SECTOR TECNOLÓGICO

La presente invención se relaciona con la Ingeniería aplicada a la medicina (Bioingeniería) y se refiere a un dispositivo para ser usado en salas de cirugía con el objetivo de reducir los riesgos de lesión de espalda de los médicos cirujanos y la liberación de presiones en los miembros inferiores, mediante soportes que disminuyen las cargas que tiene que soportar su sistema musculoesquelético durante una intervención quirúrgica de larga duración.

Dicho dispositivo de ortesis activa proporciona soporte a la región pélvica, reduce las cargas soportadas por la espalda baja, no incomoda al médico durante la intervención y evita daños en las piernas tales como la vena varice mediante la reducción de las cargas que soportan las piernas.

ESTADO DE LA TÉCNICA

Hoy en día se están haciendo muchos exoesqueletos para intentar vencer las limitaciones humanas o en algunos casos para suplir los déficits, son usados en amplios campos, desde el militar hasta la rehabilitación. La mayoría de exoesqueletos son diseñados para las extremidades inferiores, debido a que esta parte del cuerpo es la encargada de soportar la mayor parte del peso corporal, de la locomoción y además es la más vulnerable a las lesiones.

Hay dispositivos que han aportado grandes avances a este tipo de aplicaciones gracias a su construcción que requiere de un diseño robusto y unas técnicas de construcción avanzadas, uno de los más reconocidos a nivel militar es el "Berkeley Lower Extremity Exoskeleton (BLEEX)", el cual desarrolló tecnologías fundamentales asociadas con el diseño y control de un exoesqueleto autónomo eléctricamente para las extremidades inferiores aumentando la fuerza y el desempeño durante la

i locomoción ¹ . Por otro lado, está el HAL de cyberdyne, uno de los exoesqueletos más avanzados, que fue concebido desde sus inicios para ayudar a los ancianos y a las personas discapacitadas ² .

En cuanto a exoesqueletos con aplicaciones médicas, se han efectuado varios intentos para obtener un dispositivo que reduzca los riesgos de lesión de espalda de los médicos cirujanos. En la labor de encontrar dicho dispositivo se han generado varios documentos de patente, entre ellos se encuentra la patente US20080045374 que describe un dispositivo para rehabilitación (AKROD) que se centra en la articulación de la rodilla y desarrolla un diseño muy innovador para la rehabilitación a pacientes con accidentes cerebro vasculares que sufren de híper-extensión de la rodilla en la fase de apoyo de la marcha y de flexión reducida de la rodilla durante la fase de balanceo.

Otro documento dirigido a un dispositivo reducido de apoyo glúteo-lumbar para uso por medio de un cirujano (odontológico o médico) o el personal auxiliar, es la patente ES 2129284. El dispositivo de dicho documento comprende un asiento y un respaldo regulable en altura mediante el husillo roscado y apoyado en una pluralidad de patas o soportes, por lo menos cinco, con sistema de giro sobre bolas. Este dispositivo es especialmente diseñado para ser utilizado por un odontólogo y su personal auxiliar, ya que permite el mantenimiento de la posición de máximo equilibrio entre todos los segmentos corporales implicados en la postura de trabajo y así evitar problemas relacionados con las largas horas de trabajo en una misma posición. Sin embargo, dicho dispositivo corresponde simplemente un asiento con un soporte ergonómico, pero no cuenta con ningún tipo de control de motores ni electrónico para ayudar en el soporte de las partes del cuerpo del cirujano y así evitar los problemas relacionados con espalda, extremidades inferiores, etc.

Kazerooni H. Exoskeletons for Human Power Augmentaron. IEEE/RSJ International Conference on Intelligent Robots and Systems, August 2005.

² Kawamura Y., "Study on Exoskeleton Power Assist HAL for walking Aid using EMG." Nippon Robotto Gakkai Gakujutsu Koenkai Yokoshu Vol 18, 2000. Complementando la Información existente en el estado de la técnica, resulta necesario Incluir el documento US 2008249438, que divulga un aparato de entrenamiento y el método de uso del mismo para suministrar asistencia de movimiento de piernas a un paciente, donde el aparato comprende una estructura de soporte y una o más ortesls de pierna unidas a la estructura de soporte, donde cada ortesls de pierna comprende un miembro de muslo unido a la estructura de soporte en una unión de cadera, y un miembro de pierna unido al miembro de muslo en una unión de rodilla. Así, los dos miembros tienen sus respetivos conectores para asegurarlos a las correspondientes partes del cuerpo del paciente. Dicho aparato es para ayudar a los pacientes en su terapia para caminar u otra actividad similar, y no para ayudar a un cirujano al momento de hacer una cirugía. Igualmente, dicho aparato no cuenta con ningún tipo de sistema electrónico ni motores para ayudar con el movimiento.

Para reducir lesiones de espalda en los cirujanos durante las Intervenciones quirúrgicas, se han usado taburetes altos o las sillas de Inclinación de la pelvis ³ mas no obstante al ser dichas soluciones estáticas, no se ajustan a la necesidad de movimientos del médico y no pueden ser usadas sino en pocos tipos de Intervención con limitaciones de posiciones y grados de libertad.

Es claro que en el estado de la técnica no existen dispositivos dinámicos con la capacidad de proporcionar soporte a la reglón pélvica, reducir las cargas soportadas por la espalda baja, y de no Incomodar al médico durante una Intervención.

Considerando la Información anterior, es evidente que existía en el estado de la técnica la necesidad de contar con dispositivos que reduzcan los riesgos de lesión de espalda de los médicos cirujanos que sean dinámicos.

³ Esser Adam C, MD, James G. Koshy, Ph.D, Henry W. Randle, MD, Ph.D. "Ergonomics ¡n Office-Based Surgery: A Survey-Guided Observational Study". American Society for Dermatologic Surgery, Inc. November 2007 DESCRIPCION DE LAS FIGURAS

La invención puede ser entendida de una mejor forma por medio de las figuras, donde se muestran cada uno de los elementos que componen la ortesis activa de la invención. Además, las figuras muestran los números de referencia asignados a los elementos que conforman dicho dispositivo.

Figura 1. Diseño conceptual de la ortesis activa, a) Vista frontal, b) vista lateral c) vista en perspectiva.

Figura 2. Partes de la ortesis activa de la invención.

Figura 3. Vista del ensamblaje con actuadores y sistema de bloqueo b) Detalle sistema de bloque de articulaciones unión inferior de las piernas- base

Figura 4. Vista explosionada con cada uno de los componentes del dispositivo de la invención.

Figura 5. Vistas de la Base del dispositivo.

Figura 6. Vistas del eje de soporte para articulación inferior

Figura 7. Vistas de la Unión inferior de las piernas.

Figura 8. Vistas de la Unión superior de las piernas.

Figura 9. Vistas del Soporte para pelvis.

Figura 10. Vistas del Soporte para pecho.

Figura 11. Ejemplos de posiciones del usuario que pueden ser programadas en el dispositivo de la invención.

Figura 12. Diagrama de control del dispositivo.

DESCRIPCION DETALLADA DE LA INVENCION

La presente invención está dirigida a un dispositivo para ser usado en salas de cirugía para disminuir cargas sobre las articulaciones del médico durante una intervención quirúrgica de larga duración. Dicho dispositivo tiene un carácter activo, lo que significa que puede ser adaptado dinámicamente en los momentos de la intervención de cirugía con posiciones predeterminadas, mediante control con circuitos electrónicos. El dispositivo da soporte a la región pélvica, reduce las cargas soportadas por la espalda baja, y es ajustable a las posiciones programadas con el fin de evitar problemas de salud ocupacional como venas varice entre muchos otros problemas de los profesionales que se encuentran sometidos a largos periodos en posición erguida. Dicho dispositivo consta de una estructura mecánica con capacidad de bloquearse y de una estructura electrónica de control. Igualmente, posee una pantalla táctil que permite el control de las posiciones de acuerdo a la disposición y necesidad del médico.

El dispositivo (1 ) de la presente invención cuenta con un soporte para la pelvis (100) que permite la inclinación de la misma de acuerdo a las necesidades de los médicos cirujanos, reduciendo así las fuerzas ejercidas en las articulaciones inferiores. El dispositivo igualmente incluye un soporte para el pecho (200), el cual reduce las cargas soportadas por la espalda transmitiéndolas al dispositivo. La estructura soporta el peso del médico y se adapta a las posiciones programadas que son más frecuentes en los diferentes tipos de cirugías.

Estructura mecánica

La estructura del dispositivo (1 ) tiene 5 partes fundamentales que son la base (300), la unión inferior de las piernas (400), la unión superior de las piernas (500), el soporte para pelvis (100) y soporte para pecho (200).

El dispositivo (1 ) de la presente invención puede estar hecho de acero inoxidable, debido a que este dispositivo va a estar dentro de una sala de cirugía y se requiere que sea fácil de limpiar y no presente degradación por contaminación de fluidos como la sangre. Este material permite además de la fácil esterilización, una resistencia mecánica las condiciones de peso y movimiento.

El dispositivo de la invención comprende adicionalmente cuatro motores iguales (600a, 600b, 600c, 600d), los cuales están instalados en las distintas articulaciones del dispositivo (2, 3, 4 y 5) para obtener las posiciones que se necesiten durante su funcionamiento. La articulación (2) corresponde a la articulación inferior, que se da entre la base (300) y la unión inferior de piernas (400). La articulación (3) corresponde a la articulación media inferior, que se da entre la unión inferior de piernas (400) y la unión superior de piernas (500). La articulación (4) corresponde a la articulación media superior, que se da entre la unión superior de piernas (500) y el soporte para pelvis (100). La articulación (5) corresponde a la articulación superior, que se da entre la unión superior de piernas (500) y el soporte para pecho (200).

Los motores (600) deben proporcionar un par de entre 1 1 Nm y 18Nm una velocidad angular de entre 60 rad/min y 70 rad/min, los cuales son ideales para reducir las cargas que tiene que soportar el peso del médico cirujano. Los motores (600) comprenden un codificador (601 ) incorporado que posee una resolución de entre 2000 pulsos y 2500 pulsos por revolución. Dicho codificador (601 ) permite realizar el control de posición del motor (600).

La estructura del dispositivo (1 ) está diseñada con un sistema de resortes (6) que disminuyen las cargas a ser transmitidas por los motores (600) y un sistema de bloqueo (700) en la articulación inferior (2) que ayuda a soportar las distintas posiciones programadas para del dispositivo.

Este sistema de bloqueo (700) está comprendido por un solenoide (701 ) y una guía agujereada (702), de tal forma que el solenoide (701 ) permanece bloqueando la articulación en una posición hasta que se decide pasar a otra, momento en el cual este se retrae y se activa el motor (600a) simultáneamente, moviendo el dispositivo hasta la nueva posición requerida donde se activa de nuevo el solenoide (701 ) y bloquea la articulación (2) en la nueva posición.

A continuación se muestra una descripción detallada de los componentes del dispositivo (1 ) :

Componente base (300):

La Figura 5 muestra la base (300 del dispositivo (1 ) se encarga de soportar toda la estructura, por lo cual dicha base comprende agujeros (301 ) para ser anclada al piso mediante pernos.

La base (300) corresponde a una lamina plana que tiene soportes para los pies (302), de forma tal que el usuario del dispositivo pueda ubicarse adecuadamente en él; así mismo tiene un soporte principal (303) que permite anclar un motor (600a), un eje de soporte de articulación inferior (304) y la unión inferior de las piernas (400) a la base (300).

Dicho eje de soporte de la articulación inferior (304) como se muestra en la Figura 6 está diseñado con el propósito de encajar la unión inferior de las piernas (400) a la base (300) y al motor (600a).

Este eje de soporte de articulación inferior (304) tiene un soporte circular agujereado (702) para el sistema de bloqueo (700), el cual permite la entrada del eje del solenoide (701 ) en las distintas posiciones que se programan para el dispositivo. Así mismo, dicho eje de soporte de articulación inferior (304) comprende una pestaña (305) que permite encajar un resorte de torsión (703) y limita su movimiento a lo largo del eje. La base (300) del dispositivo (1 ) y los elementos de la misma están hechos de manera preferente de acero inoxidable.

Unión inferior de las piernas (400):

Este elemento (400) de la estructura, como su nombre lo dice, es el encargado de unir las articulaciones (2 y 3) de la estructura, las cuales corresponden a los movimientos de la rodilla y el tobillo del usuario.

La unión inferior de las piernas (400) consta de un componente estructural cuadrado

(401 ) y de dos ejes (402 y 403), que se encuentran ubicados en cada uno de los extremos del componente estructural (401 ). En el extremo inferior está ubicado el eje

(402) , que está diseñado para acoplar un rodamiento radial de bolas (404) que se sujeta al eje de soporte para articulación inferior (304) y también está diseñado para ser acoplado al eje del motor inferior (600a). En el extremo superior se tiene un eje hueco (403) que permite alojar el cuerpo del motor (600b) y permite que el eje inferior (502) de la unión superior de las piernas (500) se acople al motor (600b). La unión inferior de las piernas (400) mostrada en la Figura 7, comprende además un soporte (404) para anclar el solenoide (701 ) del sistema de bloqueo (700) a la estructura de unión inferior de las piernas (400). La unión inferior (400) del dispositivo (1 ) y los elementos de la misma están hechos de manera preferente de acero inoxidable.

Unión superior de las piernas.

La unión superior de las piernas (500) mostrada en la Figura 8, es la encargada de realizar la unión entre el soporte para la pelvis (100) y la unión inferior de las piernas (400). Dicha unión superior (500) comprende un elemento estructural cuadrado (501 ) con un ángulo (504) que va entre 30° y 35°, y dos ejes mecanizados en los extremos (502 y 503). Dicho ángulo (504) permite giros en la cadera del usuario del dispositivo (1 ), en torno al eje del extremo superior (503) de modo que la unión superior (500) no se choque contra el soporte para la pelvis (100).

El eje mecanizado de la extremidad inferior (502), tiene dos ejes de diámetros distintos de forma que el más ancho encaja dentro del rodamiento (404) que permite que se encaje la unión inferior de las piernas(400) y el más delgado pasa para permitir que la unión superior de las piernas(500) encaje con el eje del motor (600b) que está alojado en el eje hueco (403) del extremo superior de la unión inferior de piernas (400), de tal forma que se va a tener una rotación relativa entre la unión inferior (400) y la superior (500) lo que permite la flexión y extensión de la rodilla del usuario del dispositivo (1 ). La unión superior (500) del dispositivo (1 ) y los elementos de la misma están hechos de manera preferente de acero inoxidable.

Soporte para la pelvis (100):

El soporte para pelvis (100) de la Figura 9 está compuesto principalmente por un asiento (101 ) que tiene forma de "U", un espaldar (102) y dos uniones (103). Dicho asiento (101 ) con forma de "U" tiene en uno de sus extremos un eje cilindrico (104) que se aloja en el eje hueco (105) que tiene el espaldar (102) en su parte inferior.

Las uniones (103) las conforman dos tapas cuadradas paralelas unidas por una tapa cuadrada (103c) que está ubicada de manera perpendicular a dichas tapas (103a y 103b) y el los extremos de las tapas (103a y 103b). Dicha tapa (103a) presenta un eje hueco que permite que el eje cilindrico (204) sea introducido y así las uniones (103) se acoplen con el asiento (101 ) y el espaldar (102) quedando en la parte posterior de dicho espaldar (102). Las uniones (103) se acoplan con el asiento (101 ) y el espaldar (102) de manera tal que la parte externa de la tapa (103b) de cada una de las uniones queden mirando en la misma dirección, y de tal forma que las tapas (103b) de las uniones queden mirando hacia afuera del soporte para pelvis (100). La tapa (103b) de la unión tiene un eje hueco con huecos para pernos.

Así mismo, estas tapas (103b) poseen unas estructuras para montar el cuerpo de los motores (600c y 600d), los cuales van a permitir la flexión y extensión de la espalda baja y el giro de la cadera en torno a al eje del acople.

Los ejes huecos de las tapas (103b) de las uniones (103) permiten que se acople el soporte de pelvis (100) con la unión superior de las piernas (500) y con el soporte para el pecho (100).

De esta manera, la unión superior de las piernas (500) se une con el soporte de pelvis (100) mediante el acople del conjunto formado por el eje hueco superior (503), el motor (600c) y un rodamiento (106), a la unión (103) izquierda de dicho soporte de pelvis (100). El soporte de pecho (200) se une al soporte de pelvis (100) mediante el acople del conjunto formado por el eje hueco inferior (202) del soporte de pecho (200), el motor (600d) y un rodamiento (107), a la unión (103) derecha de dicho soporte de pelvis (100).

El soporte para pelvis a diferencia de los componentes descritos anteriormente está hecho de manera preferente de plástico, debido a su forma compleja, la cual junto con recubrimientos en espuma en la parte inferior y posterior tienen el propósito de brindar comodidad al usuario.

Soporte para pecho (200):

Este componente mostrado en la Figura 10, es el encargado de reducir las cargas que produce la parte superior del tronco del usuario sobre la espalda baja. Dicho soporte de pecho (200) está diseñado para realizar el soporte para el pecho de tal forma que no incomode al médico durante el uso del dispositivo (1 ) y que a la vez le permita tener la libertad de movimiento que necesita en los miembros superiores.

Al igual que las uniones de las piernas (400 y 500) dicho elemento está formado por un miembro estructural cuadrado (201 ) y ejes mecanizados (202 y 203) de acuerdo a las necesidades en los extremos de dicho elemento (200). El miembro estructural (201 ) posee una forma especial que rodea la cadera del usuario y sube con un ángulo de aproximadamente 60° por el tronco hasta llegar al pecho (una longitud que puede variar entre 500 mm y 600mm) sin limitar u obstruir los posibles movimientos de las extremidades superiores, como se muestra en la Figura 10.

El eje inferior (202) es un eje hueco que permite acoplar un rodamiento (107) radial de bolas de tal forma que una este componente (200) al eje de la unión (103) derecha del soporte para la pelvis (100) y a su vez permita el acople con el eje del motor (600d) para así poder tener libertad de movimiento en cuanto a la rotación entre la espalda y la pelvis del usuario en torno al eje del soporte de pecho (200). En el extremo superior del soporte para pecho (200) hay una placa (204) que permite hacer un anclaje con un caballete (205) que a su vez se une a una pechera (206).

Sistema de control.

El dispositivo de la invención comprende además un sistema de control (800) de la posición de los elementos de la estructura del dispositivo (1 ). Dicho sistema de control (800) está comprendido por un panel (801 ), un controlador PLC (802), los motores (600) y los codificadores (601 ) de cada motor.

El panel (801 ) está ubicado por fuera de la ortesis de forma que pueda ser accionado por un asistente de acuerdo a las órdenes del médico, debido a que por condiciones de esterilidad este no lo puede tocar. Dicho panel permite cambiar las posiciones programadas dependiendo de la necesidad del usuario, por lo que el usuario puede elegir entre 1 y 5 posiciones diferentes mediante la manipulación del panel (801 ). Las posiciones usualmente utilizadas por los médicos durante las intervenciones quirúrgicas suelen tener una inclinación de la columna con respecto a la posición vertical, de 0 a 20 grados. Por lo cual el dispositivo de la invención se diseña para adoptar entre 1 y 5 posiciones distintas teniendo dicho rango de inclinación de la columna del usuario.

El panel (801 ) es preferiblemente un panel de control táctil con protocolo SGC, en el cual se programan las diversas posiciones que va a adoptar el usuario. En el momento en que el usuario selecciona una posición, el panel se comunica por protocolo SGC con un controlador PLC, el cual se programa para comunicarse mediante envió y recepción serial con el panel y analiza las señales obtenidas activando los motores (600a, 600b, 600c y 600d) hasta que llegan a la posición deseada, lo cual se puede medir mediante el uso de los codificadores que vienen integrados a los dichos motores; Al llegar a la posición deseada se activa el sistema de bloqueo mediante la activación del solenoide para finalmente quedar en la posición deseada soportando cargas del cuerpo del médico cirujano.