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1 Tecnologie robotiche e di ambienti virtuali per la neuroriabilitazione Carlo Alberto Avizzano Antonio Frisoli Massimo Bergamasco Scuola Superiore Sant Anna, Pisa

2 Neuroriabiliazione e RV La realtà virtuale fornisce uno strumento unico per soddisfare molte delle specifiche per una riabilitazione efficace. H. Sveistrup. Motor rehabilitation using virtual reality. J. Neuroengineering Rehab., 1(10), 2004.

3 Considerazioni Sociali

4 Non solo un costo ospedalieraro, ma Si ha quindi un incremento notevole dei costi ospedalieri Questi costi rappresentano tuttavia solo il 20% del costo totale relativo alla gestione del paziente con ictus comprendente anche i costi indiretti derivanti dalla perdita di produttività della famiglia e del paziente. A. Carolei, C. Marini, M. Baldassarre. Proiezioni statistiche e previsioni dei costi dell'ictus Clinica Neurologica, Università degli Studi di L'Aquila, L'Aquila

5 Principio di neuroriabilitazione virtuale robotizzata Il paziente è immerso in un ambiente in cui le leggi che governano il comportamento degli oggetti rappresentati possono essere definite in maniera coerente o meno con la realtà e regolate per soddisfare le sue necessità.

6 Schema di interazione Lo schema principale di riabilitazione mediante RV prevede che al paziente venga chiesto di compiere compiti specifici nell ambiente virtuale (per esempio, spostare oggetti, seguire percorsi predefiniti etc.).

7 Legami neurofisiologici

8 Vantaggi attesi

9 Elementi classici dei protocolli clinici

10 Arto da Riabilitare Arto Superiore Arto Inferiore Spalla-Gomito Polso Mano Haptic Master FCS robotics Lokomat Hocoma AG

11 Arto superiore Esoscheletrici Operativi Unilaterali Bilaterali L-EXOS MIT MANUS

12 PERCRO Sistemi Robotici e di RV per la riabilitazione

13 PERCRO VETIR Virtual Environments Technologies In Rehabilitation: a New Approach to Motor Dexterity Disabilities Impiego di tecnologie di realtà virtuale per la valutazione ed il recupero dell abilità motoria in soggetti con disabilità. Progetto finanziato dalla Comunità Europea: TIDE - Technology Initiative for Disabled and Elderly People

14 PERCRO VETIR L immersione nella realtà virtuale viene amplificata per mezzo di un interfaccia aptica che permette di sentire l interazione con gli oggetti virtuali creati dal computer. Validazione del sistema presso il dipartimento di Neuro-fisio-patologia, Unità di medicina fisica e riabilitazione, USL 5 conca ternana, Terni.

15 PERCRO VETIR Protocollo sperimentale Il protocollo riabilitativo VETIR include 11 differenti tipi di esperimenti. Tutti gli esperimenti sono stati realizzati in ambienti virtuali familiari per gli utilizzatori (es. bagno, cucina etc.) Ogni esperimento richiede l esecuzione di compiti semplici: mettere una caffettiera sul fornello (forza e coordinazione), afferrare un toast al volo (esecuzione di movimenti rapidi) prendere e posare oggetti sopra una scrivania (evitare le collisioni)

16 PERCRO L-EXOS Light EXOSkeleton Sviluppo di un nuovo tipo di interfaccia aptica indossabile sul braccio dell utente: Struttura interamente in fibra di carbonio I motori sono posti tutti sul supporto dell esoscheletro, si ha quindi una notevole riduzione del peso sul braccio robotico Rapporto carico utile/peso vicino a 1 Attualmente il dipositivo L-Exos è impiegato presso l Unità di Neuroriabilitazione dell azienda ospedaliera dell Università di Pisa per lo sviluppo di un sistema per la riabilitazione funzionale dell arto superiore.

17 PERCRO L-EXOS Light EXOSkeleton Applicazione di forze controllate a livello di ciascuna delle articolazioni o dei segmenti dell arto superiore fino a 10 Kg. Conduzione di esercizi riabilitativi in condizioni di sospensione attiva di carico, con riduzione completa o parziale del peso dell arto superiore del paziente. Possibilità di lasciare al paziente la completa mobilità dell arto superiore.

18 PERCRO TREMOR Sviluppo di interfacce ed algoritmi per il riconoscimento e la soppressione del tremore in pazienti colpiti da sclerosi multipla Progetto finanziato dalla Comunità Europea nell ambito del quarto programma quadro: 4th Framework Programme (FP4: ) / Telematic Application Programme (TAP) Area C: Improving Employment and Quality of Life Sector 8 : Telematics for Disabled & Elderly People (D&E)

19 PERCRO TREMOR

20 PERCRO TREMOR Risultati

21 PERCRO HAnD Haptic System for Analysis and Driving of the Hand Movements in Augmented Reality Environment Sviluppo di un sistema di realtà aumentata per il controllo attivo del movimento della mano e la valutazione delle traiettorie compiute dall utente Progetto finanziato dalla Fondazione della Cassa di Risparmio di Pisa. In collaborazione con IRCCS Fondazione Stella Maris

22 PERCRO HAnD Haptic System for Analysis and Driving of the Hand Movements in Augmented Reality Environment Obiettivi: prototipo validato riabilitativo per lo studio delle fasi di apprendimento della scrittura nei bambini Sperimentazione di tecniche per la valutazione delle disabilità Sviluppo di tecniche per compensare la riduzione delle capacità motorie nei soggetti disabili

23 PERCRO HAnD Haptic System for Analysis and Driving of the Hand Movements in Augmented Reality Environment architettura HAnD Dispositivo aptico (Phantom) Input e controllo aptico Sistema aptico Telecamere e sensore di posizione sul casco Sistema di acquisizione delle immagini Mixer video e render stereoscopico Sistema misto di tracking Unità di processo dell immagine Sistema di Realtà Aumentata TCP/IP Casco di Realtà Virtuale Interfaccia grafica e controllo

24 ENACTIVE: le attività per utenti speciali La Network ENACTIVE ha attività di ricerca specifiche per studiare le richieste degli utenti disabili. Le attività di ricerca del 2006 includono i seguenti argomenti: Piattaforme per non vedenti e l insegnamento. Piattaforme per non udenti. Piattaforme per disabili motori. CONFERENZA ENACTIVE PISA NOVEMBRE 2008

25 Rehab - Grab

26 Rehab-Grab

27 The HD3 system for bimanual therapy

28 Name Unit of measurement Value Motor Torque Minimum EE force N*m 0.64 N Maximum EE force N 12 The HD3 system for bimanual therapy

29 Prestazioni

30 Schemi di Assistenza vs Task Applicativi I. Schemi di assistenza al moto II. Task Applicativi 1. Modalità guidata 2. Modalità bilaterale 3. Modalità di assistenza 4. Modalità di penalizzazione C O O RD I N A M EN T O C IN E M AT I C O a. Movimento a Simmetria assiale b. Movimento a Simmetria centrale c. Movimento isometrico a. Movimento a Simmetria assiale b. Movimento a Simmetria centrale c. Movimento isometrico Applicazioni In ambiente virtuale Applicativi di Windows d. Movimento vincolato d. Movimento vincolato Il Framework Applicativo Componenti

31 Conclusioni

32 Il recupero assistito al robot e possibile, ma tra una molteplicità di casi terapeutici e una grande varietà di terapie riabilitative Rimane sempre indispensabile conoscenza per comprendere quali procedure siano le migliori e in quali casi, per un ottimale recupero delle capacità motorie perdute. Conclusioni

33 Sviluppi

34 GRAZIE PER L ATTENZIONE carlo@sssup.it