Estudio sistémico de una estructura exoesquelética para la rehabilitación de la atrofia muscular de la mano en personas con artritis reumatoide

Abstract

[ES] La mano humana es uno de los instrumentos más importantes para la psicomotricidad de ser humano y cualquier problema crónico como la Artritis Reumatoide (AR) implica la necesidad de una rehabilitación pautada y seriada desde el punto de vista médico que controle y verifique su efectividad en el tiempo. La Artritis Reumatoide es una de las enfermedades crónicas de mayor impacto social en la actualidad que afecta principalmente a personas mayores. Se considera que la AR afecta actividades y la calidad de vida de una persona, sobre todo en la de los adultos mayores, donde las afectaciones son mayormente significativas y requieren de atención. A través de la rehabilitación controlada asistida por ordenador, la tesis presenta, por una parte, una investigación sobre exoesqueletos para la rehabilitación crónica y por otra, la creación y validación de un dispositivo exoesquelético para el mano denominado ARTH-aid System que servirá para mejorar la rehabilitación de la mano artrítica que sufre una atrofia muscular progresiva. El sistema creado representa una ayuda significativa a través de la integración de determinados factores como: ergonomía, funcionalidad y diseño. Se ha diseñado y testeado con usuarios finales tomando en cuenta los factores mecánicos y de funcionalidad en la pérdida progresiva de movilidad manual de la mano en personas mayores con AR crónica.

El sistema de rehabilitación incluye como parte fundamental un exoesqueleto en la mano que evalúa la dinámica y el progreso de la rehabilitación de un usuario generando confianza y satisfacción en el paciente durante las sesiones y mejorando la interacción con el fisioterapeuta. La metodología y el diseño de un guante exoesqueleto para la rehabilitación de pacientes crónicos de AR, ha sido desarrollada y evaluada teniendo en cuenta aspectos relacionados con el Design Thinking (DT) y el Diseño Centrado en el Usuario (DCU). Así mismo, en la creación e implementación tecnológica del sistema, se ha tenido en cuenta las tecnologías informáticas y electrónicas orientadas al manejo de sistema de gestión y control de movimientos programados mediante una placa electrónica integrada, finalmente se han utilizados aplicaciones de Diseño Asistido por Ordenador (DAO) y herramientas de Prototipado Rápido (PR) para la generación de las simulaciones informáticas y piezas físicas articuladas implementadas en el guante.

La validación del sistema se realizó en el Hogar de Ancianos Santa Catalina Labouré, de Quito, Ecuador, primero con un grupo de expertos compuesto por los fisioterapeutas que trabajan en el centro y que permitió analizar su factibilidad como sistema integrado en el proceso de rehabilitación actual y posteriormente con un grupo de pacientes controlados terapéuticamente desde el centro, que permitió validar la funcionalidad del dispositivo, verificar su efectividad y evaluar el nivel de satisfacción dentro de la experiencia del usuario.

[CA] En la present tesi doctoral es va a profundir una de les malalties de gran impacte com és el cas de l'Artritis Reumatoide (AR) que afecta greument nivell mundial a persones de diferents edats. En entendre a la mà com una de les majors eines de vida, es consideren tots els impactes que té la AR en la vida d'una persona, especialment en la dels adults majors, on les afectacions són majorment significatives i requereixen d'atenció Amb la finalitat de millorar la qualitat de vida d'adults majors que pateixen de AR, la investigació culmina en el disseny d'una eina per a la rehabilitació contínua i controlada que va ser concebuda mitjançant el Disseny Centrat en l'Usuari (DCU) i la implementació de tecnologies i eines de Prototipado Ràpid. No sense abans haver realitzat una forta investigació que permeta comprendre clarament l'anatomia i la fisiologia de la mà. Seguit de revisions de pro-posades que es troben en el mercat i de diferents validacions amb diversos prototips, els mateix que són part de la metodologia utilitzada i que van permetre analitzar tant a la proposta de disseny com els requeriments essencials dels usuaris finals. El correcte enteniment de l'estructura biomecànica de la mà resideix en el coneixement de la seua estructura com un component funcional autònom; la geometria biomètrica de la mà representa un conjunt d'ossos, músculs i articulacions que són els responsables del control motor i sensorial de la mà. En perdre aquestes habilitats i funcions, es perd la capacitat de realitzar una sèrie de diversos moviments de força i agarres, i fins i tot altres activitats quotidianes com vestirse o menjar. El desenvolupament d'un sistema de rehabilitació mitjançant un exoesquelet adaptat i dissenyat pensant en l'usuari, permet millorar la interacció objecte- persona, la dinàmica de rehabilitació i generar confiança en el pacient durant el seu interacció amb el fisioterapeuta. Aquest escenari representa una ajuda significativa a través de la integració de determinats factors com: ergonomia, funcionalitat i disseny per a assemble i manufactura, aspectes que van permetre validar l'exoesquelet creat amb un grup d'usuaris reals. En aqueix sentit, les validacions es van fer tant amb el grup de pacients que pertanyen a la Llar d'Ancians "Santa Catalina Labouré", com amb el grup expert de fisioterapeutes que dediquen un temps a la rehabilitació d'aquests pacients.

[EN] The human hand is one of the most important instruments for the psychomotricity of being human and any chronic problem such as Rheumatoid Arthritis (RA) implies the need for a scheduled and serial rehabilitation from the medical point of view that controls and verifies its effectiveness over time. Rheumatoid arthritis is one of the chronic diseases with the greatest social impact today that mainly affects older people. RA is considered to affect a person's activities and quality of life, especially in older adults, where the affectations are mostly significant and require attention. Through computer-aided controlled rehabilitation, the thesis presents, on the one hand, an investigation on exoskeletons for chronic rehabilitation and on the other, the creation and validation of an exoskeletal device for the hand called ARTH-AID System that will serve to improve the rehabilitation of the arthritic hand that suffers a progressive muscular atrophy.

The system created represents a significant help through the integration of certain factors such as: ergonomics, functionality and design. It has been designed and tested with end users taking into account the mechanical and functional factors in the progressive loss of manual hand mobility in older people with chronic RA. The rehabilitation system includes as a fundamental part an exoskeleton in the hand that evaluates the dynamics and progress of a user's rehabilitation, generating confidence and satisfaction in the patient during the sessions and improving the interaction with the physiotherapist. The methodology and design of an exoskeleton glove for the rehabilitation of chronic RA patients has been developed and evaluated considering aspects related to Design Thinking (DT) and User-Centered Design (DCU). Likewise, in the creation and technological implementation of the system, computer and electronic technologies oriented to the management of management system and control of programmed movements through an integrated electronic board have been taken into account, finally Computer Aided Design (DAO) applications and Rapid Prototyping (PR) tools have been used for the generation of computer simulations and articulated physical parts implemented in the glove.

The validation of the system was carried out at the Santa Catalina Labouré Nursing Home, in Quito, Ecuador, first with a group of experts composed of the physiotherapists who work in the center and that allowed to analyze its feasibility as an integrated system in the current rehabilitation process and later with a group of potential users or patients controlled therapeutically from the center, that allowed to validate the functionality of the device, verify its effectiveness and evaluate the level of satisfaction within the user experience.