Análisis de líneas anatómicas de mínima deformación utilizando correlación digital de imágenes y tecnologías de escaneado 3D como criterio biomecánico para el diseño de dispositivos de rehabilitación fabricados mediante impresión 3D

Abstract

El desarrollo de tecnología "wearable" o "vestible" es, a día de hoy, un campo de investigación extenso, donde la usabilidad y el confort son aspectos clave en el desarrollo de esta tecnología, debido a que es el cuerpo humano el que porta estos sistemas. Es por ello que el comportamiento de la piel durante el movimiento cotidiano de cada persona, debe ser fuente de inspiración para diseñar dispositivos cómodos y seguros. En el ámbito ortoprotésico, no existe aún una transferencia y aplicación de estos conceptos al diseño de órtesis. Actualmente, solo se tiene en cuenta la anatomía del sujeto sin considerar el comportamiento del sistema músculo-esquelético. Por lo tanto, para un diseño óptimo, se debe conocer la distribución de las deformaciones que se producen en la piel como consecuencia del movimiento articular y del tejido blando. Esta tesis doctoral presenta, por un lado, el desarrollo de una metodología para medir la deformación de la piel utilizando principios de correlación digital de imágenes, y por otro, un nuevo enfoque de diseño basado en el concepto de líneas anatómicas de mínima deformación, como criterio de diseño biomecánico. Los resultados obtenidos han permitido implementar una nueva metodología para el diseño de dispositivos de rehabilitación con geometrías complejas y personalizadas al movimiento, y además aplicar la impresión 3D como método de fabricación alternativo de estos dispositivos. Este nuevo enfoque junto con la metodología desarrollada, supone una nueva herramienta para el diseño de dispositivos de rehabilitación y la ergonomía de productos.

Nowadays, the development of wearable technology is an extensive research field, where the usability and comfort play a key role in the development of these devices, as the human body is the carrier of such technology. Therefore, the human skin behaviour must be a source of inspiration for the safety design of wearable devices. From the perspective of the orthotic field, there is no application of the aforementioned concepts in the design of orthoses. So far, the design of orthoses has only focused on the anatomy of the patient without considering the behaviour of the musculoskeletal system. In this sense, to perform an optimal design of these devices, an improved understanding of the skin strain field of the body segment during human motion is necessary, as such devices are in permanent contact with the human skin during treatment. This thesis is aimed at presenting, on the one hand, the development of a methodology to measure the human skin strain field using principles of stereo digital image correlation and, on the other hand, a novel approach to improve and optimize the design of orthoses based on the use of anatomical lines of minimal deformation as a biomechanical criteria. The obtained results have led to the implementation of a new methodology for the design of rehabilitation devices with complex geometries and adapted to the movement of each patient. This new approach represents a new tool for the design of rehabilitation devices and ergonomic products.