8º CONGRESO IBEROAMERICANO DE INGENIERIA MECANICA Cusco, 23 al 25 de Octubre de 2007 DISEÑO MECATRÓNICO DE UNA MESA DE CIRUGÍA PARA EQUINOS Código 1454 MARIA FERNANDA WILCHES*, DIEGO A NDRÉS YEPES*, HOFFMAN FERNANDO R AMÍREZ A. NIÑOAMÍREZ GUÍO*, P. A. N SUAREZ,* O. F. AVILES -SANCHEZ* *Programa de Ingenieria Mecatronica, Mecatronica, Grupo de Investigación DAVINCI DAVINCI Facultad de Ingeniería Universidad Militar Nueva Granada
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En este artículo se presenta el proceso de diseño y fabricación de un sistema mecatrónico que consiste en una mesa de cirugía para quirófano de grandes animales, controlada automáticamente por el personal medico, acción que facilita la acomodación del equino de acuerdo al tipo de intervención quirúrgica que se vaya a realizar. Teniendo en cuenta las necesidades de los médicos veterinarios al momento de realizar una cirugía, además de los datos físicos tomados a los animales de mayores proporciones en la región, se diseño una mesa de cirugía con un sistema de elevación-basculación elevación-basculación hidráulico, un sistema de locomoción y cuatro aletas de sujeción móviles. El sistema de elevación-basculación permite movimientos de la camilla tanto en distancia como en ángulo respecto a su parte mas baja. El sistema de locomoción permite permite el movimiento total de de la mesa de cirugía en el entorno de trabajo y las aletas de sujeción son dispositivos que ayudan al cirujano a soportar al animal de sus costados, manteniéndolo en la posición deseada. El sistema ha facilitado en gran medida las intervenciones quirúrgicas a grandes animales, ya que se brinda al veterinario una herramienta con una gran adaptabilidad al entorno, de sencillo manejo y control.
PALABRAS CLAVE: Diseño mecatrónico, .
INTRODUCCIÓN En Colombia el concepto de quirófano equino es nuevo. Tradicionalmente los procedimientos quirúrgicos en equinos eran realizados directamente en pesebreras, las cuales no ofrecían condiciones de higiene óptimas para la realización de intervenciones quirúrgicas. Con base en un estudio previo, realizado con el apoyo La Escuela de Equitación del Ejército, se determino la necesidad de diseñar, a partir de un concepto mecatrónico, una mesa de cirugía que brindara los siguientes beneficios: •
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Facilitar a los médicos cirujanos el desarrollo de procedimientos quirúrgicos en grandes animales y que estos se llevaran a cabo en una sala de cirugía. Disminuir los factores de riesgo que atenten contra la integridad física de los médicos y auxiliares durante el desarrollo de procedimientos quirúrgicos, Evitar lesiones a los pacientes, ajenas a las tratadas por la cirugía.
En el presente documento se presentan los parámetros determinados como fundamentales para el diseño mecatrónico de una mesa de cirugía para quirófano de grandes animales. Teniendo como eje fundamental del diseño las necesidades que los médicos veterinarios al momento de realizar una cirugía expresaron durante el estudio y las medidas obtenidas, luego de realizar varias mediciones a los animales de mayores proporciones en la región, se determinó que la mesa a diseñar debería contar con un sistema de elevación-basculación hidráulico, un sistema de locomoción y cuatro aletas de sujeción móviles. Las mesas de cirugía utilizadas en Colombia actualmente, son diseños totalmente mecánicos con accionamiento hidráulico, en los cuales existe un mecanismo de barras que eleva la mesa donde se ubica el animal, el soporte de cabeza es fijo y los soportes laterales son mecánicos, de accionamiento manual o aditamentos ajenos a la mesa como sacos de arena, tablas o cuñas, como se observa en la Fig. 1. A nivel internacional, la empresa Polar Sun, construye mobiliario quirúrgico veterinario y entre sus productos ofrecen una mesa de cirugía para caballos la cual se muestra en la Fig. 2. Esta mesa posee un mecanismo de elevación y basculación para ofrecerle facilidad y comodidad al médico veterinario al realizar cirugías a la altura de la pelvis o a la altura de la cabeza. También posee aletas de sujeción, pero no pose sistema de locomoción autónomo.
CONSIDERACIONES DE DISEÑO El diseño de la mesa de cirugía se centro en desarrollar tres sistemas fundamentales que permitirán una adecuada manipulación del paciente, confort para el mismo y facilidad de acceso para el medico veterinario. Estos son un sistema de elevación-basculación hidráulico, un sistema de locomoción y cuatro aletas de sujeción móviles.
Figura 1. Intervención quirúrgica de un caballo (Los Pinos S.A.)
Figura 2. Mesa de cirugía Polar Sun
El sistema de elevación-basculación permite movimientos de la camilla tanto en distancia como en ángulo, respecto a su parte mas baja. El sistema de locomoción da la posibilidad de desplazamiento total de la mesa de cirugía en el entorno de trabajo. Las aletas de sujeción son dispositivos que ayudan al cirujano a soportar al animal de sus costados, manteniéndolo en la posición deseada y permitiendo acomodarlo de maneras que antes era imposible lograr. De acuerdo a los datos arrojados por la investigación previa donde se determinaron las dimensiones promedio de los animales de mayores proporciones de la región, parámetros que han sido consignados en la Tabla 1, se realizaron los cálculos para el diseño mecánico para la mesa. Tabla 1. Parámetros iniciales para el diseño
Parámetros Peso máximo Longitud máxima Longitud camilla Longitud cabezal Ancho máximo Ancho camilla Ancho aletas izquierdas Ancho aletas derecha Elevación máxima de la camilla Elevación mínima de la camilla Altura máxima (con aletas verticales)
Datos 1Ton 3m 2m 1m 1,7m 0,7m 0.5m 0.5m 0,8m 0,3m 1,5m
A continuación se describe los procedimientos de diseño de cada uno de los conjuntos y sistemas que componen la mesa de cirugía.
Conjunto de elevación-basculación. Este conjunto es el encargado de soportar las principales funciones de la mesa: bajar, subir y bascular. Tal mecanismo es accionado por un sistema óleo-hidráulico. La estructura mecánica diseñada para este sistema se observa en la Fig. 3. Este conjunto de elevación-basculación está diseñado para soportar un animal de 1.000 Kg máximo, una de las posiciones extremas del sistema es la mesa de cirugía totalmente abajo, como se observa en la Fig. 4. Esta posición se definió también como inicial, puesto que es la requerida para posicionar al animal sobre ella. La camilla queda a una altura de 300 mm del suelo sin contar el colchón neumático ya que para cada animal la altura final de este va ser diferente. La Fig. 5 presenta la mesa de cirugía en su posición más alta. La camilla queda a una altura de 800 mm del suelo, ya que esta posición garantiza una buena ergonomía para paciente y cirujano, sin importar el tipo de animal, el tipo de cirugía o las características físicas del cirujano.
Figura 3. Sistema de elevación de la mesa de cirugía.
Fig. 4. Posición de la mesa más baja
Fig. 5. Posición de la mesa más alta
El sistema de basculación también permite el desplazamiento en diagonal de la mesa, de acuerdo a las necesidades del cirujano veterinario, la mesa ofrece a posibilidad de elevar tanto la cabeza, como el anca del paciente por separado. En la Fig. 6 se presenta la mesa en sus posiciones de basculación máxima tanto para la cabeza, como para el anca del equino. El ángulo máximo entre la base y la camilla de la mesa es de 15º para las 2 posiciones presentadas. Esta inclinación, entre otras ventajas, ayuda al cirujano a evacuar los líquidos no deseados en la cirugía, como sangre, suero etc.
Fig. 6. Posiciones basculadas
Sistema óleo-hidráulico. El sistema hidráulico que se encarga de generar de dar movimiento al conjunto de elevación-basculación, esta conformado por una bomba de engranes de 100 bares de presión impulsada por un motor eléctrico de 3HP, un deposito con capacidad de 4Gls, conjunto que alimenta 2 actuadores de 400 mm de carrera y 49.5 T, toneladas de empuje, que a la vez son controlados por 2 electro válvulas de 5-3 vías con centro cerrado, para poder mantener la mesa en posiciones intermedias. Se implemento una válvula de venteo de 4-2 vías, la cual mantiene el sistema despresurizado sin necesidad de apagar el motor de la bomba. El circuito hidráulico de la mesa de cirugía se presenta en la Fig. 7.
Fig. 7. Circuito oleohidraulico.
Sistema de locomoción. El sistema de locomoción permite que la mesa de cirugía se desplace en su entorno de trabajo utilizando como actuadores dos motoreductores, cada uno de 1HP. Estos motoreductores son controlados por dos variadores de frecuencia que suavizan el arranque y la frenada del sistema, además permiten la variación de la velocidad de la mesa de cirugía. Puesto que las ruedas motoras no están mecánicamente unidas al sistema, es posible que la mesa de cirugía gire gracias a la diferencia de velocidades o giro de los motoreductores que les proporcionan la potencia.
Aletas de sujeción. Por medio de cuatro aletas de sujeción, dos delanteras y dos traseras, el paciente se mantiene en la posición exacta que necesita el cirujano veterinario, tal como se observa en las diferentes posiciones del animal sobre la camilla de la mesa de cirugía presentadas en la Fig. 8. Independiente de la anatomía del animal y del tipo de procedimiento médico que se realice la camilla ofrece fácil acceso y maniobrabilidad en el movimiento de realizar los procedimientos quirúrgicos. Cada aleta está conformada por tres subconjuntos: marco, brazo y soporte de movimiento, los cuales permiten que cada aleta rote y se desplace respecto a la mesa de manera independiente. La fácil ubicación de las aletas permite reducir el tiempo de algunos procesos ya establecidos como el proceso de ubicación del paciente en la camilla. Adicionalmente, las aletas pueden ser removidas de acuerdo al requerimiento del personal médico, permitiendo de esta forma un mejor uso del espacio alrededor de la camilla y facilitando el trabajo de las personas directamente involucradas en la cirugía. Debido a las diferentes posiciones del animal que se requieren para una intervención quirúrgica cada aleta puede ser ubicada según los requerimientos del cirujano, como se observa en la Fig. 8a, 8b y 8c.
a. Ubicación de las aletas de sujeción.
b. Posición de cúbito dorsal.
c. Posición de cúbito lateral. Fig. 8. Paciente sostenido por las aletas de sujeción.
Sistema Mando y Control. El sistema de mando y control se diseñó con base en un sistema de automatización de lógica cableada, que permite controlar todos los movimientos de la mesa de cirugía. Para el diseño del sistema se llevó a cabo un análisis de las entradas y salidas posibles y/o útiles al realizar los diferentes movimientos de la camilla y de las aletas en una cirugía de un equino o gran animal. Por medio de un software de diseño a partir de lógica digital que utiliza los mapas de Karnaugh, se interpretaron las diferentes tablas generadas al representar todas las posibles situaciones que debía la mesa suplir. Las situaciones evaluadas se representaron en sumas de productos y se simplificaron, para su posterior implementación por medio de relevadores y pulsadores manejados por señales de 220VAC.
RESULTADOS El diseño de la mesa dio como resultado la construcción de la mesa de cirugía presentada en la Fig. 9. La altura mínima de la mesa, es suficiente para ubicar un animal de grandes proporciones sobre ella sin mucho esfuerzo, siempre y cuando se cuente con herramientas de levantamiento de carga auxiliares como trinquetes o un polipasto. La mesa, gracias a su sistema de elevación, permite que la altura de la camilla, así como su inclinación, sean ajustadas por la persona que llevará a cabo la intervención, ubicándola según las necesidades. El sistema de locomoción, simplifica y facilita los métodos para la movilización y transporte de la mesa, con o sin paciente. La remoción de las aletas permite un mejor uso del espacio alrededor de la camilla, facilitando el trabajo de las personas directamente involucradas en la cirugía. La fácil ubicación de las aletas, hacen que el proceso de ubicación del paciente en la camilla sea más ágil y eficiente, acortando el periodo de anestesia. La lógica cableada implementada por medio de relevadores, aunque es de las formas más antiguas de implementación eléctrica, fue útil para este caso ya que permitió bajar costos de implementación y manejar los dispositivos encontrados en el mercado con mayor facilidad.
Figura 9. Mesa de cirugía construida
CONCLUSIONES Este proyecto facilitó en gran medida las intervenciones quirúrgicas a grandes animales, ya que le dio una herramienta al veterinario para ubicar adecuadamente a su paciente, esta herramienta tiene una gran adaptabilidad al entorno y un sencillo manejo y control. La posibilidad de variar la altura de la camilla así como su inclinación, de acuerdo a las necesidades de la intervención quirúrgica agiliza los procesos dentro de la cirugía y por tanto beneficia al paciente disminuyendo el tiempo de cirugía y el tiempo que el animal debe recibir anestesia. El sistema de locomoción, simplifica y facilita los métodos para la movilización y transporte de la mesa, con o sin paciente. De acuerdo a las diferentes pruebas realizadas a la mesa de piruja se determinó que como trabajo futuro para mejorar su diseño debe tenerse en cuenta que la mesa debe contar con aletas de diversos tamaños, que se ajusten a las diferentes intervenciones y posiciones a las que pueda ser sometido el paciente. Al realizar una producción en serie y adquirir algunos elementos en s necesario conseguir algunos elementos para facilitar los procesos y bajar los costos de producción. Debido a la zona donde opera, la mesa debe contar con un sistema de locomoción más robusto, que le brinde un mejor agarre y estabilidad. Adicionalmente, en este momento el proceso de rediseño esta orientado a eliminar los cables que resultan incómodos y pueden generar accidentes, en especial aquellos que salen de la mesa hacia la red eléctrica; por esta razón se esta trabajando en acondicionar al sistema el uso de baterías para su funcionamiento.
REFERENCIAS 1. Avallone Eugene, Baumeister Theodore, “Manual del Ingeniero Mecánico, Tomo1”, Ed. Mc Graw Hill, 1995, 3ª ed. 2. Bedford Anthony, Fowler Wallace, “Estática”, Ed. Addison-Wesley Iberoamericana, 1996, 1ª ed. 3. Beer Ferdinand P., Russell Johnston, E.“Mecánica de Materiales”, Ed. Mc Graw Hill, 1993, 2ª ed. 4. Gere James M.,Timoshenko Stephen P. “Mecánica de materiales”, Ed. Iberoamericana, 1986, 2ª ed. 5. Singer Ferdinand L. “Resistencia de Materiales”, Ed. Ediciones del Castillo, 1971, 2ª ed. 6. Vyemura John P., "Diseño de Sistemas Digitales. Un enfoque integrado", Ed. International Thomson Editores, 2000. 7. INTERMEC, “La Transmisión de Potencia por Cadenas de Rodillos”, 4ª ed. 8. www.polarsun.com/pages/haico/table_files/telgte2 .pdf 9. www.mueblesbohne.com 10. www.monografias.com/trabajos14/karnaughmapa/ karnaughmapa
