DATI PRELIMINARI SULL’UTILIZZO DI UN ROBOT PER LA DEAMBULAZIONE IN BAMBINI CON PARALISI CEREBRALE
FASI DEL
PROTOCOLLO DESCRIZIONE STRUMENTI UTILIZZATI
1. Valutazione Clinica
Anamnesi
Somministrazione del Test GMFM
· Intervista ai genitori,
· Test GMFM nelle dimensioni D ed E
2. Valutazione Pre-Training
Attuazione dei Task di sperimentazione con
deambulatore
· Task appositamente configurati per la sperimentazione,
· Gait Analysis
· SenseWear
3. Training
Approccio a Kid-RollBot mediante task di complessità
e durata crescente
· Attività motivanti
4. Valutazione Post-Training
Attuazione dei Task di sperimentazione con Kid-
RollBot
· Task appositamente configurati per la sperimentazione,
· Gait Analysis
· SenseWear
5. Valutazione soddisfazione
Somministrazione test di valutazione del grado di soddisfazione dell’utente rispetto all’esperienza con
Kid-RollBot
Il training ha giocato, quindi, un ruolo determinante nel permettere ai bambini di acquisire la capacità di guida del Robot, quindi di beneficiare delle sue facilitazioni o complicazioni. Infatti, il Robot poteva essere programmato ad personam con l’obiettivo sia di facilitare la marcia (semplificando la guida, quindi il cammino), sia di perturbare il controllo del mezzo in modo da favorire l’esercizio di performance gradualmente più complesse per facilitare l’apprendimento di alcune competenze di controllo posturale e di movimento.
Allenamento in modalità Diretta. In questa modalità il Robot risponde alle sollecitazioni brusche, del bambino ancora inesperto, rallentando e frazionando il movimento; quando le forze apportate sul sensore eccedono un valore di soglia di peso (regolabile sulla base della caratteristiche antropometriche dell’utente) Kid-RollBot si ferma per evitare il rischio di cadute.
In questa modalità il bambino si allena anche ad affrontare traiettorie curvilinee, performance tipicamente deficitaria in bambini con diplegia che presentano un deficit nella progettazione e anticipazione del compito complesso. Infatti, i bambini diplegici che utilizzano deambulatore o bastoni per la deambulazione affrontano traiettorie curvilinee frammentando e scomponendo il movimento riducendolo a piccoli spostamenti laterali secondo traiettorie rettilinee. Il deambulatore viene sollevato, il carico spostato anteriormente con la traslazione del tronco ed infine vengono spostati i piedi verso la direzione desiderata, impiegando e disperdendo energie in atti motori aggiuntivi all’esecuzione del cammino. Con il Robot questo pattern di cammino non è attuabile a causa dell’elevato peso del mezzo, impossibile da sollevare per il bambino, e perché la spinta sui sensori di forza genera uno spostamento continuo del Robot che obbliga il bambino ad apprendere, ad anticipare e programmare la curva, secondo una sequenza di spostamenti più coordinata e fluida nella direzione dello spostamento. Tale sequenza inizia con l’anticipazione del movimento della testa, che ruota secondo la traiettoria da perseguire, segue con il movimento del tronco, del bacino, quindi degli arti inferiori, i quali si posizionano in anticipo lungo la traiettoria curva.
Ai primi approcci con il task curvilineo i bambini si sono trovati in difficoltà dal momento che il robot si spostava lateralmente e loro rimanevano sbilanciati indietro a causa del ritardo nel posizionamento dei piedi.
In modalità diretta è stata allenata anche la marcia indietro, spesso non attuabile dai bambini per difficoltà a sbilanciare il Centro di Massa (COM) posteriormente a causa delle problematiche dispercettive, e dal momento che il deambulatore non offre garanzie di stabilità. Questi bambini, che non avevano esperienza di spostamento all’indietro se non con supporto fisico e percettivo dell’adulto e per piccoli spostamenti, hanno potuto sperimentare questa modalità di spostamento affidandosi alla stabilità e alla maneggevolezza di Kid-RollBot.
Il Robot, in questa modalità, si è reso utile per i bambini anche negli esercizi di passaggio posturale da eretto a seduto e viceversa. Alla presentazione davanti alla seduta il bambino è stato guidato nella rotazione completa del Robot con velocità consona al continuo riadattamento posturale degli arti inferiori in grado di seguire la rotazione fino ad arrivare anteriormente alla sedia. Per il passaggio da seduto ad eretto, invece, il Robot fornisce il sostegno adeguato al raddrizzamento del bambino che si aggrappa alla barra di comando naturalmente disattivata. Gli obiettivi del training in questa modalità sono:
- Allenare il bambino a diminuire il carico sugli Arti Superiori (AS) in appoggio sul Robot, per permettergli di esercitare una spinta più fluida e simmetrica sui sensori della barra di comando.
- Migliorare l’allineamento con il Robot nelle traiettorie curvilinee modificando il pattern di impostazione della curva, così che la performance sia più fluida e coordinata, tanto da migliorarne la funzionalità e l’efficienza e, quindi, diminuire la spesa energetica.
- Sperimentare il cammino a marcia indietro nei bambini in cui la problematica dispercettiva ha reso impossibile tale compito e migliorarla per coloro che, per mezzo di un adulto portatore di cure, riuscivano a svolgerla in parte.
- Migliorare la sicurezza nei passaggi di postura svolti in modo più autonomo.
Allenamento in modalità Remoto. Questa modalità di controllo permette al bambino di sganciare l’attenzione dalla gestione delle traiettorie e dall’analisi percettiva dell’ambiente e di farlo concentrare solo sul proprio controllo posturale. In tale di modalità di controllo al bambino viene richiesto unicamente il controllo posturale per il movimento mentre il robot agisce come riferimento percettivo vicino (spazio egocentrico), evitando inferenze e controlli sullo spazio circostante e lontano (spazio allocentrico). Il bambino comincia anche a modificare le caratteristiche del proprio pattern di cammino per adattarsi al Robot nelle traiettorie curvilinee. Il valore di questa modalità di controllo, creata per il training, sta nel rendere possibile un’esperienza significativa per il bambino, il quale riesce a ovviare ai proprio problemi di programmazione e riprogrammazione della traiettoria da seguire e si concentra sull’efficienza del gesto motorio. Gli obiettivi del training in questa modalità sono:
- Allenare il bambino a migliorare la performance motoria sganciandola da quella prassica di progettazione del compito del cammino
- Permettere al bambino di acquisire fiducia nella sicurezza e nell’affidabilità del Robot, lasciandosi guidare in traiettorie sempre più difficili (curve semplici, cure strette, doppie curve)
- Allenare traiettorie di difficile esecuzione per il bambino come la marcia indietro o lo slalom così che risultino facilitate, nella loro realizzazione, una volta che i medesimi task saranno attuati nelle altre modalità di controllo in cui il bambino è responsabile dell’intera gestione del compito: sia le informazioni percettive che l’attuazione motoria, ovvero nelle modalità Mirror e modalità Diretta
Allenamento in modalità Mirror. Questa modalità di controllo è senza dubbio la più complessa intermini di gestione per il bambino, il quale deve anticipare, seguire i movimenti del Robot ad una distanza definita dell’operatore. Essa è però particolarmente utile nel training per migliorare l’assetto posturale durante il cammino, in quanto il bambino deve mantenere un corretto allineamento del tronco affinché possa rientrare nella zona sensibile del sensore. Kid-RollBot deve, inoltre diventare, un riferimento percettivo affidabile e sicuro tanto da permettere la sostituzione della figura dell’adulto come sicurezza nel cammino senza ausili. Gli obiettivi del training in questa modalità sono:
- Migliorare la fluidità della deambulazione in linea retta
- Incentivare il mantenimento di un corretto allineamento del tronco durante la deambulazione
- Aumentare l’autonomia del cammino cercando di diminuire l’intervento e/o la presenza dell’adulto portatore di cure/terapista
- Stimolare il miglioramento della capacità di programmazione delle traiettorie, valutabile attraverso l’osservazione del comportamento motorio nella altre modalità di guida, in particolar modo la modalità Force.
Attraverso l’esperienza derivata dall’interazione con il robot, i bambini affetti da disabilità neurologica con disturbo percettivo/motorio sono facilitati nella raccolta, elaborazione ed integrazione percettiva delle informazioni necessarie allo svolgimento dell’azione (riferimenti spaziali, sensoriali e cinestesici), nella corretta pianificazione del gesto e quindi al miglioramento della stabilità e della sicurezza durante la marcia.
Dall’analisi dei risultati è emerso come il training con Kid-RollBot sia stato particolarmente produttivo per i bambini in termini di consumo energetico e modificazione migliorativa della performance funzionale del cammino. Il miglioramento della performance motoria per la facilitazione allo spostamento ottenuta con il robot e quindi il minor coinvolgimento delle componenti motorie responsabili della fatica determina una riduzione della stessa.
Approfondendo l’analisi per i singoli casi vediamo come:
Nel Caso clinico numero 1 i dati del consumo energetico mostrano un’ importante diminuzione della spesa energetica nel task dell’ellisse a favore del Robot, ma tale vantaggio diminuisce del
task di marcia indietro per esaurirsi nel confronto dei task in linea retta. Dall’analisi cinematica è, invece, proprio da questo ultimo confronto che i risultati assegnano all’utilizzo di Kid-RollBot un importante miglioramento dei parametri spazio temporali.
Così migliorano anche i dati riferiti alle oscillazioni del tronco e alla differenza angolare relativa tra direzione del tronco e del deambulatore/Robot in ogni passo.
Nel caso clinico numero 2, invece, dai dati del dispendio energetico emerge una similitudine tra la spesa totale registrata nelle prove effettuate con Kid-RollBot e con deambulatore tradizionale ma, analizzando più approfonditamente i dati degli specifici task, si nota come esista una forte differenza tra il valore di Mets medi spesi nel task dello slalom a favore del Robot. Tale discrepanza si appiana nel task dell’ellisse, dove, al contrario è con il Robot che il bambino si affatica di più.
Volendo approfondire il significato di questo dato abbiamo esaminato il comportamento cinematico del bambino nel medesimo task notando importanti miglioramenti con Kid-RollBot. Attraverso l’osservazione del grafico che rappresenta la traiettoria del Robot abbiamo osservato un miglioramento nella gestione delle traiettorie curve da parte del soggetto. In particolare abbiamo osservato una miglior fluidità nel controllo del mezzo, una migliore programmazione anticipatoria del gesto, quindi delle traiettorie più curvilinee e regolari.
Nel caso clinico numero 3 dalle tabelle riportate si nota come con Kid-RollBot il bambino ha diminuito significativamente la spesa energetica media (Mets) e il dispendio totale di calorie (Kcal) nel task dell’ellisse, mentre nello slalom non si evidenziano differenze dello stesso calibro, ma è comunque presente una diminuzione nel dispendio totale di Kcal.
Nei pazienti affetti da patologie neuromuscolari Kid-RollBot potrebbe essere applicato per uso prevalentemente in outdoor con l’obiettivo di ridurre la fatica muscolare durante il cammino autonomo. Infatti si potrebbe evitare il superamento della soglia stessa di affaticabilità che, come precedentemente dimostrato, è dannosa per i soggetti affetti da malattia neuromuscolare a causa delle alterazioni metaboliche dovute alla patologia di base responsabili di una precoce esauribilità muscolare e, nel tempo, a perdita di autonomia motoria. A tale scopo potrebbe essere utile l’applicazione su Kid-RollBot di strumenti in grado di valutare parametri di consumo energetico, specifici per ogni paziente e relativi ai diversi stadi di progressione della malattia (misurazioni della frequenza cardiaca, della frequenza o capacità respiratoria, consumo calorico, etc), tali da individuare valori soglia di affaticabilità a causa dei quali il paziente dovrebbe evitare ulteriore sforzo muscolare e avvalersi di ausili per la deambulazione (si potrebbe pensare a un robot adattato anche per trasporto del paziente). Inoltre Kid-RollBot potrebbe essere usato come mezzo di
allenamento con training specificamente studiato calibrato sul raggiungimento della soglia di affaticabilità in modo da consentire l’esercizio muscolare, utile ai pazienti affetti da malattia neuromuscolare per mantenere la più prolungata autonomia motoria possibile senza però raggiungere l’esauribilità muscolare.
Kid-RollBot presenta caratteristiche assolutamente uniche nel panorama dei gait trainers, soprattutto per quanto concerne le funzionalità attese. Ha dimostrato, nel corso dello studio, un’importante adattabilità alle caratteristiche cliniche di ogni paziente, determinando, in ognuno, miglioramenti sia sotto il profilo del consumo energetico che sotto quello della cinematica del cammino.
In seguito al training con il robot il bambino può, attraverso le esperienze acquisite, apprendere nuove strategie e probabilmente esportarle a contesti e situazioni diverse. I dati fin qui riportati sono comunque preliminari e appare necessario ulteriore approfondimento di ricerca sia in ambito tecnologico che clinico rispetto ai numerosi aspetti di interesse di studio che il progetto ha evidenziato.
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