Protesi

    Rotationplasty: un’alternativa chirurgica alla classica protesi

    La rotationplasty, o più comunemente conosciuta come la Van-Nes o Borggreve Rotation, è un intervento chirurgico che si effettua solitamente sui bambini o adolescenti che presentano amputazioni agli arti inferiori all’altezza del ginocchio, causate a volte dall’insorgere di tumori o infezioni al tessuto osseo.
    Sostanzialmente, si tratta della “fusione” tra la caviglia ( ruotata di 180°) insieme a quella del ginocchio, ricreando così un vero e proprio nuovo giunto e presentando una valida alternativa alla protesi stessa.

    La rotationplasty non è un rimedio molto recente: il primo, infatti, risale al 1930, utilizzato per curare un paziente con tubercolosi al ginocchio, ma l’argomento diventò meno “oscuro” quando nel 1970 fu utilizzato per curare un paziente con osteosarcoma ( tumore maligno primitivo dell’osso).
    Vennero pertanto rimosse le ossa del ginocchio, della tibia e parte del femore, intaccate dal cancro. Le sezioni della gamba sane rimanenti, ovvero parte della gamba e la caviglia furono letteralmente ruotate di 180° e fuse insieme, creando un nuovo giunto che simulava il ginocchio.

    La particolare disposizione della rotationplastly permette al paziente di poter indossare protesi di supporto più comode, conferendo un movimento più fluido, dove il piede stesso funge da superficie di appoggio, svolgendo dunque il proprio ruolo naturale.

    “Questa soluzione viene utilizzata specialmente per i bambini, rendendo loro possibile svolgere le attività tipiche dell’infanzia, senza impedimenti o restrizioni”

    asserisce Mike Gozola, del Hanger Clinic’s Rochester, in Minnesota e che ha pubblicato uno studio sulla retrospective nel 2014, pubblicato nel American Journal of Physical Medicine & Rehabilitation.

    “Ciò che desiderano fare, dunque, lo fanno.”

    Un altro aspetto positivo è che non viene percepita la sensazione dell’amputazione, ovvero la mancanza di un arto, in quanto viene utilizzato a tutti gli effetti il proprio piede per appoggiarsi e per camminare.

    esecuzione del rotationplasty
    esecuzione del rotationplasty
    thestar.com

    La principale differenza tra la rotationplasty e una protesi “normale” è la presenza del giunto che simula il ginocchio, permettendo al paziente di poter praticare sport, correre, arrampicarsi, ecc.

    Risulta, inoltre, una condizione permanente, che non necessita di interventi durante il corso della vita del paziente, anche se può presentare complicanze come infezioni, lesioni nervose, problemi di cicatrizzazioni ossee o fratture varie.

    Per l’intervento solitamente si impiegano dalle 6 alle 10 ore, cui segue un periodo di permanenza nella terapia intensiva per 24-48 ore, per assicurarsi che il sangue raggiunga correttamente il piede.
    Prima che il bambino possa indossare una protesi, deve trascorrere un periodo di recupero, che varia dalle 6 alle 12 settimane (per assicurarsi l’avvenuta fusione ossea) e coloro che hanno subito anche la chemioterapia, hanno tempi di recupero più lunghi. Pertanto, varia da paziente a paziente.

    Ma se è così “miracoloso”, soprattutto per i bambini, perchè non viene largamente utilizzata?
    La risposta è da ricercarsi nelle cause scatenanti, specie nel caso del cancro: infatti, non tutti i tumori permettono la buona riuscita della chirurgia, come ad esempio l’influenza della chemioterapia che ha spesso ritardato la procedura.

     

     

    Prominence è il primo piede protesico sul mercato che non è su misura e che si adatta alla moda popolare dei tacchi alti.

    Prominence: protesi a prova di tacco ideata al Johns Hopkins

    Prominence risponde al quesito che forse rappresenta un’ulteriore complicanza e tedia tutte quelle donne che si trovano a convivere con la mancanza di un arto inferiore: come indossare i tacchi alti?

    Un team di studenti dell’università Johns Hopkins ha ideato una prima versione di una possibile soluzione. Prominence è il primo piede protesico sul mercato che si adatta alla moda popolare dei tacchi alti.

    Gli ideatori hanno riferito riguardo Prominence: “I tacchi alti sono diventati una parte integrante dello stile di vita femminile nella società moderna, che interessa tutti gli aspetti della vita sia professionale che sociale”.

    Il progetto nasce con la volontà di aiutare le donne americane veterane di guerra che convivono con l’assenza di un arto inferiore. Decine di piedi protesici sono immessi sul mercato, ma la maggior parte sono progettati per adattarsi a scarpe basse e nessuna fin ora è capace di sostenere un tacco alto più di due pollici che è meno dell’altezza dei tacchi che in media indossano le donne negli Stati Uniti.

    Prominence è il primo piede protesico sul mercato che non è su misura e che si adatta alla moda popolare dei tacchi alti.
    Prominence è il primo piede protesico sul mercato che non è su misura e che si adatta alla moda popolare dei tacchi alti.

    Con circa 2.100 donne americane che hanno perso una gamba o il piede in servizio militare la richiesta di una protesi che ospita le calzature alla moda femminili è sicuramente crescente.

    La sfida era ardua: creare un piede che si regoli sulla gamma delle varie altezze che può avere tacco, che inoltre garantisca una posizione stabile senza scivolare e supporti il peso di una donna media pur avendo esso stesso un aggravio di meno di tre chili e naturalmente abbastanza sottile per ospitare una scarpa da signora.

    Prominence è il primo piede protesico sul mercato che non è su misura e che si adatta alla moda popolare dei tacchi alti.
    Prominence è il primo piede protesico sul mercato che non è su misura e che si adatta alla moda popolare dei tacchi alti.

    Oggi tutto questo è racchiuso ed è possibile grazie a Prominence e grazie agli studenti del JH che hanno lottato  e si sono impegnati duramente per bilanciare la forza e la flessibilità del piede, l’affidabilità e la praticità,la robustezza e leggerezza: dopo innumerevoli tentativi persi hanno costruito un meccanismo tallone-regolazione con dischi di alluminio ad incastro che si apre e si chiude con una leva attaccata alla caviglia, inoltre hanno usato una centralina idraulica off-the-shelf che permette un’andatura liscia e la rispettiva flessione alla suola.

    Utilizzando quattro tipi di scarpe da donna, la squadra ha testato Prominence su sette persone per analizzarne la risposta in fase di test. Il progetto è “work in progress” ma certamente sin da subito eclatante.

    Close-Up Enginnering

    Protesi della mano sensibili con l’uso di “Pelle Artificiale”

    Nei laboratori Zhenan Bao a Stanford, i ricercatori stanno strutturando nuovi materiali.
    Lo scopo è quello di creare protesi della mano sensibili con l’uso di “Pelle Artificiale”.
    La mano umana ha 17.000 unità tattili – composte di cinque grossi tipi di recettori: recettori liberi, corpuscoli di Meissner, dischi di Merkel, corpuscoli di Pacini e terminazioni di Ruffini – che ci consentono di trattenere gli oggetti e ci collegano, in un certo qual modo, al mondo fisico attraverso la pelle che, difatti, costituisce la nostra interfaccia verso il mondo esterno. Risulta semplice arrivare alla deduzione che una mano protesica o almeno quelle presenti attualmente sul mercato non possiede tale numero di sensori. Proprio partendo da questo dato effettivo alla Zhenan Bao si spera di mutare la situazione.

    Dunque: Come dare alle protesi della mano sensibilità reale?

    La risposta viene fornita dalla professoressa Bao, vincitrice di un MIT Technology Review Innovator Under 35 nel 2003 e docente di ingegneria chimica alla Stanford University, che ha trascorso un decennio cercando di sviluppare un materiale che riproduca la capacità della pelle di flettere e prima tra tutte quella di guarire e fungere da rete di sensori finalizzati a trasmette segnali tattili, temperatura e dolore al cervello.

    Le aree di ricerca del Gruppo Bao includono la sintesi di materiali organici e polimerici, design organico, dispositivi elettronici e lo sviluppo di applicazioni per l’elettronica organica. Il loro approccio è multidisciplinare e coinvolge competenze in ambito chimico, dell’ingegneria biomedica, scienza dei materiali, fisica ed ingegneria elettrica. I dispositivi di interesse attuale sono transistor organici e nanotubi di carbonio a film sottile, celle fotovoltaiche organiche, sensori biologici e interruttori molecolari.

    Espositore sensori per Protesi della Mano
    Ogni dito su questa mano espositore in legno è dotato di un sensore di contatto elastico collegato a conduttori elettrici che trasportano i dati ad un centro di controllo elettronico flessibile sul palmo | Close-up Engineering

    Questi dispositivi sono utilizzati come strumenti di caratterizzazione per gli studi fondamentali di trasporto di carica e fotofisica. Essi sono anche di interesse pratico per l’elettronica su scala nanometrica, fonti energetiche alternative a basso costo e la vasta area dei circuiti flessibili in plastica.

    Lo scopo?

    Creare un tessuto integrato con sensori che ricoprendo la protesi della mano è in grado di replicare alcune delle funzioni sensoriali della pelle in modo da contribuire ad alleviare, tra tutte le limitazioni di un arto protesico, una delle sintomatologie più diffuse in coloro che si trovano a convivere con la mancanza di un arto: la sindrome dell’arto fantasma.

    Zhenan BaoQuesta è la prima volta che un materiale simil-pelle flessibile è capace di rilevare la pressione e trasmettere un segnale ad un componente del sistema nervoso

    Il cuore della tecnica?

    Una costruzione a due strati.
    Lo strato superiore crea un meccanismo di rilevamento della pressione e lo strato inferiore agisce come un circuito per trasportare segnali elettrici e tradurli in stimoli biochimici compatibili con le cellule nervose. Close-up EnginneringPer creare questo nuovo materiale che funga come pelle artificiale per la protesi della mano, i ricercatori del gruppo Bao sono riusciti a mescolare e compattare diversi “ingredienti” in modo da rendere il tessuto robusto e capace di ripararsi in tempi rapidi. Il componente principale è un polimero plastico composto da lunghe catene di molecole unite da legami a idrogeno. Questi legami molecolari sono relativamente facili da spezzare ma quando vengono nuovamente in contatto, permettono  un rapido raggruppamento delle molecole “rigenerando” la struttura originale.
    Questa base polimerica dona inoltre al materiale il vantaggio di risultare morbido e flessibile. In laboratorio i ricercatori hanno aggiunto a questo mix polimerico delle sferette di nickel grandi pochi micron. Queste micro-sfere non solo rendono il tessuto più resistente, ma incrementano notevolmente la conducibilità elettrica del materiale grazie all’uso di piccole punte presenti sulle sferette capaci di concentrare il campo elettrico e rendere così più facile lo scorrimento degli elettroni nel materiale. Tale tessuto dunque può essere utilizzato ed insidiato sulle protesi della mano come sensore per riprodurre in formato digitale il senso del tatto. Il cardine su cui si regge il tatto artificiale sono le micro-sfere di nickel che facilitano il percorso degli elettroni: “rimbalzando” da una sfera all’altra, gli elettroni possono così spostarsi più facilmente nel polimero.Close-up Enginnering Imprimendo una piccola pressione sulla “pelle artificiale”, il gap fra le sfere muta alterando quindi la conducibilità elettrica. Monitorando il flusso di corrente elettrica che attraversa il materiale è possibile dunque stabilire se la pelle artificiale è sottoposta a tensioni o pressioni: questo rende possibile “percepire”  ad esempio la pressione corrispondente alla stretta di mano. Per analizzare la sensibilità i ricercatori hanno innestato il tessuto su un piccolo manichino concludendo così la grande utilità di questo materiale per la realizzazione di protesi della mano.

    Close-up EnginneringIn conclusione il test sicuramente più notevole riguarda la capacità di “guarigione”: dopo aver applicato una leggera pressione si è osservato che in pochi secondi il materiale aveva recuperato il 75% della resistenza e conduttività originale. In meno di mezz’ora poi il materiale era tornato intatto: un’abilità spettacolare se paragonata a quella della pelle umana il cui self-repair impiega almeno qualche giorno.

    Non ci resta che attendere ulteriori sviluppi in merito a quest’intuizione portentosa che ha generato un’idea che si dimostrerà vincente.

    Soft Robotic Sixth Finger

    SIRSlab e i robot indossabili che aiutano la vita dei disabili

    Sogna di realizzare robot indossabili, che assumono forme di anelli e bracciali, in grado di aiutare chi non può muovere una delle due mani a svolgere compiti che ne richiedono due, come: sbucciare una mela, mettere il dentifricio su uno spazzolino, preparare il caffè con la moka o aprire una scatoletta di tonno. E lo fa in una provincia italiana, non in uno dei centri di ricerca della California. Nel frattempo i suoi studi vanno avanti e di recente ha creato il Sesto Dito Robotico.

    Chi pensa così in grande? Domenico Prattichizzo, nato nel ’65 a San Severo (Foggia), laureato a Pisa e professore ordinario di Robotica presso il dipartimento di Ingegneria dell’Informazione e Scienze Matematiche dell’Università degli Studi di Siena, dove guida un’équipe di sedici ricercatori. Una miniera di idee, un vulcano quando parla. Senior Scientist all’Istituto Italiano di Tecnologia di Genova, da tempo studia come permettere a mani robotiche e umane insieme di manipolare oggetti di uso quotidiano. Dal 2013 coordina un importante progetto europeo del programma FP7: WEARHAP – wearable haptics for Humans and robot. Sei anni fa ha guidato il progetto sulla comunicazione tattile: remote touch, selezionato per la presentazione a Expo Shangai 2010 nell’ambito dell’iniziativa Italia degli Innovatori, promossa dal ministero dell’Innovazione. Da qualche anno le sue ricerche si stanno concentrando sulla robotica ad elevata indossabilità.

    PH: sirslab.dii.unisi.it
    PH: sirslab.dii.unisi.it

    Il suo studio è all’ateneo di Siena ed è sempre pieno di entusiasmo. “Devo caricarmi al massimo ogni giorno e guidare il mio gruppo – racconta – perché la mia è una doppia sfida: creare robot indossabili che possano migliorare la qualità della vita di persone colpite da ictus o con altre disabilità, come il Parkinson, e farlo qui a Siena, in una città che non è in Silicon Valley. Siena è una realtà italiana di provincia, e noi siamo un laboratorio di una bellissima provincia italiana. E la ricchezza dell’Italia non sta proprio nelle province in cui la qualità della vita è molto alta? E non è un valore sviluppare tecnologia in queste aree? Noi, con il modello organizzativo del nostro laboratorio, vogliamo creare un esempio di sviluppo della ricerca scientifica internazionale e di eccellenza, che ricordi la struttura delle piccole e medie imprese, alla base del tessuto produttivo italiano. Non è importante che sia difficile trovare tanti studenti o arrivare a Siena. Questo non ci ferma. Se il gruppo è forte, se il team è trainante e di altissima qualità, riesce ad avere appeal, a prescindere dal posto in cui opera”.

    E poi fare ricerca in un territorio come questo ha un valore enorme: “La qualità della vita è alta e questo può certamente essere di aiuto nella capacità di polarizzare ricercatori e risorse. Se proprio non riusciamo a portare i colleghi a Siena, andiamo noi da loro. Ci siamo attrezzati con sistemi di teleconferenza, quelli che conosciamo tutti, con cui riusciamo ad essere presenti da remoto, partecipando a incontri internazionali importanti. Non solo. Con il nostro modello di sviluppo del Laboratorio di Ricerca, che si chiama SIRSLab, abbiamo fino ad oggi attratto molti finanziamenti, quasi tutti europei e da aziende statunitensi”.

    L’obiettivo, insomma, è “creare un modello per essere strategici nel mondo anche da una città di provincia come Siena. E sa perché? Siena sta all’Italia come l’Italia sta al resto del mondo. La nostra scommessa è trasformare Siena, quindi il nostro Paese, bello e vivibile, in un centro nei network mondiali per lo studio della robotica ad elevata indossabilità”.

    Ma cosa vi stimola ad andare avanti?
    “Per paradosso – spiega – proprio la dimensione provinciale di Siena, la dolcezza delle sue colline, la bellezza del suo territorio, pari a quella del nostro Paese. In una parola, quello che ispira anche la mia idea di slow travel. I treni a Siena sono lenti? Sì. Bene, ne approfitto per lavorare in treno e godermi la tranquillità di due ore ininterrotte di lavoro mentre viaggio. Ripeto, lavorare da qui è molto faticoso, come in buona parte dell’Italia, ma mi dà la possibilità di studiare e osservare meglio la realtà. Confesso che la maggior parte delle mie idee – e non parlo solo di quelle che realizziamo in laboratorio per gli amici che hanno avuto un ictus, ma anche su come organizzare il lavoro del mio team – mi vengono viaggiando in treno. Con lentezza. A Siena non c’è l’alta velocità per i treni e questo è un problema oggettivo, ma io voglio vedere il bicchiere mezzo pieno”.

    Soft Robotic Sixth Finger
    PH: sirslab.dii.unisi.it

    L’ultimo prodotto realizzato dai sedici ricercatori del #sirslab è il Sesto dito, il Soft-Robotic-Sixth-Finger, che è la prima protesi robotica sviluppata per compensare le funzionalità della mano di un paziente colpito da ictus o da altre patologie che rendono l’arto paralizzato. Si tratta di un robot indossabile, progettato per integrare le funzioni di un arto o sostituirlo in modo completo. “Il sesto dito robotico – spiega il professore – è stato pensato come estensione della mano. Si voleva garantire che il malato cronico (è tale dopo più di sei mesi) recuperasse la capacità di afferrare e manipolare gli oggetti. La progettazione del prototipo è stata guidata da esperti di robotica e riabilitazione”.

    Il sesto dito robotico ha una struttura flessibile, quindi si adatta alla forma degli oggetti durante la presa. Il dispositivo è dotato di un meccanismo sulla base, che permette all’utilizzatore di farlo ruotare e riporlo come un bracciale attorno al polso, per poi poterlo facilmente riutilizzare quando occorre. Viene indossato sull’avambraccio tramite una fascia elastica, che permette di posizionarlo a seconda delle esigenze del paziente. Il sesto dito e la mano paralizzata lavorano insieme per afferrare un oggetto, come se fossero parti di una pinza.

    “E’ facile usare questo apparecchio – conclude Prattichizzo – Possono indossarlo e controllarlo non solo persone colpite da ictus, ma anche pazienti con alcuni deficit cognitivi. Ed è stato provato che riesce a far superare il fenomeno frustrante del ‘learned non-use’, cioè dell’apprendimento a non usare l’arto affetto. Oggi stiamo studiando come permettere all’utente di controllare la protesi, sfruttando l’attività del cervello. E chissà, magari un giorno, riusciremo a creare anelli e bracciali in grado di far muovere solo con gli impulsi del cervello robot per farci lavare l’auto in garage”. Intanto a Novembre prossimo il professore terrà un Plenary Talk alla Asia Haptics.


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