Riabilitazione robotica in acqua – Underwater robotic rehabilitation

Università della Calabria (Dip. Farmacia + DIMEG) – Università Campus Bio-Medico di Roma

Risultato della ricerca:

Nel corso degli anni sono stati proposti diversi sistemi robotici, per arto superiore o inferiore, con applicazione alla neuroriabilitazione di soggetti affetti da patologie del sistema nervoso centrale.
L’utilizzo di tali dispositivi consente di dosare in modo accurato l’assistenza fisica fornita aipazienti durante la terapia riabilitativa, di compiere movimenti fisiologici in modo ripetibile, di monitorare i parametri biomeccanici per valutare i progressi del percorso terapeutico e di fornire un feedback al paziente per migliorare le proprie prestazioni e la motivazione durante i compiti motori prescritti.

I sistemi robotici per neuroriabilitazione possono essere divisi in due categorie: esoscheletri ed endeffector. È importante osservare che i sistemi menzionati, tuttavia, si focalizzano sul trattamento terapeutico a secco. Negli ultimi anni sono stati sviluppati sistemi per il trattamento riabilitativo in acqua basati sull’utilizzo di treadmill underwater. Il principalevantaggio della terapia riabilitativa in acqua è legato alla possibilità di introdurre uno sgravio del peso corporeo rendendo quindi i movimenti più naturali e meno stressanti per le articolazioni.

Studi recenti hanno dimostrato che ripetuti esercizi in acqua, in pazienti post-ictus, portano a risultati più rapidi ed efficaci, in termini di recupero della funzione degli arti inferiori e di qualità della vita.
L’idea progettuale è quella di realizzare un sistema robotico, da posizionare all’interno di unatradizionale piscina, che permetta il trattamento riabilitativo robot-mediato in acqua in soggetti con patologie di carattere neurologico o ortopedico. Il robot sarà provvisto di unsistema di attuazione in grado di assistere i movimenti dell’arto inferiore (ad esempio flessione/estensione dell’anca) e di monitorare i parametri fisiologici e biomeccanici delpaziente al fine di modificare e personalizzare il trattamento riabilitativo. Il fine ultimo è quellodi incrementare il recupero funzionale e l’autonomia del paziente sottoposto all’interventoterapeutico robot-mediato in acqua.

Riferimento a finanziamenti precedenti:

l risultati della ricerca che si intende ottenere non sono stati ancora oggetto di finanziamento.

Innovatività rispetto a soluzioni già esistenti:

La ricerca clinica ha da tempo evidenziato il grande potenziale di recupero dei soggetti affetti da esiti da lesioni del sistema nervoso centrale o periferico se sottoposti ad una riabilitazione ripetitiva, frequente, intensa e finalizzata. A tal fine si ricorre ai robot per la riabilitazione che consentono al paziente di effettuare movimenti ripetitivi che possono essere assistiti in modo regolabile e misurati, valutando i progressi raggiunti.

Sono stati sviluppati numerosi dispositivi robotici per l’assistenza ai movimenti degli artiinferiori. Tra i più utilizzati in ambito clinico si menzionano il sistema LOKOMAT (Hocoma, Svizzera), un esoscheletro per riabilitazione su treadmill, ESKO (Ekso Bionics, US), un esoscheletro per riabilitazione overground, ReWalk (ReWalk Robotics, Israele), un esoscheletroper l’assistenza alla deambulazione durante la vita quotidiana. Numerosi prototipi sono anche stati sviluppati per fini di ricerca. Si citano, a titolo esemplificativo, i sistemi basati su treadmill quali LOPES (Università di Twente, Olanda) e ALEX (Università della Columbia, US) e i sistemi per cammino overground quali HR2 (CSIC, Spagna), Symbitron (Università di Twente, Olanda) e TWIICE (EPFL, Svizzera).

Tutti i sistemi menzionati sono adoperati a secco.
La presenza dell’acqua consente potenzialmente di migliorare l’equilibrio tramite uno sgravioparziale del peso corporeo e di ridurre l’impatto fisico ed emotivo della terapia, motivando ilpaziente nel proseguire con il trattamento. Per tali motivi, di recente, sono stati sviluppati sistemi per il trattamento riabilitativo in acqua, la maggior parte dei quali si basa su semplicitreadmill. L’unico e preliminare tentativo di realizzare un esoscheletro utilizzabile in ambienteacquatico è rappresentato dal sistema RGTW, sviluppato presso lo Shibaura Institute of Technology (Giappone).
Il sistema per terapia robotica in acqua che si intende realizzare potrà essere immersoall’interno di una tradizionale piscina. Consisterà in un esoscheletro in grado di assistere movimenti dell’arto inferiore, quali quelli di flessione/estensione dell’anca (correggendoli o supportandoli), durante il cammino su treadmill underwater, regolando in modo accurato le forze di interazione uomo-robot e consentendo al terapista di modificare, in base alle esigenze del paziente e al suo recupero funzionale, il livello di assistenza motoria fornita. Il robot sarà, inoltre, dotato di sensori per il monitoraggio dei parametri biomeccanici di maggiore interesse e di dati fisiologici utili al fisioterapista per valutare il recupero e per adeguare la terapia robotica erogata. Inoltre, il robot verrà equipaggiato con sensori per il controllo dello stato di salute del paziente rilevando funzioni utili alla valutazione dello stato nutrizionale e necessarie per adeguare progressivamente una terapia nutrizionale personalizzata.

Titoli di proprietà intellettuale:

Le attività legate all’acquisizione di titoli di proprietà industriale allo stato attuale non sonostate intraprese

Principali applicazioni e mercato di riferimento:

È stato dimostrato che ripetuti esercizi in acqua, in pazienti che necessitano di fisioterapia riabilitativa a seguito di patologie neurologiche o ortopediche, portano a risultati più rapidi e più efficaci, in termini di recupero della funzione degli arti e di qualità della vita, se confrontaticon le tradizionali terapie. L’ictus, un evento che può comportare una vasta gamma di deficit ditipo funzionale a seconda della gravità del danno cerebrale rappresenta la prima causa didisabilità nell’adulto. I costi collettivi dell’ictus sono valutati in circa 3,7 miliardi di euro, il 4% della Spesa Sanitaria Nazionale. Dai più recenti dati pubblicati dall’INAIL emerge che in Italia ladisabilità motoria interessa circa 300.000 soggetti, mentre in Calabria si registra un tasso di oltre 12.000 soggetti. Patologie a danno del sistema muscolo-scheletriche hanno una elevata incidenza soprattutto tra i lavoratori. Dati INAIL (giugno, 2017) hanno evidenziato, infatti, che su 38 mila denunce di malattie professionali, oltre il 60% riguardano il sistema osteo- muscolare.

Nell’ambito delle disabilità i traumi interessano tutte le fasce d’età e rappresentano circa unterzo di tutte le visite effettuate nei reparti di emergenza/urgenza e circa l’8% di tutte le degenze ospedaliere. Superata la fase acuta, il percorso riabilitativo deve proseguire in modo continuativo, senza interruzioni e senza rigide limitazioni temporali, in strutture idonee e nei distretti sanitari territoriali. Tali strutture potranno essere dotate di vasche atte ad accogliere il sistema robotico per la riabilitazione dei pazienti.

La proposta è rivolta sia ad un mercato primario che secondario.
Nel primo caso il mercato di riferimento è caratterizzato dai centri di riabilitazione motoria facenti parte sia di strutture ospedaliere pubbliche o accreditate che di centri clinici privati. Il sistema robotico proposto va considerato come una risorsa clinica e gestionale in grado di aumentare frequenza, intensità e specificità di trattamenti riabilitativi personalizzati. Di fatto, i centri di riabilitazione che lo adopereranno potranno migliorare i percorsi riabilitativi in termini di efficacia ed efficienza.
Il mercato secondario di riferimento è caratterizzato da una componente di tipo privata, che può utilizzare il know-how per realizzare nuovi prodotti robotizzati da immettere sul mercato come dispositivi medicali.

Esigenze per l’ulteriore sviluppo – Industrializzazione:

TRL4 – A partire da un sistema di assistenza alla deambulazione le cui performance funzionali sono già state validate in laboratorio, lo step successivo è la progettazione di un prototipo applicabile alla riabilitazione dei pazienti in acqua.
TRL 5 – Prototipi in scala ridotta saranno costruiti per testare le performance in ambiente controllato. Le funzioni critiche, descritte in precedenza, dei diversi moduli che compongono il prototipo, verranno verificate in ambiente controllato ovvero in acqua riproducendo le caratteristiche chimiche della piscina. In tal modo, sarà possibile identificare eventualifunzionalità critiche dei diversi componenti dei singoli moduli nell’ambiente acquatico.

TRL 6 – Costruzione di un prototipo tramite l’assemblaggio dei singoli moduli,precedentemente collaudati, per la dimostrazione delle sue funzioni critiche in piscina.
TRL 7 – Validazione del dispositivo robotico per la dimostrazione delle sue peculiarità e funzioni critiche in ambiente analogo a quello operativo ovvero in piscina.

Codice:

0030

Area di Innovazione: