Ingeniería en Biomédica
Cátedra Abierta
Biomecánica:
Una Aplicación de la Física, Fisiología y la
Matemática
Lisandro José Puglisi
Junio 2007
Temario
Biomecánica
Biomecánica Aplicada
Análisis de la Marcha
Diseño de Ortesis Dinámica Potenciada
Ingeniería Biomédica - Cátedra Abierta 2007
Lisandro J. Puglisi
Biomecánica
•Relaciones entre los tejidos y órganos del cuerpo y sus tensiones mecánicas
(Benno Kummer, 1971)
•Conocimiento del papel que juegan las fuerzas mecánicas que producen
movimientos, su soporte autonómico, iniciación neurológica, control integrado y
percepción, así como su diseño central (Consejo Internacional del Deporte y Ed.
Física. UNESCO, 1971)
•Estudio del cuerpo humano como un sistema bajo dos conjuntos de leyes: las
leyes de la Mecánica Newtoniana y las leyes Biológicas (Comité de la Asociación
Americana de Ing. Mecánica 1978)
•Conjunto de conocimientos interdisciplinarios generados a partir de utilizar con
el apoyo de otras ciencias biomédicas, los conocimientos de la mecánica y
distintas tecnologías en:
• el estudio del comportamiento de los sistemas biológicos y, en particular
del cuerpo humano
•Resolver los problemas que le provocan las distintas condiciones a las que
puede ser sometido. (IBV, 1992)
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Lisandro J. Puglisi
Biomecánica
BiomecánicaFísica
Fisiología
Matemáticas
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Lisandro J. Puglisi
¿Donde encontramos Biomecánica?
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Lisandro J. Puglisi
Análisis de la Marcha
Marcha: Serie de movimientos cíclicos, sincronizados de las
extremidades
y del tronco que generan un desplazamiento hacia
adelante del centro de gravedad.
Ciclo de la Marcha
Elevación del Talón
Apoyo Medio
Desaceleración
Aceleración
Contacto Talón-Suelo
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Despegue del pie
Despegue
del Pie
Apoyo Medio
Apoyo Plantar
Contacto Talón-Suelo
Aceptación
del peso
Fase de Balanceo
Balanceo Medio
Fase de Apoyo
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Sistema de Medición
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Reconstrucción
Y2
f
Y1
X1
X2
tg   
  tg
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1
x 2  x1
y 2  y1
 x 2  x1 


 y  y 
1 
 2
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Ángulos de Ataque y Reconstrucción
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Patología del Pie Caído
‘ Pie Caído (Foot Drop) ' es un término general
que describe la falta de capacidad de levantar el
pie sobre el tobillo.
Esto imposibilita a la persona desarrollar una
marcha normal.
Una de las causas mas frecuentes, es la lesión del
nervio que inerva al músculo peroneo.
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Fuerzas actuantes
Fuerzas actuantes durante la marcha normal sobre el pie y el tobillo
Contacto Talón-Suelo
Elevación Talón
Apoyo Plantar
Ex
P Fl
P
Pp
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N
P
Fl
Pp
N
Balanceo
Pp
N
Pp
Lisandro J. Puglisi
Fuerzas actuantes
Fase de Balanceo
c
b
Patología Drop Foot
d
Ex
Exl * sene * e
b
+ Fl
+ Fl * senb * b
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+ Pp
+ Pp * send * c
= m
= I
*
*
a
h
Lisandro J. Puglisi
Ortesis Pasivas
Ankle Contracture Boot Posterior Leaf Splint
Swede-O Arch Lok
Single Swedish Ankle Foot Orthotic
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Lisandro J. Puglisi
Ortesis Dinámicas
Ferris-Czerniecki-Hannaford,2005 May
Control EMG TA,Sóleo.
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Blaya-Herr, March 2004.
Lisandro J. Puglisi
Puntos Críticos en el Diseño de un Ortesis
Puntos Críticos en el Diseño de una Ortesis
Peso y Tamaño (materiales)
Comodidad e impacto psicológico
Sin elementos externos
Tamaño
Características de los Actuadores
Sonidos
Energía
Señales de Control
Señales EMG, EEG
Señales de Sensores
De Tiempo Real
Algoritmos de Control
Funciones basado en la Experiencia
Control Adaptativo
Tiempo de Aprendizaje
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Diseño del Lab. de Biomecánica
Lectura de Sensores
EEG
EMG
Control
Marcha Normal
Corrección para evitar lesiones
Sistema
Adaptativo
Sistema
Adaptativo
y Predictivo
Restricciones por SW
Aprendizaje o
Entrenamiento
Sensores
EEG
EMG
Instrumentos : ORTEST
Copiando el Movimiento del otro pie a
partir de sensores.
Decisión
Acción
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Lisandro J. Puglisi
Diseño del Laboratorio de Biomecánica
Diseño CAD
Tres actuadores:
• Emulando Triceps Sural
• Emulando Tibial Anterior
• Emulando Peroneo Anterior
¿Anillos de Agarre?
Sensores
• Localización del Pie: Acelerómetro 3D
• Orientación del Pie: Acelerómetro 3D
• Corrección de pisada: Plantilla de Presión
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Lisandro J. Puglisi
Conclusiones
•Biomecánica = Física + Fisología
•La matemática es una herramienta: No hay que
tenerle miedo!!!!
•Con un adecuado criterio se pueden resolver
grandes problemas
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Lisandro J. Puglisi
Gracias por su Atención
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Prototipo Ortesis de Pie