172066

DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE UN PROTOTIPO FUNCIONAL DE UNA
ÓRTESIS DINÁMICA PARA EL TRATAMIENTO Y REHABILITACIÓN DE LOS

MÚSCULOS EXTENSORES DE MUÑECA Y DEDOS EN PERSONAS QUE
SUFREN DE ESPASTICIDAD GRADO 1+ O 2 CAUSADA POR
ENFERMEDADES CEREBROVASCULARES.
AUTORES
SEBASTIAN ALEJANDRO MARTÍNEZ CARRILLO
ANDRÉS FELIPE HERNÁNDEZ FORERO
JUAN SEBASTIAN MATEUS CUBIDES
UNIVERSIDAD INDUSTRIAL DE SANTANDER
FACULTAD DE INGENIERÍAS FÍSICO-MECÁNICAS
ESCUELA DE INGENIERÍA MECÁNICA
2018
DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE UN PROTOTIPO FUNCIONAL DE UNA
SUFREN DE ESPASTICIDAD GRADO 1+ O 2 CAUSADA POR
ENFERMEDADES CEREBROVASCULARES.
AUTORES
SEBASTIAN ALEJANDRO MARTÍNEZ CARRILLO
Trabajo de grado presentado como requisito para optar al título de Ingeniero

Mecánico.
DIRECTOR
DIEGO FERNANDO VILLEGAS BERMÚDEZ
Ingeniero Mecánico, PhD
UNIVERSIDAD INDUSTRIAL DE SANTANDER
FACULTAD DE INGENIERÍAS FÍSICO-MECÁNICAS
ESCUELA DE INGENIERÍA MECÁNICA
2018
3
4
5
6
DEDICATORIAS
A mis padres,
por el apoyo incondicional que me brindaron
en mis estudios profesionales
y por los valores inculcados
que me formaron como persona.
A mi hermano,
por su colaboración y compañía
a lo largo de mi proceso de formación.
7
DEDICATORIAS
A mis padres,
por formarme como persona
con su ejemplo y educación
y por su apoyo incondicional en todas
las etapas de mi vida.
A mi hermana,
por todo lo que ha contribuido
a mi formación personal.
8
DEDICATORIAS
A Dios,
por bendecir cada uno de mis pasos,
guiándome siempre por el camino indicado.
A mis padres,
por formarme como una persona de bien,
por su constante apoyo, dedicación, y su ejemplo
en cada etapa de mi vida.
A mi familia,
por su entera disposición y apoyo,
en mi formación como profesional
y como persona con ética y valores.
SEBASTIAN ALEJANDRO MARTINEZ CARRILLO
9
AGRADECIMIENTOS
Los autores del proyecto de grado “DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE UN

PROTOTIPO FUNCIONAL DE UNA ÓRTESIS DINÁMICA PARA EL
TRATAMIENTO Y REHABILITACIÓN DE LOS MÚSCULOS EXTENSORES DE
MUÑECA Y DEDOS EN PERSONAS QUE SUFREN DE ESPASTICIDAD GRADO
1+ O 2 CAUSADA POR ENFERMEDADES CEREBROVASCULARES” agradecen
a las siguientes personas e instituciones por su contribución al desarrollo del
proyecto:
Al señor Luis Ardila, por su entera disposición y colaboración en las etapas de

diseño y pruebas funcionales del prototipo, mostrando siempre interés en la
búsqueda de obtener un proyecto exitoso.
A la fisioterapeuta Janneth Cristina Rodríguez Corredor, quien, con su entusiasmo,

fue guía en cada una de las etapas del proyecto, colaborándonos con la aclaración
de dudas y en la búsqueda de sitios especializados o personas que fueron
necesarias para concluir el proyecto de forma exitosa.
Al técnico ortoprotesista Rodolfo Rondón Villamizar, por su asesoría técnica, y quien

con su experiencia en el campo diseño y construcción de órtesis y prótesis, fue de
gran importancia en la etapa de diseño en detalle en nuestro proyecto,
asesorándonos en la construcción de la articulación de muñeca, la cual fue de vital
importancia para obtener el prototipo final.
Al profesor Diego Fernando Villegas, por la confianza, motivación y asesoría

brindada durante el progreso de cada una de las etapas del proyecto. Buscando
siempre encontrar una solución pronta a cualquier problema presentando, y
proporcionando conceptos ingenieriles que fueron de vital importancia para el buen
desempeño y funcionamiento del prototipo.
10
A la Escuela de Ingeniería Mecánica de la Universidad Industrial de Santander, por
cumplir con su misión, brindándonos una formación integral y científica. Por
permitirnos realizarnos interpersonal y científicamente con el desarrollo de este
proyecto, con la puesta a disposición de las instalaciones y software necesario para
la realización del proyecto.
11
CONTENIDO
Pág.
INTRODUCCIÓN ................................................................................................... 23
1. FORMULACIÓN DEL PROBLEMA ................................................................. 24
1.1 IDENTIFICACIÓN DEL PROBLEMA ............................................................... 24
1.2 JUSTIFICACIÓN PARA SOLUCIONAR EL PROBLEMA ................................ 27
1.3 OBJETIVOS ..................................................................................................... 28
1.3.1 Objetivo general. ........................................................................................... 28
1.3.2 Objetivos específicos. ................................................................................... 29
2. MARCO TEÓRICO .......................................................................................... 29
2.1 ANTECEDENTES INVESTIGATIVOS ............................................................. 29
2.1.1 A nivel internacional. ..................................................................................... 29
2.1.2 A nivel nacional. ............................................................................................ 30
2.1.3 A nivel regional. ............................................................................................ 31
2.2 MARCO CONCEPTUAL .................................................................................. 34
2.2.1 Anatomía de la mano .................................................................................... 34
2.2.1.1 Anatomía osteoarticular. ............................................................................ 35
2.2.1.2 Anatomía muscular. ................................................................................... 36
2.2.2 Biomecánica de la mano. .............................................................................. 39
2.2.2.1 Movimientos de la mano. ........................................................................... 39
2.2.2.2 Patrones funcionales.................................................................................. 45
2.2.3 Enfermedades cerebrovasculares (ECV). ..................................................... 47
12
2.2.3.1 ECV isquémico (80% de los casos). .......................................................... 48
2.2.3.2 ECV hemorrágica. ...................................................................................... 49
2.2.4 Efectos físicos de un accidente cerebrovascular. ......................................... 50
2.2.4.1 Debilidad muscular. ................................................................................... 51
2.2.4.2 Fatiga. ........................................................................................................ 51
2.2.4.3 Dolor. ......................................................................................................... 51
2.2.4.4 Espasticidad o flacidez............................................................................... 51
2.2.4.5 Acortamiento o alargamiento de músculos. ............................................... 51
2.2.5 Espasticidad.................................................................................................. 52
2.2.5.1 Síntomas. ................................................................................................... 52
2.2.5.2 Evaluación. ................................................................................................ 53
2.2.5.3 Rehabilitación. ........................................................................................... 53
2.2.5.4 Procedimientos de rehabilitación. .............................................................. 55
2.2.6 Órtesis dinámicas. ........................................................................................ 55
2.2.6.1 Funciones de las órtesis. ........................................................................... 56
3. DISEÑO METODOLÓGICO ............................................................................ 57
3.1 TIPOS DE INVESTIGACIÓN ........................................................................... 57
3.2 IMPACTO SOCIAL .......................................................................................... 57
3.3 REQUERIMIENTOS DE DISEÑO. ................................................................... 58
3.3.1 Adaptación a dimensiones. ........................................................................... 58
3.3.2 Diseño conservativo. ..................................................................................... 58
3.3.3 Bajo costo. .................................................................................................... 59
4. PROCESO DE DISEÑO DE LA ÓRTESIS DINÁMICA ................................... 59
4.1 PRE-FASE A.................................................................................................... 61
13
4.1.1 Ponderación de los requerimientos del usuario. ........................................... 61
4.1.2 Constantes de diseño. .................................................................................. 66
4.2.1 Descripción de funcionalidad. ....................................................................... 68
4.2.2. Diseño conceptual de la órtesis dinámica primera ronda. ............................ 71
4.2.2.1. Evaluación de alternativas de los diseños de los mecanismos de

funcionamiento....................................................................................................... 74
4.2.2.2. Matriz Pugh primera ronda del concepto de diseño del mecanismo. ........ 75
4.2.3. Diseño conceptual de la órtesis dinámica segunda ronda. .......................... 77
4.2.3.1 Evaluación de alternativas de los diseños de los mecanismos de

funcionamiento....................................................................................................... 78
4.2.4 Despliegue de la función de calidad (QFD). .................................................. 80
4.3 FASE B. ........................................................................................................... 84
4.3.1 Diseño en detalle. ......................................................................................... 85
4.3.1.2 Diseño de la base de la órtesis. ................................................................. 88
4.3.1.3 Diseño de guías para dedos índice, medio, anular y meñique. .................. 92
4.3.1.4 Diseño de guías para dedo pulgar. ............................................................ 98
4.3.1.5 Diseño de guías para él antebrazo. ......................................................... 101
4.3.1.6 Diseño de la articulación de muñeca. ...................................................... 102
4.3.1.7 Diseño de resortes. .................................................................................. 104
4.3.2 Ensamblaje general. ................................................................................... 122
4.3.3 Primera prueba funcional. ........................................................................... 123
4.3.4 Costos. ........................................................................................................ 125
4.3.4.1 Costo de materiales. ................................................................................ 125
4.3.4.2 Costo de manufactura. ............................................................................. 125
4.3.4.3 Costo total de la órtesis............................................................................ 125
14
4.4.1 Optimización. .............................................................................................. 128
4.4.2 Componentes de la órtesis dinámica. ......................................................... 128
4.4.3 Segunda prueba funcional. ......................................................................... 129
4.4.4 Mantenimiento básico de la órtesis. ............................................................ 134
4.4.4.1 Mantenimiento básico de la órtesis. ......................................................... 134
4.4.4.2 Mantenimiento correctivo. ........................................................................ 134
4.4.4.3 Mantenimiento preventivo. ....................................................................... 134
4.4.5 Observaciones. ........................................................................................... 135
4.4.6 Observaciones del paciente. ....................................................................... 137
5. CONCLUSIONES .......................................................................................... 138
BIBLIOGRAFÍA .................................................................................................... 140
15
LISTA DE FIGURAS
Pág.
Figura 1. Huesos de la mano ................................................................................. 36

Figura 2. Músculos de la mano .............................................................................. 37
Figura 3. Movimientos de la mano ......................................................................... 40
Figura 4. Flexión y extensión de articulaciones metacarpofalángicas ................... 41
Figura 5. Flexión y extensión de articulaciones interfalángicas ............................ 41
Figura 6. Abducción y aducción de las articulaciones metacarpofalángicas .......... 42
Figura 7. Flexión y extensión total ......................................................................... 43
Figura 8. Flexión y extensión del pulgar a nivel de la articulación
metacarpofalángicas .............................................................................................. 43
Figura 9. Flexión y extensión del pulgar a nivel de la articulación interfalángicas . 44
Figura 10. Abducción palmar ................................................................................. 44
Figura 11. Oposición .............................................................................................. 45
Figura 12. Agarres de fuerza ................................................................................. 46
Figura 13. Agarre de precisión ............................................................................... 47
Figura 14. Áreas funcionales del cerebro .............................................................. 48
Figura 15. Órtesis dinámica de mano y antebrazo ................................................ 56
Figura 16. NASA ESMD Capstone Design ............................................................ 60
Figura 17. Pre-Fase A............................................................................................ 61
Figura 18. Fase A .................................................................................................. 67
Figura 19. Movimientos de la mano (bis figura 3) .................................................. 69
Figura 20. Flexión y extensión de articulaciones metacarpofalángicas (bis figura 4)
............................................................................................................................... 70
metacarpofalángicas (bis figura 8) ......................................................................... 71
Figura 22. Órtesis concepto A ............................................................................... 72
16
Figura 23. Órtesis concepto B ............................................................................... 73
Figura 24. Órtesis concepto C ............................................................................... 74
Figura 25. Órtesis concepto D (bis figura 23) ........................................................ 77
Figura 26. Órtesis concepto E ............................................................................... 78
Figura 27. Quality Function Deployment ................................................................ 83
Figura 28. Fase B .................................................................................................. 84
Figura 29. Materiales usados en órtesis ................................................................ 85
Figura 30. Molde Antebrazo-Muñeca ..................................................................... 90
Figura 31. Molde Antebrazo-Muñeca cortado ........................................................ 91
Figura 32. Molde forrado........................................................................................ 92
Figura 33. Anatomía de la mano ............................................................................ 93
Figura 34. Órtesis dinámica ................................................................................... 96
Figura 35. Construcción guías ............................................................................... 97
Figura 36. Flexión y extensión total (bis figura 7) ................................................ 100
Figura 37. Construcción guía pulgar .................................................................... 100
Figura 38. Construcción guía antebrazo .............................................................. 101
Figura 39. Construcción articulación .................................................................... 102
Figura 40. Articulación final. ................................................................................. 103
Figura 41. Dimensiones de un resorte ................................................................. 111
Figura 42. Dimensiones de un resorte (bis figura 51) .......................................... 120
Figura 43. Proceso de ensamblaje ...................................................................... 122
Figura 44. Ensamble final .................................................................................... 123
Figura 45. Primera prueba funcional .................................................................... 124
Figura 46. Fase C ................................................................................................ 127
Figura 47. Agarre pelota sin órtesis ..................................................................... 130
Figura 48. Agarre pelota con órtesis .................................................................... 131
Figura 49. Agarre de un cono sin órtesis ............................................................. 132
Figura 50. Agarre de un cono con órtesis ............................................................ 133
17
LISTA DE TABLAS
Pág.
Tabla 1. Escala de Ashworth Modificada ............................................................... 26

Tabla 2. Requerimientos del consumidor............................................................... 62
Tabla 3. Requerimientos del especialista .............................................................. 63
Tabla 4. Matriz de relacionamiento ........................................................................ 64
Tabla 5. Sumatoria de requerimientos ................................................................... 65
Tabla 6. Constantes de diseño .............................................................................. 66
Tabla 7. Conceptos de diseño ............................................................................... 75
Tabla 8. Matriz Pugh .............................................................................................. 76
Tabla 9. Conceptos de diseño segunda ronda ...................................................... 79
Tabla 10. Matriz Pugh segunda ronda ................................................................... 79
Tabla 11. Medidas necesarias para el molde ........................................................ 88
Tabla 12. Longitudes promedio del sector de las falanges del dedo índice de
hombre en mm ....................................................................................................... 93
Tabla 13. Longitudes promedio del sector de las falanges del dedo medio de
hombre en mm ....................................................................................................... 94
Tabla 14. Longitudes promedio del sector de las falanges del dedo anular de
hombre en mm ....................................................................................................... 94
Tabla 15. Longitudes promedio del sector de las falanges del dedo meñique de
hombre en mm ....................................................................................................... 95
Tabla 16. Longitudes promedio del sector de las falanges del dedo pulgar de
hombre en mm ....................................................................................................... 99
Tabla 17. Propiedades generales del material ..................................................... 106
Tabla 18. Coeficientes de acuerdo al material ..................................................... 109
Tabla 19. Tabla de costos .................................................................................... 125
18
Tabla 20. Componentes de la órtesis .................................................................. 128
19
LISTA DE ANEXOS
(Ver anexos adjuntos en el CD y pueden visualizarlos en la Base de Datos de

la Biblioteca UIS)
ANEXO A. PLANOS DEL PROTOTIPO FUNCIONAL.
ANEXO B. CONSENTIMIENTO INFORMADO FIRMADO POR EL PACIENTE.
ANEXO C. ENCUESTA DE SATISFACCIÓN DEL PACIENTE.
20
RESUMEN
TÍTULO: DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE UN PROTOTIPO FUNCIONAL DE UNA

SUFREN DE ESPASTICIDAD GRADO 1+ O 2 CAUSADA POR ENFERMEDADES
CEREBROVASCULARES*
AUTORES: SEBASTIAN ALEJANDRO MARTINEZ CARRILLO

ANDRES FELIPE HERNANDEZ FORERO
JUAN SEBASTIAN MATEUS CUBIDES**
PALABRAS CLAVE: Biomecánica, Espasticidad, Diseño, Órtesis,

Cerebrovasculares, Dedos.
DESCRIPCIÓN:
En el presente proyecto de investigación se diseñó y construyó un prototipo

funcional de una órtesis dinámica, con la finalidad de ayudar a personas que sufren
de espasticidad en un rango de 1+ o 2, según la escala de Ashworth. Esto con el fin
de optimizar los procesos de tratamiento y rehabilitación de los músculos extensores
de muñeca y mano, de esta forma mejorando la calidad de vida en pacientes con
espasticidad. En cuanto al proceso de diseño se usó la metodología planteada por
“NASA ESMD Capstone Design”, buscando una alternativa que cumpla todos los
requerimientos, a la vez que se minimizan los costos totales. Los mecanismos
fueron diseñados para que se ajusten a cualquier tamaño o dimensiones de muñeca
y mano, de tal manera que fuera lo más versátil posible. Se implementó una
articulación de muñeca en la órtesis, buscando dar mayor estabilidad y control de
los movimientos solicitados en las terapias. Fueron diseñados 2 resortes, el principal
encargado de ejercer la tracción a los dedos anular, índice, medio y meñique y el
secundario encargado de ejercer la tracción únicamente al dedo pulgar. Mediante
medidas cualitativas e interacciones con el paciente, se obtuvieron resultados
favorables. Con la ejecución de agarres de fuerza solicitados en las terapias, se
evidenció una gran mejoría. Cuando se hizo uso de la órtesis, ergonómicamente fue
exitoso el diseño y estéticamente agradó al usuario.
*
Proyecto de grado
**
Facultad: Físico-mecánicas. Escuela: Ingeniería Mecánica. Director: Diego F. Villegas
21
ABSTRACT
TITLE: DESIGN AND CONSTRUCTION OF A FUNCTIONAL PROTOTYPE OF A

DYNAMIC ORTHOSIS FOR THE TREATMENT AND REHABILITATION OF WRIST
AND FINGER EXTENSION MUSCLES IN PEOPLE SUFFERING FROM
SPASTICITY DEGREE 1+ OR 2 CAUSED BY CEREBROVASCULAR DISEASES*
AUTHORS: SEBASTIAN ALEJANDRO MARTINEZ CARRILLO

ANDRES FELIPE HERNANDEZ FORERO
JUAN SEBASTIAN MATEUS CUBIDES**
KEY WORDS: Biomechanics, Spasticity, Design, Orthosis, Cerebrovascular,

Fingers.
DESCRIPTION:
In this research project we designed and built a functional prototype of a dynamic
orthosis, with the aim of helping people suffering from spasticity in a range of 1+ or
2, according to the Ashworth scale. This was done in order to optimize the treatment
and rehabilitation of the wrist and hand extensor muscles, in this way improving the
quality of life in patients with spasticity. Regarding the design process, the
methodology proposed by "NASA ESMD Capstone Design" was used, seeking an
alternative that meets all the requirements, while the total costs were minimized. The
mechanisms were designed to fit any size or dimensions of wrist and hand in order
to become as versatile as possible. A wrist joint was implemented in the orthosis,
seeking to provide greater stability and control of the movements requested in the
therapies. Two springs were designed, the main one, in charge of exerting the
traction to the annular, index, middle and little fingers and the secondary one, in
charge of exerting the traction only to the thumb. Through qualitative measures and
interactions with the patient, favorable results were obtained. With the execution of
force clamps requested in the therapies, a great improvement was evidenced. When
the orthosis was used, ergonomically the design was successful and aesthetically
pleasing to the user.
*
Degree Project
**
Facultad: Físico-mecánicas. Escuela: Ingeniería Mecánica. Director: Diego F. Villegas
22
INTRODUCCIÓN
El presente proyecto de investigación surgió con el interés de favorecer a aquellas

personas afectadas por secuelas de alguna enfermedad cerebrovascular, como lo
es la espasticidad, con la que cientos de personas deben sobrellevar en sus labores
diarias y de la cual se ven afectadas en su rendimiento físico.
Este proyecto tiene como objetivo general el diseño y construcción de una órtesis
dinámica para el tratamiento y rehabilitación de personas con espasticidad en
miembros superiores (muñeca y dedos).
En estos días de grandes avances tecnológicos y científicos, podemos encontrar

gran variedad de diseños que ofrecen empresas dedicadas al diseño de productos
ortopédicos; todos estos avances vienen acompañados de igual forma de una gran
problemática que azota a nuestro país. Los elevados costos de adquisición hacen
que personas de bajos recursos no tengan acceso a productos como estos,
entorpeciendo así su proceso de rehabilitación y haciendo para ellos mucho más
difícil la convivencia con una sociedad excluyente.
Para lograr cumplir con los objetivos propuestos se usó la metodología de diseño
propuesta por la NASA “NASA ESMD Capstone design process”, el cual es un
sistema organizado que involucra habilidades ingenieriles y que conduce a
soluciones más creativas, ahorrando tiempo y minimizando al máximo costos.
El uso de herramientas informáticas CAD/CAE nos permite simular cargas, corregir

y verificar el dimensionamiento que se propone a los elementos de la órtesis.
23
1. FORMULACIÓN DEL PROBLEMA
1.1 IDENTIFICACIÓN DEL PROBLEMA
La espasticidad es un trastorno motor caracterizado por una hipertonía o aumento

de la resistencia al estiramiento muscular que varía en función de la velocidad con
que se realice el estiramiento. Al incrementar la velocidad de desplazamiento la
resistencia aumenta. Se entiende por tono muscular a la propiedad de oponer
resistencia a su alargamiento. Hay un tono muscular normal que en determinadas
condiciones patológicas puede estar disminuido (hipotonía) o aumentado
(hipertonía).1
Esta enfermedad se puede presentar en varios grados de daño, de manera leve se

produce una sensación de tirantez en los músculos y puede llegar a agravarse
produciendo una rigidez muscular significativa hasta el punto de generar espasmos
involuntarios, movimientos bruscos y contracciones musculares permanentes. Las
partes del cuerpo que se ven mayormente afectadas por dicha enfermedad son las
extremidades superiores e inferiores, las cuales necesitan un tratamiento de
rehabilitación intensivo.
La espasticidad se puede generar por distintos factores que afectan el sistema

nervioso central, pueden ser de nacimiento, como mal formaciones en el feto,
cuestiones hereditarias o puede darse por accidentes ocasionados a lo largo de la
vida. Dentro de las causas existentes, la que mayor incidencia tiene en el
padecimiento de espasticidad son las enfermedades cerebrovasculares (ECV).
1
TECGLEN GARCÍA, Claudia. Guía para las personas que conviven con la espasticidad,
2014. Disponible en: http://www.fenacerci.pt/web/publicacoes/outras/convives_guia.pdf
[fecha de consulta 01/04/2017]
24
La ECV es la tercera causa de muerte en el mundo y se estiman cerca de 134.000
muertes anuales. Aproximadamente el 80% de las ECV son infartos cerebrales, en
tanto que el 15% de los ataques corresponden a hemorragia cerebral. 2
Según un estudio, se encontró que en Colombia la cantidad de personas afectadas

por enfermedades cerebrovasculares oscila entre 300 y 559 casos por cada 100.000
habitantes, lo que proporciona una idea de qué tan frecuente se presentan estos
casos.3
Teniendo en cuenta lo anterior, se puede ver que hay una gran cantidad de
personas que sufren de espasticidad y necesitan ayuda fisioterapéutica para
rehabilitarse. En casos en los que la enfermedad se presenta de manera leve, es
mucho más fácil el proceso, puesto que los casos graves son prácticamente
imposibles de tratar, ya que quedan paralizados permanentemente.
Según la escala de Ashworth modificada, los pacientes que evolucionan mucho

mejor y que se recuperan casi por completo son los que se encuentran en un rango
de 1 a 1+ ya que tienen un tono muscular bajo y poseen cierto grado de movimiento.
2
SERRANO RUIZ, Claudia Patricia. Guía basada en la evidencia clínica para el manejo
fisioterapéutico de la enfermedad cerebrovascular EVC. En: Guías de intervención
fisioterapéutica. Bucaramanga: UIS, 2010, p.28.
3
Ibid.
25
Tabla 1. Escala de Ashworth Modificada
Fuente: AGREDO, Carolina y BEDOYA, Juana. Validación escala de Ashworth

modificada. [En línea]. Cali: Universidad del Valle. 2014. (Recuperado el 2 de abril
2017.) Disponible en
http://www.fcs.uner.edu.ar/libros/archivos/articulos/Escala%20ashworth.pdf
En muchas ocasiones, la persona que se ve afectada en una de sus dos manos con
un grado bajo de espasticidad tiene la capacidad de realizar movimientos de
contracción, pero se le dificulta realizar el movimiento de extensión, lo cual conlleva
como consecuencia el impedimento de soltar objetos una vez hayan sido agarrados.
Dichos pacientes son sometidos a un programa de rehabilitación realizado por un

fisioterapeuta, el cual realiza estiramientos musculares y movimientos al paciente
que permiten modificar las posturas anormales. El tratamiento debe continuar en el
hogar, ya sea con ayuda de un cuidador o por parte del paciente, quien debe
26
ayudarse con su otra mano a realizar los movimientos de extensión para poder llevar
a cabo actividades cotidianas.
Lo anterior hace muy tediosa la tarea de rehabilitación, es estresante para el

paciente y puede causar que éste se canse y deje de utilizar su mano afectada, por
lo tanto, es necesario utilizar un instrumento terapéutico que ayude a mantener los
músculos de la mano flexionados, de manera que el paciente tenga la capacidad de
cerrar la mano y al momento de dejar de aplicar fuerza, el instrumento estire los
músculos y abra la mano.
Existen varios mecanismos en el mercado, llamados órtesis, que ayudan a realizar

el movimiento explicado anteriormente, sin embargo, son muy costosos y en
ocasiones muy incómodos.
Se necesita una órtesis dinámica que sea de fácil adaptación para el paciente, que
tenga un costo accesible y que sea eficiente a la hora de realizar la tarea de
extensión muscular, con esto se asegura una rehabilitación más rápida y menos
traumática para el paciente.
1.2 JUSTIFICACIÓN PARA SOLUCIONAR EL PROBLEMA
Convivir con la espasticidad es una experiencia global, que afecta a un sin número
de personas con diferentes patologías de base. En Colombia, durante el 2010, la
ECV fue la tercera causa de muerte en la población general con una tasa cruda de
26,9 muertes por cada 100.000 habitantes. Esta fue la segunda causa de mortalidad
en el grupo de edad de 50 a 79 años, conforme lo indican las estadísticas
presentadas por ONS4.
4
ONS. Mortalidad 1998-2011 y situación de salud en los municipios de frontera terrestre en
Colombia. [en línea]. Disponible en
https://www.minsalud.gov.co/sites/rid/Lists/BibliotecaDigital/RIDE/IA/INS/Segundo%20info
rme%20ONS.pdf
27
La alta incidencia de la ECV en Colombia hace que este sea un campo de alto
interés para la investigación e innovación en diferentes dispositivos que optimicen
el proceso de recuperación en personas con distintas secuelas de la ECV, como lo
es la espasticidad.
Con este proceso de investigación se busca afianzar el proceso de formación

integral, técnica y científica que se lleva como ingenieros mecánicos; aportando
bases para el desarrollo de la biomecánica y generando motivación para que nuevas
generaciones abarquen tópicos relacionados al proyecto, que podrá complementar
a la posteridad de nuevas tecnologías.
Con el diseño y construcción de una órtesis dinámica para la mano, se contribuirá

al desarrollo de nuevos avances orientados a la rehabilitación de personas
afectadas por niveles 1+ o 2 de espasticidad (según escala de Ashworth) producido
por enfermedades cerebrovasculares. La implementación de un dispositivo externo
que modifique aspectos funcionales de la mano optimizará el proceso de
rehabilitación, disminuyendo de esta forma el periodo de tiempo en el que un
paciente debe asistir al centro terapéutico encargado de su proceso de recuperación
y facilitando el progreso de la terapia por parte del especialista tratante.
1.3 OBJETIVOS
1.3.1 Objetivo general. Diseñar y construir un prototipo funcional de órtesis para el

tratamiento y rehabilitación de los músculos extensores de muñeca y dedos en
personas que sufren de espasticidad grado 1+ o 2 causada por enfermedades
cerebrovasculares y de esta manera, participar en el cumplimiento de la misión de
la Escuela de Ingeniería Mecánica de la Universidad Industrial de Santander al
brindar solución a una necesidad de la fisioterapia.
28
1.3.2 Objetivos específicos.
• Diseñar un prototipo de una órtesis dinámica orientado a facilitar las terapias de

rehabilitación en personas que sufren de espasticidad grado 1+ o 2.
• Construir un prototipo funcional con el propósito de analizar su funcionamiento,
asegurar que cumple con los parámetros de diseño.
• Validar el prototipo propuesto con un paciente de ACV con movilidad limitada
como producto de espasticidad 1+ o 2.
2. MARCO TEÓRICO
2.1 ANTECEDENTES INVESTIGATIVOS
2.1.1 A nivel internacional.
• Diseño y construcción de una órtesis de rodilla, destinada a la rehabilitación

automatizada de la extremidad inferior5.
El proyecto tuvo como objetivo la elaboración de una órtesis de rodilla que permitiera
facilitar las labores de rehabilitación en la extremidad inferior. Como guía se
siguieron los conceptos de biomecánica y control, de manera que se pudiera
obtener un sistema automatizado. Para la elaboración de la órtesis se realizó una
5
ROMERO SACOTO, Mónica Alexandra. Diseño y construcción de una órtesis de rodilla,
destinada a la rehabilitación automatizada de la extremidad inferior. Tesis de grado
ingeniero electrónico. Cuenca, Ecuador: Universidad politécnica salesiana sede Cuenca.
2012. [citado el 3 de mayo de 2017]. Disponible en:
http://dspace.ups.edu.ec/bitstream/123456789/2814/1/UPS-CT002463.pdf
29
evaluación de los posibles materiales a utilizar de acuerdo a las propiedades y
factores de costo que genera.
El desarrollo de dicha órtesis se basó en los requerimientos y necesidades del

cliente, los cuales fueron tenidos en cuenta para el diseño y elaboración del
prototipo.
Finalmente, para determinar los resultados del proyecto se realizaron diferentes

pruebas en las que analizaban los indicadores obtenidos en cada una de ellas para
demostrar su utilidad y beneficio.
El aporte esencial al presente proyecto es el estudio detallado que se realiza en el

análisis de esfuerzos, la manera de seleccionar un material con las propiedades
requeridas y la forma de evaluar los resultados obtenidos, en este caso, aplicado a
la órtesis de rodilla que puede llegar a ser útil en una órtesis para muñeca y dedos
como lo es el caso a trabajar.
2.1.2 A nivel nacional.
• Diseño y simulación de un prototipo de prótesis de mano bioinspirada con cinco

grados de libertad6.
El estudio de este proyecto se desarrolla mediante modelos matemáticos aplicados

al diseño de prótesis de mano en donde analizan esfuerzos, tensión y demás
variables pertinentes. Se usa una metodología de diseño concurrente e integradora
que logra identificar los materiales óptimos, geometrías y formas eficientes, que
6
LOAIZA BERNAL, Jair Leopoldo. Diseño y simulación de un prototipo de prótesis de mano
bioinspirada con cinco grados de libertad. Trabajo de investigación Maestría en ingeniería
mecánica. Bogotá: Universidad Nacional de Colombia. Departamento de ingeniería
mecánica y mecatrónica. 2012. [Citado el 3 de mayo de 2017]. Disponible en:
http://www.bdigital.unal.edu.co/42964/1/80492327.2013.pdf
30
aporten las mejores características a la prótesis. En las diferentes alternativas
planteadas, evalúan el desempeño de cada una y la libertad de movilidad que puede
llegar a tener, medido en el número de grados de libertad.
La prótesis trabajada se basó en la ergonomía, ensamblaje y en los posibles

procesos de fabricación por los que tendría que pasar.
Por último, se llevan a cabo conclusiones enfocadas en la verificación de los criterios

planteados como lo son la libertad del movimiento, la geometría del diseño,
funcionalidad, entre otros.
El documento proporciona una variedad de parámetros importantes para tener en

cuenta al momento de trabajar en un diseño que facilitan el abordaje del tema.
2.1.3 A nivel regional.
• Diseño y construcción de un prototipo funcional de prótesis transfemoral de bajo

costo7.
Este proyecto tuvo como objetivo principal diseñar y construir una prótesis
transfemoral funcional de bajo costo, utilizando materiales que se encuentran
fácilmente en el mercado, además utilizaron un método de diseño llamado “NASA
ESMD Capstone Design” el cual permitió mejorar la movilidad de la prótesis y
reducir su costo. Utilizaron piezas estándar o fáciles de construir para que su
7
GONZÁLES DÍAS, Andrés Felipe, GUI AVELLA, Sergio Andrés y LIZARAZO MORENO,
Edwin Horacio. Diseño y construcción de un prototipo funcional de prótesis transfemoral de
bajo costo. [Base de dato en línea]. Proyecto de grado ingeniero mecánico. Bucaramanga:
Universidad Industrial de Santander. Facultad de ingenierías fisicomecánicas. Escuela de
Ingeniería Mecánica, 2016. 157 p. [Citado el 3 de mayo de 2017]. Disponible en:
http://tangara.uis.edu.co/biblioweb/tesis/2016/165499.pdf
31
manufactura se hiciera más sencilla, por último, hicieron diferentes tipos de pruebas
para estudiar el comportamiento de la prótesis.
Como aporte al proyecto de grado a realizar, el documento brinda información muy

importante acerca del método de diseño “NASA ESMD Capstone Design”, este nos
permitirá optimizar la alternativa seleccionada, con el fin de reducir los costos y
mejorar la movilidad de la órtesis, además nos muestra algunos requerimientos
técnicos importantes que serán tenidos en cuenta para el desarrollo del prototipo.
• Diseño y construcción de una prótesis transtibial de bajo costo con movilidad en

los planos sagital y frontal8.
En este proyecto se realizó el diseño y construcción de una prótesis transtibial

enfocada en los movimientos sagital y frontal, el objetivo era construir una prótesis
económica y de fácil mantenimiento, utilizaron el método de los elementos finitos
para dimensionar de manera óptima los componentes y se buscó fabricar la prótesis
con piezas estándar o de fácil producción.
El documento aporta varias ideas para tener en cuenta en el diseño del prototipo,
por ejemplo, muestra que se puede fabricar una prótesis que sea adaptable a
personas que se encuentran en etapas de crecimiento, algo que sería importante
en el diseño de la férula. Por otro lado, nos guía hacia la implementación de
herramientas CAD como SolidWorks para hacer una simulación detallada de la
8
NAVAS TORRES, Oscar Miguel y ROMERO PADILLA, Walter José. Diseño y
construcción de una prótesis transtibial de bajo costo con movilidad en los planos sagital y
frontal. [Base de dato en línea]. Proyecto de grado ingeniero mecánico. Bucaramanga:
Universidad Industrial de Santander. Facultad de ingenierías fisicomecánicas. Escuela de
Ingeniería Mecánica, 2016. 151 p. [Citado el 3 de mayo de 2017]. Disponible en:
http://tangara.uis.edu.co/biblioweb/tesis/2016/165489.pdf
32
órtesis y poder mejorar sus diferentes aspectos, optimizando de esta manera su
diseño.
• Artefacto para el favorecimiento de la actividad alimentaria en la población

infantil con espasticidad manual originada por la parálisis cerebral9.
El diseño y construcción de un artefacto que mejore la calidad de vida de los

infantes, en este caso favoreciendo el desempeño en las actividades y destrezas
necesarias a la hora de alimentarse es un gran avance en el desarrollo de
dispositivos que ayuden a sobrellevar y a avanzar en los tratamientos terapéuticos
y psicológicos dirigidos hacia mejorar la capacidad motriz de los pacientes con
traumas por ECV.
Si bien la espasticidad no puede ser mejorada totalmente, puede ser tratada para
disminuir su impacto biopsicosocial, dicho tratamiento se indica precisamente
cuando ella empieza a limitar la Amplitud de la Movilidad (AMA), cuando genera
dolor o cuando disminuye la calidad de vida cotidiana.10
El objetivo general de este proyecto se centró en diseñar un artefacto con el fin de

disminuir el patrón anormal de movimiento de dedos en garra mediante la variación
9
RUEDA GONZÁLES, Oscar Mauricio. Artefacto para el favorecimiento de la actividad
alimentaria en la población infantil con espasticidad manual originada por la parálisis
cerebral. [Base de datos en línea] Proyecto de grado para optar por el título de Diseñador
Industrial. Bucaramanga: Universidad Industrial de Santander. Facultad de Ingenierías
Fisicomecánicas. Escuela de Diseño Industrial, 2016. [Citado el 2 de mayo de 2017].
Disponible en:
http://tangara.uis.edu.co/biblioweb/pags/cat/popup/pa_detalle_matbib.jsp?parametros=177
334|%20|1|1
10 SEPULVEDA, Ángel; SALINAS, Jorge; MONZÓN DE BRICEÑO, Yolanda; CASTILLO,

David. Manejo de espasticidad en miembros superiores con infiltraciones de fenol y toxina
botulínica. Citado el 2 de mayo de 2017, Disponible en:
http://www.saber.ula.ve/bitstream/123456789/21849/1/articulo3.pdf.
33
de su recorrido angular. Para poder sobrellevar y cumplir a cabalidad el objetivo
anteriormente citado, se puede resaltar una excelente búsqueda de información y
estructuración de datos esenciales a la hora de plantear alternativas de solución y
matrices de decisión.
Otro factor importante al momento de seleccionar la mejor alternativa de solución

fue el de la observación, toma y análisis de comportamiento al momento de usar
prototipos experimentales, esto se realizó mediante encuestas y métodos
estadísticos, como tablas y gráficas que englobaron y resaltaron los mejores y
peores atributos de cada alternativa.
Como conclusión, se logró desarrollar un mecanismo de rehabilitación que

contemple dar acceso a la recuperación funcional de un niño con espasticidad, tanto
física como psicológica, mejorando su forma de conllevar su enfermedad y dándole
mejor cavidad en una sociedad altamente excluyente como la que hoy en día
vivimos.
2.2 MARCO CONCEPTUAL
2.2.1 Anatomía de la mano. Son el principal órgano para la manipulación física del
medio. La punta de los dedos contiene algunas de las zonas con más terminaciones
nerviosas del cuerpo humano; son la principal fuente de información táctil sobre el
entorno, por eso el sentido del tacto se asocia inmediatamente con las manos.
Como en los otros órganos pares (ojos, oídos, piernas), cada mano está controlada
por el hemisferio del lado contrario del cuerpo.
La mano humana está unida al antebrazo por una unión llamada muñeca (cuyos
huesos forman el carpo) y consiste en una palma central (cuyos huesos forman el
metacarpo) de la que surgen cinco dedos (también denominados falanges).
34
Además, la mano está compuesta de varios, músculos y ligamentos diferentes que
permiten una gran cantidad de movimientos y destreza.11
2.2.1.1 Anatomía osteoarticular. La mano humana tiene al menos 27 huesos: el

carpo o muñeca tiene 8; el metacarpo o palma tiene 5 y los 14 huesos restantes son
digitales (falanges).12
• Carpo o muñeca:
La muñeca tiene ocho huesos (los huesos carpianos), dispuestos en dos grupos de
cuatro:
➢ Los huesos de la fila proximal son, de fuera hacia adentro: el escafoides, el

semilunar, el piramidal y el pisiforme.
➢ Los huesos de la fila distal son, de fuera hacia adentro: el trapecio, el trapezoide,
el grande y el ganchoso.
• Palma:
La palma de la mano tiene cinco huesos (los huesos metacarpos), uno por cada
dedo.
11
Mano. En Wikipedia. [Citado el 13 de septiembre de 2017]. Disponible en:
https://es.wikipedia.org/wiki/Mano
12
AGUILAR, Lula. Anatomía Humana. 2012. [Citado el 13 de septiembre de 2017].
Disponible en: http://lulyanatomia.blogspot.com.co/2012/04/los-huesos-de-la-mano-la-
mano-esta.html
35
• Falanges:
Las manos humanas contienen catorce huesos digitales, también llamados

falanges: dos en el pulgar, y tres en cada uno de los otros cuatro dedos; cabe
mencionar que el pulgar no tiene falange media. Estos son:
➢ La falange distal.
➢ La falange media.
➢ La falange proximal.
Figura 1. Huesos de la mano
Fuente: Mano. En Wikipedia. [Citado el 13 de septiembre de 2017]. Disponible en:

https://es.wikipedia.org/wiki/Mano
2.2.1.2 Anatomía muscular. Para el estudio de los músculos de la mano, suele

dividirse ésta en región palmar (anterior) y en región dorsal (posterior). La región
palmar, a su vez, está dividida en región tenar (músculos destinados al pulgar),
36
región hipotecar (músculos destinados al meñique), y un grupo medio donde se
encuentran los músculos interóseos y lumbricales.13
Figura 2. Músculos de la mano
13
LINERO CUETO, Gary Job, GUERRA TORO, Carlos Fabián. Músculos de la mano.
[Citado el 13 de septiembre de 2017]. Disponible en:
http://aprendeenlinea.udea.edu.co/lms/ova/mod/resource/view.php?inpopup=true&id=618
37
Fuente: LONDOÑO, Carmiña. Miembro superior. [Citado el 13 de septiembre de
2017]. Disponible en: http://anatomia-nhd.blogspot.com.co/2014/12/musculos-
mano-antes-de-adentrarnos-en.html
• Región tenar:
Se compone de:
➢ Abductor corto del pulgar (separador corto del pulgar ó abductor pollicis brevis).
➢ Flexor corto del pulgar.
➢ Oponente del pulgar.
➢ Aductor del pulgar (aproximador del pulgar).
• Región hipotenar:
Se compone de:
➢ Palmar corto (palmar cutáneo).

➢ Aductor del meñique (aproximador del meñique línea media del cuerpo ó
separador del meñique línea media de la mano).
➢ Flexor corto del meñique.
➢ Oponente del meñique.
• Celda palmar media:
Se compone de:
➢ Lumbricales.
➢ Interóseos palmares.
• Regio posterior:
Compuesta de los interóseos dorsales.
38
2.2.2 Biomecánica de la mano. La disposición anatómica de la mano permite
entender su gran versatilidad en la manipulación de objetos y ajustes posicionales
de acuerdo con las necesidades en la ejecución de patrones funcionales.
Constantemente la mano debe adoptar formas diversas que permiten al ser humano
interactuar con su medio externo; posiciones como la concavidad palmar que
permite tomar y soltar objetos, movimientos de oposición que proporcionan la pinza
y facilitan la manipulación de instrumentos de precisión, y actividades de destreza
manual final.14
2.2.2.1 Movimientos de la mano.15 Las amplitudes de los movimientos se miden a

partir de la posición anatómica.
• Movimientos de la muñeca:
Se dividen en los siguientes movimientos:
➢ Flexión 80º.
➢ Extensión 70º.
➢ Desviación radial 20º.
➢ Desviación cubital 30º.
➢ Supinación del antebrazo.
➢ Pronación del antebrazo.
14
ARIAS LÓPEZ, Luz Amparo. Biomecánica y patrones funcionales de la mano. Artículo
investigativo. Universidad Nacional de Colombia. 2012. [Citado el 13 de septiembre de 2017].
15 GODINES MORADO, Isaac. Arcos y ángulos de movimiento. [Citado el 13 de septiembre

de 2017]. Disponible en: https://es.slideshare.net/pedroespinosa106/52756563-
angulosyarcosdemovimiento
39
Figura 3. Movimientos de la mano
Fuente: Autores.
• Movimiento de los dedos:
Se presentan los siguientes movimientos:
➢ Flexión de articulaciones metacarpofalángicas: respecto al plano sagital y en

torno al eje transversal a 90°.
➢ Extensión de articulaciones metacarpofalángicas: respecto al plano sagital y en
torno al eje transversal a 30°-45°.
40
Figura 4. Flexión y extensión de articulaciones metacarpofalángicas
Fuente: Autores.
➢ Flexión y extensión de articulaciones interfalángicas: poseen un solo grado de

libertad de 10° en extensión y 100° en flexión.
Figura 5. Flexión y extensión de articulaciones interfalángicas
Fuente: Autores.
41
➢ Abducción y aducción de las articulaciones metacarpofalángicas: se desplazan
en un plano sagital y se realizan en un eje transversal a 20°.
Figura 6. Abducción y aducción de las articulaciones metacarpofalángicas
Fuente: Autores.
42
➢ Flexión y extensión total.
Figura 7. Flexión y extensión total
Fuente: Autores.
➢ Flexión y extensión del pulgar a nivel de la articulación metacarpofalángicas:

flexión de 50º, y de extensión 0º.

metacarpofalángicas
Fuente: Autores.
43
➢ Flexión y extensión del pulgar a nivel de la articulación interfalángicas: tiene un
arco total de movimiento de 90° a 110° de movimiento dividiéndose en 90° para
flexión y 0° a 20° para la extensión.
Figura 9. Flexión y extensión del pulgar a nivel de la articulación interfalángicas
Fuente: Autores.
➢ Abducción palmar: 70° sólo en flexión.
Figura 10. Abducción palmar
44
Fuente: Autores.
➢ Oposición: Este movimiento se mide por la distancia que falta entre la punta del
pulgar y la base del quinto dedo.
Figura 11. Oposición
Fuente: Autores.
2.2.2.2 Patrones funcionales.16 Esta compleja organización anatómica y funcional

de la mano converge en la prensión. La función prensil de la mano depende de la
integridad de la cadena cinética de huesos y articulaciones extendida desde la
muñeca hasta las falanges distales.
16 ARIAS LÓPEZ. Op. Cit.
45
Los patrones de función prensil son movimientos en los que se agarra un objeto y
éste se mantiene en parte o de forma completa dentro de la superficie de la mano.
Estos patrones se pueden clasificar en: agarres de fuerza y agarres de precisión.
Los agarres de fuerza son aquellos en los cuales los dedos están flexionados en las
tres articulaciones, el objeto se encuentra entre los dedos y la palma, el pulgar se
aduce y queda posicionado sobre la cara palmar del objeto, hay una ligera
desviación cubital y se realiza una ligera dorsiflexión para aumentar la tensión de
los tendones flexores.
Figura 12. Agarres de fuerza
Fuente: Autores.
Los agarres de precisión son aquellos utilizados para la manipulación de pequeños

objetos entre el pulgar y las caras flexoras de los dedos, la muñeca se posiciona en
dorsiflexión, los dedos permanecen semiflexionados y el pulgar se aduce y se
opone. Los agarres de precisión se clasifican de acuerdo con las partes de las
46
falanges utilizadas para soportar el objeto que se está manipulando, así: pinza
terminal, pinza palmar, pinza lateral o de llave, pinza de pulpejo o cubital.
Figura 13. Agarre de precisión
Fuente: Autores.
2.2.3 Enfermedades cerebrovasculares (ECV). Las enfermedades

cerebrovasculares (ECV) comprenden un conjunto de trastornos de la vasculatura
cerebral que conllevan a una disminución del flujo sanguíneo en el cerebro (flujo
sanguíneo cerebral o FSC) con la consecuente afectación, de manera transitoria o
permanente, de la función de una región generalizada del cerebro o de una zona
más pequeña o focal, sin que exista otra causa aparente que el origen vascular.17
17Enfermedad cerebrovascular. En Wikipedia. [Citado el 13 de septiembre de 2017].

Disponible en: https://es.wikipedia.org/wiki/Enfermedad_cerebrovascular
47
Figura 14. Áreas funcionales del cerebro
Fuente: VAN DEN BERG, Emma. Design of a wrist orthosis for chronic stroke
patients. [Citado el 13 de septiembre de 2017]. Disponible en:
http://essay.utwente.nl/66611/1/Report_openbaar_Bergvanden_Emma_s1070282.
pdf
Las ECV se pueden dividir en dos grupos según el mecanismo, así suele ser de tipo
isquémico, o sea por falta de sangre y se denomina enfermedad cerebrovascular
isquémica o hemorrágico (derrame cerebral).
2.2.3.1 ECV isquémico (80% de los casos). El accidente cerebrovascular

isquémico ocurre cuando un vaso sanguíneo que irriga sangre al cerebro resulta
bloqueado por un coágulo de sangre. Esto puede suceder de dos maneras:
48
• Se puede formar un coágulo en una arteria que ya está muy estrecha. Esto se
denomina accidente cerebrovascular trombótico.
• Un coágulo se puede desprender de otro lugar de los vasos sanguíneos del
cerebro, o de alguna parte en el cuerpo, y trasladarse hasta el cerebro. Esto se
denomina embolia cerebral o accidente cerebrovascular embolico.18
2.2.3.2 ECV hemorrágica. Un accidente cerebrovascular hemorrágico ocurre

cuando un vaso sanguíneo de una parte del cerebro se debilita y se rompe. Esto
provoca que la sangre se escape hacia el cerebro.
La presión arterial alta es el principal factor de riesgo para los accidentes

cerebrovasculares. Otros factores de riesgo importantes son:
• Frecuencia cardíaca irregular, llamada fibrilación auricular.

• Diabetes.
• Antecedentes familiares de la enfermedad.
• Colesterol alto.
• Aumento de la edad, especialmente después de los 55 años.
• Origen étnico (las personas de raza negra son más propensas a morir de un
accidente cerebrovascular).
• Personas que tienen hábitos de un estilo de vida malsano tales como el
tabaquismo, una dieta rica en grasa y falta de ejercicio.19
18Accidente cerebrovascular. [En línea]. [Citado el 13 de septiembre de 2017]. Disponible

en: https://medlineplus.gov/spanish/ency/article/000726.htm
19 Ibid.
49
Estadísticamente se estiman cerca de 134.000 muertes anuales debido a esta
patología; sin embargo, a pesar de la disminución en el número de decesos se ha
incrementado la incidencia de nuevos casos.20
En Colombia, según diversos estudios la prevalencia de la ECV oscila entre 300 y

559 casos por 100.000 habitantes, pero no se conoce el comportamiento especifico
de la enfermedad por subgrupos en nuestra población.21
2.2.4 Efectos físicos de un accidente cerebrovascular. Los efectos de un

accidente cerebrovascular pueden ser leves o graves, transitorios o permanentes.
Algunos pacientes se restablecen completamente en cuestión de días, mientras que
otros nunca se restablecen. La gravedad de un accidente cerebrovascular depende
de:
• La región del cerebro que haya sido afectada,

• La extensión del daño en las células cerebrales,
• La rapidez con la que el organismo logra restablecer el flujo sanguíneo a las
partes lesionadas del cerebro,
• La rapidez con la que las zonas intactas del cerebro logran compensar, suplir o
asumir las funciones que antes eran realizadas por la zona lesionada.22
Los efectos físicos más comunes del derrame cerebral son:
20 SERRANO RUIZ, Claudia Patricia. “Guía basada en la evidencia clínica para el manejo
fisioterapéutico de la enfermedad cerebrovascular EVC”. En: Guías de intervención
fisioterapéutica. Bucaramanga: UIS, 2010, p.28
21 Ibid.
22Accidente cerebrovascular. [En línea]. [Citado el 13 de septiembre de 2017]. Disponible
en: http://www.texasheart.org/HIC/Topics_Esp/Cond/strok_sp.cfm
50
2.2.4.1 Debilidad muscular. La debilidad en un lado del cuerpo es el efecto físico
más común. Alrededor del 80% de los sobrevivientes de un accidente
cerebrovascular experimentan problemas de movimiento debido a esto. Esta
debilidad puede variar de una debilidad muy leve a parálisis completa.
2.2.4.2 Fatiga. A muchos pacientes les resulta difícil mantenerse activos durante
mucho tiempo, tanto física como emocionalmente. Por ejemplo, los pacientes
pueden luchar para usar sus cubiertos hasta el final de una comida.
2.2.4.3 Dolor. Los pacientes pueden sentir dolor si el derrame cerebral ha dañado
el "centro del dolor" del cerebro (el tálamo) o puede ser causado indirectamente
como resultado de tensión muscular o debilidad física.
2.2.4.4 Espasticidad o flacidez. Estos son los cambios en el tono muscular. Si el

tono muscular se ha incrementado, los pacientes pueden desarrollar rigidez
muscular, conocida como espasticidad. Cuando el tono muscular disminuye, se
llama flacidez. La espasticidad afecta hasta un tercio de los sobrevivientes de
accidente cerebrovascular y siempre ocurre en el lado más débil del cuerpo.
2.2.4.5 Acortamiento o alargamiento de músculos. La rigidez y el espasmo

pueden causar un acortamiento permanente de los músculos. Esto también puede
ocurrir si un paciente no puede mover sus extremidades completamente y
regularmente. Si esto sucede, los músculos y el tejido blando alrededor de las
articulaciones pueden cambiar de forma. Esto puede causar que algunos músculos
cambien la longitud, haciéndose más cortos o más largos.23
23 STROKE ASSOCIATION. Physical effects of stroke. [En línea]. [Citado el 13 de

septiembre de 2017]. Disponible en:
http://www.texasheart.org/HIC/Topics_Esp/Cond/strok_sp.cfm
51
2.2.5 Espasticidad. La espasticidad es un trastorno motor asociado a múltiples
enfermedades y discapacidades. Su origen se encuentra en una alteración del
sistema nervioso central que provoca un aumento del tono muscular dificultando y/o
imposibilitando total o parcialmente el movimiento de los músculos afectados.24
El grado de espasticidad varía desde una leve rigidez muscular hasta graves,
dolorosos e incontrolables espasmos musculares.
La espasticidad es causada por un desequilibrio de las señales del sistema nervioso

central (cerebro y médula espinal) a los músculos. Este desequilibrio se encuentra
a menudo en las personas con parálisis cerebral, lesión cerebral traumática,
accidente cerebrovascular, esclerosis múltiple y lesión de la médula espinal.25
En la espasticidad, el tono muscular elevado afecta de manera característica los

grupos musculares anti gravitación. En los brazos, el tono está generalmente
elevado en los aductores de los hombros; los flexores de los codos, las muñecas y
los dedos; y los pronadores del antebrazo. La flexión excesiva de los dedos y la
aducción de los pulgares da como resultado la característica deformidad del “puño
cerrado” con "el pulgar en palma".26
2.2.5.1 Síntomas. Entre los síntomas más frecuentas se encuentran:
• Aumento del tono muscular.

• Reflejos hiperactivos.
• Los movimientos involuntarios, que pueden incluir espasmos (contracciones
musculares involuntarias enérgicas y / o sostenidas) y clonus (series de
contracciones involuntarias rápidas).
24 ¿Qué es la espasticidad?. [En línea]. [Citado el 13 de septiembre de 2017].

Disponible en: http://www.convivirconespasticidad.org/espasticidad/
25 Espasticidad: causas. [En línea]. [Citado el 13 de septiembre de 2017]. Disponible en:
http://espasticidad.org/causas/
26 ¿Qué es la espasticidad?. [En línea]. [Citado el 13 de septiembre de 2017]. Disponible en:
http://www.intramed.net/contenidover.asp?contenidoID=84985
52
• Dolor.
• Disminución de las capacidades funcionales y el retraso en el desarrollo motor.
• Dificultad con cuidado e higiene.
• Postura anormal.
• Contracturas (contracción permanente del músculo y tendón debido a rigidez
persistente severa y espasmos).
• Deformidades óseas y articulares.27
2.2.5.2 Evaluación. Para evaluar y monitorear el efecto del tratamiento sobre la

espasticidad se puede utilizar la escala de Ashworth.
2.2.5.3 Rehabilitación. Los objetivos del tratamiento de la espasticidad son los

siguientes:
• Mejorar la funcionalidad:
➢ Más capacidad de movimiento.

➢ De la marcha y del equilibrio.
➢ De las actividades de la vida diaria.
➢ Reducir el gasto energético.
➢ Facilitar la sedestación y la bipedestación.
➢ Facilitar las transferencias.
➢ Aumentar la autonomía (manejo de
➢ la silla de ruedas.
➢ Relaciones sexuales.
27Espasticidad: síntomas. [En línea]. [Citado el 13 de septiembre de 2017]. Disponible en:

http://espasticidad.org/sintomas/
53
• Mejorar la estética:
➢ Evitar el uso de órtesis o zapatos especiales.

➢ Mejorar la imagen corporal.
• Mejorar síntomas:
➢ Aliviar el dolor.
➢ Reducir el número de espasmos.
➢ Mejorar la calidad del sueño.
➢ Favorecer la adaptación de la órtesis.
➢ Mejorar la calidad de vida y el confort.
• Facilitar la labor del cuidador:
➢ Higiene (palma de la mano, flexura del codo, región perineal, etc.).

➢ Vestir.
➢ Alimentación.
• Prevenir y tratar las complicaciones musculoesqueléticas:
➢ Contracturas.
➢ Subluxaciones.
➢ Úlceras por presión.28
28TECGLEN, Claudia. Guía para las personas que conviven con la Espasticidad. 2014.
http://www.convivirconespasticidad.org/espasticidad/guia-espasticidad/
54
2.2.5.4 Procedimientos de rehabilitación.
• Rehabilitación: fisioterapia y terapia ocupacional.
• Utilización de férulas.
• Detectar/eliminar/minimizar los factores que exacerban la espasticidad.
• Tratamiento médico con fármacos por vía oral.
• Bloqueo: Inyección intramuscular Toxina Botulínica.
• Aplicación de órtesis.
• Cirugía ortopédica correctora.
• Neurocirugía intervencionista.
• Bomba intratecal de baclofén.
• Bomba intratecal de clonidina.
• Estimulación eléctrica.29
2.2.6 Órtesis dinámicas. Las órtesis son dispositivos biomecánicos aplicados

externamente con la finalidad de restaurar o mejorar la funcionalidad del sistema
musculoesquelético.
Se utilizan materiales termoplásticos de baja temperatura (orthoplast, aquaplast,
entre otros) o de alta temperatura (polivinílico-PVC, acrílico, plexidur), que pueden
ser prefabricados o confeccionados a medida. Otros materiales incluyen, yeso,
metal, elásticos y velcro.
En contraste con las órtesis estáticas, estos dispositivos permiten o facilitan el

movimiento. Este tipo de ortéticos es utilizado primariamente para asistir al
movimiento de músculos debilitados.
Las órtesis o férulas dinámicas permiten, guían, limitan o resisten movimientos

específicos. Es conveniente que se conozcan con exactitud los movimientos que
29 Ibid.
55
deben evitarse, así como el movimiento que hay que asistir o resistir. Igualmente
debe definirse el límite del movimiento deseado. Pueden utilizar fuentes internas de
fuerza (acción muscular) o fuentes externas (bandas de caucho, resortes, barras de
tensión o fuentes eléctricas o electrónicas).30
2.2.6.1 Funciones de las órtesis.

• Incrementar el rango de movimiento (ROM = Range Of Motion).
• Inmovilizar una extremidad para ayudar a promover la cicatrización tisular.
• Aplicar tracción para corregir o prevenir contracturas.
• Ayudar a prevenir o corregir deformidades manteniendo el alineamiento.
• Asistir en mejorar una función deteriorada.
• Aliviar el dolor.
• Servir como un conector o vínculo para dispositivos de asistencia (AVD).
• Bloquear movimientos inadecuados de una articulación (estabilización).
Figura 15. Órtesis dinámica de mano y antebrazo
30ARCE, Carlos. Órtesis de miembros superiores. [Citado el 13 de septiembre de 2017].

Disponible en: https://www.ortopedialopez.com/tienda/ferulas-de-muneca/ferulas-
dinamicas-de-miembro-superior/
56
Fuente: Férulas dinámicas de miembro superior. 2014. [Citado el 13 de septiembre
de 2017]. Disponible en: http://www.convivirconespasticidad.org/espasticidad/guia-
espasticidad/
3. DISEÑO METODOLÓGICO
3.1 TIPOS DE INVESTIGACIÓN
El diseño metodológico se divide en dos etapas. La primera etapa es de tipo

exploratorio, ya que en el mercado se encuentran gran variedad de diseños, en esta
etapa se seleccionan las variables de mayor importancia en cada diseño y por ende
las características que hacen sobresalir a unas sobre otras. En la segunda etapa,
de tipo descriptivo, se analizan y se evalúan cada una de las variables
seleccionadas anteriormente para lograr obtener el mejor diseño.
3.2 IMPACTO SOCIAL
Este proyecto está dirigido a personas con limitaciones físicas en sus miembros
superiores (muñeca y dedos), causadas por espasticidad de grado 1+ o 2 (según
escala de Ashworth). Con el fin de mejorar aspectos funcionales de la mano y
optimizar el proceso de rehabilitación a pacientes de espasticidad causada por ECV.
De igual forma está dirigido a personas de bajos recursos económicos, los cuales
no cuentan con acceso a terapias u órtesis necesarias para su recuperación.
Como muestra de esta población, se cuenta con la colaboración de un paciente de

espasticidad de grado 2, causada por un ECV hemorrágico, lo que le conllevo una
hemiparesia espástica en la parte izquierda de su cuerpo. Con su colaboración se
57
tomarán datos necesarios para el diseño de la órtesis, cabe resaltar que hoy el
paciente cuenta con el acceso a tratamiento de rehabilitación. De igual forma el
diseño de la órtesis deberá adaptarse a diferentes tamaños y formas de la mano,
así como a la fuerza aplicada por los mecanismos para evitar manifestar dolor en
los pacientes que hagan uso de ella.
3.3 REQUERIMIENTOS DE DISEÑO.
Es importante determinar cuáles serán las variables que recaerán directa o

indirectamente sobre la calidad del producto, estás serán comparadas para
determinar el avance y alcance del proyecto.
3.3.1 Adaptación a dimensiones. Es de gran importancia para los pacientes de

espasticidad que la órtesis se adapte a la forma de su mano, no solo a sus medidas,
sino a los diferentes ángulos a los que se ven afectados los diferentes miembros de
la mano. Por ende, esta es una de las variables que más se debe tener en cuenta
a la hora de partir a diseñar, ya que el diseño que propondremos será de
características globales, que se adapte a los requerimientos de cualquier paciente
ubicado en el rango de alcance de este proyecto (pacientes con espasticidad de
grado 1+ ó 2 en la escala de Ashworth).
3.3.2 Diseño conservativo. Acá entran en juego gran variedad de factores a tener
en cuente en este proyecto. Entre más sencillo sea el uso, mantenimiento,
adaptabilidad y funcionamiento de la órtesis, mayor éxito se obtendrá en este
proyecto. Un factor por resaltar es la comodidad, en donde directamente está
involucrado el peso de la órtesis, entre más liviano se logre obtener el diseño, más
ergonómico y versátil será la órtesis.
58
3.3.3 Bajo costo. El costo es una variable que en cualquier proyecto de diseño debe
controlarse adecuadamente pues es la base para obtener un producto viable. El
costo será minimizado mediante el diseño de procesos sencillos de manufactura, la
selección de materiales no sobredimensionados y como anteriormente esta
explicado, un diseño conservativo. Un diseño económico es de gran importancia ya
que este proyecto está encaminado a ayudar personas de bajos recursos en sus
procesos de rehabilitación.
4. PROCESO DE DISEÑO DE LA ÓRTESIS DINÁMICA
Para el desarrollo de este proyecto se utilizó la metodología usada por la NASA,

conocida como “NASA ESMD Capstone Design”, la cual consta de una ventajosa
estructuración fijada a encontrar la solución que mejor se adapte a las necesidades
y requerimientos solicitados por el problema planteado. El enfoque que esta
metodología contiene permite encontrar la solución más creativa ahorrando tiempo
en el proceso de diseño, de igual forma, genera la mejor relación beneficio-costo
considerando desempeño, riesgo y programación.
Estos procesos de diseño se dividen en 5 fases, la pre-fase A consiste en el análisis

del problema de diseño, en esta etapa se planea, se especifican limitaciones y se
realiza un plan de evaluación de diseño. La fase A consiste en el diseño conceptual
del nivel del sistema, acá se plantean diferentes alternativas de solución, para
finalmente por medio de una evaluación se obtenga la mejor propuesta conceptual
del sistema. La fase B consiste en el diseño a nivel de parámetros, acá se conciben
los parámetros de diseño, obtenidos mediante bocetos y simulación. La fase C
consiste en la optimización de los parámetros de diseños, esto se realiza mediante
la construcción de un prototipo funcional y verificando que cumpla los parámetros
anteriormente dispuestos. Finalmente, la fase D consiste en la fabricación,
ensamblaje y pruebas del dispositivo diseñado.
59
Figura 16. NASA ESMD Capstone Design
Fuente: NASA ESMD Capstone design. By John K. Gershenson, Ph.D.
60
4.1 PRE-FASE A
Figura 17. Pre-Fase A
4.1.1 Ponderación de los requerimientos del usuario. Los requerimientos del

usuario fueron establecidos por el cliente, en donde él especificó cuáles eran las
características que debe contener el diseño y que son de mayor importancia para
él, fueron ponderadas de 1 a 5, siendo 5 el mayor valor a tomar y 1 el menor. Siendo
la economía, comodidad, mantenimiento y peso las de mayor ponderación.
61
Tabla 2. Requerimientos del consumidor
Requerimientos del
Ponderación
consumidor
Económica 5
Vida útil 3
Ecológica 4
Mantenimiento 5
Movilidad 3
Ergonómica 4
Fácil de colocar 4
Compacta 3
Cómoda 5
Liviana 5
Estética 2
Fuente: Autores
De igual forma, mediante la consulta a un especialista en el tema de desplegaron

ciertas características importantes para tener en cuenta en el proceso de diseño.
62
Tabla 3. Requerimientos del especialista
Requerimientos del
especialista
Bajo costo
Diseño conservativo
Materiales
Mantenimiento
Adaptación a dimensiones
Ergonómica
Versátil
Fuente: Autores
Conocidos los requerimientos del usuario y de un especialista, se despliega la matriz

de relacionamiento, en donde se muestran los requerimientos del cliente en la
primera columna y su respectiva relación y puntajes con los requerimientos del
especialista.
63
Tabla 4. Matriz de relacionamiento
a
Mantenimiento
dimensiones
conservativo
Ergonómica
Adaptación
Bajo costo
Materiales
REQUERIMIENTOS
Cómoda
Estética
Versátil
Liviana
Diseño
Económica 5 9 3 9 3 1 3 9 3 0 1
Vida útil 3 9 3 9 3 0 1 3 0 0 0
Ecológica 4 3 3 9 3 0 3 0 0 0 0
Mantenimiento 5 3 0 3 9 0 1 0 0 1 0
Movilidad 3 3 1 3 0 9 1 1 9 9 0
Ergonómica 4 0 3 1 1 1 9 1 1 1 0
Fácil de colocar 4 1 3 0 0 9 9 0 3 0 0
Compacta 3 3 3 3 9 1 1 1 3 3 9
Cómoda 5 3 1 1 0 3 1 0 9 3 0
Liviana 5 9 1 3 0 0 3 0 1 9 1
Estética 2 3 1 9 0 0 1 0 0 0 9
Fuente: Autores
De la matriz de relacionamiento realizada anteriormente, se obtienen unos puntajes

parciales de cada relación y estos se ponderan para conseguir las principales
características de diseño, mediante la matriz de resultados.
64
Tabla 5. Sumatoria de requerimientos
Adaptación a dimensiones
Diseño conservativo
REQUERIMIENTOS
Mantenimiento
Ergonómica
Bajo costo
Materiales
Cómoda
Estética
Versátil
Liviana
Económica 45 15 45 15 5 15 45 15 0 5
Vida útil 27 9 27 9 0 3 9 0 0 0
Ecológica 12 12 36 12 0 12 0 0 0 0
Mantenimiento 15 0 15 45 0 5 0 0 5 0
Movilidad 9 3 9 0 27 3 3 27 27 0
Ergonómica 0 12 4 4 4 36 4 4 4 0
Fácil de colocar 4 12 0 0 36 36 0 12 0 0
Compacta 9 9 9 27 3 3 3 9 9 27
Cómoda 15 5 5 0 15 5 0 45 15 0
Liviana 45 5 15 0 0 15 0 5 45 5
Estética 6 2 18 0 0 2 0 0 0 18
SUMATORIA 187 82 183 112 90 135 64 117 105 55
Fuente: Autores
65
De la matriz de resultados mostrada anteriormente, se obtiene que los principales
parámetros de diseño serán: bajo costo, materiales, ergonomía y comodidad. Pues
estos son los que más están involucrados en los parámetros restantes.
4.1.2 Constantes de diseño. En las constantes de diseño se estipulan valores

medibles según los requerimientos de diseño, para poder obtener de esta manera
una comparación aceptable entre el diseño y lo estipulado, así estaremos siempre
dentro de los rangos de diseño, no afectando la calidad y el desempeño de la órtesis.
Tabla 6. Constantes de diseño
Constante Medición Objetivo Valor aceptable

Precio de fabricación
$350.000,00 $380.000,00
Costo de una unidad [COP]
Movimiento de la
muñeca en extensión
el plano sagital en 0 - 50 0 – 45
torno a un eje
transversal [grados]
Flexión de la
articulación
Movilidad metacarpofalángica 30 35 - 40
en el plano sagital
[grados]
Extensión del pulgar
a nivel de la
articulación 0 - 10 0 - 15
metacarpofalángica
[grados]
Fuente: Autores
66
4.2 FASE A
Figura 18. Fase A
Esta etapa de diseño tiene como propósito general concebir la mejor propuesta
conceptual del sistema. Esta metodología propone una seria de pasos a seguir:
concebir los puntos de referencia de comparación, descripción funcional de cada
una de las propuestas, planteadas mediante bocetos o el uso de software
CAD/CAE, despliegue de la Matriz Pugh y finalizando con el despliegue de la
función QFD.
67
4.2.1 Descripción de funcionalidad. En la descripción funcional se realiza una
descripción de las tareas que cada sistema debe desempeñar. La tarea solicitada
por este proyecto es la extensión de la muñeca y dedos de la mano para pacientes
de espasticidad grado 1+ o 2.
La mano es el principal órgano destinado a la manipulación física del medio. Debido

a esto, restringir totalmente el movimiento de cada articulación esta fuera del
alcance de este proyecto. Para cumplir con los objetivos planteados, nos
centraremos únicamente en los movimientos rotacionales de la muñeca respecto a
un plano sagital, extensión de articulaciones metacarpofalángicas y extensión del
pulgar a nivel de la articulación metacarpofalángicas e interfalángicas.
• Movimiento rotacional de la muñeca respecto a un plano sagital: Como se

observa en la imagen la muñeca tiene un grado de libertad de 80° en flexión y
70° en extensión respecto al eje transversal. Un ángulo optimo en extensión para
realizar agarres de fuerza respecto a un plano sagital y en torno al eje transversal
es de 30°- 45°. Por ende, el prototipo a diseñarse deberá ser lo más versátil
posible, pudiéndose se esta forma ajustar la posición de la muñeca a diferentes
ángulos según se soliciten.
68
Figura 19. Movimientos de la mano (bis figura 3)
Fuente: Autores.
• Extensión de articulaciones metacarpofalángicas: Los dedos se dividen en dos

articulaciones, metacarpofalángicas e interfalángicas. La articulación
metacarpofalángica tiene un grado de libertad de 30-45° en extensión y 90° en
flexión. Las restricciones en cada propuesta deberán ir dirigidas a controlar el
movimiento de las articulaciones metacarpofalángicas a un ángulo de 30°
máximo en flexión respecto a un plano sagital en torno a un eje transversal. No
es necesario especificar el grado de libertad de las articulaciones interfalángicas
ya que esta variable no interviene directamente en un agarre de fuerza y en un
óptimo uso de la órtesis (pueden estar en cualquier rango de libertad sin generar
dolor al paciente).
69
Figura 20. Flexión y extensión de articulaciones metacarpofalángicas (bis figura 4)
Fuente: Autores.
• Extensión del pulgar a nivel de la articulación metacarpofalángica: al igual que

resto de los dedos, el dedo pulgar se divide en dos articulaciones,
metacarpofalángicas e interfalángicas. La articulación metacarpofalángica solo
tiene un grado de libertad (flexión) de 50° respecto a un eje transversal. Cada
prototipo debe restringir la flexión de la articulación metacarpofalángica en un
ángulo de 0 - 10° en torno a un eje transversal. De igual forma, no es necesario
especificar el grado de libertad de las articulaciones interfalángicas.
70
metacarpofalángicas (bis figura 8)
Fuente: Autores.
4.2.2. Diseño conceptual de la órtesis dinámica primera ronda. Se proponen

tres alternativas de diseño iniciales para dar solución al problema planteado de
mantener una posición específica de la mano.
Concepto A. Esta alternativa consta de una pequeña estructura, la cual soporta la

tensión provocada por los resortes. Esta estructura esta sostenida por una
abrazadera que rodea la muñeca. También posee una perilla con tornillo que
permite ajustar la ubicación de los resortes, lo cual influye en la tensión que generen
estos sobre los dedos. Se usan 5 resortes diferentes, uno para cada dedo de la
mano, de manera que cada uno produce el efecto de tensión sobre su recíproco.
Los resortes están unidos a una funda que cubre hasta la falange media de los
dedos exceptuando el pulgar, el cual está cubierto hasta la falange proximal.
71
Figura 22. Órtesis concepto A
Fuente: Autores
Concepto B. Esta alternativa posee un sistema soportado por un resorte principal

para los dedos, exceptuando el dedo pulgar, el cual tiene su resorte individual, la
base del resorte principal está soportada por una estructura alrededor de la muñeca,
al igual que la base del dedo pulgar, y otra sobre el dorso de la mano, ajustada a
ella por medio de una correa. Para que el resorte principal actúe sobre los cuatro
dedos, se une a cuatro cadenillas que en sus extremos poseen una tira de plástico,
cada una de esas tiras pasa por una guía que las comunica con los soportes
presentes en cada dedo, estos soportes son prácticamente un molde en el que
encajan cada uno de los dedos. Igualmente, el resorte del dedo pulgar se une a una
cadenilla que es guiada por una barra que conduce al soporte del dedo. La posición
de las guías de las cadenillas y del soporte de los resortes puede ajustarse, de
manera que se pueda adaptar la órtesis a diferentes tamaños de mano y regular la
fuerza que ejercen los resortes en la extensión de los dedos.
72
Figura 23. Órtesis concepto B
Fuente: Autores
Concepto C. Esta alternativa consta de 3 estructuras macizas las cuales soportan

diferentes magnitudes de tensión ejercidas por los diferentes tipos de resortes
dispuestos sobre la ortesis. Dos resortes de torsión y uno de tensión son soportados
sobre la estructura que estará acoplada a la muñeca. Los dos resortes de torsión
estarán soportados en una segunda estructura, esta disposición se realiza para
ofrecer estabilidad al antebrazo y muñeca (estructura carpiana de la mano). De igual
forma el resorte de tensión que está acoplado a la primera estructura, tendrá la
función de ofrecer estabilidad al dedo pulgar, mediante fuerzas ejercidas por el
resorte que ayudaran a su estiramiento. La segunda y tercera estructura de la
ortesis planteada están acopladas una a otra, esto se hace para evitar su desajuste,
a estas estructuras están acoplados 4 resortes de tensión, cada uno tendrá la
función de favorecer el estiramiento de los dedos restantes de la mano. Estas
73
estructuras estarán sobre los metacarpianos y falanges de la mano respectivamente
y se ajustarán mediante correas.
Figura 24. Órtesis concepto C
Fuente: Autores
4.2.2.1. Evaluación de alternativas de los diseños de los mecanismos de

funcionamiento. Se reúnen las ideas claves de los diferentes diseños plateados
mediante una tabla para facilitar la forma de evaluarlas. De esta manera se logra
comparar los diferentes funcionamientos, sus aspectos positivos y negativos que
posteriormente se verán reflejados en la matriz Pugh.
74
Tabla 7. Conceptos de diseño
CONCEPTOS DESCRIPCIÓN
Se plantea la idea de generar la tensión en los dedos
mediante resortes. Se tiene una pequeña estructura que
soporta los mismos en cada uno de los dedos, con la
CONCEPTO A opción de variar la ubicación de éstos, lo que influye en
la tensión que generan.
Se propone el uso de un único resorte para los dedos
(exceptuando el pulgar). Posee una estructura alrededor
de la muñeca que varía su posición relativa con la del
dorso de la mano mediante una especie de guía.
CONCEPTO B Igualmente se tiene una guía para cada dedo de manera
que se ajuste a cualquier tamaño de mano.
Se plantea una estructura más sencilla, con tres
agarres: en los dedos, palma y dorso de la mano y otro
en la muñeca. Se genera la tensión en los dedos
mediante resortes, unidos a unas correas que rodean a
CONCEPTO C cada uno de éstos. Otros dos resortes a torsión le dan
el soporte a los agarres y a la estructura como tal.
Fuente: Autores
4.2.2.2. Matriz Pugh primera ronda del concepto de diseño del mecanismo.
Esta herramienta consiste en darle a cada uno de los criterios su ponderación
respectiva de acuerdo con las opciones, tal que permita comparar y escoger la
mejor. Dicha ponderación se lleva a cabo mediante signos. El signo “+” hará
referencia a un comportamiento apropiado del criterio para la opción, la letra “N”
75
significará una posición neutra en cuanto al criterio y el signo “-” representará un
comportamiento inapropiado.
Tabla 8. Matriz Pugh
CRITERIO OPCIÓN A OPCIÓN B OPCIÓN C

Piezas estándar - + -
Diseño conservativo N + -
Materiales económicos N - +
Mantenimiento + + +
Durabilidad - + -
Costos de manufactura + - +
Liviana - N +
Versátil + + N
Total positivos 3 5 4
Total negativos 3 2 3
Fuente: Autores
Al haber evaluado las tres opciones iniciales de diseño mediante la matriz Pugh se
obtiene que la opción ganadora es la B, debido a su mayor número de puntos
positivos (5) y a sus claras virtudes como lo son tener piezas estándar, lo que ayuda
y economiza el mantenimiento para prolongar la vida útil de la órtesis y ser una
opción más compacta y práctica al momento de ser usada.
Se lleva a cabo una segunda ronda de evaluación en la que se tiene como propósito
mejorar puntos negativos o débiles que se hayan tenido en la alternativa ganadora
y fortalecer sus puntos positivos o virtudes. Para ello se crean nuevas opciones.
76
4.2.3. Diseño conceptual de la órtesis dinámica segunda ronda.
Concepto D. Esta alternativa posee un sistema soportado por un resorte principal

para los dedos, exceptuando el dedo pulgar, el cual tiene su resorte individual, la
base del resorte principal está soportada por una estructura alrededor de la muñeca,
al igual que la base del dedo pulgar, y otra sobre el dorso de la mano, ajustada a
ella por medio de una correa. Para que el resorte principal actúe sobre los cuatro
dedos, se une a cuatro cadenillas que en sus extremos poseen una tira de plástico,
cada una de esas tiras pasa por una guía que las comunica con los soportes
presentes en cada dedo, estos soportes son prácticamente un molde en el que
encajan cada uno de los dedos. Igualmente, el resorte del dedo pulgar se une a una
cadenilla que es guiada por una barra que conduce al soporte del dedo. La posición
de las guías de las cadenillas y del soporte de los resortes puede ajustarse, de
manera que se pueda adaptar la órtesis a diferentes tamaños de mano y regular la
fuerza que ejercen los resortes en la extensión de los dedos.
Figura 25. Órtesis concepto D (bis figura 23)
Fuente: Autores
77
Concepto E. Este concepto es concebido con el objetivo de abarcar mayor
población afectada por espasticidad, por tal razón, se propone agregar otro
mecanismo dirigido a regular la posición angular de la muñeca. De esta manera se
puede adecuar la órtesis para los diferentes pacientes de espasticidad grado 1+ y
2, los cuales presentan diferencias en los grados de tensión muscular, y por tanto
en los grados de restricciones en la movilidad de la muñeca y dedos.
Figura 26. Órtesis concepto E
Fuente: Autores
4.2.3.1 Evaluación de alternativas de los diseños de los mecanismos de

funcionamiento. Se reúnen nuevamente las ideas específicas de los nuevos
diseños mediante una tabla para facilitar la forma de evaluarlas.
78
Tabla 9. Conceptos de diseño segunda ronda
CONCEPTOS DESCRIPCIÓN
Se propone el uso de un único resorte para los dedos
(exceptuando el pulgar). Posee una estructura alrededor
de la muñeca que varía su posición relativa con la del
CONCEPTO D dorso de la mano mediante una especie de guía.
Igualmente se tiene una guía para cada dedo de manera
que se ajuste a cualquier tamaño de mano.
Se propone un diseño similar al planteado en el
concepto D. Este concepto tiene como agregado un
mecanismo que genera mayor libertad de movilidad en
CONCEPTO E la muñeca, haciendo la órtesis más versátil para el
paciente.
Fuente: Autores
4.2.3.2 Matriz Pugh segunda ronda del concepto de diseño del mecanismo.
Se evalúan nuevamente en una matriz Pugh las nuevas alternativas junto con el
concepto ganador de la primera ronda, esto con el fin de obtener un diseño más
apropiado para cumplir con los objetivos planteados en el proyecto. Se tendrá en
cuenta la misma representación de signos y respectiva ponderación.
Tabla 10. Matriz Pugh segunda ronda
CRITERIO OPCIÓN D OPCIÓN E

Piezas estándar + +
Diseño conservativo + +
79
Materiales económicos + +
Mantenimiento N N
Durabilidad - +
Costos de manufactura + -
Liviana + N
Versátil - +
Total positivos 5 5
Total negativos 2 1
Fuente: Autores
Al haber evaluado la opción ganadora junto a las otras dos modificaciones, se

obtiene que la más acorde a los objetivos es el concepto E, debido a su mayor
número de puntos positivos (5) y a sus fortalezas en cuanto mayor versatilidad y
movilidad, con mayores grados de ajuste para las necesidades de los pacientes.
4.2.4 Despliegue de la función de calidad (QFD). Ahora que se tiene claro el

concepto que mejor se adhiere a los objetivos del proyecto, se puede entonces
desplegar la matriz de calidad (Quality Function Deployment), la cual tiene como
objetivo general centrar el producto en la satisfacción de los requerimientos del
cliente.
Partiendo de los requerimientos del cliente y de los requerimientos funcionales

(especificados por un especialista), y mediante métodos numéricos o gráficos, se
establecen relaciones (fuerte, moderada o débil) y correlaciones (positiva, negativa
o sin correlación) entre las distintas características técnicas y requerimientos
especificados.
80
El QFD permite fijar los objetivos del proyecto, y nos señala la dirección en la cual
se obtienen mejoras, ya sea maximizando, minimizando o cumpliendo el objetivo
planteado.
Finalmente, nos muestra mediante el despliegue gráfico cuales son los factores de
mayor relevancia, y los cuales serán vitales a la hora de realizar el diseño en detalle.
Como resultados obtenidos de la matriz de calidad, se observa que el prototipo

propuesto tiene mayor relevancia en cuanto a economía, movilidad, facilidad de uso
y estética en comparación con las órtesis dinámicas dispuestas hoy en día en el
mercado. Por ende, estos son los factores para tener en cuenta en el diseño en
detalle de la órtesis, ya que estos son los que aseguraran el éxito del prototipo.
En cuanto a aspectos como ergonomía, comodidad y peso se mantiene en un valor

estándar. Los objetivos del proyecto no se encaminan a obtener un menor peso, ya
que todas estas órtesis son diseñadas con cierta restricción para no obtener pesos
que sean impedimento para el buen funcionamiento y uso por parte del paciente,
por ende, todas estas están manufacturadas de forma conservadora y realizadas
de materiales livianos. En cuanto a ergonomía y comodidad es importante manejar
estándares que se adhieran a los requerimientos estipulados por el usuario.
Los aspectos que menor relevancia tuvieron fueron la selección de materiales

amigables con el medio ambiente y una larga vida útil de la órtesis. El proyecto se
encamina al diseño y construcción de un prototipo funcional, no a la producción en
serie, por ende, estos factores son los que menos transcendencia tienen a la hora
de llevar a cabo el diseño en detalle.
Se concluye entonces que nuestra propuesta tiene mejor desempeño y aceptación

en los requerimientos que son de mayor importancia para el cliente y el ingeniero.
Siendo de esta forma la economía, movilidad, facilidad de uso y estética los de
mayor potencial, y los cuales habrán de ser los más significantes al momento del
diseño en detalle. Sin quitar la vista en tratar de potencializar aspectos como
ergonomía y peso. Los cuales están directamente relacionados con la comodidad
81
del usuario. Por último, como hoy en día es necesario en cualquier proyecto
investigativo, ser amigable con el medio ambiente, buscando materiales reciclables
y de larga vida útil.
82
Figura 27. Quality Function Deployment
Correlations
Positive +
Negative −
No Correlation
Relationships
Strong ●
Moderate ○
Weak ▽
Direction of Improvement
−
+ −
Maximize ▲
− − +
Target ◇
+ + −
Minimize ▼
+ + − + −
1 2 3 4 5 6 7
Direction of Improvement ▲ ◇ ▲ ▼ ◇ ◇ ▼ Customer Competitive Assesment
Requirements
ADAPTACIÓN A DIMENSIONES
Functional
Nuestro Producto (Concepto E)

DISEÑO CONSERVATIVO
Guante ortopedia técnica lópez

MANTENIMIENTO
MATERIALES
ERGONOMÍA
BAJO COSTO
Maximum Relationship
VERSÁTIL
Customer Importance
Relative Weight
Weight Chart
Customer
Guante saebo
Requirements
(Explicit and
Row #
Row #
Implicit) 0 1 2 3 4 5
1 |||||| 14% 9 9 Económica

● ○ ● ○ ▽ ○ ▽ 5 3 4 1
2 || 5% 3 9 Vida útil
▽ ○ ● ● ▽ ▽ ▽ 3 4 4 2
3 |||||| 14% 9 9 Ecológica

○ ▽ ● ▽ ▽ ○ ▽ 3 3 2 3
4 |||||| 14% 9 9 Mantenimiento

▽ ● ▽ ● ○ ○ ● 4 3 3 4
5 || 5% 3 9 Movilidad
▽ ○ ○ ▽ ● ● ▽ 5 4 2 5
6 || 5% 3 9 Ergonómica
○ ● ○ ▽ ○ ● ▽ 4 4 3 6
7 |||||| 14% 9 9 Fácil de colocar

▽ ● ▽ ▽ ● ● ○ 5 3 2 7
8 2% 1 9 Compacta
● ○ ○ ▽ ○ ○ ○ 4 3 3 8
9 |||||| 14% 9 9 Cómoda

○ ○ ○ ▽ ● ● ○ 4 4 3 9
▽ ▽ ● ▽ ▽ ● ▽
Our Product
10 |||||| 14% 9 9 Liviana 4 3 2 10
Competitor #1
11 2% 1 9 Estética
○ ● ○ ▽ ○ ○ ▽ 5 3 2 Competitor #2 11
intercambiables y fáciles de
Fácil ajuste a diferentes
Fácil ajuste a diferentes

Costo entre 380.000 y
Facil mantenimiento
conseguir (resortes)
Piezas facilmente
tamaño de mano
tamaño de mano
Versatilidad
Estetica
300.000
Target
Max Relationship 9 9 9 5 5 3 3
Technical Importance Rating 290.77 447.69 521.54 275.38 401.54 595.38 269.23
Relative Weight 10% 16% 19% 10% 14% 21% 10%
Weight Chart
||||||||||
|||||||||
|||||||
|||||||
|||||
||||
||||
Nuestro Producto (Concepto E) 5 4 5 3 5 4 4

Guante Saebo 4 2 3 4 4 4 2
Technical Competitive Assesment
Guante ortopedia técnica lópez 5 4 2 4 2 3 3

5
4
Our Product
3
Competitor #1
2
Competitor #2
1
0
Template Revision: 0.9 Date: 4/23/2010

Column # 1 2 3 4 5 6 7 Christopher Battles
83
4.3 FASE B.
Figura 28. Fase B
La fase B hace referencia a los cálculos de diseño, tiene como objetivo concebir los
parámetros pertinentes a la propuesta definida. En esta etapa se lleva a cabo el
diseño en detalle, lo que hace referencia a los respectivos cálculos, evaluación del
material y seguimiento de la construcción.
84
4.3.1 Diseño en detalle.
Los elementos que caracterizan a una órtesis dinámica son los siguientes:
• Su modo de acción mecánica: Dentro de este elemento encontramos la forma

de estabilización, limitación, amplitud y su postura dinámica.
• Localización anatómica y posición articular.
• Accesorios específicos facultativos.
En estos tres elementos se describen los materiales, elementos mecánicos de

tracción, medios de fijación y ajuste de la órtesis. Los cuales se describirán
detalladamente.
4.3.1.1 Materiales más usados en la fabricación de órtesis.
Figura 29. Materiales usados en órtesis
85
Fuente: http://kinesiouba.com.ar/wp-content/uploads/2014/07/MATERIALES.pdf
Las órtesis pueden realizarse en diferentes tipos de materiales, siendo actualmente

los más utilizados por sus propiedades físico-mecánicas los termoplásticos de baja
temperatura.
Las órtesis / férulas elaboradas de materiales termoplásticos de baja - temperatura

pueden ser adaptadas directamente al paciente y ser fácilmente cambiadas. Estas
86
se han convertido en una parte integral del proceso de terapia cuando se desea
recuperar movimiento o función en la mano.
Estos termoplásticos tienen como principal materia prima el polímero plástico termo
moldeable. (Polietileno – Polipropileno).
Los materiales base para el diseño del prototipo serán polietileno, aluminio y acero,
a continuación, se hará una breve descripción de cada uno:
• Polietileno: El polietileno será usado para la base del antebrazo y muñeca en la

órtesis. Es un termoplástico que se obtiene por polimerización de adición del
etileno. Se moldea en horno a temperatura entre 120º y 180º, mediante la técnica
del vacío. En cuanto a sus principales ventajas encontramos que es un material
liviano, de bajo costo y de fácil mantenimiento. Como desventajas se puede
comúnmente encontrar que es un material que puede producir alta sudoración
en los pacientes, por tal razón es recomendable adicionar un forro protector que
interfiera en el contacto del material y la piel del paciente. Podemos concluir que
este material es el más apto para adecuarse al diseño a la órtesis, por su bajo
costo, su bajo peso y sus adecuadas propiedades mecánicas.
• Aluminio: El aluminio será usado para la construcción de las guías, soportes y el

mecanismo de articulación de la muñeca en la órtesis. El aluminio es un metal
usado comúnmente en órtesis de marcha, férulas y prótesis. Entre sus ventajas
encontramos que es un material liviano y fácil de moldear. En cuanto a sus
desventajas podríamos resaltar su dificultad para ser soldado. Es un material
adecuado para nuestro fin ya que su peso y su facilidad de mecanizar facilita su
manufactura y uso sobre la órtesis.
• Acero: Es un metal que cada vez se utiliza menos en ortopedia debido su peso,
por tal razón será únicamente usado en el diseño de los resortes presentes en
la órtesis, ya que presenta una alta resistencia al uso.
87
4.3.1.2 Diseño de la base de la órtesis.
• Medidas necesarias para el moldeo de la base:
Estas medidas son necesarias para la construcción de la base del prototipo, ya que
partir de estas se realiza un croquis con el cual se obtendrá la forma y dimensiones
finales. El proceso de moldeo consiste, en primera instancia en realizar dicho
croquis, seguidamente el material se introduce en un horno, en donde alcanza una
temperatura apta para ser fácilmente moldeable y darle las dimensiones necesarias,
finalmente sobre un molde se le da la forma y dimensiones finales, retirando
excesos de material y realizando acabados superficiales, para evitar cambios
abruptos de formas o dimensiones.
Tabla 11. Medidas necesarias para el molde
Imagen Descripción Medida [cm]
Ancho metacarpial 8.5
Ancho muñeca 6.26
Ancho antebrazo 7.57
88
Longitud antebrazo 20
Longitud palma de la 10
mano
Perímetro metacarpial 21
Perímetro muñeca 17
Perímetro antebrazo 27
Altura metacarpial 3.2
89
Altura muñeca 4.6
Altura antebrazo 8.7
Fuente: Autores
• Detalles finales al molde obtenido:
Después de realizar el proceso descrito anteriormente descrito, el molde obtenido

se muestra a continuación.
Figura 30. Molde Antebrazo-Muñeca
90
Fuente: Autores
El molde que se obtiene luego debe ser cortado para adecuarse a la muñeca y
antebrazo del paciente.
Figura 31. Molde Antebrazo-Muñeca cortado
Fuente: Autores
Finalmente, como anteriormente explicado en la descripción de los materiales a

usar, se debe colocar un forro hecho de velcro que evite altas sudoraciones en el
paciente, lo que sería un gran inconveniente para la durabilidad del material y para
la comodidad del paciente. Junto con el velcro se incluyen unas correas de sujeción
para darle versatilidad a la órtesis, pudiéndose adecuar a diferentes dimensiones
de miembro superior.
91
Figura 32. Molde forrado
Fuente: Autores
4.3.1.3 Diseño de guías para dedos índice, medio, anular y meñique.

• Dimensionamiento de las guías:
El dimensionamiento de las guías para los dedos se realizó a partir de estudios

estadísticos realizados por “International Journal of Morphology”, en donde se
obtuvieron datos promedio de las longitudes de las falanges proximal, medial y
distal. Las siguientes tablas muestran los resultados obtenidos.
92
Figura 33. Anatomía de la mano
Fuente: https://kiaenzona.com/liga-endesa/la-consulta-del-fisio-las-fracturas-de-
falange-en-el-baloncesto-2542/
Tabla 12. Longitudes promedio del sector de las falanges del dedo índice de hombre
en mm
93
Fuente: BINVIGNAT, Octavio. Aspectos Biométricos de la Mano de Individuos.
Articulo investigativo. Universidad Autónoma de Chile. 2012. (Recuperado el 22 de
noviembre 2017.)
Tabla 13. Longitudes promedio del sector de las falanges del dedo medio de hombre
en mm

noviembre 2017.)
Tabla 14. Longitudes promedio del sector de las falanges del dedo anular de hombre
en mm
94
noviembre 2017.)
Tabla 15. Longitudes promedio del sector de las falanges del dedo meñique de
hombre en mm

noviembre 2017.)
De las anteriores tablas se puede observar que no hay una gran variante en la
longitud de las falanges para los dedos índice, medio y anular, por tal razón se tomó
una medida de 9 cm para las guías de estos dedos. Mientras que, para el dedo
meñique, al ser el dedo de menor longitud, se tomó un valor de 8 cm para su
respectiva guía. Cabe recalcar que estas dimensiones no están limitadas a
variaciones, ya que, al ser guías de ajuste, pueden adaptarse sobre la órtesis
aumentando o disminuyendo su longitud según lo requiera el paciente. Otro factor
a tener en cuenta es que, como podemos observar en las tablas, la longitud de las
falanges de cada dedo es mayor a los valores seleccionados para las guías, esto
95
es debido a que biomecánicamente, la tracción generada por el elemento mecánico
en los dedos no debe ser totalmente perpendicular a ellos. Esto tiene el propósito
de mantener la flexión en las metacarpofalángicas en 30°. Por ende, las guías no
deben llegar hasta la punta de los dedos de la mano. Como se puede apreciar en la
siguiente imagen:
Figura 34. Órtesis dinámica
Fuente: https://es.slideshare.net/dr_hetvi/upper-limb-orthosis
• Construcción de las guías:
El material con el que serán construidas las guías será aluminio, sobre las láminas
de aluminio se dibujan los croquis de las guías y mediante corte laser se obtiene el
acabado final.
96
Figura 35. Construcción guías
a)
b)
97
c)
Fuente: Autores
Las cavidades que fueron cortadas en medio de cada guía permiten la adaptación
a diferentes longitudes, permitiendo el desplazamiento lineal y ajuste mediante
tornillos cuando esté definida la posición. De igual forma los orificios al final de las
guías tienen la función de guiar el nylon y generar un ángulo adecuado de aplicación
de la fuerza proveniente de los resortes hacia los dedos.
4.3.1.4 Diseño de guías para dedo pulgar.

• Dimensionamiento de la guía:
Para el dimensionamiento de esta guía se tomaron datos estadísticos de

“International Journal of Morphology”, en los que se muestra las dimensiones
promedio de las falanges del dedo pulgar. Adicionalmente, es importante describir
la abducción de las articulaciones metacarpofalángicas del dedo pulgar que se
desplazan en un plano sagital y se realizan en el eje transversal. Con el fin de dar
una orientación adecuada a la guía.
98
Tabla 16. Longitudes promedio del sector de las falanges del dedo pulgar de hombre
en mm

noviembre 2017).
99
Figura 36. Flexión y extensión total (bis figura 7)
Fuente: GODINES MORADO, Isaac. Arcos y ángulos de movimiento. [Citado el 13

de septiembre de 2017]. Disponible en:
https://es.slideshare.net/pedroespinosa106/52756563-angulosyarcosdemovimiento
La guía del dedo pulgar, adicionalmente de las cavidades necesarias para los
diferentes ajustes, tendrá una inclinación de 45° respecto al plano sagital de la
mano, esto con el propósito de adecuar la guía a la máxima abducción del dedo
pulgar respecto al mismo plano sagital. La longitud de la guía será adecuada de la
misma forma que las guías anteriormente descritas, por tal razón, el valor
seleccionado será de 7 cm.
• Construcción de la guía:
Figura 37. Construcción guía pulgar
100
Fuente: Autores
El proceso de manufactura de esta guía es similar al de las guías anteriormente

descritas, pero a diferencia de las otras, se adiciona la inclinación que se debe
adecuar a la guía para su adecuado funcionamiento.
4.3.1.5 Diseño de guías para él antebrazo.

Sobre esta guía estará soportado el resorte que trasmitirá la fuerza de tracción a
través de cadenas y nailon a los dedos índice, medio, anular y meñique de manera
independiente. La longitud de esta guía será de 7 cm, la cual es adecuada para
ajustarse a la longitud del antebrazo. De igual forma a las anteriores guías, tendrá
una ranura que le permitirá ajustarse longitudinalmente con el fin de aumentar o
disminuir la tensión en el resorte si se requiere.
Figura 38. Construcción guía antebrazo
101
Fuente: Autores
4.3.1.6 Diseño de la articulación de muñeca.

La articulación de muñeca permite regular la extensión dorsal de la muñeca,
limitando el rango de movimientos de la articulación de la muñeca e inmovilizándola
en una posición determinada.
La articulación consta de dos segmentos, un segmento guía, el cual tiene 12 orificios

en su circunferencia sobre los cuales se varia la inclinación relativa de los
segmentos y el segmento de asentamiento, el cual consta de una geometría
particular, que tiene como función fijar una posición determinada por el paciente,
evitando el movimiento relativo entre los dos segmentos.
Los dos segmentos son unidos mediante un perno y permiten adaptarse

angularmente, alineando los orificios del segmento guía sobre el segmento de
asentamiento hasta obtener la posición deseada. Dicha posición relativa es fijada
mediante dos tornillos brístol.
• Construcción de la articulación de muñeca:
Figura 39. Construcción articulación
102
Fuente: Autores
Luego de obtener unas dimensiones cercanas a las deseadas, se deben realizar

acabados finales para adecuar la articulación a la base obtenida anteriormente y
hacer los cortes pertinentes sobre los segmentos, necesarios para realizar ajustes
longitudinales sobre la muñeca.
Figura 40. Articulación final.
Fuente. Autores
103
4.3.1.7 Diseño de resortes.
Para la selección de los resortes indicados se realizaron varias pruebas con resortes
de diferentes constantes de elasticidad, de manera que se escogiera el más
adecuado para cumplir con la función de una permanente extensión de los dedos
de la mano que a su vez permita una flexión de los mismos.
Variables pertinentes
𝐴𝑝 = Constante (intersección de línea recta)
C = Índice del resorte
D = Diámetro medio del resorte
d = Diámetro del alambre
𝛿𝑚𝑎𝑥 = Deformación máxima
𝛿𝑠 = Deformación sólida
𝑓𝑛 = Frecuencia natural
G = Módulo de elasticidad por cortante o rigidez
g = Gravedad
hl = Altura libre
hs = Altura sólida
K = Constante del resorte
𝐾𝑐 = Factor de confiabilidad
𝐾𝑓 = Concentrador de esfuerzos
𝐾𝑠 = Factor del cortante transversal
𝐾𝑇 = Factor de temperatura
104
𝐾𝑤 = Factor de corrección
𝑙𝑚𝑎𝑥 = Longitud máxima
N = Factor de seguridad
Na = Número de espiras activas
Nt = Número total de espiras
P = Carga de trabajo
𝜌 = Densidad
Ses = Límite de endurancia en corte
S’es = Límite de endurancia en corte modificado por factores y concentradores
𝛿𝑢 = Esfuerzo último
Sys = Resistencia a la cedencia en corte
𝜏 = Esfuerzo de corte
𝜏𝑎 = Esfuerzo de corte alternativo
𝜏𝑚 = Esfuerzo de corte medio
𝜆 = Ángulo de paso de la espira
• Diseño de resorte principal:
Inicialmente se tienen como datos conocidos el diámetro medio del resorte “D”, el
diámetro del alambre “d”, el número total de espiras “Nt”, el material del cual está
hecho el resorte y las deformaciones máxima y mínima del resorte.
Material = Acero (alambre de piano)
𝐷 = 8,7 [𝑚𝑚]
105
𝑑 = 0,8 [𝑚𝑚]
𝑁𝑡 = 73 [𝑒𝑠𝑝𝑖𝑟𝑎𝑠]
𝛿𝑚𝑎𝑥 = 63 [𝑚𝑚]
𝛿𝑚𝑖𝑛 = 33 [𝑚𝑚]
El índice de resorte C debe ser un valor entre: 4 < C < 12  (Recomendación)
𝐷 8,7 𝑚𝑚
𝐶= = = 10,88
𝑑 0,8 𝑚𝑚
Este valor de índice de resorte cumple con la recomendación.
Tabla 17. Propiedades generales del material
Fuente: HAMROCK, Bernard. Elementos de máquinas. México D.F.: McGraw-Hill

ediciones, 2000. p.738. ISBN 0-256-19069-09
106
G = 79289,7 [MPa]  11,5 ∗ 106 𝑝𝑠𝑖
E = 206842,72 [MPa]  30 ∗ 106 𝑝𝑠𝑖
𝐾𝑔⁄
𝜌 = 7833 [ 𝑚3 ]  0,283 𝑙𝑏𝑓/𝑝𝑢𝑙𝑔3
Para determinar el número total de espiras se tienen los siguientes parámetros
Nt = Na  Natural
Nt = Na + 1,5  Resorte encuadrado
Nt = Na + 1  Resorte esmerilado
Nt = Na + 2  Resorte encuadrado y esmerilado
Se tiene entonces que Nt = Na ya que no se le realizó alguna modificación adicional

después de la fabricación del resorte (Natural).
Con la siguiente fórmula se determina la constante de elasticidad del resorte

principal
𝐺 ∗ 𝑑4 79289,7 ∗ 0,84 𝑁 𝑁
𝐾= = = 0,08445 [ ] ó 84,45 [ ]
8 ∗ 𝑁𝑎 ∗ 𝐷3 8 ∗ 73 ∗ 8,73 𝑚𝑚 𝑚
Conociendo la constante de elasticidad del resorte se calculan las cargas máxima y

mínima a las cuales está sometido:
𝑃𝑚𝑎𝑥 = 𝐾 ∗ 𝛿𝑚𝑎𝑥 = 0,08445 ∗ 63 = 5,32 [𝑁]
𝑃𝑚𝑖𝑛 = 𝐾 ∗ 𝛿𝑚𝑖𝑛 = 0,08445 ∗ 33 = 2,78 ≈ 2,8 [𝑁]
Para el cálculo del esfuerzo cortante se tiene
8 ∗ 𝑃𝑚𝑎𝑥 ∗ 𝐷
𝜏𝑚𝑎𝑥 = ∗ 𝐾𝑤 ∗ 𝐾𝑜
𝜋 ∗ 𝑑3
107
8 ∗ 𝑃𝑚𝑖𝑛 ∗ 𝐷
𝜏𝑚𝑖𝑛 = ∗ 𝐾𝑤 ∗ 𝐾𝑜
𝜋 ∗ 𝑑3
En donde
4 ∗ 𝐶 − 1 0,615 4 ∗ 10,88 − 1 0,615

𝐾𝑤 = + = + = 1,133
4∗𝐶−4 𝐶 4 ∗ 10,88 − 4 10,88
Para el factor 𝐾𝑜 se recomienda un valor entre “1,33<𝐾𝑜 <1,5”. Se tomará el siguiente

valor
𝐾𝑜 = 1,4
Resolviendo
8 ∗ 5,32 ∗ 0,0087
𝜏𝑚𝑎𝑥 = ∗ 1,133 ∗ 1,4 = 365 [𝑀𝑃𝑎]
𝜋 ∗ 0,00083
8 ∗ 2,8 ∗ 0,0087
𝜏𝑚𝑖𝑛 = ∗ 1,133 ∗ 1,4 = 191,2 [𝑀𝑃𝑎]
𝜋 ∗ 0,00083
𝜏𝑚𝑎𝑥 + 𝜏𝑚𝑖𝑛
𝜏𝑚 = = 278,1 [𝑀𝑃𝑎]
2
𝜏𝑚𝑎𝑥 − 𝜏𝑚𝑖𝑛
𝜏𝑎 = = 86,91 [𝑀𝑃𝑎]
2
Para calcular el esfuerzo último, se tiene como material un acero de alto carbono,
el alambre de piano, el cual es de los más usados.
108
Tabla 18. Coeficientes de acuerdo al material

ediciones, 2000. p.739. ISBN 0-256-19069-09
𝐴𝑝 = 2170 [𝑀𝑃𝑎]
m = 0,146
El valor del diámetro de alambre debe estar entre 0,10 < d < 6,5 [mm]
𝐴𝑝 2170
𝛿𝑢 = 𝑚
= = 2241,86 [𝑀𝑃𝑎]
𝑑 0,80,146
Se debe cumplir que
𝛿𝑢 ≥ 𝜏𝑚𝑎𝑥  Cumple
Ahora
𝑆𝑢𝑠 = 0,8 ∗ 𝛿𝑢 = 0,8 ∗ 2241,86 = 1793,48 [𝑀𝑃𝑎]
𝑆𝑦𝑠 = 0,4 ∗ 𝛿𝑢 = 0,4 ∗ 2241,86 = 896,74 [𝑀𝑃𝑎]
109
𝐾𝑐 ∗ 𝐾𝑇 ∗ 𝑆′𝑒𝑠
𝑆𝑒𝑠 =
𝐾𝑓
El límite de endurancia en corte modificado por factores y concentradores depende

si la operación adicional de granallado se le realizó al resorte
𝑆′𝑒𝑠 = 465 𝑀𝑃𝑎  Granallado
𝑆′𝑒𝑠 = 310 𝑀𝑃𝑎  No granallado
Para este caso sí se efectuó dicho procedimiento, por tanto, 𝑆′𝑒𝑠 = 465 𝑀𝑃𝑎
𝐾𝑇 = 1  Debido a que T < 72°C
𝐾𝑐 = 0,753  Asumiendo confiabilidad de 99,9%
𝐾𝑤
𝐾𝑓 =
𝐾𝑠
Factor del corte transversal
0,5 0,5
𝐾𝑠 = 1 + = 1+ = 1,046
𝐶 10,88
Concentrador de esfuerzos
1,133
𝐾𝑓 = = 1,083
1,046
Resolviendo para vida infinita
0,753 ∗ 1 ∗ 465
𝑆𝑒𝑠 = = 323,4 [𝑀𝑃𝑎]
1,083
Para una vida útil de 200.000 ciclos
𝐿𝑜𝑔10(0,9 ∗ 𝑆𝑢𝑠 ) − 𝐿𝑜𝑔10(𝐴) 𝐿𝑜𝑔10(0,9 ∗ 𝑆𝑢𝑠 ) − 𝐿𝑜𝑔10(𝑆𝑒𝑠 )

=
𝐿𝑜𝑔10(𝑁𝑐𝑖𝑐𝑙𝑜𝑠 ) − 3 6−3
𝐴 = 470,3 [𝑀𝑃𝑎]
110
Para carga estática
1 𝜏𝑚 𝜏𝑎 𝜏𝑚 𝜏𝑎
= + 𝐾𝑓 ∗ = + 1,083 ∗
𝑁 𝑆𝑦𝑠 𝐴 896,74 470,3
𝑁 = 1,96
Se recomienda usar un factor de seguridad N comprendido entre  1,3 < N < 2
Para fatiga
𝑆𝑦𝑠 ∗ 𝑆𝑒𝑠 896,74 ∗ 323,4

𝑁= =
𝜏𝑎 ∗ (2 ∗ 𝑆𝑦𝑠 − 𝑆𝑒𝑠 ) + 𝜏𝑚 ∗ 𝑆𝑒𝑠 𝜏𝑎 ∗ (2 ∗ 896,74 − 323,4) + 𝜏𝑚 ∗ 323,4
𝑁 = 1,33
Ahora se determina la altura libre y la máxima longitud que alcanzará el resorte
Figura 41. Dimensiones de un resorte
111
ediciones, 2000. p.756. ISBN 0-256-19069-09
En la imagen:
𝑙𝑙 = 𝑙1
𝑙ℎ = 𝑙2
𝑙1 = 𝑙2 = 8 [𝑚𝑚]
ℎ𝑠 = 𝑑 ∗ 𝑁𝑡 = 0,8 ∗ 73 = 58,4 [𝑚𝑚]
ℎ𝑙 = ℎ𝑠 + 𝑙1 + 𝑙2
ℎ𝑙 = 58,4 + 8 + 8 = 74,4 [𝑚𝑚]
𝑙𝑚𝑎𝑥 = ℎ𝑙 + 𝛿𝑚𝑎𝑥
𝑙𝑚𝑎𝑥 = 74,4 + 63 = 137,4 [𝑚𝑚]
Finalmente se lleva a cabo un chequeo del ángulo de paso de la espira
tan 𝜆 = 𝑃𝑎𝑠𝑜⁄𝜋 ∗ 𝐷
Para esto se tiene que
𝛿𝑠 ≥ 1,2 ∗ 𝛿𝑚𝑎𝑥
112
Entonces
𝛿𝑠 = 1,2 ∗ 63 = 75,6
𝛿𝑠 75,6
𝑃𝑎𝑠𝑜 = +𝑑 = + 0,8
𝑁𝑎 73
𝑃𝑎𝑠𝑜 = 1,835 [𝑚𝑚]
Resolviendo
tan 𝜆 = 1,835⁄𝜋 ∗ 8,7
𝜆 = 3,84°
Recomendación 𝜆 < 12°, por lo tanto, cumple
• Diseño de resorte secundario:
Inicialmente se tienen como datos conocidos el diámetro medio del resorte “D”, el
diámetro del alambre “d”, el número total de espiras “Nt”, el material del cual está
hecho el resorte y las deformaciones máxima y mínima del resorte.
Material = Acero (alambre de piano)
𝐷 = 8,3 [𝑚𝑚]
𝑑 = 0,8 [𝑚𝑚]
𝑁𝑡 = 30 [𝑒𝑠𝑝𝑖𝑟𝑎𝑠]
𝛿𝑚𝑖𝑛 = 7 [𝑚𝑚]
El índice de resorte C debe ser un valor entre: 4 < C < 12  (Recomendación)
113
𝐷 8,3 𝑚𝑚
𝐶= = = 10,38
𝑑 0,8 𝑚𝑚
Este valor de índice de resorte cumple con la recomendación.
Tabla 16. Propiedades generales del material

ediciones, 2000. p.738. ISBN 0-256-19069-09
G = 79289,7 [MPa]  11,5 ∗ 106 𝑝𝑠𝑖
114
E = 206842,72 [MPa]  30 ∗ 106 𝑝𝑠𝑖
𝐾𝑔⁄
𝜌 = 7833 [ 𝑚3 ]  0,283 𝑙𝑏𝑓/𝑝𝑢𝑙𝑔3
Para determinar el número total de espiras se tienen los siguientes parámetros
Nt = Na  Natural
Nt = Na + 1,5  Resorte encuadrado
Nt = Na + 1  Resorte esmerilado
Nt = Na + 2  Resorte encuadrado y esmerilado
Se tiene entonces que Nt = Na ya que no se le realizó alguna modificación adicional

después de la fabricación del resorte (Natural).
Con la siguiente fórmula se determina la constante de elasticidad del resorte

secundario
𝐺 ∗ 𝑑4 79289,7 ∗ 0,84 𝑁 𝑁
𝐾= 3
= 3
= 0,2367 [ ] ó 236,7 [ ]
8 ∗ 𝑁𝑎 ∗ 𝐷 8 ∗ 30 ∗ 8,3 𝑚𝑚 𝑚
Conociendo la constante de elasticidad del resorte se calculan las cargas máxima y

mínima a las cuales está sometido:
𝑃𝑚𝑎𝑥 = 𝐾 ∗ 𝛿𝑚𝑎𝑥 = 0,2367 ∗ 20 = 4,7 [𝑁]
𝑃𝑚𝑖𝑛 = 𝐾 ∗ 𝛿𝑚𝑖𝑛 = 0,2367 ∗ 7 = 1,7 [𝑁]
Para el cálculo del esfuerzo cortante se tiene
8 ∗ 𝑃𝑚𝑎𝑥 ∗ 𝐷
𝜏𝑚𝑎𝑥 = ∗ 𝐾𝑤 ∗ 𝐾𝑜
𝜋 ∗ 𝑑3
8 ∗ 𝑃𝑚𝑖𝑛 ∗ 𝐷
𝜏𝑚𝑖𝑛 = ∗ 𝐾𝑤 ∗ 𝐾𝑜
𝜋 ∗ 𝑑3
115
En donde
4 ∗ 𝐶 − 1 0,615 4 ∗ 10,38 − 1 0,615

𝐾𝑤 = + = + = 1,139
4∗𝐶−4 𝐶 4 ∗ 10,38 − 4 10,38
Para el factor 𝐾𝑜 se recomienda un valor entre “1,33<𝐾𝑜 <1,5”. Se tomará el siguiente

valor
𝐾𝑜 = 1,4
Resolviendo
8 ∗ 4,7 ∗ 0,0083
𝜏𝑚𝑎𝑥 = ∗ 1,139 ∗ 1,4 = 311,6 [𝑀𝑃𝑎]
𝜋 ∗ 0,00083
8 ∗ 1,7 ∗ 0,0083
𝜏𝑚𝑖𝑛 = ∗ 1,139 ∗ 1,4 = 109,1 [𝑀𝑃𝑎]
𝜋 ∗ 0,00083
𝜏𝑚𝑎𝑥 + 𝜏𝑚𝑖𝑛
𝜏𝑚 = = 210,4 [𝑀𝑃𝑎]
2
𝜏𝑚𝑎𝑥 − 𝜏𝑚𝑖𝑛
𝜏𝑎 = = 101,3 [𝑀𝑃𝑎]
2
Para calcular el esfuerzo último, se tiene como material un acero de alto carbono,
el alambre de piano, el cual es de los más usados.
116
Tabla 17. Coeficientes de acuerdo al material

ediciones, 2000. p.739. ISBN 0-256-19069-09
𝐴𝑝 = 2170 [𝑀𝑃𝑎]
m = 0,146
El valor del diámetro de alambre debe estar entre 0,10 < d < 6,5 [mm]
𝐴𝑝 2170
𝛿𝑢 = 𝑚
= = 2241,86 [𝑀𝑃𝑎]
𝑑 0,80,146
Se debe cumplir que
𝛿𝑢 ≥ 𝜏𝑚𝑎𝑥  Cumple
Ahora
𝑆𝑢𝑠 = 0,8 ∗ 𝛿𝑢 = 0,8 ∗ 2241,86 = 1793,48 [𝑀𝑃𝑎]
𝑆𝑦𝑠 = 0,4 ∗ 𝛿𝑢 = 0,4 ∗ 2241,86 = 896,74 [𝑀𝑃𝑎]
117
𝐾𝑐 ∗ 𝐾𝑇 ∗ 𝑆′𝑒𝑠
𝑆𝑒𝑠 =
𝐾𝑓
El límite de endurancia en corte modificado por factores y concentradores depende

si la operación adicional de granallado se le realizó al resorte
𝑆′𝑒𝑠 = 465 𝑀𝑃𝑎  Granallado
𝑆′𝑒𝑠 = 310 𝑀𝑃𝑎  No granallado
Para este caso sí se efectuó dicho procedimiento, por tanto, 𝑆′𝑒𝑠 = 465 𝑀𝑃𝑎
𝐾𝑇 = 1  Debido a que T < 72°C
𝐾𝑐 = 0,753  Asumiendo confiabilidad de 99,9%
𝐾𝑤
𝐾𝑓 =
𝐾𝑠
Factor del corte transversal
0,5 0,5
𝐾𝑠 = 1 + = 1+ = 1,048
𝐶 10,38
Concentrador de esfuerzos
1,139
𝐾𝑓 = = 1,087
1,048
Resolviendo para vida infinita
0,753 ∗ 1 ∗ 465
𝑆𝑒𝑠 = = 322,2 [𝑀𝑃𝑎]
1,087
Para una vida útil de 200.000 ciclos
𝐿𝑜𝑔10(0,9 ∗ 𝑆𝑢𝑠 ) − 𝐿𝑜𝑔10(𝐴) 𝐿𝑜𝑔10(0,9 ∗ 𝑆𝑢𝑠 ) − 𝐿𝑜𝑔10(𝑆𝑒𝑠 )

=
𝐿𝑜𝑔10(𝑁𝑐𝑖𝑐𝑙𝑜𝑠 ) − 3 6−3
𝐴 = 468,9 [𝑀𝑃𝑎]
118
Para carga estática
1 𝜏𝑚 𝜏𝑎 𝜏𝑚 𝜏𝑎
= + 𝐾𝑓 ∗ = + 1,087 ∗
𝑁 𝑆𝑦𝑠 𝐴 896,74 468,9
𝑁 = 2,1
Se recomienda usar un factor de seguridad N comprendido entre  1,3 < N < 2
Para fatiga
𝑆𝑦𝑠 ∗ 𝑆𝑒𝑠 896,74 ∗ 322,2

𝑁= =
𝜏𝑎 ∗ (2 ∗ 𝑆𝑦𝑠 − 𝑆𝑒𝑠 ) + 𝜏𝑚 ∗ 𝑆𝑒𝑠 𝜏𝑎 ∗ (2 ∗ 896,74 − 322,2) + 𝜏𝑚 ∗ 322,2
𝑁 = 1,33
Ahora se determina la altura libre y la máxima longitud que alcanzará el resorte.
119
Figura 42. Dimensiones de un resorte (bis figura 51)

ediciones, 2000. p.756. ISBN 0-256-19069-09
En la imagen:
𝑙𝑙 = 𝑙1
𝑙ℎ = 𝑙2
𝑙1 = 𝑙2 = 8 [𝑚𝑚]
120
ℎ𝑠 = 𝑑 ∗ 𝑁𝑡 = 0,8 ∗ 30 = 24 [𝑚𝑚]
ℎ𝑙 = ℎ𝑠 + 𝑙1 + 𝑙2
ℎ𝑙 = 24 + 8 + 8 = 40 [𝑚𝑚]
𝑙𝑚𝑎𝑥 = ℎ𝑙 + 𝛿𝑚𝑎𝑥
𝑙𝑚𝑎𝑥 = 40 + 20 = 60 [𝑚𝑚]
Finalmente se lleva a cabo un chequeo del ángulo de paso de la espira
tan 𝜆 = 𝑃𝑎𝑠𝑜⁄𝜋 ∗ 𝐷
Para esto se tiene que
𝛿𝑠 ≥ 1,2 ∗ 𝛿𝑚𝑎𝑥
Entonces
𝛿𝑠 = 1,2 ∗ 20 = 24
𝛿𝑠 24
𝑃𝑎𝑠𝑜 = +𝑑 = + 0,8
𝑁𝑎 30
𝑃𝑎𝑠𝑜 = 1,6 [𝑚𝑚]
Resolviendo
tan 𝜆 = 1,6⁄𝜋 ∗ 8,3
𝜆 = 3,51°
Recomendación 𝜆 < 12°, por lo tanto, cumple
121
4.3.2 Ensamblaje general.
Obtenidas cada una de las piezas esenciales que componen la órtesis, se procede
a hacer el ensamblaje general sobre la base, para observar si se debe realizar algún
ajuste final, antes de forrar y cortar el termoplástico.
Figura 43. Proceso de ensamblaje
122
Fuente: Autores
Realizando ajustes finales, se procede a cortar y forrar la base antes de remachar

todos los elementos, esto para evitar agravios que afecten la estética de la órtesis.
De igual forma se ajustan las cadenas, el nylon, los resortes y las punteras de los
dedos sobre las guías.
Figura 44. Ensamble final
Fuente: Autores
4.3.3 Primera prueba funcional.

Con el prototipo construido y con la colaboración conjunta del paciente y el centro
terapéutico donde es tratado, se realizó la primera prueba funcional, la cual tuvo
como finalidad identificar factores que afecten el desempeño del prototipo.
123
Lo percibido por el paciente, la fisioterapeuta y los diseñadores se enumera a
continuación:
• Debido a la fricción generada entre las guías y el nailon, este tiende a
desgastarse rápidamente con el uso, a causa de que las guías no tienen un
acabado superficial adecuado en la cavidad donde entra en contacto con él
nailon, lo que conlleva a que el movimiento natural de los dedos se vea
distorsionado.
• Se pudo observar que la base de la muñeca se desajustaba fácilmente con el
uso, esto es debido a que el acople entre la articulación y la base no era
suficientemente rígido.
Figura 45. Primera prueba funcional
Fuente: Autores
124
4.3.4 Costos.
Se realiza un análisis detallado de costos.
4.3.4.1 Costo de materiales.

Se presenta el listado de la materia prima y piezas estándar usadas para la
fabricación de la órtesis dinámica.
4.3.4.2 Costo de manufactura.

El costo de manufactura agregó valor al costo final del prototipo funcional de la
órtesis dinámica. Se buscó usar unos procesos de fabricación sencillos y sin la
necesidad de una alta tecnología, que de igual manera diera como resultado unas
piezas estéticamente bien presentadas con las dimensiones requeridas. Para estas
operaciones fue necesario disponer de máquinas herramienta como torno, taladro,
tronzadora, esmeril, pulidora e incluso instrumentos como limas, brocas, buriles,
entre otros.
4.3.4.3 Costo total de la órtesis. Para conocer el precio neto de la total fabricación
de la órtesis, se deben sumar los costos de materia prima y de manufactura.
Tabla 19. Tabla de costos
COSTOS
Material Cantidad Costo
MATERIALES
Materia prima
COSTOS
Lamina de aluminio de 3 [mm] de espesor 4X100 [cm] $ 7.500,00

Polietileno 30x30 [cm] $ 30.000,00
Piezas estándar
Tornillos 12 $ 4.000,00
125
Remaches 6 $ 1.000,00
Cintas de Velcro 3 $ 10.000,00
Férula stack dedo 5 $ 35.000,00
Resorte de acero (alambre de piano) 2 $ 8.000,00
Nylon 90 [m] $ 4.100,00
Forro 30x30 [cm] $ 10.000,00
Cadena 1 [m] $ 800,00
Argolla 1 $ 300,00
Broche pico de loro 5 $ 500,00
Seguro tapa nudos 10 $ 150,00
Armella 2 $ 400,00
Total $111.750,00
Costo Costo
Pieza Nombre Material Cantidad
unitario manuf.
Barra de
guía para Aluminio 4 $ 7.500,00 $ 30.000,00
COSTOS MANUFACTURA
dedos
Barra de
guía para
Aluminio 1 $ 20.000,00 $ 20.000,00
dedo
pulgar
Base Polietileno 1 $ 45.000,00 $ 45.000,00
Articulación
Aluminio 1 $ 83.000,00 $ 83.000,00
de muñeca
126
Barra guía
Aluminio 1 $ 10.000,00 $ 10.000,00
principal
TOTAL $188.000,00
COSTO TOTAL
Total órtesis (Materiales + Manufactura) $ 299.750,00
Fuente: Autores
4.4 FASE C.
Figura 46. Fase C
127
Esta fase consiste en la optimización del sistema, en la cual se maximizará la calidad

del prototipo y se corroborará con una segunda prueba funcional. Para finalmente
obtener los planos y especificaciones finales del producto.
4.4.1 Optimización.
Con base en las observaciones realizadas en la primera prueba funcional se
efectuaron los ajustes necesarios para obtener un mejor desempeño de la órtesis.
• La cavidad de la guía fue lijada para eliminar rugosidades que maltrataban el

nilón, de igual forma se situó cinta aislante que forra la cavidad de la guía, con
el fin de evitar el contacto directo entre estos.
• Con respecto al acople entre la articulación y la base de la muñeca, se añadieron
arandelas en las uniones para aumentar el ajuste de las mismas y por ende
aumentar la rigidez del prototipo.
4.4.2 Componentes de la órtesis dinámica.
Tabla 20. Componentes de la órtesis
Ítem Descripción Material

1 Base Polietileno
2 Barra guía dedo pulgar Aluminio
3 Barra guía dedo índice Aluminio
4 Barra guía dedo medio Aluminio
5 Barra guía dedo anular Aluminio
6 Barra guía dedo meñique Aluminio
128
7 Barra guía principal Aluminio
8 Articulación de muñeca Aluminio
9 Resorte primario Acero
10 Resorte secundario Acero
11 Ligas Nylon
12 Correas de ajuste Velcro
Fuente: Autores
4.4.3 Segunda prueba funcional.

Con los cambios efectuados sobre la órtesis se procedió a realizar la segunda
prueba funcional. La cual consistió en que el paciente debía tomar con fuerza
diferentes objetos usados comúnmente en sus terapias para luego intentar soltarlos,
en este caso fueron un cono de cartón y una pelota de goma. Esto con el fin de
evidenciar los cambios obtenidos al realizar los movimientos de flexión y extensión
de la mano con y sin ayuda de la órtesis.
Se pudo observar que la órtesis tuvo un gran efecto sobre el paciente, ya que por
más esfuerzo que hiciese le fue imposible soltar los objetos cuando no estaba
haciendo uso de esta, por lo cual necesitó de ayuda para poder extender los dedos.
Sin embargo, cuando hizo uso de la órtesis, además de facilitar la extensión de la
mano, se evidencio una mayor estabilidad en el antebrazo, muñeca y dedos al
realizar los movimientos solicitados por él test.
• Agarre a pelota de goma:
En el siguiente registro fotográfico se evidencian las diferencias en el agarre de la

pelota de goma, al realizar los movimientos sin y con la órtesis.
129
Figura 47. Agarre pelota sin órtesis
Fuente: Autores
En las anteriores imágenes se puede observar cómo le es imposible al paciente

soltar el objeto luego de realizar el agarre.
130
Figura 48. Agarre pelota con órtesis
Fuente: Autores
Con el uso de la órtesis, además de mayor estabilidad al realizar el agarre de la

pelota, le fue posible soltarla sin ningún problema.
131
• Agarre a cono de cartón:
En el siguiente registro fotográfico se evidencian las diferencias en el agarre del

cono de cartón, al realizar los movimientos sin y con la órtesis.
Figura 49. Agarre de un cono sin órtesis
132
Fuente: Autores
Se pudo observar que al paciente se le dificultó realizar el agarre al cono por la

geometría y el material de este, por ende, solicitó de ayuda tanto para tomarlo como
para soltarlo.
Figura 50. Agarre de un cono con órtesis
Fuente: Autores.
133
Con el uso de la órtesis, el agarre al cono fue más fácil para el paciente, aunque al
momento de soltarlo se notó una mayor dificultad para él, solicitando de esta forma
ayuda externa para poder completar el movimiento.
4.4.4 Mantenimiento básico de la órtesis.
4.4.4.1 Mantenimiento básico de la órtesis.

La órtesis de mano dinámica no es un dispositivo que necesite de un mantenimiento
riguroso como sería el caso de una máquina industrial, sin embargo, es necesario
realizar ciertos procedimientos para mantenerla en óptimas condiciones.
4.4.4.2 Mantenimiento correctivo.

En caso de que se presenten componentes rotos o defectuosos en el dispositivo,
se debe suspender el uso del mismo y remplazar las piezas dañadas.
Los componentes que pueden sufrir más desgaste son las correas de sujeción, los
resortes y el nylon que actúa como unión entre el resorte y los dedos.
4.4.4.3 Mantenimiento preventivo.

Se debe hacer una inspección visual cada vez que se vaya a usar la órtesis, esto
con el fin de detectar fallos en los componentes o imperfecciones en la órtesis.
Es importante realizar una limpieza completa de la órtesis una vez a la semana, con
el fin de evitar la acumulación de suciedad, ya sea por agentes externos o por la
misma sudoración del paciente.
En el caso de la base de polipropileno y las férulas stack de los dedos, se deben

limpiar cuidadosamente con agua y jabón.
134
Las piezas hechas de aluminio se deben limpiar solamente con agua, ya que el
jabón contiene químicos que las pueden dañar.
Todas las partes que hayan sido limpiadas se deben secar completamente con el
fin de evitar residuos de agua que las deterioren, por último, cuando se vaya a
utilizar la órtesis, se debe verificar que los tornillos y remaches estén bien ajustados,
ya que esto garantiza un correcto funcionamiento de todos los componentes del
dispositivo.
4.4.5 Observaciones.
Con el desarrollo de este proyecto pudimos corroborar la gran falta de investigación
y de inversión en dispositivos como el diseñado. Durante la ejecución del diseño
metodológico, fue complicado obtener información veraz y confiable acerca del
diseño de estos dispositivos, de la misma manera, fue complicado localizar un sitio
especializado en el diseño y manufactura de prótesis y órtesis, que estuviera
dispuesto a colaborar en la manufactura de los mecanismos y guías de nuestro
diseño. Esto fue debido a que la mayoría de esos lugares se especializan en el
diseño de órtesis estáticas y de simple complejidad.
Por ende, pudimos concluir que es de gran importancia avanzar en la investigación

de dispositivos como estos, puesto que su única finalidad, es la de beneficiar
personas con diferentes incapacidades, las cuales dificultan el desarrollo de
actividades cotidianas, como en nuestro caso, el hecho de no poder tener un control
adecuado del miembro superior del cuerpo. Del mismo modo, al haber un avance
científico en nuestro país con respecto a estos dispositivos, el costo de estos
mismos se minimizaría considerablemente, siendo accesibles para cualquier
persona que no cuenta con elevados recursos económicos, pues este es uno de los
mayores problemas, por los cuales no se hace uso de estos dispositivos en terapias
de rehabilitación.
135
Al haberse tratado nuestro proyecto del diseño y construcción de un prototipo
funcional, obtuvimos la siguiente recomendación, es de gran importancia mejorar el
proceso de manufactura de la órtesis dinámica, pues no fue un proceso secuencial,
por lo que no hubo un orden estricto en cada fase de la manufactura de la órtesis.
Esto sería primordial si se quisiera producir un producto como este en masa para
poderlo comercializar.
Examinando el ámbito mercantil, habría una gran viabilidad en llegar a comercializar

este producto, puesto que en Bucaramanga no encontramos un lugar en donde se
produjeran y comercializaran órtesis dinámicas. Importarlas tendría un costo
demasiado elevado.
A lo largo del desarrollo del proyecto se evidenciaron los altos costos que presentan
los elementos protésicos que se encuentran actualmente en el mercado. Esto se
debe a que la mayoría son importados y no hay alguna empresa dedicada a la
fabricación de dichos elementos en la región, lo que incrementa su valor.
Teniendo como guía la metodología NASA ESMD Capstone design, se obtuvo como
resultado del proceso de diseño un prototipo funcional, que cumple los
requerimientos de diseño planteados.
En el diseño se tuvo especial cuidado en usar piezas estándar y de fácil fabricación

que se encontraban disponibles en la industria local con el fin de facilitar el cambio
o reparación de estas, las órtesis presentes en el mercado utilizan elementos que
sólo se consiguen en algunas páginas web y están diseñadas para que ésta solo
sea compatible con las piezas del fabricante, además de poseer un costo elevado
debido a que para comprar las partes es necesario importarlas.
En contraste con el diseño del proyecto, no se encontraron en el mercado órtesis

que tengan todas las características que presenta el prototipo, la fase de diseño se
centró en recopilar las mejores características de los productos presentes en el
mercado para implementarlas en el dispositivo.
136
4.4.6 Observaciones del paciente.
Mediante una encuesta de satisfacción realizada al paciente de espasticidad,
podemos recalcar en primer instante que el usuario no cuenta el acceso a un
dispositivo como este, debido a que es muy complicado conseguirlo en el mercado
y el costo es muy elevado. Según el paciente, el dispositivo cumplió el propósito de
facilitar el proceso de rehabilitación del miembro superior y estéticamente buen
aspecto. Finalmente, según la opinión del paciente, es importante mejorar la forma
en que se adecua la órtesis al tamaño de los dedos de cada paciente para que sea
más satisfactorio su uso.
137
5. CONCLUSIONES
• La órtesis diseñada le permitió al paciente, quien sufre de parálisis en el lado

izquierdo del cuerpo ocasionado por la hemiparesia espástica debido a un ACV,
mantener una extensión en los dedos de la mano afectada y realizar agarres
esféricos y cilíndricos, con la sujeción y liberación del objeto, que no es capaz
de hacer por sí mismo.
• A diferencia de otras órtesis dinámicas de mano con características similares a

la diseñada, cuyos costos son elevados y oscilan en valores de entre $ 600.000
y $ 1.000.000, el prototipo realizado en el proyecto se logró fabricar con un valor
neto de $ 299.750, lo que resalta la gran diferencia que puede haber si se utilizan
materiales y piezas estándar y de fácil fabricación, además son muy escasas las
órtesis del mercado actual que cuentan con todas las características que posee
el diseño del proyecto. Cabe señalar que no se está teniendo en cuenta el costo
intelectual, el cual es criterio de los diseñadores y que para este caso se ha fijado
en $700.250, es decir, el valor total de la órtesis quedaría en $ 1.000.000. Si bien
es cierto que este valor sería superior al de algunas órtesis del mercado, hay
que tener en cuenta que dichos dispositivos son fabricados en serie, por lo tanto,
su costo de producción disminuye considerablemente en comparación con el
prototipo diseñado del cual solo existe una única unidad.
• El prototipo posee un diseño con ajuste de dimensiones en cuanto a las

distancias entre la sección de la mano y muñeca de la órtesis, así como también
la longitud de las barras de los dedos, posee un mecanismo de ajuste del ángulo
de inclinación de la muñeca que permite adaptarse a diferentes personas con
diferentes niveles de afectación en la mano de la enfermedad estudiada, además
138
el mecanismo de resortes es muy versátil, ya que es posible cambiar el resorte
de acuerdo al nivel de espasticidad de la persona.
• El diseño sencillo y la implementación de piezas estándar en el prototipo facilita

el mantenimiento de la órtesis, el montaje y desmontaje de las partes puede ser
realizado por cualquier persona.
• La estética de la órtesis diseñada es un elemento diferenciador del dispositivo,

en comparación con otros productos, el prototipo no posee elementos muy
grandes y que sobresalgan mucho sobre la mano, lo cual facilita su movimiento,
la hace más ligera y es más cómoda para el paciente a la hora de utilizarla. Uno
de los puntos clave en el diseño de estos dispositivos es que el paciente se
sienta bien utilizando el dispositivo tanto mental como físicamente ya que esto
influye de gran manera en su rehabilitación.
139
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DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE UN PROTOTIPO FUNCIONAL DE UNA

ÓRTESIS DINÁMICA PARA EL TRATAMIENTO Y REHABILITACIÓN DE LOS

SEBASTIAN ALEJANDRO MARTÍNEZ CARRILLO

ANDRÉS FELIPE HERNÁNDEZ FORERO

JUAN SEBASTIAN MATEUS CUBIDES

UNIVERSIDAD INDUSTRIAL DE SANTANDER

FACULTAD DE INGENIERÍAS FÍSICO-MECÁNICAS

ESCUELA DE INGENIERÍA MECÁNICA

SEBASTIAN ALEJANDRO MARTÍNEZ CARRILLO

ANDRÉS FELIPE HERNÁNDEZ FORERO

JUAN SEBASTIAN MATEUS CUBIDES

Trabajo de grado presentado como requisito para optar al título de Ingeniero

DIEGO FERNANDO VILLEGAS BERMÚDEZ

Ingeniero Mecánico, PhD

UNIVERSIDAD INDUSTRIAL DE SANTANDER

FACULTAD DE INGENIERÍAS FÍSICO-MECÁNICAS

ESCUELA DE INGENIERÍA MECÁNICA

por el apoyo incondicional que me brindaron

en mis estudios profesionales

y por los valores inculcados

que me formaron como persona.

por su colaboración y compañía

a lo largo de mi proceso de formación.

ANDRÉS FELIPE HERNÁNDEZ FORERO

por formarme como persona

con su ejemplo y educación

y por su apoyo incondicional en todas

las etapas de mi vida.

por todo lo que ha contribuido

JUAN SEBASTIAN MATEUS CUBIDES

por bendecir cada uno de mis pasos,

guiándome siempre por el camino indicado.

por formarme como una persona de bien,

por su constante apoyo, dedicación, y su ejemplo

en cada etapa de mi vida.

por su entera disposición y apoyo,

en mi formación como profesional

y como persona con ética y valores.

SEBASTIAN ALEJANDRO MARTINEZ CARRILLO

Los autores del proyecto de grado “DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE UN

Al señor Luis Ardila, por su entera disposición y colaboración en las etapas de

A la fisioterapeuta Janneth Cristina Rodríguez Corredor, quien, con su entusiasmo,

Al técnico ortoprotesista Rodolfo Rondón Villamizar, por su asesoría técnica, y quien

Al profesor Diego Fernando Villegas, por la confianza, motivación y asesoría

1. FORMULACIÓN DEL PROBLEMA ................................................................. 24

1.1 IDENTIFICACIÓN DEL PROBLEMA ............................................................... 24

1.2 JUSTIFICACIÓN PARA SOLUCIONAR EL PROBLEMA ................................ 27

1.3 OBJETIVOS ..................................................................................................... 28

1.3.1 Objetivo general. ........................................................................................... 28

1.3.2 Objetivos específicos. ................................................................................... 29

2. MARCO TEÓRICO .......................................................................................... 29

2.1 ANTECEDENTES INVESTIGATIVOS ............................................................. 29

2.1.1 A nivel internacional. ..................................................................................... 29

2.1.2 A nivel nacional. ............................................................................................ 30

2.1.3 A nivel regional. ............................................................................................ 31

2.2 MARCO CONCEPTUAL .................................................................................. 34

2.2.1 Anatomía de la mano .................................................................................... 34

2.2.1.1 Anatomía osteoarticular. ............................................................................ 35

2.2.1.2 Anatomía muscular. ................................................................................... 36

2.2.2 Biomecánica de la mano. .............................................................................. 39