LE COMPONENTI ELETTRONICHE PER LE PROTESI

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1 LE COMPONENTI ELETTRONICHE PER LE PROTESI Autore: T.O. R. Pellegrini RESPONSABILE Reparto Protesi ITOP SpA Officine Ortopediche Via Prenestina Nuova, 163 Palestrina (RM)

2 LA BIONICA NELLE SOLUZIONI PROTESICHE Propriocezione Sistema Nervoso Centrale Movimento RILEVARE ANALIZZARE AGIRE Riduce lo sforzo (mentale e fisico ) Riduce il pericolo di cadute migliorando la stabilità e l equilibrio Riduce l uso preponderante dell arto sano stimolando il controllo volontario dell arto protesico

3 Tecnologia - Accelerometro Un accelerometro è un dispositivo elettromeccanico che misura le forze di accelerazione lineari nelle tre direzioni dello spazio. I sensori di accelerazione vengono usati per: sistemi di apertura airbag smartphone computer portatili INTRODUZIONE

4 Tecnologia - Giroscopi INTRODUZIONE Il giroscopio è un componente elettromeccanico che misura le forze di accelerazione angolari attorno ad uno o più assi di rotazione. I giroscopi vengono comunemente usati in: Locomotori segway; Sensori di pilotaggio automatico degli aerei Sistema di orientamento orbitale della stazione spaziale ISS (11 giroscopi per mantenere l'orbita rispetto al sole).

5 LA BIONICA NELLE SOLUZIONI PROTESICHE OSSUR OTTOBOCK RHEO KNEE C-LEG POWER KNEE GENIUM PROPRIO FOOT

6 GINOCCHIO IDRAULICO A CONTROLLO A CONTROLLO ELETTRONICO C-LEGC SPECIFICHE TECNICHE Ginocchio monocentrico Struttura testata fino a 125Kg Flessione del ginocchio consentita: 125 gradi Materiale della struttura carbonio Peso: 1,143Kg Garanzia limitata 60 mesi Assistenza dopo 24 mesi Durata della batteria: ore Tempo di ricarica 5 ore Grado mobilità: 3 e 4 Frequenza di misurazione: ogni 0,02 secondi Grado di mobilità 3+4

7 GINOCCHIO IDRAULICO A CONTROLLO ELETTRONICO C-LEGC Tecnologia dei sensori Accelerometro angolare in corrispondenza del centro articolare ed estensimetri all interno del tubo di collegamento orientati lungo l asse verticale e disposti in direzione antero-posteriore Tali sensori consentono di calcolare il momento malleolare istante per istante e, a partire da questo, l elettronica di comando è in grado di desumere in quale fase del ciclo del passo si trova l utilizzatore

8 GINOCCHIO IDRAULICO A CONTROLLO ELETTRONICO C-LEGC Tecnologia dell attuatore: pistone idraulico Pistone idraulico Elettrovalvole controllate da microprocessore Resistenza variabile in base alle condizioni di carico statiche e dinamiche Giusto equilibrio fra senso di sicurezza e dinamicità del passo

9 GINOCCHIO IDRAULICO A CONTROLLO ELETTRONICO C-LEGC

10 GINOCCHIO MAGNETORHEO RHEOLOGICO A CONTROLLO ELETTRONICO RHEO-KNEE SPECIFICHE TECNICHE Ginocchio monocentrico Struttura testata fino a 125Kg Flessione del ginocchio consentita: 120 gradi Peso: 1,563Kg Garanzia limitata 60 mesi Assistenza dopo 24 mesi Durata della batteria: ore Tempo di ricarica 5 ore Grado mobilità: K3 e K4 Frequenza di misurazione: ogni 0,01 secondi Grado di mobilità K3+K4

11 GINOCCHIO MAGNETORHEO RHEOLOGICO A CONTROLLO ELETTRONICO RHEO-KNEE Tecnologia dei sensori ACCELEROMETRO E GIROSCOPIO: Rilevano la posizione spaziale e le accelerazioni cui è sottoposto il ginocchio istante per istante. CELLE DI CARICO: Misurano l entità puntuali di reazione piede-terreno. delle forze MICROPROCESSORE: Integra le informazioni provenienti dall accelerometro, dal giroscopio e dalle celle di carico per individuare la fase del passo in cui si trova l utilizzatore ed elabora la risposta ottimale per l esecuzione della sequenza motoria successiva.

12 GINOCCHIO MAGNETORHEO RHEOLOGICO A CONTROLLO ELETTRONICO RHEO-KNEE Tecnologia dell attuatore: lamine rotanti con interposto fluido magneto-reologico La resistenza opposta dal fluido magneto-reologico varia, alla velocità della luce, a seconda della fase del passo nella quale l utente si trova ed è in grado di adattarsi alle sue caratteristiche della deambulazione.

13 GINOCCHIO MAGNETORHEO RHEOLOGICO A CONTROLLO ELETTRONICO RHEO-KNEE

14 PROFILO UTENTE GINOCCHIO A CONTROLLO ELETRONICO C-LEG & RHEO-KNEE C-LEG OTTO BOCK Possibilita di deambulazione a diverse velocita Buon controllo volontario Capacita cognitive Motivazione di usufruire delle varie potenzialita funzionali del ginocchio Limite di peso 125 kg. Non in prima protesizzazione Anche per amputati bilaterali Per tutti i livelli di amputazione transfemorale da moderati ad attivi. RHEO-KNEE OSSUR

15 ARTICOLAZIONE DI CAVIGLIA ELETTRONICA PROPRIO-FOOT Caratteristiche tecniche: Limite di peso del paziente: MAX 116 kg-min 45 Kg; Struttura in alluminio; Peso del dispositivo 995 g; Ingombro lungo l asse: 180 mm; Peso della batteria: 240 g; Batteria agli ioni di litio con autonomia fino a 32 ore di uso continuativo; Tempo di ricarica: 3-4 ore; Livello attività: k2 - k3 (non adatto per la corsa) Dorsiflessione in preparazione all'appoggio, nelle salite e durante la discesa delle scale; Possibile regolare il tacco elettronicamente da 0 a 5 cm; Grado di mobilità K2+K3

16 SENSORI ED ATTUATORI 1. Accelerometro: Riconosce l ambiente Rileva gradi della salita/discesa, scale Rileva contatto iniziale, fase statica, stacco dell avampiede 2. Motore elettrico a vite senza fine: Riproduce il ciclo del passo Consente la flessione dorsale e plantare 3. Microprocessore: Elabora le informazioni con una frequenza di 1600 Hz (cicli/s)

17 CAVIGLIA A CONTROLLO ELETTRONICO FUNZIONI: Possibile regolare il tacco elettronicamente da 0 a 5 cm; La caviglia si adatta alla salita e alla discesa; Dorsiflessione in preparazione all appoggio, in salita e discesa delle scale; Flessione plantare in relax da seduto; Dorsiflessione che facilita l alzata dalla sedia; Massima flessione plantare durante la distensione supina. PROPRIO FOOT

18 ARTICOLAZIONE DI CAVIGLIA ELETTRONICA PROPRIO-FOOT

19 SYMBIONIC LEG RHEO KNEE PROPRIO FOOT Grado di mobilità: 3+4

20 SYMBIONIC LEG FUNZIONI RHEO KNEE Flessione uniforme e senza sforzo da parte dell utente Risposta proporzionale al carico Adattamento continuo FUNZIONI PROPRIO FOOT Riduzione della durata della fase di swing GRF controllata ad ogni passo Regolazione dell altezza del tacco

21 FUNZIONI SYMBIONIC LEG SYMBIONIC LEG - Interazione funzionale ginocchio-caviglia -Vantaggi combinati di ginocchio e caviglia elettronica -Possibilità di deambulare con un passo variabile in lunghezza -Deambulazione più naturale e senza compensi posturali - Alimentazione condivisa Grado di mobilità 3+4

22 SYMBIONIC LEG

23 GINOCCHIO ATTIVO A CONTROLLO ELETTRONICO GENIUM Deambulazione migliorata con flessione nella fase statica; Controllo migliorato della fase dinamica con regolazione dell'angolo di flessione nominale in gradi; Adattamento a diverse velocità di deambulazione su un'area molto estesa; Adattamento a parametri variabili (ad es. peso della scarpa); Tubo modulare dotato di sensori; Calcolo delle informazioni in tempo reale per l'innesco della fase dinamica; Campo di applicazione più ampio (ADL: Activities of Day Life); Maggior comfort per il paziente; Minore complessità di regolazione per il tecnico; Gruppo di potenziali utenti più ampio. Grado di mobilità 3+4

24 SENSORI Giroscopio Accelerometro a 2 assi Accumulatore Sensore momento del ginocchio Momento del malleolo / sensore carico assiale

25 SENSORI I sensori del GENIUM sono in grado di misurare: Angolo di flessione del ginocchio; Velocità di flessione del ginocchio; Momento del malleolo; Carico assiale; Momento del ginocchio; Inclinazione della gamba; Accelerazione lineare (2 direzioni);

26 GINOCCHIO ATTIVO A CONTROLLO ELETTRONICO GENIUM

27 GINOCCHIO ATTIVO A CONTROLLO ELETTRONICO POWER-KNEE POWER KNEE è la prima articolazione protesica motorizzata di ginocchio, capace di imitare la contrazione muscolare concentrica, tipica della muscolatura che afferisce al ginocchio. POWER KNEE è il primo ginocchio protesico in grado di: Supportare l utente nell azione di alzarsi da una posizione seduta; Consentire il recupero della dinamica del passo; Consentire la salita di rampe a passo alternato; Consentire la salita di scale a passo alternato; Obiettivo: diminuire l impatto della protesizzazione riducendo il carico; Diminuire il rischio di sviluppo di patologie concomitanti; Ridurre il rischio di inciampo. Grado di mobilità K3+K4

28 BIONICA DEL POWER KNEE PERCEZIONE Sensori: Rilevano l attività dell utente ELABORAZIONE Microprocessore: Il sistema di intelligenza artificiale, sulla base dei segnali acquisiti, elabora la risposta più opportuna da mettere in atto AZIONE Motore in corrente continua: Eseguono l azione calcolata dal microprocessore

29 SENSORI PERCEZIONE ELABORAZIONE AZIONE Giroscopi Accelerometri Misuratori di coppia Sensori di contatto con il suolo Sensori di temperatura

30 MICROPROCESSORE DI CONTROLLO PERCEZIONE ELABORAZIONE AZIONE Microprocessore integrato Elabora le informazioni provenienti dai sensori Applica nell elaborazione un algoritmo di intelligenza artificiale E in grado di capire qual è l azione che l utente sta compiendo e calcolare la risposta più opportuna per l esecuzione dell azione successiva Invia le istruzioni al motore

31 ATTUATORI PERCEZIONE ELABORAZIONE AZIONE Motore in corrente continua Rapporti con frizione armonica a variatore automatico Coppia massima pari a 96 NM Le azioni eseguite sono coerenti con le istruzioni elaborate dal microprocessore

32 GINOCCHIO ATTIVO A CONTROLLO ELETTRONICO POWER-KNEE

33 ROBERTO PELLEGRINI ITOP SpA Officine Ortopediche Palestrina,, Roma