Apoyan rehabilitación con sistema robótico y realidad virtual

• Las alumnas Carmen Ivonne Arreola Castillo y Mariana Elizalde Cano elaboraron su proyecto Desarrollo de un sistema robótico de rehabilitación de miembro superior mediante la combinación de un robot colaborativo y gamificación, para graduarse de Ingeniería Biomédica de la Universidad de Monterrey 

En busca de facilitar la recuperación de la movilidad de uno o ambos brazos de personas con un accidente cerebrovascular, dos alumnas de la Universidad de Monterrey desarrollaron un sistema robótico de rehabilitación, al construir una herramienta terminal mediante impresión en 3D y el empleo de realidad virtual. 

El equipo estudiantil se enfocó en proponer una herramienta lúdica y atractiva para los pacientes, por lo que, adicional al implemento robótico, desarrolló una interfaz serious-game para apoyar los ejercicios de rehabilitación de miembro superior, basada en realidad virtual. 

Las alumnas Carmen Ivonne Arreola Castillo y Mariana Elizalde Cano elaboraron su proyecto Desarrollo de un sistema robótico de rehabilitación de miembro superior mediante la combinación de un robot colaborativo y gamificación, para graduarse de Ingeniería Biomédica de la UDEM, en el semestre de Primavera 2022. 

En el trabajo académico, asesorado por Irma Nayeli Angulo Sherman, profesora de la Escuela de Ciencias Aliadas de la Salud de la UDEM, se advierte la necesidad de mantener la motivación durante la rehabilitación tras sufrir un accidente cerebrovascular. 

Desde un principio, supimos que teníamos que tener ese enfoque: buscamos que el sistema de rehabilitación fuera llamativo para el paciente y que no fuera tedioso ni aburrido para motivarlo a hacer su terapia”, relató Carmen. 

Según el estudio, las secuelas o cambios en los sobrevivientes de un accidente cerebrovascular pueden ser físicos (debilidad o parálisis de un lado del cuerpo, fatiga, convulsiones, incontinencia, dolor), de comunicación (problemas del habla), cognitivos (problemas en la memoria o problemas con los números) o cambios en la personalidad (depresión, ansiedad o inestabilidad afectiva). 

“El ACV tiene diferentes consecuencias y, usualmente, afecta un solo lado del cuerpo, es lo más típico, aunque hay casos en que afecta ambos lados”, estableció Carmen. 

En España, se presentaron 116,017 casos de ACV en el año 2011, mientras que, en México, para el año 2018 había más de 170 mil casos al año, siendo la cuarta causa de muerte, según reportes de la Secretaría de Salud a nivel federal.  

HERRAMIENTAS PARA LA REHABILITACIÓN 

El proyecto de Mariana y Carmen fue desarrollado con apoyo de la Universidad de Alicante, quienes diseñaron especialmente para las alumnas el protocolo de esta investigación, debido a la experiencia de esa institución con robots colaborativos y la elaboración de órtesis (dispositivos o soportes para brindar asistencia al sistema neuromusculoesquelético). 

“Realmente, ellos nos crearon el proyecto para nosotras, pero no tenían trabajos con juegos de realidad virtual, que fue lo que nosotras hicimos; para ellos, fue su primer proyecto en ese sentido”, indicó Carmen. 

Mariana destacó la escasa investigación que existe en la rehabilitación de miembro superior, ya que existen más estudios enfocados en piernas: “tuvimos dificultades para encontrar suficiente información”. 

Previo al PEF, las alumnas de la UDEM elaboraron un Proyecto de Estancias Profesionales (PEP), en el que se trabajó una primera etapa de este sistema, que incluyó solo el diseño de la herramienta terminal para el brazo robótico UR. 

Mariana explicó que, cuando se utiliza el robot de rehabilitación, se tiene que adecuar una herramienta al extremo del dispositivo, que es la que estará en contacto con el paciente, y el diseño de esa herramienta depende de la funcionalidad que se requiera. 

“Existen diferentes tipos de estas herramientas terminales”, mencionó Carmen, “en la Universidad de Alicante tenían más bien una órtesis que cubría toda la mano del paciente, mientras que nosotras hicimos un diseño para solo conectar la muñeca con el robot colaborativo: el paciente puede tener la mano libre”. 

Con el apoyo de un robot para este tipo de rehabilitaciones, el paciente puede realizar los ejercicios propuestos y el robot refuerza el movimiento o impone resistencia para intensificar la fuerza del usuario. 

LO LÚDICO Y LA MOTIVACIÓN 

De acuerdo con las alumnas, existen diferentes soluciones que se utilizan para la recuperación física después de un accidente cerebrovascular, como la fisioterapia habitual y la robótica en rehabilitación, que es un complemento de la primera y que va en crecimiento en los últimos años. 

Mariana explicó que algunos pacientes pueden desalentarse ante la terapia e, incluso, abandonarla por diferentes razones, entre ellas, que los pacientes pueden sentir dolor en cada sesión o puede causarles aburrimiento ‒por las repeticiones de un mismo ejercicio‒, así como también los cambios de fisioterapeuta ‒cuando no es asistido por un robot‒, porque pueden manejar diferentes niveles de intensidad en los ejercicios.  

Carmen agregó que otras de las razones para desistir pueden ser que los pacientes no cumplan de forma rápida con el objetivo que se busca o por el estrés, debido a que un ejercicio exceda sus capacidades, ya sea por falta de fuerza o de rango de movilidad de cualquiera de sus miembros. 

El proyecto de Mariana y Carmen buscó desarrollar un set de ejercicios de rehabilitación para permitir movimientos planares de alcance.

“Nosotros buscábamos que se hicieran movimientos de alcance, es decir, que se mueva el brazo en un solo plano, sin levantarlo, que solo se mueva dentro de una mesa”, detalló Carmen. 

Este tipo de movimientos permiten que mejore la capacidad motora con menos dolor de hombro y espasticidad, como lo establecen las alumnas de la UDEM.  

Para la realización de la interfaz, se utilizó el software de Unity, el cual es una plataforma para crear y operar contenido interactivo 3D, en este caso basado en el juego whac-a-mole (que golpea a los topos), porque cumple con los requisitos de ese tipo de movimientos, y el uso del juego es a través de los lentes Oculus Quest 2, el cual es un sistema todo en uno para realidad virtual.

Elegimos este juego porque permite hacer los movimientos que los doctores solicitaban”, señaló Mariana, “permite la rehabilitación completa del miembro superior al extender el brazo, permite la rehabilitación cognitiva de los pacientes y cumple con la parte lúdica”. 

El juego tiene la ventaja de que se le puede incluir distintos niveles de dificultad cognitiva para no solamente rehabilitar el miembro afectado, sino incorporar mejoras sugeridas por lo usuarios, como permitir la selección de usuarios zurdos o diestros y el idioma en el que se desea jugar.