I sistemi di neuroriabilitazione
ed il progetto MyHeart
The challenge in rehab community is to develop or apply enabling technology to assist the performance of individuals in their environment. (J.M. Winters)
1.1 Introduzione
1 I problemi cardiovascolari (in inglese CVD: Cardio-vascular diseases) sono
la principale causa di morte nel mondo occidentale. In Europa, piu del 20% della popolazione so re di un CVD cronico e il 45% delle morti sono riconducibili a CVD. La Comunita Europea spende annualmente milioni di euro nel trattamento di questi problemi e, con l'aumentare della fascia di popolazione nella cosiddetta terza eta, e un obiettivo per l'Europa di fornire ai propri cittadini un trattamento sanitario ad un costo proponibile.
E' comunemente accettato che uno stile di vita salutare e preventivo, co-siccome una diagnosi precoce, possono sistematicamente combattere le
I sistemi di neuroriabilitazione ed il progetto MyHeart
gini dei CVD a salvare milioni di anni vita. La missione di MyHeart2 e
proprio quella di permettere alle persone di combattere i CVD grazie ad una opportuna prevenzione e ad un sistema di diagnosi precoce.
Il punto di partenza e quello di ottenere un'informazione su quello che e lo stato attuale della salute di una persona. Per ottenere queste informa-zioni e necessario un monitoraggio continuo delle funinforma-zioni vitali. L'approc-cio e quindi quello di integrare dei sensori in un abbigliamento funzionale, la cui combinazione, assieme all'elettronica integrata e all'elaborazione on-body dei segnali acquisiti, fornisce quello che viene oggigiorno chiamato un abbigliamento biomedico intelligente (in inglese IBC: Intelligent Biomedi-cal Clothes). Allo stato attuale non sono presenti soluzioni appropriate che presentino queste funzionalita.
1.2 Obiettivi tecnici
L'obiettivo del progetto MyHeart e quello di sviluppare soluzioni innovative, personalizzabili e facili da usare, che aiutino i cittadini nell'adottare uno stile di vita piu salutare.
Un prerequisito e quello di ottenere informazioni su quello che e lo stato attuale di salute del soggetto ed il suo stile di vita. Devono quindi essere sviluppate soluzioni che monitorizzino continuamente le funzioni vitali, che analizzino lo stato di salute e che diagnostichino anomalie, provvedendo un adeguato feedback o che, comunque, permettano l'accesso ad una diagnosi professionale se richiesto. Inoltre, particolare attenzione deve essere posta nel motivare i soggetti tramite la generazione di comunita e di competizione virtuale.
2Il progetto MyHeart e un Progetto Integrato, fondato sotto il 6 FP (Framework Programme) della Commissione Europea; il consorzio MyHeart consiste di 33 partner di erenti dislocati in 11 paesi. E un progetto di ricerca che unisce partner industriali, istituti di ricerca, universita e ospedali, coprendo tutta la catena che va dalla ricerca sul tessile, al design, alla progettazione elettronica no alle applicazioni di telemedicina. La data di partenza e il 31 dicembre 2003 ed ha una durata di 45 mesi.
In termini generici le innovazioni principali di questo progetto sono la combinazione delle cosiddette wearable technologies (tessuti sensorizzati, sen-sori elettronici, algoritmi personalizzati, on-body computing) e un feedback sull'utente di modo da creare un varco nelle applicazioni per la prevenzione e per la diagnosi precoce.
1.3 Area applicativa post-stroke
L'Universita di Pisa, assieme ad altri partners, coopera in molteplici work-packages e questo lavoro si inserisce in una macroarea applicativa denominata post-stroke, il cui obiettivo e quello di sviluppare ed applicare la tecnologia dei sensori indossabili nell'ambito della riabilitazione post-ictus, in particolar modo orientata alla teleriabilitazione.
I sistemi di riabilitazione possono generalmente essere classi cati in tre tipi ([26]):
Dispositivi di assistenza usati da persone disabili;
Tecnologie che coadiuvano un esperto (o un team) tramite valutazione e diagnosi;
Tecnologie che rientrano nel ciclo di una terapia.
Come lo dimostrano le applicazioni robotiche gia sviluppate, questi non sono mutualmente esclusivi e, analogamente, il sistema MyHeart deve riunire le proprieta di valutazione/diagnosi e di aiuto terapeutico, fornendo in piu il grande vantaggio della non invasivita.
Questa tecnologia puo inoltre essere aancata dai forti progresssi fatti nel campo della visualizzazione informatica per creare un sistema di analisi del movimento tridimensionale e di interazione con l'utente, con tutte le applicazioni pratiche che esso puo fornire. In ambito terapeutico riabilitativo, esso puo facilmente soddisfare i requisiti esposti al punto 1.2.
I sistemi di neuroriabilitazione ed il progetto MyHeart
Figura 1.1: Schema della macchine MIME: Mirror Image Movement Enhancer.
Attualmente le soluzioni adottate nel campo dell'analisi del movimento sono basate sui cosiddetti tracking systems e un loro stato dell'arte e gia stato ampiamente documentato in lavori precedenti ([28]).
1.4 Macchine meccatroniche per la
neuroria-bilitazione
In bioingegneria, le soluzioni attualmente sviluppate per la neuroriabilitazio-ne sono principalmente macchineuroriabilitazio-ne robotiche e meccatroniche ([6]) e la ricerca in quest'ambito e appena cominciata. Queste macchine cercano di replicare le strategie riabilitative adottate dai sioterapisti durante la manipolazione dei pazienti e possono essere suddivise in due categorie generali in base alla tipologia di soluzione progettuale adottabile per la loro realizzazione:
Macchine riabilitative esoscheletriche. Sono sistemi meccatronici piu o meno indossabili che eseguono lo stesso tipo di movimento svolto dal paziente e nei quali l'interfaccia uomo-macchine e estesa a tutto l'arto di interesse clinico. Di questa categoria un esempio e il MIME (Mirror Image Movement Enhancer, visibile in gura 1.1), costituito
Figura 1.2: Il sistema MIT-MANUS.
da un esoscheletro nel quale il paziente inserisce l'arto superiore ed e collegato e movimentato tramite un robot PUMA;
Macchine riabilitative operative o cartesiane, nelle quali il contatto fra la struttura meccanica ed il paziente e limitato all'e ettore a cui il sog-getto e collegato tramite un'apposita interfaccia meccanica, ad esempio una maniglia o un pedale. Di questa categoria un esempio e il MIT-MANUS ( gura 1.2), orientato alla riabilitazione dell'arto superiore tramite un sistema a quadrilatero articolato SCARA. Esso e controlla-to in impedenza e modula il comportamencontrolla-to del robot in seguicontrolla-to ad una perturbazione meccanica, acnhe incontrollata, da parte del paziente o del terapista.
Come e ben visibile dalle gure 1.1 e 1.2, queste soluzioni portano con lo-ro il grande svantaggio dell'ingombranza dimensionale, dell'invasivita e della complessita operativa, il che le limita ad applicazioni di laboratorio con per-sonale altamente specializzato e con una forte attenzione alle problematiche di sicurezza, data la presenza di attuatori meccanici in movimento nelle im-mediate vicinanze del paziente. Inoltre, nessuna di queste integra il sistema sensoriale con una visualizzazione computerizzata tale da permettere all'u-tente di interagire con un ambiente arti ciale in maniera ragionevolmente naturale e sinergica. Anche questo rientra negli scopi di post-stroke.
