Análisis cinemático del movimiento de flexión-extensión del dedo pulgar mediante un mecanismo de palanca / Cinematic analysis of the flexion-extension movement of thumb finger by a bar mechanism

Introducción: La recuperación del grado de movilidad de las estructuras internas de la mano es un factor importante en la rehabilitación de pacientes. Objetivo: Estudiar la cinemática del movimiento de flexión-extensión de las estructuras internas del dedo pulgar a través de un mecanismo de palanca. Métodos: Se emplearon los métodos de análisis y síntesis de la teoría de mecanismos y máquinas. El dedo pulgar se definió como una cadena cinemática de tres grados de libertad. Resultados: La velocidad y aceleración máxima se obtuvieron en el recorrido de la posición extrema superior hasta la de agarre. La velocidad angular para la unión metacarpo-falángica (MCP) fue 9.12 rad/s, 18.10 rad/s en la inter-falángica proximal (PIP) y 10.07 rad/s en la inter-falángica distal (DIP); la velocidades lineal para la unión metacarpo-falángica (MCP) fue 0.45 m/s, 0.73 m/s en la inter-falángica proximal (PIP) y 0.30 m/s para la inter-falángica distal (DIP); as aceleraciones para MCP fue 4.10 m/s2 en el caso de la tangencial, 187.61 m/s2 para la normal; en la inter-falángica proximal (PIP) fue de 13.3 m/s2 en el caso de la tangencial, 163.71 m/s2 para la normal; y para la inter-falángica distal (DIP) fue de 3.04 m/s2 en el caso de la tangencial, 31.52 m/s2 para la normal. Conclusiones: Se definen las ecuaciones fundamentales que permitieron el obtener las velocidades y las aceleraciones durante el movimiento de flexo-extensión de las uniones del mecanismo, en las posiciones principales del dedo pulgar(AU)

Introduction: The recuperation of the range of mobility of the hand is an important factor in the patient rehabilitation. Objective: To study the kinematics of the flexion-extension movement of the thumb by a bar mechanism. Methods: The methods of analysis and synthesis of the theory of mechanisms and machines were used. The thumb was defined as a kinematic mechanism of three degrees of freedom. Results: The maximum speed was obtained between the upper position and the intermediate (or gripping) position. The angular velocities for the metacarpophalangeal joint (MCP) were 9.12 rad/s, in the proximal inter-phalangeal (PIP) of 18.10 rad/s and the distal inter-phalangeal (DIP) 10.07 rad/s. Also the linear velocities behaved as follows for the metacarpophalangeal joint (MCP) was 0.45 m/s, in the proximal inter-phalangeal (PIP) of 0.73 m/s to the distal inter-phalangeal (DIP) 0.30 m/s. Also the maximum accelerations are also obtained from the upper-end position to the intermediate (or gripping). Accelerations for the metacarpophalangeal joint (MCP) were 4.10 m/s2 for tangential component, 187.61 m/s2 for normal component; in the proximal phalangeal inter (PIP) was 13.3 m/s2 for tangential component, 163.71 m/s2 for normal component; and inter-phalangeal distal (DIP) were 3.04 m/s2 for tangential component, 31.52 m/s2 for normal component. Conclusions: The fundamental equations that allowed obtaining the velocities and accelerations during the movement of flexion and extension of the mechanism joints in the main positions of thumb were defined(AU)

Posibilidad de aplicación de la simulación computacional de tejido óseo en niños con torsión tibial / Possible application de la modélisation assistée par ordinateur des tissus osseux chez des enfants atteints de torsion tibiale / Possibility of application of computational simulation of bone tissue in children with tibial torsion

Introducción: con el desarrollo de la informática surgen nuevos caminos a soluciones de problemas en la práctica clínica. La modelación de tejidos desempeña un papel importante en el desarrollo de la medicina; la experimentación en pacientes vivos dificulta la obtención de resultados, de ahí la necesidad de buscar alternativas para mejorar la calidad del servicio de salud. Objetivo: valorar la importancia de la modelación computacional de tejidos biológicos en niños con torsión tibial. Métodos: se entrevistaron 44 especialistas entre doctores, técnicos en imágenes médicas, ingenieros mecánicos e ingenieros cibernéticos. Fue empleada una encuesta no estructurada sin guion previo. Resultados: se aplicaron valores empíricos de cargas para corregir deformidades como la torsión tibial, el 81 por ciento de los encuestados conocen acerca las ventajas de las simulaciones computacionales aplicadas a la salud, el 17 por ciento opina que faltan recursos informáticos en los hospitales para emplear estas técnicas, el 2 por ciento cree que se debe capacitar a los doctores en el empleo de estas herramientas para apoyar la toma de decisiones y el diagnóstico clínico. Conclusiones: la encuesta proporcionó datos conclusivos sobre la posibilidad e interés de la aplicación de los modelos computacionales en el diagnóstico, pronóstico y seguimiento de enfermedades ortopédicas(AU)

Introduction: the development of information brings new paths to solve problems in the clinical practice. Tissue modeling plays an important role in the development of medicine, experimentation on living patients makes it difficult to some extent the results, hence the need to seek alternatives to improve the quality of health service. Objective: assess the importance of computational modeling of biological tissues in pediatric orthopedics, specifically in children with tibial torsion. Methods: forty-four specialists were interviewed including physicians, technicians in medical imaging, mechanical engineers, and cyber engineers. It an unscripted survey unstructured was used. Results: empirical values of loads are applied to correct deformities such as tibial torsion; 81 percent of respondents know about the advantages of computer simulations for health, 17 percent think that missing computer resources in hospitals to employ these techniques, 2 percent believes that doctors should be trained in the use of these tools to support decision-making and clinical diagnosis. Conclusions: the survey provided conclusive data on the ability and interest of the application of computational models in the diagnosis, prognosis, and monitoring of orthopedic diseases(AU)

Introduction: à fur et à mesure que l'informatique se développe, de nouvelles solutions aux problèmes de la pratique clinique apparaissent. La modélisation de tissus joue un rôle essentiel dans le développement de la médecine; l'expérimentation sur des patients vivants empêche l'obtention de résultats, il est pourtant nécessaire de chercher d'autres alternatives afin d'améliorer la qualité du service sanitaire. Objectif: le but de cette étude est d'évaluer l'importance de la modélisation assistée par ordinateur des tissus biologiques chez des enfants atteints de torsion tibiale. Méthodes: Quarante et quatre spécialistes, tels que médecins, techniciens en imagerie médicale, ingénieurs mécaniques et ingénieurs cybernétiques, ont été enquêtés. L'enquête utilisée n'avait aucune structure, aucun plan à suivre. Résultats: Des valeurs empiriques de charge ont été utilisées pour corriger des déformations, telles que la torsion tibiale; la majorité des enquêtés (81 pourcent) connaissent bien les bénéfices de la modélisation assistée par ordinateur appliqués à la santé ; la moitié (17 pourcent) considère qu'il y a un déficit de ressources informatiques dans les hôpitaux pour employer cette technique, tandis que la minorité (2 pourcent) croie qu'il faut que les médecins acquissent les habiletés nécessaires pour utiliser cet outil dans la prise de décisions et le diagnostic clinique. Conclusions: L'enquête a fourni des données incontestables sur la possibilité et l'intérêt à mettre en application la modélisation assistée par ordinateur dans le diagnostic, le pronostic et le suivi d'affections orthopédiques (AU)

Análisis biomecánico del disco óptico bajo la variación de presión intraocular y rigidez escleral / Biomechanical analysis of the optic disc under variations in intraocular pressure and scleral rigidity

INTRODUCCIÓN: el incremento de la presión intraocular y las alteraciones detectadas en la apariencia de la cabeza del nervio óptico constituyen factores importantes en la determinación de la progresión del daño glaucomatoso. OBJETIVO: analizar el comportamiento del disco óptico bajo el efecto de la variación de la presión intraocular y de la rigidez escleral, a través de un modelo biomecánico. MÉTODOS: se emplea el método de los elementos finitos. Se definieron varios módulos de rigidez para la esclerótica de 3, 6 y 9 MPa y para la lámina cribosa 0,3 y 0,6 MPa. Todos los tejidos modelados fueron asumidos como materiales isotrópicos con comportamiento elástico e incompresible. RESULTADOS: la mayor concentración de tensiones se localizó en las zonas de la esclerótica peripapilar y en las paredes del canal escleral. Los máximos de tensión (97,523 kPa) y desplazamiento (95,64 µm) se obtuvieron cuando la esclerótica y la lámina cribosa fueron menos rígidas y con la mayor presión intraocular. CONCLUSIONES: la biomecánica del disco óptico influye en el desarrollo de la neuropatía óptica glaucomatosa. El mayor desplazamiento se encuentra en la zona central del disco óptico y está asociado a la pérdida de fibras nerviosas de la retina o al incremento de la excavación papilar en el mecanismo de daño glaucomatoso.

INTRODUCTION: Increase in intraocular pressure and alterations in the appearance of the optic nerve head are important factors in determining the progress of glaucomatous damage. OBJECTIVE: Analyze the behavior of the optic disc under the effect of variations in intraocular pressure and scleral rigidity using a biomechanical model. METHODS: The finite element method was used to define several rigidity modules for the sclera at 3.6 and 9 MPa and for the lamina cribosa at 0.3 and 0.6 MPa. All the tissues modeled were assumed to be isotropic materials with elastic, incompressible behavior. RESULTS: The highest concentration of tensions was located in areas of the peripapillary sclera and scleral canal walls. Tension and displacement peaks (97.523 kPa and 95.64 µm, respectively) were obtained when the sclera and the lamina cribosa were less rigid and intraocular pressure was highest. CONCLUSIONS: The biomechanical characteristics of the optic disc influence the development of glaucomatous optic neuropathy. The greatest displacement is found in the central area of the optic disc, and it is associated with the loss of retinal nerve fibers or an increase in papillary excavation in the mechanism of glaucomatous damage.

Aplicabilidad de la simulación computacional en la biomecánica del disco Óptico / Applicability of computational simulation in the biomechanics of the optic disc

FUNDAMENTO: la presión intraocular provoca tensiones y deformaciones en los tejidos del disco óptico que pueden ocasionar daño glaucomatoso. OBJETIVO: simular el comportamiento biomecánico del disco óptico y describir su aplicabilidad en la predicción del daño glaucomatoso. MÉTODOS: la herramienta de simulación computacional usada es el Método de Elementos Finitos. Se utilizó una presión intraocular de 15 mm Hg, así como las propiedades mecánicas y la geometría de los tejidos de la papila óptica reportados en la literatura. DESARROLLO: las mayores concentraciones de tensiones aparecen a nivel de la esclerótica peripapilar y fueron congruentes con las estimaciones reportadas en la literatura. La rigidez escleral influyó sobre las tensiones transmitidas a la lámina cribosa. Este tejido resultó ser el más susceptible al daño glaucomatoso dentro de la papila óptica. CONCLUSIONES: el análisis preliminar obtenido constituye un punto de partida para el estudio del nervio óptico a través de la simulación computacional. Se demuestra que la presión intraocular, la complejidad de la geometría y las propiedades mecánicas de los tejidos de la cabeza del nervio óptico son factores condicionantes del daño glaucomatoso.

BACKGROUND: intraocular pressure causes tension and deformities in the tissues of the optical disc that can entail glaucomatous damage. OBJECTIVE: to simulate the biomechanical behaviour of the optical disc and describe its applicability in the prediction of glaucomatous damage. METHOD: Finite Element Method was the computational simulation tool used. An intraocular pressure of 15 mm Hg was used, as well as the mechanical properties and geometry of tissues of the optic papilla reported in the literature. DEVELOPMENt: most of the concentrations of tension appear at the level of the peripapillary sclera and were consistent with the estimations reported in the literature. Scleral stiffness had an influence on the tension transmitted to the lamina cribosa sclerae. This tissue was the most susceptible to glaucomatous damage in the optical papilla. CONCLUSIONS: the preliminary obtained analysis is a starting point for the study of the optic nerve by means of the computational simulation. It was proved that intraocular pressure, the complexity of the geometry and the mechanical characteristics of the tissues of the head of the optic nerve are determining factors of the glaucomatous damage.

Carácter interdisciplinario de la modelación computacional en la solución de problemas de salud / Interdisciplinary character of the computational model in the solution of health problems

La solución de los problemas de salud requiere de la interrelación entre diferentes ramas científicas y tecnológicas, tales como la Biomecánica, las tecnologías de la información, la ingeniería y las ciencias médicas. La importancia de la comunicación interdisciplinaria en las universidades fundamenta la creación de un grupo de investigación que fusiona el conocimiento de la mecánica clásica con las disciplinas de la salud y la participación de pacientes, técnicos, ingenieros, médicos y estudiantes. En el trabajo se realiza una reflexión sobre el carácter interdisciplinario de las investigaciones, cómo se inserta la Ingeniería Mecánica desde la modelación en la solución de problemas de salud y se brindan algunos resultados obtenidos por los miembros del Grupo de Biomecánica y Bioingeniería de la Universidad "Ignacio Agramonte y Loynaz" de Camagüey.

The solution of health problems require an interrelation between different scientific and technological branches, such as biomechanics, information technologies, engineering and medical sciences. The importance of the interdisciplinary communication in universities lays the base on the creation of an investigative group that fuses the knowledge of classic mechanic with the disciplines of medicine and the participation of patients, technicians, engineers, doctors and students. A reflection about the interdisciplinary character of investigations and how mechanic engineering is inserted in the model to solve health problems is carried out in this work. Some results obtained by the members of the Biomechanics and Bioengineering Group of "Ignacio Agramonte y Loynaz" University are offered.