Prótesis Controladas por Microprocesador

Las prótesis controladas por microprocesador son miembros artificiales cuyo comportamiento es regulado en tiempo real por un ordenador integrado. Los sensores miden continuamente la carga, el ángulo de la articulación y el movimiento; el microprocesador lee este flujo de datos y ajusta la resistencia del miembro o, en diseños motorizados, su salida para adaptarse a la actividad del usuario. La categoría abarca desde rodillas controladas por microprocesador que varían la amortiguación a lo largo del ciclo de la marcha, pasando por tobillos y rodillas motorizados que añaden energía neta, hasta sistemas de miembro superior controlados por señales de los propios músculos y nervios del usuario.

Definition

Una prótesis controlada por microprocesador es un miembro artificial en el que un procesador integrado utiliza datos de sensores en tiempo real para modular la resistencia o la salida actuada del dispositivo, adaptando el comportamiento de la articulación al movimiento y la actividad del usuario.

Scope

El tema abarca los principios, tipos de dispositivos y entradas de control de los miembros protésicos computerizados —rodillas y tobillos con microprocesador para el miembro inferior y sistemas mioeléctricos para el miembro superior— y la evidencia relacionada con ellos. Excluye los exoesqueletos de cuerpo completo y las ortesis, que se tratan en temas adyacentes. Tiene un carácter educativo y de referencia, y no ofrece asesoramiento sobre la selección, adaptación o financiación de una prótesis.

Core questions

• ¿Qué controla el microprocesador y con qué entradas de sensor?
• ¿En qué se diferencian los diseños pasivos (que modulan la amortiguación) y los motorizados (que añaden energía)?
• ¿Cómo se comandan las prótesis de miembro superior a partir de señales musculares y nerviosas?
• ¿Qué resultados se han asociado con los miembros controlados por microprocesador?

Key concepts

• Rodilla controlada por microprocesador (MPK)
• Amortiguación variable versus actuación motorizada
• Detección de fase de la marcha y tropiezos
• Control mioeléctrico (EMG)
• Reinervación muscular dirigida
• Control de estados finitos y basado en la intención
• Estabilidad en la fase de apoyo y control en la fase de balanceo

Mechanisms

En una rodilla controlada por microprocesador, los sensores rastrean el ángulo de la rodilla y la carga a través del miembro; el procesador identifica la fase de la marcha y ajusta continuamente la resistencia de la articulación —endureciéndola para soportar la fase de apoyo y relajándola para permitir la fase de balanceo— de modo que el miembro se adapta a la velocidad de la marcha, el terreno y los tropiezos. Las prótesis motorizadas van más allá al añadir energía neta en la articulación, y sus controladores utilizan esquemas de estados finitos o basados en la intención, estructurados de manera similar a otros dispositivos activos [tucker-2015]. Las prótesis mioeléctricas de miembro superior decodifican la actividad eléctrica de los músculos residuales para accionar los motores de la mano y el brazo; la reinervación muscular dirigida quirúrgica redirige los nervios amputados a músculos de reserva para crear señales de control más ricas e intuitivas [kuiken-2009], y las señales de transferencia nerviosa también se han decodificado para controlar una pierna motorizada [hargrove-2013].

Clinical relevance

Los miembros controlados por microprocesador se estudian por sus efectos en la estabilidad, las caídas, la marcha en terrenos variados y la intuición del control. Una revisión sistemática de rodillas controladas por microprocesador en la pérdida de miembro transfemoral informó asociaciones con medidas como el riesgo de tropiezos y caídas y ciertos resultados de la marcha y la actividad [sawers-2013]. Esta entrada resume cómo funcionan los dispositivos y qué se ha estudiado; no es una base para prescribir una prótesis específica, lo cual depende de una evaluación individual y de muchos factores específicos de la persona.

Evidence & guidelines

La síntesis más sólida es una revisión sistemática de rodillas controladas por microprocesador, que encontró asociaciones con la reducción de tropiezos y caídas y algunos beneficios funcionales, aunque señalando la heterogeneidad y los límites metodológicos en los estudios subyacentes [sawers-2013]. Los métodos de control se resumen en revisiones de ingeniería [tucker-2015], y las demostraciones de control neural siguen siendo estudios pequeños y especializados [kuiken-2009][hargrove-2013]. Los criterios de cobertura y prescripción difieren según el sistema de salud, por lo que se debe consultar directamente la guía clínica y del pagador actual.

History

La regulación por microprocesador se introdujo en la protésica en la década de 1990 con rodillas computerizadas que variaban la amortiguación hidráulica o magnetorreológica a lo largo del ciclo de la marcha. A lo largo de las décadas de 2000 y 2010, surgieron tobillos y rodillas motorizados que añaden energía, junto con avances en el control mioeléctrico de los miembros superiores. La reinervación muscular dirigida extendió el control mioeléctrico intuitivo de brazos multifunción [kuiken-2009], y las mismas ideas de decodificación de señales se aplicaron posteriormente al control de miembros inferiores motorizados [hargrove-2013].

Debates

¿Justifican las rodillas controladas por microprocesador su coste frente a las rodillas sin microprocesador?

La evidencia de revisiones sistemáticas sugiere beneficios como menos tropiezos y caídas para algunos usuarios, pero la calidad de los estudios es variada y los beneficios difieren según el nivel de actividad, por lo que la rentabilidad y la elegibilidad siguen siendo objeto de debate.

¿Cuán fiables e intuitivos son el control neural y mioeléctrico?

La reinervación dirigida y la decodificación avanzada mejoran la intuición y el número de comandos disponibles, pero la robustez en las condiciones diarias y la necesidad de cirugía y entrenamiento mantienen estos enfoques bajo investigación activa.

Seminal works

• sawers-2013
• kuiken-2009
• hargrove-2013

Frequently asked questions

¿Qué controla realmente el microprocesador en una rodilla protésica?

Lee los sensores de ángulo de la articulación y carga, infiere la fase de la marcha y ajusta continuamente la resistencia de la rodilla para que el miembro soporte al usuario durante la fase de apoyo y se balancee libremente durante la fase de balanceo, adaptándose a la velocidad, las pendientes y los tropiezos.

¿Cuál es la diferencia entre una prótesis motorizada y una rodilla controlada por microprocesador?

Una rodilla controlada por microprocesador modula principalmente la resistencia —controla cómo cede la articulación— sin añadir energía neta. Una prótesis motorizada contiene un motor que añade activamente energía en la articulación, por ejemplo, para ayudar a levantarse o subir.