Se hai difficoltà a stare in piedi, il robot esoscheletro può aiutarti

Autori: Gao Dayong, Chen Jibao; Giudice capo: Zhai Hua

Unità: Ospedale riabilitativo Shanghai Yangzhi (Centro riabilitativo Shanghai Sunshine)

Questo lavoro di divulgazione scientifica è uno dei materiali di divulgazione scientifica della serie "Non aver paura delle lesioni del midollo spinale, ci sono modi per prevenirle e riabilitarle"

Nell'immaginario collettivo, parole come "lesione del midollo spinale" e "paraplegia" significano che una persona può essere costretta solo su una sedia a rotelle o addirittura costretta a letto per un lungo periodo di tempo. Anche molti pazienti con lesioni al midollo spinale si aspettano di recuperare la capacità di stare in piedi e camminare. Grazie al progresso della tecnologia, stare in piedi e camminare non è più un sogno irrealizzabile per i pazienti con lesioni al midollo spinale, e i robot esoscheletrici sono una delle armi che possono aiutarli a realizzare i loro sogni.

I robot esoscheletrici possono essere visti come una tecnologia che amplia, integra, sostituisce o migliora le funzioni e le capacità umane. Possono non solo aiutare i pazienti con lesioni del midollo spinale a recuperare la capacità di stare in piedi e camminare, ma anche ridurre il rischio di piaghe da decubito causate dallo stare seduti su una sedia a rotelle per lungo tempo, mantenere una normale mobilità articolare, migliorare la salute del cuore, la forza muscolare e lo stato psicologico e alleviare la depressione.

Storia dello sviluppo

Primi utilizzi militari dei robot esoscheletrici

Questa tecnologia può essere fatta risalire ai primi anni '60, quando il Dipartimento della Difesa degli Stati Uniti propose per la prima volta il concetto di "armatura" dinamica. Nello stesso periodo, il Cornell Aeronautical Laboratory iniziò a sviluppare degli "uomo-aumentatori", ovvero delle mani robotiche, per aumentare la forza degli operatori umani. Dal 1966 al 1971, la General Electric sviluppò ulteriormente il concetto di potenziamento umano attraverso il Progetto Hardiman. Possono essere considerati gli antenati degli attuali esoscheletri riabilitativi.

I robot esoscheletrici sono solitamente costituiti da un sistema di alimentazione e da sensori che misurano la coppia dei motori. Inoltre, alcuni includono anche sensori che catturano segnali biologici, come l'elettromiografo (EMG) che misura i segnali muscolari o l'elettroencefalogramma (EEG) che consente di catturare i segnali elettrici del cervello e convertirli in segnali di comando, tra gli altri. Oltre al robot mostrato sopra, altri robot esoscheletrici medici attualmente disponibili sul mercato includono Lokomat, ReWalk, HAL, Ekso GT, Rex e Indego (Figura AF).

Vantaggi dei robot esoscheletrici rispetto ai tradizionali ausili per la deambulazione:
1. Sicurezza Per garantire che gli utenti possano utilizzare l'esoscheletro in modo sicuro, oltre al controllo a prova di errore impostato dal sistema, sono presenti due misure di sicurezza: una consiste nel controllare l'angolo di inclinazione e la velocità angolare del busto dell'utente per garantire un buon trasferimento del baricentro; l'altro è che quando la gamba oscillante urta il terreno o non riesce più a muoversi a causa di spasmi eccessivi, il sistema verificherà se la corrente del motore è maggiore della soglia per garantire che non si verifichino stiramenti muscolari. Inoltre, la parte di supporto di ogni gamba può essere regolata in base alla circonferenza degli arti inferiori dell'utente. Questo design può prevenire efficacemente le abrasioni cutanee quando si cammina con un robot esoscheletro.

2. Risparmia fatica

I pazienti con lesioni al midollo spinale toracico devono impiegare molta energia fisica quando indossano KAFO per stare in piedi e camminare. Inoltre, la scarsa efficienza e la bassa velocità di camminata sono i principali fattori che determinano il basso tasso di utilizzo di ortesi come KAFO. Se un paziente paraplegico si affida a dispositivi di assistenza come le stampelle per camminare, deve fare molto affidamento sugli arti superiori per sostenere il peso corporeo, garantendo al contempo un fluido trasferimento della gravità per mantenere l'equilibrio. Questo schema di movimento non solo è inefficiente, ma può anche causare infortuni sportivi a causa del carico pesante sulle spalle e sui polsi. Il vantaggio principale dell'esoscheletro rispetto al tradizionale KAFO è che i motori nelle articolazioni forniscono la coppia di estensione articolare necessaria per le attività funzionali. Di conseguenza, gli utenti possono sedersi, stare in piedi e camminare utilizzando schemi di movimento quasi normali, anziché schemi di movimento compensatori che potrebbero causare danni al corpo.

Prospettive di sviluppo

I robot esoscheletrici sono diventati uno strumento idoneo ad aiutare i pazienti nella guarigione. Non solo è facile da usare, ma può anche fornire ai terapisti dati oggettivi, facilitando lo sviluppo di piani di allenamento più appropriati e quindi il raggiungimento di risultati di allenamento migliori.

Negli ultimi anni, gli esoscheletri si sono sviluppati rapidamente, non solo con motori più piccoli, ma anche con minore rumore, dimensioni più ridotte e maggiore efficienza. Credo che nel prossimo futuro gli esoscheletri saranno più intelligenti e leggeri, e non solo ci consentiranno di camminare più velocemente, in modo più stabile e più flessibile, ma consentiranno anche ai pazienti di ottenere risultati terapeutici migliori!

(Alcune immagini in questo articolo provengono da Internet)

Riferimenti:

Italiano: Effetti dell'allenamento dell'andatura mediante l'uso di un robot esoscheletro motorizzato per gli arti inferiori su individui con lesione completa del midollo spinale. J Neuroeng Rehabil. 5 marzo 2018;15(1):14.

2: Tóth L, Bors V, Pallag A, Pinczker V, Dóczi T, Cserháti P, Shenker B, Büki A, Nyitrai M, Maróti P.

3: Quiles V, Ferrero L, Ianez E, Ortiz M, Megia A, Comino N, Gil-Agudo AM, Azorin JM. Utilizzabilità e accettazione dell'uso di un esoscheletro per gli arti inferiori controllato da un BMI in pazienti con lesione incompleta del midollo spinale: uno studio di caso. Annu Int Conf IEEE Eng Med Biol Soc. Luglio 2020;2020:4737-4740.

4: Yang W, Zhang J, Zhang S, Yang C. Pianificazione dell'andatura con esoscheletro degli arti inferiori basata sul centro di pressione combinato delle stampelle e del piede umano-macchina. Sensori (Basilea).
16 dicembre 2020;20(24):7216.

5: Xiang XN, Zong HY, Ou Y, Yu X, Cheng H, Du CP, He HC. La camminata assistita da esoscheletro migliora la funzionalità polmonare e i parametri della camminata tra i soggetti con lesioni del midollo spinale: studio pilota randomizzato controllato. J Neuroeng Rehabil. 24 maggio 2021;18(1):86.

6: Almutairi S, Swank C, Wang-Price S, Gao F, Medley A. Camminare con e senza esoscheletro robotico in persone con lesione incompleta del midollo spinale rispetto a un'andatura tipica. Neuroriabilitazione. Maggio 2021;49(4):585-596.

7: Postol N, Spratt NJ, Bivard A, Marquez J. Fisioterapia mediante l'utilizzo di un esoscheletro robotico autonomo per pazienti con lesioni del midollo spinale: uno studio di fattibilità. J Neuroeng Rehabil. 25 dicembre 2021;18(1):180.