1 Introducción

Los trastornos musculoesqueléticos (TME) son lesiones presentes en músculos, tendones, articulaciones y nervios, y producen molestias, dolor localizado y restricción de la movilidad [1], [2]. Pese a que los TME tienen mayor influencia en personas mayores, en 2017, entre el 20 % y el 33 % de la población mundial mostró esta enfermedad, siendo esta la segunda causa de discapacidad [3], [4].

Estudios han identificado varios factores de riesgo físico en actividades laborales que requieren esfuerzos excesivos, tareas altamente repetitivas, adopción de posturas no neutrales y exposición a vibraciones que generan TME, con una afectación mayor en cuello, extremidades superiores y espalda [5]. Van Middelkoop et al. [6] describen que los TME específicos de la mano son dedo en gatillo, fenómeno de Raynaud, enfermedad de Dupuytren y la tenosinovitis De Quervain.

La tenosinovitis De Quervain se define como una estenosis de los tendones del abductor largo y extensor corto del pulgar, lo cual reduce la fuerza y destreza de la mano [7], [8]. Esta se origina por un accidente laboral o por una lesión previamente existente que se agrava por la actividad física, con una incidencia del 0,5 % entre los hombres y del 1,3 % entre las mujeres [1], [9]. El tratamiento no quirúrgico, que incluye reposo articular asociado con antiinflamatorios o infiltración local de corticoides, proporciona un alivio eficaz de los síntomas en los pacientes; en casos resistentes, se recomienda la liberación quirúrgica del primer compartimento dorsal [9]. Regularmente, la fisioterapia suele reservarse para los fracasos del tratamiento quirúrgico, aunque en ocasiones se tiene la posibilidad de intervención temprana [8].

1.1 Ejercicios para el deslizamiento del tendón

El rol del ejercicio terapéutico en el tratamiento del dolor ha sido objeto de especial atención a lo largo de la historia de la medicina [10]. Ejercicios de movimiento en la mano generan disminución de dolor, debido a la insensibilización de las vías de trasmisión periféricas, lo

que aumenta la resistencia tendinosa e interrumpe el flujo sanguíneo capilar reduciendo el proceso inflamatorio [11]. Estos movimientos son considerados dentro de programas terapéuticos de rehabilitación (véase Tabla 1], los cuales combinan determinados ejercicios para mejoras en las articulaciones afectadas en relación con el movimiento obtenido y el fortalecimiento de los grupos musculares más relevantes para la función manual [12].

1.2 Ejercicios para el deslizamiento del tendón

Los ejercicios para el deslizamiento del tendón (TGE, por sus siglas en inglés) tienen por objetivo el deslizamiento de los tendones flexores mediante el movimiento del pulgar y tres posiciones básicas del puño.

Este tipo de ejercicios ayuda a recuperar la movilidad y musculatura perdida a causa del dolor producido por movimientos forzosos del pulgar, y está dentro del rango de movimientos (véase Tabla 2] para un correcto deslizamiento de los tendones [13].

2 Metodología

El proceso metodológico de diseño se divide en cuatro fases [14]: planificación y aclaración de la tarea, diseño conceptual, diseño de realización y diseño detallado (véase Figura 1]. Las acciones preliminares recopilan la información sobre requerimientos del usuario para concluir con las especificaciones de diseño; seguido por el desarrollo de estructuras funcionales y la selección del concepto principal. A partir del concepto seleccionado se produce el diseño definitivo en concordancia con las especificaciones técnicas, las cuales están basadas en dimensiones funcionales, ergonómicas y formales. Finalmente, el diseño de detalle establecerá varias especificaciones del prototipo como la geometría, materiales y sistemas de ensamble, para concluir con su construcción mediante tecnologías de fabricación rápida.

2.1 Planificación y aclaración de la tarea

La palabra ‘necesidad’ marca cualquier atributo de un potencial producto deseado por un usuario. Se busca como resultado una lista jerárquica de enunciados que se convertirán en objetivos centrales a efectuar [15]. Para que las necesidades del usuario puedan cumplirse, el instrumento debe presentar una jerarquía, que inicia con la funcionalidad, seguido de la usabilidad y, por último, la parte formal o estética del producto.

En el aspecto funcional, el instrumento debe permitir la ejecución de los movimientos establecidos por ejercicios terapéuticos. La usabilidad marca las necesidades ergonómicas, la interacción del usuario con el producto, la facilidad y practicidad de uso, la adaptabilidad mediante la consideración de la antropometría de la mano y la necesidad de que sus características funcionales se comuniquen de manera eficaz. El aspecto formal considera los caracteres estéticos del instrumento: que exprese coherencia y un equilibrio a través de la geometría.

A continuación, se determinan las especificaciones del producto a partir de las necesidades identificadas, las cuales permiten generar un buen concepto de diseño y denotan las características ingenieriles y formales que el instrumento terapéutico debe contemplar. Para ello, se establece una matriz de relación entre las necesidades del usuario con las características técnicas del producto para identificar las especificaciones de diseño.

2.2 Diseño conceptual

Mediante el establecimiento y combinación de estructuras funcionales, se establece el diseño conceptual para generar la solución [14]. Como recurso para comunicar y materializar las especificaciones técnicas se emplean bocetos y modelos de estudio. En esta etapa, altamente creativa, el boceto presenta ventajas para la generación gradual de variantes en el diseño y los componentes.

2.3 Diseño de realización

A partir del concepto del producto se desarrolla el diseño, de acuerdo con los criterios ingenieriles y formales definidos. El diseño de realización establece la geometría a partir de la antropometría de la mano, y especifica los materiales para la construcción de un prototipo funcional.

2.4 Diseño detallado

Se genera un modelado 3D CAD y los planos dimensionales para establecer los sistemas de ensamble de cada componente. La información que suministra un prototipo puede acoplarse a cualquier punto del proceso de diseño y no se ajusta a ningún espacio en específico [14]. Por lo tanto, en el diseño detallado, se desarrolla el prototipo del instrumento terapéutico en una versión a escala real y operacional, que permita demostrar el cumplimiento de las especificaciones del producto, su funcionalidad y usabilidad. Como tecnología de fabricación rápida, se emplea el modelado por deposición fundida (FDM, por sus siglas en inglés), que consiste en una manufactura aditiva donde plástico fundido se extruye a través de una boquilla y se deposita en capas [16].

3 Resultados

3.1 Planeación: necesidades y especificaciones

Los datos recolectados de entrevistas a especialistas y fichas de observación a pacientes son sintetizados en un cuadro de necesidades de uso, función, forma, estructura, nivel social y técnico productivas (véase Tabla 3].

Posteriormente, estas necesidades son analizadas para valorar su jerarquía, la cual inicia con la funcionalidad, seguida de la usabilidad y, por último, la parte formal o estética del producto (véase Tabla 4].

Se elabora la matriz de relación entre las necesidades del usuario y las características técnicas del producto, con lo cual se determina las especificaciones medibles de ingeniería en el diseño (véase Tabla 5].

Esta matriz permite generar las dimensiones fundamentales del prototipo, que contempla el concepto del producto mediante una descripción aproximada de su funcionalidad, usabilidad y forma.

Bajo esta primicia, el instrumento terapéutico para tratamiento de tenosinovitis De Quervain describe las siguientes cualidades:

Instrumento autoasistido de apoyo en la terapia física de personas que sufren dolores en la mano y muñeca a causa de la tenosinovitis De Quervain.

Motiva los movimientos de flexión y extensión de los dedos a través de dispositivos independientes y modulares, los cuales podrán intercambiarse para realizar los diferentes ejercicios de deslizamiento de tendones, así:

• Mano recta: guante de materiales textiles que compriman la muñeca.

• Puño de gancho: a través de dispositivos pulsadores.

• Puño completo: componentes con superficies suaves y flexibles que permitan su deformación al comprimirlos con los dedos.

• Puño recto: componentes con superficies rugosas y flexibles que permitan su deformación al comprimirlos con los dedos.

• Oposición del pulgar: movimiento pendular del pulgar mediante dispositivo móvil.

Se aplica el programa Tendon Gliding Exercise (TGE) para determinar los ejercicios terapéuticos del instrumento (véase Figura 2], el cual consiste en una serie de movimientos, donde los tendones flexores del pulgar y las cuatro posiciones básicas de puño se deslizan a su máximo potencial [17].

Adicionalmente, para establecer los parámetros de diseño, se dispuso la biomecánica de la mano, en especial de la muñeca (véase Figura 3], para determinar sus movimientos funcionales.

3.2 Bocetos y modelos de estudio

El boceto es la principal herramienta de investigación y desarrollo que el diseño conceptual emplea. Aquí, se exploran y evalúan de manera visual las primeras soluciones a través de principios de dibujo que simulan la forma física del producto, sus características funcionales y formales. El instrumento consta de un guante versátil y ajustable (véase Figura 4], que funciona como inmovilizador para mantener la postura correcta de mano/muñeca y evitar los movimientos inapropiados.

A este se adhieren, mediante correas, tres dispositivos que funcionan de manera independiente, los cuales se detallan a continuación:

1. Dispositivo de relajación palmar: destinado a la relajación de la mano y muñeca, mediante terapia de liberación de tensión en articulaciones y tendones. Funciona mediante la presión que ejercen los dedos sobre una superficie flexible y rugosa. Su forma se adapta a la anatomía de la mano (véase Figura 5].

2. Dispositivo de motricidad palmar: permite recuperar la movilidad de los dedos y motricidad de la mano. Su accionamiento es mediante el movimiento de flexión, que incentiva a los dedos índice, medio y anular al desarrollo de ejercicios de manera individual. Cuenta con pulsadores que se conectan a luces LED para su interacción (véase Figura 6].

Dispositivo de movilidad pulgar: su forma adaptable a la anatomía de la mano crea un movimiento de oposición del pulgar, lo cual ayuda a la regeneración de los tendones. Funciona mediante la colocación del dedo pulgar sobre un pasador deslizante (véase Figura 7].

Para obtener una apreciación tridimensional del modelo propuesto, se desarrollan maquetas para la observación y validación de aspectos relevantes al instrumento, que permiten obtener un proceso iterativo de aprendizaje. Para ello, se experimentó con materiales moldeables e impresiones 3D de baja calidad, hasta conseguir la forma y dimensiones apropiadas que se adaptan a la mano y a sus movimientos (véase Figura 8].

3.3 Dimensiones

Se establecen las dimensiones funcionales del instrumento mediante la aplicación de las medidas antropométricas de la mano, comprendidas en los valores de los percentiles 50-95 (véase Tabla 6], así como de la experiencia obtenida con los modelos de estudio de la fase de diseño conceptual. La Tabla 7 indica las dimensiones generales de los distintos componentes del instrumento terapéutico.

3.4 Materiales

Se estableció un análisis comparativo para la selección del material de los componentes, tomando como base su aplicación, módulo de Young y densidad.

El instrumento terapéutico se divide en dos partes: un guante y tres aplicaciones, los mismos que emplean los siguientes materiales:

Neopreno (policloropreno): es empleado para el guante debido a su baja transmisión térmica, durabilidad y excelentes propiedades (véase Tabla 8]. Su proceso de manufactura se desarrolla mediante el patronaje, corte y armado de cada una de las piezas.

ABS (acrilonitrilo butadieno estireno): se usa para los tres componentes del instrumento (véase Tabla 9]. Este material es procesado mediante inyección en moldes o impresión 3D.

3.5 Prototipo

Dentro de la etapa de diseño de detalle se define la geometría e interrelación de los subsistemas y componentes que conforman el producto, mediante el modelado 3D CAD que permita su construcción. Se presentan modelos virtuales y prototipos que validan sus diferentes características, como: desempeño funcional, dimensiones, aspectos de uso, apariencia, sistemas de ensamble, entre otras.

Los componentes de los dispositivos están conformados por ABS y ensamblados mediante conectores magnéticos. Los esquemas de unión se encuentran ilustrados en las Figuras 10, 12, 14 y 15. Los planos dimensionales se encuentran representados en las Figuras 9, 11 y 13. La Figura 16 muestra el prototipo real en uso con sus distintos complementos.

3.6 Evaluación de usabilidad

Se aplica una prueba para la evaluación de usabilidad con el propósito de validar la fase de diseño de detalle. Mediante esta herramienta se obtiene una retroalimentación sobre el instrumento de manera real. La prueba enfocada al usuario del instrumento tiene el propósito de valorar los puntos fuertes y débiles que existen en la interacción objeto-usuario, bajo condiciones reales. Está conformada por 22 preguntas que responden a 5 ámbitos (véase Tabla 10], con una escala de valoración de 1 a 5, donde 1 equivale a totalmente insatisfecho y 5, a totalmente satisfecho. En esta evaluación participan un médico especialista y un paciente que sufre la patología.

Aplicando la prueba, se obtienen resultados satisfactorios (véase Figura 17] en cuanto a su funcionalidad, lo que explica que el instrumento cumple con las especificaciones terapéuticas impuestas en este trabajo, basadas en las necesidades del usuario.

4. Conclusiones

Se desarrolló el diseño de un instrumento terapéutico para tratar la tenosinovitis De Quervain. Entre los síntomas causados por esta patología se encuentran entumecimiento, dolor y hormigueo, provocados por el desgaste en los tendones que conectan la muñeca y los dedos de la mano.

La tenosinovitis De Quervain se trata con rehabilitación terapéutica, por lo cual se utilizó el programa Tendon Gliding Exercise como base para el desarrollo del prototipo.

Se aplicó un proceso metodológico de diseño, iniciando con la planificación y aclaración de la tarea para obtener las necesidades de usuarios que posteriormente se convirtieron en requerimientos ingenieriles a cumplir en el instrumento.

Mediante el diseño conceptual, de realización y de detalle, se especificaron los aspectos funcionales, ergonómicos y estéticos del producto, obteniendo un instrumento de apoyo para terapias físicas. Dicho instrumento se caracteriza por poseer dispositivos intercambiables que motivan al usuario a realizar los movimientos ideales de flexión y extensión de los dedos, mismos que ayudan a liberar tensión en las articulaciones y tendones; de esta manera, se consigue la relajación de la mano y muñeca.

Establecido el diseño se definen materiales, sistemas de funcionamiento, y se comprueba el cumplimiento de especificaciones del implemento terapéutico, mediante test de usabilidad, con resultados favorables en los ámbitos analizados.

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