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Biotecnología, Salud y Robótica
Aplicaciones en prótesis de extremidades
Emanuel Cisterna y Roberto Mazzieri, Lic. en Informática, Universidad de Palermo
Carlos Martinez, TUTOR
Abstract—Con los avances de la ciencia, la nanotecnología y la
comprensión del Sistema Nervioso humano, sumados al esfuerzo
conjunto de equipos de Ingenieros y Médicos, se han logrado
importantísimos adelantos en materia de desarrollo y
mejoramiento de prótesis biónicas en seres humanos, controlados
con impulsos eléctricos nacidos en el cerebro mismo. En el
presente estudio, se avanzó en el siguiente gran desafío que se
presenta: llevar dicha tecnología a pacientes de todo el mundo,
buscando mantener la calidad y eficacia del producto mientras
que se buscan formas alternativas para abaratar los costos de su
producción.
I. KEYWORDS
Biotecnología: Toda aplicación tecnológica que utilice
sistemas biológicos y organismos vivos o sus derivados para la
creación o modificación de productos o procesos para usos
específicos. [1]
Polímeros: Son materiales de origen tanto natural como
sintético, formados por moléculas de gran tamaño, conocidas
como macromoléculas. Polímeros de origen natural son, por
ejemplo, la celulosa, el caucho natural y las proteínas. [1]
Tecnología háptica: conjunto de interfaces tecnológicos que
interaccionan con el ser humano mediante el sentido del tacto.
[1]
Sistema somatosensorial: comprende un complejo organismo
consistente en centros de recepción y proceso, cuya función es
producir modalidades de estímulo tales como el tacto. La
transmisión de información desde los receptores (piel) pasa
por la médula espinal y en el cerebro. El procesamiento tiene
lugar principalmente en el área somatosensorial primario
ubicado en el lóbulo parietal de la corteza cerebral. [1]
Nanotecnología: Es un campo de las ciencias aplicadas
dedicado al control y manipulación de la materia a una escala
menor que un micrómetro, es decir, a nivel de átomos y
moléculas (nanomateriales). [1]
Telemedicina: Es el empleo de las tecnologías de información
y comunicaciones para brindar asistencia médica a quien lo
requiera en sitios distantes. [1]
I. INTRODUCCIÓN
L
as últimas estadísticas sobre los avances tecnológicos han
puesto a la robótica y a la electrónica como principal
fuente de alimentación para resolver temas cada vez más
diversos y sobretodo cuando de salud y de una buena calidad
de vida se trata. La robótica está innovando en áreas donde
hasta hace algunos años era imposible de solo pensar.
Esta área de conocimiento viene desarrollándose desde
hace muchísimo tiempo, hay evidencia de que ya en el siglo I
a.C. existían máquinas autónomas como la máquina de vapor,
descriptas por Herón de Alejandría en su libro Pneumática y
Autómata. Estos conocimientos fueron luego ampliados por
Al-Jazarí, quién creó un barco con cuatro músicos humanoides
programables en el siglo XIII. Ya en el siglo XX, hacia finales
de la década del ‘30 el austrohúngaro Karel Čapek presentó el
primer autómata, bautizado “Elektro”, al que se le aplicó el
término de ciencia ficción “robot” por primera vez [1][7][9].
A partir de ese punto de la historia, esta rama de la ciencia
vivió un vertiginoso crecimiento de la mano de los avances
tecnológicos, materiales y a las mejoras de los componentes
electrónicos, hasta llegar a nuestros días donde la robótica
cumple un lugar fundamental en las industrias, la medicina,
los gobiernos y hasta en la vida cotidiana de las personas.
II. ENFOQUE TEÓRICO
A. Estrategia Funcional
La misma se centrará en cómo utilizar y aplicar los recursos
y habilidades dentro de cada área funcional de cada negocio o
unidad estratégica, con el fin de maximizar la productividad
de dichos recursos. Las áreas funcionales más caracterizadas
son: producción, comercialización, financiación, recursos
humanos, tecnología y compras. Estará dirigida a mejorar la
efectividad en todas las áreas a fin de lograr las metas
establecidas en cuanto a calidad, eficiencia, innovación y
satisfacción al cliente.
Para incrementar la eficiencia en la compañía se deben
explotar las economías de escala para fabricar un bien
estandarizado en grandes volúmenes, utilizar los efectos del
aprendizaje, aplicar tecnologías de fabricación flexibles y
diseñar estructuras que faciliten la cooperación entre las
diferentes funciones. [4]
Existen diferentes tipos de estrategia, de marketing que
puede permitir un salto a la empresa si el producto es lanzado,
en tiempo y forma, o, si el mismo otorga beneficios a sus
clientes, o bien, menor costo.
Por otra parte, una estrategia de compras, sería conseguir
los chips o dispositivos a un menor costo en la compra en
cantidad. Se pueden suscitar varios ejemplos, pero en todas las
áreas el objetivo es alcanzar siempre la calidad superior, lo
cual provocará un aumento en los demás aspectos
(diferenciación, liderazgo, entre otros).
B. Estrategia de Negocios
La estrategia de negocios determina la forma en la que la
compañía competirá en el mercado y se posicionará frente a la
competencia. El proceso de definición de negocio implica
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decisiones sobre “las necesidades del cliente y como se van a
satisfacer las mismas”. Estas son decisiones que producen
ventaja competitiva.
Para elaborar una estrategia de negocios se deben realizar
estrategias competitivas. Entre ellas: Liderazgo en costos y
Diferenciación. [4]
El objetivo de ser líder en costos es superar a los
competidores en la producción de nuestro producto a un costo
inferior que ellos, además se generan barreras de entrada
imposibles de superar para los competidores.
La diferenciación logra que los clientes perciban un
producto como exclusivo permitiendo establecer un precio
más alto por el mismo. Se puede diferenciar por la calidad
(diferentes tipos de prótesis y de diferente material), la
innovación y la satisfacción del cliente (como se siente el
cliente con los beneficios que el producto le aporta a su vida
cotidiana). La diferenciación hace que el producto crezca y
que tenga el reconocimiento y la elección del cliente día a día,
aunque su precio aumente también.
La concentración del producto en el mercado está dirigida a
atender las necesidades de un grupo limitado de clientes y
atender un nicho de mercado particular, en este caso y por el
momento las prótesis son para una clase más pudiente, por lo
cual la compañía pretende para el futuro tener llegada a clases
medias y bajas.
III. MACROAMBIENTE
A. Ambiente Político y Legal
En la Republica Argentina las políticas de salud están
favoreciendo, promoviendo y regulando el desarrollo de
nuevas tecnologías médicas por parte del Ministerio de Salud
y el Ministerio de Economía de la Nación.
La Administración Nacional de Medicamentos, Alimentos
y Tecnología Médica (ANMAT) es un organismo
descentralizado de la Administración Pública Nacional, creado
mediante decreto 1490/92 y es el encargado del control y
fiscalización sobre la sanidad y la calidad de elementos de
diagnóstico, materiales y tecnologías biomédicos y todo
producto de uso y aplicación en la medicina humana.[2]
La Fundación Argentina de Nanotecnología (FAN) es una
entidad de derecho privado y sin fines de lucro, creada por el
Decreto 380/2005. Tiene como objetivo sentar las bases
necesarias para el fomento y promoción del desarrollo de la
infraestructura humana y técnica del país en el campo de la
nanotecnología y la microtecnología. Su responsabilidad
principal es fomentar la generación del valor agregado de la
producción nacional, para el consumo del mercado interno y
para la inserción de la industria local en los mercados
internacionales.[1][3]
B. Ambiente Económico
Resultado de la enorme crisis, causada por el desarrollo de
políticas neoliberales en América Latina en los ’90
(responsables de una ralentización de su crecimiento
económico, de un notable crecimiento de la pobreza y de un
aumento muy acentuado de las desigualdades sociales) hemos
visto el surgimiento de gobiernos de izquierda y centro-
izquierda, democráticamente elegidos, que están desarrollando
políticas distintas y, en muchas ocasiones, opuestas a las
seguidas por los gobiernos conservadores y liberales. Tales
políticas están afectando a los privilegios de las clases
dominantes en aquellos países, así como de los monopolios
corporativos afines a ellos. [8]
C. Ambiente Cultural y Medioambiente
Según la Organización Panamericana de la Salud (OPS), en
Latinoamérica existen aproximadamente 85.000.000 de
personas con discapacidades de distintos tipos, en los países
menos afectados supera el 6% de la población (Argentina,
Chile, Brasil), y en los más afectados, como Perú alcanza al
31% de la población. Entre las causas más importantes,
figuran los accidentes de tránsito y laborales, la falta de
prevención de la violencia, y hasta los conflictos armados.
Este flagelo impide la plena integración social, laboral y
educativa de quienes lo padecen. Además, en muchas ciudades
surgen barreras arquitectónicas que dificultan la movilidad y
accesibilidad. En los sistemas de salud, el personal
especializado en rehabilitación es escaso, esto determina que
la asistencia médica no sea idónea.
Surge además, la amplia brecha entre quienes pueden pagar
un Sistema de Salud privado, y quienes dependen de los
Hospitales Estatales saturados en capacidad, deteriorados por
falta de presupuesto y afectados por la inseguridad y violencia
reinantes en la sociedad Latinoamericana [1][11][12][13][14].
Un factor importante a mencionar, es la aparición de las
denominadas Aseguradoras de Riesgo de Trabajo (A.R.T.),
que son empresas que respaldan al empleador en caso de que
se produzca un siniestro, pagando una determinada suma de
dinero al trabajador damnificado (indemnización laboral). El
empleador debe pagar mensualmente una prima por el riesgo
que sus empleados corren en ocasión de su trabajo.
En el pasado, el empleador era responsable de todos los daños
que su dependiente sufriese en su horario laboral o durante el
trayecto desde su lugar de trabajo y su domicilio, así como
también, todos los gastos producidos a partir de esos daños.
Ahora, la empresa aseguradora se responsabiliza de todas estas
cuestiones (es decir, cubre todos los gastos y daños que el
trabajador hubiese sufrido).
D. Ambiente Tecnológico
El marco tecnológico contemporáneo presenta un estado
nunca antes vivido en la historia, ya que los avances e
innovaciones se presentan vertiginosamente en todas las áreas,
desde la generación de nuevos componentes sintéticos, las
mejoras en el uso de los minerales naturales, el avance
constante sobre las tecnologías sustentables y los logros de
equipos multidisciplinarios en
su implementación. Por
mencionar algunos productos surgidos en la última década,
encontramos al automóvil eléctrico con cero emisiones
contaminantes, maximizando año a año el uso del Litio como
portador de energía eléctrica, equipos robóticos como el Robot
Da Vinci, que lleva con precisión al arte de la Medicina a
lugares inaccesibles del cuerpo humano, entre otros. Quizás el
factor más influyente y facilitador que rige la actualidad
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tecnológica es el rápido acceso a la información gracias a la
evolución de las comunicaciones, donde prácticamente ya no
existen fronteras y es posible estar en contacto inmediato con
cualquier punto del planeta sin mayor esfuerzo, esto permite la
colaboración de especialistas de diferentes disciplinas en pos
de objetivos comunes [1][10].
IV. FODA
A. Fortalezas
La empresa posee una excelente imagen en los
consumidores debido a que se encuentra altamente
posicionada la cual le brinda la posibilidad de mantener la
calidad, en ciertos productos aumentar los precios y la
elección del cliente con la compañía es altamente fiel.
Liderazgo en el mercado es una de las virtudes que
caracterizan a la empresa, por poseer el 73% del mercado en la
venta de brazos robóticos.
Los desarrollos y avances tecnológicos producidos en el
campo de la medicina están creciendo exponencialmente en
los últimos años, lo cual hace redituable cualquier compañía
que abarque dichos ramos.
Se están utilizando a medida que pasan los años, mejores
productos que acortan las distancias entre las personas que
poseen dicha invalidez con las que no lo poseen debido a que
se van mejorando dispositivos cada vez más rápidos con el
aumento de capacidad de memoria y almacenamiento y
además mejores y cada vez mas reales brazos robóticos que
hasta hace pocos años no existían.
Se ha invertido alrededor de 30 millones de dólares en
importantes programas de Investigación y Desarrollo para
determinar las preocupaciones del paciente al momento de
realizar la operación y el crecimiento en las mejoras de los
productos tecnológicos que vendrán.
B. Debilidades
El producto solo permite ayudar a las personas que por
alguna causa han perdido una parte de su extremidad. No tiene
el acceso de llegar a aquellas personas que han nacido ya sin
el total de su extremidad debido a que desconocen su
movimiento o como generarlo.
Ante la escasez en el mercado de productos tecnológicos
médicos de este estilo, tanto el producto como la operación no
contemplan todas las clases sociales debido a su alto costo.
Tanto la operación, el producto y el chip no se encuentra
contemplado dentro de las operaciones permitidas y ofrecidas
por obras sociales. Además, no son muy amplios los
proveedores que proporcionan los accesorios y elementos que
componen los brazos debido tanto a la especialización como a
la complejidad; como así también los fabricantes de chips, por
lo cual no hay demasiada oportunidad de pelear por los costos.
Dicho producto no es comercializable en todos los países
debido a que deben estar regulados por la Ley de cada uno.
C. Oportunidades
Un mercado de pacientes con necesidades de obtener en
mayor medida el producto personalizado (realizado con
productos que aparentan piel real, entre otros casos).
Además, debido a la demanda que existe por no haber
demasiados productos de este estilo, se permitirá ampliar
dichos productos para que lleguen a mayor cantidad de países
latinoamericanos y asiáticos.
En la medida de lo posible reducir los costos del producto
debido al desembarco en nuevos países donde se podría
conseguir chips en cantidad de menor precio.
Se tiene como objetivo futuro poder incluir dichas
operaciones en los prepagas de cada país, según el contexto lo
permita.
La oportunidad de desarrollar productos alternativos para
varias todas las extremidades del cuerpo.
Ayudar al paciente en las sesiones que el mismo posea con
especialistas una vez colocado el brazo robótico genera una
gran oportunidad para establecer vínculos de confianza entre
médicos y pacientes.
D. Amenazas
El miedo del paciente a querer realizarse la operación,
debido a que según estudios recientes se ha determinado que
en un 40% de los casos, los mismos no se sienten a gusto o
bien, les lleva tiempo acostumbrarse a mostrarse con un brazo
robótico el resto de sus días ante el mundo que los rodea.
Cambios imprevistos en las leyes políticas y económicas de
la región con respecto a los servicios y alcances de los
tratamientos médicos.
Este tipo de operaciones en órganos vitales (como ser el
cerebro) mediante microcirugía podrían dificultar la
implementación en pacientes que no acepten este tipo de
tratamiento por cuestiones culturales o estéticos.
La competencia en el mercado, si bien no es abundante,
siempre está latente que pueden aparecer otras empresas del
rubro de tecnologías para la salud a imitar la solución o buscar
alternativas a la misma, como por ejemplo un menor costo.
V. PROPUESTA ESTRATÉGICA
En el campo de la salud se ha logrado desarrollar mejoras
en prótesis de extremidades superiores y en sus sistemas de
control y adaptación hasta lograr prótesis controladas por
impulsos musculares, y que le podrían permitir al usuario de la
misma manera poder realizar una vida más que digna. Si a
todo esto, se le suma la instalación de un chip en su cabeza
para controlar dichos impulsos, el mismo, podría traducirse
en sensaciones táctiles para permitirle poder sentir lo que, por
su
impedimento
físico
actualmente
no
puede.
Se utiliza el implante y el chip para controlar la fuerza de la
mano para agarrar un objeto, y como principal punto a
destacar la sensación de sentir dicho objeto a través de la
prótesis colocada. La implantación no da lugar a infecciones o
a cualquier pérdida perceptible de la sensación táctil o
movimiento a controlar.
En los países en vías de desarrollo, para el año 2030 se
espera que se produzca un fuerte incremento de la demanda de
este tipo de operaciones (junto con el chip), lo que conllevaría
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a una notable reducción de costos de la misma. Estos
pronósticos han llevado a la comunidad médica a desarrollar
cada vez mejores técnicas en dicha área y, lo que este trabajo
propone es una solución que utiliza tecnologías innovadoras
con el objetivo de que las mismas estén en un futuro cercano
al alcance de todas con la inclusión de las mismas en planes
médicos y hasta subvencionados en un gran porcentaje por el
Estado.
Para tener éxito en el desarrollo de un producto innovador
como el propuesto es de vital importancia una estrategia
funcional robusta y adecuada al mercado de la salud.
A. Eficiencia
Para reducir los costos generales, tanto en la compra de los
chips como en los materiales que componen las prótesis, se
realizarán compras al por mayor para obtener un descuento
mayor. Además, se utilizará un estándar de chips y la compra
de los mismos en el mercado asiático lo cual disminuye su
costo notablemente a comparación de Europa o América.
Se utilizarán novedosos materiales para las prótesis, los
cuales hacen que se vean más parecidas a la piel humana. Esta
es una cualidad que hace la diferencia frente a otros
competidores que continúan con productos o prótesis similares
pero menos “humanas” y más “robóticas”.
Un grupo de psicólogos acompañarán al paciente desde el
principio del tratamiento, lo cual brindará una diferencia
fundamental con la competencia al interiorizarse más en las
preocupaciones del paciente y los traumas posteriores que
podrían surgir al afrontar la vida con un artefacto, y
especialmente, al recuperar las libertades que la prótesis de
avanzada le ofrece.
B. Calidad
La calidad tanto en la operación, como en el chip y en las
prótesis (en cualquier tipo de material realizado, desde los
primeros, en los cuales el brazo no poseía recubrimiento
alguno hasta los más modernos, con recubrimiento de material
“tipo piel”) son de primera calidad, razón por la cual los
pacientes eligen este producto con confianza.[5]
C. Innovación
Se trata de un producto innovador ya que le permite al
paciente poder llevar una vida normal y digna, de la misma
manera que la puede realizar una persona sin ningún tipo de
invalidez.
El producto produce una interacción entre el chip y la
prótesis en forma constante por cada solicitud que el cerebro
realiza sobre el chip, éste lo traduce en movimientos para la
prótesis.
D. Capacidad de satisfacción del cliente
Se trata de un servicio para la gente que no posee parte de
alguna extremidad superior. El promedio de edad que utiliza
va entre 20 a 50 años de edad, aunque no existe un límite de
edad real establecido.
Dicho rango de edad posee una mayor predisposición tanto
a enfrentar la operación como a poder llevar una vida sin
complejidades y de la manera más normal posible, siempre y
cuando teniendo como parámetro dicha invalidez.
Este sector de la población comprende los avances en las
prótesis y en los modelos en la actualidad, los cuales los hacen
cada vez mas reales, por lo tanto serían un gran aliado a la
hora de la satisfacción frente a los productos competidores, o
bien la salida de uno nuevo al mercado.
Los clientes serán los que recomienden nuestros productos
y la comodidad y transparencia de ellos frente a la
cotidianeidad de su uso.
Será de suma importancia poder ingresar en los planes de
las medicinas prepagas como del sistema público de salud para
poder ampliar la edad de los pacientes, ya que son los más
ancianos aquellos, que aunque no parezca, más se resisten a la
utilización de estos productos.
VI. PROPUESTA TECNOLÓGICA
El avance en el diseño de las prótesis ha estado ligado
directamente con el avance en el manejo de los materiales
empleados por el hombre, así como el desarrollo tecnológico y
el entendimiento de la biomecánica del cuerpo humano.
Una prótesis es un elemento desarrollado con el fin de
mejorar o reemplazar una función, una parte o un miembro
completo del cuerpo humano afectado, por lo tanto, una
prótesis para el paciente y en particular para el amputado,
también colabora con el desarrollo psicológico del mismo,
creando una percepción de totalidad al recobrar movilidad y
aspecto.
La primera prótesis de miembro superior registrada data del
año 2000 a. C., fue encontrada en una momia egipcia; la
prótesis estaba sujeta al antebrazo por medio de un cartucho
adaptado al mismo.
Con el manejo del hierro, el hombre pudo construir manos
más resistentes y que pudieran ser empleadas para portar
objetos pesados, tal es el caso del general romano Marcus
Sergius, que durante la Segunda Guerra Púnica (218-202 a.
C.) fabricó una mano de hierro para él, con la cual portaba su
espada, ésta es la primera mano de hierro registrada.
En la búsqueda de mejoras en el año de 1400 de nuestra era
se fabricó la mano de alt-Ruppin construida también en hierro,
constaba de un pulgar rígido en oposición y dedos flexibles,
los cuales eran flexionados pasivamente, éstos se podían fijar
mediante un mecanismo de trinquete y además tenía una
muñeca movible.
No es sino hasta el siglo XVI, que el diseño del mecanismo
de las prótesis de miembro superior se ve mejorado
considerablemente, gracias al médico
militar francés Ambroise Paré, quien
desarrolló el primer brazo artificial móvil al
nivel de codo (los dedos podían abrirse o
cerrarse presionando o traccionando,
además de que constaba de una palanca, por
medio de la cual, el brazo podía realizar la
flexión o extensión a nivel de codo).
En el siglo XIX se emplean el cuero, los polímeros
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naturales y la madera en la
fabricación de prótesis; los
resortes contribuyen también al
desarrollo
de
nuevos
mecanismos para la fabricación
de elementos de transmisión de
la fuerza, para la sujeción, entre
las innovaciones más importantes al diseño de las prótesis de
miembro superior, se encuentra la del alemán Peter Beil. Más
tarde, el Conde Beafort da a conocer un brazo con flexión del
codo activado al presionar una palanca contra el tórax,
aprovechando también el hombro contra lateral como fuente
de energía para los movimientos activos del codo y la mano.
La mano constaba de un pulgar móvil utilizando un gancho
dividido sagitalmente, parecido a los actuales ganchos Hook.
[1][16]
Numerosos han sido los inventos y descubrimientos que se
han producido en el último siglo y medio y que han permitido
sentar las bases de la actual ciencia médica.
Estos avances para muchos han pasado desapercibidos
debido al ritmo tan acelerado que le ha dado la tecnología.
Hoy en día hasta las intervenciones quirúrgicas resultan menos
traumáticas gracias a la presencia de la tecnología en el
ejercicio de la medicina.
Los avances de la tecnología en la salud, no solamente
ayudan a sanar sino también para prevenir enfermedades.
Además, gracias a la tecnología se han logrado notables
avances en la práctica de la medicina, por lo que se prevé un
cambio radical de la ciencia médica en el futuro. Entre los más
importantes están la Tomografía Computada, el Robot Da
Vinci, la Resonancia Magnética, la Clonación y la aparición
de los Exoesqueletos Mecánicos (han comenzado a ser usados
con propósitos médicos e industriales, saltando del terreno de
la ciencia-ficción, pero aún se encuentran en estado de
prototipo. No obstante, el gobierno de los EEUU ha financiado
con 50 millones de dólares un proyecto para integrar
exoesqueletos mecánicos a unidades de Marines, con
propósito de aumentar su rendimiento).[1]
Robot Da Vinci
Exoesqueleto militar
A. Alcance funcional del Producto
El producto analizado apunta directamente a mejorar la
calidad de vida de quienes padecen la falta de alguno de sus
miembros superiores al facilitar la ejecución de las tareas
cotidianas; siendo requerido el codo con buena capacidad
motora para el aprovechamiento ideal del producto.
A través de la implementación de tecnologías de la
robótica, los materiales y el uso de software de avanzada, se
buscará dar al paciente una respuesta motora de las mismas
características que una muñeca, mano y dedos sanos otorgan.
Por medio de sensores en las terminaciones nerviosas del
brazo portador, el paciente podrá controlar con la mente las
distintas partes de la prótesis. Sumando también el beneficio
de una respuesta háptica al paciente a través de un chip
controlador de electrodos implantados en la corteza cerebral
para recuperar en gran parte el sentido del tacto de la mano.
De esta manera, el paciente podrá disfrutar no sólo de la
libertad motriz que goza cualquier persona sana, sino también
utilizar la información sensorial para maximizar su
experiencia. [1][15][17][18]
B. Tipos de Materiales y Tecnologías empleadas
Los materiales empleados deberán proveer robustez y
firmeza al tiempo de mantener el peso del producto terminado
por debajo de los 2,5kg en la primera versión. Para esto, se
estudiaron diversos productos en el mercado y sus licencias, y
se eligieron los que proveían la mejor relación entre calidad,
peso específico y precio.
La estructura de la prótesis robótica estará compuesta por
una aleación innovadora principalmente compuesta de
Aluminio (Al) y Titanio (Ti), resultando en un metal liviano y
muy resistente. Las partes móviles alternarán entre fibra de
vidrio y polímeros de diversa resistencia de acuerdo a la
demanda de cada componente.
Los sensores de tacto empleados serán una evolución de las
actuales pantallas táctiles capacitivas, y se comunicarán con el
chip implantado a través de una señal de radio similar al
bluetooth. Siendo la Argentina uno de los principales
productores mundiales de Litio, se apuntará a obtener
beneficios impositivos por la investigación y utilización del
mismo en baterías que provean hasta 12 horas de autonomía.
Por otro lado, los sensores de las terminaciones nerviosas
del brazo portador registrarán los impulsos eléctricos gracias a
la respuesta galvánica, también llamada conductancia, de la
piel, medidos en microVolts (μV). Utilizando una potente
unidad de procesamiento, se correlacionarán dichos datos con
movimientos de la muñeca y dedos.
El nanochip (chip) controlador de los electrodos cerebrales
será desarrollado en conjunto con Universidades de la región a
través de un atractivo programa de becas, logrando así un
importante abaratamiento en los costos de
licencias. El tamaño final al que se apunta no
deberá exceder 0,7 cm2, es decir,
aproximadamente unos tres granos de arroz,
entre procesador, batería y radio. La primera
versión del mismo debe certificar una vida útil de 5 años,
proyectando alcanzar los 10 años en versiones posteriores.
Los sensores eléctricos, la unidad de procesamiento, el
motor de la muñeca y la batería estarán ubicados en el
empuñado de la prótesis, utilizando todo el largo del antebrazo
del paciente. En tanto, los pequeños motores de movimiento
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de los dedos estarán emplazados en la palma de la prótesis.[1]
C. Tratamiento prequirúrgico
Siendo la intervención quirúrgica de alta complejidad y con
la finalidad de recuperar el sentido del tacto, el plan de
tratamiento hará que el paciente comience a familiarizarse con
la prótesis y su funcionamiento antes de la misma.
De esta manera, el paciente utilizará la prótesis en el
laboratorio provisto, y entrenará los movimientos controlados
con la mente utilizando el software preparado para ese fin.
Instalado en una notebook asignada al paciente, dicho
aplicativo permite asociar de manera personalizada impulsos
con movimientos, a través de una interfaz gráfica amigable
que guía al paciente a través de una variedad de ejercicios que
le permitirán ir descubriendo gradualmente el potencial de la
prótesis robótica. La misma contará con un puerto USB para
conectarla a la PC a fin de descargar información de uso (logs)
y otros datos relevantes para el equipo multidisciplinario que
guiará el proceso. De esta manera, se irán haciendo
correcciones especiales para cada paciente y logrando una
rápida y eficiente adaptación a la prótesis.
D. Intervención quirúrgica
La implantación del chip en la corteza cerebral será el paso
más complejo y atemorizante que el paciente deberá afrontar.
Es por esto que se le brindará acompañamiento terapéutico
durante todo el proceso, ya sea tanto para mitigar los miedos
lógicos de la cirugía, como para tratar cualquier inconveniente
emocional o cognitivo que surja.
La intervención constará en la
ubicación de electrodos del grosor
de un pelo conectados a la
circunvolución central posterior
del
cerebro,
actuando
independientemente uno de otro
sobre las regiones somatosensoras del hemisferio opuesto al
brazo portador de la prótesis, para transferir la información
sensorial de la muñeca y los cinco dedos robóticos. La
conexión de los electrodos con el chip ubicado bajo la piel
detrás de la oreja utilizará hilos conductores ultra-delgados de
última generación.[1][10][18]
E. Tratamiento postquirúrgico
Después de la Cirugía
El paciente pasará a la unidad de cuidados intensivos donde
será vigilado por un equipo de enfermeros e intensivistas que
asegurarán la recuperación de la anestesia y las horas
importantes inmediatas a la cirugía.
Se controlarán los signos vitales en todo momento debido a
la delicadeza de la zona del implante cerebral. También, se le
administrará al paciente medicación profiláctica y analgésica,
para combatir el dolor y evitar infecciones. A juicio de los
Médicos intensivistas y cuando se haya establecido la
recuperación inicial de la cirugía, será trasladado a terapia
intermedia para observación.
Evolución y Seguimiento
Los enfermeros administrarán la medicación analgésica
pautada y procederán a la revisión del implante cada 3 horas.
Pasadas las 48 horas desde la intervención, se comienzan a
realizar controles radiológicos para confirmar el buen estado,
la colocación en forma adecuada y la respuesta de la prótesis a
los estímulos enviados por el chip.
El brazo debe realizar frecuentes ejercicios de muñeca y
mano para permitir que el paciente pueda acostumbrarse a su
utilización.
Aproximadamente a los 3 ó 4 días, o cuando el Cirujano lo
decida, el paciente será dado de alta y podrá continuar la
rehabilitación de forma ambulatoria. Se le indicará el
tratamiento que debe continuar en su domicilio que está
diseñado para evitar que se presente alguna complicación.
Igualmente se establecerá una visita semanal para observar
la evolución del paciente ante la utilización de la prótesis
Si bien, algunos pacientes necesitan de ayuda psicológica
en los primeros 6 meses, éste no es la media. Se le prescribirá
un tratamiento de dificultad gradual para trabajar con
fisioterapeutas a fin de lograr el mayor potencial de
movimiento del brazo.
En la mayor parte de los casos, esta cirugía consigue un
resultado excelente que le permitirá no tener dolor, no poseer
sobresaltos y llevar una vida normal (liberarse del
impedimento físico y social previo, y volver a recuperar sus
actividades normales, dependiendo de su edad y del estado de
otras articulaciones).
Inicialmente las actividades del paciente no deben incluir
deporte o añadir una excesiva carga sobre su nueva prótesis,
durante los primeros 12 meses.[5]
F. Software utilizado
En la unidad de procesamiento de la prótesis robótica se
implementará un kernel Linux bajo licencia GNU, logrando
importantísimos ahorros en licencias. Aprovechando los
beneficios de dicho kernel, se desarrollarán controladores del
hardware empleado en varios lenguajes de programación,
siendo los principales C++, Python y Perl, elegidos por la
robustez que otorgan.
Dado el alto grado de criticidad que conlleva el chip
controlador de los electrodos en la corteza cerebral, se
utilizará únicamente Assembler para codificar las
instrucciones del mismo. Éstas serán desarrolladas y probadas
en conjunto con las Universidades asociadas para asegurar un
altísimo nivel de calidad, certificando al menos una
disponibilidad de servicio de “seis nueves”, es decir,
99,9999% del tiempo de vida del chip.
G. Aspecto social y avance tecnológico en el campo de la
Salud
En cuanto a lo que respecta al paciente, tras lograr el pleno
uso de la prótesis y controlar los beneficios del implante;
puede llevar el estilo de vida de una persona normal sin
ningún tipo de restricción.
7
Se ha relevado que la mayoría de los pacientes,
aproximadamente el 69% de los que ha sido intervenido en un
tiempo menor a 18 meses post cirugía pueden llegar a realizar
todo tipo de deportes, trabajar o manejar. No se recomienda un
tiempo anterior a éste debido al proceso de adaptación que
lleva consigo tanto en la parte externa del paciente como la
interna (tratamiento psicológico).
La perspectiva de vida irá en crecimiento gracias a que los
pacientes no notarán diferencia alguna con otras personas, si
bien siguen siendo “inválidos”, en la vida misma esa
diferencia será casi nula, por lo que habrá disminuido la
cantidad de personas que tanto en estas intervenciones como
en otras un poco más complejas, pueden salir adelante sin
necesidad de sentirse una molestia para sus familiares o
mismo la sociedad misma. Además, dicha perspectiva de vida
fue aumentando con los avances también de las
Nanotecnologías y de las Tecnologías de la Información en el
campo de la Salud y la Medicina.
De la mano de la nanotecnología nos adentramos en la era
del diagnóstico médico a nivel molecular, que hace posible
identificar enfermedades genéticas, infecciosas o incluso
pequeñas alteraciones de proteínas de forma precoz.
Uno de los grandes avances en esta disciplina es la creación
de biochips, que permiten la obtención de grandes cantidades
de información trabajando a una escala muy pequeña. Con los
biochips a nanoescala es posible conseguir en poco tiempo
abundante información genética, tanto del individuo como del
agente patógeno, que permitirá elaborar vacunas, medir las
resistencias de las cepas de la tuberculosis a los antibióticos o
identificar las mutaciones que experimentan algunos genes y
que desempeñan un papel destacado en ciertas enfermedades
tumorales.
Un ejemplo de estos avances está en la lucha contra el
cáncer o en la administración de medicamentos, Sistemas de
liberación de fármacos, entre otros. Hay diversos desarrollos
en la nanotecnología que pueden ayudar a mejorar la salud en
los países en desarrollo.
VII. PERSPECTIVAS FUTURAS
Para los pacientes, el uso de las prótesis junto con el chip
va a representar una mejora notable en la calidad de vida, por
estar constantemente interactuando con sus pares de igual a
igual, sin sentirse diferentes o rechazados por la sociedad.
En un futuro, se permitirá guardar cierta cantidad de
información en los chips, esto brindará a los médicos los datos
necesarios que puede experimentar el paciente en ciertos
momentos cuando interactúa en sociedad con otras personas, o
bien puede servir para obtener información de causas de
accidentes o bien, prevenir los mismos.
Se tendrá la posibilidad, también, de reemplazar el chip
implantado por ondas cerebrales que permitirán al paciente
mover ciertos objetos sin la ayuda del brazo robótico colocado
(interfaces encefalográficas).
En lo que respeta a los hospitales públicos, se podrán
realizar dichas intervenciones en cualquiera de ellos.
Además se podrá controlar, por cierta cantidad de tiempo al
paciente, de forma remota sin necesidad de ejercer un gasto en
“psicólogos post operación” a aquellas personas que han
recuperado su confianza y se encuentran realizando una vida
normal.
Se podrán realizar los implantes y las operaciones por
ondas cerebrales no solamente en las extremidades superiores
sino también a cualquier parte del cuerpo que se encuentre
inválida o bien que no se encuentre completa. Adicionalmente,
a futuro, se podrán realizar intervenciones a pacientes que
hayan nacido con dicha invalidez.
Con estos avances tecnológicos, disminuiría la brecha que
existe actualmente en algunos países entre personas que
poseen los medios económicos para solventar el gasto de la
operación y quienes no, de más está decir que aumentaría la
esperanza en aquellas personas que hoy en día no la tienen por
sentirse diferentes.
Se impondrá como política nacional, que en cada barrio
exista un hospital que realice dichas intervenciones y que las
mismas puedan llegar a ser solventadas por cada Estado.
Internacionalmente, en los países que poseen mayor
cantidad de enfrentamientos bélicos, se dispondrán de ciertas
tiendas hospitalarias que llegado el caso que los soldados
requieran la amputación y colocación en el acto de la/s
prótesis (ya sean parciales o completas) que se necesiten, se
podrán realizar en el acto, algo que hoy parece imposible pero
que en algunos años se convertiría en realidad.
En tanto, en la ciencia de la Nanotecnología se están
desarrollando proyectos de gran envergadura, tales como los
Sistemas de nanolitros (conocidos como 'el laboratorio en un
chip'), dispositivos que automatizan un proceso biológico
usando fluidos a escala de nanolitros; los Puntos cuánticos,
semiconductores de tamaño nano que se pueden usar como
biosensores para encontrar enfermedades[6]. Como son
fluorescentes es posible usarlos para marcar las células
enfermas; las Nanopartículas magnéticas, usadas como
nanosensores; las Matrices nanosensoras, rejillas de nanotubos
de carbono; la Conjugación de Dendrímeros y Anticuerpos,
nanomoléculas ramificadas con anticuerpos en sus terminales
para diagnosticar VIH y cáncer; los Nanotubos de carbono y
cables más planos y delgados llamados nanocintas o
nanocables (a menudo hechos de oro) usados como
nanosensores para el diagnóstico de enfermedades debido a
que se adhieren a los biomarcadores que indican cáncer, como
las mutaciones de ARN [6]. También, las Nanopartículas
como potenciadoras de imágenes médicas, la proyección de
imágenes médicas se basa en la búsqueda de contrastes en la
forma en que la luz se dispersa en los tejidos sanos comparada
con los tejidos enfermos. Mientras haya más contraste, mejor
será el diagnóstico [6]. Las nanopartículas son capaces de
brindar a las técnicas de imágenes médicas una resolución más
nítida, haciendo más fácil la identificación de la enfermedad.
Las ciencias de la salud, y la medicina en particular, son los
campos del saber más evolucionados y beneficiados por el uso
de las modernas tecnologías de la información, al tiempo que
registran un crecimiento exponencial tanto en el número de
usuarios, como en el de instituciones, lo que permiten un
mejor nivel de vida.
El campo biomédico es uno de los ejemplos más
8
ilustrativos de cómo el progreso científico tuvo y tiene lugar
hoy en día, y que se materializa en avances de transcendencia
social. De hecho el progreso en las metodologías de estudio de
los seres vivos y los avances en la manipulación genética han
hecho posible la comprensión de numerosos problemas, así
como el planteamiento de soluciones útiles para la salud
humana.
Los temas principales en los cuales se basan los científicos,
incluyen, además de la descripción de mejoras tecnológicas
debidas en gran parte a la aplicación de la informática, la
discusión sobre los aspectos éticos y los beneficios que se
derivarán de esta transformación.
Un ejemplo del gran nivel de uso y desarrollo que han
alcanzado las aplicaciones tecnológicas en el campo de las
ciencias de la salud, es la telemedicina, concepto que puede
definirse como la utilización de señales electrónicas para
transferir y/o intercambiar información médica de un lugar a
otro, en forma remota y en tiempo real.
A continuación se mencionan algunas de las aplicaciones
clasificándolas de acuerdo a su orientación fundamental y el
tipo de tecnología asociada: Diagnóstico Por Imagen (Teleradiología,
tele-dermatología,
tele-oftalmología,
telepatología, tele-citología, tele-endoscopía), Telemetría (telecardiología,
tele-oftalmología,
tele-neurología,
teleemergencia), Telerobótica (tele-cirugía, tele-endoscopía,
endoscopía virtual), Control de Enfermedades (tele-oncología,
tele-emergencia,
tele-ortopedia,
tele-pediatría,
telepsiquiatría), Ingeniería Médica (Tele-Bioingeniería, TeleIngeniería Clínica), Docencia (Tele-supervisión, tele-soporte
domiciliario,
tele-rehabilitación),
y
Gestión
(Teleepidemiología, tele-salud pública, tele-radio seguridad, telebioseguridad).
-[1] Wikipedia, es.wikipedia.org y en.wikipedia.org
-[2] ANMAT, www.anmat.gov.ar
-[3] Fundación Argentina de Nanotecnología, www.fan.org.ar
-[4] Administración estratégica un enfoque integrado, Hill,
Charles – Jones, Gareth.
-[5] TouchBionics, www.touchbionics.com
-[6] Nanotecnología para la salud: hechos y cifras,
http://www.scidev.net/es/features/nanotecnolog-a-para-lasalud-hechos-y-cifras.html
-[7] Robot, maquina industrial,
www.inventosmodernos.cl/robot.htm
-[8] Los gobiernos de izquierda latinoamericanos y los medios
de información, Vincenç Navarro, 2010,
www.vnavarro.org/?p=3814
-[9] Instituto Técnico Ortopédico, www.ortopedia-online.com
-[10] The application of Implant Technology for Cybernetic
Systems, Hassan M. Fathallah - Shaykh
-[11] La discapacidad en América Latina, Vásquez, Armando
-[12] Estadísticas Sanitarias Mundiales 2011, Organización
Mundial de la Salud
-[13] Argentina: Perfil sanitario del país, Organización
Mundial de la Salud
-[14] Brasil: Perfil sanitario del país, Organización Mundial
de la Salud
-[15] LifeHand Project, Universita’ Campus Bio-Medico di
Roma, http://www.unicampus.it/lifehand/a-challenge-lifehand
-[16] Reseña histórica de las prótesis:
http://www.revista.unam.mx/vol.6/num1/art01/art01-1a.htm
-[17] SmartHand Project, Lund University,
http://www.elmat.lth.se/~smarthand/index.html
-[18] Braingate: http://www.braingate2.org/
VIII. CONCLUSIÓN
X. BIOGRAFÍA DE LOS AUTORES
Como resultado de una extensa investigación, a través de
bibliografía y sitios especializados en salud, robótica y
medicina, se ha logrado concebir un producto potencialmente
viable, que responderá a una necesidad básica de la población
Latinoamericana dados los altísimos niveles de discapacidad
registrados, a un valor acorde al mercado y de acceso masivo.
El producto también funcionará como puntapié de otras
iniciativas en la misma dirección, tanto en la reutilización de
las tecnologías desarrolladas como en los acuerdos propuestos
con Universidades de la región a través del sistema de becas.
Será de vital importancia el desarrollo del “know-how” en el
ámbito científico-profesional local, ya que de esta manera se
fortalecerán las industrias involucradas y proveerán mayor
competitividad frente a gigantes tecnológicos de otras partes
del mundo, lo que resultará en la atracción de nuevas
inversiones y mejores fuentes de trabajo.
Finalmente, con este producto se apunta a mejorar la
calidad de vida del paciente como individuo, devolviéndole la
libertad en su movilidad y desenvolvimiento cotidianos,
haciendo que su experiencia de vida sea más completa gracias
a los beneficios aportados por el producto.
IX. BIBLIOGRAFÍA
Roberto Carlos Mazzieri, nació el 30 de
Agosto de 1983, es Analista Funcional & Qa
Senior, además de Analista de Sistemas. Se
inició en sistemas en el año 2007 como
desarrollador en sistemas bancarios con
Sistemas Tandem y Base 24. Luego se avocó
más al área funcional y avocado al cliente
realizando relevos en el negoció hasta la
implementación de los Sistemas. Desde el
año 2008 trabaja con diferentes tecnologías y
bases de datos SQL para el correcto testeo de
aplicaciones y servicios Web. El desarrollo
de este paper forma parte del trabajo final de
grado requerido para obtener el título de
Licenciado en Informática.
Emanuel Cisterna, nació en Comodoro
Rivadavia, Argentina, el 17 de Junio de
1983.
Actualmente
se
desempeña
profesionalmente como Analista de Procesos
e Integración de Datos en una importante
petrolera multinacional. En el pasado,
participó en proyectos como Desarrollador
9
de Bases de Datos e implementaciones de
Data Warehouse para multinacionales de
telecomunicaciones. El desarrollo de este
paper forma parte de los requisitos
académicos finales de la carrera Licenciatura
en Informática.
XI. AGRADECIMIENTOS
Primeramente, a nuestras queridas familias que con amor
nos han acompañado y sostenido durante estos años de
estudio.
A nuestros profesores que han sabido tener la paciencia de
guiarnos a lo largo de toda la carrera, y en especial a nuestro
Tutor de Trabajo Final de Grado, quien ha sabido
aconsejarnos y corregirnos en la elaboración del presente
paper.
A todos, ¡muchas gracias!
XII. ANEXOS
1.
2.
3.
4.
5.
Entrenador mioeléctrico de prótesis
Folletería TouchBionics
Artículos e Imágenes Proyecto Braingate
Artículos Projecto SmartHand
Informes Sanitarios de la Organización Mundial de la
Salud
6. Artículo de la Organización Panamericana de la Salud:
Discapacidad en América Latina
7. Imágenes referenciales de la circunvolución central
posterior y las regiones somatosensoras del cerebro.