IVAN LEONARDO LASSO MERA MARYLIN MASSO DAZA EXOESQUELETO PARA REEDUCACIÓN MUSCULAR EN PACIENTES CON IMOC TIPO DIPLEJÍA ESPÁSTICA MODERADA Universidad del Cauca Facultad de Ingeniería Electrónica y Telecomunicaciones Departamento de Electrónica, Instrumentación y Control Línea de I+D en Robótica y Control Ingeniería en Automática Industrial Popayán, Octubre 2010.
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IVAN LEONARDO LASSO MERA MARYLIN MASSO …EDa%20... · 2011-09-07 · IVAN LEONARDO LASSO MERA MARYLIN MASSO DAZA EXOESQUELETO PARA REEDUCACIÓN MUSCULAR EN PACIENTES CON IMOC TIPO
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IVAN LEONARDO LASSO MERA
MARYLIN MASSO DAZA
EXOESQUELETO PARA REEDUCACIÓN MUSCULAR EN PACIENTES CON
IMOC TIPO DIPLEJÍA ESPÁSTICA MODERADA
Universidad del Cauca
Facultad de Ingeniería Electrónica y Telecomunicaciones
Departamento de Electrónica, Instrumentación y Control
Línea de I+D en Robótica y Control
Ingeniería en Automática Industrial
Popayán, Octubre 2010.
IVAN LEONARDO LASSO MERA
MARYLIN MASSO DAZA
EXOESQUELETO PARA REEDUCACIÓN MUSCULAR EN PACIENTES CON
IMOC TIPO DIPLEJÍA ESPÁSTICA MODERADA
Tesis presentada a la Facultad de Ingeniería
Electrónica y Telecomunicaciones de la
Universidad del Cauca para la obtención del
Título de
Ingeniero en Automática Industrial
Director:
PhD. Oscar Andrés Vivas Albán
Popayán, Octubre 2010
II
Hoja de Aprobación
___________________________
___________________________
___________________________
Director ___________________________
PhD. Oscar Andrés Vivas Albán
Jurado ___________________________
Jurado ___________________________
Fecha de sustentación: Popayán,
III
IV
Son tantas las personas a las cuales debo
parte de este triunfo, de poder culminar mis
estudios de pregrado, ante todo dar gracias
a Dios, por tener presente mis principios
encaminados hacer feliz a mi familia.
A mis padres y a mi hermana que son las
más grandes motivaciones, los que me hacen
levantar todos los días de mi vida y seguir
adelante en las metas propuestas, porque a
pesar de la distancia, el ánimo, apoyo y
alegría que me brindan me dan la
fortaleza necesaria para seguir adelante.
Agradecer hoy y siempre a mi compañera de
tesis por su constante apoyo e incondicional
amistad.
Leonardo Lasso Mera.
Hoy culmina una de las etapas más
importantes de mi vida y es la presencia de
Dios en ella, el amor incondicional y el
esfuerzo diario de mis padres, el ejemplo en
la lucha de alcanzar los sueños de mi
hermano, el apoyo de mi pareja, la
compañía de mis amigos en el transcurso de
la carrera, al igual que el esfuerzo y
responsabilidad de mi compañero y el mío
las razones que han permitido alcanzar este
logro y sentirme orgullosa de lo obtenido.
Marylin Masso Daza.
V
Agradecimientos
Los autores expresan sus agradecimientos a:
Los ingenieros Sergio Salinas y Andrés Vivas por su colaboración e interés para la
realización de este proyecto como directores.
La doctora Adriana Guzmán y a la fisioterapeuta Sofía Ramírez por hacer parte de este
proyecto y compartir sus conocimientos.
Los miembros del Departamento de Electrónica, Instrumentación y Control por su
profesionalismo y cumplimiento en la labor de docentes.
Los compañeros de la Universidad del Cauca y en especial a nuestros amigos por su
apoyo en cada momento.
Los evaluadores de este proyecto por su labor que engrandecen el aporte científico del
mismo.
La Universidad del Cauca por su contribución administrativa y económica.
VI
Resumen
Este proyecto describe el modelo, control y simulación de un exoesqueleto robótico
para reeducación de pacientes con daños motores causados por una lesión durante el
desarrollo de un cerebro inmaduro, el cual tiene como objetivo optimizar la terapia de
rehabilitación y con ella la recuperación del paciente.
El diseño propuesto posee 10 GDL que describe los movimientos y las restricciones de
cada una de las articulaciones de las extremidades inferiores del paciente, el cual
realizara movimientos terapéuticos específicos, obtenidos a través de un estudio de
trayectorias basadas en la teoría de visión artificial. Para garantizar el seguimiento de
dichas trayectorias se diseña un control por par calculado (CTC), que permite obtener
un error en el orden de los milímetros, permitido en procesos de rehabilitación.
En el ambiente tridimensional desarrollado en la librería de MATLAB®, VirtualReality, se
podrá observar el comportamiento del exoesqueleto en el momento de realizar
diferentes ejercicios de reeducación seleccionados, el cual fue construido a partir de las
piezas diseñadas e importadas desde el software CAD solidEdge®.
Palabras claves: Robótica patología, exoesqueleto, simulación tridimensional, control
de robots, trayectoria.
VII
Abstract
This project describes the model, control and simulation of an exoeskeleton robot for
patients' reeducation with motive damages caused by an injury during the development
of an immature brain, which takes as a target to optimize the rehabilitation therapy and
with her the recovery of the patient.
The proposed design possesses 10 GDL that it describes the movements and the
restrictions of each of the joints of the low extremities of the patient, who realized
specific therapeutic movements obtained across a study of trajectories based on the
theory of artificial vision. To guarantee the pursuit of the above mentioned trajectories a
control is designed by studied pair (CTC), which allows to obtain an error in the order of
the millimeters, allowed in processes of rehabilitation.
In the three-dimensional ambience developed in the bookstore of MATLAB ®,
VirtualReality, it will be possible to observe the behavior of the exoeskeleton at the
moment of realizing different chosen exercises of reeducation, which was constructed
from the pieces designed and imported from the software CAD solidEdge ®.
Figura 2.8. Modelos geométricos de las extremidades inferiores del paciente vista frontal. 19
Figura 2.9. Medidas de las extremidades inferiores del paciente. ...................................... 21
Figura 2.10. Ángulos de rotación de las articulaciones del exoesqueleto .......................... 21
Figura 2.11. Modelo geométrico del exoesqueleto para una sola pierna. ........................... 23
Figura 2.12. Posición del OT para la pierna derecha. ........................................................ 27
Figura 3.1.Representación 3D del exoesqueleto robótico. ................................................. 34
Figura 4.1.Mapa conceptual del sistema de adquisición de trayectorias implementado. .... 47
Figura 4.2. Sistema de adquisición de trayectorias. ........................................................... 47
Figura 4.3. Marcadores para la flexión y extensión de piernas. .......................................... 48
Figura 4.4.Trayectorias de las articulaciones en la flexión y extensión de piernas ............. 49
Figura 4.5. Marcadores de la marcha frontal ...................................................................... 49
Figura 4.6.Trayectorias de las articulaciones en la Marcha frontal. .................................... 50
Figura 4.7. Marcadores de marcha lateral. ......................................................................... 51
Figura 4.8.Trayectorias de las articulaciones en la marcha lateral. .................................... 51
Figura 4.9. Interfaz HMI del toolbox SPTOOL .................................................................... 52
Figura 4.10. Señales de trayectorias filtradas. ................................................................... 53
XII
Figura 5.1. Esquema de control CTC. ................................................................................ 54
Figura 5.2. Esquema de control CTC con modelos robóticos . ........................................... 55
Figura 5.3.Controlador CTC en Matlab/Simulink®. ............................................................ 56
Figura 5.4. Consignas grado cinco..................................................................................... 56
Figura 5.5. Error articular del control CTC. ......................................................................... 57
Figura 6.1. Exoesqueleto robótico en Virtual Reality. ......................................................... 58
Figura 6.2.Bloques de control y simulación en Matlab/Simulink®. ..................................... 59
Figura 6.3. Trayectorias articulares de flexión y extensión. ................................................ 60
Figura 6.4. Simulacion de flexion y extension del exoesqueleto. ........................................ 60
Figura 6.5 Error de seguimiento de la trayectoria por el exoesqueleto ............................... 61
Figura 6.6. Trayectorias articulares de la marcha frontal .................................................... 62
Figura 6.7. Simulación de marcha frontal del exoesqueleto. .............................................. 62
Figura 6.8 Error de seguimiento de la trayectoria por el exoesqueleto ............................... 63
Figura 6.9. Trayectorias articulares de la marcha lateral. ................................................... 64
Figura 6.10. Simulacion de marcha lateral del exoesqueleto. ............................................ 64
Figura 6.11. Error de seguimiento de la trayectoria por el exoesqueleto. ........................... 65
XIII
Lista de Abreviaturas
CTC: (Computed Torque Control) Control por Par Calculado.
3D: Tridimensional.
IMOC: Insuficiencia Motora de Origen Cerebral.
GDL: Grados De Libertad.
MDD: Modelo Dinámico Directo.
MDI: Modelo Dinámico Inverso.
MGD: Modelo Geométrico Directo.
MGI: Modelo Geométrico Inverso.
SYMORO®: (Symbolic Modeling of Robots).
OT: Órgano Terminal.
XIV
Lista De Símbolos
Matriz de inercia.
Matriz de inercia aproximada. iAj Matriz de orientación. C Vector de fuerzas de Coriolis y centrífugas. Ci cos(θj) Cij cos(θi + θj) Si sin(θj) Sij sin(θi + θj) D, R Distancias fijas [m]. H Matriz de fuerzas de Coriolis, centrífugas y la gravedad.
Matriz aproximada de Coriolis, centrífugas y la gravedad. Ia Inercia de motor [kg*m2]. j Número de la articulación. Kp Vector de ganancias proporcionales. Kv Vector de ganancias derivativas. Mj Masa de la articulación j [kg]. Pi Vector de posición. q Vector de variables articulares.
1
INTRODUCCIÓN
Una de las aplicaciones de la robótica dentro de la medicina desarrollada con
el fin de mejorar la vida humana, son los exoesqueletos para rehabilitación, los
cuales ayudan a pacientes con limitación de movimientos en sus extremidades
inferiores y/o superiores. En el mundo el desarrollo de esta herramienta ha ido
aumentando con el tiempo, encontrando estructuras como; Lokomat, el cual se
acoplan a las extremidades inferiores del paciente y, con ayuda mecánica,
reproduce un patrón de marcha normalizado en el que el tronco queda
suspendido de manera controlada [11]; HAL que es un traje motorizado que se
acopla al cuerpo de las personas y consigue que éste se mueva sin esfuerzo
[12], entre otros. Pero en Colombia son pocos los avances de investigación y
desarrollo de la misma, creándonos un interés particular.
Las patologías que generan daños a nivel motor son diversas y varían según la
ubicación de la lesión, se pueden presentar en niños, adolecentes y adultos,
con diferentes consecuencias, teniendo la necesidad de seleccionar un tipo de
patología en específico y un rango de edad determinado. Para el proyecto se
define como patología la parálisis cerebral infantil o IMOC (insuficiencia motora
de origen cerebral) tipo diplejía espástica moderada, la cual afecta a los niños
por una lesión o una anomalía del desarrollo del cerebro inmaduro, limitando
los movimientos del cuerpo y la coordinación de los músculos.
El cerebro está formado por miles de millones de neuronas y son los estímulos
a los que están expuestas esas neuronas en los períodos esenciales y
sensoriales tempranos del desarrollo (inclusive en el útero) los que determinan
muchas de las funciones del cerebro [1], y es en este periodo donde la
plasticidad cerebral¹ es mayor a cuando crecemos, lo que hace que la
reeducación muscular en pacientes con parálisis cerebral tenga un porcentaje
mayor en la infancia que en la persona adulta, siendo uno de los motivos
principales para escoger la patología y el rango de edad.
¹ Plasticidad cerebral se refiere a la adaptación que experimenta el sistema nervioso ante cambios en su medio externo e interno, además puede reflejar la adaptación funcional del cerebro para minimizar los efectos de las lesiones
estructurales y funcionales.
2
Existen una serie de tratamientos, medicamentos, cirugías y aparatos
ortopédicos que permite sobrellevar esta enfermedad, intentando recuperar un
porcentaje de mando en las extremidades inferiores, pero no en su totalidad, lo
que sería algo ideal [2]. Las terapias físicas especializadas, son realizadas en
su mayoría de forma manual por un fisioterapeuta, donde se proponen distintos
movimientos, a diferentes velocidades, fuerzas y a determinadas repeticiones.
Dichos procedimientos son extremadamente fatigantes para el paciente y el
terapeuta, en el momento de la terapia, el examinador trata de: ajustar la
postura del paciente, vencer la resistencia que opone el mismo causada por el
musculo espástico, además de controlar la fuerza y la velocidad aplicada hacia
las extremidades para evitar mayores lesiones.
La fatiga humana, el control de la fuerza y de la velocidad, además de la falta
de autonomía del paciente para realizar los movimientos y la necesidad de
ajustar su postura, son unos de los factores a mejorar en programas
terapéuticos, para garantizar un tratamiento adecuado y útil. Por lo tanto el
objetivo de este proyecto es, modelar, controlar y simular un exoesqueleto,
que permita solucionar las falencias actuales del procedimiento terapéutico.
3
1. ESTUDIO DESCRIPTIVO DE LA PARALISIS CEREBRAL
INFANTIL O IMOC (INSUFICIENCIA MOTORA DE ORIGEN
CEREBRAL)
La infancia temprana (entre 0 – 3 años), es la etapa donde se genera el
desarrollo físico, intelectual y social del niño, en la cual pronuncia sus primeras
palabras, realiza sus primeros pasos, comienza a tomar y sostener algunos
objetos y aprende a controlar determinados movimientos [1], pero esta etapa
no la viven de la misma forma todos los niños. Aquellos que sufren de parálisis
cerebral o insuficiencia motora de origen cerebral (IMOC), tiene mayor
dificultad para hacer actividades sencillas debido a que esta patología afecta
las habilidades motoras (la capacidad de moverse de manera coordinada y
resuelta), el tono muscular y el movimiento de los músculos, limitando su forma
de vida [2].
A continuación se presenta el concepto, las causas y el tratamiento de la
patología. Posteriormente se indica el estado del arte donde se podrá conocer
como la robótica ha incursionado en este campo, específicamente en pacientes
con limitación de movimiento en sus extremidades inferiores causada por
afecciones neurológicas.
1.1. Definición
Se define como un trastorno neuromotor no progresivo (no se agrava cuando el
paciente crece) que afecta los músculos, la postura y el movimiento, debido a
una lesión o una anomalía en el desarrollo del cerebro inmaduro, ya sea en el
embarazo, parto o hasta los 5 años (momento en que el cerebro alcanza el
90% de su peso) [3].
1.1.1. Clasificación
No todos los pacientes son afectados por un mismo tipo de parálisis cerebral,
esto depende de la localización de la lesión, la extensión del daño en el
cuerpo, el tono muscular y el grado de la afectación, lo cual genera la siguiente
clasificación [4] [5] [6].
4
Según la ubicación del trastorno motor
Espástica: se presenta debido a lesiones en la vía piramidal² y es de
mayor frecuencia. Los síntomas son debilidad muscular, resistencia
excesiva al movimiento pasivo, aumento exagerado del tono
muscular (hipertonía) por lo que hay disminución en la destreza del
movimiento, los cuales son exagerados y pocos coordinados.
Cuando la espasticidad afecta a las piernas, esta pueden encorvarse
y cruzarse en las rodillas, dando la apariencia de unas tijeras, lo que
puede dificultar el andar.
Discinética o atetosis: es generada por lesiones en los ganglios de
la base del cerebro y afecta, principalmente, al tono muscular,
pasando de estados de hipertonía a hipotonía (bajo tono muscular).
Las alteraciones del tono muscular provocan descoordinación y falta
de control de los movimientos, que son retorcidos y lentos, estas
alteraciones desaparecen durante el sueño. En este tipo de parálisis
cerebral infantil se producen problemas en los movimientos de las
manos, brazos, piernas y pies, los que dificulta la postura al sentarse
y al caminar, en algunos casos afecta los músculos de la cara y la
lengua, lo que genera muecas involuntarias, babeo y se puede
presentar problemas para el habla.
Atáxica: se caracteriza por la falta de coordinación de las
extremidades, ocasionando una marcha defectuosa, con problemas
del equilibrio y descoordinación de la motricidad fina, que dificultan
los movimientos rápidos y precisos. Las personas afectadas caminan
de forma inestable, colocando los pies muy separados uno del otro,
además pueden sufrir de temblores en el momento de realizar un
movimiento voluntario.
² Sistema piramidal está formado por las vías del sistema nervioso central encargadas de llevar los impulsos
nerviosos desde la corteza cerebral motora hasta las alfa-motoneuronas de las astas ventrales de la médula
espinal.
5
Mixta: es una forma muy común de parálisis cerebral infantil, en la
cual se presentan combinaciones de los casos anteriores,
especialmente espástica y discinética.
Según la parte afectada
Cuadriplejía: se afectan las cuatro extremidades.
Tetraplejía: afectación global incluyendo tronco y las cuatro
extremidades, con frecuencia predominio de las superiores.
Triplejía: se afectan tres extremidades.
Diplejía: hay afectación de las cuatro extremidades, con predominio
de las inferiores.
Hemiplejía: se afecta un solo lado del cuerpo y casi siempre con
mayor compromiso de la extremidad superior.
Monoplejía: se afecta un solo miembro del cuerpo.
Según el tono
Isotónico: tono normal.
Hipertónico: aumento del tono.
Hipotónico: tono disminuido.
Variable.
Según la gravedad de la afectación
Grave: no hay prácticamente autonomía.
Moderada: tiene autonomía o necesita alguna ayuda asistente.
Leve: tiene total autonomía.
1.2. Causas
No existe una causa única y general de la parálisis cerebral infantil, esta
puede presentarse por diversos trastornos originados en el periodo
prenatal, perinatal o postnatal (hasta los cinco primeros años de vida) del
niño [6] [7].
6
Causas prenatales. Los factores prenatales actúan durante el embarazo y
antes del parto.
Hipoxia: Insuficiencia de oxigeno en el cerebro
Contagio prenatal: cuando la madre se ha expuesto a un virus o
infección.
Exposición a radiaciones.
Amenaza de aborto.
Intoxicación de la madre.
Trastornos alimenticios y del metabolismo.
Incompatibilidad sanguínea: el cuerpo de la madre produce
anticuerpos que destruyen las células sanguíneas del feto.
Apoplejía o hemorragia intracraneal: se produce por varios
factores. Como la ruptura de los vasos sanguíneos del cerebro,
obstrucción de los mismos o debido a células sanguíneas anormales.
La hemorragia intracraneal daña los tejidos cerebrales y causa
problemas neuronales.
Causas Perinatales. La parálisis cerebral infantil se puede producir en esta
etapa a causa de algún acontecimiento que tiene lugar durante el parto o en
los momentos inmediatamente posteriores al nacimiento.
Prematuridad: el niño nace con menos de 37 semanas de gestación
lo cual genera bajo peso.
Hipoxia perinatal: es una agresión al recién nacido debido a la falta
de oxigeno general o en diversos órganos.
Trauma físico directo durante el parto.
Desprendimiento de la placenta.
Parto difícil o prolongado.
Anoxia o asfixia perinatal: la falta o insuficiencia de oxígeno en la
sangre pueden causar una deficiencia de oxígeno en el cerebro del
recién nacido.
Traumatismos craneales: caídas o golpes en la cabeza.
7
Causas postnatales. Son aquellas que actúan después del parto, hasta
los 5 años de vida del niño.
Traumatismos craneales.
Infecciones: puede el recién nacido contagiarse de meningitis,
meningoencefalitis, etc.
Intoxicaciones: éstas se puede presentar por el uso inadecuado de
los medicamentos o por consumo de plomo o arsénico.
Accidentes cerebrovasculares. Ocurren cuando el suministro de
sangre a una parte del cerebro se interrumpe repentinamente o
cuando un vaso sanguíneo en el cerebro se rompe, derramando
sangre en los espacios que rodean a las células cerebrales [8].
Accidentes por descargas eléctricas.
1.3. Tratamiento
En la actualidad no existe una cura total y definitiva de la parálisis cerebral,
pero los pacientes pueden mejorar sus capacidades si reciben un
tratamiento que esté acorde a sus síntomas y necesidades, en el cual debe
intervenir un equipo especializado que incluya médicos, enfermeros,
psicólogos y fisioterapeutas, al igual que sus familiares. Se debe tener en
claro que no se trata la lesión cerebral, sino que se busca desarrollar el
mayor número de habilidades que le permitan alcanzar la mayor autonomía
posible, así como la prevención de las posibles complicaciones que limiten
su funcionalidad.
El tratamiento no solo se orienta en los aspectos motores, también se debe
tener en cuenta el desarrollo intelectual, el nivel de comunicación y la
relaciones sociales. A continuación se presentan los pilares básicos para el
tratamiento de la parálisis cerebral infantil [6] [7].
Terapia física: esta etapa debe comenzar en los primeros años de
vida, inmediatamente después del diagnóstico. Emplea combinaciones
de ejercicios y actividades orientados a cumplir con tres metas
importantes:
Prevenir el deterioro o debilidad muscular. Se genera cuando
el paciente no utiliza un determinado miembro.
8
Prevenir las contracturas. Los músculos toman una postura
rígida y anormal debido a las alteraciones del tono muscular y a
la debilidad asociada a la enfermedad, limitando el movimiento
de las articulaciones, afectando el equilibrio y disminuyendo las
habilidades motoras. Para ayudar a prevenir las contracturas se
utilizan aparatos ortopédicos que estiran los músculos afectados.
Mejorar el desarrollo motor del niño. Para lograr este
propósito existen diferentes sistemas de tratamientos
fisioterapéuticos, entre ellos encontramos el método de Bobath,
terapia de patrones, técnicas de tratamiento basadas en el
concepto vojta y cinesiterapia [6].
Terapia ocupacional. Esta terapia tiene como finalidad ayudar al niño
a desarrollar las habilidades necesarias para poder desenvolverse en la
vida diaria en actividades como vestirse, comer o usar el baño.
Tratamiento de logopedia. Este tratamiento va dirigido a pacientes
con parálisis cerebral infantil que presenta problemas en el habla y
busca reducir los factores que obstaculizan la comunicación y mejorar
las funciones deterioradas como babeo.
Terapia farmacéutica. Esta terapia está indicada para aliviar y reducir
algunos de los síntomas asociados con la parálisis cerebral infantil
como:
Convulsiones.
Espasticidad.
Los movimientos atetoides³ y del babeo.
³ Trastorno neuromuscular caracterizado por movimientos de torsión, lentos, continuos e involuntarios, que
afectan a las extremidades, como puede verse en algunas formas de parálisis cerebral.
9
Tratamiento Quirúrgico
Cirugía ortopédica. El tratamiento quirúrgico incluye pacientes
con deformidades progresivas que reducen las posibilidades de
movilidad del paciente y le causan dolor. Inicialmente se deben
detectar los músculos y tendones que están contraídos para
después alargarlos. Una de las desventajas de la cirugía es la
posibilidad de que se debilite el músculo y el tiempo de
recuperación sea prolongado.
Neurocirugía. Los procedimientos neuroquirúgicos en el
tratamiento de la parálisis cerebral infantil incluyen
principalmente la rizotomía selectiva de la raíz dorsal. Esta
técnica busca reducir los estímulos que llegan a los músculos de
las piernas a través de los nervios para, así, disminuir la
espasticidad. Los médicos tratan de localizar y cortar
selectivamente determinadas fibras nerviosas que controlan el
tono muscular y se encuentran “sobreactivadas”.
Existen otras terapias que son parte importante para lograr la rehabilitación
integral del paciente, como son el tratamiento de babeo, tratamiento de la
incontinencia de la vejiga, tratamientos de los problemas para alimentarse,
tratamiento ortopédico, terapias artísticas y musicoterapia.
1.4. Aplicación de la robótica en parálisis
Las primeras aplicaciones de la robótica en el campo de la discapacidad
datan ya de los años 70, con la construcción de elementos prostéticos y
ortéticos (brazos, piernas y manos) [9].
En los últimos años se han desarrollado estructuras mecánicas que
permiten mejorar las condiciones de los pacientes con parálisis, conocidas
como exoesqueletos. Un exoesqueleto se define como un sistema
biomecatrónico, donde el mecanismo está adaptado a la estructura física
del cuerpo humano, con un control activo que toma señales de mando y de
movimiento para ejercer su correspondiente funcionamiento. Posee
10
sensores conectados al paciente y actuadores que son análogos a las
funciones del cuerpo, todos estos elementos pueden actuar como un solo
sistema integrado que puede desarrollar variadas actividades, dándole
sensación de autonomía al paciente [10]. En este capítulo se mostraran
los exoesqueletos comerciales que se utilizan para las extremidades
inferiores.
Lokomat (Figura 1.1). Ha sido ideado por el ingeniero eléctrico Gery
Colombo y desarrollado gracias a una colaboración entre el Hospital
Universitario de Balgrist, de Zurich (Suiza), y la empresa de ingeniería
médica Hocoma. Es un dispositivo ortésico basado en la tecnología
DGO, (driven gate ortosis o de conducción de la ortosis), simula y
reproduce la marcha fisiológica del individuo. Las adaptaciones del
Lokomat se acoplan a las extremidades inferiores del paciente y con
ayuda mecánica, reproduce un patrón de marcha normalizado en el que
el tronco queda suspendido de manera controlada [11].
Figura 1.1. Robot Lokomat, para adultos y niños.
HAL (hybrid assistive limb). HAL es un traje motorizado que se
acopla al cuerpo de las personas, como se observa en la figura 1.2, y
consigue que éste se mueva sin esfuerzo. El traje ha sido desarrollado
por la compañía japonesa Cyberdyne. Cuando la persona se lo coloca y
piensa en un movimiento a realizar, las señales nerviosas se envían del
cerebro a los músculos y son captadas en la superficie de la piel por
unos detectores especiales. En este punto, el robot consigue
transformar esta señal nerviosa en un movimiento real [12].
En este anexo se especifica el programa implementado para la obtención de
trayectorias en base a los videos tomados a cada ejercicio de rehabilitación.
clc, clear all,close obj1 = mmreader('video1.avi'); fileinfo = aviinfo('video1.avi'); nf = obj1.NumberOfFrames; %freq= obj1.FrameRate %frames por segundo figure, cad=[]; rod=[]; tob=[]; for i=1:nf, % frame=read(obj1, 10*i); % imshow(frame) % pause % end
%% Tratamiento de los frames frame=read(obj1, i); %imshow(frame)
% framebn=im2bw(frame(:,:,2)-frame(:,:,3),0.9); % frame en blanco y
negro framebn=im2bw(frame(:,:,2),0.2); se = strel('disk',10); framebn=imclose(framebn,se); centros=regionprops(framebn, 'centroid'); % hallando el centro de cada
circulo centros=cat(1,centros.Centroid); % reorganizando centros para que concuerden con la pierna centros=sortrows(centros,2);
%% Encontrando angulos Vcr = centros(2,:) - centros(1,:); % vector de la cadera a la rodilla Vrt = centros(3,:) - centros(2,:); % vector de la rodilla al tobillo Vtp = centros(4,:) - centros(3,:); % vector del tobillo al pie % magnitudes de los vectores mVcr = sqrt(sum(Vcr.^2)); mVrt = sqrt(sum(Vrt.^2)); mVtp = sqrt(sum(Vtp.^2));
72
% angulos en grados cad = [cad; 180*atan2(Vcr(1),Vcr(2))/pi]; rod = [rod; 180*acos(dot(Vcr,Vrt)/(mVcr*mVrt))/pi]; tob = [tob; 180*acos(dot(Vrt,Vtp)/(mVrt*mVtp))/pi];
%% mostrando los ángulos en la gráfica hold off imshow(frame), hold on line(centros(:,1), centros(:,2),'Marker','*') text(centros(1,1)+20,centros(1,2),['cadera =