PROYECTO FINAL DISEÑO BIOMECÁNICO 1Carlos Mario Osorio G, John Eric Villota, Carolina Díaz.

Universidad Autónoma de Occidente

RESUMEN

Diseño e implementación de la alternativa ganadora de diseño para tratar pacientes con sospecha de genu-varo , permitiendo al paciente mejorar su movilidad corrigiendo y alienando la articulación de la rodilla en posición correcta , evitando daños irreversibles largo plazo. Implementando conceptos teóricos expuestos en el aula de clases en pro brindar la mejor solución de diseño a la problemática planteada.

INTRODUCCIÓN

A lo largo del tiempo, se produce una notable disminución en la movilidad articular de la rodilla debido a la aparición de enfermedades degenerativas, perdida de las propiedades óseas y malas posturas presentes en diferentes pacientes. Una de las alteraciones que se presentan son las del eje (genu valgo o varo), las cuales pueden causar dificultad en la marcha.

Debido a la anatomía de las mujeres, las rodillas femeninas tienden a juntarse (genu valgo) y los hombres podrían desarrollar genu varo, el cual consiste en la separación de las rodillas.

Debido a estas razones el objetivo de esta solución de diseño es brindar una ayuda a esta población por medio de un dispositivo biomecánico el cual sea capaz de soportar los diferentes esfuerzos generados por la mala postura de los segmentos articulares siendo a su vez un dispositivo cómodo y fácil mantenimiento.

MARCO TEÓRICO

Articulación Rodilla

La articulación de la rodilla es considera la más grande y flexible del cuerpo humano, la cual es la encargada de articular los miembros inferiores. Es una articulación tipo troclear en la cual se ven involucrados dos huesos largos tibia y fémur en conjunto con la rótula la cual es un hueso sesamoideo que articula con el fémur. Esta articulación posee los siguientes elementos constituyentes: Fémur, tibia, rotula, bolsas sinoviales, capsulas, meniscos, tendones y ligamentos.

Imagen No.1 Articulación RodillaTomada de:

http://www.lasarticulaciones.com/articulaciones/rodilla/

Biomecánica de la rodilla

Esta articulación es capaz de realizar movimientos en dos planos, en el plano sagital realiza flexión -extensión y en el plano frontal realiza rotación. El movimiento principal es el de flexo extensión proceso en

el cual los cóndilos femorales ruedan deslizándose a través de las glenoides tibiales

Imagen No.2 Biomecánica RodillaTomadas de:

http://www.lasarticulaciones.com/articulaciones/rodilla/

Fases de la Marcha

ES la relación que existe entre la energía cinética y potencial generada en el proceso o fase de la marcha. La fase de la marcha empieza cuando un pie toca el suelo y finaliza cuando el mismo pie vuelve a tocar el suelo, este proceso se compone en esencia de dos fases principales. En la primera etapa se denomida fase de apoyo donde el talón toca por primera vez el suelo y termina con el despegue de los dedos ; esta fase ocupa aproximadamente el 60 % de ciclo de la marcha para esta fase existen 5 subfases . La segunda fase corresponde al balanceo la cual empieza desde el despegue del pie hasta que vuelve a tocar el suelo, esta fase corresponde al restante 40% y tiene 3 subfases

Imagen No. 3 Fase de ApoyoImagen tomada de

http://nelson-hernan.blogspot.com/2011/06/biomecanica-de-la-marcha.html

Imagen No.4 Fase BalanceoImagen tomada de

http://nelson-hernan.blogspot.com/2011/06/biomecanica-de-la-marcha.html

Rodilla Valga

Este concepto hace alusión la postura que se genera cuando entre las rodillas se juntan y los tobillos están separados o también conocidos como piernas en disposición en X.

Rodilla Vara

Este concepto hace alusión a la postura que se genera cuando las rodillas se encuentran separadas más allá de una posición normal y los tobillos se encuentran juntos

Imagen No.5 Patrones Genu Varo y Genu valgo

Tomado de http://columnavertebral.net/genu-varo-

piernas-arqueadas/

RESULTADOS Y ANÁLISIS

Para el desarrollo y selección del material más idóneo en la solución de diseño, se realizó una modelación por segmentos del cuerpo humano en cual se puede realizar un diagrama de cuerpo libre con el fin de analizar la distribución de las fuerzas.

Imagen No. 6 Modelación por segmentos del cuerpo humano

Tomada de : https://books.google.com.co/books?

id=0CN0Td3J0yUC&pg=PA740&lpg=PA740&dq=angulo+metafisodiafisario+adultos&source=bl&ots=DqWiCTVB53&sig=9kT8yy46zKW2

GHWjg3alH9pH2_o&hl=es-419&sa=X&ved=0CBsQ6AEwAGoVChMIhJWB

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Para realizar el análisis biomecánico, debemos tener en cuenta tres factores importantes: las fuerzas aplicadas, el tamaño de los segmentos antropométricos involucrados y el ángulo de deformación de la rodilla.

1) Para nuestro análisis tomamos una masa de 100 kg, la cual se distribuye en ambas extremidades en la misma proporción debido a su simetría. Para tener un valor más exacto se extrae el porcentaje de masa equivalente

a cada segmento de una tabla antropométrica.

2) Para averiguar el tamaño de los segmentos, se usa la tabla antropométrica. A partir de esta se establecen los tamaños aproximados.

3) El ángulo femorotibial se forma entre la diáfisis femoral y la tibial. Cuando este es positivo (mayor a 10°), se considera que es un genu valgo. Por el contrario, si este es negativo (menor a 0°), es un genu varo.

Segmento Masa TamañoDiáfisis Femoral 10 Kg 0.660 m

Diáfisis Tibial 4.65 Kg 0.599 mPie 1.45 Kg

Tabla No.1 Masa y tamaño de los segmentos articulares.

Imagen No. 7 Distribución de cargas en segmentos articulares

Imagen No. 8 Restricciones y características a optimizar

Imagen No. 9 Restricciones y características a optimizar

Selección de materiales

Familia de materiales

E ρ √Eρ

Comentarios

Aleaciones de ingeniería

190-200

7 -7.8

1.96- 1.8

Es la mejor opción para la implementación de nuestro diseño debido a las siguientes características: su alta resistencia a la corrosión gracias a sus l porcentajes de Cr y una excelente absorción de impacto gracias a su ductilidad.

Cu 100-150

7.5-8.5

1.33-1.44

Hay muchísimas aleaciones base cobre que utilizan los mismos mecanismos de endurecimiento ya considerados.

Cerámica 250-350

3-4 5.27-4.67

Tiene la particularidad de ser más duro que el aluminio

Aleación de Ni

150-250

7-8 1.74-1.97

El Níquel es un elemento versátil, altamente resistente a la corrosión y se puede alear con muchos metales

Tabla No.2 Selección de materiales.

Imagen No. 10 Dispositivo modelado en solidworks

CONCLUSIONES

BIBLIOGRAFÍA

http://www.elsevier.es/es-revista-revista-iberoamericana-fisioterapia-kinesiologia-176-articulo-fases-marcha-humana-13012714

https://books.google.com.co/books?id=0CN0Td3J0yUC&pg=PA740&lpg=PA740&dq=angulo+metafisodiafisario+adultos&source=bl&ots=DqWiCTVB53&sig=9kT8yy46zKW2GHWjg3alH9pH2_o&hl=es-419&sa=X&ved=0CBsQ6AEwAGoVChMIhJWBoJiByQIVg-ImCh2BPgds#v=onepage&q&f=false