Diseño de una órtesis de muñeca y mano para el tratamiento de polineuropatías periféricas

Abstract

[ES] Las neuropatías periféricas son un conjunto de patologías de diversa naturaleza y origen que afectan los nervios que residen fuera del sistema nervioso central. Las fuentes de lesión más comunes son los traumatismos mecánicos de tipo penetrante, por aplastamiento o tracción. La mayoría de las lesiones periféricas involucran a miembros superiores, con un mayor índice de afectación del nervio cubital, seguido por el nervio mediano y radial. Estos tres nervios son los responsables del desempeño sensoriomotor de la mano.

El tratamiento terapéutico para las patologías radial, cubital y mediana procura el alivio de los síntomas y la conservación neuromuscular a través de modalidades de terapia física, electrofísica y el uso de órtesis, tanto estáticas como dinámicas. Sin embargo, no existen resultados concluyentes acerca de la efectividad de las diferentes terapias físicas y electrofísicas en relación con la rehabilitación sensoriomotora.

En relación al uso de órtesis, la mayoría de estudios han valorado su efectividad a corto y mediano plazo y recalcan la necesidad de realizar investigación sobre los efectos a largo plazo de esta intervención. Algunos de ellos demuestran mejores resultados en la funcionalidad de la mano durante y después del uso de órtesis dinámicas frente a estáticas. En otros, se destacan e identifican los aspectos y características más relevantes de estas que interfieren con las actividades cotidianas, como son la configuración y el volumen. Asimismo, los aspectos estéticos también son un factor importante en cuanto a la satisfacción y usabilidad por parte del paciente.

Este trabajo busca examinar las necesidades derivadas de las neuropatías traumáticas radial, cubital y mediana. El objetivo principal es el diseño y fabricación 3D de una órtesis dinámica que mejore el posicionamiento anatómico de la mano y asista los movimientos de flexo-extensión gracias a su elasticidad.

Para ello, se ha desarrollado un protocolo de co-creación de cinco fases con el objetivo de diseñar la órtesis final en consideración con el feedback recibido por parte de los potenciales usuarios. Las dos primeras fases se centran en cuestionarios para la recopilación de información acerca de las características más importantes para los pacientes y la realización de los diseños preliminares. La tercera fase se basa en el prototipado 3D, el análisis de elementos finitos y la impresión 3D de la órtesis. A continuación, se realiza la medición de la actividad muscular con electromiografía de superficie para comprobar la eficacia y eficiencia de la órtesis en pruebas tanto estáticas como funcionales. Por último, se desarrolla la órtesis final.

Los resultados del análisis de elementos finitos demuestran que la órtesis se comporta adecuadamente ante las máximas cargas que puede experimentar. Además, el estudio de electromiografía concluye que existe una disminución de la actividad eléctrica de los músculos extensores cuando se hace uso de la órtesis diseñada.

[CAT] Les neuropaties perifèriques són un conjunt de patologies de diversa naturalesa i origen que afecten els nervis que resideixen fora del sistema nerviós central. Les fonts de lesió més comunes són els traumatismes mecànics de tipus penetrant, per aixafament o tracció. La majoria de les lesions perifèriques involucren a membres superiors, amb un major índex d'afectació del nervi cubital, seguit pel nervi mitjà i radial. Aquests tres nervis són els responsables de l'acompliment sensoriomotor de la mà. El tractament terapèutic per a les patologies radial, cubital i mitjana procura l'alleujament dels símptomes i la conservació neuromuscular a través de modalitats de teràpia física, electrofisica i l'ús de òrtesis, tant estàtiques com dinàmiques. El camp d'investigació de la rehabilitació sensoriomotora es troba immers entre resultats no concloents sobre l'efectivitat de les diferents teràpies físiques i electrofisicas. En relació a l'ús de òrtesis, la majoria d'estudis han valorat la seua efectivitat a curt i mitjà termini i recalquen la necessitat de realitzar investigació sobre els efectes a llarg termini d'aquesta intervenció. Alguns d'ells demostren millors resultats en la funcionalitat de la mà durant i després de l'ús de òrtesis dinàmiques enfront d'estàtiques. En uns altres, es destaquen i identifiquen els aspectes i característiques més rellevants d'aquestes que interfereixen amb les activitats quotidianes, com són la configuració i el volum. Així mateix, els aspectes estètics també són un factor important quant a la satisfacció i usabilitat per part del pacient. Aquest treball busca examinar les necessitats derivades de les neuropaties traumàtiques radial, cubital i mitjana. L'objectiu principal és el disseny i fabricació 3D d'una òrtesis dinàmica que millore el posicionament anatòmic de la mà i assistisca els moviments de flexo-extensió gràcies a la seua elasticitat. Per a això, s'ha desenvolupat un protocol de co-creació de cinc fases amb l'objectiu de dissenyar la òrtesis final en consideració amb el feedback rebut per part dels potencials usuaris. Les dues primeres fases se centren en qüestionaris per a la recopilació d'informació sobre les característiques més importants per als pacients i la realització dels dissenys preliminars. La tercera fase es basa en el prototipat 3D, l'anàlisi d'elements finits i la impressió 3D de la òrtesis. A continuació, es realitza el mesurament de l'activitat muscular amb electromiografia de superfície per a comprovar l'eficàcia i eficiència de la òrtesis en proves tant estàtiques com funcionals. Finalment, es desenvolupa la òrtesis final. Els resultats de l'anàlisi d'elements finits demostren que la òrtesis es comporta adequadament davant les màximes càrregues que pot experimentar. A més, l'estudi d'electromiografia conclou que existeix una disminució de l'activitat elèctrica dels músculs extensors quan es fa ús de la òrtesis dissenyada.

[EN] Peripheral neuropathies are a group of pathologies of diverse nature and origin that affect nerves located outside the central nervous system. The most common sources of injury are mechanical trauma by penetration, crushing, or traction. Most peripheral injuries involve the upper limbs, with a higher rate of involvement of the ulnar nerve, followed by the median and radial nerves. These three nerves are responsible for the sensorimotor performance of the hand.

The treatment of radial, ulnar and median neuropathies aims for symptom relief and neuromuscular preservation through manual and electrophysical therapy and static or dynamic orthoses. Nevertheless, there are no conclusive results about the effectiveness of different physical and electrophysical therapies concerning sensorimotor rehabilitation.

Regarding the use of orthoses, most studies have assessed their short- and medium-term efficacy and highlight the need to investigate the long-term effects of this intervention. Some studies have reported better results in hand functionality during and after using dynamic versus static orthoses. Others highlight features that interfere with daily activities, such as their configuration and bulk. Aesthetic aspects are also an important factor in terms of patient satisfaction and usability.

This research reviews the needs derived from radial, ulnar, and median traumatic neuropathies. The main objective is the design and 3D fabrication of a dynamic orthosis that improves the anatomical positioning of the hand and assists flexion-extension movements thanks to its elasticity.

For this purpose, a five-phase co-creation protocol has been developed to design the final orthosis according to the feedback received from the potential users. The first two phases focus on questionnaires to collect information about the most important features for patients and the realization of preliminary designs. The third phase is based on 3D prototyping, finite element analysis, and 3D printing of the orthosis. This is followed by measuring muscle activity with surface electromyography to test the effectiveness and efficiency of the orthosis in both static and functional tests. Finally, the final orthosis is developed.

According to the results of the finite element analysis, it is determined that the orthosis behaves adequately under the maximum loads it can experience. In addition, the electromyography study concludes that there is a decrease in the electrical activity of the extensor muscles when the designed orthosis is used.