Mosquera, Matías (2019) Diseño y construcción de una ortesis de rodilla para corregir malformaciones congénitas. / Desing and construction of a knee orthosis to correct bone malformation. Proyecto Integrador Ingeniería Mecánica, Universidad Nacional de Cuyo, Instituto Balseiro.
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Resumen en español
El objetivo de este trabajo es analizar la factibilidad y diseñar una ortesis con la capacidad de corregir una malformación de rodilla, superadora respecto a las propuestas en el mercado. En el manuscrito se detalla el proceso de diseño, se estudian los tratamientos existentes para el genu varum y genu valgum, se realiza una búsqueda bibliográfica de los dispositivos existentes y se observa que no hay un dispositivo no quirúrgico que actúe imponiendo una fuerza correctiva en lugar de un desplazamiento. El trabajo se basa en un paciente que sufre de acondroplasia congénita y genu valgum. Se diseñará una ortesis que ayude a corregir la desviación de sus piernas. Para esto la ortesis impondrá una fuerza correctiva, que se estimó en 50 N. La ortesis será articulada para permitir al paciente caminar y efectuará la fuerza mediante un fleje. A través de un proceso de selección de materiales se definió fabricar la ortesis mediante impresión 3D de nylon y fabricar el fleje superponiendo 4 flejes de acero de bajo espesor. Se fabricaron tres prototipos para evaluar distintos factores. En base a estos y a el análisis que se hizo de la ortesis se diseñó el modelo final. El sistema propuesto está compuesto por una fijación en cada tobillo, sobre la que se aplica la fuerza correctiva, ejercida por un fleje, vinculado en el extremo opuesto, mediante una articulación, a una fijación sobre la sección proximal de la pierna del paciente. Para evitar la rotación de las ortesis con respecto a la pierna del paciente cuando este flexiona las piernas se incorporó un soporte de cadera que vincula las fijaciones de cada pierna. Para garantizar que la ortesis sea capaz de resistir los esfuerzos a los que estará sometida se realizó un análisis de tensiones mediante un software de elementos finitos a la fijación superior, por ser la que esta sometida a las mayores solicitaciones.
Resumen en inglés
The objective of this work is to perform the feasibility analysis and a significant improved design of an orthosis able to correct a knee malformation. The design process is detailed in the manuscript, the existing treatments for genu varum and genu valgum are studied, a bibliographic research of existing devices is carried out and it is observed that there is no non-surgical device that acts imposing a corrective force instead of a displacement. The work is based on a patient that suffers from congenital achondroplasia and genu valgum. An orthosis will be designed to help correct the deviation of his legs. For this the orthosis will impose a corrective force, which was estimated at 50 N. The orthosis will be articulated to allow the patient to walk and will perform the force with a strip. Through a material selection process it was defined to manufacture the orthosis by 3D printing of nylon and to manufacture the strip by superimposing 4 strips of steel of low thickness. Three prototypes were manufactured to evaluate different factors. Based on these and the analysis that was made of the orthosis, the final model was designed. The proposed system is composed of a fixation on each ankle, on which the corrective force is applied, exerted by a strip, linked at the opposite end, by means of a joint, to a fixation on the proximal section of the patient's leg. To avoid the rotation of the orthoses with respect to the leg of the patient when he flexes his legs, a hip support was incorporated, which links the fixations of each leg. To ensure that the orthosis is able to withstand the stresses to which it will be subjected, a stress analysis was carried out using finite element software to the upper fixation, since it is the one that is subjected to the greatest demands.
| Tipo de objeto: | Tesis (Proyecto Integrador Ingeniería Mecánica) |
|---|---|
| Palabras Clave: | Congenital malformations; Malformaciones congénitas; [Orthesis; Ortesis; Knee orthosis; Ortesis de rodilla] |
| Referencias: | [1] Torrijos, J. P. Cartilago crecimiento, salter harris. Hospital Rafael Estevez. 1 [2] Hansson, L. I., Zayer, M. Physiological genu varum. Acta Orthopaedica Scandinavica, 1975. 2 [3] Serap Alsancak, S. G., Kinik, H. Orthotic variations in the management of infantile tibia vara and the results of treatment. Prosthetics and Orthotics International, 2013. 3 [4] Burghardt, R. D. M., Specht, S. C. M., Herzenberg, F., John E. MD. Mechanical failures of eight-plateguided growth system for temporary hemiepiphysiodesis. Journal of Pediatric Orthopaedics, 30, 594-597, 2010. 3 [5] Takatori, Y., Iwaya, T. Orthotic management of severe genu varum and tibia vara. Journal of pediatric orthopaedics, 1984. 4 [6] Trosclair., M. Corrective braces for genu valgum and genu varum. Orthopedic Appliances, University of Texas, Medical Branch, Galveston, Texas, 1959. 4 [7] Taybi H, L. R. Radiology of syndromes, metabolic disorders, and skeletal dysplasias. pág. 749, 1996. 5 [8] SE., K. Orthopedic complications of dwarfism. Clin Orthop, 20, 114-153, 1976. 5 [9] Stanley G, B. R., McLoughlin S. Observations on the cause ofbowlegs in achondroplasia. J Pediatr Orthop, 2002. 5 [10] Shan, G., Visentin, P., Elsheikh, A., Ballo, A., Moritz, N., Zhao, J., et al. Biomechanics. Principles, Trend and Applications. 2010. 9 [11] Tarnita, D., Catana, M., Tarnita, D. N. Contributions on the modeling and simulation of the human knee joint with applications to the robotic structures, new trends on medical and service robotics: Challenges and solutions. Springer, págs. 283-297, 2014. 11 [12] Moulon, P., Monasse, P., Marlet, R., Others. Openmvg. an open multiple view geometry library. https://github.com/openMVG/openMVG. 15 [13] Blender Online Community. Blender - a 3D modelling and rendering package. Blender Foundation, Blender Institute, Amsterdam, 2015. URL http://www.blender.org. 15 [14] Cignoni, P., Callieri, M., Corsini, M., Dellepiane, M., Ganovelli, F., Ranzuglia, G. MeshLab: an Open-Source Mesh Processing Tool. En: V. Scarano, R. D. Chiara, U. Erra (eds.) Eurographics Italian Chapter Conference. The Eurographics Association, 2008. 15 [15] Timoshenko, S. Resistencia de materiales, primera parte, teoría elemental y problemas. ES-PASA - CLAPE. 21 [16] http://www-cast3m.cea.fr/. 22 [17] Rosenberg, N. M., Bull, A. M. J. Application of a mechanobiological algorithm to investigate mechanical mediation of heterotopic bone in trans-femoral amputees. Nature, 2018. 28 |
| Materias: | Medicina > Malformaciones congénitas Medicina |
| Divisiones: | Gcia. de área de Investigación y aplicaciones no nucleares > Gcia. de Física > Ciencias de materiales > Física de metales |
| Código ID: | 839 |
| Depositado Por: | Tamara Cárcamo |
| Depositado En: | 17 Mar 2021 12:57 |
| Última Modificación: | 17 Mar 2021 12:57 |
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