Interfaces hombre-máquina para rehabilitación muscular

En el marco de las jornadas de presentación de Mujeres de Ciencia 2017 en el Centro de Investigación y de Estudios Avanzados (Cinvestav) del Instituto Politécnico Nacional (IPN), unidad Saltillo, la doctora Nadia Vanessa García Hernández, catedrática Conacyt del Grupo de Robótica y Manufactura Avanzada, presentó el tema Robótica e interfaces hombre-máquina de rehabilitación.

Esta línea de investigación tiene como finalidad desarrollar sistemas robóticos e interfaces hombre-máquina que contribuyan a mejorar la función motora en personas con alguna discapacidad en miembros superiores y ofrecer a la sociedad una opción tecnológica que apoye la salud pública.

Agencia Informativa Conacyt (AIC): ¿A qué nos referimos cuando hablamos de robótica e interfaces hombre-máquina de rehabilitación?

Nadia Vanessa García Hernández (NVGH): El objetivo principal es diseñar, construir y aplicar sistemas robóticos, interfaces hombre-máquina o métodos novedosos que permitan evaluar, asistir o mejorar la función motora en personas con alguna discapacidad en los miembros superiores.

AIC: ¿Por qué es importante esta línea de investigación?

NVGH: Es importante porque se espera que para el 2050, se incremente en más de 300 por cierto el número de adultos mayores y estas personas son las que presentan mayor déficit motor debido a diferentes causas, y son estas personas que van a requerir, en su momento servicios de rehabilitación, y nuestros centros de rehabilitación, actualmente, no cuentan con el recurso humano y tecnológico necesario. Imaginemos en 20 o 25 años, esto va a ser un problema de salud.

Un factor que agrava la situación es que los tratamientos de rehabilitación convencionales enfocados en la recuperación de un déficit motor son muy largos, requieren de mucho tiempo, mucho esfuerzo tanto del paciente como del fisioterapeuta y requieren de la presencia al cien por ciento  por parte del terapeuta. Por lo tanto, si incrementa el número de pacientes, tenemos que incrementar el número de terapeutas, lo cual no sucede. Un factor que afecta la eficiencia de las terapias convencionales es el poco uso de tecnología; ahora con estos desarrollos tecnológicos podemos hacer uso de alguna de ellas para tratar de aligerar el trabajo físico del terapeuta para que pueda enfocarse más en el análisis del progreso del paciente y la selección del mejor tratamiento y poder atender a un mayor número de personas.

También se está buscando generar tecnología a muy bajo costo para que exista la posibilidad de que una persona pueda comprar estos sistemas, los instale en su casa y ahí mismo pueda realizar sus ejercicios con estas interfaces.

AIC: ¿Qué proyectos, relacionados con este tema, desarrollan actualmente?

NVGH: Uno es construir sistemas de interacción hombre-máquina que permitan, de alguna manera, medir de manera objetiva y cuantitativa el progreso del déficit motor, mediante el uso de sensores de captura de movimiento del cuerpo y ejecución de tareas en un ambiente virtual o videojuego.

Por otra parte, el diseño de videojuegos, o también llamados exergames, controlados por parámetros fisiológicos o biomecánicos del paciente para mejorar o rehabilitar la fuerza muscular o la funcionalidad motora  y sean también una herramienta de evaluación para que el terapeuta vea si el paciente va mejorando. Los exergames son una herramienta segura que no representa peligro para el paciente, ya que no interactúa con objetos reales, permiten realizar una gran diversidad de tareas virtuales e interactuar con escenarios diferentes, de manera que no sea aburrido y motive al paciente.

Por otra parte, se está trabajando en el diseño de sistemas robóticos portables que puedan colocarse sobre las extremidades superiores y que estos sistemas asistan en el movimiento. Este tipo de sistemas se llama exoesqueletos y por el momento estamos enfocados en los exoesqueletos para mano, cuya estructura mecánica permite asistir el movimiento de tus dedos dependiendo del desempeño del paciente. Si no realizas el movimiento, el exoesqueleto te asistirá en realizarlo y si tú lo realizas, el exoesqueleto seguirá tu movimiento sin oponer resistencia.

Tenemos dos prototipos ya: uno subactuado, es decir, que solamente tiene un motor y ayuda solo a flexionar y extender los dedos; y otro que es totalmente actuado, con cinco o seis actuadores, y que permitirá asistir el movimiento de los dedos en cualquier dirección.

AIC: ¿Qué resultados han obtenido hasta el momento?

NVGH: Ya hay resultados a nivel clínico con un sistema que diseñamos para realizar ejercicios isométricos, que consiste en una serie de exergames cuyos personajes son controlados a través del nivel y duración de la actividad muscular. Los pacientes ejercitan sus músculos con la intensidad y duración necesaria, a través de la interacción con videojuegos. Esto motiva ya que los juegos representan un reto divertido y ocasiona que el nivel de frustración de los pacientes sea bajo debido a que los juegos son calibrados y adaptados a sus necesidades.

Hicimos pruebas clínicas con el sistema y con pacientes del Centro de Rehabilitación y Educación Especial (CREE) de Saltillo que habían sufrido fractura en la muñeca o antebrazo y que habían perdido fuerza muscular en la mano después de tener por tanto tiempo el brazo inmovilizado y requerían hacer ejercicios para aumentar su fuerza muscular en el antebrazo. Usaron esos juegos para mejorar la fuerza muscular, a través de una serie de sesiones de ejercicios que consistían en apretar una pelota y controlar los personajes de los videojuegos mediante la activación y control de un músculo del antebrazo.

Se hizo el protocolo y se encontraron muy buenos resultados; utilizando el sistema, se obtuvo que las personas aumentan su fuerza más de 70 por ciento, en cambio de manera convencional es alrededor de 20 a 25 por ciento.

AIC: ¿Cuál es el futuro de estos proyectos?

NVGH: Ahora está en fase de desarrollo el sistema de evaluación de la función motora a través de juegos de realidad virtual y captura de movimiento y la idea es hacer un protocolo clínico en el CRIT (Centro de Rehabilitación Infantil Teletón) Saltillo, orientado a niños, ese es el próximo proyecto. En un futuro, tratar de hacer estos sistemas fáciles de usar y prácticos para los terapeutas sin la necesidad de que vayas o tengas que estar ahí para poder usarlos.

Todo esto se ha hecho gracias al trabajo de cinco estudiantes de maestría de los últimos tres años, a la colaboración con profesores del área de Robótica del Cinvestav Saltillo y con el apoyo del CREE y el CRIT Saltillo.

Fuente: CONACYT.