LA MANO ROBOTICA PADOVANA

MILIONI DI PERSONE CON AMPUTAZIONI A LIVELLO DELL’AVAMBRACCIO A BREVE POTRANNO AVERE PROTESI BIONICHE

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A CURA DEL Prof. Franco Bassetto E Dr. Diego Faccio

In Italia, ogni anno 3,9 abitanti su 100000 vanno incontro a traumi amputativi a livello dell’arto superiore. Circa il 10% di queste amputazioni avviene a livello dell’avambraccio. In caso di amputazione è necessario intervenire il prima possibile inviando il paziente, con il pezzo amputato opportunamente conservato, ad un centro accreditato organizzato per reimpiantarlo avvalendosi di un microscopio chirurgico.

Nel caso non fosse possibile tecnicamente il reimpianto (troppo tempo trascorso dall’amputazione, trauma con sguantamento, estrema contaminazione del segmento amputato, ecc) il compito essenziale del Chirurgo è quello di confezionare un moncone di amputazione “funzionale”. Le competenze di tipo anatomico e di tecnica chirurgica, proprie soprattutto della Chirurgia plastica, devono essere messe a disposizione in un atto chirurgico spesso considerato “semplice” come il confezionamento del moncone di amputazione. L’insieme dei muscoli flessori ed estensori della mano e delle dita, presenti per la maggior parte a livello dell’avambraccio, deve essere correttamente risparmiato e rimodellato nel moncone residuo. L’obiettivo principale, oltre la chiusura stabile della ferita per evitare possibili infezioni, deve essere l’allestimento di un moncone d’amputazione che permetta l’utilizzo delle protesi presenti al momento nel mercato, dalle più semplici alle più innovative.

Negli ultimi anni l’innovazione tecnologica ha investito molto nel campo della protesica dell’arto superiore, proponendo l’utilizzo di materiali innovativi e l’applicazione dell’intelligenza artificiale, che in un futuro non molto lontano permetteranno la realizzazione di una vera e propria “mano bionica”. Si è partiti da semplici protesi cosmetiche siliconiche con lo scopo di ridurre il disagio psicologico e sociale del paziente amputato, si è passati alle protesi dinamiche denominate “body-powered”, dotate di un meccanismo di movimento azionato dai muscoli del cingolo scapolare, fino ad arrivare alle protesi mioelettriche. Queste ultime sono delle protesi robotiche che attualmente permettono solamente 2 movimenti, la flessione e l’estensione coordinata di tutte le dita della mano per afferrare e rilasciare un oggetto. Questi movimenti sono innescati da segnali elettrici provenienti dai muscoli residui dell’avambraccio e registrati da dei particolari sensori posizionati sulla cute. Come sappiamo la mano umana è un organo molto complesso che permette di effettuare dei movimenti estremamente precisi. L’evoluzione della specie umana è stata possibile anche grazie a questo organo estremamente complesso che ci permette di compiere le funzioni più basilari, fino ad essere il tramite dell’espressione della nostra anima attraverso l’arte raffigurativa e la musica. La sfida della protesica dell’arto superiore è quella di cercare di riprodurre questa complessità di movimenti.

Presentiamo in queste righe un Progetto di ricerca internazionale denominato “MEGANE-PRO” che vede come protagonisti vari gruppi di ricercatori coordinati dal Prof. Henning Müller e il Prof. Manfredo Atzori Bioingenieri dell’Università di Scienze Applicate della Svizzera Occidentale, Il Prof. Franco Bassetto Chirurgo plastico e della mano, Professore Ordinario di Chirurgia Plastica Ricostruttiva ed Estetica dell’Università degli Studi di Padova, e Il Prof. Nicola Petrone, Professore di Ingegneria Meccanica dell’Università degli Studi di Padova. L’obiettivo principale dello studio era la registrazione di pattern di segnali elettromiografici provenienti dai muscoli residui presenti nei monconi di amputazione a livello dell’avambraccio in un gruppo di pazienti trattati presso l’UOC di Chirurgia Plastica e Ricostruttiva dell’Azienda Ospedaliera di Padova e la creazione di un database utilizzabile gratuitamente dai vari gruppi di ricercatori a livello mondiale che si occupano di sviluppo di protesi elettromiografiche dell’arto superiore. Un’estensione del Progetto iniziale, denominata “ProHand”, consisteva nella progettazione e creazione di un prototipo di “mano robotica” nei Laboratori di Ricerca del Dipartimento di ingegneria meccanica dell’Università di Padova.

 

In cosa è consistito il progetto di ricerca MEGANE-PRO?

Presso L’UOC di Chirurgia Plastica, diretta dal Prof. Bassetto è stato arruolato studiato un gruppo pazienti con amputazione di avambraccio a livello trans-radiale. A livello del moncone di amputazione sono stati posizionati degli elettrodi elettromiografici di superficie che hanno registrato i segnali elettrici derivati dai muscoli residui durante la riproduzione di movimenti di presa di diversi oggetti. Tutti questi segnali sono stati analizzati con algoritmi matematici e sono stati individuati dei pattern di segnale specifici e caricati su un database accessibile in Internet gratuitamente.

Questo Progetto scientifico, finanziato dal Fondo Nazionale Svizzero per la Ricerca, ha permesso la creazione del più grande Database di segnali elettromiografici del mondo, utilizzato dai più importanti gruppi di ricercatori del campo della robotica, con lo scopo di migliorare il controllo dei movimenti delle protesi mioelettriche della mano.

 

In cosa invece è consistita la Fase denominata “ProHand”?

Utilizzando i pattern di segnali elettromiografici codificati durante lo studio MEGANE- PRO, il gruppo di Bioingenieri ha sviluppato una “mano bionica” innovativa. Le protesi mioelettriche attualmente in commercio presentano diversi problemi che i ricercatori padovani hanno tentato di risolvere. Per diminuire l’eccessiva pesantezza delle protesi “intelligenti” disponibili attualmente sul mercato hanno pensato di avvalersi della tecnologia della stampa 3D creando protesi moto più leggere e funzionali. Per aumentare la forza di presa hanno progettato un complesso sistema di motori elettrici disposti su ogni articolazione delle dita che ha permesso una migliore maneggevolezza nell’afferrare sia oggetti leggeri che pesanti. Per aumentare la numerosità e complessità dei movimenti effettuati dalla protesi sono stati integrati i pattern di segnale registrati durante lo studio MEGANE-PRO.

La “mano robotica” ideata a Padova necessita di ulteriori perfezionamenti ma i test già eseguiti sui soggetti amputati hanno mostrato risultati molto incoraggianti per quanto riguarda l’affidabilità, la funzionalità e il confort per il paziente.

Grazie a questo progetto di ricerca internazionale, che ha visto la collaborazione tra l’Ateneo Padovano e della Svizzera Occidentale, milioni di soggetti con amputazione a livello dell’avambraccio avranno a disposizione, speriamo in un prossimo futuro, delle protesi “bioniche”, estremamente sofisticate, che potranno riprodurre i movimenti estremamente complessi e precisi di quel meraviglioso organo che è la mano.

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