Studii și c ercetări privind proteze de m ână funcț ionale modulare [622781]

Universitatea POLITEHNICA din București
FACULTATEA DE INGINERIE MEDICALĂ

PROIECT DE DIPLOMĂ

Studii și c ercetări privind proteze de m ână funcț ionale modulare

Student: [anonimizat] : Ș.l. Dr. Ing. Mircea Iulian NISTOR

București
Iulie 2018

Universitatea POLITEHNICA din București
FACULTATEA DE INGINERIE MEDICALĂ

(MODEL PENTRU C UPRINS )
CUPRINS

Pag.
INTRODUCERE
1.
2.

CAPITOLUL n
n.1 DENUMIRE PARAGRAF
n.1.1. Denumire subparagraf de ordin 1
……………………………………..
n.2. Denumire paragraf
n.2.2. Denumire subparagraf
……………………………………………………………….
n.2.2. 1. Denumire subparagraf de ordin 2
CONCLUZII

BIBLIOGRAFIE

ANEXE

Universitatea POLITEHNICA din București
FACULTATEA DE INGINERIE MEDICALĂ

Capitolul 1
Introducerea

1.1 Justificarea temei
De-a lungul timpului , lumea science fiction , atât din cinematografie cât și din cărț i, a
exploatat ideea de rob otizare a omului. Astfel, crescând , am tot văzut personaje cu părți ale
corpului amputate , dar c are imediat ,datori tă evoluției, au fost înlocuite de părți robotizate.
Ca orice copil , am fost fascinată de ideea de a avea ca parte din mi ne ceva robotic și mă
întrebam dacă acestea chiar există . Cu trec erea timpului am ramas surprinsă să aflu că studiul
și proiectarea protezelor membrului su perior nu sunt la fel de avansate ca în cazul protezelor
extremităț ii inferioare.
La un interval de 30 de secunde un pacient: [anonimizat] o amputație din diferite motive sau îți
pierde o parte a corpului într -un accident. Aceș ti oameni sunt văzuți î n soc ietatea noa stră ca
fiind ‘diferiți’, însă e trist faptul că nu înțelegem că acețtia vor să fie tratați normal și să ducă
o viață obișnuință ,fără a ieși în evidență .
Subiectul protezării a fost abordat încă din antichitate.Iniț ial erau folosite materiale precu m
lemn, piele animală și bronz, urmân d ca apoi, în timp , acestea să fie î nlocuite cu alte materiale
cu proprietăț i superioare.
În ziua de azi, materialele moderne cum est e plasticul, fibrele de carbon și metale foarte
reziste, dar uș oare, ca titanul sau aluminiul, sunt rezistente la apă și mult mai capabile să
reziste unui mediu dur. Aceste materiale sunt folosit e în mare măsură, împreună cu un design
amplu și avansat, ambele permiț ând pacientului o calitate a vieț ii mai buna.
Totuș i 99% din proteze le pentru membrul superior sunt realizate pentru uzul zilnic ,însă
fără a lua în considerare faptul că o parte d in pacienț ii car e au suferit o amputare lucrează în
medii unde au nevoie să manuiască diferite unelte. Astfel , în lucrarea mea îmi doresc să
găsesc o idee de proteză atât practică cât și estetică pentru a putea fi folosită de aceș ti oameni.
Această idee nu este atât de nouă întrucât ,cum s puneam mai sus, a f ost utilizată în multe
lucrări science fiction,cel mai cunoscut fiind Că pitanul Hook din o pera ‘Peter Pan’ ,care în
locul mâ inii amputate avea un fel de proteză cu câ rlig. Acel carlig putea fi scos ,aceasta fiind
ideea mea de bază. De asemenea,primele proteze ale extremității superioare aveau tot această
idee de bază .

Universitatea POLITEHNICA din București
FACULTATEA DE INGINERIE MEDICALĂ

Fig.1.1 Proteză tip cârlig de la î nceputul secolului al XIX -lea1

În această lucrare voi realiza studii t eoretice privind acest subiect și voi proiecta 3D atât
modelul de proteză cât ș i uneltele care pot fi fol osite.

1.2 Justificarea medicala
Această lucrare își propune să prezinte principalele aspect ale importanței și necesității
proiectă rii unei pr oteze de membru superior,cu mențiunea că va fi funcțională într -un anumit
mediu (la muncă,într -un șantier ,atelier,etc). Fiind dezbătută încă de la primele descoperiri
medicale și până în prezent,tema se dovedește a fi de o importanță majoră pentru pacienții
care au suferit o amputaț ie.
Conținutul lucrării este structurat î n capitole definitorii pentru pa șii ce trebuiesc urmați î n
proiectarea unei proteze. Pornind de la un studiu actualizat asupra fiziolo giei,patologie i,
epidemiolo giei și activității funcționale ale mâinii se poate începe proiectarea propriu -zisă ce
implica toate calculele c inematice, de dimensionare și dinamice. Odata înțeles principiul de
funcționare ș i mecan ismele prin care acesta lucrează este posibilă realizarea practic ă a unei
proteze.
Universal valabil, obiectivul principal al un ei proteze este de a reda, pe câ t posibil,
capacitatea funcțională deținută inițial de persoana cu deficiente, încercand să se obțină, în
același timp, ș i cel mai bun rezul tat estetic de care pacientul are nevoie ș i pe care să și -l
permită. La o primă vedere, poa te părea ca exista diferenț e mino re în design -ul și fabricarea
unei soluții protetice, dar luand î n considerare disponibil itatea materialelor, resursele ș i

Universitatea POLITEHNICA din București
FACULTATEA DE INGINERIE MEDICALĂ

persoanele calificate în a face acest lucru, împreună cu diferenț ele cultural e, acest l ucru
devine o problemă î n sine.
Consecinț ele fizice și psihice ale amputarii sunt dramatice, și în majoritatea cazurilor au un
impact profund asupra pacienț ilor, afectandu -le radical tot restul vieții. Pacienții, în primul
rând sunt nevoiți să se acomodeze si să facă față senzației de pierdere a membrului amputat,
apoi să se adapteze pierderii funcției membrului amputat, dar și să se acomodeze cu noua
imagine cor porală și cu percepția celorlalți oameni. De cele mai multe ori,î ntr-o societat e,
persoanele cu astfel de afecț iuni sunt categorizate sa u chiar marginalizate. În acest caz,
singura soluție este protezarea, metodă ce nu este mereu accesibilă pentru oricine datorită
costurilor ridicate.
Amputarea reprezinta ablația unei extremități a corpului în urma unui traumatism,constricț ie
prelungi tă sau în urma unei intervenț ii chirurgicale.
Există multiple cauze care duc la apariția necesității amputării. Cea mai frecve ntă cauză
este circulația slabă a sângelui la extremități. Acest lucru este datorat îngustării sau
deterioră rii arterelor , fenomen numit boală arterial periferică . Fără fluxul sanguin suficient,
celulele organismului nu pot obține oxigenul și substanțele nutritive de care au nevoie din
sânge. Ca urmare, țesutul afectat începe să moară și infecția se poate răspândi. Î n acest caz
țesutul mort trebuie îndepă rtat. Diabetul contribuie la această boală , în timp ce provoacă
moartea nervilor (neuropatie ).
O alta cauză o reprezintă cancerul. Acesta provoacă leziuni grave la nivelul țesuturilor și
pentru a menține tumorile maligne de a se răspândi în celelalte părț i ale corpului este uneo ri
nevoie de apelarea la amputaț ie.
Accidentele traumatice sunt un alt motiv care duce la amputare. Accidentele auto, arsurile
grave ș i rănile provocate de împușcă turi r eprezintă toate posibile cauze ale rănilor traumatice.
Vasele sanguine și alte componente ale țesutului corp oral pot fi rupte sau sfărâmate ,acest
lucru fiind uneori dincolo de capacitatea organismul ui de a se vindeca. Astfel nu rămâne o
altă opț iune decâ t amputarea.
Amputația congenitală : în interiorul uterului,î n timpul sarcinii, fluxul sanguin către un
membru în curs de dezvoltare poate fi restrâns de alte benzi de țesut. Ca urmare, membrul
poate fi pierd ut permanent, iar copilul se naș te cu ceea ce se numește amputație
congenitală [1].

Universitatea POLITEHNICA din București
FACULTATEA DE INGINERIE MEDICALĂ

1.3. Anatomia func țională a mâ inii

Mâna umană reprezintă un mecanism complex , fiind principalul organ al manipulă rii.
Acea sta este extremitatea prehensilă a membrului superior și posedă în vâ rful degetelor una
dintre zonele cu cele mai mule terminații nervoase,astfel fiind considerat ă principala sursă ce
oferă informaț ii tactile despre mediul exterior.
Aceasta este formată din cel putin 27 de oase (în funcț ie de individ) [2],mai mult de 30 de
mușchi individuali [3] și peste 100 de ligament e,nervi ș i artere. [4]
Protezele își propun să reproducă funcț iile corpului uman și să readucă funcționalitatea
pentru persoa nele cu extremități lipsă. Totuș i nici o proteză curentă nu se potrivește cu
dexteritatea, flexibilitatea și fluiditatea mâinii umane [5].
Asemănă tor cu cela lalte organe p ereche, fiecare mână este controlat ă de emisfera
creierului opusa părții corpului în care se află .De asemenea, î n majorit atea cazurilor, există o
mână dominantă ce este capabil ă să îndeplinească acț iunile uzuale, cum este scrisul,
mani pulatul obiectelor sau orice acțiune precisă .

Fig. 1.2 Oasele mâinii2

Universitatea POLITEHNICA din București
FACULTATEA DE INGINERIE MEDICALĂ

1.4. Procesul de a mputare
Amputatia reprezinta inlaturarea unei extremitati a corpului afectata de un traumatism,
constrictie prelungita sau chirurgie. Ca masura chirurgicala, amputarea este folosita pentru a
controla durerea sau un proces patologic localizat la nivelul mem brului, cum este o neoplazie
sau gangrena. In unele cazuri, procedura este efectuata ca masura preventiva pentru astfel de
probleme. Un caz special este cel al amputatiei congenitale, conditie congenitala in care
membrele fetale au fost taiate prin benzi d e constrictie.
Pentru pacienții care au probleme la nivelul membrului superior este necesară luarea în
considerare a anumitor condiții unice ale amputării. Amputația trebuie să prezinte țesuturi moi
durabile pentru a permite montarea protezei. Înainte de a fi realizată o amputare este efectuată
o evaluare cu privire la menținerea intactă a nervilor.De asemenea este necesar ca acea
cantitate de piele care ar trebui să acopere osul (numită clapetă de piele volară) sa fie suficient
de mare astfel încât să aco pere atât cantitatea structurii osoase cât și o parte din pielea rămasă
pentru a nu genera tensiune și durere pentru pacient.[1]
Motive de amputatie:
• Conditii circulatorii: infectiile piciorului diabetic sau gangrena (reprezinta cele mai
frecvente indicatii pentru amputare); sepsisul cu necroza periferica.
• Neoplasmele: osul canceros sau tumorile tesuturilor moi (osteosarcomul,
condrosarcomul, fibrosarcomul, sarcomul sinovial, teratomul sacrococcigian, liposarcomul
etc.); melanomul.
• Traumatisme le: leziunile traumatice severe ale membrelor in care acestea nu mai pot fi
salvate; amputatia traumatica (o amputatie neasteptata care apare la locul unui accident, in
care membrul este partial sau complet afectat ca rezultat al accidentului); amputarea i n utero
(benzi amniotice).
• Diformitatile: deformarile degetelor sau a membrelor (de exemplu deficitul femural
proximal focal); degetele in plus si /sau membrele (polidactilia).
• Infectia: infectia osului (osteomielita); diabetul zaharat; intepaturile de insecte sau
muscatura de sarpe.
• Performanta atletica: uneori atletii profesionisti pot alege amputarea non -esentiala a
unui deget pentru a ameliora durerea cronica si performanta diminuata

Universitatea POLITEHNICA din București
FACULTATEA DE INGINERIE MEDICALĂ

Tipurile de amputatii de la n ivelul membrului superior:
• amputatia degetelor
• amputarea metacarpiana
• dezarticularea incheieturii mainii
• amputatia antebratului
(transradiala)
• dezarticularea cotului
• amputatia deasupra cotului
(transhumerala)
• dezarticularea umarului
• procedura Krukenberg.

Bontul chirurgical
Vindecarea plagii post -amputare este o problema deoarece majoritatea procedurilor
sunt efectuate in cazul unor membre cu o circulatie compromisa. Pielea este un factor foarte
important in capacitatea ambulatorie si stabileste prognosticul final al unui pacient care a
suferit o amputatie. Tesutul moale care inveleste bontul chirurgical devine un organ
proprioceptiv terminal pentru interfata dintre extremitatea reziduala si proteza. Pentru o
ambulatie eficienta in cazul amputatiei membrului inferior, acest tesut de invelis trebuie sa fie
format dintr -o masa suficienta, mobila, nonaderenta de mu schi, piele si tesut subcutanat, care
se pot acomoda stresului din interiorul protezei.
Grefele cutanate sunt uneori folosite pentru a acoperi complet plaga sau a diminua
tensiunea la inchiderea plagii. Desi amputatiile articulare mentin lungimea si atasamentele
musculare, pacientii au adesea probleme la potrivirea protezei.

1.5. Clasificarea protezelor de membru superior
Protezarea membrelor este un subiect cu o importanță majoră și depinde de doi factori și
anume:
-frecvența foarte mare a acc identelor ce generează amputarea
-importanța reintegrării sociale a individului prin redarea cel puțin parțială a funcționalității
segmentului lipsă
În cazul protezelor de membru superior există trei criterii de diferențiere: nivelul amputației,
criteri ul funcțional si criteriul comercial.
În figura se pot observa protezele în funție de nivelul amputației,acestea putând fi atât
parțiale cât și totale. [1]

Universitatea POLITEHNICA din București
FACULTATEA DE INGINERIE MEDICALĂ

După criteriul funcț ional protezele de membru superior sunt clasificate în proteze
active(ce folosesc energie corporală ,sau care folosesc energie extracorporală) și
proteze pasive (estetice sau de lucru).
În funție de criteriul comercial acestea pot fi proteze cosmetice,prot eze cu comandă
prin tracțiune, proteze cu comanda mioelectrică sau proteze hibride.

Capitolul 2: Stadiul actual in dezvoltarea produsului

La momentul actual, studiul protezelor este in plina dezvoltare, ingineri si medici
implicandu -se activ in gasirea unor solutii pentru problemele intalnite in cadrul proiectarii
acestora. Desi s -au realizat unele dispozitive extrem de performante, datorita costului foarte
ridicat al acestora, nu sunt inca disponibile pe piata.
Majoritatea protezelor actuale au un timp semnificativ intre gandul de a realiza miscarea si
realizarea acesteia propriu -zisa. De asemenea, nu prezinta miscari fluide, asemanato are cu
cele pe care bratul uman pe poate face si nici capacitatea de a transmite senzorial informatii
despre obiectele atinse. Astfel, nu sunt capabile sa redea persoanelor cu amputatii miscarile si
libertatea pe care le aveau odata.

Universitatea POLITEHNICA din București
FACULTATEA DE INGINERIE MEDICALĂ

Reproducerea com pleta a functiei, aspectului si caracteristicilor mainii este dificila,
procesul de protezare fiind inca departe de a atinge acest obiectiv. Pe de alta parte, cercetari in
acest domeniu se fac neincetat.

2.1. Stadiul actuala in brevetele de inventie
2.1.1 Brevet US 5464444
In acest brevet este descris un dispozitiv terminat care poate fi atasat la capatul unei
proteze pe un brat si serveste ca loc de atasare pentru o varietate de unelte sau dispozitive
concepute pentru a se imbina cu dispozitivul term inal. Dispozitivul cuprinde doua parti
principale in combinatie operabila si pivotanta ,acestea asigurand la un capat atasarea de
proteza si la un capat atasarea unei multitudini de unelte. De asemenea are capacitati de
articulare ce permit pozitionarea ut ilajelor intr -o varietate de pozitii in raport cu pozitia
protezei mainii.Printre instrumentele care pot fi atașate se numără, de exemplu: unelte de
tăiere (cum ar fi ferăstraie, fișiere, cuțite, răzuitoare și șuruburi); diverse chei (cum ar fi chei
deschi se, chei închise, chei cu clichet, chei reglabile, chei hexagonale și chei tubulare); și o
varietate de alte unelte, cum ar fi linguri, bile, spatule, avioane, perii, tije de pescuit etc.

Fig. 2.1. Vedere in plan a dispozitivului terminal

Universitatea POLITEHNICA din București
FACULTATEA DE INGINERIE MEDICALĂ

Fig.2.2. Model de cheie utilizata in mod obisnuit,cu capat ce se prinde de terminal

La acest brevet mi se pare interesant faptul ca se pot detasa uneltele,acestea nefacand parte
concret din proteza.De asemenea faptul ca cele doua parti principale sunt imbinate in asa fel
incat sunt ambele pivotante genereaza o multitudine de pozitii ale uneltei,acest lucru fiind
important.
De retinut este faptul ca acest dispozitiv are la primul capat principal un sistem de
infiletare ce ii permite sa se ataseze de o proteza de brat.

2.1.2 Brevet US 3802302
Prezenta invenție se referă la un dispozitiv protetic pentru atașarea rapidă și u șoară a
oricărui element selectat dintr -un număr de unelte la un element artificial al corpului.Într -un
cuvant, invenția se referă la un conector care este adaptat pentru a fi fixat pe un braț artificial
și care poate fi conectat rapid și ușor printr -o rac ordare axială de fixare la oricare dintr -o
varietate de unelte prevăzută cu un sistem de îmbinare( mijloace de fixare).

Universitatea POLITEHNICA din București
FACULTATEA DE INGINERIE MEDICALĂ

Conectorul conform invenției poate fi fixat la capătul exterior al brațului artificial după ce
o mână artificială sau alt dispoziti v a fost scos din acesta. Oricare dintre o varietate de scule
sau alte dispozitive prevăzute cu mijloace de fixare prin prindere pot fi atașate la mijloacele
de fixare ale conectorului printr -o mișcare simplă .
Un obiectiv al acestei inventii este să furnizeze un dispozitiv protetic pentru un element
artificial al corpului care permite o îndepărtare rapidă a uneia dintre scule și o atașare la o altă
unealtă la fel de rapidă.
Un alt obiectiv este acela de a furniza un conector la care o varietate d e unelte diferite pot
fi atașate cu ușurință de către o persoană cu handicap având un braț artificial și cu o posibilă
limitare a utilizării celuilalt braț și mâna.
Un alt obiectiv este cel de a furniza un conector pentru un braț artificial construit și aranjat
în așa fel încât sculele sau alte dispozitive atașate la acesta să poată fi rotite sau pivotate într -o
poziție preferată pentru a folosi mai convenabil uneltele atașate.

Fig.2.3. Vedere în perspectivă a unei unelte și a unui conector de fixare a uneltei adaptat pentru
atașarea la un braț artificial
2.1.3. Brevet US 5062860
Aceasta inventie propune un atasament protetic pentru membru l superior util pentru a ajuta
persoanele cu amputatie sa cante la un instrument cu coarde. Acesta cuprinde un deget al
coardei care este adaptat sa se extinda peste toate corzile instrumentului si un deget adaptat
pentru a contacta unul sau doua siruri al e instrumentului. De asemenea exista posibilitatea de
a regla spatiul dintre degete utiliand cablul de protectie protetic conventional. Acesta este

Universitatea POLITEHNICA din București
FACULTATEA DE INGINERIE MEDICALĂ

atasat la o parghie care se extinde din lateralul degetului. Cele doua degete sunt legate printr –
un mijloc d e pivotare.x

Fig.2.4. Vedere în perspectivă a unui exemplu de realizare a atașamentului ,conform invenției,
conectat la un braț artificial
2.1.4 Brevet US 3490078 A
Aceasta inventie propune un dispozitiv protetic pentru atasarea pe un ciot al antebratului.
Dispozitivul cuprinde un manson care sa cuprinda ciotul,o prelungire solida,o cupa care
inconjoara mansonul si elementul anterior ,aceasta avand o margine inelara orientata spre
interior;un element fixat intre partea anterioara si janta ,elementul avand o priza tubulara
filetata pentru imbinarea cu o varietate de scule,fiecare scula avand la randul ei un stift filetat
la capatul manerului pentru cuplarea cu soclul
Un obiectiv al acestei inventii este acela de a asigura o proteză simplă, ieftină atașabilă la
ciotul unui antebraț și care include mijloace prin care o varietate de instrumente simple pot fi
ușor cuplate și scoase din dispozitiv.m

Universitatea POLITEHNICA din București
FACULTATEA DE INGINERIE MEDICALĂ

Fig. 2.5.Vedere in perspectiva a protezei atasate de ja de ciotul antebratului,in care a fost montat un
ciocan cu gheare obisnuit pentru a fi utilizat.
2.1.5 Brevet nr. US2516791A, SUA, 06 -04-1948
Prezenta invenție se referă la brațe artificiale și obiectivul său principal este de a furniza
un braț ce are o încheietură care să cuprindă o flexiune pasivă sau pre -setată manual și o
extensie a încheieturii mâinii, împreună cu supinația automată a elementului antrenat de
încheietura mâinii care răspunde la flexia antebrațului . Mai precis, unul dintre obiectivele
invenției este de a furniza o încheietura a mâinii care să dispună de ambele mișcări de flexie –
extensie și pronatie -supinație și în care mișcarea pronatie -supinați e are loc dincolo sau distal
față de axa de flexie -extensie. Aceasta este inversarea exactă a aranjamentului utilizat în toate
dispozitivele anterioare de natură asemănătoare cunoscute de noi și are ca rezultat anumite
avantaje care sunt imposibil de reali zat cu dispozitivele anterioare.

Universitatea POLITEHNICA din București
FACULTATEA DE INGINERIE MEDICALĂ

2.2.1. Pe plan intern
Producatori romani:
2.2.1.1.Activ Ortopedic SRL:

Universitatea POLITEHNICA din București
FACULTATEA DE INGINERIE MEDICALĂ

Activ Ortopedic SRL a fost î nființată în anul 1993, de asociați persoane fizice din județul
Bihor.
În anul 2004 societății i s -a schimbat denumirea, obiectul de activitate și structura
acționariatului. A fost adoptată denumirea actuală, iar obiectul de activitate a fost schimbat în
importul și comercializarea dispozitivelor medicale.
Până la jumătatea anului 2009, activitatea societății a constat numai în importul și
comercializarea de dispozitive ortopedice, fabricarea acestor dispozitive deținând o cotă
nesemnificativă din cifra de afaceri, procesul efectiv de fabricație fiind externalizat către alte
societăți de profil.
În luna iunie 2009 a fost înființat propriul atelier de producție al Activ Ortopedic SRL,
gama de produse fabricate fiind alcătuită din:
• Clasa G – Orteze pentru membrul inferior
• Clasa G – Orteze pentru membrul superior
• Clasa G – Orteze pentru coloana vertebrala
• Clasa H – încălțăminte ortopedică
• Clasa D – Proteze membre inferioare
• Clasa E – Proteze membre superioare

2.2.1.2. Ortomedical Plus:

Ortomedical Plus este o firma
specializata in furnizarea de produse si servicii de tehnica ortopedica de calitate superioara .
Acestia produco gama variata de proteze, orteze si ortopedice, conforme standardelor
de calitate internationale, folosind materiale si componente de la firme de prestigiu din
EUROPA.
Firma s -a remarcat prin promovarea permanenta a calita tii, introducerea de produse noi
(protezele mioelectrice pentru membrul superior, protezele modulare pentru membrul

Universitatea POLITEHNICA din București
FACULTATEA DE INGINERIE MEDICALĂ

inferior) si nu în ultimul rând, impunerea tehnologiilor moderne de protezare, ortezare si
aparatura adaptata pentru persoanele cu handicap .

2.2.1.3. Sc.Handilug SRL:

Infiintata in anul 1993, Sc Handilug Srl, in judetul Timis, isi propune sa ofere
potentialilo r clienti achizitionarea unor produse de calitate.

Firma Handilug are o echipa cu vasta experienta in domeniul productiei de dispozitive
medicale – proteze pentru membrul inferior, orteze pentru membrul superior si membrul
inferior, in adaptarea grupurilor sanitare si a locuintei, in comercializarea de dispozitive
ajutatoare de o calitate superioara si in munca pentru persoane cu dizabilitati .

De asemenea, in Romania, exista universitati ce si -au indreptat atentia catre acest subiect:
• Universitatea Politehnica din Timișoara
Ingineria biomedicală este una din specializările de avangardă din Universitatea
Politehnica din Timișoara și chiar din învățământul superior din România. Ingineria
biomedicală studiază aparatura de investiga re/monitorizare, terapie, de laborator, etc. utilizată
în biologie și în medicină, precum și principiile, metodele și tehnicile care stau la baza
exploatării acestei aparaturi. Misiunea didactică a specializării Inginerie Medicală este de a
forma specialiș ti cu o pregătire interdisciplinară, competitivi pe plan național și internațional,
cu competențe și abilități specifice ingineriei medicale, printre care se numara si concepția,
proiectarea, fabricația și testarea implanturilor dentare și ortopedice și a unor elemente de
protezare și ortezare; alegerea și utilizarea biomaterialelor pentru fabricarea dispozitivelor
medicale;

• Universitatea Transilvania din Brașov

Universitatea POLITEHNICA din București
FACULTATEA DE INGINERIE MEDICALĂ

Universitatea Transilvania din Brașov își propune să realizeze cercetări teoretice și
practice în domeniul vast al răspunsului la solicitările curente la care sunt supuse elementele
componente ale protezelor. O mare parte din cercetările experimentale pe tema protezarii sunt
posibile datorită Centrului de cercetare D04 – Sisteme Mecatron ice Avansate cu Aplicație în
Industrie și Medicină, Catedra de Mecanică Fină și Mecatronică.

• Universitatea Tehnica din Cluj -Napoca
In prezent inginerii clujeni de la catedra de Tehnologia Construcției de Mașini (TCM)
din cadrul Universității T ehnice din Cluj -Napoca (UTCN) realizează, în premieră în
România, implanturi personalizate. Protezele personalizate sunt făcute din materiale
bioactive, fiind gândite în funcție de caracteristicile fiecărui individ. Acestea sunt realizate
în baza unor gran turi de cercetare. Pentru le a crea, cercetătorii clujeni folosesc un software
special de 17.000 de euro și o imprimantă 3D achiziționată cu o jumătate de milion de euro.

Printre numeroasele firme ce se ocupa cu comercializarea protezelor in Romania se
numara: MedExpert, Biometric Technology, Omnia Consult Med, Ortomed, Ortotech,
ANCEU etc.

2.2. Stadiul actual al produselor pe piata
2.2.2. Pe plan international
2.2.2.1. Motion Control INC:

Universitatea POLITEHNICA din București
FACULTATEA DE INGINERIE MEDICALĂ

Motion Co ntrol Inc. este una dintre cele mai avansate companii de dezvoltare și producție
din industria protezelor. Aceasta a fost înființata în 1974 de către dr. Stephen C. Jacobsen
pentru a comercializa tehnologia medicală dezvoltată la Universitatea din Utah, Ce ntrul de
Inginerie Design.
De când a fost disponibil pentru prima dată, în 1981, brațul artificial Utah a fost în prim
front al tehnologiei mioelectrice pentru cot, mână și încheietura mâinii. De peste trei decenii,
Motion Control a dezvoltat îmbun ătățiri de ultimă generație în domeniul electronicii și un
design inovator pentru funcționalitate, aspect natural și confort.

2.2.2.2. Steeper

Cu aproape 100 de ani de experiență, Steeper
este un producător de frunte al produselor protetice de extremitate superioară.
Biroul lor american, SteeperUSA, cu sediul în San Antonio, Texas, distribuie produsele
acestora și oferă asistență cliențil or din America de Nord și de Sud. Compania are mulți
parteneri internaționali care distribuie produsele și sprijină clienții din întreaga lume.
2.2.2.3. Touch Bionics

Touch Bionics este lider mondial in furnizarea de
tehnologii protetice și servicii de asistență menite să asigure cele mai bune rezultate posibile
pentru persoanele cu deficiențe ale membrelor superioare.
Avantajele produselor avansate ale produselor Bionics includ soluții de mână și proteze de
proteză mioelectrică, precum și proteze funcționale pasive extrem de realiste, care se
potrivesc aspectului natural al purtătorului.
Produsele lor avansate incl ud soluții de maini protetice mioelectrice precum și proteze
funcționale pasive extrem de realiste, care se potrivesc aspectului natural al purtătorului.

2.2.3. Solutii experimentale. Tendinte viitoare

Universitatea POLITEHNICA din București
FACULTATEA DE INGINERIE MEDICALĂ

The Bebionic hand
Compania Ortotech a adus in Romania
experienta producatorului RSL Steeper din Anglia,
privind proteza bionica de mana, Bebionic. Aceasta
utilizeaza o tehnol ogie de varf cu caracteristici unice,
ergonomice spre deosebire de orice alta mana
mioelectrica disponibila.

Bebionic ofera 14 modele de prindere diferite,
permitand utilizatorului sa aiba un dispozitiv complet
pentru a -l ajuta in viata de zi de zi. Prehensiunea
obtinuta cu aceste proteze bionice este una fina, gradata si controlabila, necesara pentru
prinderea obiectelor, folosind senzori mioelectrici.

Acest tip de proteza bionica este adecvat pentru utilizarea in activitatile zilnice, pentru
folosi rea usoara pana la moderata.

I-LIMB
Proteza pen tru brat numia I -LIMB Hand a fost
conceputa in laboratoarele de cercetare ale
companiei Touch Bionics din Scotia. A fost
declarata inventia numarul unul in inginerie si a fost
distinsa cu Premiul MacRobert al Academiei
Regale de Inginerie din Marea Britani e.

Universitatea POLITEHNICA din București
FACULTATEA DE INGINERIE MEDICALĂ

Acum, dupa mai bine de 40 de ani de cercetare, proteza bionica este disponibila si
persoanelor afectate din Romania prin intermediul Centrului de Recuperare, Pr otezare si
Ortezare "Ortotech" din Bucresti.
Mana bionica este controlata de creier
Proteza putea fi
montata pacientilor carora le -a
fost amputat antebratul in urma unor
accidente sau a unor boli cronice.
Spre deosebire de protezele
clasic e, mana bionica este controlata
miolitic, putand astfel sa
execute cele mai delicate miscari.
Aceasta functioneaza cu ajutorul a 2 electrozi atasati la nivelul pielii , care culeg si
interpreteaza semnalele electrice create prin contractia fibrelor muscular e de la nivelul mainii
amputate.
Astfel, cand persoanele isi incordeaza muschii ramasi din antebratul amputat se transmite un
semnal mainii bionice , pe care aceasta il transforma in impulsuri electrice. Apoi, prin
intermediul a 5 motorase, degetele artifi ciale sunt miscate.

Mana prostetica “Luke Skywalker”
Cu ajutorul sonzorilor cu ultrasunete, aceasta mana ofera posiblitatea utilizatorului sa
controleze fiecare deget cu o mare precizie. Brațul robotizat îi permite purtătorului să facă
mișcări complexe sau delicate, de exemplu, să țină niște ouă sau becuri, fără să le spargă.
Aparatul a fost bozetat "Luke", după numele personajului Luke Skywalker, care rămâne
fără o mână, în Star Wars.
Brațul robotizat a fost creat în laboratoarele unei companii din New Hampshire, datorită
unei sponsorizări de 40 de milioane de dolari, de la Pentagon. Autoritățile au alocat banii
pentru a -i ajuta pe soldații care au rămas invalizi în teatrele de război. Peste 1.800 de
americani au mâini sau picioare amputate, din cauza conflictelor din Irak și Afganistan.

Universitatea POLITEHNICA din București
FACULTATEA DE INGINERIE MEDICALĂ

Universitatea POLITEHNICA din București
FACULTATEA DE INGINERIE MEDICALĂ

1.1. Scopul proiectului

Scopul general al unei proteze este de a returna cât mai multă funcționalitate posibil unei
persoanelipsesc un membru. Un obiectiv final ar fi într -o bună zi să înlo cuiască perfect
membrele lipsă. Scopul acestei lucrări es te de a proiec ta și construi o proteza de mână multi –
funționala imprimat ă 3D. Un ut ilizator al acestui dispozitiv va fi în măsură să controleze
brațul prin flexiune musculară detectată folosind electrozi de suprafață plasați pe piele.
Imprimantele 3D moderne permit crea rea și asamblarea componentelor mecanice detaliate
relativ rapid. Fabricarea de modele complexe folosind alte metode ar fi mult mai mult
scumpe și nu ar fi posibilă într -o perioadă atât de scurtă de timp.
In urmatoarele luni vreau sa imi dedic timpul pentr u a studia ,cerceta si proiecta o proteza de
mana specifica pentru un anumit tip de activitate,de exemplu pentru activitatile din interiorul
unui santier ,unui atelier,etc. Consider ca muncitorul necalificat isi doreste sa isi continue
serviciul chiar d aca a suferit o amputatie la membrul superior.
Am observat ca in prezent se studiaza tot mai mult aceasta problema deoarece oamenii vor
sa practice in continuare hobby -urile sau munca pe care o intreprindeau si inainte de acest tip
de eveniment. Exist a un tip de proteza de incheietura care are aproximativ 8000 de tipuri de
pozitii in care se poate tine o unealta. De asemenea poate fi folosita nu doar pentru uneltele de
lucru(Ciocan,cheie,ferastrau,etc) dar si pentru hobby -uri: exista capete pentru ca ntat la
chitara,pentru jucat voley/basket,pentru ustensilele de bucatarie,pentru crosetat,etc. Practic
orice idee iti vine ,cu putina munca se poate realiza.
Imi doresc ca solutia mea sa nu prezinte procedeul de infiletare a uneltei la capatul
manson ului ci sa existe un mecanism prin care persoana sa impinga unealta si aceasta sa se
fixeze in proteza.
Un alt obiectiv este acela ca acest dispozitiv sa poata fi atasat la o proteza de mana normala,
acest lucru in opinia mea scazand costul de fabrica ție.
Proiectarea protezei se va realiza folosind programul Solidworks.

Universitatea POLITEHNICA din București
FACULTATEA DE INGINERIE MEDICALĂ

Scopul proiectului este acela de a gasi solutii cat mai simple ,cu un cost cat mai redus si cu
o functionalitate ridicata a protezei de mana functionala.
Pentru a pute a incepe proiectarea este nevoie de o serie de parametrii cum ar fi datele
antropometrice ale mainii subiectului si calculele specifice.

1.2. Metoda de abordare

Este extrem de dificil să produci un design excepțional de la zero. Multe soluții pot par să fie
plauzibile la început, dar mai târziu să ducă la probleme neprevăzute. Încercarea de a
perfecționa primul design de -a lungul mai multor luni nu este numai risipă de timp prețios, ci
duce și la o abordare necorespunzătoare.
O metodă mult mai bună de atac e ste să producem primul prototip cât mai repede posibil, să
analizăm sistemul și să facă îmbunătățiri. Imprimarea 3D ne permite să fabricăm cu ușurință
produse noi și noi proiecte îmbunătățite.

Protezarea membrelor se constituie ca un domeniu prioritar datorită frecvenței mare a
accidentelor ce impun amputarea. Acestea duc adesea la un deficit funcțional ș i social
important precum și la creșterea morbidității și mortalității.
Motivația cercetărilor întreprinse în domeniul amputatiilor de membre este dorința de
imbunătătire a calitătii vieții pacienților, reintegrarea socială a acestora ș i oferirea unei palete
cât mai largi de soluții fezabile pentru reîntoarcerea acestora cu succes la o viată cât mai
apropiată de cea dinainte de a suferi amputația.
Pentru a fi proiectată o proteză sau un aparat ortopedic trebuie urmat un p rincipiu de
bază. Acesta trebuie sa îndeplinească condițiile unui mijloc de susținere, de prehensiune sau
de deplasare,adică modelul sa aibă proprietatile cât mai apropiate de funcțiile membrului
afectat .
Condițiile de bază care ar trebui să fie impuse ansa mblului de protezare sunt următoarele:
1. să fie cât mai conform cu bontul astfel încât prehensiunea , sprijinul sau deplasarea să nu
producă leziuni.
2. să permită o circulație sanguină optimă care să întrețină starea de integritate a părților moi
și mai ales a musculaturii bontului.
3. să fie funcțională pentru a permite reabilitarea individului sau reincadrarea lui în viața
socială.

Universitatea POLITEHNICA din București
FACULTATEA DE INGINERIE MEDICALĂ

4. să fie ușoare , estetice și neșocante pentru a evita instalarea complexelor de inferioritate.
Structura și caract eristicile tehnice ce se impun protezelor se stabilesc în raport cu datele
de anatomie funcțională și biomecanice specifice membrului afectat.
Comparativ cu primele proteze apărute, dispozitivele de astăzi sunt mult mai ușoare,
confecționate din mat erial plastic, aluminiu și materiale compozite pentru a furniza amputații
cu cele mai funcționale dispozitive. În plus față de oferirea unor funcționalități de bază sau a
unui aspect mai plăcut, apariția microprocesoarelor, a cipurilor și a roboticii în di spozitivele
moderne are rolul de a readuce amputații la stilul de viață cu care erau obișnuiți, la
normalitate. În prezent protezele sunt mai realiste, cu învelișuri de silicon, și sunt capabile să
imite mult mai eficient funcția unui membru natural, asigu rând pacientului o experiență cât
mai apropiată de realitate
Cu tehnologiile care apar rapid, cum ar fi imprimarea 3D, procesoare mai rapide, senzori mai
buni și materiale ușoare, lumea protezelor trece prin salturi dinamice privind atât modul în
care sunt proiectate, create cât și modul în care sunt funcționale membrele protetice.
Principiile fundamentale care stau la baza sunt încă dependente de următoarele module.
Ansamblul protetic în ansamblu constă din patru sub -părți majore care sunt responsabile
pentru funcționalitatea lor specifică. Corpul membrelor, soclul, mecanismul de atașare și
sistemul de control.
Corpul membrelor artificiale:
O pereche naturală de picioare a omului cântărește aproape 30 -40% din greutatea corpului, în
timp ce mâinile se apropi e de 10% din acesta. Prin urmare, luând greutatea picioarelor
naturale în consi derare, proteza ar trebui să aibe o masă redusă, deoarece nu ar tr ebui să
obosească utilizatorul.
Din aces t motiv, construcția protezelor și tipul de material care este folosit, nu ar trebui să
pună utilizator ul în dificultate pentru a se adapteza și pentru a conduce o rutină zilnică
folosind proteza . Prin urmare, este fabricat ă din materiale cum ar fi fibra de carbon acoperită
cu o acoperire din spumă sau din material plastic pe ntru a asigura o interfață protectoare și o
inserție moale între partea naturală și partea artificială.

Soclul membrului artificial
Acesta joacă un rol important d eoarece montarea precisă, în afară de adăugarea la factorul de
confort, este esențială pentr u buna funcționare a protezei. Ar trebui să ne gândim ca la o
mănușă de mână pe care o folosim într -un joc de baseball. Dacă se potrivește corect, suntem
capabili să jucăm mai eficient altfel nu vom putea folosi mâna la capacitatea maxima . Pe
scurt, o m ontare confortabilă ajută la reglarea mișcărilor voluntare în membrul rezidual.

Universitatea POLITEHNICA din București
FACULTATEA DE INGINERIE MEDICALĂ

Partea de conectare a protezei este numită o priză. Ace asta este turnat ă în jurul unui ghips
turnat în jurul membrului rezidual pentru a obține o măsurare precisă. Scanarea cu laser poate
fi de asemenea folosită pentru a obține o diagrama virtuală 3D exactă a bontului . O garnitură
de silicon este atașată mai întâi la membrul rezidual care apoi se fixează la soclu. Acest
aranjament asigură o potrivire mai bună a aspirației.

Prizele sunt realizate din fibră de carbon sau epoxi.
Mecanismul de atașare a l membrelor artificiale
O priză bine fixată trebuie să fie asigurată de o suspensie care ar putea fi o aspirație electrică,
un ham sau o curea. Adesea soclul propriu -zis este o parte a ansamblului . Dispozitivul
terminal (membrul efectiv) poate fi o mână, un cârlig sau un picior. De asemenea, membrul
protetic este fabricat din fibră de carbon sau rășini de imprimare 3D (p entru alternative mai
ieftine).
O altă metodă care este cercetată pentru a oferi o potrivire mai confortabilă decât cea a
soclului -soclu este atașamentul Direct Bone. (De asemenea, cunoscut sub numele de
Osseointegration)

osteointegrarea
Este în principiu o legătură directă între os și un ataș ament artificial. Nu trebuie să implice
niciun material de țesut intercalat între os și metal. Metalele poroase, cum ar fi spuma de titan,
sunt folosite în prezent pentru că au performanțe mai bune, biologic. Această tehnică este cea
mai frecvent utilizată în implanturile dentare.

Sistemul de control artificial al membrelor
Creierul nostru stimulează mișcarea membrelor noastre naturale. Nervii care coboară complet
de la sistemul nervos până la părți ale corpului primesc semnale electrice care sunt decodate
de creier, ducând la tipul de acțiune pe care o perso ană dorește să o îndeplinească.
În mod similar, cablurile care circulă în interiorul unui membru protetic primesc impulsuri
electrice care ajută proteza să se miște. Un mot or electric acționând apoi pro teza.
Cele m ai sofisticate sunt protezele mi oelectrice care folosesc electrozi pentru a detecta
impulsurile muscu lare care trec ulterior printr -un un sistem electronic de control .Acesta
amplifică semnalele și transmite mecanism ului protetic să permit efec tuarea tipulului de
mișcare pe care utilizatorul încearcă să o facă. Se desfășoară într -un mod similar cu cel al unui
membru natural și, prin urmare, este cel mai popular.

Universitatea POLITEHNICA din București
FACULTATEA DE INGINERIE MEDICALĂ

De asemenea înainte de a fi proiectată proteza se realizează o serie de măsurători
antropometrice pentru ca aceasta să fie în conformitate cu pacientul. Se doreste asemanarea cu
cealalta mana a pacientului pentru a face cat mai putin vizibila dizabilitatea avuta.

Denumire Dimensiune (mm)
Lungimea mainii (distanta de la baza palmei la
varful degetului mijlociu) 180
Lungimea palmei (distanta de la baza palmei la
baza degetului mijlociu) 110
Lungimea pumnului (distanta de la baza
palmei la varful pumnului) 100
Palma stransa (de la baza palmei la centrul
stransorii) 80
Latimea mainii (cu policele perpendicular pe
axa lungimii) 96
Latimea mainii fara polica (de la extremitatea
distala a degetului mic la aratator) 75
Grosimea degetului (distanta dintre fata
dorsala s i palmara a degetului mijlociu) 7
Latimea degetului (distanta dintre fetele
laterale ale varfului degetului mijlociu) 15
Grosimea mainii (distanta dintre fata dorsala si
palmara in dreptul degetului mijlociu) 18
Grosimea mainii, la baza policelui 21
Circumferinta pumnului 230

Universitatea POLITEHNICA din București
FACULTATEA DE INGINERIE MEDICALĂ

Diametrul stransorii 35

Un alt aspect important este evaluarea exactă a tipului de amputare pe care pacientul il
are,acestea fiind exemplificate în Capitolul 1.
Este necesară evaluarea atât a stării de sănătate a individului( s ă se testeze existența reacțiilor
adverse la anumite materiale sau substanțe ) cât si a stării psihice (sunt pacienți care se simt
marginalizați si își doresc o proteză care să arate cât mai mult cu o mână normal ,dar sunt și
pacienți care pur și simplu vor să poată munci în continuare,aspectul cosmetic al protezei
fiind mai puțin important)
Astfel ,după o analiză amănunțită asupra tuturor aspectelor menționate mai sus (date
antropometrice, material, greutate, tipul de amputatie, alergii, etc) se poate încep e proiectarea
si crearea unei proteze de mână .

1.1. Conectarea protezei la corp

Design -ul sosetei (socket)
Primul scop al managementului protetic este protecția membrului rezidual având în vedere că
90% din amputările de la membrele din nivelul superior apar în urma unei traume fizice [18].
Presiune prelungită exercitată asupra deteriorării zonelor cu țesuturi moi p ot duce la un
compromis semnificativ al apendicelui rămas.
Probleme le pe care un pacient le poate simți pot include durere, umflături, blistere, iritații ale
pielii, edem și chiar restricționarea fluxului sanguin [19].
Șosetele trebuie să fie proiectate î ntr-o manieră sigură pentru utilizatori, confortabile, igienice
și
Trebuie să distribuie greutatea protezei într -o manieră optimă.
Cea mai obișnuită metodă de montare a unei proteze este crearea unui soclu persona lizat care
se potrivește în jurul bontului pacientului. Acest soclu poate fi auto -suspendat, montat prin
aspirare sau fixat de utilizator cu ajutorul unui ham . Confortul și distribuția încărcăturii pot fi
sporite prin furnizarea unei părți de umplutură, cum ar fi o șosete protetică, buzunare cu aer
gonflabil e sau prin reducerea densității și rigidității într-o regiune sensibilă [17, 19].
Câteva ansambluri protetice au folosit o formă de plastic ce se modifică prin înmuiere termică
pentru a crea o șosetă personalizat ă. O foaie de plastic este in calzi ta si formata in jurul unui

Universitatea POLITEHNICA din București
FACULTATEA DE INGINERIE MEDICALĂ

bont.Șoseta protetică este purtată pentru a crea un mediu confortabil între utilizator și
dispozitiv.

Ossionintegration

Ossiointegraion este procesul de integrare permanentă a unei componente non -biologicecu un
os uman. În dis pozitivele protetice un știft de titan este înșurubat într -un os lung din braț s au
picior la locul de amputare. De -a lungul timpului titanul și osul se contopesc pentru a crea un
punct ferm de ancorare pentru a putea fi atașată proteza[19]. Ossiointegratio n nu este un
process practicat foarte des, cu toate acestea oferă mai multe beneficii, inclusiv
Un punct puternic,rezistent de ancorare
Nu este nevoie ca țesutul moale să suporte greutatea protezei
Nu sunt probleme legate de fluxul de piele sau de s ânge induse de o șosetă
Nu apar probleme de fixare datorită creșterii sau pierderii în greutate

1.2. Proiectarea 3d
1.4.1 Programul folosit
Pentru a realiza acest proiect am folosit un ăprogr am de proiectare 3d numit SolidW orks.
SolidWorks este un progr am 3D CAD Windows dezvoltat de Dassault Systèmes, Franța.
SolidWorks este utilizat în prezent de peste 1,3 milioane de ingineri și designeri la peste
130.000 de companii din întreaga lume.
Există peste 1,5 milioane de licențe ale companiei SolidWorks în în treaga lume. Baza de
utilizatori variază de la persoane fizice la mari corporații, acoperind o secțiune largă a
segmentelor pieței de producție. SolidWorks este partener al dezvoltatorilor terți pentru a
adăuga funcționalități în aplicații de nișă de piață , cum ar fi analiza elementelor finite,
aspectul circuitului, verificarea toleranței etc.
SolidWorks acoperă procesul de proiectare; de la proiectare și validare până la comunicații
tehnice și gestionarea datelor. Interfața intuitivă de design și software -ul integrat lucrează
împreună pentru a oferi utilizatorului libertatea de a se concentra asupra inovației. SolidWorks

Universitatea POLITEHNICA din București
FACULTATEA DE INGINERIE MEDICALĂ

poate maximiza productivitatea resurselor de proiectare și inginerie pentru a crea produse mai
bune, mai rapide și mai economice.
Pentru r ealizarea acestui proiect am învățat să ultilizez majoritatea funcțiilor existente în
program. Acesta este ,din punctul meu de vedere, un program ușor de folosit (se găsesc o
multitudine de tutoriale și de indicații pe internet care explică și arată cum po ate fi
folosit),complex și fiabil.
În fiecare zi învăț ceva nou cu ajutorul acestui program,pot să generez schițe atât 2d cât și 3d
,pot face simulări numerice pentru a vedea rezistența pieselor folosind diferite materiale,pot
modela absolut tot cee ace m i-as dori.

1.4.2. Ergonomie

Ergonomia este interacțiunea dintre oameni și mașini. Domeniul protezei este interesant,
deoarece se ocupă de ergonomia dintre proteză și amputare, cum ar fi atașamentul fizic la
corp și feedback -ul senzorial. Ergonomia tre buie să fie, de asemenea, luată în considerare
pentru interacțiunea dintre proteza unei persoane și alte persoane. O proteză ideală este fizic
confortabil de purtat de către pacient, este ușor și natural de controlat,oferă feedback sensorial
util și intera cționează bine cu mediul său.
Pentr u proportii si pentru proiectarea acestui prototip au fost folosite dimensiunile unei mâini
de bărbat. Un scop universal în designul protetic este de a realiza forme și dimensiuni care se
potrivesc cu un mediu fizic femin in.Este mult mai ușor să se scaleze un design în dimensiune,
decât să se micșoreze pentru a se potrivi unei persoane mai mici.
Scalabilitatea a fost ținută în minte pe tot parcursul procesului de proie ctare. Componentele
pot fi ușor redimensionate în softw are-ul de modelare a computerelor și tipărite relativ reped e.
Acest lucru permite să fie dezvoltate cu ușurință diferite dimensiuni de prototipuri .

Universitatea POLITEHNICA din București
FACULTATEA DE INGINERIE MEDICALĂ

1. Rezistența elastică
În fizică, tensiunea poate fi descrisă ca forța de tracțiune transmisă axial prin intermediul unui
șir, lanț, cablu sau un obiect continuu unidimensional similar sau prin fiecare capăt al unei
bare, un element de legătură sau un obiect tridimensional similar; tensiunea ar putea fi, de
asemenea, descrisă ca perechea de acțiune -reacțiune a forțelor care acționează la fiecare capăt
al elementelor menționate. Tensiunea ar putea fi opusul compresiei.
La nivel atomic, când atomii sau molecule le sunt extrase unul de celălalt și câștigă energie
potențială cu o forță de restabilire care încă mai există, forța restabilită ar putea crea ceea ce
se numește și tensiune. Fiecare capăt al unui șnur sau o tijă sub o astfel de tensiune ar putea
trage obi ectul pe care este atașat, pentru a restabili șirul / tija la lungimea sa relaxată.
În fizică, tensiunea, ca forță transmisă, ca o pereche de forțe acțiune -reacțiune sau ca o forță
de refacere, poate fi o forță cu unitatea de măsură în newtoni (sau uneori kilograme). Capetele
unui șnur sau ale altui obiect care transmite tensiunea vor exercita forțe asupra obiectelor la
care este conectat șirul sau tija, în direcția șirului în punctul de atașare. Aceste forțe datorate
tensiunii sunt numite și "forțe pasive" . Există două posibilități fundamentale pentru sistemele
de obiecte deținute de șiruri de caractere: fie accelerația este zero, iar sistemul este, prin
urmare, în echilibru, sau există o accelerație și, prin urmare, o forță netă este prezentă în
sistem.
Toate corpurile solide prezintă o rezistență mai mică sau mai mare la deformare, sau o
modificare a formei produsă de forțe exterioare. În general solicitarea nu este aceeași în toate
punctele.Intensitatea solicitarii oricarui punct particular este astfel ex primata ca fiind forța în
kg care ar fi exercitată dacă solicitarea ar fi uniformă.
Efectul oricărei solicitări normale este acela de a produce o întindere (tracțiune) sau o
comprimare a fribrelor materialului din care este fabricat obiectul analizat.

Întinderea (tracțiunea) :

(1.1)
Verificare :

(1.2)
Dimensionare :

(1.3)
Forța capabilă :

Universitatea POLITEHNICA din București
FACULTATEA DE INGINERIE MEDICALĂ

(1.4) Deforma ție :
(1.5)

= Tensiunea la tracțiune
F= forța
A= suprafața
= tensiunea admisibilă la tracțiune
= suprafața necesară
= forța capabilă
l = lungimea
E= modul de elasticitate longitudinal

Comprimarea:
Aceasta se studiază împreună cu întinderea,preferându -se totuși
comprimarea în detrimentul tracțiunii.

(1.6)

(1.7)
= tensiunea admis ibilă la comprimare

2. Forfecarea
O solicitare de forfecare, adesea notată de τ (greaca: tau), este componenta solicitării
coplanar e cu o secț iune tran sversală a materialului. Rezistența la forfecare rezultă din
componenta vectorului de forță paralelă cu secțiunea transversală a materialului. Stresul
normal, pe de altă parte, provine din componenta vectorului de forță perpendicular pe
secțiunea materială pe care acționează.
Solicitarea de forfecare provine de la forțele de forfecare, care sunt perechi de f orțe egale și
opuse care acționează pe părțile opuse ale unui obiec t.

Universitatea POLITEHNICA din București
FACULTATEA DE INGINERIE MEDICALĂ

(2.1)
Verificare :

(2.2)
Dimensionare:

(2.3)
Forța capabilă :
(2.4)
= tensiun nea la forfecare
=tensiunea maximă la forfecare
= tensiunea admisibilă la forfecare

3. Încovoierea

În mecanica aplicată, î ncovoierea (cunoscută și drept îndoire sau flexie) caracterizează
comportamentul unui element structural sub țire supus unei sarcini exterioare aplicate
perpendicular pe axa longitudinală a acestuia.
Se presupune că elementul structural ar fi în așa fel încât c el puțin una dintre dimensiunile
sale este o mică fracție, de obicei 1/10 sau m ai mică, din celelalte do uă. Când lungimea este
considerabil mai mare decât lățimea și grosimea, elementul este numit un fascicul. De
exemplu, o tijă de dulap îndoită sub greutatea îmbrăcămintei pe umerasele pentru haine este
un exemplu de fascicul care se confruntă cu îndoire. Pe de altă parte, o cochilie este o
structură de orice formă geometrică în care lungimea și lățimea sunt de aceeași ordine de
mărime, dar grosimea structurii (cunoscută sub denumirea de "perete") este considerabil mai
mică. Un tub cu diametru mare, dar cu pe reți subțiri, scurt suportat la capete și încărcat lateral
este un exemplu de cochili e care se confruntă cu îndoire.
În absența unui calificativ, termenul de îndoire este ambiguu, deoarece în toate obiectele poate
apărea o încovoiere locală. Prin urmare, p entru a face ca termenul să fie mai precis, inginerii
se referă la un obiect specific , cum ar fi; îndoirea tijei, îndoirea grinzilor,îndoirea
plăcilor,îndoirea cochiliilor și așa mai departe.

(3.1)

(3.2)

Universitatea POLITEHNICA din București
FACULTATEA DE INGINERIE MEDICALĂ

depinde de solicitare și de forma geometrică a secțiunii :
-dacă secțiunea este circulară :

(3.3)
-dacă este dreptunghiulară:

(3.4)

Verificare:

(3.5)
Dimensionare:

(3.6)
Moment capabil:

(3.7)
Deformație:

(3.8)

De asemenea ,co eficieficientul m depinde de tipul rezemării:
– Dacă rezemarea este unilaterală m=3
– Dacă rezemarea este bilaterală m=48

(3.9)
Astfel :-pentru o secțiune circular ă

(3.10) -pentru o secțiune dreptunghiulară

(3.11)

=momentul ma xim de încovoiere
f= săgeata
=tensiunea la încovoiere
=momentul de încovoiere

Universitatea POLITEHNICA din București
FACULTATEA DE INGINERIE MEDICALĂ

= modul de rezistență
l=lungime
d= diametru
b=lățime
h=grosime
= tensiune maximă la încovoiere
= tensiunea admisi bilă la încovoiere
=modul de rezistență necesar
= moment de inerție
m= coeficient care depinde de tipul rezemării
distanța de la fibra neutră la exterior

4. Torsiunea

În domeniul mecanicii solide, torsiunea r eprezintă răsucirea unui obiect datorită momentului
de forțe aplicat. Torsionarea este exprimată în newtoni pe metru pătrat (Pa) sau în kilograme
per inch (psi), în timp ce cuplul de forțe este exprimat în n ewto – metri (N · m) sau forța
picioarelor (ft · l bf). În secțiunile perpendiculare pe axa cuplului, tensiunea de forfecare
rezultată din această secțiune este perpendiculară pe rază.

(4.1)

(4.2)

Universitatea POLITEHNICA din București
FACULTATEA DE INGINERIE MEDICALĂ

Verificare:
(4.3)
Dimensionare:
(4.4)
Moment capabil:
(4.5)
Deformația:
(4.6)

(4.7)

=moment d e torsiune
= tensiunea la torsiune
= unghiul deformației
= modul polar pentru secțiunea circulară
= tensiunea maximă la torsiune
= tensiunea admisibilă la torsiune
= modul polar necesar
= moment de torsiune capabil
= modul de elasticitate transversal
= moment de inerție polar

5. Presiunea de contact

Mecanica contactului (sau strivirea) este studiul deformării solidelor care se ating unul p e
celălalt în unul sau mai multe puncte. Distincția centrală în mecanica de contact este între
eforturile care acționează perpendicular pe suprafețele corpurilor de contact (cunoscute ca
direcția normală) și tensiunile de frecare care acționează tangențial între suprafețe .Tensiunile
normale sunt cauzate de forțele aplicate și de aderența pe suprafețe în contact strâns, chiar
dacă acestea sunt curate și uscate.
Mecanica de contact face parte din ingineria mecanică. Formularea fizică și matematică a

Universitatea POLITEHNICA din București
FACULTATEA DE INGINERIE MEDICALĂ

subiectul ui este construită pe mecanica mate rialelor și a mecanicii continue și se concentrează
asupra calculelor care implică corpuri elastice, viscoelastice și plastice în contact static sau
dinamic. Mecanica de contact furnizează informațiile necesare pentru pro iectarea sigură și
eficientă a sistemelor tehnice și pentru studiul tribologiei, rigidității contactului, rezistenței la
contactul electric și durității adâncimii. Principiile mecanicii de contact sunt implementate în
aplicații cum ar fi contactul roata -șină, dispozitivele de cuplare, sistemele de frânare,
anvelopele, rulmenții, motoarele cu combustie, legăturile mecanice, garniturile de etanșare,
prelucrarea metalelor, formarea metalelor, sudarea cu ultrasunete, contactele electrice și multe
altele.

(5.1)
Verificare:

(5.2)
Dimensionare:

(5.3)

=tensiunea la strivire( de contact)
= tensiunea maximă la strivire
tensiunea admisibilă la strivire

Problema 1

-Încovoierea

(1.1)

(1.2)

(1.3)

(1.4)

(1.5)

Universitatea POLITEHNICA din București
FACULTATEA DE INGINERIE MEDICALĂ

Se alege :
– l=8 mm
– h=0,5 mm
– F=10 N
– Material= oțel

Din relația (1.3) rezultă

(1.6)
Din relația (1.5) rezultă

(1.7)
Din relația (1.2) rezultă

(1.8)
Din relația (1.1) rezultă

(1.9)
Din relația (1.4) rezultă

(1.10)

Problema 2

-Întindere

(2.1)

(2.2)

(2.3)

Se alege:
– l=10 mm
– d=2 mm
– F=10 N
– Material= oțel
– E=2,1*

(2.4)

Din relația (2.2) rezultă

(2.5)
Din relația (2.1) rezultă

(2.6)
Din relația (2.3) rezultă

(2.7)

Universitatea POLITEHNICA din București
FACULTATEA DE INGINERIE MEDICALĂ

1.5 Metoda elementului finit
Metoda elementului fini t (FEM) este o metodă numerică folosită pentru rezolvarea
problemelor de inginerie și de fizică matematică. În general zonele tipice de interes includ
analiza structurală, transferul de căldură, debitul fluidului, transportul în masă și potențialul
electro magnetic.
Soluția analitică a acestor probleme necesită în general soluția la probleme ale valorilor
limitelor pentru ecuațiile diferențiale parțiale. Formularea cu metoda finită a problemei are ca
rezultat un sistem de ecuații algebrice. Metoda oferă val ori aproximative ale numerelor
discrete necunoscute de pe domeniu. Pentru a rezolva problema o împarte în părți mai mici,
mai simple, numite elemente finite. Ecuațiile simple care modelează aceste elemente finite
sunt apoi asamblate într -un sistem mai larg de ecuații care modelează întreaga problemă.
FEM utilizează apoi metode variate de la calculul variațiilor pentru a aproxima o soluție prin
minimizarea unei funcții de eroare asociate.
Analiza elementelor finite (FEA) este simularea oricărui fenomen fizic dat utilizând metoda
tehnică numerică denumită Metoda elementelor finite (FEM). Inginerii îl folosesc pentru a
reduce numărul de prototipuri și experimente fizice și pentru a optimiza componentele în faza
de proiectare pentru a dezvol ta produse mai bune, mai rapid.
Este necesar să se utilizeze matematica pentru a înțelege și cuantifica cuprinzător orice
fenomen fizic, cum ar fi comportamentul structural sau fluid, transportul termic, propagarea
undelor, creșterea celulelor biologice etc. Cele mai multe din tre aceste procese sunt descrise
prin utilizarea unor ecuații diferențiale parțiale (PDE). Cu toate acestea, pentru ca un
calculator să poată rezolva aceste PDEs, în ultimele decenii tehnicile numerice au fost
dezvoltate și una dintre cele mai importante, astăzi, e ste Analiza elementelor finite.
Ecuațiile diferențiale nu pot descrie doar procesele naturii, ci și fenomenele fizice întâlnite în
mecanica ingineriei. Aceste ecuații diferențiale parțiale (PDE) sunt ecuații complicate care
trebuie rezolvate pentr u a calcula cantitățile relevante ale unei structuri (cum ar fi stresul (ε),
tulpinile (ε) etc.) pentru a estima un anumit comportament al componentei investigate sub o
anumită încărcătură.
Este important să știm că FEA oferă doar o soluție aproximativă a problemei și este o
abordare numerică pentru obținerea rezultatului real al acestor ecuații diferențiale parțiale.
Simplificată, FEA este o metodă numerică utilizată pentru predicția modului în care o parte
sau un ansamblu se comportă în anumite condiții. Acesta este folosit ca bază pentru software –
ul de simulare modern și ajută inginerii să găsească puncte slabe, zone de tensiune, etc. în
desenele lor. Rezultatele unei simulări bazate pe metoda FEA sunt de obicei reprezentate
printr -o scală de culoare car e arată, de exemplu, distribuția de presiune asupra obiectului .

Universitatea POLITEHNICA din București
FACULTATEA DE INGINERIE MEDICALĂ

Subdivizarea unui domeniu întreg în părți mai simple are mai multe avantaje:
-Reprezentarea corectă a unei geometrii complexe
-Includerea proprietăților materialelor diferite folosite
-Repreze ntarea ușoară a soluției totale
-Captarea efectelor locale.
Metoda unui element f init este caracterizată prin calculul variatiilor , o strategie de
discretizare, unul sa u mai mulți algoritmi de soluționare și proceduri post -procesare.
Exemple de formulări v ariate sunt metoda Galerkin, metoda disconti nuă Galerkin, metode
mixte etc.
O strategie de discretizare înseamnă un set clar definit de proceduri care acoperă crearea de
ochiuri de elemente finite, definirea funcției de bază a elementelor de referință (numi te și
funcții de formă) și elemente pe elementele rețelei. Exemple de strategii de discretizare sunt
h-version, p -version, hp -version, x -FEM, analiza izogeometrică etc. Fiecare strategie de
discretizare are anumite avantaje și dezavantaje. Un criteriu rezo nabil în alegerea unei
strategii de discretizare este realizarea unei performanțe aproape optime pentru cel mai larg
set de modele matematice dintr -o anumită clasă de model.
Există mai mulți algoritmi de soluții numerice care pot fi clasificați în două cat egorii largi;
solverii direcți și iterativi. Acești algoritmi sunt concepuți pentru a exploata sparitatea
matricelor care depind de alegerile de formulare variată și de strat egia de discretizare.
Procedurile postprocesare sunt concepute pentru extragerea d atelor de interes dintr -o soluție
cu elemente finite. Pentru a îndeplini cerințele de verificare a soluției, postprocesorii trebuie
să asigure o estimare eronată “posteriori ” în ceea ce privește cantitățile de interes. Atunci când
erorile de aproximare sun t mai mari decât ceea ce este considerat acceptabil, discretizarea
trebuie schimbată fie printr -un proces adaptiv automatizat, fie prin acțiunea analistului.

1.5.1. Metoda elementului finit în SolidWorks
Fiecare versiune de SOLIDWORKS conține tool-ul Simu lationXpress ce are capacitatea de a
efectua prima analiză a stresului asupra părților.
SimulationXpress este un modul de simulare bazat pe wizard care face parte din cadrul
SOLIDWORKS; atribuim un m aterial modelului nostru, aplicăm elemente de fixare și
încărcări, apoi executăm simularea pentru a rezolva problema. Acesta folosește un principiu
numit Analiza elementelor finite (FEA) pentru a sparge o problemă mare în bucăți mai mici
sau mai ușor de gestionat, sau elemente care conțin noduri multiple (un pro ces denumit în
mod obișnuit meshing). Se fac apoi calcule pentru a determina deplasarea și stresul la fiecare
nod, ale cărui rezultate sunt apoi prezentate ca un set de rezultate. Aceste rezultate pot fi

Universitatea POLITEHNICA din București
FACULTATEA DE INGINERIE MEDICALĂ

folosite pentru a verifica dacă piesa va rezista la încărcăturile aplicate, să identifice punctele
de nefuncționare dacă există și să ne permită să îmbunătățim în continuare modelul dacă este
necesar pentru creșterea calității produselor noastre. Acest întreg proces se realizează mult
mai repede decât ar pu tea fi realizate calcule le de mână sau chiar fabricarea unei bucăți de
testare și testarea fizică a piesei.
Procesul FEA implică împărțirea unui model în mai multe elemente mici, în cadrul
SimulationXpress avem doar un tip de ochiuri disponibile pentru noi (Standard) și
dimensiunea ochiurilor este Global în întregul model. Cu ajutorul programelor de simulare,
putem specifica anumite controale asupra mesh -ului pentru a forța generarea unei rețele mai
fine în zonele de interes în timp ce folosim un mesh globa l mai relaxat și mai grosier în alte
zone, ceea ce înseamnă mai puține calcule și rezultate mai rapide. A r trebui s ă avem mai
multe elemente într -un model SimulationXpress numai din acest motiv, deoarece trebuie să
alegem o dimensiune a nodurilor mesh -ului potrivită pentru întregul model ca dimensiune
globală, ceea ce duce la timpi de soluționare mai lungi .

1.4.3. Componente
1.4.3.1. Manșonul
Manșonul este acea parte a protezei care se atașează de bont,cu sau fără o șosetă (mănușă).
Poate fi realizat din mai multe tipuri de materiale ,cele mai numeroase fiind din rășină acrilică
sau silicon.
Pentru a realiza aceasta piesă am avut nevoie de o parte din măsuratorile antropometrice
realizate mai sus.

Fig. Veder e în plan frontal a manșonului

Universitatea POLITEHNICA din București
FACULTATEA DE INGINERIE MEDICALĂ

Fig. Dimensiunile exterioare ale manșonului
Acest manșon prezintă un design destul de simplu,fiind format dintr -un cilindru ce se termina
cu o cupolă și o extremitate ieșită în afară,aceasta terminandu -se cu o entitate sub formă de
ciupercă.
Cilindrul are dimensiunile în așa fel încât să poată cuprinde de jur împrejur îcheietura unui
bărbat.
Astfel raza cilindrului este r =45 mm, înălțimea cilindrului h=90 mm și înălțimea de la baza
cilindrului până la vârful cupolei este h 1=105 mm.

1.4.3.2. Baza uneltelor
Baza pentru unelte este formată tot dintr -un cilindru ,aceasta fiind plasată peste manșon. În
centru se poate observa un spațiu în care sunt apoi fixate diferite tipuri de unelte . În partea
dreaptă a bazei se află un spa țiu în care este introdusă acea extremitate a manșonului. Aceasta
este folosită pentru a putea fi fixată de manșon.

Universitatea POLITEHNICA din București
FACULTATEA DE INGINERIE MEDICALĂ

Fig. Vedere în plan frontal a bazei pentru unelte

Fig. Dimensiunile cilindrului exterior al bazei
Pentru a putea fi atașat peste manșon este necesar ca dimensiunea razei să fie puțin mai mare
și anume R=50 mm. Înalțimea cilindrului despre H=70 mm.

Universitatea POLITEHNICA din București
FACULTATEA DE INGINERIE MEDICALĂ

Fig. Dimensiunile spațiului în care este fixat manșonul
Acest spațiu trebuie să aibe o dimensiune cu un mm mai mic decât cea a extremității de pe
manșon ,respectiv 12 mm.
1.4.3.3 Ansamblu cheie reglabilă
Având în vedere că scopul proiectului este acela de a realiza un prototip de proteză care să
poată fi folosită la muncă (într -un șantier) ,am proiectat o parte din uneltele care pot fi atașate.
Un tip de unealtă foarte folosită este cheia reglabilă. Cu ajutorul acesteia muncitorii pot
rezolva o multitudine de probleme.
Cheia este formata din 4 componente care pot fi observate în figura

Universitatea POLITEHNICA din București
FACULTATEA DE INGINERIE MEDICALĂ

Fig. Componente cheie reglabilă

Fig. Ansamblu proteză cu cheie reglabilă
În figura se poate observa tot ansamblul . Acesta conține manșonul,baza și cheia reglabilă.
Mișcările de torsiune care se pot realiza nu interferează cu sistemul de prindere.

1.4.3.4. Ansamblu ciocan

Universitatea POLITEHNICA din București
FACULTATEA DE INGINERIE MEDICALĂ

Ciocanul pro iectat este format dintr -o singură piesă mai complex. Acesta prezintă doua
capete, cu unul realizâdu -se mișcări lovire asupra diferitelor obiecte. Capătul celălalt este
folosit pentru a scoate sau pentru a introduce cuie din diferite obiecte.
Datorită ace stor scopuri de folosire este necesar ca ciocanul să fie realizat dintr -un material
dur,pentru a putea mări forța cu care este lovit obiectul.

1.4.3.5. Ansamblu cuțit

Universitatea POLITEHNICA din București
FACULTATEA DE INGINERIE MEDICALĂ

Cuțitul este format dintr -o singură piesă care conține și lama și modelul de mâner.Ace sta nu
are o mărime foarte mare, fiind mai degrabă considerat un cutter. Se poate folosi pentru a
realiza tăieri în materiale de o compoziție mai moale (spumă,hârtie,etc).

1.4.3.6. Ansamlu pilă
Pila este o piesă de complexitate redusă,
fiind pur și sim plu un arc lamelar.
Aceasta prezintă un capăt ușor ascuțit.
Grosimea pilei este destul de mică, b=5
mm, acest lucru ajutând la o direcționare
mai ușoară.
Lungimea pilei este de l=80 mm.

Universitatea POLITEHNICA din București
FACULTATEA DE INGINERIE MEDICALĂ

Referințe figur i:
1 https://www.van -royen.com/blog/2014/12/15/antique -prostheticsnot -just-for-creeps -and-
nostalgic -doctors
2 http://fullthreadahead.com/bones -of-the-hands

Universitatea POLITEHNICA din București
FACULTATEA DE INGINERIE MEDICALĂ

Bibliografie:
[1]https://journals.lww.com/jbjsjournal/Abstract/2010/12150/Traumatic_and_Trauma_Related_Amput
ations__Part_II.9.aspx
[2] Europen Commission community research, Cognitive Robotic Systems. DEXMART. DEXterous
and autonomous dual -arm/hand robotic manipulation with sMART sensory -motor s kills: A bridge
from natural to artificial cognition. February 2, 2009
[3] Tim Taylor , Muscles o f the Hand and Wrist. Inner Body org.
http://www.innerbody.com/image_skel13/ligm27.html#full -description
[4] Hands Facts and Tivia. The elect ronic textbook of hand surgery.
http://www.eatonhand.com/hw/facts.htm
[5] Belter, Joseph T,M.S., B.S., J. L. Segil, Dollar, A aron M, PhD,S.M., B.S. and R. F. Weir PhD.
Mechanical design and performance specifications of anthropomorphic prosthetic hands: A re view.
Journal of Rehabilitation Research and Development 50(5), pp. 599 -618. 2013.
[6]