Con el crecimiento de la impresión 3D, es totalmente posible imprimir en 3D su propia prótesis a partir de modelos que se encuentran en bases de datos de código abierto.
Pero esos modelos carecen de interfaces de usuario electrónicas personalizadas como las que se encuentran en prótesis costosas y de última generación.
Ahora, un profesor de Virginia Tech y su equipo interdisciplinario de estudiantes investigadores de pregrado han logrado avances en la integración de sensores electrónicos con prótesis personalizadas impresas en 3D, un desarrollo que algún día podría conducir a prótesis eléctricas más asequibles.
Esta investigación recién publicada del laboratorio de Blake Johnson, profesor asistente de Virginia Tech en ingeniería industrial y de sistemas, dio un paso adelante en la mejora de las funcionalidades de los sistemas portátiles personalizados impresos en 3D.
Al integrar sensores electrónicos en la intersección entre una prótesis y el tejido del usuario, los investigadores pueden recopilar información relacionada con la función y la comodidad de la prótesis, como la presión sobre el tejido del usuario, que puede ayudar a mejorar futuras iteraciones de estos tipos de prótesis.
La integración de materiales dentro de regiones de ajuste de forma de prótesis impresas en 3D a través de una técnica de impresión 3D conformada, en lugar de la integración manual después de la impresión, también podría allanar el camino para oportunidades únicas para igualar la dureza del tejido del usuario e integrar sensores en diferentes ubicaciones a través de la interfaz de ajuste de forma. A diferencia de la impresión 3D tradicional que consiste en depositar material capa por capa sobre una superficie plana, la impresión 3D conformada permite la deposición de materiales en superficies y objetos curvos.
Según Yuxin Tong, estudiante de posgrado en ingeniería industrial y de sistemas y primer autor del estudio publicado, el objetivo final es crear prácticas y procesos de ingeniería que puedan llegar a tantas personas como sea posible, comenzando con un esfuerzo para ayudar a desarrollar una prótesis para uno. adolescente local.
“Con suerte, todos los padres podrían seguir la descripción del artículo que publicamos y desarrollar una mano protésica personalizada de bajo costo para su hijo”, dijo Tong.
Para desarrollar las prótesis integradas con sensores electrónicos, los investigadores comenzaron con datos de escaneo 3D, que es similar a tomar fotografías en varios ángulos para obtener la forma completa de un objeto, en este caso, un molde de la extremidad de un adolescente.
Luego usaron datos de escaneo 3D para guiar la integración de sensores en la cavidad de ajuste de forma de la prótesis usando una técnica de impresión 3D conformada.
El proceso desarrollado por el equipo de investigación se prestará a otras aplicaciones en medicina personalizada y diseño de sistemas portátiles.
“Personalizar y modificar las propiedades y funcionalidades de las interfaces de los sistemas portátiles mediante el escaneo 3D y la impresión 3D abre la puerta al diseño y la fabricación de nuevas tecnologías para la asistencia humana y el cuidado de la salud, además de examinar cuestiones fundamentales asociadas con la función y la comodidad de los sistemas portátiles. ”, dijo Johnson.
La investigación de Johnson sobre las prótesis de manos se inspiró cuando se enteró de la existencia de la hija de su colega, Josie Fraticelli, que entonces tenía 12 años y que había nacido con el síndrome de la banda amniótica. Mientras estaba en el útero, el desarrollo de su mano se detuvo. Las bandas amnióticas en forma de hilo restringían el flujo sanguíneo y afectaban el desarrollo de la mano derecha, provocando una falta de formación más allá de los nudillos.
Johnson utilizó su experiencia en investigación relacionada con la biofabricación aditiva y un equipo de investigadores universitarios interdisciplinarios para imprimir en 3D la mano biónica de Fraticelli que se convertiría en la base de la investigación ahora publicada.
Mientras trabajaban con Fraticelli, continuaron ajustando la prótesis prototipo mediante el desarrollo de nuevas técnicas de fabricación aditiva que permitirían un mejor ajuste a la palma de la mano de Fraticelli, creando un dispositivo protésico más cómodo y ajustado a la forma.
Validaron que la personalización de la prótesis aumentaba casi cuatro veces el contacto entre el tejido de Fraticelli y la prótesis en comparación con los dispositivos no personalizados. Este área de contacto aumentada les ayudó a identificar dónde desplegar conjuntos de electrodos de detección para probar la distribución de la presión, lo que les ayudó a mejorar aún más el diseño.
Los experimentos de detección se realizaron utilizando dos prótesis personalizadas con y sin conjuntos de electrodos de detección. Al realizar estos experimentos con Fraticelli, descubrieron que la distribución de la presión era diferente cuando ella relajaba la mano en lugar de sostenerla en una postura flexionada.
“El desajuste entre la piel blanda y la interfaz rígida sigue siendo un problema que reducirá la conformidad”, dijo Tong. “Los conjuntos de electrodos de detección pueden abrir otra nueva área para mejorar el diseño de prótesis desde la perspectiva de distribuir un mejor equilibrio de presión”.
En general, Fraticelli siente que la nueva prótesis personalizada mejora su nivel de comodidad. Dado que su mano es blanda y cambiante en diferentes posturas y el material protésico es rígido y fijo, el nivel de conformidad puede seguir cambiando.
Las prótesis personalizadas todavía tienen espacio para mejoras, y el equipo de Johnson continuará investigando y desarrollando nuevas técnicas en la fabricación aditiva para realizar mejoras en los dispositivos biónicos portátiles.
Esta investigación fue apoyada por la Fundación Nacional de Ciencias (División de Educación de Pregrado) y por el Consejo de Estudiantes de Ingeniería de Virginia Tech; Programa Interdisciplinario de Investigación de Posgrado en Ingeniería Computacional de Tejidos; e Instituto para la Creatividad, las Artes y la Tecnología.
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Hora de publicación: 14-abr-2019