Línea de carga

La línea de carga es a través de la cual la fuerza de carga equivalente actúa sobre el cojinete de carga de la prótesis, rara vez, actúa a través de la línea directa que une la articulación de la cadera con el tobillo, en general actúa desde un solo punto en el nivel del socket hacia un centro de presión sobre la planta del pie.

I.P.N SEPI E.S.I.M.E UNIDAD ZACATENCO

127 Si la línea de carga es anterior a la rodilla, esta tiende a ser estable, si esta es posterior al centro de rotación del talón el sujeto debe dar un gran torque sobre la rodilla con los músculos de la cadera para estabilizarlos. Para que la rodilla se flexione mientras el cojinete soporta el peso en el despegue del pie, la línea de carga debe ser recorrida a una posición donde esta pase posterior al centro de la rodilla(Wilkenfeld, 2000). Si la línea de carga se presenta en el pre-movimiento de pivoteo delante del eje de la rodilla, se genera un esfuerzo de torsión extenso que hace el movimiento más difícil. La Figura 5.4 muestra las fuerzas equivalentes y momentos que actúan en el pie y alrededor de la articulación de la cadera en un amputado transfemoral típico. Los diagramas tanto al contacto como al despegue del suelo se superponen en el esquema central (Radcliffe, 1977). Es de notar que las líneas de reacción del piso no pasan por el centro de la articulación de la cadera al contacto del talón con el piso o al elevarse el pie. Al golpear el talón el suelo la línea de carga debe pasar por atrás del centro de la rodilla para hacerla estable, la estabilidad es controlada al aplicar un pequeño momento con los músculos de la cadera. El mismo principio aplica para el sistema de fuerzas en la elevación del pie.

I.P.N SEPI E.S.I.M.E UNIDAD ZACATENCO

128 5.4 Mecanismo policéntrico de 4 barras

Mecanismos de 4 eslabones han sido aplicados para desarrollar prótesis transfemorales que pueden dar el efecto de rotación de la rodilla que solo permite caminar. Para cubrir la trayectoria del movimiento de la rodilla, se toman como base los trabajos de (Radcliffe, 1977, Enríquez Torres, 2007) sobre un mecanismo policéntrico de 4 barras como los mostrados en las Figuras 5.5 y 5.6. Para la descripción cinemática de la rodilla en el plano sagital se utiliza regularmente el modelo de mecanismo de cuatro barras. La curva que describe la trayectoria del centro instantáneo de rotación se conoce como poloide. Esto es muy utilizado en el diseño de sustituciones de rodilla. Para prótesis transfemorales que incluyen un mecanismo de rodilla de cuatro barras, el centro instantáneo en cualquier posición de la rodilla en extensión puede ser localizado en la intersección de las prolongaciones de las líneas de los enlaces anterior y posterior los cuales conectan la sección del socket a la sección de la pierna en la prótesis. Como se incrementa el ángulo de flexión de la rodilla el centro instantáneo toma una serie de posiciones que típicamente trazan una trayectoria con la extensión de la pierna la cual avanza hacia adelante y hacia abajo hacia el centro anatómico de la rodilla.

I.P.N SEPI E.S.I.M.E UNIDAD ZACATENCO

129 Fig. 5.5 Trayectoria del CIR de una rodilla Fig. 5.6 Trayectoria del CIR de una prótesis de

policéntrica d e4 barras (Radcliffe, 1994) control voluntario para una rodilla de 4 barras (Radcliffe, 1994)

De este arreglo de eslabones existen 3 configuraciones importantes:

a) Mecanismo de cuatro barras cuasi estable: Un centro instantáneo elevado y hacia atrás

incrementara la estabilidad de la rodilla. Para un mecanismo de cuatro barras con un centro instantáneo elevado, que ha estado en el mercado por ya largo tiempo y que regularmente está conformado por un enlace anterior largo y un enlace posterior corto, se obtiene una buena estabilidad cuando el talón golpea el suelo, esto es de gran utilidad para personas con una disminuida capacidad funcional en la cadera. El centro instantáneo en la extensión completa de la pierna, se encuentra posterior a la línea de carga cuando el talón tiene el primer contacto, lo que provoca que la rodilla sea forzada a mantenerse en extensión y cinematicamente bloqueada, con esto no es necesario ejercer torque en la cadera para mantener esta posición (Radcliffe, 1994).

I.P.N SEPI E.S.I.M.E UNIDAD ZACATENCO

130 Figura 5.7 Diagrama de estabilidad para un mecanismo de 4 barras con CIR elevado (Radcliffe, 1994)

b) Mecanismo de cuatro barras hiper-estabilizado: El termino hiper-estabilizado se requiere a

una muy positiva alineación de estabilidad, el centro instantáneo en la extensión total se localiza atrás de la línea de carga, con lo que no se requiere un torque en la cadera para lograr la estabilidad, en relación con el arreglo anterior este centro instantáneo se encuentra más abajo atrás de la línea que une la cadera con el talón (Radcliffe, 1994).

Figura 5.8 Diagrama de estabilidad de un cuadrilátero articulado hiper-estabilizado (Radcliffe, 1994)

c) Mecanismo de cuatro barras de control voluntario: El mecanismo de cuatro barras para el

control voluntario presenta un centro instantáneo que cae dentro de la zona de estabilidad tanto en el momento del golpe del talón y el despegue del pie. En este caso la elevación inicial del centro instantáneo no es tan alta como en el primer caso, además de que la

I.P.N SEPI E.S.I.M.E UNIDAD ZACATENCO

131 trayectoria no corre rápidamente hacia abajo y permanece cerca de su elevación inicial y dentro de la zona estable para los primeros cinco grados de flexión de la rodilla. Con esto se da la habilidad al paciente de controlar voluntariamente la estabilidad de la pierna no solo al contacto del talón con el suelo y al despegue del pie, sino también aun dentro de un rango limitado en la flexión de la rodilla (Radcliffe, 1994). Figura 4.3.

Figura 5.9 Diagrama de estabilidad de prótesis control voluntario (Radcliffe, 1994)

Por las descripciones realizadas a cada configuración se tomo el mecanismo de control voluntario, ya que el paciente tiene el total control de la prótesis, basándose en esta característica, se realiza el análisis y la síntesis con los algoritmos genéticos.

5.4.1 Síntesis de mecanismos policéntricos para prótesis de 4 barras de control voluntario.