Un nuovo dispositivo robotico per la riabilitazione della caviglia.

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L’ingegneria riabilitativa è finalizzata allo studio e all’integrazione dei movimenti articolari umani nell’ottimizzazione delle apparecchiature nello sviluppo di dispositivi riabilitativi efficaci. In questo modo, lo studio dei movimenti umani [] svolge un ruolo importante nella creazione di sistemi innovativi in ​​grado di soddisfare le esigenze dei pazienti nei programmi di fisioterapia. Ci sono molte sfide e opportunità per integrare i concetti di meccanica applicata nella riabilitazione migliorando l’efficacia della fisioterapia e riducendo i costi sanitari. In questo studio è presentato un nuovo prototipo per la riabilitazione della caviglia. A partire dai requisiti dei pazienti e dalla valutazione dell’analisi del movimento della caviglia, questo documento introduce la valutazione del meccanismo e le principali soluzioni tecniche nello sviluppo del dispositivo.

Le lesioni alla caviglia sono uno dei problemi più comuni e gravi nelle attività quotidiane e negli sport (15-20% delle lesioni sportive) []. Pertanto, la creazione di un apparato adatto alla fisioterapia della caviglia richiede una consapevolezza delle funzionalità della caviglia, in particolare quelle del movimento articolare. In qualsiasi attrezzatura per la riabilitazione robotizzata, vengono prese in considerazione le variazioni del movimento articolare considerando il movimento della struttura e il desiderato aumento del movimento della caviglia che possono essere soddisfatti mediante l’uso di un dispositivo basato sulla progettazione di meccanismi paralleli. Un meccanismo parallelo ha i vantaggi di elevate prestazioni dinamiche che supportano il movimento della caviglia. Questo documento indaga la complessità della caviglia umana, i movimenti e i bisogni funzionali nella riabilitazione. Le lesioni alle caviglie vengono analizzate e vengono esaminate in protocolli di fisioterapia. Il movimento della caviglia è fornito come un orientamento in cui viene garantita una gamma per la riabilitazione della caviglia. Un’ulteriore cinematica e analisi della rigidità vengono eseguite su questo innovativo sistema. La ricerca utilizza un approccio interdisciplinare, combinando i requisiti clinici con la configurazione del meccanismo parallelo e pianificando il movimento di riabilitazione in uno spazio di lavoro definito ai fini della progettazione concorrente.

Negli ultimi decenni sono stati proposti molti sistemi per il recupero delle funzionalità della caviglia. Questi meccanismi si concentrano sui moti umani senza pensare al camminare. Lo stato dell’arte presenta approcci diversi nel tentativo di entrare in questo argomento; in particolare Girone et al. [] hanno sviluppato un meccanismo basato sulla piattaforma Stewart che consente una riabilitazione assistita della caviglia utilizzando cilindri pneumatici a doppio effetto, potenziometri lineari e sensori di forza. Yano et al. hanno presentato un robot a forma di gamba con due manipolatori 2-DOF dotati di pattini che garantiscono il movimento dei piedi [,]. Yoon et al. hanno proposto un robot riabilitativo alla caviglia riconfigurabile per coprire varie modalità di esercizio in riabilitazione []. In particolare, questo studio mostra un dispositivo basato su un meccanismo parallelo che genera movimenti di beccheggio e rollio nonché una rotazione relativa tra la piattaforma anteriore e posteriore. Invece, Dai et al. hanno introdotto diversi meccanismi paralleli con un montante centrale per la caviglia []. In questo modo, lo stato dell’arte evidenzia una vasta gamma di soluzioni valide; tuttavia ci sono ancora molti punti da indagare per ottimizzare il trade-off tra l’efficacia della terapia e l’automatizzazione del sistema.

Questo documento vuole proporre un nuovo dispositivo che differisce dalle altre soluzioni. Si basa su un meccanismo parallelo (1 DOF) in grado di eseguire traiettorie simili alla caviglia del paziente in condizioni ambientali quotidiane e permettendo al corpo del paziente di rimanere fermo.

ABSTRACT

Questo documento ha lo scopo di presentare un innovativo dispositivo di riabilitazione della caviglia basato su un meccanismo parallelo. Un’analisi funzionale e un design sono descritti per ottenere un dispositivo in grado di garantire il movimento della caviglia mentre il corpo del paziente rimane fermo. La caviglia umana è un contesto difficile in cui una serie di articolazioni sono altamente integrate. Il dispositivo di riabilitazione proposto consente al paziente con difetti di deambulazione di migliorare la sua andatura. La ricerca si concentra sul movimento di flessione plantare e dorsiflessione. Il design robusto parte da un’accurata modellazione dei movimenti della caviglia durante la deambulazione, valutando i dati di movimento da individui e pazienti sani. L’analisi cinematica e le valutazioni funzionali guidano lo studio e lo sviluppo del sistema articolato. In particolare, i risultati delle simulazioni supportano l’efficacia dell’attuale design.

English Abstract

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