologías de los fabricantes de automóviles que analizan el entorno de los autos sin conductor. Tschiedel investigó técnicas similares por su idoneidad para las prótesis de piernas. En particular, usó sensores ultrasónicos y una cámara para capturar el comportamiento de otros hombres sanos. Se planteó la hipótesis de que la información sobre el comportamiento de la rodilla sana mejoraría el control de la prótesis de rodilla.

“En el cuerpo humano, los movimientos ocurren en un sistema vinculado. Inconscientemente usamos este acoplamiento para sincronizar nuestros movimientos y controlar una pierna en relación con la otra. Este es exactamente el acoplamiento natural que tratamos de emular para mejorar el control en la rodilla protésica”, Tschiedel explica.

Camine más fácil con menos esfuerzo

Después de la prueba de concepto y el ensayo clínico, está claro que este enfoque realmente funciona para mejorar las cosas. “Usando sensores y un algoritmo sofisticado integrado directamente en la prótesis, la articulación sabe exactamente cómo se mueve la pierna sana opuesta. Esto hace que caminar sea más fácil y menos exigente física y mentalmente”, dijo Tschiedel.

La nueva tecnología hace que la prótesis de rodilla sea más cómoda para el uso diario y más segura. Los usuarios no tienen que controlar el sistema a través de un dispositivo. En cambio, el sistema de control integrado responde automáticamente a su movimiento. Como resultado, los usuarios no tienen que concentrarse en cada paso.

Acerca de Michael Tschiedel

Michael Tschiedel (28) se graduó de la Universidad Tecnológica de Viena con una licenciatura en Ingeniería eléctrica y tecnología de la información. y un Máster Universitario en Ingeniería Biomédica. En 2022 se doctoró en ciencias técnicas sub auspiciis Praesidentis rei publicae. En diciembre de 2022, fue galardonado Premio Dr. Ernst Ferrer Recibió su doctorado de la Universidad Tecnológica de Viena por su investigación sobre prótesis de rodilla basadas en datos. El premio se otorga por un monto de 8.000 euros y se otorga anualmente por logros destacados de investigación técnica con potencial de aplicación práctica.

Fotografía del encabezado: Michael Cheadle con la rodilla protésica inteligente (c) Akus Borg.

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