Un esoscheletro per i paraplegici
La lesione al midollo spinale può portare alla paraplegia, ossia la perdita di movimento nella parte inferiore del corpo. Recenti tentativi della ricerca di curare questa lesione e ripristinare un parziale movimento hanno portato allo sviluppo di esoscheletri assistivi. Considerando che il reclutamento attivo del sistema neuromuscolare nei pazienti colpiti da lesione al midollo spinale potrebbe promuovere il recupero motorio, gli esoscheletri devono essere sensibili sia all’utente che all’ambiente. Il progetto Symbitron, finanziato dall’UE, è stato un’iniziativa di quattro anni che mirava a sviluppare un esoscheletro indossabile sicuro, bioispirato e personalizzato. «Il nostro principale obiettivo era quello di permettere ai pazienti colpiti da lesione al midollo spinale di camminare senza ulteriore assistenza, integrando le loro rimanenti funzioni motorie,» spiega il coordinatore del progetto, il professor Herman van der Kooij. Una progettazione che pone al centro il paziente L’esoscheletro di Symbitron si è basato su una soluzione completamente su misura che integra le capacità rimanenti specifiche di ogni singolo paziente. La progettazione è stata unica, dal momento che ha riprodotto la funzionalità neuromuscolare fisiologica integrando inoltre perfettamente la residua funzionalità umana. I ricercatori hanno utilizzato modelli dinamici dei muscoli degli arti inferiori per aiutare la camminata in soggetti colpiti da lesione al midollo spinale ricreando il comportamento umano mediante cinematica delle articolazioni, misure cinetiche e attivazioni dei muscoli. I modelli si sono basati su dati clinici misurati in soggetti in salute e pazienti colpiti dalla lesione. Il regolatore dell’esoscheletro generato ha richiesto pochissimi dati di input provenienti da angoli delle articolazioni, postura e rilevamento dell’oscillazione per simulare la camminata a differenti velocità e su terreni vari, dimostrando anche resistenza contro le perturbazioni e le interferenze ambientali. Insieme a un’ampia ottimizzazione della progettazione e del controllo, notevole enfasi è stata messa anche sull’interazione simbiotica bidirezionale uomo-macchina degli esoscheletri indossabili. L’esoscheletro modulare può essere adattato in base alle dimensioni e alle capacità di soggetti diversi utilizzando differenti configurazioni, ossia supporto solo alla caviglia, supporto caviglia-ginocchio o supporto caviglia-ginocchio-anca. È inoltre possibile supportare una sola gamba o entrambe le gambe. Per di più, la modularità elettronica e meccanica viene riconosciuta automaticamente dal rispettivo software in modo da adattare le prestazioni alle esigenze specifiche dell’utente. Impatto clinico Per fornire la prova di concetto clinica riguardo alla sicurezza e alla funzionalità del sistema, il consorzio di Symbitron ha sviluppato un ambiente e protocolli di formazione per i pazienti colpiti da lesione al midollo spinale e per i loro medici. Il progetto ha impiegato soggetti colpiti da lesione incompleta, che avevano bisogno solo di supporto alla caviglia o alla caviglia e al ginocchio, e soggetti colpiti da lesione completa, che avevano bisogno di un supporto totale a entrambe le gambe. «I test clinici hanno mostrato che hardware e software potevano essere adattati alle specifiche caratteristiche di questi soggetti, fornendo così una prova della fattibilità del nostro approccio unico», sottolinea il professor van der Kooij. Ma soprattutto, i regolatori di ispirazione biologica, al contrario degli approcci convenzionali, hanno permesso di sviluppare schemi di andatura variabili in termini di velocità e lunghezza del passo. I risultati sono stati molto promettenti: tutti i soggetti colpiti da lesione incompleta hanno migliorato la velocità di camminata e/o l’equilibrio durante la riabilitazione e due soggetti colpiti da lesione completa sono riusciti di nuovo a camminare. In alcuni casi, è stato osservato un effetto riabilitativo dopo l’allenamento con i dispositivi Symbitron anche quando i soggetti non usavano il dispositivo. Anche l’analisi psicometrica ha confermato la soddisfazione dei pazienti e la loro motivazione a ottenere ulteriori miglioramenti. Il professor van der Kooij è fiducioso perché, «sebbene i risultati clinici siano ancora preliminari, la riabilitazione con i dispositivi di Symbitron sembra migliorare la camminata dei soggetti che hanno ancora delle funzioni motorie residue». Ciò suggerisce che il supporto offerto dall’approccio Symbitron potrebbe essere applicato anche ad altri soggetti oltre a quelli colpiti da lesione al midollo spinale, ad esempio per la riabilitazione di pazienti che hanno subito un ictus.
Parole chiave
Symbitron, lesione al midollo spinale, esoscheletro, riabilitazione, regolatore
