Home » Departamento de Electrónica » Defensa Proyecto : “Instrumento de cuantificación del esfuerzo realizado por un paciente en rehabilitación de la plastia del LCA”

Defensa Proyecto : “Instrumento de cuantificación del esfuerzo realizado por un paciente en rehabilitación de la plastia del LCA”

Viernes 27 de abril 14hs, Salón B11 – Edificio Polifuncional “José Luis Massera”

Tenemos el agrado de invitarlos a la defensa del proyecto de fin de carrera : “Instrumento de cuantificación del esfuerzo realizado por un paciente en rehabilitación de la plastia del LCA“

Estudiantes : Jorge Domínguez, Rodrigo Barboza y Agustín Fernández
Tutores :  Pablo Pérez, Dario Santos y Francisco Veirano
Tribunal :  Mauricio González, Julio Pérez, Alfredo Rienzi, Dario Santos y Francisco Veirano

Saludos,

Francisco Veirano

Resúmen :

Este proyecto surgió a partir de la necesidad de cuantificar el esfuerzo que realiza un paciente en rehabilitación de la plastia del LCA (Ligamento Cruzado Anterior), reconstrucción del ligamento que se realiza mediante una intervención
quirúrgica. Una de las técnicas quirúrgicas para realizar la reconstrucción del LCA utiliza el tendón del semitendinoso y recto interno (técnica “gracilis y semitendinoso”), para lo cual es necesario fortalecer los músculos involucrados, especialmente los isquiosurales.

Uno de los ejercicios para recuperar la fuerza consiste en que el paciente realice extensiones de cadera con la rodilla extendida (para proteger la plastia) usando una cinta elástica que engancha en el talón. Este ejercicio puede constituir un riesgo si la fuerza realizada supera la que pueden soportar los músculos. Por lo tanto, es de suma importancia contar con un instrumento que pueda medir la velocidad de la pierna y la fuerza desarrollada por el paciente, adem ́as de presentar dichas variables al fisioterapeuta en tiempo real.

Actualmente los dispositivos que pueden medir fuerza y velocidad no son muy precisos o son demasiado grandes y de costo elevado. Por lo tanto, nuestro objetivo fue diseñar un dispositivo portable y de bajo costo que le permita a los fisioterapeutas medir y guiar el esfuerzo que realizan los pacientes alterando lo menos posible las rutinas actuales de rehabilitación.

El dispositivo implementado, llamado DINABANG, integra sensores de fuerza y movimiento, módulos Bluetooth para establecer una comunicación inalámbrica, un microcontrolador y una interfaz gráfica que muestra las magnitudes de interés para un fisioterapeuta y le permite ingresar datos de los pacientes para crear un modelo ajustado a cada caso particular, además a futuro permitir ́ıa exportar los datos a la historia clínica electrónica. DINABANG consta de dos partes. Por un lado esta el dispositivo portable que se coloca en la pierna del paciente mediante una tobillera a la que se le engancha una cinta el ́astica. Por otro lado está el software asociado a la Interfaz Gráfica de Usuario (GUI). Utilizando el lenguaje Python se desarrolló una GUI exclusiva para este proyecto que permite ingresar parámetros del paciente, ver en tiempo real la fuerza y velocidad desarrolladas, activar alarmas, llevar un registro de las sesiones realizadas con cada paciente, y configurar el tipo de ejercicio que se realizará.

El dispositivo portable cuenta con acelerómetros, giroscopios y una celda de carga. Estos sensores obtienen datos cada 10 ms, los cuales son enviados inalámbricamente por un microcontrolador utilizando tecnología Bluetooth. Los datos se reciben en una computadora personal (PC) y se muestran en la GUI. Se utilizó el microcontrolador MSP430G2553 de Texas Instruments a 16 MHz y 3.3 voltios de alimentación. Además se hizo uso de sus modos de bajo consumo e interrupciones para optimizar la duración de la batería. Se utilizaron los protocolos de comunicación I2C y UART para manejar los sensores de movimiento y enviar los datos. Con el circuito integrado MCP73841 se logró que fuese posible cargar el dispositivo portable con la mayoría de los cargadores de celulares disponibles en el mercado. La duración de la batería con el dispositivo en funcionamiento es de aproximadamente 10 horas, muy superior al mínimo establecido como requerimiento que era de 3 horas de uso continuo. Los sensores de fuerza de tensión disponibles en el mercado, para el rango de fuerzas requerido, tienen un alto costo y masa que los hace incompatibles con los requerimientos del sistema. Es por esto que se utilizó una celda de carga de presión cuyo costo es 30 veces menor al de los sensores antes mencionados. Esta elección implicó diseñar un sistema exclusivo para convertir la fuerza ejercida por la cinta elástica en una fuerza de presión. Se utilizaron simultáneamente acelerómetros y giroscopios para calcular ángulos. El uso de un filtro de complemento, que combina las medidas de ambos sensores, permitió tener valores mas precisos en tiempo real, ya que los acelerómetros son imprecisos ante movimientos bruscos y los giroscopios introducen drift a largo plazo.

DINABANG fue probado en doce personas sanas y un paciente, con los cuales se realizaron diferentes ejercicios para evaluar la precisión en las medidas y percibir mejoras necesarias. En ningún caso los usuarios manifestaron dolor o incomodidad al usar el dispositivo, y las magnitudes medidas estuvieron dentro de los márgenes esperados. Se pudo constatar que las medidas de ángulo tienen un error menor a un grado en todos los casos y la fuerza ejercida por la cinta elástica tiene un error inferior al 10 %. Además las alarmas establecidas en los valores de fuerza y ángulo se activaron correctamente en todos los casos. Para este proyecto se dedicaron aproximadamente 2960 horas hombre y se invirtieron en materiales y servicios USD 795.