Rete neurale per guidare AFO motorizzati

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Le ortesi caviglia-piede (AFO) possono essere utili in diverse situazioni, dalla necessità di immobilizzare l’articolazione della caviglia a quella di sostenere un passo reso difficile da anomalie strutturali o funzionali. Per ogni funzione esistono AFO con caratteristiche specifiche: per esempio, per piede cadente, per pazienti con sclerosi multipla, per lesione del midollo spinale, per paralisi cerebrale infantile e per ictus.

Soffermiamoci su quest’ultimo caso. Molti dei pazienti colpiti da ictus perdono la capacità di camminare in modo fluido.

Un recente studio coreano si è concentrato sui pazienti che hanno riportato un piede cadente nell’ottica di sviluppare un nuovo modello di AFO motorizzato che integri valori di FES per il controllo del movimento articolare.

Gli autori afferiscono a diversi enti, nell’insieme esperti di intelligenza artificiale, ingegneria e scienze biomediche: l’Artificial Intelligence and Robot Institute e ll’Augmented Safety System With Intelligence del Korea Institute of Science and Technology (Seoul), il Dipartimento di Human Intelligence Robot Engineering della Sangmyung University (Cheonan-si), la Divisione di Bio-Medical Science and Technology della University of Science and Technology (Daejeon) e il Dipartimento di Mechanical Engineering della Korea University (Seoul).

PAFO e FES coordinati da una rete neurale per migliorare il passo

Presentato su “Frontiers in Bioengineering and Biotechnology”, il modello si basa da una parte su un sistema di controllo basato su dati di elettrostimolazione funzionale (FES) per muscolo tibiale anteriore e soleo derivati da pattern di FES ottenuti su persone sale durante il passo… a questo primo livello se ne affianca un secondo, più personalizzato, permesso da una rete neurale che predice la coppia volitiva articolare necessaria di volta in volta partendo dall’elettromiogramma del paziente, andando a coordinare il PAFO (powered ankle-foot orthosis) e la FES (functional electrical stimulation).

Il prototipo è stato testato per ora solo su tre pazienti maschi sani, in fascia d’età 20-30 anni. La richiesta dei ricercatori era che i volontari camminassero su un tapis roulant indossando il PAFO associato alla FES. Due le condizioni prese in considerazione: con o senza considerare l’attività volontaria dei muscoli del paziente, dedotta dall’elettromiogramma.

Alla fine dell’esperimento, che è durato al massimo un’ora, i partecipanti hanno risposto a tre domande relative, rispettivamente, a naturalezza del passo, comodità del sistema di FES e sensazione di fatica muscolare sotto le due diverse condizioni. Gli autori vogliono infatti capire se inserire questo aspetto nel dispositivo possa migliorare gli esiti in termini di passo.

I risultati indicano dispendio di minore energia

I risultati ottenuti permettono agli autori di confermare che tenere conto dell’attività muscolare volontaria del soggetto permette di ridurre il consumo di energia richiesti dal PAFO e dalla FES, fornendo allo stesso tempo alla caviglia un’assistenza che si adatta ai movimenti volontari del paziente.

Secondo gli autori, oltre ad avere ricadute in ambito assistivo, il dispositivo può essere utile anche nella fase riabilitativa, perché consente al paziente di partecipare attivamente, indipendentemente dallo stadio di riabilitazione raggiunto.