Controller degli esoscheletri, review analizza stato dell’arte

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(foto archivio)

Un lavoro condotto tra Spagna e Paesi Bassi ha inteso fornire un quadro strutturato e aggiornato delle strategie di controllo esistenti per gli esoscheletri, valutare le metodologie utilizzate negli studi di validazione degli interventi robotici e individuare la relazione tra strategia di controllo usata e outcome clinici. Il pool di pazienti preso in considerazione è quello con lesioni cerebrali, sia non traumatiche sia traumatiche.

Nel primo caso ci si riferisce soprattutto a pazienti con ictus e paralisi cerebrale, pazienti che spesso hanno difficoltà a camminare e per i quali gli esoscheletri robotici potrebbero essere un aiuto, almeno in fase riabilitativa.

Si parla di un’importante fetta della popolazione mondiale, soprattutto citando l’ictus, che colpisce circa 13.7 milioni di persone l’anno. Meno frequente la paralisi cerebrale, con una prevalenza mondiale di 2-3 casi ogni 1000 neonati.

Le lesioni cerebrali traumatiche, invece, interessano circa 69 milioni di sopravvissuti l’anno, anche loro spesso con disabilità motorie. La revisione si concentra su 159 lavori, per un totale di 43 diversi esoscheletri e diverse strategie di controllo.

È importante capire che il controller deve essere adeguato alle esigenze cliniche del paziente, che possono essere molto diverse tra loro. Seguendo questo concetto, tutti i sistemi di controllo di alto livello valutati usano strategie assistive per supportare la riabilitazione di pazienti con ictus e paralisi cerebrale, ma solo il 10.5% degli esoscheletri per pazienti con ictus rendono sfidanti le strategie di controllo, per esempio applicando forze di resistenza o di perturbazione.

La percentuale sale al 20% se si parla di paralisi cerebrale. Parlando di controlli di medio livello, nel 97.7% dei casi si basano sul tracciamento della traiettoria. solo il 13.9% di questi esoscheletri ha invece controlli basati su un approccio mioelettrico: un peccato, secondo gli autori, perché il controllo mioelettrico può essere un’interfaccia interessante in pazienti che hanno mantenuto la volontà motoria.

Chi fosse interessato al tema troverà un’analisi molto dettagliata nello studio, che è open. Per rispondere a tutti gli obiettivi della revisione, gli autori hanno selezionato, dai 159 iniziali, 73 studi che riportano misurazioni pre e post intervento, da utilizzare per studiare i metodi di validazione clinica.

In questo caso, la maggioranza dei pazienti coinvolti è affetta da ictus, in varie fasi. Il primo dato è quello che riguarda l’alta variabilità dei protocolli riabilitativi utilizzati, per i quali mancano spesso informazioni essenziali, come durata e frequenza dell’allenamento, e anche dei parametri selezionati.

Gli studi usano, in oltre il 60% dei casi, scale di deambulazione e varie metriche per studiare i pazienti. Tra le metriche ci sono la velocità del passo, la cadenza, la lunghezza del passo, ma anche la cinematica dell’anca, del ginocchio e della caviglia. Ancora, la maggioranza di questi studi è di tipo osservazionale, il che rende basso il livello di evidenza dei risultati ottenuti. Pochi gli studi, invece, che valutano cambiamenti nell’attività dei muscoli coinvolti nel passo.

Questa parte della revisione chiede che gli studi di validazione siano di più alta qualità, per ottenere informazioni davvero utili per l’applicazione clinica. L’ultimo step del lavoro cerca di capire, invece, quale strategia di controllo dia esiti clinici migliori.

Se si pensa all’ictus subacuto, allora sembra che la strategia da adottare sia quella che utilizza algoritmi di soglia basati su elettromiografia e un segnale di controllo, capaci di dare i maggiori miglioramenti con allenamenti a bassa intensità.

Purtroppo, solo 8 pazienti sono stati trattati in questo modo. Altra strategia vincente, che richiede però training più lunghi, è quella che implementa una combinazione tra tracciamento della traiettoria e compliant control: in questo caso sono 19 i pazienti coinvolti. Parlando di stroke cronico, invece, sembra essere più efficace l’utilizzo di oscillatori adattativi che utilizzano le informazioni della cinematica dell’arto inferiore per assistere il movimento, uniti a un tracciatore di traiettoria.

Un controller di medio livello che permette di raggiungere gli esiti migliori, riducendo al contempo l’intensità dell’allenamento. Questo risultato ha una buona evidenza, essendo stato trovato in studi randomizzati e controllati, anche se il numero di partecipanti è ancora basso, pari a 19. Gli autori non sono stati in grado di individuare strategie particolarmente efficienti per trattare lo stroke acuto.

(Lo studio: de Miguel-Fernández, J., Lobo-Prat, J., Prinsen, E. et al. Control strategies used in lower limb exoskeletons for gait rehabilitation after brain injury: a systematic review and analysis of clinical effectiveness. J NeuroEngineering Rehabil 20, 23 (2023). https://doi.org/10.1186/s12984-023-01144-5)