Síntesis de mecanismos con algoritmos evolutivos para aplicaciones médicas

Abstract

El objeto de la Tesis es la aplicación de técnicas de síntesis de mecanismos al diseño de dispositivos médicos, destinados a mover de forma controlada alguna parte del cuerpo, con el fin de poder fabricar dispositivos personalizados para cada paciente. A lo largo del trabajo se presenta una metodología genérica que puede ser aplicada para el diseño y fabricación de estos dispositivos.

Se han realizado tres aplicaciones prácticas de la metodología propuesta. Se ha diseñado un exoesqueleto para la rehabilitación de un dedo de la mano, un exoesqueleto para mover todos los dedos de la mano a excepción del pulgar y un dispositivo de avance mandibular para el tratamiento de la apnea del sueño.

La personalización de los exoesqueletos permite simplificarlos y abaratarlos, mientras que la personalización de los dispositivos para el tratamiento de la apnea del sueño teniendo en cuenta el comportamiento cinemático de la mandíbula del paciente, aumenta la efectividad del tratamiento.

El diseño de los dispositivos empieza con un estudio cinemático de la parte del cuerpo afectada para poder desarrollar un modelo cinemático de la misma y definir los datos necesarios para resolver el problema. Se le da especial relevancia al hecho de que los datos sean sencillos de obtener. En general, la mejor opción es poder medir las distancias y ángulos necesarios en una radiografía o un escáner. En el caso de los exoesqueletos, es necesario realizar además un vídeo del movimiento del paciente para medir, en distintos fotogramas, las posiciones deseadas a lo largo de un ciclo.

Una vez desarrollado el modelo cinemático, el siguiente paso es definir un problema de optimización. La solución de este problema será un sistema mecánico adaptado a las características del paciente. Para su resolución se utiliza el algoritmo evolutivo MUMSA, cuyo funcionamiento se explica en la Tesis.