Soft robotics e FES per il piede cadente

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Il sistema ibrido (credits: gli autori dello studio)

Circa tre milioni di persone nel mondo soffrono di piede cadente, una patologia che determina difficoltà nel passo, con perdita di sensibilità nell’avampiede e aumento del rischio di cadere e ferirsi.
Le cause di questo disturbo sono di carattere neurologico, anche se le conseguenze si riflettono sull’apparato muscoloscheletrico.

La neuropatia più spesso presente è a carico del nervo peroneo alla testa del perone, ma il piede cadente può essere determinato anche da radicolopatie in L5 e da lesione del nervo sciatico o del plesso lombosacrale.
Queste condizioni rendono difficile il controllo del muscolo tibiale anteriore da parte del soggetto, che non riesce più a effettuare una dorsiflessione efficace del piede.
I due percorsi terapeutici più utilizzati prevedono l’utilizzo di tutori di piede-caviglia (AFO) o di stimolazioni elettriche funzionali (FES): alla lunga, entrambi i metodi possono stancare la gamba.

Ricercatori della Scuola di Elettronica e Informatica della Facoltà di Ingegneria e Scienze Fisiche dell’Università di Southampton, in Gran Bretagna, ha proposto un uso combinato di FES con un tutore in soft robotic: un sistema ibrido già sperimentato per la mano, ma mai per il piede cadente.
Il dispositivo ideato è fatto di un tubolare in lattice di gomma ricoperto da una guaina intrecciata in poliestere, ancorato da apposite fasce a strappo da una parte alla gamba, sotto al ginocchio, e dall’altra al piede.

Il controllo della pressione è dato da due valvole a solenoide guidate a loro volta da un compressore, mentre i dati vengono inviati a un microcontroller da due unità di misuramento inerziale. La FES viene invece fornita al paziente da uno stimolatore bifasico. La sinergia tra azione del tutore soft robotics e la stimolazione elettrica genera la torsione della caviglia, aggiustando la postura del piede.

Il sistema è stato testato su 3 pazienti, confrontandolo poi con gli esiti ottenuti con l’applicazione della sola FES. Per ognuno si è proceduto stimolando innanzitutto il tibiale anteriore per consentire la fase di swing richiesta per il passo, per poi dare una breve pausa che permette al piede di tornare nella posizione naturale di riposo e, infine, ripartire con la stimolazione… il tutto per 60 volte con il tutore e 60 volte senza. Tra un test e l’altro, i soggetti hanno potuto riposare la muscolatura, che comunque viene stancata dalla stimolazione.

Questo primo esperimento ha messo in evidenza la superiorità del sistema ibrido nel garantire l’accuratezza del passo. Non soddisfatti, gli autori hanno anche voluto valutare eventuali differenze nel senso di fatica: a tal fine, prima e dopo la ripetizione del ciclo del passo, hanno sottoposto il muscolo del paziente a una stimolazione di 300 μs per 1 secondo, valutandone la risposta.

Hanno così osservato una diminuzione della forza muscolare alla fine del test per la sola stimolazione elettrica, mentre non ci sono state differenze con l’uso del sistema ibrido. Si tratta di risultati interessanti, sebbene siano necessari ulteriori studi e miglioramenti.

(Lo studio: Hodgins L, Freeman CT. A hybrid orthosis combining functional electrical stimulation and soft robotics for improved assistance of drop-foot. Med Eng Phys. 2023 May;115:103979. doi: 10.1016/j.medengphy.2023.103979. Epub 2023 Apr 11. PMID: 37120174)