FLOAT: il nuovo esoscheletro per braccia di IIT e INAIL

Rehab Technologies IIT – INAIL, il laboratorio congiunto frutto della collaborazione tra Istituto Italiano di Tecnologia e il Centro di Riabilitazione Motoria INAIL di Volterra ha presentato oggi a Bologna in occasione di Exposanità, la mostra internazionale a servizio della sanità e dell’assistenza, FLOAT: il nuovo dispositivo robotico per la riabilitazione delle braccia che già ha superato i primi test clinici presso il Centro di Riabilitazione Motoria di Volterra.

FLOAT è un esoscheletro motorizzato per arti superiori, realizzato per essere utilizzato in ambito clinico e pensato per favorire il recupero motorio e funzionale del complesso delle articolazioni della spalla nella fase post-chirurgica o a seguito di lesioni post-traumatiche, come frattura dell’omero o lesione della cuffia del rotatore, dovute a incidenti.

I risultati dei primi test clinici pubblicati sulla rivista internazionale Applied Sciences gettano le basi per future applicazioni anche su pazienti con disfunzioni motorie dovute ad ictus o a malattie neurodegenerative.

Questo dispositivo medico robotico unisce le caratteristiche vincenti dei dispositivi automatizzati di nuova generazione, come l’alta intensità degli esercizi proposti e la precisione nell’acquisizione dei parametri fisici e dunque la registrazione dei miglioramenti, ad una nuova concezione di riabilitazione basata su un volume di lavoro maggiore rispetto a quello dei dispositivi tradizionali che comprende gesti funzionali realistici grazie allo specifico design.

FLOAT prevede infatti una colonna telescopica, punto di partenza di un braccio robotico poli-articolato, componente chiave che sostiene la parte robotica del dispositivo. La presenza di questo particolare braccio di supporto è uno dei tratti distintivi del nuovo esoscheletro, poiché consente movimenti che coinvolgono tutto il corpo, includendo gli arti inferiori e la muscolatura del tronco ed una libertà di movimento del paziente decisamente più ampia rispetto a tutti i robot riabilitativi per arto superiore già esistenti. Il braccio permette al paziente di lavorare in maniera tradizionale, ovvero in posizione eretta o seduta in postazione fissa e, se sbloccato, consente ampia mobilità nello spazio in verticale e orizzontale e dunque la possibilità di svolgere una gamma molto ampia di esercizi, tra cui allacciarsi le scarpe, abbassare una maniglia o afferrare un oggetto, azioni di vita quotidiana che risultano meno noiose e aumentano il coinvolgimento del paziente nell’attività riabilitativa, diminuendo i tempi di recupero di qualità ed efficacia dei movimenti degli arti superiori.

Inoltre, il particolare sistema di sospensioni presente nel braccio sostiene il 100% del peso del robot anche in configurazione sbloccata, affinché questo non sia minimamente avvertito dal paziente che può svolgere gli esercizi riabilitativi senza venir penalizzato dal peso e dall’ingombro della macchina. L’esoscheletro viene “indossato” allacciando due tutori a livello di braccio e avambraccio, attraverso i quali il moto del robot viene trasmesso al paziente. Inoltre, un corsetto ergonomico vincola il busto del paziente alla struttura. Questi ausili consentono una rapida vestizione e assicurano il corretto allineamento dei giunti del robot alle articolazioni interessate dalla terapia riabilitativa. Tenendo in considerazione l’importante questione della cosiddetta medicina di genere e dunque delle differenze di dimensioni e proporzioni tra uomo e donna, FLOAT è stato studiato per essere facilmente adattabile ad individui con diverse caratteristiche antropometriche, grazie alle parti di collegamento tra i giunti motorizzati regolabili in lunghezza e alla colonna telescopica adattabile all’altezza del paziente.

Passando alla parte software, il controllo del dispositivo avviene attraverso uno schermo touch (panel PC) posto sul carrello di alimentazione. L’interfaccia grafica semplice e intuitiva consente al fisioterapista di scegliere la modalità di funzionamento desiderata e personalizzare la sessione riabilitativa sul singolo paziente.

Le modalità di funzionamento del dispositivo implementano quanto abitualmente eseguito nel percorso riabilitativo tradizionale.

Le prime fasi della riabilitazione sono caratterizzate dalla semplice mobilizzazione passiva dell’arto lungo traiettorie elementari predefinite. Selezionando la modalità “cinematica” si può simulare questa attività eseguendo esercizi elementari di abdo-adduzione, flesso-estensione orizzontale, intra-extrarotazione, di cui il terapista può scegliere ampiezza e velocità del movimento nonché numero di ripetizioni.

Al progredire dell’intervento riabilitativo, si può passare a traiettorie più complesse e combinate sfruttando la modalità “Ripeti Traiettoria” che consente al terapista di muovere liberamente l’arto del paziente scegliendo un percorso arbitrario senza che il robot si opponga o resista in nessun modo alle traiettorie, reagendo ai movimenti in maniera “trasparente”. I movimenti eseguiti manualmente possono essere poi riprodotti sia singolarmente che combinando sequenze arbitrarie, poiché l’esoscheletro avrà “memorizzato” le traiettorie proposte.

Infine, il dispositivo riesce a supportare il movimento attivo del paziente durante semplici task di terapia occupazionale, fornendogli un aiuto al movimento. L’entità dell’aiuto è configurabile in intensità a seconda della specifica condizione fisica del paziente. È proprio nella terapia occupazionale che si riesce a sfruttare al massimo l’ampia libertà di movimento permessa dall’esoscheletro FLOAT e dal suo braccio poli articolato e sistema di sospensione.

“I vantaggi riscontrati con l’utilizzo di FLOAT sono: possibilità di proporre esercizi di riabilitazione variegati, dunque meno noiosi per i pazienti, misurazione precisa dei parametri biomeccanici dei pazienti durante lo svolgimento degli esercizi e conseguente monitoraggio dei progressi. – dichiara Lorenzo De Michieli, Responsabile di Rehab Technologies IIT INAIL – L’assistività robotica del dispositivo facilita e guida il paziente stimolandolo con protocolli riabilitativi personalizzati, che possono migliorare i tempi e la qualità del recupero. In futuro stiamo pensando alla stesura di protocolli per pazienti colpiti da ictus.”

“Il percorso di riabilitazione della spalla dopo una lesione traumatica o un atto chirurgico è piuttosto lungo e impegnativo; – afferma Elisa Taglione, Direttrice Sanitaria del Centro di Riabilitazione motoria Inail di Volterra – con lo sviluppo di FLOAT abbiamo voluto realizzare un dispositivo in grado di "collaborare" con il paziente e il fisioterapista, a partire dai primi interventi riabilitativi post-acuzie per arrivare alle fasi più avanzate del recupero funzionale. Grazie alle peculiari caratteristiche tecniche, FLOAT consente di passare precocemente dagli esercizi analitici di recupero articolare all’esecuzione dei gesti complessi tipici delle attività della vita quotidiana, muovendosi con naturalezza – seppure in uno spazio limitato – e interagendo con l'ambiente fisico e con oggetti reali. Crediamo che questo approccio innovativo all'utilizzo della tecnologia robotica possa contribuire ad accelerare e ottimizzare il recupero degli schemi fisiologici di movimento e dell'efficienza dei gesti dell'arto superiore.”

In apertura, FLOAT, esoscheletro per braccia IIT INAIL. Credits IIT