IT202000003563A1 - Dispositivo portabile per la riabilitazione degli arti superiori - Google Patents

Description

DESCRIZIONE

A corredo di una domanda di brevetto per invenzione industriale avente per titolo: ?Dispositivo portabile per la riabilitazione degli arti superiori?

Stato dell?Arte.

La terapia riabilitativa dell?arto superiore per pazienti post-ictus pu? essere effettuata o da un operatore o da un macchinario robotizzato, nel primo caso ? affidato all?operatore il compito di far effettuare al paziente il giusto movimento e stimolare la neuroplasticit?, nel secondo caso queste operazioni vengono effettuate da un robot o macchinario in grado di assistere il paziente nell?esercizio riabilitativo, accompagnandolo o guidandolo.

I macchinari da riabilitazione si presentano in diverse forme, ognuna studiata per il tipo di esercizio da compiere, alcuni si presentano come esoscheletri indossabili mentre altri sono macchinari con un basamento fissato al terreno. Tutti presentano uno o pi? gradi di libert? attivi e/o passivi.

Esistono diverse soluzioni di macchinari per operazioni di riabilitazione di arti superiori, che si classificano in end-effector e esoscheletri. Un esempio di end-effector ? il macchinario chiamato Mit Manus basato sul brevetto US5466213, attuato da due motori elettrici coassiali che permettono di movimentare due gradi di libert? ed effettuare movimenti planari. Un altro esempio ? il macchinario denominato ReoGo che permette anche movimenti tridimensionali. Esempi di esoscheletri sono i macchinari denominati Armeo Spring, basato sul brevetto US8347710, e Armeo Power. I dispositivi gi? esistenti presentano limiti dipendenti dalle loro forme e dettagli costruttivi. Nello specifico, il sistema Mit Manus non permette l?esecuzione di movimenti tridimensionali, il sistema Reo Go pur permettendo movimenti tridimensionali non risulta molto affidabile a causa del suo schema costruttivo, non presenta un?adeguata rigidezza nei movimenti orizzontali e lo schema di controllo non risponde efficacemente alle iterazioni del paziente. Analogamente, il sistema robotico per la riabilitazione della spalla descritto nel brevetto USA US20070225620 / US7862524 B2 ? un sistema esoscheletro seriale portatile da 3 gradi di libert?, destinato alla riabilitazione della spalla. Lo svantaggio del sistema ? che la sua struttura esoscheletrica utilizza il corpo del paziente come una piattaforma di supporto, che pu? essere dannosa per le persone anziane che costituiscono la maggior parte dei pazienti affetti da disabilit? motorie a seguito di un ictus. Un altro sistema robotico progettato per la riabilitazione dell'arto superiore ? descritto in CA2581587A1 / US7252644 B2, ? un sistema di tipo end-effector composto da un elemento che interagisce con il corpo umano o una parte di esso, un sensore di forza, un generatore di forza, ha almeno un collegamento mobile e una base, il sensore di forza ? collegato al generatore di forza, l'elemento di collegamento tra di loro ha almeno tre gradi di libert?. Lo svantaggio di questo dispositivo ? che ha un solo punto di interazione (l'end-effector) e i movimenti delle articolazioni di questi dispositivi non corrispondono alla mobilit? umana. Pertanto, senza restrizioni esterne applicate per limitare il paziente, terapie articolari specifiche non possono essere fornite da tali meccanismi. Un altro sistema robotico per la riabilitazione post-ictus dell'arto superiore ? descritto in EP2723536A1 / US20120330198 A1 ed ? composto da un accoppiatore motore che interagisce direttamente o indirettamente con un'articolazione umana per mezzo di un end-effector montato sul braccio del paziente, l?end-effector ? disposto in modo tale da effettuare un movimento parallelo planare arbitrario, consentendo traslazioni e rotazioni sovrapposte degli end-effector montati rispetto al corpo dell'arto di impegno. Lo svantaggio di questa struttura ? la precisione limitata dovuta alla struttura di posizionamento.

In generale, l?analisi dello stato dell?arte evidenzia la presenza di numerosi sistemi esoscheletrici, i quali presentano un complesso schema costruttivo e un difficile impiego durante tutta la fase riabilitativa. La complessit? di questo tipo di sistema rappresenta un ostacolo nello svolgimento degli esercizi richiesti dagli specialisti e fisioterapisti. Analogamente, i macchinari per la riabilitazione sono caratterizzati da eccessivi ingombri e pesi, pertanto essi non sono portatili e necessitano sempre di un?installazione fissa, con costi elevati, non prevedibili per gli utenti in civili abitazioni.

Il problema tecnico che ? stato risolto nel presente brevetto consiste nel superamento dei limiti delle soluzioni esistenti, implementando un meccanismo dotato di un ingombro e peso nettamente inferiore alle soluzioni esistenti, che ne assicuri la portabilit? e l?impiego anche da utenti non esperti in ambienti anche privi di specifiche predisposizioni. Inoltre, il dispositivo proposto consente una notevole facilit? di impiego con varie modalit? autonome o semi-autonome di riabilitazione nonch? la possibilit? di movimentare vari punti dell?arto, senza richiedere modifiche strutturali. La soluzione oggetto di brevetto consente di riabilitare ambedue gli arti, assicurando movimenti ampi sia monodimensionali che bidimensionali o tridimensionali, personalizzati per ogni fase riabilitativa.

Il sistema proposto prevede un?interfaccia video con cui l?utente pu? interagire in maniera autonoma o semiautonoma, ad esempio mediante l?implementazione di task ludici ad obiettivi di difficolt? crescente. E? prevista la possibilit? di avere un controllo remoto ed il telemonitoraggio del sistema, al fine di avere un quadro storico clinico del pazienze, che pu? essere monitorato da un operatore sanitario, permettendo allo specialista di effettuare valutazioni cliniche sulla progressione della riabilitazione e modifiche del piano riabilitativo.

Descrizione della realizzazione preferita.

L?invenzione ? descritta con riferimento alle Tavole da 1 a 4.

La Tavola 1 mostra uno schema concettuale dell?invenzione proposta, composta da un meccanismo alimentato elettricamente (100); un cinematismo tridimensionale (101) di ridotti ingombri e pesi, in grado di effettuare movimenti monodimensionali, bidimensionali o tridimensionali; una interfaccia utente sensorizzata (102), per specifici esercizi automatizzati e/o assistiti di movimentazione dell?arto.

In riferimento alla Tavola 2, il sistema presenta una base (1) con alloggiamenti per tre o pi? sistemi di movimentazione, costituiti ognuno da un motore che pu? essere di tipo passo-passo (14) che movimenta un sistema di riduzione, che pu? essere epicicloidale, alloggiato nel carter (24) e chiuso attraverso il coperchio (23); a completare la struttura troviamo il supporto opposto (8) accoppiato al gruppo moto-riduttore, descritto nella Tavola 3, attraverso i distanziali (17) e (20). Il braccio (22) ? azionato attraverso un sistema di ruote dentate (4) e (10). Al braccio vengono collegate le coppie di aste (30) attraverso giunti sferici che possono essere di tipo uniball (32). Nella realizzazione preferita, vi sono tre coppie di aste. All?estremit? opposta delle aste (30) troviamo ulteriori giunti sferici (32), i quali collegano tre o pi? coppie di aste al basamento (43) dell?end-effector, descritto nella Tavola 4; ad esso viene incastrato il piatto di supporto (51). E? previsto un coperchio di chiusura forato (39) a protezione del meccanismo interno dell?end-effector; la parte terminale presenta due dischi lavorati (44) e (49) tenuti insieme da tre distanziali (38). Il meccanismo interno termina con una sporgenza filettata (47) a cui viene serrato il disco filettato (52). Collegando un eventuale guscio protettivo esso viene ancorato al meccanismo dell?end-effector attraverso la vite (48) sul supporto (53) di Tavola 4. Questo elemento svolge la funzione di supporto all?arto umano da riabilitare.

La Tavola 3 mostra un esploso di uno dei gruppi moto-riduttore che azionano i bracci (22). Nella realizzazione preferita, i gruppi moto-riduttore sono tre. Nella realizzazione preferita, il motore (14) viene collegato al coperchio (23) del carter (24) e avvitato dall?interno attraverso quattro viti (28). Nella realizzazione preferita, l?albero del motore viene collegato alla ruota dentata denominata solare (2), essa ingrana con le tre ruote dentate denominate pianeti (3) ognuna delle quali ? accoppiata attraverso un cuscinetto (6) al dispositivo denominato portatreno (16); i pianeti a loro volta ingranano con una zona dentata denominata anello del meccanismo integrata nel dispositivo (24) il quale, inoltre, funge da alloggiamento per il sistema motoriduttore. Al portatreno (16) viene accoppiato, calettandolo, l?albero (18), il quale presenta un?opportuna sagomatura, finalizzata a consentire l?accoppiamento con la ruota dentata (10); mediante un cuscinetto a sfere (6) lo stesso viene accoppiato all?carter (24). Dal lato opposto della ruota dentata (10), viene calettata l?albero (13), collegato attraverso un ulteriore cuscinetto a sfere (6), che ? fissato al supporto opposto (8). Sull?albero (21) viene calettato il braccio (22) e le due ruote dentate (4); due cuscinetti a sfere (6) vengono calettati sullo stesso albero (21) collegandolo ai carter (8) e (24). I due carter (8) e (24) vengono fissati ai due distanziali (17) e (20) mediante le viti (28). I supporti vengono fissati alla base (1) attraverso 4 viti (27), come riportato in Tavola 2.

La Tavola 4 mostra l?esploso dell?end-effector, esso ? costituito da un basamento (43) che si connette ai giunti sferici (32) mediante i bracci (30). Il basamento ha una geometria tale da alloggiare il supporto strutturale (51), sul quale viene montato l?anello (39). In quest?ultimo sono presenti sulle pareti verticali i pulsanti e/o sensori (37) azionati da un cursore mobile (47) collegato all?anello (36). Il coperchio (42), protegge la struttura interna dell?end-effector, consentendo l?alloggiamento del dispositivo (44) dotato di un pulsante e/o sensore (37). Tre distanziali (38) accoppiano il dispositivo (44) con il (49), che a sua volta alloggia un pulsante e/o sensore (37); i pulsanti e/o sensori (37) hanno un funzionamento antagonista. Pertanto, saranno presenti un numero minimo di due pulsanti e/o sensori (37). Nella realizzazione preferita vi sono 6 pulsanti e/o sensori (37). All?interno del dispositivo (47) scorre un albero (53) dotato di linguetta in grado di azionare i pulsanti e/o sensori (37), collocati nei dispositivi (44) e (49). L?anello filettato (52) si avvita sulla parte terminale filettata del dispositivo (47), effettuando il serraggio di tutti i componenti dell?endeffector. Un?eventuale calotta di copertura pu? essere fissata al dispositivo descritto attraverso una vite (48) che avvita nella sede preposta dell?albero (53). Tale copertura svolge la funzione di alloggiamento della mano e di protezione meccanica dell?end-effector. L?end-effector cos? composto consente di interagire con l?utente, identificando le intenzioni di movimento, al fine di assecondarle nei movimenti riabilitativi. Pertanto, questo elemento consente di evitare l?impiego di costosi sensori di forza o pressione. I vantaggi principali della soluzione proposta sono la semplicit?, versatilit?, modularit? e adattabilit? di impiego del dispositivo anche per gli operatori meno esperti, l?assenza di una struttura fissa nonch? la completa trasportabilit? con ingombri e pesi ridotti anche del 90% rispetto ad altre soluzioni esistenti.

La presente invenzione ? descritta con riferimento ad una forma predefinita di realizzazione. ? da intendersi che possano esistere altre forme di realizzazione che afferiscano al medesimo nucleo inventivo, come definito nell?ambito di protezione delle rivendicazioni dichiarate.

Claims (1)

1. RIVENDICAZIONI 1. Dispositivo portatile per la riabilitazione degli arti superiori, composto da un meccanismo alimentato elettricamente (100); un cinematismo tridimensionale (101) di ridotti ingombri e pesi, in grado di effettuare movimenti monodimensionali, bidimensionali o tridimensionali; una interfaccia utente sensorizzata (102), per specifici esercizi automatizzati e/o assistiti di movimentazione dell?arto; 2. Dispositivo portatile per la riabilitazione degli arti superiori, come da rivendicazione 1, composto da una base (1) con alloggiamento per sistemi di movimentazione (14) ed eventuali riduttori di velocit? (24), i quali sono collegati a tre o pi? aste di opportuna geometria (30) attraverso tre o pi? coppie di giunti sferici (32), consentendo tre o pi? gradi di libert?; La base (1) che pu? essere posizionata su qualsiasi superficie piana, pertanto ? facilmente trasportabile e riposizionabile anche su un comune tavolo o scrivania; 3. Dispositivo portatile per la riabilitazione degli arti superiori, come da rivendicazione 1, dotato di tre o pi? motori (14) con sistema motoriduttore compatto ed integrato nel dispositivo; nella forma realizzativa preferita esso ? realizzato mediante una ruota dentata solare (2), la quale ingrana con tre o pi? ruote dentate pianeti (3) ognuna delle quali ? accoppiata attraverso un cuscinetto (6) al dispositivo portatreno (16); i pianeti ingranano con l?anello, che pu? costituire parte integrante del dispositivo (24) come nella soluzione realizzativa preferita, riportata in Tabella 3; 4. Dispositivo portatile per la riabilitazione degli arti superiori, come da rivendicazione 1, dotato di un end-effector, il quale include sensori ed elementi sagomati per l?alloggiamento di uno o pi? pulsanti e/o sensori (37), che consentono di identificare le intenzioni di movimento dell?utente nelle direzioni cartesiane; 5. Dispositivo portatile per la riabilitazione degli arti superiori, come da rivendicazione 1 e 4, in cui i pulsanti e/o sensori (37) hanno un funzionamento antagonista; pertanto, sono presenti un numero minimo di due pulsanti e/o sensori (37); nella realizzazione preferita vi sono 6 pulsanti e/o sensori (37), prevedendosi l?interazione lungo tutte le direzioni cartesiane; 6. Dispositivo portatile per la riabilitazione degli arti superiori, come da rivendicazione 1, dotato di un?interfaccia video per il controllo dell?esercizio riabilitativo, con cui l?utente pu? interagire in maniera autonoma o semiautonoma, ad esempio mediante l?implementazione di task ludici ad obiettivi modulabili in base al paziente, con difficolt? crescenti; 7. Dispositivo portatile per la riabilitazione degli arti superiori, come da rivendicazione 1 e 6, dotato di sistema di controllo remoto e telemonitoraggio, al fine di avere un quadro storico clinico del paziente, che pu? essere monitorato da un operatore, per effettuare valutazioni cliniche sulla progressione della riabilitazione e modifiche del piano riabilitativo.