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Un dispositivo robotico per aiutare le persone con lesioni al midollo spinale

Il midollo spinale è una struttura appartenente al sistema nervoso centrale ed è costituito da un fascio di nervi che ha la funzione di trasportare messaggi sia in entrata che in uscita tra l’encefalo e il resto del corpo. Si tratta di una struttura a forma di tubo lunga e fragile che corrono all’interno dell’intera colonna vertebrale.

Una lesione spinale o midollare può comportare l'interruzione delle vie nervose ascendenti e discendenti del midollo spinale ed il conseguente mutamento, temporaneo o definitivo, delle sue normali funzioni soprattutto motorie e sensoriali.

La maggior parte delle lesioni del midollo spinale è dovuta a incidenti stradali, cadute, traumi sportivi ed anche da complicanze chirurgiche o da patologie.

Le lesioni del midollo spinale (LM), in inglese Spinal Cord Injury – SCI, possono causare danni devastanti, tra cui perdita di mobilità e sensazione. Ogni anno ci sono circa 17.000 nuove SCI solo negli Stati Uniti, un tasso più alto che nella maggior parte delle regioni del mondo e nel nostro Paese sono circa 85 mila le persone che vivono con lesioni del midollo spinale, con un'incidenza di circa 2.500 nuovi casi/anno.

La ricerca di nuovi trattamenti per le lesioni del midollo spinale comprende l'ipotermia controllata, l'impianto di cellule staminali, ma è sul fronte delle tecnologie che gruppi di ricerca sparsi soprattutto in Europa, Giappone, Stati Uniti e Israele stanno lavorando e la robotica in ambito medico ha realizzato a tal scopo esoscheletri robotici indossabili.

 

Il dispositivo robotico Trunk-Support-Trainer 

Un team di ricercatori della Columbia University School of Engineering, guidato da uno scienziato indiano, ha sviluppato Trunk-Support Trainer (TruST) un dispositivo robotico che può aiutare le persone con lesioni del midollo spinale a migliorare il controllo del tronco, consentendo loro di sedersi in modo più stabile ed espandere la loro gamma di movimenti  quando sono seduti e guadagnando uno spazio di lavoro attivo esteso senza cadere o usare le loro mani per bilanciare.

I pazienti con lesioni del midollo spinale possono avere difficoltà a svolgere attività mentre sono seduti sulle loro sedie a rotelle e uno dei problemi più comuni è la caduta durante l'esecuzione di attività quotidiane come piegarsi o voler raggiungere e prendere oggetti. Il miglioramento del controllo del tronco in tali pazienti potrebbe aiutarli ad aumentare la loro stabilità e ridurre il rischio di caduta.

I primi test hanno confermato che si può ottenere uno spazio di lavoro di seduta attivo ampliato di circa il 25% senza cadere o usare le mani per bilanciare.

Lo studio, pubblicato sulla rivista Spinal Cord Series and Cases, è il primo a misurare e definire l'area di lavoro dei pazienti con lesioni del midollo spinale attraverso il controllo attivo del tronco e con l'aiuto del dispositivo robot "Trunk-Support Trainer (TruST)”.

Il titolo della ricerca è "Il robot Trunk-Support-Trainer (TruST) per misurare e aumentare lo spazio di lavoro posturale durante le sedute in persone con lesioni del midollo spinale" e gli autori sono V. Santamaria (Dipartimento di Ingegneria Meccanica, Columbia Engineering), M. Khan (Dipartimento di Radiologia presso BWH, Harvard Medical School) e S. Agrawal (Dipartimento di Riabilitazione e Medicina Rigenerativa, Columbia University).

Una tecnologia innovativa

TruST è una cinghia motorizzata a cavo progettata per le persone con SIC che abitualmente usano una sedia a rotelle e posizionata sul busto dell'utente per determinare i limiti di controllo posturale e l'area di lavoro nelle persone con LM. La cintura è collegata a cavi motorizzati che possono applicare varie forze mentre l'utente esegue i movimenti. È in grado di fornire forze sul busto quando l'utente esegue movimenti della parte superiore del corpo oltre i limiti di stabilità posturale mentre è seduto.

Sunil Agrawal, professore della Columbia Engineering ha dichiarato: "Abbiamo scoperto che TruST non solo previene la caduta dei pazienti, ma massimizza anche i movimenti del tronco oltre il controllo posturale dei pazienti o i limiti di equilibrio".

Al fine di aiutare i pazienti a superare i propri limiti di equilibrio e mobilità, i ricercatori hanno dapprima stabilito dove fossero tali limiti e utilizzando un test posturale personalizzato hanno lavorato con un gruppo campione di cinque pazienti con SCI (due maschi e tre femmine con un'età media di 60 anni) che richiedeva loro di seguire una palla con la testa e spostare il corpo il più lontano possibile senza usare le mani o cadere. Il test è stato ripetuto in otto direzioni diverse e i ricercatori hanno utilizzato i risultati per definire i limiti posturali e l'area di lavoro di ciascun individuo. Una volta stabiliti quei confini il team ha introdotto il dispositivo robotico TruST.

TruST è stato quindi personalizzato per applicare forze di assistenza personalizzate per ogni soggetto mentre eseguivano gli stessi movimenti. I ricercatori hanno verificato che la loro mobilità è aumentata in media del 25 percento anche se non in modo uguale in tutte le direzioni. 

Risultati e conclusioni

TruST è in grado di definire ed espandere con precisione l'area di lavoro attiva delle persone con SCI durante i movimenti volontari del tronco. La capacità di TruST di fornire un feedback continuo della forza ai limiti posturali dell'utente apre nuove frontiere per implementare paradigmi basati sull'apprendimento motorio per riqualificare la seduta funzionale nelle persone con SCI.

Il team di ricerca sta ora esplorando l'uso di TruST per migliorare il controllo del tronco negli adulti e nei bambini con lesioni del midollo spinale.

Agrawal ha dichiarato: “La piattaforma robotica verrà utilizzata per addestrare i partecipanti con SCI sfidandoli a spostare il tronco su uno spazio di lavoro più ampio, con TruST che fornisce campi di forza di assistenza in base alle necessità per riportare in sicurezza i soggetti in una posizione di seduta neutra.

"Questo campo di forza sarà adattato alle esigenze dei partecipanti nel tempo man mano che migliorano il loro spazio di lavoro e il controllo della postura".

"La capacità di TruST di fornire feedback di forza continui personalizzati per i limiti posturali dell'utente apre nuove frontiere per implementare paradigmi basati sull'apprendimento motorio per riqualificare la seduta funzionale nelle persone con SCI", afferma Victor Santamaria, fisioterapista, ricercatore post dottorato nella Robotica di Agrawal e Riabilitazione Laboratorio, e primo autore del documento. "Pensiamo che TruST sia uno strumento di riabilitazione SCI molto promettente".

 Il video illustra come il tronco-support trainer (trust) riqualifica i pazienti con lesioni del midollo spinale di sedersi in modo più stabile e di ottenere una seduta attiva espansa.

Fonte video e immagini: Columbia University School of Engineering and Applied Science

 

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    robotica applicata alla medicinarobotica interfaccia uomo macchina
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