Robot per riabilitazione avanzata della mano. Sabato 19 Novembre Hotel Vittoria, Potenza

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1 Robot per riabilitazione avanzata della mano Sabato 19 Novembre Hotel Vittoria, Potenza Obiettivi Il seguente progetto è motivato da differenti fattori: Diffondere la riabilitazione della mano e innalzarne il livello qualitativo medio Permettere la riabilitazione remota Abbattere i costi sociali Acquisire il know-how necessario per sviluppare unità robotizzate più grandi

2 Anatomia della mano Movimento dito indice

3 Biomeccanica della mano Diversi tipi di presa: A) Opposizione terminale B) Opposizione subterminale C) Opposizione subtermino-laterale D) Latero-laterale E) Digito-palmare sferica F) A uncino Patologie della mano Le patologie a carico della mano possono essere alterazioni da attività ripetitive TUNNEL CARPALE: si presenta quando il nervo mediano soffre perché viene compresso nel suo tratto di passaggio attraverso il tunnel. MORBO DI DE QUERVAIN: infiammazione della guaina che riveste l abduttore lungo e l estensore breve che fanno muovere il pollice. DITO A SCATTO: si presenta quando, per cause di tipo infiammatorio, la guaina che contiene i tendini flessori si restringe. Questo fenomeno ostacola il normale scorrimento dei tendini all interno della guaina. RIZOARTROSI: l articolazione trapeziometacarpale è particolarmente predisposta ad alterazioni degenerative (artrosi) dovute al progressivo consumo della cartilagine che la riveste ed ai fenomeni di invecchiamento. Tendini flessori Legamento palmare Tendine trasverso estensore breve articolazione Tendine xxxxxxxxxxxxxxxx trapezio-metacarpale abduttore lungo Guaina Guaina Tendine flessore

4 Patologie della mano Le patologie a carico della mano possono essere esiti post-traumatici FRATTURA DELLO SCAFOIDE: frattura di un osso del carpo, scafoide, indispensabile per la stabilità ed il movimento del polso: se non correttamente diagnosticata e curata lo scafoide non si consolida e si parla di pseudartrosi dello scafoide. FRATTURA DEL METACARPO: frattura di un osso lungo della mano (metacarpo) o delle falangi che compongono il dito. Tali fratture trattate con i metodi tradizionali (gesso) richiedono alla guarigione un lungo trattamento rieducativo dovuto alla grave rigidità. DITO A MARTELLO: rottura del tendine estensore in prossimità della terza falange (la punta del dito), è quasi sempre di origine traumatica. Tecniche chirurgiche Le tecniche chirurgiche attualmente impiegate, spaziano dalla microchirurgia all ortopedia, attraverso l impiego di strumenti endoscopici, laser, e strumenti tradizionali. Il vero problema è la perdita di abilità spesso conseguente il gesto chirurgico e le alterazioni della propriocettività, spesso inevitabili a causa della vicinanza di nervi, tendini, vasi e muscoli, oltre all eccezionale specializzazione di ogni mm 2 di superficie tattile Ad oggi non sono molte le tecniche standardizzate in ambito della chirurgia della mano, sia per l evoluzione strumentale, sia per la sempre maggiore settorializzazione delle branche ortopediche, a tutto scapito della completezza del gesto chirurgico e della riabilitazione post traumatica. Numerosi sono, infatti, i reinterventi.

5 Pratica riabilitativa La riabilitazione di un segmento corporeo complesso come la mano è volta al raggiungimento di più finalità: Recupero dell arco di movimento Recupero funzionalità muscolare Recupero della manualità per attività quotidiane Recupero propriocettività Recupero sensibilità Ovvero il pieno recupero delle varie funzionalità (abilità) manuali deve avvenire innanzitutto considerando la grande quantità di tendini, muscoli, segmenti articolari (attuatori) e di recettori nervosi (sensori); ciò implica grande padronanza delle tecniche di fisioterapia manuale e strumentale Qualità della prestazione Studi clinici eseguiti nel 2002 presso l università di Berkeley (CA), confermano un degrado degli indici di qualità della prestazione riabilitativa erogata in funzione del tempo di terapia. Si evidenzia che dopo circa 15 minuti di mobilizzazione manuale di una articolazione, il livello di sensibilità (legato alla valutazione del dolore) e di precisione (legato alla valutazione dell escursione articolare) calano ad 1/3 del valore iniziale, con conseguente aumento dei costi e delle complicanze funzionali.

6 Robot vs uomo Comparazione tra riabilitazione robotizzata e tradizionale X XX-XXX XXX XXX X-XXX XXX X-XXX X X X-XXX N.B.: nell uomo, molti parametri sono legati alla sola preparazione individuale dell operatore e non sono ripetibili Robot in riabilitazione Da alcuni anni, il vorticoso sviluppo della meccatronica, ha consentito di sviluppare dispositivi robotizzati per impieghi medicali (DaVinci, MANUS) che si stanno diffondendo sempre più. Se da un lato i robot offrono prestazioni di precisione, ripetibilità e velocità ineguagliabili, il rispetto delle tre leggi della robotica (asimov, 1956) pone limiti all autonomia operativa e dall altro il fallimento dell intelligenza artificiale limita la penetrazione della riabilitazione automatica; per cui la frontiera nello sviluppo è superare questi limiti (expert system, etc.)

7 Vantaggi Elevata ripetibilità e qualità della riabilitazione manuale Possibilità di incrementare funzioni complesse grazie allo sviluppo del software Risparmiare al terapista l esecuzione di esercizi ripetitivi permettendogli di dedicarsi alle attività in cui è indispensabile la presenza umana Quantificare le prestazioni del paziente sottoforma di forza applicata, velocità di movimento ed escursione angolare in modo da registrarle e costruire uno storico dei suoi progressi Possibilità di gestire la pratica terapeutica sia manuale che strumentale con programmi di gestione dello studio, di elaborazione della cartella clinica con ovvi vantaggi organizzativi Disporre di un mobilizzatore dotato di un numero di gradi di libertà adattabile alla riabilitazione di segmenti articolari complessi superando i limiti dei mobilizzatori mono o bi-asse come il Kinetec

8 Struttura del Robot La riabilitazione ideale di un segmento corporeo complesso come la mano, implica l impiego di una struttura robotica che deve imitare il braccio del riabilitatore, quindi: Una Base rotante necessaria allo spostamento di tutto il robot, analoga all articolazione scapolo omerale Due Bracci in serie collegati tramite un giunto rotoidale che simulano braccio, gomito ed avambraccio; spostano in avanti-indietro il carico Un Polso analogo a quello umano, necessario al movimento di brandeggio e rotazione dell end effector e quindi dell articolazione bersaglio Un End Effector o pinza di presa, dotata di sensore di prossimità, regolazione della forza di presa e sensori di pressione, utile a fissare il robot al paziente Un sistema elettronico di pilotaggio del robot (azionamento) Un PC con opportuno software per la gestione del robot e database pazienti Prototipo

9 End Effector Primaria importanza riveste l'attuatore terminale, ovvero l'end effector, in quanto rappresenta l interfaccia meccanica fra il robot e l arto da riabilitare Caratteristiche fondamentali: elevata sensibilità tattile e versatilità nella presa di oggetti di forme irregolari Robot Motion

10 Robot Software Milestones : sviluppo e realizzazione struttura hardware del braccio robotizzato : sviluppo software di pilotaggio : test elettronica, hardware, software 2007: Validazione Ministeriale 2008: immissione in commercio