UNIVERSIDAD CENTRAL DEL ECUADOR FACULTAD DE … · el Art. 144 de la Ley Orgánica de Educación...

UNIVERSIDAD CENTRAL DEL ECUADOR

FACULTAD DE INGENIERÍA, CIENCIAS FÍSICAS Y MATEMÁTICA

CARRERA DE INGENIERÍA EN DISEÑO INDUSTRIAL

Estudio de la influencia del diseño en el campo médico para la fabricación de prótesis

ortopédicas transtibiales personalizadas.

Trabajo de titulación modalidad Proyecto de Investigación, previo a la obtención del título de

Ingeniero en Diseño Industrial

AUTOR: Segura Sánchez William Alberto

TUTOR: Ing. Jorge Mauricio Fuentes Fuentes MSc.

Quito, 2020.

ii

DERECHOS DE AUTOR

Yo, William Alberto Segura Sánchez en calidad de autor y titular de los derechos morales y

patrimoniales del trabajo de titulación ESTUDIO DE LA INFLUENCIA DEL DISEÑO EN EL

CAMPO MÉDICO PARA LA FABRICACIÓN DE PRÓTESIS ORTOPÉDICAS

TRANSTIBIALES PERSONALIZADAS, modalidad proyecto de investigación, de conformidad

con el Art. 114 del CODIGO ORGÁNICO DE LA ECONOMIA SOCIAL DE LOS

CONOCIMIENTOS, CREATIVIDAD E INNOVACIÓN, concedemos a favor de la Universidad

Central del Ecuador una licencia gratuita, intransferible y no exclusiva para el uso no comercial

de la obra, con fines estrictamente académicos. Conservo a mi favor todos los derechos de autor

sobre la obra, establecidos en la normativa citada.

Así mismo, autorizo a la Universidad Central del Ecuador para que realice la digitación y

publicación de este trabajo de titulación en el repositorio virtual, de conformidad a lo dispuesto en

El autor declara que la obra objeto de la presente autorización es original en su forma de expresión

y no infringe el derecho de autor de terceros, asumiendo la responsabilidad por cualquier

reclamación que pudiera presentarse por esta causa y liberando a la Universidad de toda

responsabilidad.

Firma:………………………….

William Alberto Segura Sánchez

CC. 1722499371

Dirección electrónica: [email protected]

el Art. 144 de la Ley Orgánica de Educación Superior.

mailto:[email protected]

iii

APROBACIÓN DEL TUTOR

En mi calidad de Tutor de Titulación, presentado por WILLIAM ALBERTO SEGURA

SÁNCHEZ, para optar por el Título de Ingeniero en Diseño Industrial; cuyo título es: ESTUDIO

DE LA INFLUENCIA DEL DISEÑO EN EL CAMPO MÉDICO PARA LA

FABRICACIÓN DE PRÓTESIS ORTOPÉDICAS TRANSTIBIALES

PERSONALIZADAS, considero que dicho trabajo reúne los requisitos y méritos suficientes para

ser sometido a la presentación pública y evaluación por parte del tribunal examinador que se

designe.

En la ciudad de Quito, 3 del mes de Enero del 2019

Ing. Jorge Mauricio Fuentes Fuentes MSc.

DOCENTE-TUTOR

CC. 1710803949

iv

DEDICATORIA

• A mis padres y hermanos que han sabido apoyarme en todo momento, sobre todo

comprender las situaciones por las que uno debe enfrentar al momento de sacar una carrera

universitaria.

• A mi tutor que ha confiado en mí para poder desarrollar este proyecto, a su tiempo dedicado

y paciencia a lo largo de este periodo.

• A mis lectores que me han guiado en el desarrollo del proyecto y así poder abarcar todos

los temas posibles dentro de la investigación, por el tiempo brindado y lecciones dadas para

ser un mejor profesional y sobre todo mejor persona.

v

AGRADECIMIENTOS

• Agradezco la colaboración de mi tutor por saber comprender y guiarme por el camino

correcto, por sus ideas de mejora.

• Agradezco la colaboración de mis lectores que me han ayudado en todo momento no solo

en el desarrollo de este proyecto sino durante toda la carrera, con enseñanzas, experiencia,

motivación en el campo.

• Agradezco la colaboración de los Doctores, Fisioterapeutas y Licenciados que han sabido

impartir su conocimiento profesional del no ser por su ayuda no hubiera sido posible esta

investigación.

• Agradezco a los Ingenieros, Diseñadores que me han brindado su colaboración y

conocimientos para un mejor desarrollo y análisis de información; siendo de gran

importancia para llevar a cabo la investigación.

vi

CONTENIDO

DERECHOS DE AUTOR ............................................................................................................ ii

APROBACION DEL TUTOR .................................................................................................... iii

DEDICATORIA ........................................................................................................................... iv

AGRADECIMIENTOS ................................................................................................................ v

CONTENIDO ............................................................................................................................... vi

LISTA DE TABLAS ................................................................................................................... xii

LISTA DE FIGURAS ................................................................................................................ xiii

RESUMEN.................................................................................................................................. xvi

ABSTRACT ............................................................................................................................... xvii

1. CAPITULO I.......................................................................................................................... 1

1.1. PROBLEMATIZACIÓN /ANTECEDENTES / PREGUNTAS DE

INVESTIGACIÓN). .................................................................................................................. 1 1.1.1. Planteamiento del Problema ............................................................................................................ 1 1.1.2. Formulación del problema ............................................................................................................... 4

¿De qué forma influencia el diseño en el desarrollo de la prótesis transtibiales asociadas a

las personas amputadas? .......................................................................................................... 4 1.1.3. Preguntas directrices ....................................................................................................................... 4

1.2. OBJETIVOS ................................................................................................................... 5 1.2.1. Objetivos generales ......................................................................................................................... 5 1.2.2. Objetivos específicos ...................................................................................................................... 5

1.3. JUSTIFICACIÓN .......................................................................................................... 6

1.4. HIPÓTESIS .................................................................................................................... 8 1.4.1. Variables Dependientes ................................................................................................................... 8 1.4.2. Variables Independientes ................................................................................................................ 8

2. CAPITULO II ........................................................................................................................ 9

2.1. FUNDAMENTACIÓN TEÓRICA ............................................................................... 9 2.1.1. Introducción .................................................................................................................................... 9 2.1.2. Antecedentes de las prótesis de miembro inferior .......................................................................... 10 2.1.3. Historia de las prótesis .................................................................................................................. 11

2.1.3.1. 3000 BCE (antes de la era común). ........................................................................................... 11 2.1.3.2. 424 BCE (Del 424 a. C. al 1 a. C.) ............................................................................................ 11 2.1.3.3. Alta Edad Media (476 a 1000) .................................................................................................. 12 2.1.3.4. El Renacimiento 1400 AD ........................................................................................................ 13 2.1.3.5. El Renacimiento 1500 AD ...................................................................................................... 13 2.1.3.6. El Renacimiento 1696 AD ........................................................................................................ 14 2.1.3.7. Finales del renacimiento 1800 AD ............................................................................................ 14 2.1.3.8. Año 1846 AD ........................................................................................................................... 15 2.1.3.9. Año 1858 AD ........................................................................................................................... 15

vii

2.1.3.10. Año 1861 AD (Guerra Civil EUA) ....................................................................................... 16 2.1.3.11. Año 1863 AD ....................................................................................................................... 16 2.1.3.12. Año 1868 AD ...................................................................................................................... 17 2.1.3.13. Año 1900 Siglo XX .............................................................................................................. 17 2.1.3.14. Año 1912 .............................................................................................................................. 18 2.1.3.15. Año 1950 (AOPA) ................................................................................................................ 18 2.1.3.16. Año 1956 Europa y Japón ..................................................................................................... 19 2.1.3.17. Año 1980 Fibra de grafito ..................................................................................................... 19 2.1.3.18. Año 2011 Robótica y biónica ................................................................................................ 20 2.1.3.19. Año 2015 Sueños Peumayén ................................................................................................. 20 2.1.3.20. Innovaciones actuales de prótesis. ......................................................................................... 21 2.1.3.21. Año 2016. ............................................................................................................................. 21

2.1.4. Amputación .................................................................................................................................. 22 2.1.4.1. Distribución de las amputaciones por causa .............................................................................. 22 2.1.4.2. Niveles de amputación .............................................................................................................. 23 2.1.4.3. Frecuencia de amputación ......................................................................................................... 24

2.1.5. Tipos de prótesis ........................................................................................................................... 25 2.1.5.1. (González, Arce, 2005) menciona: ............................................................................................ 25 2.1.5.2. (González, Arce, 2005) menciona ............................................................................................. 25

2.1.6. Metodologías de diseño ................................................................................................................. 26 2.1.6.1. Metodología Kano .................................................................................................................... 26 2.1.6.2. Ingeniería Kansei ...................................................................................................................... 28

2.1.6.2.1. Diferencial Semántico ......................................................................................................... 28 2.1.7. QFD .............................................................................................................................................. 28 2.1.8. Tipo de estudio.............................................................................................................................. 29

2.1.8.1. Estudios exploratorios o formulativos ....................................................................................... 29 2.1.9. Fuentes y Técnicas para la recolección de la información .............................................................. 30

2.1.9.1. Técnicas para recolección de datos ............................................................................................ 30 2.1.10. Manejo de datos ............................................................................................................................ 30

3. CAPITULO III .................................................................................................................... 32

3.1. METODOLOGÍA / DISEÑO DE LA INVESTIGACIÓN ....................................... 32 3.1.1. Fuentes y Técnicas para la recolección de la información .............................................................. 32

3.1.1.1. Técnicas para recolección de datos ............................................................................................ 32 3.1.2. Tratamiento de la información (Población, muestra, recopilación, procesamiento de datos,

interpretación) ................................................................................................................................................ 32 3.1.2.1. Población y muestreo ................................................................................................................ 32

3.1.2.1.1. Muestreo intencionado ........................................................................................................ 33 3.1.2.1.2. Restricciones de la muestra ................................................................................................. 33

3.1.2.2. Manejo de datos ........................................................................................................................ 34

3.2. Diseño de la investigación ............................................................................................ 35

3.3. Procedimiento para el cumplimiento de la investigación. ........................................ 36 3.3.1. Información de investigación a personas. ...................................................................................... 36 3.3.2. Información de investigación escrita. ............................................................................................ 36 3.3.3. Información de investigación en el entorno ................................................................................... 37

3.4. Rehabilitación e inicio del diseño de una prótesis transtibial. ................................. 37 3.4.1. Entrevistas en el área médica (Doctores traumatólogos y ortopedia). ............................................. 38 3.4.2. Encuestas en el área médica (Fisioterapeutas)................................................................................ 38

3.5. Necesidades del cliente en una prótesis ortopédica transtibial ................................ 39

viii

3.5.1. Requerimientos Técnicos .............................................................................................................. 39 3.5.1.1. Formato de encuestas. ............................................................................................................... 39 3.5.1.2. Interpretación Ingenieril de los resultados de las encuestas ........................................................ 40 3.5.1.3. Análisis Checklist ..................................................................................................................... 40 3.5.1.4. Metodología Kano .................................................................................................................... 40

3.5.2. Requerimientos Estéticos .............................................................................................................. 41 3.5.2.1. Formulación de encuesta ........................................................................................................... 41 3.5.2.2. Ingeniería Kansei ...................................................................................................................... 41

3.5.2.2.1. Diferencial Semántico. ........................................................................................................ 42 3.5.2.3. Interpretación de resultados de las encuestas ............................................................................. 42

3.5.3. Requerimientos Emocionales ........................................................................................................ 43 3.5.3.1. Formulación de encuesta ........................................................................................................... 43 3.5.3.2. Diseño Emocional ..................................................................................................................... 44 3.5.3.3. Interpretación de resultados de las encuestas ............................................................................. 44

3.6. Parámetros de Diseño .................................................................................................. 45 3.6.1. Medidas de una pierna................................................................................................................... 46 3.6.2. Medidas de la planta del pie .......................................................................................................... 46 3.6.3. Ángulos de movimiento del pie ..................................................................................................... 46

3.7. Diseño de la prótesis con requerimientos técnicos .................................................... 46 3.7.1. Análisis QFD ................................................................................................................................ 46

3.7.1.1. Identificación de los QUES y COMOS ..................................................................................... 46 3.7.1.2. Diagrama de afinidad de los COMOS ....................................................................................... 47 3.7.1.3. Grado de importancia de los QUES. .......................................................................................... 47 3.7.1.4. Matriz de relaciones .................................................................................................................. 47 3.7.1.5. Dificultad Organizacional ......................................................................................................... 48 3.7.1.6. Vector de CUANTOS ............................................................................................................... 48 3.7.1.7. Evaluación competitiva técnica ................................................................................................. 48 3.7.1.8. Evaluación competitiva ............................................................................................................. 49 3.7.1.9. Ponderación de los COMOS ..................................................................................................... 49 3.7.1.10. Matriz de correlaciones ......................................................................................................... 49 3.7.1.11. Diagnóstico de la QFD ......................................................................................................... 50 3.7.1.12. Estructura Funcional ............................................................................................................. 50

3.7.2. Diseño conceptual ......................................................................................................................... 50 3.7.2.1. Propuesta de principios de solución (carta morfológica) ............................................................ 50 3.7.2.2. Selección de bocetos (Matriz de Pugh) ...................................................................................... 50

3.7.3. Traducción, eliminación y documentación..................................................................................... 51 3.6.3.1. Metodología de selección de materiales (Traducción) ................................................................... 51 3.6.3.2. Selección de materiales ................................................................................................................. 52

3.6.3.2.1. Faja Elástica ....................................................................................................................... 52 3.6.3.2.2. Socket ................................................................................................................................. 52 3.6.3.2.3. Sistema de ensamble ........................................................................................................... 53 3.6.3.2.4. Pie superior ......................................................................................................................... 53 3.6.3.2.5. Pie Inferior .......................................................................................................................... 54

3.6.3.3. Definir el material de cada elemento. ........................................................................................ 54 3.6.3.4. Procesos de fabricación ............................................................................................................. 55

3.7.4. Resorte óptimo para la prótesis transtibial ..................................................................................... 55 3.7.5. Modelado de la prótesis transtibial técnica .................................................................................... 55

3.7.5.1. Modelado del socket ................................................................................................................. 55 3.7.5.2. Análisis de esfuerzos................................................................................................................. 56

3.8. Adaptación de los requerimientos estéticos a la prótesis transtibial técnica .......... 57

ix

3.8.1. Selección de materiales luego de requerimientos estéticos ............................................................. 58 3.8.1.1. Dedos ....................................................................................................................................... 58 3.8.1.2. Tapón Eje ................................................................................................................................. 58

3.8.2. Definir el material ......................................................................................................................... 59 3.8.3. Proceso de fabricación .................................................................................................................. 59 3.8.4. Modelado de la prótesis transtibial estética .................................................................................... 59

3.8.4.1. Análisis de esfuerzos................................................................................................................. 60

3.9. Adaptación de los requerimientos emocionales a la prótesis transtibial estética ... 61 3.9.1. Selección de materiales ................................................................................................................. 61

3.9.1.1. Protector delantero y posterior .................................................................................................. 61 3.9.1.2. Base pie y base dedos ............................................................................................................... 62

3.9.2. Definir el material ......................................................................................................................... 62 3.9.3. Proceso de fabricación .................................................................................................................. 62 3.9.4. Modelado de la prótesis transtibial emocional ............................................................................... 63

3.9.4.1. Análisis de esfuerzos................................................................................................................. 63 3.9.5. Selección tratamiento superficial (Pintado).................................................................................... 64

3.10. Evaluación del diseño ............................................................................................... 64

3.11. Validación del diseño ................................................................................................ 65

4. CAPITULO IV ..................................................................................................................... 65

4.1. Resultados de la rehabilitación del miembro afectado ............................................. 65 4.1.1. Interpretación de las respuestas de las entrevistas a doctores (traumatología y ortopedia). ............. 65 4.1.2. Resultados de las entrevistas a doctores (traumatología y ortopedia) ............................................. 66 4.1.3. Interpretación de las respuestas de las entrevistas a encuestas a fisioterapeutas .............................. 67

4.1.3.1. Tratamientos para el atrofiamiento muscular ............................................................................. 67 4.1.3.1.1. Tratamiento de rehabilitación del hueso .............................................................................. 67 4.1.3.1.2. Tratamiento de rehabilitación del músculo .......................................................................... 68 4.1.3.1.3. Rehabilitación a largo plazo ................................................................................................ 68

4.1.4. Resultado del aumento de masa muscular ...................................................................................... 68 4.1.5. Cálculo de la ecuación del aumento de masa muscular con respecto al tiempo............................... 69

4.2. Resultados de las necesidades del cliente en una prótesis ortopédica transtibial... 70 4.2.1. Requerimientos Técnicos .............................................................................................................. 70

4.2.1.1. Resultados del análisis Checklist ............................................................................................... 70 4.2.1.2. Metodología Kano .................................................................................................................... 71

4.2.2. Requerimientos Estéticos .............................................................................................................. 73 4.2.3. Resultados de requerimientos emocionales .................................................................................... 74

4.3. Resultados de parámetros de diseño........................................................................... 75 4.3.1. Medidas de una pierna................................................................................................................... 75 4.3.2. Medidas de la planta del pie .......................................................................................................... 76 4.3.3. Ángulos de movimiento del pie ..................................................................................................... 76

4.4. Diseño de la prótesis con requerimientos técnicos .................................................... 77 4.4.1. Resultados análisis QFD ............................................................................................................... 77

4.4.1.1. Identificación de los QUES y COMOS ..................................................................................... 77 4.4.1.2. Diagrama de afinidad de los COMOS ....................................................................................... 77 4.4.1.3. Grado de importancia de los QUES. .......................................................................................... 78 4.4.1.4. Matriz de relaciones .................................................................................................................. 78 4.4.1.5. Dificultad Organizacional ......................................................................................................... 79

x

4.4.1.6. Vector de CUANTOS ............................................................................................................... 79 4.4.1.7. Evaluación competitiva técnica ................................................................................................. 80 4.4.1.8. Evaluación competitiva ............................................................................................................ 81 4.4.1.9. Ponderación de los COMOS ..................................................................................................... 81 4.4.1.10. Matriz de correlaciones ......................................................................................................... 81 4.4.1.11. Diagnóstico de la QFD ......................................................................................................... 82 4.4.1.12. Estructura Funcional ............................................................................................................. 83 4.4.1.13. Funciones de la prótesis transtibial ........................................................................................ 84

4.4.2. Diseño conceptual ......................................................................................................................... 84 4.4.2.1. Propuesta de principios de solución (carta morfológica) ............................................................ 84 4.4.2.2. Resultados de la selección de soluciones (Matriz de Pugh) ........................................................ 86 4.4.2.3. Arquitectura de la prótesis transtibial ........................................................................................ 87

4.4.3. Traducción, eliminación y documentación..................................................................................... 88 4.4.3.1. Metodología de selección de materiales (Traducción) ............................................................... 89 4.4.3.2. Selección de materiales ............................................................................................................. 90

4.4.3.2.1. Faja Elástica ....................................................................................................................... 90 4.4.3.2.2. Socket ................................................................................................................................. 90 4.4.3.2.3. Sistema de ensamble ........................................................................................................... 92 4.4.3.2.4. Pie superior ......................................................................................................................... 93 4.4.3.2.5. Pie Inferior .......................................................................................................................... 94

4.4.3.3. Resultados - Definición de los materiales de cada elemento. ..................................................... 95 4.4.3.4. Procesos de fabricación ............................................................................................................. 97

4.4.4. Cálculo del resorte óptimo para la prótesis transtibial .................................................................... 98 4.4.4.1. Calculo resorte delantero........................................................................................................... 99 4.4.4.2. Calculo resorte posterior ........................................................................................................... 99

4.4.5. Modelado de la prótesis transtibial técnica .................................................................................. 100 4.4.5.1. Partes modeladas de la prótesis ............................................................................................... 100 4.4.5.2. Análisis de esfuerzos............................................................................................................... 101

4.4.5.2.1. Mallado ............................................................................................................................ 102 4.4.6. Prótesis transtibial técnica ........................................................................................................... 103

4.4.6.1. Cuadro de resumen ................................................................................................................ 104 4.4.6.2. Renderizado del modelado ...................................................................................................... 104

4.5. Adaptación de los requerimientos estéticos a la prótesis transtibial técnica ........ 105 4.5.1. Selección de materiales ............................................................................................................... 106

4.5.1.1. Dedos ..................................................................................................................................... 106 4.5.1.2. Tapón Eje ............................................................................................................................... 107

4.5.2. Definir el material ....................................................................................................................... 108 4.5.3. Proceso de fabricación ................................................................................................................ 108 4.5.4. Modelado de la prótesis transtibial estética .................................................................................. 109

4.5.4.1. Partes de la prótesis transtibial estética .................................................................................... 109 4.5.4.2. Análisis de esfuerzos............................................................................................................... 111

4.5.4.2.1. Mallado ............................................................................................................................ 111 4.5.5. Prótesis transtibial estética .......................................................................................................... 113


4.6. Resultados de los requerimientos emocionales para la prótesis transtibial estética.

114 4.6.1. Selección de materiales ............................................................................................................... 115

4.6.1.1. Protector delantero y posterior ................................................................................................ 115 4.6.1.2. Base pie y base dedos ............................................................................................................. 116

xi

4.6.2. Definir el material ....................................................................................................................... 117 4.6.3. Proceso de fabricación ................................................................................................................ 118 4.6.4. Modelado de la prótesis transtibial emocional ............................................................................. 118

4.6.4.1. Partes de la prótesis transtibial emocional ............................................................................... 118 4.6.4.2. Análisis de esfuerzos............................................................................................................... 121

4.6.4.2.1. Mallado ............................................................................................................................ 121 4.6.5. Prótesis transtibial emocional ...................................................................................................... 123


4.6.6. Selección tratamiento superficial (Pintado).................................................................................. 124 4.6.6.1. Plástico ABS ........................................................................................................................... 124 4.6.6.2. Plástico PET ........................................................................................................................... 125

4.7. Resultados de la evaluación del diseño ..................................................................... 125

4.8. Resultados de la validación del diseño...................................................................... 126

5. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES .............................................................. 127

5.1. Conclusiones ............................................................................................................... 127

5.2. Recomendaciones ....................................................................................................... 128

BIBLIOGRAFÍA....................................................................................................................... 129

ANEXOS .................................................................................................................................... 133

xii

LISTA DE TABLAS

Tabla 1.- Preguntas de entrevistas a doctores en la rama de traumatología y ortopedia. ........................................ 38 Tabla 2.- Preguntas de encuestas a Fisioterapeutas................................................................................................ 39 Tabla 3.- Resultados de la entrevista (datos cuantitativos)...................................................................................... 67 Tabla 4.- Aumento semanal del músculo ................................................................................................................. 68 Tabla 5.- Tiempo de rehabilitación para personas con atrofiamiento muscular ...................................................... 69 Tabla 6.- Respuestas pregunta N°1 de la entrevista a los doctores ........................................................................ 134 Tabla 7.- Respuestas pregunta N°2 de la entrevista a los doctores ........................................................................ 134 Tabla 8.- Respuestas pregunta N°3 de la entrevista a los doctores ........................................................................ 135 Tabla 9.- Respuestas pregunta N°4 de la entrevista a los doctores ........................................................................ 135 Tabla 10.- Respuestas pregunta N°5 de la entrevista a los doctores ...................................................................... 136 Tabla 11.- Respuestas pregunta N°1 de la encuesta a fisioterapeutas ................................................................... 137 Tabla 12.- Respuestas pregunta N°2 de la encuesta a fisioterapeutas ................................................................... 137 Tabla 13.- Respuestas pregunta N°3 de la encuesta a fisioterapeutas ................................................................... 137 Tabla 14.- Respuestas pregunta N°4 de la encuesta a fisioterapeutas ................................................................... 138 Tabla 15.- Respuestas pregunta N°5 de la encuesta a fisioterapeutas ................................................................... 138 Tabla 16.- Respuestas pregunta N°6 de la encuesta a fisioterapeutas ................................................................... 138 Tabla 17. Diagrama de afinidad ........................................................................................................................... 142 Tabla 18. Preguntas Metodología Kano ............................................................................................................... 143

xiii

LISTA DE FIGURAS

Figura 1. Historia de la prótesis. (Rodríguez Guerrero, 2015) ............................................................................... 10 Figura 2. Prótesis egipsea. (Forssmann, 2017) ....................................................................................................... 11 Figura 3. Prótesis de Hierro y bronce. (WordPress, 2017). .................................................................................... 11 Figura 4. Prótesis de palo. (Norton , 2007) ............................................................................................................ 12 Figura 5. Prótesis en el renacimiento. (Celada, 2015) ........................................................................................... 13 Figura 6. Diseño de Gotz von Berlichingen. (Mellytan, 2009) ................................................................................ 13 Figura 7. Diseño de Pieter Verduyn. (Todd, 2019).................................................................................................. 14 Figura 8. Diseño James Potts. (Todd, 2019). .......................................................................................................... 14 Figura 9. Mejoramiento del mecanismo de la pierna Selpho. (Todd, 2019) ............................................................. 15 Figura 10. Diseño de prótesis Douglas Bly. (Todd, 2019). ...................................................................................... 15 Figura 11. Prótesis diseño de James Hanger. (Todd, 2019). ................................................................................... 16 Figura 12. Diseño de Dubois Parmlee. (Todd, 2019). ............................................................................................. 16 Figura 13. Prótesis de aluminio de Gustav Hermann. (Todd, 2019). ....................................................................... 17 Figura 14. Prótesis evolución. (Rodríguez Guerrero, 2015).................................................................................... 17 Figura 15. Prótesis de aluminio. (Todo Colección, 2019). ...................................................................................... 18 Figura 16. Logo de AOPA. (Todd, 2019). .............................................................................................................. 18 Figura 17. Prótesis mioeléctricas. (Todd, 2019). .................................................................................................... 19 Figura 18. Flex Foot Cheetah blade de Össur. (Lillo Goffereri, 2015). ................................................................... 19 Figura 19. Symbionic leg de Össur. (Lillo Goffereri, 2015) .................................................................................... 20 Figura 20. Prótesis de Impresión 3D. (Lillo Goffereri, 2015) ................................................................................. 20 Figura 21. Prótesis transtibial. Fuente: (Protésica, 2015) ...................................................................................... 21 Figura 22. Prótesis en impresora 3d. ( Umaña Venegas, 2016) .............................................................................. 21 Figura 23. Porcentaje de amputaciones. (González, Arce, 2019) ............................................................................ 22 Figura 24. Niveles de amputación. (González, Arce, 2019) ..................................................................................... 23 Figura 25. Frecuencia de amputación. (González, Arce, 2019) ............................................................................... 24 Figura 26. Tipos de prótesis. (González, Arce, 2005). ............................................................................................ 25 Figura 27. Tipos de prótesis. (González, Arce, 2005).............................................................................................. 25 Figura 28. Modelo Kano (Sejzer, 2016). ................................................................................................................. 27 Figura 29. Porcentaje de necesidades del cliente. (Griffin, Abbie, & Hauser, 1993). .............................................. 32 Figura 30. Tabla de evaluación Kano. Fuente: Autor ............................................................................................. 41 Figura 31. Diferencial Semántico. Fuente: Autor ................................................................................................... 42 Figura 32. Fragmento de la interpretación de datos. Fuente: Autor ....................................................................... 43 Figura 33. Diagrama de radar de emociones. Fuente: Autor .................................................................................. 44 Figura 34. Nivel de relación. Fuente: Autor ........................................................................................................... 47 Figura 35. Valor de ponderación. Fuente: Autor ................................................................................................... 47 Figura 36. Cuadro de dificultad organizacional. Fuente: Autor.............................................................................. 48 Figura 37. Representaciones graficas de relación entre COMOS (QFD). Fuente: Autor ........................................ 49 Figura 38. Índice de diseño para el socket. Fuente: (Ashby, 2005). ........................................................................ 53 Figura 39. Índice de diseño para el ensamble. Fuente: (Ashby, 2005). ................................................................... 53 Figura 40. Índice de diseño Pie superior. Fuente: (Ashby, 2005) ............................................................................ 54 Figura 41. Índice de diseño Pie inferior. Fuente: (Ashby, 2005) ............................................................................. 54 Figura 42. Índice de diseño Dedos. Fuente: (Ashby, 2005) ..................................................................................... 58 Figura 43. Índice de diseño Tapón. Fuente: (Ashby, 2005) ..................................................................................... 59 Figura 44. Índice de diseño protector delantero y posterior. Fuente: (Ashby, 2005) ............................................... 61 Figura 45. Índice de diseño Base Pie y dedos. Fuente: (Ashby, 2005) ..................................................................... 62 Figura 46. Tiempo de recuperación de cada parte de la zona afectada. Fuente: Autor ........................................... 66 Figura 47. Aumento de la masa Muscular Con respecto al tiempo. Fuente: Autor .................................................. 70 Figura 48. Tabla de evaluación Kano. Fuente: Autor ............................................................................................. 71 Figura 49. Resultados de las preguntas funcionales y disfuncionales. Fuente: Autor .............................................. 72 Figura 50. Conjunto de criterios por persona encuestada. Fuente: Autor .............................................................. 72 Figura 51. Resultados de los requerimientos técnicos de la prótesis transtibial. Fuente: Autor .............................. 73

xiv

Figura 52. Imagen metodología diseño emocional. Fuente: Autor .......................................................................... 74 Figura 53. Basado en (ROMERO ERAZO, 2016). Fuente: Autor ............................................................................ 75 Figura 54. Medidas planta del pie. Fuente: Autor .................................................................................................. 76 Figura 55. Ángulos del movimiento del pie. Fuente: (Pérez Verdún, 2013) ............................................................. 76 Figura 56. Nivel de relación. Fuente: Autor ........................................................................................................... 77 Figura 57. Ques, Comos con su relación. Fuente: Autor ......................................................................................... 77 Figura 58. Grado de importancia de los QUES. Fuente: Autor ............................................................................... 78 Figura 59. Fragmento de la matriz de relaciones (QFD). Fuente: Autor ................................................................ 79 Figura 60. Cuadro de dificultad organizacional. Fuente: Autor.............................................................................. 79 Figura 61. Fragmento del Vector de Cuantos (QFD). Fuente: Autor ...................................................................... 80 Figura 62. Fragmento de la evaluación competitiva técnica (QFD). Fuente: Autor ................................................ 80 Figura 63. Evaluación competitiva. Fuente: Autor ................................................................................................. 81 Figura 64. Fragmento de la ponderación de los COMOS (QFD). Fuente: Autor .................................................... 81 Figura 65. Fragmento de matriz de correlaciones (QFD). Fuente: Autor ............................................................... 82 Figura 66. Matriz de diagnóstico. Fuente: Autor .................................................................................................... 82 Figura 67. Estructura funcional simplificada. Fuente: Autor .................................................................................. 83 Figura 68. Estructura Funcional. Fuente: Autor ..................................................................................................... 83 Figura 69. Funciones de la prótesis transtibial. Fuente: Autor ............................................................................... 84 Figura 70. Conceptos de solución. Fuente: Autor ................................................................................................... 85 Figura 71. Resultados Matriz de Pugh. Fuente: Autor ............................................................................................ 86 Figura 72. Arquitectura del producto. Fuente: Autor .............................................................................................. 87 Figura 73. Especificación de componentes Diseño/Catálogo. Fuente: Autor .......................................................... 88 Figura 74. Requisitos para la selección de materiales. Fuente: Autor ..................................................................... 89 Figura 75. Materiales socket CES EDU PACK 2017. Fuente: Autor ...................................................................... 91 Figura 76. Materiales Socket - Valor del Índice CES EDU PACK. Fuente: Autor................................................... 91 Figura 77. Material ensamble CES EDU PACK 2017. Fuente: Autor ..................................................................... 92 Figura 78. Materiales Sistema ensamble - Valor del Índice CES EDU PACK. Fuente: Autor ................................. 92 Figura 79. Materiales Pie superior CES EDU PACK 2017. Fuente: Autor ............................................................. 93 Figura 80. Materiales Pie superior - Valor del Índice CES EDU PACK. Fuente: Autor ......................................... 93 Figura 81. Materiales Pie inferior CES EDU PACK 2017. Fuente: Autor .............................................................. 94 Figura 82. Materiales Pie inferior - Valor del Índice CES EDU PACK. Fuente: Autor ........................................... 94 Figura 83. Ángulo descomposición de la fuerza. Fuente: Autor .............................................................................. 98 Figura 84. Parte 1 Prótesis Técnica. Fuente: Autor .............................................................................................. 100 Figura 85. Parte 2 Prótesis Técnica. Fuente: Autor .............................................................................................. 101 Figura 86. Mallado - prótesis técnica. Fuente: Autor ........................................................................................... 102 Figura 87. Análisis de Esfuerzo. Fuente: Autor .................................................................................................... 102 Figura 88. Análisis Coeficiente de seguridad. Fuente: Autor ................................................................................ 103 Figura 89. Cuadro resumen prótesis técnica. Fuente: Autor ................................................................................. 104 Figura 90. Render prótesis técnica. Fuente: Autor................................................................................................ 104 Figura 91. Materiales Pie inferior CES EDU PACK 2017. Fuente: Autor ............................................................ 106 Figura 92. Materiales Dedos - Valor del Índice CES EDU PACK. Fuente: Autor ................................................. 107 Figura 93. Materiales Tapón CES EDU PACK 2017. Fuente: Autor .................................................................... 107 Figura 94. Materiales Tapón Eje - Valor del Índice CES EDU PACK. Fuente: Autor ........................................... 107 Figura 95. Parte 1 Prótesis transtibial estética. Fuente: Autor ............................................................................. 109 Figura 96. Parte 2 Prótesis Transtibial estética. Fuente: Autor ............................................................................ 110 Figura 97. Mallado - prótesis estética. Fuente: Autor ........................................................................................... 111 Figura 98. Análisis de esfuerzo. Fuente: Autor ..................................................................................................... 112 Figura 99. Análisis Coeficiente de seguridad. Fuente: Autor ................................................................................ 112 Figura 100. Cuadro resumen prótesis estética. Fuente: Autor .............................................................................. 113 Figura 101. Render prótesis estética. Fuente: Autor ............................................................................................. 114 Figura 102. Resultados diseño emocional. Fuente: Autor ..................................................................................... 114 Figura 103. Materiales, protector delantero y posterior CES EDU PACK 2017. Fuente: Autor ........................... 115

xv

Figura 104. Materiales Protector delantero y posterior - Valor del Índice CES EDU PACK. Fuente: Autor ........ 116 Figura 105. Materiales Base Pie CES EDU PACK 2017. Fuente: Autor ............................................................... 116 Figura 106. Materiales Bases del pie- Valor del Índice CES EDU PACK. Fuente: Autor ..................................... 117 Figura 107. Parte 1 Prótesis transtibial emocional. Fuente: Autor ....................................................................... 119 Figura 108. Parte 2 Prótesis transtibial emocional. Fuente: Autor ....................................................................... 120 Figura 109. Mallado - prótesis estética. Fuente: Autor ......................................................................................... 121 Figura 110. Análisis de esfuerzo. Fuente: Autor ................................................................................................... 122 Figura 111. Análisis Coeficiente de seguridad. Fuente: Autor .............................................................................. 122 Figura 112. Cuadro resumen prótesis emocional. Fuente: Autor .......................................................................... 123 Figura 113. Render prótesis emocional. Fuente: Autor ......................................................................................... 123 Figura 114. Resultados de la evaluación de diseño. Fuente: Autor ....................................................................... 126 Figura 115. Análisis de datos palabras Kansei del socket. Fuente: Autor ............................................................. 144 Figura 116. Análisis de datos palabras Kansei del socket. Fuente: Autor ............................................................. 144 Figura 117. Análisis de datos palabras Kansei del pie. Fuente: Autor .................................................................. 144 Figura 118. Análisis de datos del socket. Fuente: Autor ....................................................................................... 144 Figura 119. Análisis de datos del soporte. Fuente: Autor ..................................................................................... 144 Figura 120. Análisis de datos del pie. Fuente: Autor ............................................................................................ 144 Figura 121. Diagrama de afinidad de los COMOS. Fuente: Autor ....................................................................... 144 Figura 122. Ponderación Matriz de importancia. Fuente: Autor .......................................................................... 144 Figura 123. Matriz de importancia. Fuente: Autor ............................................................................................... 144 Figura 124. Matriz de Pugh fijación del socket. Fuente: Autor ............................................................................. 144 Figura 125. Matriz de Pugh Ventilación del socket. Fuente: Autor ....................................................................... 144 Figura 126. Matriz de Pugh Soporte. Fuente: Autor ............................................................................................. 144 Figura 127. Matriz de Pugh Movimiento de los dedos. Fuente: Autor ................................................................... 144 Figura 128. Matriz de Pugh Movimiento del pie. Fuente: Autor ........................................................................... 144 Figura 129. Matriz de Pugh Sistema de ensamble. Fuente: Autor ......................................................................... 144 Figura 130. Modelo de evaluación emocional final de prótesis transtibial. Fuente: Autor .................................... 144 Figura 131. Análisis de datos prótesis transtibial. Fuente: Autor ......................................................................... 144 Figura 132. Tolerancias para medidas lineales (ISO 2768). Fuente: (IG, 2013) ................................................... 144 Figura 133. Tolerancias para medidas angulares (ISO 2768). Fuente: (IG, 2013)................................................ 144 Figura 134. Calidad de la tolerancia. Fuente: (Flores A. , 2015) ......................................................................... 144 Figura 135. Tolerancias usadas en los planos de la prótesis transtibial. Fuente: Autor ........................................ 144

xvi

TÍTULO: Estudio de la influencia del diseño en el campo médico para la fabricación de prótesis

ortopédicas transtibiales personalizadas.

Autor: William Alberto Segura Sánchez

Tutor: Ing. Jorge Mauricio Fuentes Fuentes MSc.

RESUMEN

El presente proyecto tiene un estudio acerca del tiempo de recuperación que debe tener una persona

amputada donde se podrá tomar las medidas exactas para la elaboración de una prótesis transtibial,

asegurando la calidad del producto y la salud de las personas desde sus inicios; además se muestra

los diferentes pasos que se siguió para el desarrollo de una prótesis transtibial partiendo desde las

necesidades del cliente y especificaciones de profesionales (Doctores, Fisioterapeutas). Se puede

apreciar los cambios que sufre la prótesis transtibial con la aplicación de diferentes metodologías

de diseño (Kano, Ingeniería Kansei, Diseño emocional) con enfoque en el diseño técnico, estético

y emocional.

PALABRAS CLAVE: RECUPERACIÓN / MEDIDAS / FABRICACIÓN / METODOLOGÍAS

/ DISEÑO.

xvii

TITLE: Study of the influence of design in the medical field for the manufacture of personalized

transtibial orthopedic prostheses.

Author: William Alberto Segura Sánchez

Tutor: Ing. Jorge Mauricio Fuentes Fuentes MSc.

ABSTRACT

The present project has developed a study about the recovery time that an amputee should have

where the exact measures can be taken to elaborate a transtibial prosthesis, assuring the quality of

the product and the health of the people from its beginnings; it also shows the different steps

followed in the development of the transtibial prosthesis starting from the needs of the client and

the specifications of professionals (Doctors, physical therapists). You can appreciate the changes

that the transtibial prosthesis undergoes with the application of different design methodologies

(Kano, Kansei Engineering, Emotional Design) focusing on a technical, aesthetic and emotional

design.

KEYWORDS: RECOVERY / MEASUREMENTS / MANUFACTURING /

METHODOLOGIES / DESIGN.

1

1. CAPITULO I

1.1. PROBLEMATIZACIÓN /ANTECEDENTES / PREGUNTAS DE INVESTIGACIÓN).

1.1.1. Planteamiento del Problema

Desde la época de las antiguas pirámides hasta la Primera Guerra Mundial, el campo

de la protésica se ha transformado en un sofisticado ejemplo de la evolución del hombre

por mejorar. La evolución de la protésica es larga y está plagada de historias, desde sus

comienzos primitivos, pasando por el sofisticado presente, hasta las increíbles visiones del

futuro. (Norton , 2007)

La amputación transtibial es la más frecuente de las amputaciones de la extremidad

inferior, siendo la funcionalidad del paciente, al preservarse la articulación de la rodilla,

superior a otros niveles. (Jens Muller, 2007)

La principal dificultad de la protetización consiste en adaptar de forma confortable el

encaje para conseguir caminar con la máxima estabilidad, el menor coste energético y la

apariencia más normal posible. (Jens Muller, 2007)

“El diseño de tibia muestra debilidades, notado por su peso y costo, así como por la

falla de algunas de sus vigas por fatiga, a pesar de mantenerse estructuralmente sana”

(Doberti Martínez, 2015).

El desarrollo de métodos capaces de evaluar los diseños, materiales y regímenes de las

prótesis, desempeñan un papel fundamental en la detección y en la formulación de

2

propuestas de mejoras que incrementan la calidad de vida del amputado. (Olivares ,

Sangaró, Reyes, & Díaz, 2013)

La evaluación de las características de una prótesis es una necesidad que ha estado

presente para el diseño de nuevos sistemas protésicos que soporten las demandas de los

pacientes. (Hernández, Álvarez, & Sánchez, 2013)

Cuando una persona, que nació sin una extremidad o la perdió en un accidente, recibe

una prótesis, mejora su calidad de vida, pero al mismo tiempo tiene un largo camino lleno

de adversidades al cual enfrentarse; dentro de estos obstáculos, a los que se deberá

enfrentar, están los efectos secundarios que conlleva el uso de aquel artefacto: raspadura,

apriete y daños en la parte del cuerpo a la que se adhiere. (Lillo Goffereri, 2015)

En este punto, se parte con la ayuda en la historia de la evolución de la prótesis para

comprender las diferentes situaciones que ha afectado en forma directa o indirectamente

en el desarrollo o mejoramiento de la misma; con el fin de tener más conocimientos acerca

de cómo el diseño influye en la toma de decisiones para dar paso a la solución de los

problemas presentados para las personas amputadas a través del tiempo; pero a su vez,

repercutiendo en el desarrollo de nuevas enfermedades “artritis de cadera y dolor de

espalda, en el caso de las personas con prótesis de pie o pierna” (Lillo Goffereri, 2015).

La dificultad es que se desconoce hasta qué punto está integrado el diseño en las

diferentes áreas que conforman la fabricación de una prótesis transtibial y cómo su análisis

puede ayudar a consolidar un mejor producto que se adapte a las necesidades de una

persona amputada. Para esto se necesita un análisis a fondo de las diferentes opiniones

profesionales y registros que puedan contribuir al desarrollo de esta dificultad.

3

Una dificultad que se presenta en las personas amputadas es acerca de cómo el uso de

las prótesis afecta el estado de ánimo cuando no se adapta correctamente a la forma de la

parte afectada.

Las personas amputadas al momento de hacer uso de una prótesis pueden sufrir un alto

o bajo grado de afectación en su estado psicológico; todo depende del nivel de aceptación

que esta persona tome ante su condición.

Es posible que experimente una pérdida de autoestima, pérdida de confianza en sí

mismo, miedo o rechazo de su pareja, problemas financieros y que se cuestione su

apariencia física. Probablemente, uno de los problemas más difíciles es perder el

sentimiento de independencia y tener que depender de otros hasta en las necesidades más

básicas. (Morris, 2008)

4

1.1.2. Formulación del problema

¿De qué forma influencia el diseño en el desarrollo de la prótesis transtibiales asociadas

a las personas amputadas?

1.1.3. Preguntas directrices

• ¿Cuáles son las metodologías de diseño que más se enfocan en los análisis técnicos,

estéticos y emocionales?

• ¿Cuáles son los requerimientos que marcan el desarrollo y análisis de cada metodología

de diseño?

• ¿Qué avances presenta cada metodología con respecto de otras para el diseño de las

prótesis transtibiales?

5

1.2. OBJETIVOS

1.2.1. Objetivos generales

Evaluar la influencia del diseño en el campo médico orientado en el cumplimiento de

las necesidades del paciente para la fabricación de prótesis ortopédicas transtibiales

personalizadas, por medio de metodologías de diseño, el cual permita plasmar aspectos

técnicos, estéticos y emocionales.

1.2.2. Objetivos específicos

• Investigar los diferentes tratamientos postoperatorios a los que están sometidos las

personas con amputación transtibial.

• Determinar cuáles son los requerimientos para un diseño técnico, estético y emocional.

• Determinar los aspectos ergonómicos, materiales y métodos de fabricación en una

prótesis transtibial que dan apertura a un buen diseño técnico, estético y emocional.

• Elaborar una propuesta de prótesis transtibial virtual que permita evaluar los aspectos

del diseño (técnico, estético y emocional).

• Medir el impacto del diseño propuesto respecto a las prótesis presentes en el mercado.

6

1.3. JUSTIFICACIÓN

El ser humano se ha caracterizado por ser capaz de desenvolverse en cualquier tipo de

trabajo y el de poder adaptarse en cualquier lugar, al lograr ser una persona multifuncional.

Sin embargo, a partir de diferentes enfermedades, accidentes o por defectos congénitos

que puede sufrir una persona al perder su miembro, tiende verse perjudicado y hasta excluido

de la sociedad.

No obstante, desde la primera Guerra Mundial, se realizan las primeras prótesis de madera

enfocadas a cubrir con la necesidad de las personas de caminar y volver a sentir esa sensación

de dicha que se le fue arrebatada.

El diseño de las prótesis que se presentan en esta época, es en base a materiales simples,

pero de gran resistencia y funcionalidad “las piernas artificiales que se fabricaban con madera

o metal a veces eran relativamente rudimentarias y a menudo recreaban de alguna forma la

articulación de la rodilla”. (CNN en Español, 2014)

En la Ciudad de Quito- Ecuador existen lugares que se dedican a la venta o fabricación de

prótesis ortopédicas, pero se desconoce el nivel técnico, estético y emocional que se maneja

para solucionar los problemas presentados por una persona amputada.

El estudio nace de la necesidad de determinar “Cómo por medio del diseño se ha intentado

solucionar los problemas que presenta una persona amputada de corte transtibial además de

ver su evolución con la intervención de requerimientos propios del paciente en aspectos

técnicos, estéticos y emocionales”, hasta tal punto de tener una gran similitud con el miembro

amputado real; que le brinde los mismos beneficios y la capacidad de realizar las mismas

7

actividades que llevaba antes de su amputación.

La necesidad de las personas discapacitadas de adquirir una prótesis para algún miembro

de su cuerpo, que les permitan realizar y retomar su vida como una persona normal en la

sociedad; es un poco difícil debido al alto precio limitando su adquisición, y de ser adquirido

presentan diferentes problemas al no estar debidamente adaptado a la forma del corte de la

amputación, estructura, peso y tamaño.

El presente estudio brinda información de la importancia que encamina el diseño para la

elaboración de productos, incluso tan complejos, como una prótesis transtibial y así dar paso a

posibles investigaciones que ayuden a mejorar el sistema de prótesis con las que se viven hoy

en día; además que puede ser posible el desarrollo nuevas técnicas de adaptación del diseño

para resolver problemas de las personas.

De esta forma, llegar a determinar cómo el diseño es una herramienta indispensable

enfocada para un análisis en la reducción de costos, mejorar materiales, calidad del producto,

innovación, y competitividad.

8

1.4. HIPÓTESIS

El análisis de los aspectos de diseño responde a las necesidades actuales de las personas

afectadas (amputadas).

1.4.1. Variables Dependientes

• Material

• Ergonomía del anclaje a la pierna

• Forma de la prótesis

• Diseño de la prótesis

1.4.2. Variables Independientes

• Daños en la parte del cuerpo

• Riesgos de nuevas enfermedades

• Necesidades de la persona

9

2. CAPITULO II

2.1. FUNDAMENTACIÓN TEÓRICA

2.1.1. Introducción

En este capítulo se realiza un estudio del arte respecto al desarrollo de la prótesis

transtibial hasta nuestros días, con el fin de poder representar e identificar aspectos

ergonómicos, estéticos y mecánicos que marcaron cada etapa protésica; y cómo cada

aspecto se ha implementado para satisfacer las necesidades de las personas en este periodo

de tiempo.

Cuando una persona tiene alguna deficiencia física, por ciertas circunstancias, es

frecuente que recurran al uso de prótesis. La finalidad de éstas consiste en reemplazar una

parte del cuerpo que haya sido perdida por una amputación o bien por alguna malformación

genética. (Cano, 2018)

La prótesis sirve para cubrir alguna parte del cuerpo, con la finalidad de lograr un

equilibrio estético. Esto es benéfico para el paciente, debido a que logra integrarse de nuevo

a su entorno social, familiar y laboral (Cano, 2018).

La ciencia ha dado grandes saltos creando prótesis más cómodas y más funcionales.

La tendencia es a permitir mayor movilidad y utilizar materiales livianos para mejorar la

calidad de vida de quienes han perdido alguna extremidad o han nacido sin ella. Pero, así

como los desarrollos se perfeccionan, también aumentan los precios, llegando a alcanzar

sumas prohibitivas para muchos usuarios. (Lillo Goffereri, 2015)

10

Si la persona desea gozar ampliamente de los beneficios que propone una prótesis es

necesario una adaptación específica y personalizada para cada persona. Es así como el

diseño de las prótesis es una opción y un camino que seguir, pero en algunos casos acarrea

problemas; la fabricación para un solo cliente termina a la final siendo de precio elevado y

solo asequible para aquellos que puedan pagarlas.

2.1.2. Antecedentes de las prótesis de miembro inferior

La evolución de la protésica es larga y está plagada de historias, desde sus comienzos

primitivos, pasando por el sofisticado presente, hasta

las increíbles visiones del futuro. Al igual que sucede

en el desarrollo de cualquier otro campo, algunas ideas

e invenciones han funcionado y se han explorado más

detalladamente, como el pie de posición fija, mientras

que otras se han dejado de lado o se han vuelto

obsoletas, como el uso de hierro en las prótesis.

(Norton , 2007)

Figura 1. Historia de la prótesis.

(Rodríguez Guerrero, 2015)

11

2.1.3. Historia de las prótesis

2.1.3.1. 3000 BCE (antes de la era común).

Los egipcios fueron los primeros pioneros de la tecnología protésica. Elaboraban

sus extremidades protésicas rudimentarias con fibras, y

se cree que las utilizaban por la sensación de

“completitud” antes que por la función en sí. Sin

embargo, recientemente, los científicos descubrieron en

una momia egipcia lo que se cree que fue el primer dedo

del pie protésico, que parece haber sido funcional.

(Norton , 2007)

2.1.3.2. 424 BCE (Del 424 a. C. al 1 a. C.)

En 1858, se desenterró en

Capua, Italia, una pierna

artificial que data de

aproximadamente 300 a. C.

Estaba elaborada con hierro y

bronce, y tenía un núcleo de

madera; aparentemente,

pertenecía a un amputado por

debajo de la rodilla. En 424 a. C., Heródoto escribió sobre un vidente persa condenado

a muerte que escapó luego de amputarse su propio pie y reemplazarlo con una plantilla

Figura 2. Prótesis egipsea.

(Forssmann, 2017)

Figura 3. Prótesis de Hierro y bronce. (WordPress, 2017).

12

protésica de madera para caminar 30 millas (48.28 km) hasta el próximo pueblo.

(Norton , 2007)

El erudito romano Plinio el Viejo (23-79 d. C.) escribió sobre un general romano

de la Segunda Guerra Púnica (218-210 a. C.) a quien le amputaron el brazo derecho.

Se le colocó una mano de hierro para que sostuviera el escudo y pudo volver al campo

de batalla. (Norton , 2007)

2.1.3.3. Alta Edad Media (476 a 1000)

En la Alta Edad Media hubo pocos avances

en el campo de la protésica, además del gancho

de mano y la pata de palo. La mayoría de las

prótesis elaboradas en esa época se utilizaban

para esconder deformidades o heridas

producidas en el campo de batalla. A un

caballero se le colocaba una prótesis diseñada

solamente para sostener un escudo o para calzar la pata en el estribo, y se prestaba

poca atención a la funcionalidad. Fuera del campo de batalla, solamente los ricos

tenían la suerte de contar con una pata de palo o un gancho de mano para las funciones

diarias. (Norton , 2007)

Era frecuente que los comerciantes, incluidos los armeros, diseñaran y crearan

extremidades artificiales. Personas de todos los oficios solían colaborar para elaborar

los dispositivos; los relojeros eran particularmente buenos para agregar funciones

internas complicadas con resortes y engranajes. (Norton , 2007)

Figura 4. Prótesis de palo. (Norton , 2007)

13

2.1.3.4. El Renacimiento 1400 AD

El Renacimiento fue el surgimiento de

nuevas perspectivas para el arte, la filosofía, la

ciencia y la medicina. Retomando los

descubrimientos médicos relacionados con la

protésica de los griegos y los romanos, se

produjo un renacer en la historia de la protésica.

Durante este período, las prótesis generalmente

se elaboraban con hierro, acero, cobre y madera. (Norton , 2007)


En 1508, se elaboró un par de manos de hierro

tecnológicamente avanzadas para el mercenario

alemán Gotz von Berlichingen. Alrededor de 1512,

un cirujano italiano que viajaba por Asia registró

observaciones de un amputado bilateral de

extremidad superior que podía quitarse el sombrero,

abrir su cartera y firmar. (Calvache Quesada, 2016)

Figura 5. Prótesis en el renacimiento.

(Celada, 2015)

Figura 6. Diseño de Gotz von

Berlichingen. (Mellytan, 2009)

14


En 1696, Pieter Verduyn desarrolló la primera

prótesis por debajo de la rodilla sin mecanismo de

bloqueo, lo que más tarde sentaría las bases de los

actuales dispositivos de articulación y corsé.

(Calvache Quesada, 2016)

2.1.3.7. Finales del renacimiento 1800 AD

En 1800, el londinense James Potts diseñó una

prótesis elaborada con una pierna de madera con

encaje, una articulación de rodilla de acero y un pie

articulado controlado por tendones de cuerda de tripa

de gato desde la rodilla hasta el tobillo. (Calvache

Quesada, 2016)

“Se hizo famosa como la Pierna de Anglesey por el

marqués de Anglesey, que perdió su pierna en la

batalla de Waterloo y fue quien utilizó esta pierna” (Campos Perez, 2012).

Figura 7. Diseño de Pieter Verduyn.

(Todd, 2019)

Figura 8. Diseño James Potts.

(Todd, 2019).

15

2.1.3.8. Año 1846 AD

“En 1839, William Selpho trajo la Pierna de Anglesey a los EE. UU., donde se la

conoció como la Pierna Selpho” (Campos Perez, 2012).

En 1846, Benjamín Palmer no encontró

razón para que los amputados de pierna

tuvieran espacios desagradables entre los

diversos componentes y mejoró la pierna

Selpho al agregarle un resorte anterior, un

aspecto suave y tendones escondidos para

simular un movimiento natural. (Todd, 2019)

2.1.3.9. Año 1858 AD

Douglas Bly inventó y patentó

la pierna anatómica Doctor Bly

en 1858, a la que se refería como

“el invento más completo y

exitoso desarrollado alguna vez

en el área de las extremidades

artificiales” (Calvache Quesada,

2016).

Ofrecía “tobillo y sutura que estaba hecho de una bola de marfil que descansaba

dentro de un casquillo de goma” según los folletos que el mismo hacía para venderla

Figura 9. Mejoramiento del mecanismo de la

pierna Selpho. (Todd, 2019)

Figura 10. Diseño de prótesis Douglas Bly. (Todd, 2019).

16

a los soldados mutilados de la guerra civil americana. Pero el gobierno americano

considero muy caras las prótesis para proveer a sus soldados heridos en cambio pago

una parte del precio total. (Pardo Jiménez & Latorre Biel)

2.1.3.10. Año 1861 AD (Guerra Civil EUA)

“James Hanger, uno de los primeros amputados de

la Guerra Civil, desarrolló lo que más tarde patentó

como la “Extremidad Hanger”, elaborada con duelas

de barril cortadas” (Todd, 2019).

2.1.3.11. Año 1863 AD

“En 1863, Dubois Parmlee inventó una prótesis

avanzada con un encaje de succión, una rodilla

policéntrica y un pie multiarticulado” (Todd, 2019).

“Encaje de succión: Consiste en una guía que

se introduce dentro de un cerrojo donde se bloquea

e impide que el liner salga del encaje rígido. Esto

hace que el muñón tenga una suspensión segura”

(García Jurado, 2013).

Figura 11. Prótesis diseño de

James Hanger. (Todd, 2019).

Figura 12. Diseño de Dubois

Parmlee. (Todd, 2019).

17

Rodilla policéntrica: ofrecer seguridad y estabilidad a los usuarios menos activos

(Medical Expo, 2019).

Pie multiarticulado: permite un movimiento en los planos transversal, frontal y

sagital (Sanchez Blanco, y otros, 2006).

2.1.3.12. Año 1868 AD

“En 1868, Gustav Hermann sugirió el

uso de aluminio en lugar de acero para

que las extremidades artificiales fueran

más livianas y funcionales” (Calvache

Quesada, 2016).

2.1.3.13. Año 1900 Siglo XX

Se desarrollan y producen las

llamadas prótesis modernas, más ligeras

y funcionales gracias a la aparición de

nuevos materiales y de los avances en

informática y robótica. (Todd, 2019)

Figura 13. Prótesis de aluminio de Gustav

Hermann. (Todd, 2019).

Figura 14. Prótesis evolución.

(Rodríguez Guerrero, 2015).

18

2.1.3.14. Año 1912

El dispositivo más liviano tendría que esperar hasta

1912, cuando Marcel Desoutter, un famoso aviador inglés,

perdió su pierna en un accidente de avión y elaboró la

primera prótesis de aluminio con la ayuda de su hermano

Charles, que era ingeniero. (Calvache Quesada, 2016)

2.1.3.15. Año 1950 (AOPA)

A pesar de la falta de

avances tecnológicos, el

Cirujano General del Ejército

en ese momento comprendió

la importancia del debate

sobre tecnología y desarrollo

de prótesis; con el tiempo,

esto dio lugar a la creación de la Asociación Estadounidense de Ortoprótesis (AOPA,

por sus siglas en inglés). Después de la Segunda Guerra Mundial, los veteranos estaban

insatisfechos por la falta de tecnología en sus dispositivos y exigían mejoras. El

gobierno de los EE. UU. cerró un trato con compañías militares para que mejoraran la

función protésica en lugar de la de las armas. Este acuerdo allanó el camino para el

desarrollo y la producción de las prótesis modernas. (Morris, 2008)

Figura 16. Logo de AOPA. (Todd, 2019).

Figura 15. Prótesis de aluminio.

(Todo Colección, 2019).

19

2.1.3.16. Año 1956 Europa y Japón

En Europa, la firma Otto Bock modulariza

los componentes protésicos e implementa la

comercialización de prótesis mioeléctricas.

En Japón se investigan las primeras rodillas

con unidades de control de proceso (CPU),

para permitir la variación de la aceleración y la desaceleración del balanceo de la

pantorrilla, siendo comercializado por primera vez, por la empresa inglesa Blatchford.

(Todd, 2019)

Prótesis mioeléctricas: son prótesis eléctricas controladas por medio de un poder

externo, mioeléctrico. Estas prótesis son hoy en día el tipo de miembro artificial con

más alto grado de rehabilitación. Sintetizan el mejor aspecto estético, tienen gran

fuerza y velocidad de prensión, así como muchas posibilidades de combinación y

ampliación. (Fisioterapia, 2013)

2.1.3.17. Año 1980 Fibra de grafito

En los ’80 se introdujo el uso de la fibra de grafito que

permitía a sus usuarios saltar, caminar y correr. Con esta

tecnología nacieron las Flex Foot Cheetah blade, que hoy

en día se fabrican en fibra de carbono y que han sido

adoptadas por los corredores paraolímpicos. (Lillo

Goffereri, 2015)

Figura 17. Prótesis mioeléctricas. (Todd, 2019).

Figura 18. Flex Foot Cheetah

blade de Össur. (Lillo

Goffereri, 2015).

20

2.1.3.18. Año 2011 Robótica y biónica

La tercera era es la de la robótica y biónica con

sistemas que emulan los músculos y tendones y

entregan más energía de la que absorben. El año 2011

la empresa islandesa Össur introdujo en el mundo la

primera pierna biónica completa: la Symbionic Leg,

que cuenta con sensores que monitorean el peso, el

movimiento y la fuerza, mientras microcontroladores

procesan esa información. (Lillo Goffereri, 2015)

2.1.3.19. Año 2015 Sueños Peumayén

Proyecto para crear

prótesis 100% mecánicas

e impresas en 3D con

diseños de superhéroes.

Loreto Aguirre cuenta que

uno de los objetivos es dar

a conocer estas prótesis

“que no son tan

complicadas de hacer y que pueden ayudar a mejorar considerablemente la calidad de

vida de quienes las usan. No sólo por su utilidad, sino que también por sentirse

orgullosos de esa mano que antes escondían”. (Todd, 2019)

Figura 19. Symbionic leg de

Össur. (Lillo Goffereri, 2015)

Figura 20. Prótesis de Impresión 3D. (Lillo Goffereri, 2015)

21

2.1.3.20. Innovaciones actuales de prótesis.

Para usuarios con amputaciones por

debajo de la rodilla (transtibiales), los

sockets más básicos son los PTB, aptos

para pacientes adultos con nivel de

movilidad bajo o bajo-medio, con un peso

corporal de hasta 150 kg. Otra opción para

estos usuarios es el sistema de Liner con

pin, los cuales ofrecen una sujeción segura

y cómoda a los usuarios con movilidad limitada que tengan la piel de su miembro residual

muy sensible, por lo que pueden beneficiarse del uso de un material que recubra y proteja

su muñón. (Protésica, 2015)

2.1.3.21. Año 2016.

Por medio de la impresión 3D y la

utilización de innovadores materiales, los

especialistas de ErgoTEC, del Tecnológico

de Costa Rica, buscan que el proceso de

creación de prótesis en el país sea más

rápido y barato. ( Umaña Venegas, 2016)

Figura 22. Prótesis en impresora 3d. ( Umaña

Venegas, 2016)

Figura 21. Prótesis transtibial. Fuente: (Protésica,

2015)

22

2.1.4. Amputación

“Procedimiento quirúrgico que consiste en la remoción, extirpación o resección de parte

o la totalidad de una extremidad a través de una o más estructuras óseas, en forma

perpendicular al eje longitudinal del miembro” (González, Arce, 2019).

2.1.4.1. Distribución de las amputaciones por causa

En las amputaciones se presentan diferentes causas por la cual una persona puede

perder un miembro. (González, Arce, 2019) menciona:

Causas de amputación

• Enfermedad

➢ Disvasculares (Diabetes mellitus / Enfermedad vascular

periférica).

➢ Infecciosas (Gangrena gaseosa / Osteomielitis crónica).

➢ Neoplásicas (Tumores óseos/partes blandas).

• Accidentes

• Otras (amputaciones congénitas).

Figura 23. Porcentaje de amputaciones.

(González, Arce, 2019)

23

2.1.4.2. Niveles de amputación

El término 'nivel de amputación' describe el sitio por el que se amputa una parte del

cuerpo. Además de otros factores, el nivel de amputación se utiliza para elegir una

prótesis adecuada a cada caso (Protésica, 2015).

Figura 24. Niveles de amputación. (González, Arce, 2019)

24

2.1.4.3. Frecuencia de amputación

Se describe una representación porcentual de la incidencia de amputaciones en cada

una de las partes del cuerpo.

Figura 25. Frecuencia de amputación. (González, Arce, 2019)

25

2.1.5. Tipos de prótesis

2.1.5.1. (González, Arce, 2005) menciona:

Características estructurales:

• Endoprótesis (prótesis

articulares: rodilla - cadera)

• Exoprótesis (prótesis de

miembros: superiores -

inferiores)

2.1.5.2. (González, Arce, 2005) menciona

Material constitutivo:

• Convencionales (Diseño Exoesquelético)

• Modulares (Diseño Endoesquelético)

Figura 26. Tipos de prótesis. (González, Arce, 2005).

Figura 27. Tipos de prótesis. (González, Arce, 2005)

26

2.1.6. Metodologías de diseño

2.1.6.1. Metodología Kano

El consultor japonés Noriaki Kano desarrolló en los años ochenta un modelo para el diseño

de productos que busca la satisfacción del cliente a través de la definición de atributos

básicos y diferenciadores. El Modelo de Kano identifica cinco tipos de preferencias del

cliente. A cada tipo de preferencia o atributo Kano la clasifica en función de su capacidad

de producir satisfacción o insatisfacción en él. (Sejzer, 2016)

• Atributos unidimensionales o normales: Son aquellos atributos que generan

satisfacción si están presentes o insatisfacción si no lo están. Son generalmente los

factores que determinan la elección de uno u otro modelo por parte del cliente (ej.

que un vehículo posea, o no, aire acondicionado). (Sejzer, 2016)

• Atributos atractivos: Son los atributos que generan satisfacción cuando están

presentes pero no causan insatisfacción si no están. El cliente no espera que

estén, pero si aparecen logra un efecto positivo y de agrado (ej. una línea de buses

urbana cuyas unidades cuenten con un tomacorriente para cargar la batería del

móvil). (Sejzer, 2016)

• Atributos requeridos (must-be): Son atributos que tienen que estar, no pueden

faltar. Su ausencia producirá indefectiblemente insatisfacción del cliente (ej. una

laptop debe contar con, al menos, un puerto USB). (Sejzer, 2016)

• Atributos indiferentes: Son aquellos atributos que el cliente suele no advertir, por

lo que no generan ni satisfacción ni insatisfacción. Son completamente

prescindibles. Deben ser eliminados porque generan un costo innecesario (ej.

27

algunas aplicaciones que vienen por defecto en los teléfonos móviles y que nadie

utiliza). (Sejzer, 2016)

• Atributos inversos o de rechazo: Son atributos que agregan características

especiales que el cliente no espera y que le generan insatisfacción si están presentes

(ej. el menú de un smart TV que tenga demasiadas opciones de configuración para

un cliente que sólo mirará TV convencional). Aquí el error suele estar en la

segmentación del cliente, en entregarle un producto a un cliente que busca otra cosa,

quizás algo más simplificado. (Sejzer, 2016)

Figura 28. Modelo Kano (Sejzer, 2016).

28

2.1.6.2. Ingeniería Kansei

La Ingeniería Kansei (IK) (Nagamachi, 1995) es una de las metodologías precursoras y

más completas en este campo. Se trata de una herramienta de ingeniería que permite captar

las necesidades emocionales de los usuarios y establecer modelos de predicción

matemáticos para relacionar las características de los productos con esas necesidades

emocionales (Vergara & Mondragón, 2006).

“Lo que realmente distingue a la Ingeniería Kansei de otros métodos es su capacidad

para predecir los sentimientos a partir de las propiedades de los productos” (Schütte, 2005).

“Para su aplicación, en una primera etapa, se recopilan los sentimientos del consumidor

(valoración ergonómica y psicológica) sobre el producto, usando el diferencial semántico”

(Vergara & Mondragón, 2006).

2.1.6.2.1. Diferencial Semántico

El Diferencial Semántico (DS) (Osgood et al, 1967) es uno de los principales

métodos utilizados en el diseño emocional de productos para medir la percepción que

los consumidores tienen de un objeto. Ante un objeto o imagen del mismo se solicita

a un sujeto que emita un juicio subjetivo. El juicio se hace sobre pares de adjetivos

opuestos (por ejemplo, clásico/moderno) y según una escala con graduación numérica.

(Vergara & Mondragón, 2006)

2.1.7. QFD

El QFD (Quality Function Deployment) supone una metodología que permite

sistematizar la información obtenida del usuario hasta llegar a definir las características de

29

calidad del servicio, adaptándolo a las necesidades y expectativas detectadas. Significa por

tanto una herramienta para el diseño del producto o servicio (SAMAME, 2019).

Su objetivo es la obtención de una Calidad de Diseño de un servicio excelente mediante la

conversión de las necesidades del cliente en características de calidad adecuadas, sin omisiones

ni elementos superfluos (SAMAME, 2019).

Según (SAMAME, 2019) menciona que tiene dos propósitos:

• Desplegar la calidad del producto o servicio. Es decir, el diseño del servicio o producto

sobre la base de las necesidades y requerimientos de los clientes.

• Desplegar la función de calidad en todas las actividades y funciones de la organización.

El elemento básico del QFD es la denominada Casa de la Calidad (House of Quality). Es

la matriz de la que derivarán todas las demás. Y es que es este enfoque matricial lo característico

del método, de modo que el despliegue de la calidad utilizará un amplio número de matrices y

de tablas relacionadas entre sí (SAMAME, 2019).

2.1.8. Tipo de estudio

2.1.8.1. Estudios exploratorios o formulativos

El primer nivel de conocimiento científico sobre el problema de investigación se

logró a través de estudios de tipo exploratorio; se tuvo por objetivo, la formulación de

un problema para posibilitar una investigación más precisa o el desarrollo de una

hipótesis. Permite al investigador formular hipótesis de primero y segundo grado

(Vásquez Hidalgo, 2005).

Para definir este nivel, debe responder a algunas preguntas:

30

• ¿El estudio que propone tiene pocos antecedentes en cuanto a su modelo teórico

o a su aplicación práctica?

• ¿Nunca se han realizado otros estudios sobre el tema?

• ¿Busca hacer una recopilación de tipo teórico por la ausencia de un modelo

específico referido a su problema de investigación? ¿Considera que su trabajo

podría servir de base para la realización de nuevas investigaciones?

2.1.9. Fuentes y Técnicas para la recolección de la información

2.1.9.1. Técnicas para recolección de datos

Para llevar a cabo un trabajo de investigación el investigador cuenta con gran variedad

de métodos para diseñar un plan de recolección de datos. Tales métodos varían de acuerdo

con cuatro dimensiones importantes: estructura, confiabilidad, injerencia del investigador

y objetividad. La presencia de estas dimensiones se reduce al mínimo en los estudios

cualitativos, mientras que adquieren suma importancia en los trabajos cuantitativos, no

obstante, el investigador a menudo tiene la posibilidad de adaptar la estrategia a sus

necesidades (García & Martínez, 2018).

• Entrevistas

• Encuestas

• Observación

2.1.10. Manejo de datos

Cuando se muestran los datos estadísticos a través de representaciones gráficas, se ha

de adaptar el contenido a la información visual que se pretende transmitir. Para ello, se

barajan múltiples formas de representación. (Hiru.eus, 2016)

31

• Diagramas de barras: muestran los valores de las frecuencias absolutas sobre un

sistema de ejes cartesianos, cuando la variable es discreta o cualitativa.

• Gráfico de líneas: muestran una serie como un conjunto de puntos conectados

mediante una sola línea. Los gráficos de líneas se usan para representar grandes

cantidades de datos que tienen lugar durante un período continuado de tiempo.

(Ghanayem, 2017)

• Gráfico de radar: Sirve para reconocer las diferentes percepciones de los

integrantes de un equipo, establecer metas de crecimiento, buscar sinergia en la

acción y hacer seguimiento de los avances. (INGRID ASTIZ, 2012)

32

3. CAPITULO III

3.1. METODOLOGÍA / DISEÑO DE LA INVESTIGACIÓN

3.1.1. Fuentes y Técnicas para la recolección de la información

3.1.1.1. Técnicas para recolección de datos

Para poder recolectar información que ayude al cumplimiento del objetivo de esta

investigación se utilizó diferentes técnicas tales como:

• Entrevistas

• Encuestas

• Observación

3.1.2. Tratamiento de la información (Población, muestra, recopilación, procesamiento

de datos, interpretación)

3.1.2.1. Población y muestreo

La muestra que se tomó para las especificaciones de las necesidades de los clientes está

definida en el siguiente diagrama.

Figura 29. Porcentaje de necesidades del cliente. (Griffin, Abbie, & Hauser, 1993).

33

Para la identificación de las necesidades de los amputados en aspectos técnicos se

trabajó con 10 fisioterapeutas a través de una entrevista online ayudado por la plataforma

de Google Drive.

En la identificación de los aspectos estéticos y emocionales que debe tener una prótesis

transtibial se trabajó con 6 personas que según el diagrama figura 29 se obtuvo el 80% de

sus necesidades.

A su vez la investigación propuesta en sus inicios se llevó a cabo a través de un estudio

exploratorio de tal forma se estableció un muestreo intencionado bajo los siguientes

criterios.

3.1.2.1.1. Muestreo intencionado

Traumatólogos y ortopedistas: De un universo escogido a conveniencia de 10

doctores la muestra intencionada es de 3 doctores traumatólogos ejerciendo su

profesión en la ciudad de Quito.

Fisioterapeutas: De un universo escogido a conveniencia de 10 fisioterapeutas

la muestra intencionada es de 2 fisioterapeutas ejerciendo su profesión en la ciudad

de Quito

3.1.2.1.2. Restricciones de la muestra

La apertura de cada uno de los profesionales para no poder ayudar en el desarrollo

del proyecto se debe a circunstancias tales como:

• Recelo profesional

• Falta de tiempo

34

• Documentación excesiva

• Falta de confidencialidad

3.1.2.2. Manejo de datos

Para el manejo o representación de los datos se realizó representaciones graficas para

ayudar al entendimiento de la información.

Cuando se muestran los datos estadísticos a través de representaciones gráficas, se ha

de adaptar el contenido a la información visual que se pretende transmitir. Para ello, se

barajan múltiples formas de representación. (Hiru.eus, 2016)

• Diagramas de barras: Se utilizó para representar el tiempo de recuperación de

cada parte del cuerpo involucrada en una amputación (piel, hueso, músculo) en base

a las respuestas de cada doctor.

• Gráfico de líneas: Se utilizó para representar el tiempo de rehabilitación que debe

de pasar una persona amputada antes de utilizar una prótesis transtibial.

• Gráfico de radar: Se utilizó para representar y cuantificar las emociones que más

están inmersas en una imagen.

35

3.2. Diseño de la investigación

• Determinar el tiempo de recuperación del

paciente para definir el tamaño del encaje

de la prótesis (después de desinflamación).

• Determinar la forma final que tendrá el

encaje con respecto al muñón del paciente

• Determinar cuáles son los aspectos

emocionales de las personas amputadas

que marcarán una parte del diseño de la

prótesis transtibial.

• Determinar los aspectos estéticos para el

diseño de la prótesis transtibial

• Determinar cuáles serían las

especificaciones técnicas que marcarán la

elaboración de una prótesis transtibial

• Definir formas que permitan tomar

medidas exactas de la anatomía de la parte

amputada.

• Determinar que materiales son mejores

para la fabricación de las prótesis

transtibiales.

• Establecer métodos de fabricación

• Evaluar la investigación realizada por

medio de un diseño CAD

• Visualizar los aspectos de diseño.

• Determinar si las prótesis presentes

cumplen con las necesidades requeridas

por el amputado.

Determinar cuáles son los

requerimientos para un

diseño técnico, estético y

emocional

Determinar los aspectos

ergonómicos, materiales y

métodos de fabricación en

una prótesis transtibial que

dan apertura a un buen

diseño técnico, estético y

emocional.

Elaborar una propuesta de

prótesis transtibial virtual

que permita evaluar los

aspectos del diseño

(técnico, estético y

emocional).

Investigar los diferentes

tratamientos postoperatorios

a los que están sometidos las

personas con amputación

transtibial

Medir el impacto del

diseño propuesto respecto

a las prótesis presentes en

el mercado

36

3.3. Procedimiento para el cumplimiento de la investigación.

3.3.1. Información de investigación a personas.

➢ Los diferentes tratamientos postoperatorios a los que están sometidos las personas con

amputación transtibial.

• Los doctores traumatólogos, ortopedistas y fisioterapeutas son aquellas personas que

brindaron información confiable para determinar cuándo es el momento preciso en el

uso de una prótesis ortopédica transtibial.

• Se realizó las entrevistas a médicos en el área de traumatología y ortopedia para

determinar el tiempo de recuperación de la piel, músculo y hueso de la parte o miembro

afectado por la amputación, a su vez se estableció los diferentes riesgos que puede

sufrir una persona amputada al usar una prótesis antes de la recuperación.

• Las entrevistas a Fisioterapeutas se llevó a cabo para determinar si existe algún cambio

en la anatomía de la zona afectada después de la rehabilitación y el tiempo de

recuperación del volumen de masa muscular.

➢ Determinar cuáles son requerimientos para un diseño técnico, estético y emocional

• Se realizó encuestas virtuales a Fisioterapeutas para determinar los requerimientos

técnicos que fueron analizados para la elaboración de la prótesis transtibial.

• Se realizó encuestas o entrevistas a personas con amputación transtibial para

determinar requerimiento estéticas y emocionales respecto a una prótesis.

3.3.2. Información de investigación escrita.

➢ Los mejores criterios de diseño tanto ergonómicos, selección de materiales para un buen

desarrollo de prótesis transtibiales.

37

• Se investigó posibles formar para realizar un encaje (socket) que garantice una

buena adaptación en el muñón del paciente.

• Se analizó cuales son los mejores materiales para cada una de las partes que

conforma una prótesis transtibial y que cumplan con los requerimientos de diseño.

• Se investigó las diferentes maneras de fabricar las partes de las prótesis.

➢ Propuesta de prótesis transtibial virtual que permita visualizar los aspectos del diseño

(técnico, estético y emocional).

• Con toda la información obtenida se realizó una prótesis transtibial personalizada

para cada uno de los requerimientos de diseño con la ayuda de software CAD

(Inventor).

3.3.3. Información de investigación en el entorno

➢ Medir el impacto del diseño propuesto respecto a las prótesis presentes en el mercado.

• Con el diseño que se realizó, se construyó una encuesta para las personas afectadas

(amputadas) para validar la aceptación del diseño de la prótesis con respecto a otras

prótesis existentes en el mercado.

3.4. Rehabilitación e inicio del diseño de una prótesis transtibial.

Como se ha establecido se realizó encuestas o entrevistas a profesionales en el área de

interés para el cumplimiento y obtención de la información que sea relevante para el desarrollo

de la investigación.

38

3.4.1. Entrevistas en el área médica (Doctores traumatólogos y ortopedia).

En el área médica con la ayuda de doctores traumatólogos y ortopedistas se obtuvo

información importante por medio de una encuesta (Tabla 1), acerca de los tiempos de

recuperación de la estructura (piel, hueso, músculo) que tiene un paciente luego de ser

amputado; los datos obtenidos se trabajó con el valor más alto para evitar posibles lesiones

debido a que los tiempos de recuperación dependen del paciente y estos son cambiantes.

Tabla 1.- Preguntas de entrevistas a doctores en la rama de traumatología y ortopedia.

Temática Pregunta Variable

Uso de la prótesis ¿Desde qué edad es aconsejable el uso de una

prótesis transtibial?

Cuantitativa,

informativa

Recuperación de la

zona afectada

¿Cuánto es el tiempo de recuperación luego de la

operación (aspecto externo) de un paciente con una

amputación transtibial?

Cuantitativa,

informativa, selección

múltiple

¿Cuánto es el tiempo de recuperación del hueso en la

persona con una amputación transtibial?

Cuantitativa,


múltiple

¿Cuánto es el tiempo de recuperación del músculo en

la persona con una amputación transtibial?

Cuantitativa,


múltiple

Después de la recuperación en una amputación

transtibial. ¿Cuánto es el lapso de tiempo para

empezar una rehabilitación del músculo y del hueso?

Cuantitativa,


múltiple

Elaborado por: William Segura

3.4.2. Encuestas en el área médica (Fisioterapeutas).

Con ayuda de los Fisioterapeutas a través de la encuesta (Tabla 2) se obtuvo información

acerca de los tratamientos de recuperación de la parte amputada, además del tiempo de

recuperación de la zona amputada si éste ha sufrido atrofiamiento muscular.

39

Tabla 2.- Preguntas de encuestas a Fisioterapeutas

Temática Pregunta Variable

Recuperación en el

aumento de masa

muscular

Los músculos de la parte afectada estarán inactivos

provocando atrofiamiento muscular. ¿Cuánto es el tiempo

promedio que se demoraría en recuperar un estado de masa

muscular igual o similar al otro miembro?

Cuantitativa,

selección

múltiple

¿Cuánto es el aumento de volumen de masa muscular con

un buen sistema de recuperación?

Cuantitativa,

selección

múltiple

Tratamientos de la

parte amputada

¿Cuáles son los tratamientos de recuperación del hueso

para la parte afectada? Informativa

¿Cuáles son los tratamientos de recuperación muscular

para la parte afectada? Informativa

¿Con el uso de una prótesis es necesario seguir con un

tratamiento a largo plazo?

Informativa,

selección

múltiple

Requerimientos del

encaje

El encaje de la prótesis para el resguardo del muñón del

paciente ¿Que requerimientos necesita? Informativa


3.5. Necesidades del cliente en una prótesis ortopédica transtibial

3.5.1. Requerimientos Técnicos

3.5.1.1. Formato de encuestas.

Para iniciar con las entrevistas se formuló una serie de preguntas ayudadas por el libro

“Diseño y desarrollo de productos” de Karl T. Ulrich y Steeven D. Sppinger donde el objetivo

fue “obtener una expresión honesta de necesidades, no convencer a un cliente de lo que

necesita” (Ulrich & Sppinger, 2013).

40

Las preguntas se hicieron por medio de una encuesta virtual ayudada por el servidor de

Google Drive donde 10 fisioterapeutas dieron sus respuestas a las preguntas descritas a

continuación y el modelo de la encuesta verificar (Anexo 3).

• ¿Qué le gusta de las prótesis transtibiales?

• ¿Qué le disgusta de las prótesis transtibiales?

• ¿Qué problemas consideraría usted en una prótesis transtibial sí brinda la ayuda

para su adquisición?

• ¿Qué características o funcionalidades añadiría a una prótesis transtibial sí brinda

la ayuda para su adquisición?

3.5.1.2. Interpretación Ingenieril de los resultados de las encuestas

Los resultados obtenidos por parte de los encuestados son muy objetivos de tal forma

que se intenta traducir este lenguaje a uno que podamos manejarlos por medio de variables

que permitan cálculos matemáticos (Anexo 4).

3.5.1.3. Análisis Checklist

La interpretación ingenieril lleva consigo términos que pueden o no repetirse de tal

forma que se procede a realizar es una asociación de términos encabezada por las

especificaciones que abrirán paso para un análisis dentro de la metodología Kano (Anexo

5).


En este punto se partió con una encuesta enfocada con preguntas funcionales (positivas)

y disfuncionales (negativas) con las especificaciones obtenidas en el checklist (Anexo 6),

y todas ellas respondiendo a 5 opciones cada una con su respectivo número, donde (1) Me

41

gustaría, (2) Es algo Básico, (3) Me da igual, (4) No me gusta pero lo tolero, (5) No me

gusta y no lo tolero.

Para poder determinar qué tipo de atributo (atractivo, unidimensional, obligatorio,

respuesta dudosa, respuesta inversa, indiferente) con respecto a las preguntas funcionales

y disfuncionales realizadas se dio paso al método de evaluación Kano (Figura 30).

3.5.2. Requerimientos Estéticos

3.5.2.1. Formulación de encuesta

La encuesta se realizó por medio de tablas de selección en donde el encuestado eligió

un adjetivo de los propuestos y después se cuantificó según la dinámica que se presenta,

el objetivo fue determinar los deseos de la persona afectada (amputada) con respecto a la

estética (diferencial semántico) para la realización de una prótesis que cumpla con los

adjetivos seleccionados (Anexo 7).

3.5.2.2. Ingeniería Kansei

La Ingeniería Kansei se basó en identificar las palabras especificas con las cuales

estuvieron regidos o serán indispensables en el diseño de nuestra prótesis transtibial

Figura 30. Tabla de evaluación Kano. Fuente: Autor

42

(palabras Kansei) este análisis se realizó por medio de la metodología del diferencial

semántico (se evaluó aspectos estéticos y el deseo del usuario).

3.5.2.2.1. Diferencial Semántico.

Se usó la metodología del diferencial semántico para establecer adjetivos con su

respectivo antónimo y colocarlos en una escala (Figura 31), con la finalidad de que la

persona amputada elija un valor entre los 2 adjetivos y así determinar los adjetivos de

mayor resultado conocidos también como las palabras Kansei que definió el diseño de la

prótesis en los aspectos estéticos y de deseo.

3.5.2.3. Interpretación de resultados de las encuestas

Para poder interpretar los datos es necesario trabajar con los valores exactos que la

persona afectada(amputado) estableció en la tabla, el rango utilizado fue de 1 al 7 (Figura

32).

Fue necesario determinar las palabras Kansei que estuvieron presentes en el diseño de

la prótesis, cabe mencionar que este análisis se realizó para las 3 partes principales de la

prótesis transtibial como es el socket, el soporte y el pie (Anexo 8,9,10); de tal forma se ha

implementado el uso de los cuartiles correspondientes al rango de los datos (1 al 7) de

manera que:

Figura 31. Diferencial Semántico. Fuente: Autor

43

• Si la sumatoria de los valores da igual o menos del primer cuartil (25%) quiere

decir que las personas afectadas se inclinan por el adjetivo de la izquierda.

• Si la sumatoria es mayor al primer y menor al tercer cuartil (26% - 74%) quiere

decir que las personas afectadas están indecisas y no se elige ninguna palabra.

• Si la sumatoria de los valores es igual o mayor al tercer cuartil (75%) quiere decir

que las personas afectadas se inclinan por el adjetivo de la derecha.

3.5.3. Requerimientos Emocionales

3.5.3.1. Formulación de encuesta

La encuesta se llevó a cabo por medio de diagramas de radar en donde el encuestado

eligió un valor cualitativo que más lo identifique (emoción), después cuantificarlo según

su agrado y dinámica presente, según (Cedillo Jurado, 2016) las emociones positivas y

negativas a mencionarse son las más representativas a evaluarse dentro de un producto

teniendo así; 6 emociones positivas que son: Entusiasmo, Alegría, Deseo, Sorpresa,

Satisfacción, Esperanza y 6 emociones negativas como: Desilusión, Fastidio, Susto,

Tristeza, Mal humor, Vergüenza, donde el objetivo fue determinar las posibles emociones

(diseño emocional) al ver una imagen y mejorar ese diseño para la elaboración de una

prótesis transtibial (Anexo 7).

Figura 32. Fragmento de la interpretación de datos. Fuente: Autor

44

3.5.3.2. Diseño Emocional

Se usó la metodología del diseño emocional, pero para que sea un poco más didáctico

para las personas encuestadas se decidió reformarla, de tal manera que se identifiquen las

emociones y a su vez se pueda dar un valor; es así como se utilizó un diagrama de radar

donde constó las emociones y un valor a selección. (Figura 33). El objetivo fue determinar

las emociones más positivas que puedan ayudar o brindar una mejora en el diseño de la

prótesis transtibial.

3.5.3.3. Interpretación de resultados de las encuestas

Con el diagrama de radar que presentaron las encuestas a las personas

afectadas(amputadas), fue necesario un análisis de los datos, para lo cual se realizó una

matriz de las emociones con respecto a cada imagen, en el cual a cada emoción se le da un

valor (0-6) para posteriormente ser analizado, el procedimiento que se presenta se realizó

0123456

Desilusión

Fastidio

Entusiasmo

Susto

Alegria

Tristeza

Mal humor

Vergüenza

Deseo

Sorpresa

Satisfacción

Esperanza

Evaluación Emocional

1 2 3 4 5 6 7

Figura 33. Diagrama de radar de emociones. Fuente: Autor

45

para las partes del socket, soporte y pie de la prótesis transtibial; para poder determinar qué

imagen es la que más emoción positiva le causa a la persona se realiza lo siguiente:

• Se ubican los valores obtenidos de cada encuestado en la matriz

• Se suman las emociones positivas

• Se suman las emociones negativas

• Se calcula el total por medio de la diferencia entre la emoción positiva y

negativa.

• Se suman todos los totales positivos

3.6. Parámetros de Diseño

Hay que definir que una prótesis ortopédica es única para cada persona debido a distintos

factores que influyen en su desarrollo tales como:

• Anatomía del cuerpo

• Forma del corte

• Tamaño de la persona

• Peso de la persona

El propósito es definir un diseño de prótesis que sea acorde a los requerimientos de las

personas afectadas (amputadas) que se estableció con anterioridad en la muestra.

Es necesario especificar que las encuestas fueron realizadas solo a personas de sexo

masculino, de tal forma que las necesidades serán específicamente para este género.

Se tomó en cuenta que el diseño es propuesto para la ciudadanía ecuatoriano, de tal

manera se optó por tomar los datos del peso y la altura promedio

46

3.6.1. Medidas de una pierna

Se realizó una investigación del tamaño aproximado que debería tener la prótesis

transtibial con respecto a la altura de la pierna para que pueda adaptarse correctamente a la

persona; es necesario mencionar que los datos que se obtuvieron fueron adaptados para la

altura promedio establecida de “167, 1 cm” (Donoso, 2016).

3.6.2. Medidas de la planta del pie

Con la medida del pie que se obtuvo en el análisis de las medidas de la pierna, se

identificó una plantilla de zapato que se adapte a estas medidas, de tal manera que esta

forma dará paso a la silueta del diseño del pie para la prótesis transtibial.

3.6.3. Ángulos de movimiento del pie

Se realizó una investigación en libros, páginas web y artículos de medicina que indicaran

cuales son los ángulos de movimiento del pie para mantener una buena estabilidad y

marcha al momento de caminar.

3.7. Diseño de la prótesis con requerimientos técnicos

3.7.1. Análisis QFD

Se realizó el QFD o casa de la calidad debido a que es un método que facilita la

identificación de necesidades del cliente y traducirlas a requerimientos de calidad en cada

etapa que presenta, a su vez dar un seguimiento en función al diseño y desarrollo del

producto o servicio (Anexo 16).

3.7.1.1. Identificación de los QUES y COMOS

Para este punto las especificaciones que se obtuvo en la metodología Kano se

llamarán los QUES, en el cual a cada uno se le asignó variables cuantificables (llamados

47

COMOS), a su vez se estableció un nivel de relación que posteriormente se ubicó en la

matriz de relaciones del QFD (Figura 34).

3.7.1.2. Diagrama de afinidad de los COMOS

Al analizar los COMOS pueden darse los casos de repeticiones, de tal forma que se

procedió a realizar las respectivas agrupaciones para un mejor entendimiento y análisis de

los resultados obtenidos y por obtener.

3.7.1.3. Grado de importancia de los QUES.

Se procedió a trabajar con la opinión de las personas afectadas (amputadas) por

medio de un cuadro o matriz de importancia (Anexo 15) en el cual se les preguntaba

cuál QUE era más importante para obtener su ponderación.

3.7.1.4. Matriz de relaciones

Se realizó una ponderación entre los QUES con los COMOS, donde si existiese una

relación alta o baja se establece un valor según la Figura 35.

Figura 34. Nivel de relación. Fuente: Autor

Figura 35. Valor de

ponderación. Fuente: Autor

48

3.7.1.5. Dificultad Organizacional

Para cualquier acción con respecto al COMO fue necesario establecer el nivel de

dificultad para el cumplimiento del CUANTO, lo que se realizó es establecer una

ponderación de dificultad con respecto al tiempo, recursos económicos y recursos

humanos (Figura 36).

3.7.1.6. Vector de CUANTOS

Una vez definidos los COMOS se enfocó a establecer los CUANTOS que son aquellos

que garantizarán la satisfacción de las personas amputadas; es necesario mencionar que

estos datos son solo una guía no precisamente deberán coincidir con los datos finales, se

define un valor objetivo a cumplir con su respectiva tolerancia y unidad de medición.

3.7.1.7. Evaluación competitiva técnica

En este punto se hizo una comparación del posible diseño del producto nuestro con

respecto a la competencia, para lo cual es recomendable investigar; en algunos casos se

procede a una autopsia del producto de la competencia para establecer todos los

parámetros, para este análisis se tomó como referencia a los productos de 2 competidores.

La evaluación se hizo con respecto al vector CUANTO, se estableció cual es mejor o

peor y colocada en la matriz con referencia a una figura geométrica.

Figura 36. Cuadro de dificultad organizacional. Fuente: Autor

49

3.7.1.8. Evaluación competitiva

En este punto se indicó una posible percepción de las personas afectadas (amputadas)

con respecto a los productos de la competencia, la ponderación se presenta en una escala

de bueno a malo y se representa en figuras geométricas para representarlo.

3.7.1.9. Ponderación de los COMOS

Se estableció una importancia para cada COMO en donde entra una relación directa

entre el grado de importancia con la matriz de relación.

Para el valor absoluto es una sumatoria de la multiplicación entre el grado de

importancia y su matriz de relación, con todos los datos obtenidos se establece el valor

más alto y se hace una relación porcentual, finalmente se hace una ponderación para

identificar los COMOS con la importancia más alta.

3.7.1.10. Matriz de correlaciones

Se procedió a establecer una relación entre los COMOS con respecto a las

representaciones graficas Figura 37, donde se indicó cual COMO tiene mayor impacto

sobre otro COMO.

Figura 37. Representaciones graficas de

relación entre COMOS (QFD). Fuente: Autor

50

3.7.1.11. Diagnóstico de la QFD

En esta matriz de diagnóstico se identificó y se dió a conocer las situaciones más

críticas que se encuentran con los diferentes procedimientos que se realizaron en la casa

de la calidad, este análisis se realizó como constancia de los diferentes puntos de mejora

para un nuevo diseño.

3.7.1.12. Estructura Funcional

Se estableció la estructura funcional que debe cumplir el producto, esto se realizó

identificando las funciones principales que cumple, analizando las subfunciones dentro

de cada función principal, energías de entrada y salida; material de entrada y salida;

señales de entrada y salida.

3.7.2. Diseño conceptual

Para una correcta selección de los conceptos se identificó las sub funciones de la

estructura funcional definidas anteriormente, de tal forma que se realizaron bocetos y

ubicándolas en una matriz que corresponda a los posibles principios de solución.

3.7.2.1. Propuesta de principios de solución (carta morfológica)

Se realizó una serie de bocetos (imágenes) que son fuente de posibles soluciones para

cada función de nuestra prótesis transtibial; el objetivo fue determinar cuál boceto es la que

mejor se adapta o da una mejor solución al mecanismo que se necesita.

3.7.2.2. Selección de bocetos (Matriz de Pugh)

Mediante esta matriz de ponderación se procedió a seleccionar los mejores

componentes para la creación de nuestro producto.

51

Para la ponderación se parte de un modelo común para su comparación donde los

valores que toma la evaluación son 1=mejor, 0 = igual, -1=peor.

3.7.3. Traducción, eliminación y documentación

Para la selección de materiales de los componentes diseñados del producto, se utilizó

la metodología de selección de materiales propuesta por Ashby, el cual menciona que

siempre se parte de un universo de materiales y se sigue una serie de pasos como son la

traducción, eliminación, clasificación y documentación de los materiales, para llegar a los

materiales finales de fabricación de los componentes diseñados (Ashby, 2005).

Para lo cual se realizó el siguiente procedimiento:

1) Definir el listado de subsistemas del producto

2) Definir el listado de componentes para cada subsistema definido. Poner un nombre a

cada componente.

3) Para cada componente definir si este va a ser seleccionado de un catálogo o va a ser

diseñado.

4) Para los componentes de catálogo establecidos, definir la especificación, marca y

número de parte del catálogo.

3.6.3.1. Metodología de selección de materiales (Traducción)

Se estableció cada uno de los componentes diseñados, se definió requisitos de diseño,

función principal, restricciones, objetivos y variables libres, cada uno de estos es un factor

muy importante a la hora de seleccionar el material para el diseño de las partes.

https://uvirtual.uce.edu.ec/mod/assign/view.php?id=77527

52

3.6.3.2. Selección de materiales

Una vez definido los componentes se procedió a escoger los materiales adecuados para

cada uno de ellos; para este apartado se ha utilizado el programa CES EDU PACK 2017.

Definir el listado de partes del proyecto

• Faja elástica

• Socket

• Sistema de ensamble

• Pie superior

• Pie Inferior

3.6.3.2.1. Faja Elástica

De acuerdo a las restricciones del diseño de esta parte, se obtuvo que debe ser resistente

a la fatiga, flexible y liviano.

Por ser una pieza que debe adaptarse a la persona se ha optado por utilizar un material

de tela capaz de tener las restricciones antes mencionadas.

3.6.3.2.2. Socket

De acuerdo a las restricciones del diseño de la pieza, se obtuvo que debe ser liviano,

suave, resistente a la oxidación, y resistente a golpes.

Se trabajó con el índice de funcionamiento (Figura 38) en base a la fuerza que

maximice; se tomó en consideración un material que no sea tan rígido a la fuerza que se le

aplicará y tampoco un material que sea muy débil como para romperse.

53

Las razones de seleccionar un material de estas especificaciones son:

1. El material no debe ser tan rígido por lo que la anatomía del cuerpo es cambiante y

debe adaptarse en el transcurso del día.

2. El material no debe ser tan flexible para mantenerse firme y adaptado a la estructura

del muñón de la persona afectada (amputada).

3.6.3.2.3. Sistema de ensamble

De acuerdo a las restricciones del diseño de la pieza, se obtuvo que debe ser liviano,

resistente a compresión, resistente a la corrosión, resistente a golpes (Figura 39); se trabajó

con el índice que maximice las características del material.

3.6.3.2.4. Pie superior

De acuerdo a las restricciones del diseño de la pieza, se obtuvo que debe ser resistente

a los golpes, liviano, resistente a la oxidación, resistente al desgaste (Figura 40).

Figura 39. Índice de diseño para el ensamble. Fuente: (Ashby, 2005).

Figura 38. Índice de diseño para el socket. Fuente: (Ashby, 2005).

54

La parte del pie trabaja como panel debido a que soportará todo el peso de la persona

amputada al momento de caminar y se seleccionó que su rigidez sea alta para poder evitar

deformaciones.

3.6.3.2.5. Pie Inferior

De acuerdo a las restricciones del diseño de la pieza se obtuvo que debe ser resistente

a los golpes, liviano, resistente a la oxidación, resistente al desgaste (Figura 41).

De la misma forma esta parte actúa como panel y el peso de la persona enfocado en un

punto debido al eje presente en este, de tal forma que se necesitó un material que sea rígido

para evitar deformación.

3.6.3.3. Definir el material de cada elemento.

Para seleccionar el material adecuado se tomó en cuenta los índices de cada material

resultantes del análisis de la selección de materiales con el programa CES EDU PACK

Figura 40. Índice de diseño Pie superior. Fuente: (Ashby, 2005)

Figura 41. Índice de diseño Pie inferior. Fuente: (Ashby, 2005)

55

2017 en cada elemento de la prótesis transtibial como son faja elástica, socket, sistema de

ensamble, soporte, pie superior y pie inferior

3.6.3.4. Procesos de fabricación

Para las piezas que conforman a la prótesis ortopédica transtibial se analizó los

siguientes puntos para poder determinar un proceso de fabricación:

• Geometría de la pieza

• Cada parte debe ser personalizada a la persona que lo necesita

• Material del que será fabricado

3.7.4. Resorte óptimo para la prótesis transtibial

El cálculo se lo realizó partiendo del promedio del peso de las personas ecuatorianas

(70 kilos) para obtener la fuerza a la que va a estar sometida la prótesis transtibial.

3.7.5. Modelado de la prótesis transtibial técnica

Para el modelado de la prótesis se utilizó el software Inventor de Autodesk por su

interfaz dinámica, además que brinda un análisis de esfuerzo.

Para cada pieza que conforma la prótesis transtibial se llevó a cabo por medio de las

medidas propuestas anteriormente de la pierna, pie y ángulos de movimiento.

3.7.5.1. Modelado del socket

El socket es una parte muy peculiar debido a su alto grado de complejidad que debe

tener el diseño para preservar el bienestar del muñón de la persona afectada

(amputado).

56

El muñón que presenta cada persona es único de tal manera que el diseño debe

acoplarse perfectamente y para poder cumplir con este factor es necesario el uso de

técnicas modernas como es el Scanner en 3d.

• Scanner 3d

Un escáner 3D es un dispositivo que toma datos de un objeto cualquiera y lo

convierte en un modelo 3D que luego puedes imprimir o usar para lo que quieras.

Normalmente dividen el objeto en muchos puntos pequeños y, guardando datos de la

ubicación de cada uno, crean el objeto 3D. (Pérez, 2014)

El objetivo es escanear el muñón de la persona afectada (amputada) y convertirlo

en un objeto en 3d, de esta forma se importaría con una extensión que sea capaz de

leer el software establecido y diseñar un socket en cuyo interior mantenga la forma de

la geometría escaneada, asegurando así el confort de la persona.

3.7.5.2. Análisis de esfuerzos

El modelado se lo realizó en el programa de inventor; este programa es muy dinámico

al momento de realizar las piezas.

Para un análisis de esfuerzos fue necesario especificar en el programa el material

original de fabricación.

Fue necesario especificar la carga a la que va a estar sometido el producto que en este

caso sería la masa de la persona de aproximadamente 70 kilos.

57

Cuando el modelado estuvo completo y armado o ensamblado en el programa, fue

necesario definir en qué parte va a estar sometida la carga y que parte se va a mantener

fija con respecto a dicha carga.

Fue importante definir un mallado (método de diferencias finitas) no muy grande

evitando así un cálculo de esfuerzos erróneo.

Al finalizar la simulación se apreció como el producto se deforma o no con la carga

sometida; a su vez que el programa no indica un modelo de factor de seguridad para

tomar en cuenta en el diseño siendo así:

• Si en el programa arrojó imágenes con color azul: el producto diseñado es capaz

de soportar la carga específica y con un alto factor de seguridad

• Si el programa arrojó imágenes con colores naranjas: le producto diseñado es

propenso a deformaciones en dicha área con el peso establecido.

• Si el programa arrojó imágenes con colores rojos: el producto diseñado sufrirá

fractura en el área, de manera que se deberá tomar acciones correctivas.

3.8. Adaptación de los requerimientos estéticos a la prótesis transtibial técnica

Se realizó una encuesta a las personas afectadas (amputadas), para el cual se usó diferentes

metodologías como es la Ingeniería Kansei para poder encontrar los requerimientos estéticos

que serán incorporados en la prótesis transtibial técnica.

Ahora por medio del libro de (Ashby, 2005) se logró transformar los adjetivos obtenidos del

método de Ingeniería Kansei a un lenguaje más comprensible para la adaptación al nuevo

diseño de la prótesis transtibial.

58

3.8.1. Selección de materiales luego de requerimientos estéticos

En la selección de materiales de este diseño no varía en gran medida del anterior; de

tal forma que se mantendrá los materiales del anterior diseño y solamente se seleccionó el

material de las nuevas partes existentes.

3.8.1.1. Dedos

Para las restricciones de este diseño se estableció las mismas restricciones que del pie

inferior: ser resistente a los golpes, liviano, resistente a la oxidación, resistente al desgaste

(Figura 42).

De esta forma, esta parte actúa como panel y el peso de la persona enfocado en un

punto debido al eje presente en este, de tal forma que necesitamos un material que sea

rígido para evitar deformación.

3.8.1.2.Tapón Eje

Para las restricciones de este diseño se estableció: ser resistente a los golpes, liviano,

resistente a la oxidación, resistente al desgaste (Figura 43).

Esta parte actúa como cilindro en presión debido a que necesitamos que el eje se

mantenga en su posición para evitar que se salga; a su vez un diseño estético que

mantenga cubierto el mecanismo.

Figura 42. Índice de diseño Dedos. Fuente: (Ashby, 2005)

59

3.8.2. Definir el material

Para seleccionar el material adecuado se tomó en cuenta los índices de cada material

resultantes del análisis de la selección de materiales con el programa CES EDU PACK

2017 para cada elemento analizado anteriormente como: Dedos, Tapón eje.

3.8.3. Proceso de fabricación

De igual manera las nuevas piezas que están conformando a la prótesis ortopédica

transtibial estética se analizó los siguientes puntos para poder determinar un proceso de

fabricación:


• Parte personalizada a la persona que lo necesita


3.8.4. Modelado de la prótesis transtibial estética

En este punto se partió de la prótesis técnica e incorporar las palabras Kansei a cada una

de las partes principales de la prótesis dando como resultado una prótesis mucho más

elegante y provocando mejores emociones en las personas afectadas.

Figura 43. Índice de diseño Tapón. Fuente: (Ashby, 2005)

60


El modelado se lo realizó en base al diseño de la prótesis transtibial estética ayudado

del programa de inventor.



Fue necesario especificar la carga a la que va a estar sometido el producto que en

este caso sería la masa de la persona de aproximadamente 70 kilos.















61

3.9. Adaptación de los requerimientos emocionales a la prótesis transtibial estética

Anteriormente se ha trabajado los requerimientos técnicos y estéticos en la prótesis

transtibial; en este apartado se trabajó la incorporación de los requerimientos emocionales

resultantes de la metodología de diseño emocional.

Con la prótesis transtibial estética que se tiene, el objetivo es adaptar los resultados

obtenidos; cabe mencionar que no es copiar, el diseño es una referencia para mejorarlos en

un criterio emocional.

3.9.1. Selección de materiales

En la selección de materiales de este diseño de igual manera no varía en gran medida

del anterior; de tal forma que se mantendrá los materiales del anterior diseño y solamente

se seleccionó el material de las nuevas partes existentes.

3.9.1.1. Protector delantero y posterior

Para la selección de los materiales para estas 2 partes se estableció restricciones como:

ser resistente a los golpes, liviano, resistente a la oxidación, resistente al desgaste (Figura

44).

Estas partes por acercarse al diseño o curvatura de la pierna, trabaja como carcasa de

curvatura simple bajo carga lineal de manera que se buscó un índice que maximice su

rigidez.

Figura 44. Índice de diseño protector delantero y posterior. Fuente: (Ashby, 2005)

62

3.9.1.2. Base pie y base dedos

Para las restricciones de estos diseños se estableció: ser resistente a los golpes,

liviano, resistente a la oxidación, resistente al desgaste (Figura 45).

Estas partes actúan como panel debido a que soportar el peso de la persona afectada

de manera que se necesitó un material que sea flexible para que pueda adaptarse a la

parte de abajo del pie.


Para seleccionar el material adecuado se tomó en cuenta los índices de cada

material resultantes del análisis de la selección de materiales con el programa CES

EDU PACK 2017 para cada elemento analizado.


De igual manera las nuevas piezas que están conformando a la prótesis ortopédica

transtibial emocional se analizó los siguientes puntos para poder determinar un proceso de

fabricación:


• Parte personalizada a la persona que lo necesita


Figura 45. Índice de diseño Base Pie y dedos. Fuente: (Ashby, 2005)

63

3.9.4. Modelado de la prótesis transtibial emocional

En este punto se partió de la prótesis estética e incorporar los aspectos mas importantes

que caracterizan a las imágenes que ganaron en la encuesta por medio de la metodología

de diseño emocional dando como resultado una prótesis que genera o provoca apego

emocional.


El modelado se lo realizó en base al diseño de la prótesis transtibial emocional

ayudado del programa de inventor.



Fue necesario especificar la carga a la que va a estar sometido el producto que en

este caso sería la masa de la persona de aproximadamente 70 kilos.









64







3.9.5. Selección tratamiento superficial (Pintado)

Las partes de la prótesis transtibial están conformadas por diferentes materiales y para

dar el acabado final de los colores es necesario establecer los procesos de pintura que se

pueda utilizar para tener un aspecto de calidad. Las demás piezas serán usadas con el color

que vienen de fábrica.

Se utilizó el programa CES EDU PACK 2017 en la opción de tratamiento superficial

para poder establecer los diferentes procesos de pintura para las partes de la prótesis

transtibial.

3.10. Evaluación del diseño

Se realizó una encuesta para evaluar si la prótesis transtibial diseñada cumple con los

aspectos emocionales de las personas afectadas a tal punto de ser conocer si se tiene preferencia

en comparación a otros diseños de prótesis realizadas por la competencia (Anexo 18).

En esta encuesta se compararon 3 prótesis transtibiales sin decirle al encuestado cual es la

prótesis que se diseñó con el fin de ver los resultados de la evaluación.

65

3.11. Validación del diseño

Se realizó una presentación al departamento de Traumatología y Ortopedia del Hospital

Militar (Ubicado en Quito-Ecuador); donde se les informó el alcance del proyecto para

una evaluación del diseño según su criterio profesional; a su vez para verificación y

constancia al Doctor Fernando Hidalgo se realizó una pequeña encuesta para validar

funcionamiento y diseño de la prótesis.

4. CAPITULO IV

4.1.Resultados de la rehabilitación del miembro afectado

4.1.1. Interpretación de las respuestas de las entrevistas a doctores (traumatología y

ortopedia).

Los resultados de las entrevistas a los doctores se pueden observar en las tablas

presentes (Anexo 1).

No hay edad específica para establecer el uso de una prótesis transtibial, es

aconsejable su uso desde edades muy tempranas como niños o adultos que por algún

problema perdieron parte de su miembro inferior.

Una prótesis transtibial en los niños ayudará en el desarrollo de sus músculos y

sobre todo en la reincorporación de un ámbito social; una de las desventajas que se

presenta para los niños y padres es el cambio constante de la prótesis debido al

crecimiento del niño influenciando directamente en un aspecto económico para la

familia por lo que se aconseja prótesis un poco más dinámicas que sean capaces de

cambiar una parte y no toda su estructura sin alterar su funcionalidad, estética y

ergonomía.

66

El uso de prótesis en edades después de la adolescencia representa beneficios

debido a la finalización del desarrollo del cuerpo de la persona y solo necesitaría la

adquisición de una sola prótesis que cumpla con las necesidades del amputado.

Los datos cuantitativos obtenidos se los realizó con la finalidad de adquirir un

tiempo prudencial de recuperación para obtener medidas específicas y sin mucha

variación; con el fin de elaborar una prótesis que se adapte de manera adecuada a la

anatomía de la zona afectada (transtibial).

4.1.2. Resultados de las entrevistas a doctores (traumatología y ortopedia)

Cuando una persona ha sufrido una amputación transtibial es necesario someterse

a una rehabilitación inmediata para evitar posibles daños en el miembro afectado, el

reto era identificar el tiempo de recuperación del miembro cuando es sometido a una

rehabilitación inmediata dando como resultado 16 semanas (Tabla 3).

0

5

10

15

20

ASPECTO EXTERNO (PIEL)

HUESO MÚSCULO

Sem

anas

Respuesta de doctores

Aspecto externo (piel) Hueso Músculo

Dr. N°1 8 12 8

Dr. N°2 12 16 12

Dr. N°3 8 8 8

Tiempo de recuperación

Figura 46. Tiempo de recuperación de cada parte de la zona afectada. Fuente: Autor

67

Tabla 3.- Resultados de la entrevista (datos cuantitativos)

Recuperación Respuestas

Semana mayor Dr. N°1 Dr. N°2 Dr. N°3

Aspecto externo (piel) 8 12 8 12

Hueso 12 16 8 16

Músculo 8 12 8 12 Elaborado por: William Segura

4.1.3. Interpretación de las respuestas de las entrevistas a encuestas a fisioterapeutas

Los resultados obtenidos de las encuestas a los Fisioterapeutas se pueden observar

en las tablas presentes en (Anexo 2).

Por motivos económicos el poder adquirir una prótesis se vuelve complicado y es

así como después de la recuperación las personas no se preocupan por una constante

rehabilitación, y al pasar el tiempo se genera un grave problema para el diseño de una

prótesis debido a que en la zona de la amputación ha sufrido atrofiamiento muscular

por falta de ejercitación de tal forma no es recomendable el uso de una prótesis hasta

haber corregido este problema anatómico.

4.1.3.1. Tratamientos para el atrofiamiento muscular

Para corregir el problema del atrofiamiento muscular se ha definido diferentes

tratamientos de rehabilitación para cada parte de la zona afectada:

4.1.3.1.1. Tratamiento de rehabilitación del hueso

▪ Electroterapia: Magnetoterapia - hueso en calcificación u osificación

ósea

▪ Dependerá del cuidado y la alimentación que la persona proporcione a

su cuerpo

68

4.1.3.1.2. Tratamiento de rehabilitación del músculo

▪ Electroterapia: Estimulación Tens - Corrientes

▪ Masoterapia en cuidado del muñón

▪ Ejercicios isométricos valorando el grado de movilidad y la distrofia

muscular de la parte afectada

4.1.3.1.3. Rehabilitación a largo plazo

▪ Por su adaptación

▪ Trabajo en corrección postural

▪ Reeducación de la marcha

▪ Mantener la fuerza de la parte afectada

4.1.4. Resultado del aumento de masa muscular

Fue necesario establecer cuanto es el crecimiento o aumento de la masa muscular

cuando el amputado no se somete a una rehabilitación inmediata y después de un

tiempo recurre a un fisioterapeuta para corregir el problema; el reto es identificar el

tiempo que demoraría en erradicar el problema de atrofiamiento muscular y obtener así

el tiempo específico para tomar las dimensiones correctas donde se podrá dar paso con

la elaboración de una prótesis transtibial personalizada (Tabla 4, 5).

Tabla 4.- Aumento semanal del músculo


Promedio Lcdo(a). N°1 Lcdo(a). N°2

Aumento de masa

muscular 3 mm 2 mm 2.5 mm

69


Tabla 5.- Tiempo de rehabilitación para personas con atrofiamiento muscular


Promedio Lcdo(a). N°1 Lcdo(a). N°2

Rehabilitación del

atrofiamiento

muscular

6 meses 9 meses 8 meses


4.1.5. Cálculo de la ecuación del aumento de masa muscular con respecto al tiempo

Se partió de las siguientes variables establecidas:

𝑑0 = 𝑉𝑎𝑙𝑜𝑟 𝑑𝑒𝑙 𝑑𝑖á𝑚𝑒𝑡𝑟𝑜 𝑖𝑛𝑖𝑐𝑖𝑎𝑙 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑝í𝑒𝑟𝑛𝑎 𝑎𝑚𝑝𝑢𝑡𝑎𝑑𝑎

𝑘 = 𝑐𝑜𝑛𝑠𝑡𝑎𝑛𝑡𝑒 𝑑𝑒 𝑎𝑢𝑚𝑒𝑛𝑡𝑜 𝑚𝑢𝑠𝑐𝑢𝑙𝑎𝑟 𝑠𝑒𝑚𝑎𝑛𝑎𝑙 ≅ 2.5 𝑚𝑚

Se tomó como inicio los siguientes valores para establecer la pendiente de recta

(𝑆𝑒𝑚𝑎𝑛𝑎 ; 𝑎𝑢𝑚𝑒𝑛𝑡𝑜 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑚𝑎𝑠𝑎 𝑚𝑢𝑠𝑐𝑢𝑙𝑎𝑟)

( 1 ; 𝑑0 + 𝑘 )

( 3 ; 𝑑0 + 3𝑘 )

Cálculo de la pendiente

( 𝑦1 − 𝑦2 ) = 𝑚( 𝑥1 − 𝑥2) Ec. 1

[( 𝑑0 + 𝑘) − (𝑑0 + 3𝑘)] = 𝑚( 1 − 3)

( 𝑑𝑜 + 𝑘 − 𝑑𝑜 − 3𝑘 ) = 𝑚(−2)

(−2𝑘 ) = 𝑚( −2)

𝑘 = 𝑚 Ec. 2

Cálculo de la ecuación

( 𝑦 − 𝑦1 ) = 𝑚( 𝑥 − 𝑥1) Ec. 2 en Ec. 1

𝑘 = 𝑚

𝑑𝑖 = 𝑘. 𝑡𝑖 + 𝑑𝑜

70

[𝑑𝑖 − ( 𝑑𝑜 + 𝑘 )] = 𝑘( 𝑡𝑖 − 1)

( 𝑑𝑖 − 𝑑𝑜 − 𝑘 ) = 𝑘. 𝑡𝑖 − 𝑘

𝑑𝑖 = 𝑘. 𝑡𝑖 − 𝑘 + 𝑑𝑜 + 𝑘

𝑑𝑖 = 𝑘. 𝑡𝑖 + 𝑑𝑜 𝑐𝑜𝑛 𝑖 ≠ 0 𝑦 𝑑𝑖 ≅ 𝑎𝑙 𝑑𝑖á𝑚𝑒𝑡𝑟𝑜 𝑑𝑒𝑙 𝑜𝑡𝑟𝑜 𝑚𝑖𝑒𝑚𝑏𝑟𝑜 Ec. 3

Figura 47. Aumento de la masa Muscular Con respecto al tiempo. Fuente: Autor

4.2. Resultados de las necesidades del cliente en una prótesis ortopédica transtibial

4.2.1. Requerimientos Técnicos

4.2.1.1. Resultados del análisis Checklist

• La prótesis permite una buena postura

d1= d0 + k

d2 = d0 + 2k

d3 = d0 + 3k

d4 = d0 + 4k

d5= d0 + 5k

d6= d0 + 6k

d7 = d0 + 7k

di = d0 + tik

Extremidad rehabilitada

di= d0 + tik

Extremidad lista para la prótesis

0

5

10

15

20

25

30

1 2 3 4 5 6 7 ……………… i ……………… …….. ……. 32

(mm

)

Semanas

Aumento masa muscular y equilibrio

Punto de equilibrio

𝑑0 = 𝑉𝑎𝑙𝑜𝑟 𝑑𝑒𝑙 𝑑𝑖𝑎𝑚𝑒𝑡𝑟𝑜 𝑖𝑛𝑖𝑐𝑖𝑎𝑙 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑝í𝑒𝑟𝑛𝑎 𝑎𝑚𝑝𝑢𝑡𝑎𝑑𝑎𝑘 = 2.5 𝑚𝑚 = 𝑐𝑜𝑛𝑠𝑡𝑎𝑛𝑡𝑒 𝑑𝑒 𝑎𝑢𝑚𝑒𝑛𝑡𝑜 𝑚𝑢𝑠𝑐𝑢𝑙𝑎𝑟 𝑠𝑒𝑚𝑎𝑛𝑎𝑙t = número de semanas

𝑑1 = 𝑑0 + 𝑘𝑑2 = 𝑑0 + 2𝑘𝑑3 = 𝑑0 + 3𝑘𝑑4 = 𝑑0 + 4𝑘

𝑑𝑖 = 𝑑0 + 𝑡𝑖𝑘 ≈ 𝑎𝑙 𝑑𝑖𝑎𝑚𝑒𝑡𝑟𝑜 𝑑𝑒𝑙 𝑜𝑡𝑟𝑜 𝑚𝑖𝑒𝑚𝑏𝑟𝑜

𝑑𝑖 = tik + d0

71

• La prótesis tiene un precio adecuado

• La prótesis tiene un soporte rígido

• La prótesis tiene materiales adecuados

• La prótesis tiene buen tamaño

• La prótesis tiene buen aspecto visual

• La prótesis tiene ventilación en el socket

• La prótesis es fácil de limpiar

• La prótesis es modular

• La prótesis tiene un bajo peso

• La prótesis tiene un buen diseño del socket


En la siguiente matriz se obtuvo una relación de las preguntas funcionales,

disfuncionales con respecto a cada encuestado y lleno según la contestación a cada

pregunta.

Figura 48. Tabla de evaluación Kano. Fuente: Autor

72

Partiendo de la matriz anterior se procedió hacer una relación entre las preguntas

tomando de referencia la Figura 50 para su evaluación dando a conocer los criterios de cada

atributo.

Figura 49. Resultados de las preguntas funcionales y disfuncionales. Fuente: Autor

Figura 50. Conjunto de criterios por persona encuestada. Fuente: Autor

73

Posteriormente se realizó una sumatoria de los criterios para cada atributo; de tal forma

que el resultado viene definido por el criterio de mayor frecuencia presente en los

encuestados (Figura 51).

Para diseñar es necesario contar con los requerimientos técnicos, debido a que nos da

una guía de las principales características con las que nuestro producto debe contar para

la aceptación del cliente (personas amputadas).

4.2.2. Requerimientos Estéticos

A través de un análisis exhaustivo de los datos tomados a las personas afectadas (amputados)

se logró identificar las palabras Kansei que definió el rumbo para cada parte de la prótesis

transtibial en nuestro diseño las cuales fueron:

• Socket: Fresco, Seguro, Bello, Ligero, Fuerte (Anexo 8).

• Soporte: Simple, Elegante, Seguro, Ligero, Rígido, Fuerte (Anexo 9).

• Pie: Relajante, Cálido, Simple, Seguro, Bello, Ligero, Flexible (Anexo 10).

Figura 51. Resultados de los requerimientos técnicos de la prótesis transtibial. Fuente: Autor

74

4.2.3. Resultados de requerimientos emocionales

Con la metodología de diseño emocional y por medio del diagrama de radar en base a

emociones se logró identificar el diseño que más provoca emociones en la mente de la persona

afectada (Figura 52).

La selección de la imagen que representa al diseño emocional se da con el valor del total

más alto. (Anexos 11,12,13).

• Socket: Imagen A con 56 puntos (Anexo 11).

• Soporte: Imagen C con 90 puntos (Anexo 12).

• Pie: Imagen C con 77 puntos (Anexo 13).

Figura 52. Imagen metodología diseño emocional. Fuente: Autor

75

4.3. Resultados de parámetros de diseño

• El sexo masculino tiene una altura promedio de 167,1 cm. (Donoso, 2016).

• El sexo masculino tiene un peso promedio de 70 kilos.

4.3.1. Medidas de una pierna

Como es un caso de estudio las medidas fue tomada de una persona amputada de corte

transtibial presente en (ROMERO ERAZO, 2016) y adaptadas para una persona de 167,1

cm de altura; y así posteriormente definir medidas para cada parte que se va a diseñar

(Figura 53), manteniendo la buena marcha y postura sin riesgo de perjudicar a la persona

afectada (amputado).

Figura 53. Basado en (ROMERO ERAZO, 2016). Fuente: Autor

76

4.3.2. Medidas de la planta del pie

Para estas medidas específicas se eligió la plantilla de un zapato de 25 cm según el

tamaño del pie de la Figura 53, y se estableció el ancho de 8.3 cm (Figura 54).

4.3.3. Ángulos de movimiento del pie

De acuerdo con los requerimientos técnicos se estableció la movilidad del pie la cual

va estar determinada y limitada por los ángulos de movimiento que este ejerce al

momento de caminar siendo así de 15° la inclinación hacia delante y de 25° de

inclinación hacia atrás (Figura 55).

Figura 55. Ángulos del movimiento del pie. Fuente: (Pérez Verdún, 2013)

25 cm

6 cm 8.3 cm

Figura 54. Medidas planta del pie. Fuente: Autor

77

4.4. Diseño de la prótesis con requerimientos técnicos

4.4.1. Resultados análisis QFD

4.4.1.1. Identificación de los QUES y COMOS

Se muestra los QUES con sus respetivas asignaciones de variables cuantificable

(COMOS) y el nivel de relación que tendrá en la matriz de correlaciones del QFD

(Figura 57).

4.4.1.2. Diagrama de afinidad de los COMOS

El apartado anterior dio como resultados varios COMOS que pueden ser agrupados

dentro de una sola especificación para un mejor análisis de la prótesis transtibial (Anexo

14), los resultados de la agrupación fueron:

• Sistema de Fijación

Figura 56. Nivel de relación. Fuente: Autor

Figura 57. Ques, Comos con su relación. Fuente: Autor

78

• Sistema de Movimiento

• Características de la prótesis

• Procesos

• Sistema Mecánico

• Estética

4.4.1.3. Grado de importancia de los QUES.

Se presenta la ponderación o grado de importancia de los QUES según el

resultado se las opiniones de las personas afectadas (amputadas).

4.4.1.4. Matriz de relaciones

Se muestra parte de la matriz de correlaciones, donde se visualiza el grado de

relación de cada QUE con el COMO (Figura 59).

Figura 58. Grado de importancia de los

QUES. Fuente: Autor

79

4.4.1.5. Dificultad Organizacional

Para cualquier acción con respecto al COMO es necesario establecer el nivel de

dificultad para el cumplimiento del CUANTO, lo que se realizó es establecer una

ponderación de dificultad con respecto al tiempo, recursos económicos y recursos

humanos (Figura 60).

4.4.1.6. Vector de CUANTOS

Se presenta los CUANTOS que forman parte de una guía para el diseño de la prótesis

transtibial (Figura 61).

Figura 59. Fragmento de la matriz de relaciones (QFD). Fuente: Autor

Figura 60. Cuadro de dificultad organizacional. Fuente: Autor

80

4.4.1.7. Evaluación competitiva técnica

Se presenta parte de la evaluación competitiva técnica con respecto a los 2 competidores

existentes en el mercado (Figura 62).

Figura 61. Fragmento del Vector de Cuantos (QFD). Fuente: Autor

Figura 62. Fragmento de la evaluación competitiva técnica (QFD). Fuente: Autor

81

4.4.1.8. Evaluación competitiva

Se identifica las percepciones que tiene la persona afectada con respecto a los 2

competidores existentes en el mercado (Figura 63).

4.4.1.9. Ponderación de los COMOS

Resultado de una evaluación en la matriz de relación entre QUES con COMOS que define

la importancia de cada COMO para el diseño de la prótesis transtibial (Figura 64).

4.4.1.10. Matriz de correlaciones

Se visualiza las relaciones que se presentan entre cada COMO (Figura 65).

Figura 63. Evaluación competitiva. Fuente: Autor

Figura 64. Fragmento de la ponderación de los COMOS (QFD). Fuente: Autor

82

4.4.1.11. Diagnóstico de la QFD

Se representa la matriz de diagnóstico como constancia de los puntos de

mejora para un nuevo diseño (Figura 66).

Figura 65. Fragmento de matriz de correlaciones (QFD). Fuente: Autor

DIAGNOSTICO COMO´S DO QUE´S

Porceso de fabricación 3 Diseño del socket

Espesor del material 2 Soporte

Rigidez 1

Durabilidad 1

2 Postura

2 Ventilacion del socket

3 Materiales

2 Aspecto Visual

3 Ventilación del socket

1 Soporte

2 Peso

Fijacion del socket 3

Cantidad de módulos de ventilación 1

Costo 2

Durabilidad 1

Peso 3

Costo 3

Cantidad de partes 2

Tipo de material 3

Espesor de los materiales 1

Estilizado 1

Proceso de fabricacion 3

Espesor de los materiales 1

Rigidez 1

Durabilidad 2

INDISPENSABLE MEJORAR Estilizado 3 Tamaño

Cantidad de partes 3 Limpieza

Colores 1

Estilizado 2

Formas organicas 3

Costo 3

AREA DE OPORTUNIDAD

Diseño del socket

Soporte

EVALUACIÓN POBRE

Soporte

MATRIZ DE DIAGNOSTICO

PUNTO CRITICO

CONFLICTO

IMPORTANCIA TECNICA

VENTAJA COMPETITIVA

Fijación del socket

Espesor de los materiales

Costo

Ventilación del socket

Materiales

Peso

Aspecto Visual

Figura 66. Matriz de diagnóstico. Fuente: Autor

83

4.4.1.12. Estructura Funcional

Se presenta la estructura funcional del producto identificando las subfunciones dentro

de cada función principal (Figura 68).

Carga o peso

Usuario puede caminar

Energía

Peso No

Si

Energía Usuario

. camina

Señal

GENERAR O

PERMITIR EL

MOVIMIENTO CON

SISTEMAS

MECÁNICOS

Figura 67. Estructura funcional simplificada. Fuente: Autor

Fijar el

socket

Aceptar energía

externa

Transformar en

energía mecánica Movimiento de

los dedos y pie

Figura 68. Estructura Funcional. Fuente: Autor

Revisar

socket

No existe

señales

84

4.4.1.13. Funciones de la prótesis transtibial

Funciones

1) Fijar el socket

2) Ventilación del socket

3) Soportar el peso

4) Mantener la estabilidad de la persona

5) Generar movimiento del pie

6) Generar movimiento de los dedos

Persona

Socket Ventilación Peso Estabilizada Persona

Peso Fijado del Muñón Soportado Caminando

Prótesis

Fijada Movimiento de

la prótesis

Movimiento Energía de la persona

4.4.2. Diseño conceptual

4.4.2.1. Propuesta de principios de solución (carta morfológica)

Bocetos enfocados a las posibles soluciones para los mecanismos o partes de la

prótesis transtibial (Figura 70).

1 2 3 4

Aceptar E.

del cuerpo Transformar en

energía mecánica

5

6

Figura 69. Funciones de la prótesis transtibial. Fuente: Autor

85

Figura 70. Conceptos de solución. Fuente: Autor

Cinta elástica Velcro Faja elastica Vinchas

Tubo circular Tubo cuadrado Cascarón de piel artificial

Guia o Eje Resorte de torsión Resorte de Tensión Inclinación

Guia o Eje Resorte de Tensión Sistema hidráulico

Sistema de rosca Sistema de anclaje Sistema de remache

Sistema de ensamble



Soporte

Movimiento del pie

Movimiento de los dedos

86

4.4.2.2. Resultados de la selección de soluciones (Matriz de Pugh)

Los resultados obtenidos en la matriz de Pugh para cada sistema fueron (Figura 71):

Para la visualización completa de cada matriz de pugh se muestra en el (Anexo 17).

Figura 71. Resultados Matriz de Pugh. Fuente: Autor

Nombre Imagen Nombre Ponderación

Fijacion del socket Faja 11

Ventilación del socket Aberturas 15

Soporte Circular 0

Movimiento de los dedos Inclinación 12

Movimiento del pie Eje 14

Sistema de ensamble Rosca 13

87

Figura 72. Arquitectura del producto. Fuente: Autor

4.4.2.3. Arquitectura de la prótesis transtibial

En la elaboración de la arquitectura del producto el producto se dividió en secciones las cuales van a interactuar entre sí para constituir el

producto total (Figura 72).

Socket

Sistema de ensamble

Soporte

Tornillos Iso 4756 M4

Tornillos Iso 4756 M8

Faja elástica

Pie parte inferior

Pie parte superior

Empaques

Resorte de tensión

Prótesis

transtibial

1

9

7

6

4

3

2

10

8

5

1

8

2

3

2

8

5

910

4

6

4

88

4.4.3. Traducción, eliminación y documentación

Se presenta la matriz que representa las partes de la prótesis que serán diseñadas y las

demás obtenidas por catálogos (Figura 73).

Cabe mencionar que solo se trabajó con las partes especificadas como Diseño.

Figura 73. Especificación de componentes Diseño/Catálogo. Fuente: Autor

Subsistemas del

productoComponentes

Diseño /

CatalogoMarca Número

Definir la

especificación

Faja elastica Diseño

Socket Diseño

Emsamble Diseñado

Soporte Catalogo liaofu Seamless ASTM B338

Tornillo Catalogo Norelem 4762 M4 x 12

Tornillo Catalogo Norelem 4762 M4 x 10

Pie superior Diseñado

Pie inferior Diseñado

Resortes Catalogo RICOH TENSION 2025 A2672771

Eje Catalogo Norelem 4762 M8 x 50

Sistema de Fijación

Sistema de

movimiento

Sistema de soporte

89

4.4.3.1. Metodología de selección de materiales (Traducción)

Se presentan cada componente diseñado, su función principal, restricción para el diseño y el objetivo que se intentó cumplir al

final de cada diseño (Figura 74).

Figura 74. Requisitos para la selección de materiales. Fuente: Autor

Componentes diseñados Función principal Restricciones Car. Limite Objetivos Poderación variables libres

liviano densidad Peso ↓ Material

flexibilidad módulo de elasticidad Peso ↓ espesor

Resistente a fatiga resistencia a la fatiga Peso ↑ espesor


suave Dureza precio ↓ espesor

Oxidación Resistencia a la corrosión precio ↓

resistente a golpes resistencia impacto precio ↑ Material


Resistente a compresión Dureza precio ↓ espesor

Oxidación Resistencia a la corrosión precio ↑

maquinable maquinabilidad precio ↓ Material

resistente a golpes resistencia impacto precio ↑


liviano densidad Peso ↓ espesor


Resistente al desgaste Dureza precio ↑ espesor




Resistente al desgaste Dureza precio ↑ espesor

Resistente a fatiga resistencia a la fatiga Peso ↑ espesor

Sistema de ensambleconexión entre las

partes de la protesis

Faja elasticaFijar la protesis a la

extremidad

Socket proteger al muñon

Pie superior estabilidad del pie

Pie inferiormovilidad y marcha

del amputado

https://uvirtual.uce.edu.ec/mod/assign/view.php?id=77527

90

4.4.3.2. Selección de materiales

Una vez definido bien los componentes se procedió a escoger los materiales adecuados

para cada uno de ellos; para este apartado se ha utilizado el programa CES EDU PACK

2017.

Definir el listado de partes del proyecto

• Faja elástica

• Socket

• Sistema de ensamble

• Pie superior

• Pie Inferior

4.4.3.2.1. Faja Elástica

De acuerdo a las restricciones se optó por analizar los siguientes materiales:

• Licra – algodón

• Tela Elástica o Spandex

• Punto roma

• Jersey liviano

4.4.3.2.2. Socket

Se presenta la carta de selección de los materiales del programa CES EDU PACK 2017

con sus respectivas restricciones para la selección de los mejores materiales (Figura 75).

91

De tal manera se determinó que de los mejores materiales por sus índices para el socket

(Figura 76).

• PET

• PBT

• PC + PBT

• PTT

• POM

• PA66

Figura 75. Materiales socket CES EDU PACK 2017. Fuente: Autor

Figura 76. Materiales Socket - Valor del Índice CES EDU PACK.

Fuente: Autor

92

4.4.3.2.3. Sistema de ensamble



De tal manera se determinó que de los mejores materiales por sus índices para el sistema

de ensamble (Figura 78).

• Acero Inoxidable

• Tungsteno

• Fibra de carbono

Figura 77. Material ensamble CES EDU PACK 2017. Fuente: Autor

Figura 78. Materiales Sistema ensamble - Valor

del Índice CES EDU PACK. Fuente: Autor

93

4.4.3.2.4. Pie superior

Se presenta la carta de selección de los materiales del programa CES EDU PACK

2017 con sus respectivas restricciones para la selección de los mejores materiales

(Figura79).

De tal manera se determinó que de los mejores materiales por sus índices para el pie

superior (Figura 80).

• ABS

• PC

• PEI

• PI

Figura 79. Materiales Pie superior CES EDU PACK 2017. Fuente: Autor

Figura 80. Materiales Pie superior - Valor del

Índice CES EDU PACK. Fuente: Autor

94

4.4.3.2.5. Pie Inferior


2017 con sus respectivas restricciones para la selección de los mejores materiales (Figura

81).

De tal manera se determinó que de los mejores materiales por sus índices para el pie

inferior (Figura 82).

• ABS

• PC

• PEI

• PI

Figura 81. Materiales Pie inferior CES EDU PACK 2017. Fuente: Autor

Figura 82. Materiales Pie inferior - Valor del


95

4.4.3.3. Resultados - Definición de los materiales de cada elemento.

Para los siguientes materiales son definiciones de especificaciones técnicas tomadas

de la página de los proveedores.

Con el análisis de los índices en la selección de materiales tenemos como resultado:

FAJA ELÁSTICA

• Tela Elástica o Spandex:

Se eligió tela sintética o conocida también como licra o elastano. De gran

resistencia, transpirable y elástica. Usada para ropa deportiva y prendas como

leggings, bañadores, ropa interior o medias. (Ruiz, 2018)

SOCKET

• Plástico PET

Se eligió el plástico PET – Tereftalato de Polietileno – porque es una materia prima

reconocida como un material seguro, no tóxico, fuerte y flexible que es 100%

reciclable. El PET es el material que más utilizan los clientes. El plástico PET es fácil

de reciclar, ya que más del 67% de todas las autoridades locales ofrecen hoy en día

instalaciones de recolección para estos plásticos. Además, el plástico PET también se

puede reciclar en todos los bancos y centros de reciclaje disponibles en tu ciudad. (

HLP Klearfold, 2018)

SISTEMA DE ENSAMBLE

• Acero Inoxidable

96

Se eligió el acero inoxidable porque es un acero que contiene como mínimo un

10,5% de cromo, menos del 1,2% de carbono y otros componentes de aleación. El

contenido de cromo confiere al acero inoxidable su resistencia a la corrosión: en efecto,

permite generar una capa de óxido de cromo de forma natural y continúa en su

superficie. (Uginox, 2019)

Este óxido, denominado «capa pasiva», lo protege indefinidamente contra todos los

tipos de corrosión. La capa pasiva se regenera naturalmente en contacto con la

humedad del aire o del agua. (Uginox, 2019)

La resistencia a la corrosión del acero inoxidable y el resto de sus propiedades físicas

pueden mejorarse con la adición de otros componentes como níquel, molibdeno,

titanio, niobio, manganeso. (Uginox, 2019)

SOPORTE

• Titanio

Se eligió el titanio por ser un material es no magnético y biocompatible (no tóxico,

no alergénico), lo que ha llevado a su uso creciente en el campo médico. El metal se

usa ampliamente en el cuerpo humano, como implantes de cadera y rodilla, casos de

marcapasos, implantes dentales y placas craneofaciales para nombrar algunas

aplicaciones médicas específicas. (Flores O. M., 2019)

Otras propiedades que hacen del titanio un “metal de elección” es su “apariencia”

única, el hecho de que no es magnético, tiene la capacidad de mantener la resistencia

a altas temperaturas y tiene un punto de fusión relativamente alto. Además de una alta

relación resistencia / peso, la resistencia a la corrosión en muchos entornos oxidantes,

97

como el agua salobre y salada, y la biocompatibilidad incluyen su bajo módulo de

elasticidad que le da flexibilidad y buena conductividad térmica. (Flores O. M., 2019)

PIE SUPERIOR Y PIE INFERIOR

• Plástico ABS

Se eligió el ABS o acrilonitrilo butadieno estireno porque es un plástico que forma

parte de los termoplásticos, es decir, que pertenece al grupo de polímeros que se

pueden moldear al aplicarle calor. Una de sus características más destacables es que es

uno de los plásticos de más difícil fabricación. (401, 2019)

Entre sus propiedades destacan su rigidez, dureza y tenacidad, lo que le confiere una

gran estabilidad y resistencia a impactos o vibraciones, incluso a bajas temperaturas.

Todas estas propiedades lo convierten en un plástico muy utilizado en diferentes

sectores. De hecho, es el material empleado en muchas de las impresoras 3D del

mercado. (401, 2019)

4.4.3.4. Procesos de fabricación

Como se pudo observar se tiene gran variedad de geometrías en cada pieza, y si se toma

en cuenta que cada pieza es personalizada para cada persona afectada, no es rentable el

trabajar en moldes para inyección con los materiales de plásticos (ABS, PET). Por lo tanto,

la mejor forma para fabricar estas partes seria por medio de IMPRESIÓN 3D.

La impresión 3d es una forma de obtener objetos en 3d de gran calidad y de demostrar

gran dominio en los materiales plásticos (ABS, PET) y cerámicos (polvo cerámico).

98

Las partes que se fabricaran en impresión en 3d será: Socket, Pie superior, pie inferior;

en pocas palabras tocas las piezas que utilicen como material plástico (ABS o PET).

4.4.4. Cálculo del resorte óptimo para la prótesis transtibial

Hay que mencionar que el ángulo de movimiento tanto para la parte delantera como

para la posterior será la misma (Figura 83); de tal forma que se unifican los cálculos para

los 2 resorte, pero con diferente longitud.

Se calculó la fuerza sometida a la prótesis transtibial por medio del peso.

𝐹 = 𝑚 𝑥 𝑔

𝐹 = 70 𝐾𝑔 𝑥 9,8𝑚

𝑠2

𝐹 = 686 𝑁

La fuerza que se aplica en el resorte no es netamente los 686 N; debido al

movimiento del pie y como la fuerza es un vector es necesario descomponerlo para

obtener la fuerza real que se aplicará en el resorte (Figura 83).

𝑆𝑒𝑛 𝜃 = 𝐶𝑜

𝐻

𝐶𝑜 = 𝐻 𝑥 𝑆𝑒𝑛 𝜃

𝐶𝑜 = 686 𝑁 𝑥 𝑆𝑒𝑛 40

𝐶𝑜 = 440,95 𝑁

a =?

686 N

N

Figura 83. Ángulo descomposición

de la fuerza. Fuente: Autor

99

Con la fuerza obtenida se realizó el cálculo de la constante de proporcionalidad que

debe contar en el resorte para que el mecanismo de movimiento funcione correctamente.

4.4.4.1. Calculo resorte delantero

Datos

Longitud inicial del resorte: 26,752 mm

Longitud final del resorte: 44,645 mm

∆𝐿 = 𝐿𝑓 − 𝐿𝑜 Ec. 4

∆𝐿 = (44,645 − 26,752) 𝑚𝑚

∆𝐿 = 17,893 𝑚𝑚

𝐾 = 𝐹

∆𝑥 Ec. 5

𝐾 = 440,95 𝑁

17,893 𝑚𝑚

𝐾 = 24,64𝑁

𝑚𝑚 − −−→ 𝐶𝑜𝑛𝑠𝑡𝑎𝑛𝑡𝑒 𝑑𝑒 𝑝𝑟𝑜𝑝𝑜𝑟𝑐𝑖𝑜𝑛𝑎𝑙𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑑𝑒𝑙 𝑟𝑒𝑠𝑜𝑟𝑡𝑒

4.4.4.2. Calculo resorte posterior

Datos

Longitud inicial del resorte: 22,49 mm

Longitud final del resorte: 40,152 mm

∆𝐿 = 𝐿𝑓 − 𝐿𝑜 Ec. 4

∆𝐿 = (40,152 − 22,49) 𝑚𝑚

100

∆𝐿 = 17,662 𝑚𝑚

𝐾 = 𝐹

∆𝑥 Ec. 5

𝐾 = 440,95 𝑁

17,662 𝑚𝑚

𝐾 = 24,97𝑁

𝑚𝑚 − −−→ 𝐶𝑜𝑛𝑠𝑡𝑎𝑛𝑡𝑒 𝑑𝑒 𝑝𝑟𝑜𝑝𝑜𝑟𝑐𝑖𝑜𝑛𝑎𝑙𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑑𝑒𝑙 𝑟𝑒𝑠𝑜𝑟𝑡𝑒

4.4.5. Modelado de la prótesis transtibial técnica

4.4.5.1. Partes modeladas de la prótesis

A continuación, se muestra cada una de las partes por la que está conformada la

prótesis transtibial con los requerimientos técnicos, además presenta su material y si este

será diseñado o adquirido por catálogo (Figura 84,85).

Figura 84. Parte 1 Prótesis Técnica. Fuente: Autor

N COMPONENTES CANTIDADDISEÑO/

CATÁLOGOMATERIAL Imagen

1 Faja 1 DISEÑO Spandex

2 Socket 1 DISEÑO Plastico PET

3 Conector 2 DISEÑO Acero inoxidable

4 EMPAQUES 2 DISEÑO Caucho

5 ISO 2341 M8x70 1 CATALOGO Acero inoxidable

6 Resorte de tension 2 CATALOGO Acero inoxidable

7 Pie superior 1 DISEÑO Plastico ABS

8 Pie inferior 1 DISEÑO Plastico ABS

9 Soporte 1 CATALOGO Titanio



101


Fue necesario analizar si la prótesis presentada es funcional y además si va a cumplir

sobre todo la función de aguantar el peso de la persona, para el cual se utilizó el análisis

de esfuerzo con el método de Von Misses incluido en el programa de inventor.

Figura 85. Parte 2 Prótesis Técnica. Fuente: Autor


CATÁLOGOMATERIAL Imagen



3 Conector 2 DISEÑO Acero inoxidable

4 EMPAQUES 2 DISEÑO Caucho








102

4.4.5.2.1. Mallado

Para el análisis de esfuerzo de la prótesis transtibial fue necesario especificar el tamaño

del mallado, tomando en cuenta que entre más pequeño es el mallado, los datos son

más aproximados a la realidad (Figura 86).

Análisis final de los esfuerzos por medio del método de Von Misses además como

se aprecia en la Figura 87 se presenta un color azul en todo el diseño indicando que el

producto es capaz de soportar el peso promedio de la persona.

Figura 87. Análisis de Esfuerzo. Fuente: Autor

Figura 86. Mallado - prótesis técnica. Fuente: Autor

103

Para cualquier diseño es necesario hacer un análisis acerca del factor de seguridad

(Figura 88), por beneficios del programa inventor tiene incorporado el análisis de

coeficiente de seguridad UL (certificación de seguridad emitida por Underwriters

Laboratories).

4.4.6. Prótesis transtibial técnica

Se especificó por medio de una matriz que explique los puntos específicos del producto;

a su vez como un beneficio se determinó el costo de la elaboración de cada diseño (Figura

89).

Los costos son netamente del material que se va a emplear, está excluido el trabajo del

Ingeniero en diseño industrial que de ser el caso se tomará en cuenta para la fabricación y

precio final de la prótesis transtibial.

Figura 88. Análisis Coeficiente de seguridad. Fuente: Autor

104

4.4.6.1. Cuadro de resumen

4.4.6.2. Renderizado del modelado

Figura 89. Cuadro resumen prótesis técnica. Fuente: Autor


CATÁLOGOMATERIAL

PROCESO DE

FABRICACIÓN

Peso Uni.

(Kg)

PESO

(Kg)

Precio por

Kg ($)

Precio

Unitario ($)COSTO

1 Faja 1 DISEÑO Tela (Spandex) Maquila 1,8 1,8 ---------------- 5 5

2 Socket 1 DISEÑO Plastico PET Impresión 3d 0,565 0,565 30 ---------------- 16,95

3 Conector 2 DISEÑO Acero inoxidable Fabricante 0,089 0,178 ---------------- 3 6

4 EMPAQUES 2 DISEÑO Caucho SBR Lamina 0,003 0,006 ---------------- 2 4

5 Eje ISO 2341 B M8x50 1 CATALOGO Acero inoxidable Fabricante 0,026 0,026 ---------------- 0,5 0,5

6 Resorte de tension 2 CATALOGO Acero inoxidable Fabricante 0,004 0,008 ---------------- 1,5 3

7 Pie superior 1 DISEÑO Plastico ABS Impresión 3d 0,095 0,095 30 ---------------- 2,85

8 Pie inferior 1 DISEÑO Plastico ABS Impresión 3d 0,396 0,396 30 ---------------- 11,88

9 Soporte 1 CATALOGO Titanio Fabricante 0,166 0,166 28 ---------------- 4,648

10 ISO 4762 M4x12 4 CATALOGO Acero inoxidable Fabricante 0,002 0,008 ---------------- 0,15 0,6


Total 1,456 56,028

Figura 90. Render prótesis técnica. Fuente: Autor

105

4.5. Adaptación de los requerimientos estéticos a la prótesis transtibial técnica

Se obtuvo con anterioridad el diseño de una prótesis transtibial sin incorporar ningún

aspecto estético en su forma, de tal manera que es aquí donde incorporaremos los adjetivos

encontrados de las entrevistas a las personas afectadas (amputados) y ayudados de la

metodología de Ingeniería Kansei donde las palabras fueron:

Socket

• Fresco = Algo nuevo

• Seguro = Medidas justas y adaptable a las demás partes

• Bello = Formas curvas

• Ligero = Material

• Fuerte = Color

Soporte:

• Simple = Sin muchos mecanismos

• Elegante = Disposición de las piezas (Simétrico)

• Seguro = Que no sea solo seguro, sino que se vea seguro


• Rígido = Que se vea fuerte

• Fuerte = Color

Pie:

• Relajante = Forma de una pierna

• Cálido = Color

106

• Simple = Sin mecanismos complejos

• Seguro = Mecanismo

• Bello = Formas curvas


• Flexible = Movimiento de sus partes


En la selección de materiales de este diseño no varía en gran medida del anterior; de

tal forma que se mantendrá los materiales del anterior diseño y solamente se seleccionó el

material de las nuevas partes existentes.

4.5.1.1. Dedos



Figura 91. Materiales Pie inferior CES EDU PACK 2017. Fuente: Autor

107

Figura 94. Materiales Tapón Eje - Valor del


De tal manera se determinó que de los mejores materiales por sus índices para los

dedos (Figura 92).

• ABS

• PC

• PEI

• PI

4.5.1.2. Tapón Eje


2017 con sus respectivas restricciones para la selección de los mejores materiales (Figura

93).

Los materiales adecuados para este componente (Figura 94):

• Goma de poli isopreno

• Goma o caucho SBR

• Poliuretano elastomérico

Figura 92. Materiales Dedos - Valor del Índice

CES EDU PACK. Fuente: Autor

Figura 93. Materiales Tapón CES EDU PACK 2017. Fuente: Autor

108


DEDOS

• Plástico ABS









mercado. (401, 2019)

TAPÓN

• Goma de poli isopreno

es el contratipo del caucho natural, pero sintético, se procesa de la misma manera

como el caucho natural, tiene baja histéresis y alta resistencia al desgarro, haciéndolo

elástico y tenaz. (Ashby, 2005)


El material que se especificó para la realización de los dedos fue el Plástico ABS de

manera que se puede trabajar por medio de una impresora en 3d como se mencionó en un

apartado anterior de selección de proceso de fabricación.

109

4.5.4. Modelado de la prótesis transtibial estética

4.5.4.1. Partes de la prótesis transtibial estética

A continuación, se muestran cada una de las partes que conforma la prótesis

transtibial incorporado los aspectos estéticos, además presenta el material del que está

conformado y si este será diseñado o adquirido por catálogo (Figura 95, 96).

Figura 95. Parte 1 Prótesis transtibial estética. Fuente: Autor

N COMPONENTES CANTIDADDISEÑO/CATÁL

OGOMATERIAL Imagen



3 Conector Macho 2 CATALOGO Acero inoxidable

4 Conector Hembra 2 CATALOGO Acero inoxidable

5 Empaques 2 DISEÑO Caucho

6 Resorte tension 2 CATALOGO Acero inoxidable

7 Resorte de torsion 1 CATALOGO Acero inoxidable



10 Dedos 1 DISEÑO Plastico ABS


110

Figura 96. Parte 2 Prótesis Transtibial estética. Fuente: Autor





11 Tapón Eje 1 Diseño Caucho








111


Fue necesario nuevamente realizar un analizar a la prótesis estética para determinar

si los cambios efectuados no afectaban en el cumplimiento de la función de aguantar el

peso de la persona, para el cual se utilizó el análisis de esfuerzo con el método de Von

Misses incluido en el programa de inventor.

4.5.4.2.1. Mallado

Para el análisis de esfuerzo de la prótesis transtibial estética fue necesario

especificar el tamaño del mallado, tomando en cuenta que entre más pequeño es el

mallado, los datos son más aproximados a la realidad (Figura 97).

Se realizó un análisis final de los esfuerzos por medio del método de Von Misses

además como se aprecia en la figura 98 se presenta un color azul en todo el diseño

indicando que el producto es capaz de soportar el peso promedio de la persona.

Figura 97. Mallado - prótesis estética. Fuente: Autor

112




Laboratories).

Figura 98. Análisis de esfuerzo. Fuente: Autor


113

4.5.5. Prótesis transtibial estética

Se especificó por medio de una matriz que explique los puntos específicos del producto;

a su vez como un beneficio se determinó el costo de la elaboración de cada diseño.

Los costos son netamente del material que se va a emplear, está excluido el trabajo del

Ingeniero en diseño industrial que de ser el caso se tomará en cuenta para la fabricación y

precio final de la prótesis transtibial.


Figura 100. Cuadro resumen prótesis estética. Fuente: Autor

N COMPONENTES CANTIDAD DISEÑO/CATÁLOGO MATERIALPROCESO DE

FABRICACIÓN

Peso Uni.

(Kg)

PESO

(Kg)

Precio por Kg

($)

Precio

Unitario ($)COSTO

1 Faja 1 DISEÑO Spandex Maquila 1,8 1,8 ---------------- 5 5


3 Conector Macho 2 CATALOGO Acero inoxidable Fabricante 0,089 0,178 ---------------- 7 14

4 Conector Hembra 2 CATALOGO Acero inoxidable Fabricante 0,087 0,174 ---------------- 12 24

5 Empaques 2 DISEÑO Caucho SBR Fabricante 0,003 0,006 ---------------- 2 4

6 Resorte tensión 2 CATALOGO Acero inoxidable Fabricante 0,004 0,008 ---------------- 1,5 3

7 Resorte de torsión 1 CATALOGO Acero inoxidable Fabricante 0,004 0,004 ---------------- 1 1



10 Dedos 1 DISEÑO Plastico ABS Impresión 3d 0,073 0,073 30 ---------------- 2,19


12 Tapón Eje 2 DISEÑO Goma de Poliisopreno Fabricante 0,001 0,002 ---------------- 2 4







Total 1,623 93,112

114


4.6. Resultados de los requerimientos emocionales para la prótesis transtibial estética.

Resultados de la metodología de diseño emocional (Figura 102) donde estos fueron:

• Socket: Imagen A con 56 puntos (Anexo 9)

• Soporte: Imagen C con 90 puntos (Anexo 10)

• Pie: Imagen C con 77 puntos (Anexo 11)

Figura 102. Resultados diseño emocional. Fuente: Autor

Figura 101. Render prótesis estética. Fuente: Autor

115


En la selección de materiales de este diseño, de igual manera no varía en gran medida

del anterior; de tal forma que se mantendrán los materiales del anterior diseño y

solamente se seleccionó el material de las nuevas partes existentes.

4.6.1.1. Protector delantero y posterior



Figura 103. Materiales, protector delantero y posterior CES EDU PACK 2017. Fuente: Autor

116

Los materiales adecuados para este componente (Figura 104).

• ABS

• LCP

• PA66

• PET

• PPS

• PEEK

4.6.1.2. Base pie y base dedos

Se presenta la carta de selección de los materiales del programa CES EDU

PACK 2017 con sus respectivas restricciones para la selección de los mejores

materiales (Figura 105).

Figura 104. Materiales Protector delantero y posterior -

Valor del Índice CES EDU PACK. Fuente: Autor

Figura 105. Materiales Base Pie CES EDU PACK 2017. Fuente: Autor

117

Los materiales adecuados para este componente (Figura 106).


• Neopreno

• Poliuretano elastomérico


BASE PIE Y BASE DEDOS


El copolimero de caucho estireno butadieno (SBR) es el caucho sintético, más

utilizado y con mayor volumen de producción. Casi siempre se formula con

compuestos de refuerzo como el negro de carbono. (Ashby, 2005)

Puntos fuertes: al ser reforzado su resistencia se aproxima caucho natural (NR) y al

policloropreno. Tiene similares propiedades físicas y químicas a los RN y la resistencia

a la abrasión es un poco mejor. (Ashby, 2005)

PROTECTOR DELANTERO Y POSTERIOR

• Plástico ABS





Figura 106. Materiales Bases del pie- Valor

del Índice CES EDU PACK. Fuente: Autor

118





mercado. (401, 2019)


El material que se especificó para la realización de los dedos fue el Plástico ABS de

manera que se puede trabajar por medio de una impresora en 3d como se mencionó en un

apartado anterior de selección de proceso de fabricación.

4.6.4. Modelado de la prótesis transtibial emocional

4.6.4.1. Partes de la prótesis transtibial emocional

A continuación, se muestran cada una de las partes que conforma la prótesis

transtibial incorporado un diseño un poco más encaminado a la parte emocional,

además presenta el material del que está conformado y si este será diseñado o adquirido

por catálogo (Figura 107, 108).

119


OGOMATERIAL Imagen












Figura 107. Parte 1 Prótesis transtibial emocional. Fuente: Autor

120

Figura 108. Parte 2 Prótesis transtibial emocional. Fuente: Autor






12 Protector delantero 1 DISEÑO Plastico ABS

13 Portector posterior 1 DISEÑO Plastico ABS

14 Base pie 1 DISEÑO Caucho

15 Base dedos 1 DISEÑO Caucho

16 Tapón Eje 1 Diseño Caucho








OGOMATERIAL Imagen












121


Fue necesario por ultima ves realizar un análisis a la prótesis emocional para

determinar si los cambios efectuados no afectaban en el cumplimiento de la función de

aguantar el peso de la persona, para el cual se utilizó el análisis de esfuerzo con el

método de Von Misses incluido en el programa de inventor.

4.6.4.2.1. Mallado

Para el análisis de esfuerzo de la prótesis transtibial estética fue necesario

especificar el tamaño del mallado, tomando en cuenta que entre más pequeño es el

mallado, los datos son más aproximados a la realidad (Figura 109).

Se realizó un análisis final de los esfuerzos por medio del método de Von Misses

además como se aprecia en la figura 110 se presenta un color azul en todo el diseño

indicando que el producto es capaz de soportar el peso promedio de la persona.

Figura 109. Mallado - prótesis estética. Fuente: Autor

122




Laboratories).

Figura 110. Análisis de esfuerzo. Fuente: Autor


123

4.6.5. Prótesis transtibial emocional



Figura 113. Render prótesis emocional. Fuente: Autor

Figura 112. Cuadro resumen prótesis emocional. Fuente: Autor

N COMPONENTES CANTIDADDISEÑO/CATÁLOG

OMATERIAL

PROCESO DE

FABRICACIÓNPeso Uni. (Kg) PESO (Kg)

Precio por Kg

($)

Precio

Unitario ($)COSTO

1 Faja 1 DISEÑO Spandex Maquila 1,8 1,8 ---------------- 5 5


3 Conector Macho 2 CATALOGO Acero inoxidable Fabricante 0,089 0,178 ---------------- 7 14

4 Conector Hembra 2 CATALOGO Acero inoxidable Fabricante 0,087 0,174 ---------------- 12 24

5 Empaques 2 DISEÑO Caucho SBR Fabricante 0,003 0,006 ---------------- 2 4

6 Resorte de tension 2 CATALOGO Acero inoxidable Fabricante 0,004 0,008 ---------------- 1,5 3

7 Resorte de torsion 1 CATALOGO Acero inoxidable Fabricante 0,004 0,004 ---------------- 1 1



10 Dedos 1 DISEÑO Plastico ABS Impresión 3d 0,073 0,073 30 ---------------- 2,19


12 Protector delantero 1 DISEÑO Plastico ABS Impresión 3d 0,118 0,118 30 ---------------- 3,54

13 Portector posterior 1 DISEÑO Plastico ABS Impresión 3d 0,12 0,12 30 ---------------- 3,6

12 Tapón Eje 2 DISEÑO Goma de Poliisopreno Fabricante 0,001 0,002 ---------------- 2 4

14 Base pie 1 DISEÑO Caucho SBR Fabricante 0,076 0,076 ---------------- 1 1

15 Base dedo 1 DISEÑO Caucho SBR Fabricante 0,016 0,016 ---------------- 1 1







Total 1,992 103,422

124

4.6.6. Selección tratamiento superficial (Pintado)

4.6.6.1. Plástico ABS

Las mayorías de las partes que conforman el exterior de las piezas (Pie inferior,

Pie superior, dedos, protector delantero, protector posterior) serán fabricadas con el

material de plástico ABS, pero por cierto motivo el color que se tiene después de la

impresión en 3d no es el deseado; finalmente se establecen las siguientes

características para la selección:

• Polímeros - termoestables,

• Protección frente a corrosión (acuosa),

• Protección frente a corrosión (medio orgánico)

• Aislamiento eléctrico

Dando como resultado los procesos de disolventes orgánicos y pintura a base de

agua.

De esta manera y con las características anteriores se eligió pinturas con disolventes

orgánicos, estas especificaciones están constando en los planos de cada pieza.

Pintura con disolventes orgánicos: Las pinturas en base a disolventes orgánicos,

ofrecen finas capas de pintura uniformes y con un alto control de color. Es un

proceso ampliamente utilizado en la industria del automóvil. Las pinturas metálicas

mezclan escamas de aluminio en el recubrimiento, el truco es hacer que el

revestimiento sea lo suficientemente delgado para que las escamas de metal queden

en un plano y el color no se altere, visto desde diferentes ángulos. Alternativamente,

hay una tendencia de conseguir colores cambiantes. (CES EDU PACK, 2017)

125

4.6.6.2. Plástico PET

La parte del socket será fabricado en impresión 3d en material de plástico PET,

pero de igual forma el terminado de la impresión (Color) no siempre es el deseado y

las características que se establecieron para seleccionar el proceso de pintura son:

• Polímeros - termoplásticos

• Protección frente a corrosión (acuosa)

• Protección frente a corrosión (gaseosa)

• Protección frente a corrosión (medio orgánico)

• Aislamiento eléctrico

Dando como resultado pinturas con disolventes orgánicos y esmaltado vitreo.

Esta parte como es impresa en 3d es imposible el uso del esmaltado vitreo

debido a que es un proceso que se lo realiza en conjunto con la pieza a fabricarse por

medio de calor; de esta manera y con las características anteriores se eligió Pinturas

con disolventes orgánicos.

4.7. Resultados de la evaluación del diseño

Se realizó la encuesta a las personas afectadas (amputadas) y con la ayuda de la

metodología del diseño emocional se logró identificar el diseño de prótesis transtibial que

más les agrada (Figura 114).

Por medio de la metodología del diseño emocional se encontró el diseño que más

provocó emociones en las personas afectadas dando como resultado el diseño de prótesis

transtibial que se trabajó en este proyecto.

126

• Prótesis Transtibial: Imagen C con 69 puntos (Anexo 19)

4.8. Resultados de la validación del diseño

La validación del departamento de Traumatología y ortopedia del Hospital Militar (ubicado

en Quito-Ecuador) fue positiva, los doctores demostraron agrado e interés acerca del diseño y

del mecanismo que caracterizan a la prótesis.

El Doctor Fernando Hidalgo fue quien realizó la encuesta de validación física donde

menciona los siguientes puntos beneficiosos para la prótesis: (Anexo 20)

1) El socket permite la ventilación del muñón evitando sudoración

2) La prótesis permitirá un diseño ergonómico personalizado

3) Material de soporte de calidad

4) El diseño de la prótesis es anatómico

5) El mecanismo de movimiento es innovador

6) La prótesis ayuda a mejorar la calidad de vida de la persona afectada (amputada)

A B C

Figura 114. Resultados de la evaluación de diseño. Fuente: Autor

127

5. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

5.1. Conclusiones

Para las personas amputadas es crucial un buen tratamiento de recuperación

postoperatorio sobre todo cuando su objetivo es adquirir una prótesis transtibial, de tal

manera que se determinó los tiempos óptimos para establecer las medidas adecuadas que

entrarán como parámetros a la hora de diseñar.

Un producto que va a estar en una continua relación con el usuario sugiere gran

importancia en su ergonomía, materiales y el proceso de fabricación, evitando daños

posteriores que influyan en riesgos para la salud del afectado (amputado).

El uso de las metodologías de diseño como Kano, Kansei, diseño emocional son la base

y de vital importancia para la generación de productos que sean capaces de interactuar con

el usuario y abarcando requerimientos técnicos, estéticos y emocionales.

El uso de un diseño emocional marcó en el producto ese punto a favor para ser preferidos

por los usuarios a comparación de la competencia, permitiendo a futuro contar con

estrategias de diseño capaces de una diferenciación en el mercado.

128

5.2. Recomendaciones

En cada tema de investigación hay demasiada información por asimilar de tal manera

optar por la ayuda de una persona que conozca el tema te brindará grandes avances más aun

cuando para el diseño se involucran áreas que son totalmente ajenas a la de uno.

Cuando se vayan a realizar encuestas a las personas acerca de un tema en específico, optar

por preguntas que sean de análisis cuantitativo, debido a que las personas responderán en un

lenguaje de forma subjetiva que en algunos es difícil transformarlos en datos que se puedan

cuantificar.

Para el modelado de piezas o productos con apariencias más orgánicas es necesario el uso

de un programa más interactivo que te permita trabajar estos rasgos más fácilmente, el

programa Inventor te permite grandes modelados mecánicos, pero con mucha dificultad las

formas orgánicas para la cual recomiendo el uso de programas como Fusion 360.

Si se va a fabricar la prótesis transtibial tomar muy en cuenta las tolerancias que va a

manejar con respecto al material, debido a que de este dependerá un correcto desarrollo y

funcionalidad producto – cliente.

129

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133

ANEXOS

134

Anexo 1

Resultados de la entrevista a doctores.

Tabla 6.- Respuestas pregunta N°1 de la entrevista a los doctores

¿Desde qué edad es aconsejable el uso de una prótesis transtibial?

Dr. N°1

Respuesta Después de la adolescencia

¿Por qué?

Para así evitar cambios en el soco (encaje) del

muñón; aunque si es posible el uso de prótesis en

edades tempranas

Dr. N°2

Respuesta Desde que se empieza a caminar

¿Por qué?

Para el desarrollo de los músculos, mantener un

correcto funcionamiento en el cuerpo

Dr. N°3

Respuesta No hay edad establecida

¿Por qué?

Es necesario superar la parte traumática y así

continuar con el desarrollo de los músculos y la

fuerza en ellos Elaborado por: William Segura


¿Cuánto es el tiempo de recuperación luego de la operación (aspecto externo)

de un paciente con una amputación transtibial?

Dr. N°1

Respuesta 8 semanas

Riesgo de usar una

prótesis antes de la

recuperación

Daños en la zona afectada, laceraciones,

raspaduras, sangrado, dolor, ardor

Dr. N°2

Respuesta 12 semanas

Riesgo de usar una


recuperación

Dolor del miembro, daños en la piel, sangrado,

movimiento limitado.

Dr. N°3

Respuesta 8 semanas

Riesgo de usar una


recuperación

Aparición de neuromas y dando origen a

nuevas operaciones


135


¿Cuánto es el tiempo de recuperación del hueso en la persona con una


Dr. N°1


Riesgo de usar una


recuperación

Impacto emocional, Necrosis, Dolor

muscular, sangrado.

Dr. N°2


Riesgo de usar una


recuperación

Osteotomía del hueso (daños en la

estructura del hueso), deformaciones en la

anatomía, dolores en la zona de la

amputación.

Dr. N°3

Respuesta 8 semanas

Riesgo de usar una


recuperación

Exposición del hueso, infección de la piel,

raspadura, neuromas, osteomielitis



¿Cuánto es el tiempo de recuperación del músculo en la persona con una


Dr. N°1

Respuesta 2-8 semanas

Riesgo de usar una


recuperación

Dependiendo de la acción que se ejecute

puede perder la movilidad del miembro a

causa del dolor, inflamación

Dr. N°2

Respuesta 3 meses (12 semanas)

Riesgo de usar una


recuperación

Deformaciones musculares, daños en los

nervios de la pierna, inflamación, dolor de la

zona afectada

Dr. N°3

Respuesta 3-8 semanas

Riesgo de usar una


recuperación

mayor tiempo de recuperación, falta de

adaptación, falta de fuerza, atrofiamiento del

musculo

136



Después de la recuperación en una amputación transtibial. ¿Cuánto es el

lapso de tiempo para empezar una rehabilitación del músculo y del hueso?

Dr. N°1

Respuesta Inmediata

¿Por qué? Mantener un correcto funcionamiento de la pelvis,

cadera.

Dr. N°2

Respuesta Inmediata

¿Por qué?

Evitar pérdida de fuerza y daños posteriores (falta de

sensibilidad, movimiento, etc.), mantener la

movilidad del resto del miembro afectado

Dr. N°2

Respuesta Inmediata

¿Por qué? Para superar el trauma del miembro fantasma, evitar

daños en la rodilla, cadera, columna vertebral


137

Anexo 2

Resultados de encuestas a Fisioterapeutas

Tabla 11.- Respuestas pregunta N°1 de la encuesta a fisioterapeutas

Los músculos de la parte afectada estarán inactivos provocando

atrofiamiento muscular. ¿Cuánto es el tiempo promedio que se

demoraría en recuperar un estado de masa muscular igual o similar al

otro miembro?

Lcdo(a). N°1 Respuesta 6 meses

Lcdo(a). N°2 Respuesta 9 meses



¿Cuánto es el aumento de volumen de masa muscular con un buen

sistema de recuperación?

Lcdo(a). N°1

Respuesta 3mm

El crecimiento se mide por Semana

Lcdo(a). N°2

Respuesta 2mm

El crecimiento se mide por Semana



¿Cuáles son los tratamientos de recuperación del hueso para la parte

afectada?

Lcdo(a). N°1 Respuesta Electroterapia: Magnetoterapia - hueso

en calcificación u osificación ósea

Lcdo(a). N°2 Respuesta Dependerá del cuidado y la alimentación

que la persona proporcione a su cuerpo


138


¿Cuáles son los tratamientos de recuperación muscular para la parte

afectada?

Lcdo(a). N°1 Respuesta

Electroterapia: Estimulación Tens -

Corrientes, Masoterapia en cuidado del

muñón

Lcdo(a). N°2 Respuesta

Ejercicios isométricos valorando el

grado de movilidad y la distrofia

muscular de la parte afectada.



¿Con el uso de una prótesis es necesario seguir con un tratamiento a

largo plazo?

Lcdo(a). N°1

Respuesta Si

¿Por qué?

Por la adaptación, trabajo en

corrección postural, reeducación

de la marcha y adaptación de la

prótesis al organismo

Lcdo(a). N°2

Respuesta Si

¿Por qué? Mantener la fuerza de la parte

afectada y la postura de la persona



¿Cuáles son los tratamientos de recuperación muscular para la parte

afectada?

Lcdo(a). N°1 Respuesta El encaje del muñón debe ser exacto,

ligero y de cierta manera ventilable y

además del peso de esta debe ser la

correcta

Lcdo(a). N°2 Respuesta Depende del material que esté al alcance

por lo general debe ser ligero y cómodo


139

Anexo 3

Formato encuesta a Fisioterapeutas

140

Anexo 4

Interpretación Ingenieril de resultados

Pregunta Respuestas Interpretación

¿Qué le gusta de

las prótesis transtibiales?

Que ayudan a la persona a tener movilidad

independiente La P permite caminar

Útil para la biomecánica de miembros inferiores La P permite caminar

Su ayuda ergonómica La P es tiene medidas adecuadas

permite al paciente una buena movilidad La P es cómoda

sus modelos La P tiene varios modelos

permiten caminar La P permite caminar

que se adapta al paciente La P es tiene medidas adecuadas

permiten que el paciente pueda caminar por si solo La P permite caminar

tienen un buen diseño La P tiene varias partes

permiten caminar al paciente La P permite caminar

varios modelos La P tiene varios modelos

¿Qué le disgusta de las prótesis

transtibiales?

Que son muy caras La P tiene un precio justo

Nada -

Su precio La P tiene un precio justo

son muy caras La P tiene un precio justo

no son atractivas La P es estético

No tienen repuestos La P es modular

lastima el muñon La P tiene un buen acople

provoca dolores musculares La P tiene un buen diametro del socket

no se parece a la otra extremidad La P es estético

que se ven los tornillos La P es estético

no se adapta correctamente La P tiene medidas adecuadas del socket

son muy caras La P tiene un precio justo

proboca daños en el paciente, , La P se adapta perfectamente

son de 1 solo componente, La P es modular

no permite la igualdad de flexibilidad en la parte de

los dedos de los pies La P permite una flexión en la planta

son muy pesadas, La P tiene un peso adecuado

producen raspaduras, La P tiene un acople sin fricción

dolores musculares en el muñon, La P tiene un buen acople

su alto costo La P tiene un precio justo

no se adapta correctamente La P tiene un buen sistema de anclaje

no permiten una buena postura, La P permite una buena postura

no permiten una buena marcha La P permite caminar

mala adaptación al paciente La P tiene un buen sistema de anclaje

su costo es muy elevado La P tiene un precio justo

El precio y la accesibilidad La P tiene un precio justo

141

¿Qué problemas

consideraría usted en una prótesis

transtibial sí brinda

la ayuda para su adquisición?

El material La P es resistente al desgaste

Calidad La P tiene buena calidad

Precio La P tiene un precio justo

Ninguna -

que sea ajuste bien al muñón del paciente La P tiene un buen sistema de anclaje

el peso La P tiene un peso adecuado

costo La P tiene un precio justo

comodidad La P tiene medidas adecuadas

fijación de sus partes La P es segura

su valor muy alto La P tiene un precio justo

que no pese mucho La P tiene un peso adecuado

que no cueste mucho La P tiene un precio justo

que tenga partes intercambiables La P es modular

Mantenimiento, La P es fácil de limpiar

que se adapte correctamente La P tiene un buen acople

permita una buena marcha La P permite caminar

su adaptación La P tiene un buen sistema de anclaje

que soporte el peso de la persona La P es rígida

que su peso no sea elevado La P tiene un peso adecuado

permita su mantenimiento La P es fácil de limpiar

¿Qué

características o

funcionalidades añadiría a una

prótesis transtibial

sí brinda la ayuda para su adquisición

?

Ninguna -

Nada mas -

Ergonómica La P tiene medidas adecuadas

liviana La P tiene un peso adecuado

a un precio económico La P tiene un precio justo

Que no sea muy pesada La P tiene un peso adecuado

que no se note al momento de caminar La P permite caminar

permita correr La P es liviana

que pueda cambiarse sus partes La P es modular

que sean livianas La P tiene un peso adecuado

que se vea igual a la otra extremidad La P es estético

que no se note que tiene una prótesis La P es estético

que sus partes se separen La P es modular

la flexión en los dedos La P permite una flexión en la planta

permita una buena postura La P permite una buena postura

que no se desgasten sus partes La P es resistente al desgaste

permita correr La p es liviana

que sea ventilable en la parte del muñón La P tiene sistema de ventilación

permita la ventilación del muñón La P tiene sistema de ventilación

que tenga varias partes intercambiables La P es modular

142

Anexo 5

Diagrama de afinidad

Tabla 17. Diagrama de afinidad

DIAGRAMA DE AFINIDAD

La prótesis permite una buena postura

La prótesis tiene materiales adecuados

La prótesis es modular

La P permite caminar La P es modular

La P permite caminar La P es resistente al desgaste La P es modular

La P permite caminar La P es resistente al desgaste La P es modular

La P permite caminar La P es segura La P es modular

La P permite caminar La P es modular

La P permite caminar La prótesis tiene buen tamaño La P es modular

La P permite caminar La P es tiene medidas adecuadas La P tiene varias partes

La P permite caminar La P es cómoda

La P permite una buena postura La P es tiene medidas adecuadas La prótesis tiene un bajo peso

La P permite una buena postura La P tiene medidas adecuadas La P tiene un peso adecuado

La P se adapta perfectamente La P tiene medidas adecuadas La P tiene un peso adecuado

La P permite una flexión en la planta

La P tiene buena calidad La P tiene un peso adecuado

La P permite una flexión en la planta

La P tiene un peso adecuado

La prótesis tiene buen aspecto visual

La P tiene un peso adecuado

La prótesis tiene un precio adecuado

La P es estético La P tiene un peso adecuado

La P tiene un precio justo La P es estético La P tiene un peso adecuado

La P tiene un precio justo La P es estético La P es liviana

La P tiene un precio justo La P es estético La P es liviana

La P tiene un precio justo La P es estético

La P tiene un precio justo La P tiene varios modelos La prótesis tiene un buen Diseño del

socket

La P tiene un precio justo La P tiene varios modelos La P tiene un buen acople

La P tiene un precio justo La P tiene un buen diámetro del socket

La P tiene un precio justo La prótesis tiene Ventilación del

socket La P tiene medidas adecuadas del

socket

La P tiene un precio justo La P tiene sistema de ventilación La P tiene un buen acople

La P tiene un precio justo La P tiene sistema de ventilación La P tiene un buen sistema de anclaje

La P tiene un precio justo La P tiene un buen sistema de anclaje

La P tiene un precio justo La P tiene un buen sistema de anclaje

La prótesis es fácil de limpiar La P tiene un buen acople

La prótesis tiene un soporte rígido La P es fácil de limpiar La P tiene un acople sin fricción

La P es rígida La P es fácil de limpiar

143

Anexo 6

Preguntas Funcionales y disfuncionales

Tabla 18. Preguntas Metodología Kano

Preguntas

¿Si la Prótesis transtibial permite una postura adecuada como se sentiría?

¿Si la Prótesis transtibial no permite una postura adecuada como se sentiría?

¿Si la Prótesis transtibial tiene un precio adecuado como se sentiría?

¿Si la Prótesis transtibial tiene un precio elevado como se sentiría?

¿Si la Prótesis transtibial es fácil de limpiar como se sentiría?

¿Si la Prótesis transtibial es difícil de limpiar como se sentiría?

¿Si la Prótesis transtibial tiene un soporte rígido como se sentiría?

¿Si la Prótesis transtibial no tiene un soporte rígido como se sentiría?

¿Si la Prótesis transtibial tiene materiales adecuados como se sentiría?

¿Si la Prótesis transtibial no tiene materiales adecuados como se sentiría?

¿Si la Prótesis transtibial tiene un tamaño adecuado como se sentiría?

¿Si la Prótesis transtibial no tiene un tamaño adecuado como se sentiría?

¿Si la Prótesis transtibial tiene buen aspecto visual como se sentiría?

¿Si la Prótesis transtibial no tiene buen aspecto visual como se sentiría?

¿Si la Prótesis transtibial tiene un sistema de ventilación en el socket como se sentiría?

¿Si la Prótesis transtibial no tiene un sistema de ventilación en el socket como se sentiría?

¿Si la Prótesis transtibial es modular como se sentiría?

¿Si la Prótesis transtibial no modular como se sentiría?

¿Si la Prótesis transtibial es ligera como se sentiría?

¿Si la Prótesis transtibial es pesada como se sentiría?

¿Si la Prótesis transtibial tiene un buen diseño del socket como se sentiría?

¿Si la Prótesis transtibial no tiene un buen diseño del socket como se sentiría?

144

Anexo 7

Formato de encuesta a personas amputadas

147

Anexo 8

Palabras Kansei del socket

1 2 3 4 5 6 7 Cuartiles V. Cuartil Sumatoria Total Palabras Kansei

Serio Divertido 0 1 1 2 3 4 4 6 20 3,333333333

Estático Dinámico 1 2,5 2 2 3 3 4 7 21 3,5

Relajante Estresante 2 4 2 2 3 3 3 3 16 2,666666667

Anticuado Juvenil 3 5,5 2 3 4 4 4 6 23 3,833333333

Aburrido Emocionante 4 7 4 4 5 5 5 7 30 5

Frio Cálido 3 4 4 4 6 7 28 4,666666667


Simple Complejo 0 1 2 2 2 2 3 6 17 2,833333333

Elegante Ordinario 1 2,5 2 2 3 3 4 5 19 3,166666667

Limpieza Suciedad 2 4 1 3 3 3 4 4 18 3

Fresco Obsoleto 3 5,5 2 2 2 3 3 3 15 2,5 Fresco

Clásico Moderno 4 7 2 2 3 3 4 7 21 3,5

Orden Caos 1 3 3 4 4 4 19 3,166666667

Seguro Peligroso 1 1 1 2 3 4 12 2 Seguro

Original Vulgar 1 2 3 3 3 4 16 2,666666667

Bello Feo 2 2 2 2 3 4 15 2,5 Bello


Pesado Ligero 3 5 6 6 7 7 34 5,666666667 Ligero

Rígido Flexible 3 4 4 4 5 5 25 4,166666667

Fuerte Débil 1 2 3 3 3 3 15 2,5 Fuerte

Profundo Superficial 2 3 3 4 5 6 23 3,833333333

Potencia

Valores

Valores

Valores

Actividad

Evaluación

Socket

Figura 115. Análisis de datos palabras Kansei del socket. Fuente: Autor

148

Anexo 9

Palabras Kansei del soporte


Serio Divertido 0 1 2 2 2 2 3 4 15 2,5 Serio


Relajante Estresante 2 4 2 2 3 4 4 4 19 3,166666667


Aburrido Emocionante 4 7 3 4 5 5 6 7 30 5

Frio Cálido 1 2 3 3 7 7 23 3,833333333


Simple Complejo 1 1 2 2 2 3 11 1,833333333 Simple

Elegante Ordinario 2 2 2 2 3 4 15 2,5 Elegante

Limpieza Suciedad 2 3 4 4 4 4 21 3,5

Fresco Obsoleto 2 3 3 3 4 4 19 3,166666667

Clásico Moderno 1 3 3 6 6 6 25 4,166666667

Orden Caos 2 3 3 4 4 4 20 3,333333333

Seguro Peligroso 1 1 2 2 2 2 10 1,666666667 Seguro

Original Vulgar 2 3 4 4 4 4 21 3,5

Bello Feo 1 1 3 3 4 4 16 2,666666667



Rígido Flexible 1 1 2 2 3 3 12 2 Rígido

Fuerte Débil 1 2 2 2 3 3 13 2,166666667 Fuerte


Potencia

Valores

Valores

Valores

Actividad

Evaluación

Soporte

Figura 116. Análisis de datos palabras Kansei del socket. Fuente: Autor

149

Anexo 10

Palabras Kansei del pie


Serio Divertido 0 1 1 2 4 4 5 5 21 3,5


Relajante Estresante 2 4 1 1 2 3 3 4 14 2,333333333 Relajante


Aburrido Emocionante 4 7 3 4 5 6 6 7 31 5,166666667

Frio Cálido 6 6 6 6 6 7 37 6,166666667 Cálido


Simple Complejo 1 2 2 2 3 3 13 2,166666667 Simple

Elegante Ordinario 1 2 2 3 4 6 18 3

Limpieza Suciedad 2 4 4 4 4 4 22 3,666666667

Fresco Obsoleto 2 2 2 3 3 4 16 2,666666667

Clásico Moderno 2 2 4 5 6 7 26 4,333333333

Orden Caos 2 2 4 4 4 4 20 3,333333333

Seguro Peligroso 1 1 1 2 2 2 9 1,5 Seguro

Original Vulgar 3 3 3 3 3 4 19 3,166666667

Bello Feo 1 2 2 3 3 3 14 2,333333333 Bello



Rígido Flexible 5 6 6 7 7 7 38 6,333333333 Flexible

Fuerte Débil 2 2 3 3 3 4 17 2,833333333


Valores

Actividad

Evaluación

Pie

Potencia

Valores

Valores

Figura 117. Análisis de datos palabras Kansei del pie. Fuente: Autor

150

Anexo 11

Análisis Diseño Emocional Socket

A B C A B C A B C A B C A B C A B C

Desilusión 2 4 6 4 3 5 4 2 4 2 5 6 0 4 5 2 4 5

Fastidio 2 3 5 5 4 5 5 3 3 4 4 5 4 4 4 3 4 5

Entusiasmo 5 4 3 4 4 3 3 4 3 5 3 3 5 3 3 5 3 3

Susto 1 5 3 4 3 4 4 3 5 3 3 3 3 4 4 3 4 4

Alegria 5 4 3 4 4 3 4 4 3 4 4 1 6 4 4 5 4 4

Tristeza 2 4 5 3 3 4 2 3 4 2 3 3 3 4 4 3 3 5

Mal humor 1 3 5 4 3 3 4 4 5 2 3 3 3 5 6 4 4 5

Vergüenza 3 4 5 4 2 4 4 2 4 3 4 5 4 4 5 3 3 5

Deseo 5 3 3 4 4 3 3 3 2 4 4 3 5 3 2 4 4 2

Sorpresa 6 4 3 3 3 2 3 2 4 5 4 3 6 4 2 5 4 3

Satisfacción 5 4 3 5 4 4 3 4 3 5 5 3 6 4 3 5 5 3

Esperanza 4 4 5 4 4 4 4 3 4 5 5 4 6 3 3 5 4 3

Total E + 30 23 20 24 23 19 20 20 19 28 25 17 34 21 17 29 24 18

Total E - 11 23 29 24 18 25 23 17 25 16 22 25 17 25 28 18 22 29

TOTAL 19 0 -9 0 5 -6 -3 3 -6 12 3 -8 17 -4 -11 11 2 -11

Socket A 56

Socket B 9

Socket C -51

E

M

O

C

I

O

N

E

S

1 2 3 4 5 6

PERSONAS

Figura 118. Análisis de datos del socket. Fuente: Autor

A B C

151

Anexo 12

Análisis Diseño Emocional Soporte


Desilusión 5 4 1 5 4 3 5 2 2 5 5 2 6 4 2 5 3 2

Fastidio 5 4 2 5 3 2 4 3 3 4 6 3 5 3 3 5 3 2

Entusiasmo 3 5 6 3 4 4 3 4 4 3 5 5 2 4 5 3 4 5

Susto 4 4 3 4 3 4 5 5 2 5 2 4 5 2 3 5 2 4

Alegria 3 5 5 2 4 5 3 4 4 2 4 5 3 4 5 3 4 6

Tristeza 4 2 2 5 4 3 5 4 2 3 2 3 4 3 4 5 3 3

Mal humor 4 3 1 5 2 2 5 3 3 2 2 2 4 2 2 5 4 2

Vergüenza 4 3 1 5 2 2 5 4 5 4 2 2 5 4 3 5 3 3

Deseo 2 4 5 2 4 5 3 4 5 3 4 5 2 4 5 3 3 5

Sorpresa 2 4 6 2 3 5 2 3 5 2 5 6 2 3 6 3 4 6

Satisfacción 3 3 4 2 4 5 2 3 6 2 5 4 2 4 6 2 4 5

Esperanza 4 3 5 3 4 5 4 3 4 3 5 4 3 4 5 3 4 6

Total E + 17 24 31 14 23 29 17 21 28 15 28 29 14 23 32 17 23 33

Total E - 26 20 10 29 18 16 29 21 17 23 19 16 29 18 17 30 18 16

TOTAL -9 4 21 -15 5 13 -12 0 11 -8 9 13 -15 5 15 -13 5 17

Soporte A -72

Soporte B 28

Soporte C 90

E

M

O

C

I

O

N

E

S

1 2 3 4 5 6

PERSONAS

Figura 119. Análisis de datos del soporte. Fuente: Autor

A B C

152

Anexo 13

Análisis Diseño Emocional Pie


Desilusión 4 5 2 4 5 2 5 5 2 2 5 2 4 6 2 4 6 0

Fastidio 3 5 1 2 3 2 4 3 2 2 5 3 3 4 4 4 5 2

Entusiasmo 4 2 6 3 2 4 4 3 4 4 5 5 4 3 5 5 3 5

Susto 4 2 2 2 4 3 2 4 5 3 5 4 2 4 5 2 3 3

Alegria 4 3 5 4 4 4 5 4 5 5 3 5 4 3 5 4 2 5

Tristeza 4 5 2 2 5 2 3 3 2 2 4 3 3 4 2 3 4 2

Mal humor 5 5 1 3 4 3 4 5 2 2 1 2 4 5 3 4 5 1

Vergüenza 3 5 2 3 5 3 3 4 3 1 4 5 3 6 3 3 5 2

Deseo 3 2 5 4 2 4 4 3 4 5 2 4 2 3 5 3 3 4

Sorpresa 4 2 6 2 2 5 3 3 5 3 2 4 4 2 5 4 2 5

Satisfacción 4 3 6 3 3 4 5 2 5 4 4 4 4 3 5 4 3 5

Esperanza 4 3 5 3 4 3 5 4 4 4 3 3 4 4 4 5 2 4

Total E + 23 15 33 19 17 24 26 19 27 25 19 25 22 18 29 25 15 28

Total E - 23 27 10 16 26 15 21 24 16 12 24 19 19 29 19 20 28 10

TOTAL 0 -12 23 3 -9 9 5 -5 11 13 -5 6 3 -11 10 5 -13 18

Pie A 29

Pie B -55

Pie C 77

E

M

O

C

I

O

N

E

S

1 2 3 4 5 6

PERSONAS

Figura 120. Análisis de datos del pie. Fuente: Autor

A B C

153

Anexo 14

Diagrama de afinidad de COMOS

Figura 121. Diagrama de afinidad de los COMOS. Fuente: Autor

154

Anexo 15

Cuadro de importancia

Figura 123. Matriz de importancia. Fuente: Autor

Figura 122. Ponderación Matriz de importancia. Fuente: Autor

155

Anexo 16

QFD

156

Anexo 17

Matriz de Pugh

Cinta elástica Velcro Faja elastica Vinchas

Postura 3 0 0 1 -1

Precio 1 0 -1 -1 -1

Limpieza 1 0 -1 1 0

Soporte 4 0 0 1 0

Materiales 4 0 0 -1 1

Tamaño 4 0 0 0 -1

Aspecto visual 2 0 -1 1 0

Ventilación del socket 4 0 1 0 0

Modular 2 0 1 1 1

Peso 5 0 1 0 -1

Diseño del socket 4 0 0 1 0

Σ 1 3 6 2

Σ -1 -3 -2 -4

Total Σ 1 - (Σ -1) 0 4 -2

Ponderación 7 11 -7

niv

el d

e im

po

rtan

cia


Figura 124. Matriz de Pugh fijación del socket. Fuente: Autor

Abertura Agujeros Poros Aberturas

Postura 3 0 0 0 1

Precio 1 0 1 1 1

Limpieza 1 0 0 -1 0

Soporte 4 0 0 0 0

Materiales 4 0 1 0 -1

Tamaño 4 0 0 0 0

Aspecto visual 2 0 -1 0 1


Modular 2 0 -1 0 0

Peso 5 0 0 1 1

Diseño del socket 4 0 -1 1 1

Σ 1 3 4 6

Σ -1 -3 -1 -1

Total Σ 1 - (Σ -1) 0 3 5

Ponderación 1 13 15


niv

el d

e im

po

rtan

cia

Figura 125. Matriz de Pugh Ventilación del socket. Fuente: Autor

157

Circular Cuadrada Piel artificial

Postura 3 0 0 0

Precio 1 0 -1 -1

Limpieza 1 0 -1 -1

Soporte 4 0 0 0

Materiales 4 0 0 -1

Tamaño 4 0 -1 -1

Aspecto visual 2 0 -1 1

Ventilación del socket 4 0 0 0

Modular 2 0 0 1

Peso 5 0 -1 -1

Diseño del socket 4 0 0 0

Σ 1 0 2

Σ -1 -5 -5

Total Σ 1 - (Σ -1) -5 -3

Ponderación -13 -11

Soporte

niv

el d

e im

po

rtan

cia

Figura 126. Matriz de Pugh Soporte. Fuente: Autor

Eje Resorte de torsión Resorte de tensiónInclinación en el

material

Postura 3 0 0 0 1

Precio 1 0 -1 -1 1

Limpieza 1 0 0 0 1

Soporte 4 0 0 0 0

Materiales 4 0 0 0 1

Tamaño 4 0 1 1 -1

Aspecto visual 2 0 0 0 1


Modular 2 0 1 1 0

Peso 5 0 -1 -1 1

Diseño del socket 4 0 0 0 0

Σ 1 2 2 6

Σ -1 -2 -2 -1

Total Σ 1 - (Σ -1) 0 0 5

Ponderación 0 0 12

Movimiento de los dedos

niv

el d

e im

po

rtan

cia

Figura 127. Matriz de Pugh Movimiento de los dedos. Fuente: Autor

158

Sistema hidráulico Resorte de tensión Eje

Postura 3 0 -1 1

Precio 1 0 1 1

Limpieza 1 0 1 1

Soporte 4 0 -1 1

Materiales 4 0 1 1

Tamaño 4 0 1 -1

Aspecto visual 2 0 -1 0


Modular 2 0 0 0

Peso 5 0 1 1


Σ 1 5 6

Σ -1 -2 -1

Total Σ 1 - (Σ -1) 3 5

Ponderación 6 14

Movimiento del pie

niv

el d

e im

po

rtan

cia

Figura 128. Matriz de Pugh Movimiento del pie. Fuente: Autor

Figura 129. Matriz de Pugh Sistema de ensamble. Fuente: Autor

Remaches Rosca anclaje

Postura 3 0 1 1

Precio 1 0 1 -1

Limpieza 1 0 1 0

Soporte 4 0 1 1

Materiales 4 0 0 0

Tamaño 4 0 0 -1

Aspecto visual 2 0 1 1


Modular 2 0 1 1

Peso 5 0 0 -1


Σ 1 6 4

Σ -1 0 -3

Total Σ 1 - (Σ -1) 6 1

Ponderación 13 1

Sistema de ensamble

niv

el d

e im

po

rtan

cia

159

Anexo 18

Modelo de encuesta de validación final

Figura 130. Modelo de evaluación emocional final de prótesis transtibial. Fuente: Autor

160

Anexo 19

Resultados de la encuesta de evaluación final


Desilusión 2 2 1 4 2 2 4 3 3 4 3 2 2 2 2 2 2 2

Fastidio 2 2 2 4 3 2 5 3 3 4 3 3 2 3 2 1 2 3

Entusiasmo 3 4 4 3 4 4 4 4 5 3 4 4 4 4 5 5 5 4

Susto 3 4 2 5 3 3 4 3 4 3 3 4 3 4 3 2 6 4

Alegria 4 5 5 4 5 4 3 4 4 3 4 4 4 5 5 5 4 4

Tristeza 2 3 3 5 2 3 4 2 3 4 3 3 2 3 3 2 4 3

Mal humor 3 3 3 3 2 4 3 2 3 4 3 3 2 2 2 2 3 3

Vergüenza 2 2 2 4 4 3 3 3 3 5 3 3 3 4 4 2 4 3

Deseo 4 4 4 3 5 4 4 6 5 3 4 4 4 4 5 4 4 4

Sorpresa 3 4 6 4 5 5 3 5 6 3 5 5 5 5 6 5 3 4

Satisfacción 4 5 5 5 6 5 4 6 5 3 5 5 6 5 5 5 4 5

Esperanza 4 4 5 5 4 5 3 6 6 4 5 5 5 4 5 5 4 4

Total E + 22 26 29 24 29 27 21 31 31 19 27 27 28 27 31 29 24 25

Total E - 14 16 13 25 16 17 23 16 19 24 18 18 14 18 16 11 21 18

TOTAL 8 10 16 -1 13 10 -2 15 12 -5 9 9 14 9 15 18 3 7

Prótesis A 32

Prótesis B 59

Prótesis C 69

E

M

O

C

I

O

N

E

S

PERSONAS

1 2 3 4 5 6

Figura 131. Análisis de datos prótesis transtibial. Fuente: Autor

161

ANEXO 20

Resultado validación física del diseño

Figura 132. Formato de validación de diseño parte 1. Fuente: Autor

162

Figura 133. Formato de validación de diseño parte 2. Fuente: Autor

163

Anexo 21

Tolerancias Dimensionales Norma ISO 2768, ISO 286

Figura 134. Tolerancias para medidas lineales (ISO 2768). Fuente: (IG, 2013)

Figura 135. Tolerancias para medidas angulares (ISO 2768). Fuente: (IG, 2013)

164

Campo de aplicación de tolerancias Internacionales de sistema ISO 286

Anexo 20

Planos de la prótesis transtibial

Figura 136. Calidad de la tolerancia. Fuente: (Flores A. , 2015)

MEDIDAS LINEALES 0,5 - 3 3 - 6 6 -30 30 - 120 120 - 400 400 - 1000

m / media ± 0,1 ± 0,1 ± 0,2 ± 0,3 ± 0,5 ± 0,8

MEDIDAS ANGULARES hasta 10 10 - 50 50 -120 120 - 400 400

m / media ± 1° ± 0°30' ± 0°20' ± 0°10' ± 0°5'

Calidad para agujeros y ejes IT 9

ISO 2768 m

ISO 286

Figura 137. Tolerancias usadas en los planos de la prótesis transtibial. Fuente: Autor

UNIVERSIDAD CENTRAL DEL ECUADOR FACULTAD DE … · el Art. 144 de la Ley Orgánica de Educación...

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