Tecnologías de Apoyo a la Discapacidad II Jornadas CYTED Red VII-K II

1. II Jornadas CYTED, Cartagena de Indias. Tecnologías de Apoyo a la Discapacidad II Jornadas CYTED Red VII-K II Dispositivos Potenciadores y Alternativos en Movilidad Ramón Ceres, Juan C. Moreno ceres@iai.csic.es Instituto de Automática Industrial Consejo Superior de Investigaciones CientíficasMadrid - España

2. DEFINICIÓN: Habilidad para el desplazamiento voluntario e independiente a través de un entorno con eventuales accidentes para alcanzar un objetivo determinado. IMPORTANCIA. Incidencia en las actividades de desarrollo físico, perceptivo y cognitivo. Actividades personales y de interacción social-entorno. Falta de estímulo y de comprensión-control del medio: frustración y desmotivación (Campos, Verbeg, Tatlow). ETIOLOGÍA de las deficiencias de movilidad: de tipo físico (musculo-esquelético) sensorial, neurológico y mixto. II Jornadas CYTED, Cartagena de Indias. Movilidad

3. Cubren carencias relacionadas con las deficiencias específicas: Musculoesqueléticas (artritis, osteoporosis), sensoriales (ciegos) y neurológicas (alzheimer) ACCIONES: Soporte y equilibrio (Amputado m. inferior, parapléjico) Acción motora (EM, Polio) Acción neurológica Planificación y orientación. Modo global (Alzheimer). Acción sensorial Directriz. Modo local (ciego) Mixta: Coordinación sicomotriz (Par. Cerebral). -Crónicas y transitorias-rehabilitadoras. (Postraumatismos, acc. Cardiovasculares) II Jornadas CYTED, Cartagena de Indias. La función de las ayudas técnicas: Tecnologías de Apoyo

4. Dispositivos Potenciadores. Los dispositivos potenciadors tratan de aprovechar la movilidad natural de la propia persona recurriendo por estimulación o reforzamiento interno o externo de estructuras corporales existentes o incluso de prótesis en el caso de falta de extremidades inferiores. Dispositivos rehabilitadores Consisten en plataformas de uso transitorio para la recuperación deconjuntos músculo-esqueléticos o de habilidades sicomotoras asociadas. Dispositivos Alternativos Sustitución de la acción humana mediante dispositivos de desplazamientoindependiente accionados o simplemente gobernados por el usuario. II Jornadas CYTED, Cartagena de Indias. Tipos de Ayudas Técnicas

5. Uso: Crónico Rehabilitador- Transitorio Tipo de Soporte: Laterales-bilaterales Troncales Accionamiento (fuente de energía): Muscular Externo Control (coordinación marcha: sensor-actuador): Pasivos Activos Autónomos II Jornadas CYTED, Cartagena de Indias. Tipos de Dispositivos Potenciadores

6. Bastones y muletas Barras paralelas Andadores Prótesis Ortesis Estimuladores eléctricos funcionales (FES) Plataformas estáticas rehabilitadoras ad hoc Vehículos especiales (+ sillas de ruedas) Sistemas de ayuda a la orientación II Jornadas CYTED, Cartagena de Indias. Clases de Dispositivos Potenciadores de la Movilidad

7. Elementos simples inarticulados de apoyo lateral o bilateral para las diferentes fases de la marcha. Bastón: soporte de la mano. Estabilización y distribución de fuerzas de apoyo verticales Muleta: Soporte de antebrazo o de extremidad superior completa. Estabilización de fuerzas verticales mayores con posibilidad de suspensión troncal. II Jornadas CYTED, Cartagena de Indias. 1. Bastones y Muletas Dispositivos Potenciadores

8. Características: Rigidez Ergonomía Estabilidad Adherencia del apoyo Ligereza Inalterabilidad Ajuste de altura Bajo coste II Jornadas CYTED, Cartagena de Indias. Bastones y Muletas (2) Dispositivos Potenciadores

9. Estructura de soporte bilateral estable y continua como extensión estática de bastones o muletas II Jornadas CYTED, Cartagena de Indias. 2. Barras Paralelas Dispositivos Potenciadores

10. Estructuras autoestables y desplazables para soporte troncal que presentan una configuración circundante al cuerpo. Clases de andadores: Bases: triangular y rectangular (3 o 4 apoyos). Apoyos: patas o ruedas 4 patas 2 patas + 2 ruedas 3 ruedas (+ frenos) 4 ruedas (+frenos) Pasivos y activos. Accesorios: bandeja portaobjetos, asiento, elementos multiapoyo (transiciones). Características: (= bastones), estabilidad y plegado. II Jornadas CYTED, Cartagena de Indias. 3. Andadores Dispositivos Potenciadores

11. II Jornadas CYTED, Cartagena de Indias. Ejemplos de Andadores Dispositivos Potenciadores

12. Andadores rodantes de dirección y/o tracción asistidas mediante instrumentación “inteligente” y fuente energética adicional (baterias). Deterioro severo de movilidad física con eventual pérdida sensorial (visión) Función: soporte y empuje, guía híbrido Incorporación de motores, sensores y ciertos elementos electrónicos de control. Objetivo: dotar de un instrumento de movilidad a pacientes en cama o en silla de ruedas que no son capaces de usar andadores convencionales. Complementario a barras paralelas, inmersión en agua, con menor coste de intervención terapeuta y menor riesgo. Ventajas de la deambulación: sicológicas (autoestima), sociales de relación (posición vertical y desplazamiento) y fisiológicas (aumento de actividad musculoesquelética, neurológica y sensorial, evitación de problemas urológicos, digestivos, úlceras y otros). MAYOR INDEPENDENCIA II Jornadas CYTED, Cartagena de Indias. Andadores Activos Dispositivos Potenciadores

13. Algoritmos inteligentes de control, control robusto Sistemas sensoriales exteroceptivos (láser, US, IR, visión, odometría…) Estrategias de navegación y evitación de obstáculos Interfaces hombre-andador por fuerza de agarre y empuje (intención) con distintos principios de medida (muelles-encoders, …) Algunos ejemplos de desarrollos: Care-O-Bot PAM-AID VA-PAMAID PAMM MARC, Hitachi, KAIST… ASAS II Jornadas CYTED, Cartagena de Indias. Técnicas en Andadores Activos Dispositivos Potenciadores

14. Medical Automation Research Center- Univ. Virginia. Sobre andador comercial de 3 ruedas: sonar y láser, codificadores en tres ruedas. Medida de fuerza en puños: estimación de intenciones. No avance motorizado, solo control de dirección. Controlador por agente inteligente, determina la trayectoria a partir datos de intenciones del usuario, historia, posición y orientación y genera un modelo de la ruta más segura. Control humano (modo normal), el controlador toma el control cuando prevé una colisión . II Jornadas CYTED, Cartagena de Indias. MARC(Eldecare Robot) Dispositivos Potenciadores

15. Población mayor fisicamente débil y deficiente visual (20%, mayores de 65 años). Proyecto EU (Trinity College- Dublin) Varios prototipos. Versión evolucionada, fabricada por Haptica. Estructura convencional de 4 ruedas y un manillar de guiado. Pruebas en el NCBIreland. El sensores ultrasónicos y láser central + odométria y fuerza en el manillar. Modos de conducción: control humano (comunicación por voz) o semiautomático (evita obstáculos). VA-PAMAID II Jornadas CYTED, Cartagena de Indias. PAM-AID (Personal Adaptive Mobility Aid).G. Lacy Dispositivos Potenciadores

16. Tres prototipos evolucionados. Unido al usuario mediante dos barras interactivas con sensores de fuerza en sus empuñaduras. I Técnicas odométricas Navegación modo más complejo “destino prefijado”: métodos reactivos de evitación de obstáculos con planificación de trayectorias con láser de barrido y entradas del usuario. Aplicaciones domésticas y en museos ----- Andador-”sentador” (Mederic- Univ. P-M Curie-Paris) II Jornadas CYTED, Cartagena de Indias. Care-O-bot (IPA- Fraunhofer- Stugart) Dispositivos Potenciadores

17. IAI-CSIC/ Forta/ Sogealba Objetivos: Aumento de la estabilidad y del soporte de la masa corporal. Mejora del patrón de movilidad. Disminución del esfuerzo de empuje. Mayor facilidad y seguridad del control humano del sistema rodante. Diseño de la estructura del andador: Apoyo de antebrazos y manos Aumento de la base Aumento de fricción de la superficie de contacto de las ruedas. Motorización independiente de las ruedas traseras. Control electrónico ajustable de la velocidad Eliminación de frenos. Dirección por accionamento selectivo de un motor u otro. Incorporación de sensores de posición relativa y seguimiento. II Jornadas CYTED, Cartagena de Indias. ASASAndador Seudorobótico de Alta Seguridad Dispositivos Potenciadores

18. PRUEBAS: Interiores: Pasillos, cambios de Dirección, cruces, puertas… Exteriores: rampas, obstáculos, Viandantes, suelo irregular… Protocolo: mejoras objetivas/ Subjetivas. (SOGEALBA) II Jornadas CYTED, Cartagena de Indias. ASAS Dispositivos Potenciadores

19. Objetivo: ayudar y entrenar al uso del sistema musculoesquelético para recuperación del mismo y de las habilidades de coordinación sicomotoras en general, especialmente relacionadas con los movimientos de marcha. (remo, bicicleta, cinta sin fin-suspensión controlada…) aumento de la actividad metabólica y consumo de oxígeno, reduciendo riegos cardiovasculares, renales, pulmonares y de infecciones. Población: lesionados medulares, ELA… Ejemplos: Concept2. Sistema de ejercicio natural de extremidades superiores y tronco, con estimulación eléctrica funcional en extremidades inferiores.(remo+bici) Kamnik-Williamson “robot de ayuda al levantamiento” con FES, medida de fuerzas y realimentación al usuario. II Jornadas CYTED, Cartagena de Indias. 4. Plataformas Estáticas Rehabilitadoras Dispositivos Potenciadores

20. II Jornadas CYTED, Cartagena de Indias. 5. Ortoprotésis de miembro inferior.La marcha humana Dispositivos Potenciadores

21. A. PRÓTESIS : Restauración de una función tras amputación. Niveles de Amputación: Pie Transtibial Rodilla Transfemoral Desarticulación de Cadera II Jornadas CYTED, Cartagena de Indias. 5. Ortoprotésica de miembro inferior

22. Prótesis clásicas Amputación de fémur (1868 – guerra civil EEUU) II Jornadas CYTED, Cartagena de Indias. Prótesis de miembro inferior Dispositivos Potenciadores

23. II Jornadas CYTED, Cartagena de Indias. Prótesis de pie • Complejidad en función de los grados de movilidad y la imitación de la función articular. • Estado del arte: Pies prostéticos de “respuesta dinámica” Ejemplo: FlexFoot (Multiaxial y retorno de energía) Dispositivos Potenciadores

24. II Jornadas CYTED, Cartagena de Indias. Prótesis de rodilla (1) • Articulación de la rodilla: • Respuesta a la carga • Absorción de impacto • Fuerza estabilizadora • Flexión controlada • Estado del arte / Categorías: • Bloqueo manual: Prótesis más estable disponible • Fricción constante: permite una única velocidad de marcha en terreno plano • Control de apoyo: Alta estabilidad, sólo permite la flexión una vez se ha transmitido el peso a la pierna no protésica Dispositivos Potenciadores

25. II Jornadas CYTED, Cartagena de Indias. Prótesis de rodilla (2) • Estado del arte / Categorías: (continuación) • Hidráulicas: • Prescrita a pacientes con capacidad de marcha diferentes velocidades. • Control voluntario Dispositivos Potenciadores

26. II Jornadas CYTED, Cartagena de Indias. Prótesis de rodilla (3) - Soluciones Activas: • C-LEG (Otto Bock): • Control automático de la rodilla. • Autonomía funcional. • Alta seguridad en fase de apoyo y oscilación controlada • Terrenos inclinados, escaleras, rampas • Potencial y tiempo de uso: velocidades hasta 5 kph y 5 km en un día. • RHEO KNEE (OSSUR) Actuador Magnetoreológico Principio: Imitación del trabajo muscular excéntrico Sensores: Rotación y distribución del peso. Tipo de Control: reactivo Dispositivos Potenciadores

27. II Jornadas CYTED, Cartagena de Indias. Prótesis de rodilla (3) • Biónica: Power Knee (OSSUR) Fuente de Potencia Electromecánica Inteligencia artificial Sensores: fuerza, rotación articular Estado: Prototipo en desarrollo Principio: Imitación de acción muscular: excéntrica + concéntrica Tipo de Control: Predictivo Dispositivos Potenciadores

28. B. ORTESIS : Restauración de una función ante enfermedades ortopédicas y neurológicas Patologías: Polio Parálisis cerebral Accidente cerebro vascular (terapéutico). Esclerosis múltiple Propósitos: Corrección Estabilización Descarga II Jornadas CYTED, Cartagena de Indias. Ortoprotésica de miembro inferior Dispositivos Potenciadores

29. II Jornadas CYTED, Cartagena de Indias. Ortesis de miembro inferior (1) • Prescripción: Diagnóstico a priori en función de la condición física Tipos de Ortesis: • Ortesis de Tobillo: • Absorción y recuperación energética para levantar el pie • Ortesis de Rodilla: • Descarga del peso • Rehabilitación postoperatoria • Estabilización tras lesión en ligamentos Pie Equino • Ortesis de Cadera Dispositivos Potenciadores

30. II Jornadas CYTED, Cartagena de Indias. Ortesis de miembro inferior (2) Ortesis de Rodilla Y Tobillo: • Acciones compensatorias durante la marcha patológica Problema principal: Riesgo de caída, alta reducción de la movilidad Estado del Arte: • KAFO (pasiva) • Bloqueo Permanente • Bloqueo selectivo (mecánico) • Respuesta a la carga Paciente Postpolio Dispositivos Potenciadores

31. II Jornadas CYTED, Cartagena de Indias. Ortesis de miembro inferior (3) Ortesis Avanzadas de Rodilla Y Tobillo: Estado del Arte: • Control de apoyo: Control de Rodilla en Fase de apoyo mediante microcontrolador. (Becker) • Proyecto Europeo Gait: “Ortesis Inteligente de miembro inferior” • Diseño mecánico • Compensación Funcional • Monitorización Dispositivos Potenciadores

32. II Jornadas CYTED, Cartagena de Indias. Aspectos Tecnológicos Dispositivos Potenciadores

33. Generadores artificiales de señales eléctricas para la excitación de nervios: contracción de músculos motores de forma armónica-desarrollo de movimientos de marcha Patologías: alteraciones o inactividad neurológica (pareplejia). Ortesis neurológicas o también neuroprótesis. Estimuladores superficiales (electrodos externos) Liberson: sincronización de fases de marcha (apoyo y oscilación- estadios inicial, medio y final) por conmutador-talón (principio y del fin de la fase de apoyo). Pulsos aplicados a nervios motores próximos a rodilla para contraer los músculos de las articulaciones. Problemas: colocación estable de los electrodos sobre la piel, sudoración… Estimuladores implantados (cirugía). Sist. electrónico externo-generación pulsos y transmisión RF, sensor sincronismo de marcha y receptor subcutáneo RF con electrodos bipolares de platino colocados sobre el músculo. Problemas: fatiga muscular, fiabilidad de los sistemas, diferencia de comportamiento de pacientes II Jornadas CYTED, Cartagena de Indias. 6. Estimuladores Eléctricos Funcionales FES Dispositivos Potenciadores

34. Globales: Localizan a la persona en un entorno amplio. Suministran información (e-mapas) sobre ese entorno. Generan órdenes f(origen/ destino). Locales: Informan del entorno próximo muy acotado. Detectores de obstáculos (y accidentes) y de caminos. Presentan una información muy simple y sintética. Visuales: Información integral de la escena II Jornadas CYTED, Cartagena de Indias. Dispositivos de ayuda a la orientación para la movilidad Dispositivos Potenciadores

35. Utilizan: Técnicas de localización por elementos activos con posiciones conocidas y Mapas electrónicos (Atlas, Strider). Principios: RF- Global Positioning System GPS- DGPS (Tormes, Mobic, Strider, Sendero). Campo magnético (Columbia Talking Compass) IR (Talking Signs). US (IAI-CSIC) Problemas: Zonas de sombra Entornos descritos/ estructurados II Jornadas CYTED, Cartagena de Indias. Navegadores Globales Dispositivos Potenciadores

36. Sistema vOICE (P. Meijer) Principio: captación de video  conversión de señal  canal auditivo. Elementos: Cámara de video Computador Cascos audífonos Dificultad de procesamiento y aprendizaje: Construcción de “imágenes acústicas complejas” (soundscapes) representativas de la escena (topología, formas, colores...): “ver los sonidos II Jornadas CYTED, Cartagena de Indias. Navegadores visuales Dispositivos Potenciadores

37. II Jornadas CYTED, Cartagena de Indias. Sistema vOICE

38. Técnicas activas. Principio de detección: - Ultrasonidos: MOVIUS, Guide Cane, Mowat sensor, Sonicguide, Detector de Notingham, Shangai Acoustical Lab., Polaron, Pathsounder, Sensory 6, Walkmate - Láser: Laser-cane - IR: Pilot Light Problemas: Detección de accidentes (escaleras) Limitaciones de comunicación: Canal sensitivo- Interfaz Escrutinio de información II Jornadas CYTED, Cartagena de Indias. Detectores Locales Dispositivos Potenciadores

39. 3 zonas de detección: Frontal 30º y laterales 80º: 5 sectores angulares; 2m rango 6 pares transd. Piezoelectricos Preprocesamiento analógico Procesador c-196 Intel Comunicación: Auditiva- vibratoria Extensión: TREBOLI II Jornadas CYTED, Cartagena de Indias. TREBOL (IAI-CSIC) Dispositivos Potenciadores

40. Detección Diferencial: 1 Transmisor 2 Receptores Comunicación: 2 vibradores-suspens. II Jornadas CYTED, Cartagena de Indias. FOCUS (IAI-CSIC) Dispositivos Potenciadores

41. Sillas de ruedas entornos-funciones, configuraciones, tamaños, poblaciones, propulsión, accesorios… conducción semiautomática o asistida Scooters Automóviles Vehículos especiales (Otros dispositivos de desplazamiento: grúas) II Jornadas CYTED, Cartagena de Indias. Dispositivos Alternativos Dispositivos Potenciadores

42. Rifton (Blair Dev Cent. CA) Vehículo-niños-e.bífida distr. Musc., P.C. 2+2+1 ruedas Posición vertical Control postural Versión comercial II Jornadas CYTED, Cartagena de Indias. Vehículos Especiales Dispositivos Potenciadores

43. Handbike Rowcycle Dep. VA- Cent. P. Alto Fresno-CA II Jornadas CYTED, Cartagena de Indias. Vehículos Especiales Dispositivos Potenciadores

44. PALMA P. CYTED Concepto: Niveles Interfaces Fines Pruebas P. IBK II Jornadas CYTED, Cartagena de Indias. Vehículos Especiales Dispositivos Potenciadores

45. II Jornadas CYTED, Cartagena de Indias. Conclusiones Dispositivos Potenciadores

46. Gracias II Jornadas CYTED, Cartagena de Indias.