Progetto FESleg – Stimolazione Elettrica Funzionale nel trattamento di persona con lesioni midollari: dalla pedalata su trike al cammino con esoscheletro

Pubblicato il da Stefania Aldeghi

Durata: 36 mesi (nov 2020 – nov 2023)

Ente Finanziatore: INAIL – Istituto Nazionale Assicurazione contro gli Infortuni sul Lavoro

Finanziamento: 930.000 €

Partenariato:

  • Centro Protesi Inail (P.I. Emanuele Gruppioni)
  • Politecnico di Milano (Coordinatore, P.I. Alessandra Pedrocchi, Emilia Ambrosini, Marco Tarabini)

Sub-partners:                   

  • IRCCS E. Medea – La Nostra Famiglia
  • Ospedale Valduce, Clinica Riabilitativa Villa Beretta
  • CNR – ITB, Consiglio Nazionale delle Ricerche – Istituto di Tecnologie Biomediche
  • UniverLecco   

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I primi due anni del progetto FESleg hanno visto la realizzazione dei prototipi FES-gait e FES-bike.

Il prototipo FES-gait consiste in un esoscheletro ibrido che combina l’esoscheletro per il cammino TWIN, prodotto dall’Istituto Italiano di Tecnologia, con la Stimolazione Elettrica Funzionale (FES), implementando un sistema di controllo cooperativo. I primi risultati mostrano che è possibile ridurre la potenza richiesta ai motori dell’esoscheletro grazie all’azione combinata fornita dalla FES. Nell’ultimo anno del progetto, avrà luogo lo studio di usabilità del prototipo FES-gait su persone con mielolesione completa e/o incompleta e pazienti post-ictus, per il quale abbiamo recentemente ottenuto la convalida da parte del Ministero della Salute.

Il prototipo FES-bike consiste in un trike reclinato sensorizzato integrato con due stimolatori neuromuscolari per l’allenamento di piloti con mielolesioni complete ed incomplete. Attualmente, è in corso uno studio clinico con l’obiettivo primario di valutare l’usabilità di questo dispositivo, che ha coinvolto finora 13 persone con lesioni midollari. Inoltre, stiamo valutando l’efficacia di un allenamento di sei mesi con FES-bike in termini di caratteristiche morfo-funzionali dei muscoli coinvolti, trofismo osseo e cambiamenti del sistema nervoso autonomo in persone con mielolesioni complete. Al momento, sono stati reclutati 3 dei 5 piloti previsti. Politecnico di Milano parteciperà a Cybathlon 2024 con il prototipo FES-bike.

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In Italia ci sono circa 85.000 persone con Lesioni Midollari (LM), di cui la maggior parte ha un’età compresa tra i 10 e i 40 anni, il che rende la LM una complessa condizione medica e di vita.
In tale contesto, anche nel lungo periodo, la fisioterapia e lo sport sono attività terapeutiche essenziali nella prospettiva di uno stato di salute complessivo, fisico e psicologico, della persona con LM.
In questo contesto l’obiettivo del progetto FES-LEG è quello di sviluppare paradigmi riabilitativi/sportivi che coinvolgono gli arti inferiori associando la Stimolazione Elettrica Funzionale (FES) con due gesti motori emblematici: il cammino assistito da esoscheletri attivi (FES-gait) e la pedalata (FES-bike). Questi sistemi hanno l’ambizione di rappresentare paradigmi di esercizio riabilitativo e ricreativo che potranno impattare in modo estremamente rilevante nella riabilitazione e nella vita di pazienti con patologie neuromotorie, come lesioni spinali, traumi nervosi periferici, ictus.

OBIETTIVI del PROGETTO

  1. Sviluppare esoscheletri per il cammino con controllo cooperativo fra motori e azione muscolare, volontaria o stimolata.
  2. Minimizzare gli ingombri e aumentare la portabilità di esoscheletri per il cammino, grazie all’integrazione di sistemi ibridi, attivi, passivi, con attivazione muscolare, volontaria o stimolata.
  3. Disegnare una soluzione tecnologica di facile utilizzo e larga usabilità per FES-bike al fine di promuoverne la sua diffusione come modello di Sport-Terapia
  4. Disegnare e validare nuove strategie riabilitative usabili sia in contesto clinico che in contesto domestico basate su esoscheletri con controlli ibridi per massimizzare il benessere, la funzionalità e il recupero in pazienti INAIL con disabilità neuromotorie, fra cui mielolesioni e ictus.
  5. Favorire l’accesso ad attività sportiva affiancata a esercizio riabilitativo tramite stimolazione elettrica funzionale per soggetti con mielolesioni, attraverso lo sviluppo di FES-bike.
  6. Preparare una squadra per la FES race di Cybathlon 2024 ed eventuali competizioni satelliti.

RISULTATI ATTESI

Il progetto prevede di sviluppare due prototipi:
– FES-gait, in cui un controllo biomimetico di tipo cooperativo della FES verrà integrato all’interno dell’esoscheletro TWIN di IIT
– FES-bike, in cui un trike commerciale verrà ottimizzato per l’utilizzo su persone con LM ed integrato con un sistema di controllo biomimetico della FES.

Si prevede inoltre di condurre due studi pilota paralleli atti a valutare:
– Usabilità di FES-gait su soggetti con LM (N=10) e possibile estensione ad altre patologie
– Usabilità di FES-bike su soggetti con LM (N=15)
Si prevede inoltre di condurre uno studio longitudinale su un gruppo ristretto di soggetti con LM (N=5) atto ad analizzare le caratteristiche morfo-funzionali del muscolo scheletrico e a quantificare le variazioni di parametri correlati alle suddette caratteristiche a seguito dell’utilizzo di FES-bike. I piloti coinvolti nello studio longitudinale si alleneranno per la partecipazione a Cybathlon 2024.