ITUB20155515A1 - Apparato di supporto per il posizionamento e il fissaggio di sensori di flessione, applicabile a un mobilizzatore robotizzato per la riabilitazione della mano - Google Patents

Description

"Apparato di supporto per il posizionamento e il fissaggio di sensori di flessione, applicabile a un mobilizzatore robotizzato per la riabilitazione della mano".

La presente invenzione si riferisce a un apparato di supporto per il posizionamento e il fissaggio di sensori di flessione, applicabile a un mobilizzatore o guanto robotizzato per la riabilitazione della mano.

Più in particolare, la presente invenzione si riferisce a un apparato come sopra definito, tipicamente in forma di guaina tenuta in tensione da elementi elastici, atto a essere abbinato a dispositivi destinati alle terapie riabilitative delle articolazioni della mano.

E' noto che la funzionalità delle articolazioni delle dita della mano può essere seriamente compromessa per diversi motivi, ad esempio a causa di interventi o traumi, oppure a seguito di paralisi per lesioni midollari o del sistema nervoso centrale o periferico. Molte persone sono colpite da tali disfunzioni, che condizionano pesantemente la loro esistenza fino al punto di impedirne sovente le attività essenziali. In questi casi, per cercare di ottenere il recupero almeno parziale della funzionalità delle dita della mano, sono abitualmente effettuati interventi riabilitativi con l'utilizzo di specifici dispositivi, i quali comprendono una pluralità di sensori di flessione che vengono applicati sul dorso delle dita per rilevarne la flessione e visualizzare il movimento tramite un software e un'unità di calcolo o computer, dotato di video.

L'utilizzo di sensori applicati sulla mano e sull'arto superiore è una prassi nota e ampiamente consolidata nel mondo medico e scientifico; lo sviluppo delle recenti tecnologie nella sensoristica ha ampliato le soluzioni possibili per rilevare, misurare e valutare la mobilità della mano, in particolare delle cinque dita, nelle articolazioni metacarpo-fa la ngee (MP), interfalangee prossimali (PIP), interfalangee distali (DIP).

Ad esempio, è specificatamente il brevetto EP 0211984, risalente al 1985, che fornisce tale insegnamento di utilizzare sensori di flessione {anche denominati flex sensors o bend sensors) da applicarsi sul dorso delle dita, al fine di rilevarne la flessione visualizzando il movimento tramite un software e un'unità di calcolo con video. In campo medico/riabilitativo tali soluzioni hanno reso possibile l'acquisizione dei dati del movimento della mano a fini diagnostici e sono utili anche ai fini riabilitativi per danni o malattie con implicazioni sia ortopediche che neurologiche. Tuttavia, esse possono al momento essere utilizzate solo in modalità "attiva" ossia con il paziente che muove volontariamente la mano e le dita e interagisce con un software di simulazione di realtà virtuale o con giochi di abilità.

I dispositivi in grado di associare il rilevamento tramite sensori della posizione della mano, e quindi l'attivazione volontaria da parte del paziente, all'attuazione assistita tramite mezzi meccanici azionati da attuatori (tipicamente con end effector o esoscheletri in grado di mobilizzare le dita e di aiutare il paziente nel movimento) sono molto più rari, pur essendo la loro efficacia assai maggiore rispetto a dispositivi totalmente attivi (solo sensori) o totalmente passivi (solo attuatori).

Ciò è dovuto alla difficoltà di associare, in un arto piccolo come un dito della mano (in particolare il mignolo di pazienti di corporatura esile oppure di bambini), sia un meccanismo di mobilizzazione motorizzato, o attuato in qualche altro modo convenzionale, che i sensori. Il meccanismo di mobilizzazione, infatti, è solitamente ingombrante ed è vincolato al dito della mano in uno o più punti; questo rende in pratica impossibile il posizionamento di sensori. Non si conosce attualmente un dispositivo in grado di mobilizzare le dita e di rilevarne al contempo i movimenti, senza importanti limitazioni di utilizzo; esistono solo dispositivi a esoscheletro, come ad esempio quello austriaco noto con il nome commerciale "Amadeo" Tyromotion, lo statunitense "Cybergrasp" della CyberGlove Systems e anche quello denominato "Hand of hope" della società di Hong Kong, Rehab-Robotics. Tali noti dispositivi non consentono tuttavia di eseguire esercizi funzionali di prensione di oggetti, cruciali nell'ambito della riabilitazione neuromotoria; i componenti meccanici di cui sono provvisti, infatti, occupano totalmente o parzialmente il palmo delle dita o della mano e rendono impossibile l'interazione con oggetti reali, come appunto la prensione a pinza, le opposizioni del pollice con le altre dita, la presa a pugno.

Alcuni tipi noti di dispositivi con sensori di flessione, atti a rilevare il movimento delle dita e ad effettuare terapie di gaming attivo, consistono in giochi da computer o tablet, in cui il movimento libero delle dita o della mano da parte del paziente, non assistito da attuatori, viene usato per muovere cursori o personaggi virtuali di giochi; tali dispositivi sono attualmente utilizzati senza la necessaria assistenza meccanica, a causa dei problemi sopra evidenziati. Esempi in questo senso sono costituiti dai dispositivi sud coreano, noto come Rapael Smart Rehabilitation System della Neofect, elvetico denominato Yougrabber della Yourehab e statunitense denominato Cyberglove della Cyberglove Systems, il primo di essi utilizza cinque sensori di flessione per rilevare la posizione delle dita, fissati in posizione prossimale che, durante i movimenti di flessione ed estensione delle dita, si curvano e riportano la curvatura al software che la visualizza nei programmi di valutazione e di gioco interattivo. Il grado di precisione di tale dispositivo è però scarso, poiché ciascun sensore durante l'utilizzo rimane significativamente distante dal dito del paziente e può essere soggetto a flessioni o incurvature anomale, non legate a una reale flessione del dito stesso. I sensori, infatti, scorrono attraverso dei passanti, e l'attrito tra sensori e passanti può rallentare lo scorrimento alterando il risultato. La scarsa precisione del sistema non consente quindi una precisa misurazione della posizione delle singole dita. Infine, per il corretto funzionamento del sistema di misura e rilevazione di questo noto dispositivo è necessario che la punta dei sensore {ossia l'estremità del sensore vicina alla punta del dito) sia lasciata libera di avanzare e arretrare nei passanti durante il movimento; una simile configurazione, tuttavia, confligge con qualsiasi elemento meccanico posto sul dito, in particolare sul polpastrello dell'ultima falange (che potrebbe essere utilizzato per attuare il movimento sul dito con un end-effector), generando un'anomala flessione del sensore e invalidando le misurazioni. Non è dunque possibile usare il concepì di Rapael per associare una mobilizzazione assistita delle dita.

Analoghi limiti sono presenti nel dispositivo noto come Yougrabber, dato che la misurazione della flessione tramite bend sensors (limitata e tre dita) è imprecisa a causa della distanza tra dito e sensore e dato che è altrettanto necessario che i sensori scorrano nei passanti, ostacolando ogni meccanismo di attuazione meccanica. In generale, qualsiasi rilevamento della flessione delle dita tramite bend sensor è influenzata e può essere in molti cast invalidata dal crearsi di flessioni o increspature anomale del sensore/i durante le fasi di flessione ed estensione delle dita. Per evitare questo fenomeno, sia Rapael che Yougrabber posizionano i sensori entro guaine in plastica semi-rìgida, che evitano il verificarsi di increspature anomale. Questa soluzione aumenta però ulteriormente gli ingombri del sistema, rendendo impossibile l'accoppiamento con meccanismi dì mobilizzazione (esoscheletri o end-effector) e determinando un maggior grado di approssimazione nella misurazione, essendo i sensori meno aderenti al dito.

Il dispositivo noto con il termine Cyberglove consiste in un complesso guanto sensorizzato provvisto di molti sensori che copre l'intera mano, a beneficio di una maggiore precisione nella misurazione. La rilevazione del segnale è quindi molto accurata, ma l'accoppiamento con un mobilizzatore è molto difficile per gli stessi limiti dei dispositivi di cui sopra, impedendo ogni interazione con oggetti reali.

A tale proposito, il mobilizzatore robotizzato noto con il termine "Gloreha", oggetto del brevetto EP2549971 a nome della stessa richiedente, prevede l'attuazione e la mobilizzazione delle dita tramite un congegno meccanico che agisce con una connessione meccanica end-effector. Un cappuccio in gomma ipoallergenica aderisce al polpastrello delle dita e si mantiene solidale ad esse, generando, con un apposito meccanismo, la flessione e l'estensione del dito.

Questo sistema robotico, che attualmente non è dotato di sensori, ha il grande vantaggio di lasciare la mano e il braccio del paziente liberi di muoversi nello spazio, con grande beneficio di efficacia per il recupero delle funzioni motorie, e offre inoltre il grosso vantaggio di facilitare l'esecuzione di esercizi funzionali con oggetti reali, come la presa di una bottìglia.

Detto sistema robotico, peraltro, non può attualmente essere usato in combinazione con guanti sensorizzati come Rapael o Yougrabber per i conflitti dimensionali e di ingombro sopra evidenziati.

Scopo della presente invenzione è quello di ovviare all'inconveniente sopra lamentato.

Più in particolare, lo scopo della presente invenzione è quello di provvedere un apparato di supporto per il posizionamento e il fissaggio di sensori di flessione applicabile a un mobilizzatore o guanto robotizzato per la riabilitazione della mano, in particolare ancorché non criticamente, al mobilizzatore denominato Gloreha, mantenendo la dimensione complessiva dell'insieme dei sensori estremamente contenuta.

Ulteriore scopo dell'invenzione è quello di provvedere un apparato di supporto per il posizionamento e il fissaggio di sensori di flessione come sopra definito atto a evitare la formazione di pieghe, flessioni o increspature anomale che potrebbero alterare o invalidare la corretta misurazione della flessione delle dita.

Non ultimo scopo dell'invenzione è quello di provvedere un apparato di supporto per il posizionamento e il fissaggio di sensori di flessione privo di elementi rigidi, quindi in grado di consentire un maggior comfort al paziente durante l'utilizzo, atto inoltre a lasciare palmo della mano e delle dita liberi consentendo la facile prensione di oggetti, e in grado altresì di non confliggere con le parti meccaniche di un mobilizzatore o guanto robotico eventualmente accoppiato.

Ulteriore scopo dell'invenzione è quello di mettere a disposizione degli utilizzatori un apparato di supporto per il posizionamento e il fissaggio di sensori di flessione, vantaggiosamente applicabile a un mobilizzatore o guanto robotizzato per la riabilitazione della mano, in grado di garantire un elevato livello di resistenza e affidabilità nel tempo, tale inoltre da poter essere facilmente ed economicamente realizzato.

Questi e altri scopi ancora vengono raggiunti dall'apparato di supporto per il posizionamento e il fissaggio di sensori di flessione della presente invenzione in accordo con la rivendicazione principale.

Le caratteristiche costruttive e funzionali dell'apparato di supporto della presente invenzione potranno essere meglio comprese dalla dettagliata descrizione che segue, in cui si fa riferimento alle allegate tavole di disegni che ne rappresentano una forma di realizzazione preferita e non limitativa e in cui: la figura 1 rappresenta schematicamente una vista dall'alto di una mano, al dorso e alle dita della quale è fissato l'apparato di supporto recante i sensori di flessione della presente invenzione;

la figura 2 rappresenta schematicamente, in vista laterale, la stessa mano provvista dell'apparato di supporto, con il dito indice in condizione di flessione e parzialmente coperto da un guanto robotico;

la figura 3 rappresenta schematicamente, in vista laterale, la stessa mano provvista dell'apparato di supporto, con il dito indice in condizione di estensione e parzialmente coperto da un guanto robotico;

la figura 4 rappresenta schematicamente l'apparato della presente invenzione esemplificativamente accoppiato a un mobilizzatore o guanto robotizzato di tipo noto.

Con riferimento iniziale alla figura 1, l'apparato di supporto per il posizionamento e il fissaggio di sensori di flessione applicabile a un mobilizzatore o guanto robotizzato per la riabilitazione della mano della presente invenzione comprende una pluralità di guaine o fodere piatte 12, realizzate in materiale flessibile e morbido per garantire un adeguato comfort al paziente. In ciascuna guaina o fodera 12 è disposto un sensore di flessione 10, ad esempio del tipo prodotto dalle società statunitensi Flexpoint e Spectra Symbol. Ciascuna guaina 12 viene ancorata ad una sua estremità direttamente al dorso di una delle dita della mano in posizione distale, di preferenza con un nastro adesivo e vantaggiosamente in corrispondenza dell'articolazione interfalangea distale (DIR); in una forma di realizzazione alternativa, dette guaine possono essere fissate, in corrispondenza dell'estremità distale, direttamente a un noto guanto robotico 24 con uno o più punti di unione definiti da piccoli rivetti di plastica o punti di cucitura 14 (fig. 4) o equivalenti. Ciascuna falangetta delle dita della mano, intendendosi con il termine falangetta la falange distale delle dita medesime, rimane pertanto libera e può accogliere i convenzionali cappucci 22 (fig. 4 e 3), parimenti noti, del guanto robotico schematizzato con 24 alle figure 2 e 3. I sensori di flessione 10, inseriti all'interno delie rispettive guaine o fodere 12, sono ivi fissati in posizione distale, ossia in corrispondenza o in prossimità della loro estremità anteriore, attraverso mezzi non regolabili, formati tipicamente da cuciture o rivettature 16. In posizione prossimale, ossia all'estremità opposta rispetto all'articolazione interfalangea distale, le singole guaine o fodere 12 sono collegate in modo noto, in uno o più punti, a rispettivi elementi elastici 18, consistenti di preferenza in cordine, oppure in fettucce o nastri di qualsivoglia materiale idoneo; dette cordine si prolungano lungo il dorso della mano del paziente per tensionare opportunamente le guaine 12 cui sono collegate a un'estremità; all'estremità opposta, gli elementi elastici 18 si impegnano con singoli ancoraggi fissi o regolabili 20, formati ad esempio da strisce di velcro, fibbie, pressacavi a molla e simili posti lungo il dorso della mano in posizione prossima al polso della stessa.

In questo modo, le guaine 12 in cui sono alloggiati i sensori 10 restano adeguatamente tese in ogni condizione, specie quando la mano è aperta, evitando il formarsi di grinze o flessioni anomale. Infatti, alla flessione del dito (figura 2} il sensore 10 si flette all'interno della guaina 12 e scorre in direzione distale, mentre l'elemento elastico 18, che resta fissato da un lato all'articolazione interfalangea e dall'altro all'ancoraggio 20, si allunga.

All'estensione del dito, come da figura 3, l'elasticità dell'elemento 18 mantiene la guaina 12 e il sensore 10 in essa contenuto in posizione distesa, senza che si generino increspature anomale.

Questo ciclo di flessione ed estensione può essere ripetuto indefinitamente, come tipicamente avviene negli esercizi riabilitativi, senza che i vari sensori 10 si muovano o si allontanino eccessivamente dalle parti oggetto di misurazione. Infatti la tensione elastica delle guaine 12, mantenuta costante dall'apparato oggetto dell'invenzione, fa in modo che ì sensori 10 siano costantemente aderenti al dorso delle dita e possano correttamente misurare la flessione delle articolazioni MP, P1P, DIP senza che essi subiscano flessioni anomale.

Le dimensioni delle guaine o fodere 12, realizzate con tessuto o materiale leggero e morbido, sono estremamente contenute, garantiscono al paziente l'adeguato comfort durante l'utilizzo del supporto dei sensori 10 e, in pari tempo, assicurano una buona adesione alle dita.

Grazie all'azione dell'elemento elastico 18, lo scorrimento dei sensori 10 durante il movimento di flessione-estensione delle dita della mano non si traduce in uno spostamento dell'estremità anteriore o punta del sensore stesso, che rimane invece stabilmente posizionata vicino al singolo polpastrello, in corrispondenza della rispettiva articolazione interfalangea distale (DIP).

Tale scorrimento si ripercuote, invece, sull'estremità posteriore del sensore 10, quindi sul dorso della mano, dove però non genera flessioni anomale o tali da alterare o invalidare la corretta misurazione della flessione del dito e conseguentemente il controllo della mobilizzazione meccanica attraverso il noto mobilizzatore o guanto robotizzato abbinato al supporto della presente invenzione.

1 segnali provenienti dai sensori di flessione 10 sono solitamente delle resistenze variabili, che appunto variano a seconda del grado di flessione a cui sono sottoposti. Opportuni circuiti elettronici di alimentazione fanno passare delle piccolissime correnti nel sensore, misurandone istante per istante la resistenza, e ricavandone il grado di flessione. Tali dati vengono opportunamente convertiti in una misurazione della flessione di ogni singolo dito.

Tali principi di misurazione attraverso bend sensors sono utilmente applicabili anche per misurare la flessione di altre articolazioni del corpo (polso, gomito, spalla, anca, ginocchio, caviglia...} e potrebbero essere utilizzati per la progettazione di relativi dispositivi di mobilizzazione attivo-assistita, con i medesimi vantaggi fin qui evidenziati.

Come sì può rilevare da quanto precede, sono evidenti i vantaggi che l'invenzione consegue.

L'apparato di supporto per il posizionamento e il fissaggio di sensori di flessione della presente invenzione consente di mobilizzare le dita e di rilevarne al contempo i movimenti, essendo vantaggiosamente applicabile a un mobilizzatore o guanto robotizzato per la riabilitazione della mano, senza dar luogo a un apprezzabile incremento della dimensione complessiva dell'insieme. Tale risultato è infatti conseguito evitando che i vari componenti meccanici occupino totalmente o parzialmente il palmo della mano e rendano così impossibile l'interazione con oggetti reali, come la prensione a pinza, le opposizioni del pollice con le altre dita e la presa a pugno. Ulteriormente vantaggioso è il fatto che l'apparato della presente invenzione evita la formazione di pieghe, flessioni o increspature anomale dei sensori, che potrebbero alterare o invalidare la corretta misurazione della flessione delle dita.

Benché l'invenzione sia stata sopra descritta con riferimento a una sua possibile forma di realizzazione, data a scopo esemplificativo e non limitativo, numerose modifiche e varianti appariranno evidenti a un tecnico del ramo alla luce della descrizione sopra riportata. La presente invenzione, pertanto, intende abbracciare tutte le modifiche e le varianti che rientrano nello spirito e nelTambito protettivo delle rivendicazioni che seguono.

Claims (10)

1. Rivendicazioni 1. Un apparato di supporto per il posizionamento e il fissaggio di sensori di flessione (10), adatto per essere applicato a un noto mobilizzatore o guanto robotizzato (24) per la riabilitazione della mano di un paziente, caratterizzato dal fatto di comprendere una pluralità di guaine o fodere piatte (12) in ciascuna delle quali è disposto uno di detti sensori di flessione (10), ciascuna di dette guaine (12) essendo fissata a una o più delle dita della mano del paziente ed essendo collegata, in uno o più punti, a rispettivi elementi elastici (18), consistenti in cordine fettucce o nastri di qualsivoglia materiale idoneo atti a garantire l'opportuno tensionamento delle guaine medesime durante tutti i movimenti del paziente per evitare l'insorgere di flessioni o increspature anomale.
2. 2. L'apparato di supporto secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che dette guaine o fodere piatte (12) sono fissate, alla loro estremità distale, in corrispondenza deH'articolazione interfalangea distale.
3. 3. L'apparato di supporto secondo la rivendicazione 2, caratterizzato dal fatto che dette guaine o fodere piatte (12) sono fissate, alla loro estremità distale, direttamente al dorso della falangetta del rispettivo dito della mano con nastro adesivo.
4. 4. L'apparato di supporto secondo la rivendicazione 2, caratterizzato dai fatto che dette guaine o fodere piatte (12) sono fissate, alla loro estremità distale, a un convenzionale guanto robotico 24-tramite punti di cucitura o rivetti (14),
5. 5. L'apparato di supporto secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che le guaine (12) sono collegate agli elementi elastici (18) all'estremità opposta rispetto all'articolazione interfalangea distale.
6. 6. L'apparato di supporto secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che i sensori di flessione (10) sono flessibili e di basso spessore, ad esempio del tipo realizzato da Flexpoint o Spectra Symbol.
7. 7. L'apparato secondo la rivendicazione 4, caratterizzato dal fatto che detti sensori di flessione (10) inseriti all'interno delle rispettive guaine o fodere (12) sono ivi fissati in posizione distale, ossia in corrispondenza o in prossimità della loro estremità anteriore, attraverso cuciture, rivettature o equivalenti mezzi di ritegno (16),
8. 8. L'apparato secondo la rivendicazione 3, caratterizzato dal fatto che detti elementi elastici (18) cui sono collegate le singole guaine o fodere (12) si prolungano lungo il dorso della mano del paziente e, all'opposta estremità libera, si impegnano con singoli ancoraggi fissi o regolabili (20), formati da strisce di velcro, fibbie, pressacavi a molla e simili posti lungo il dorso di detta mano in posizione prossima al polso della stessa.
9. 9. L'apparato secondo la rivendicazione 5, caratterizzato dal fatto che le guaine o fodere (12) sono realizzate in materiale flessibile e morbido.
10. 10. Uso dell'apparato di supporto per il posizionamento e il fissaggio di sensori di flessione (10) in abbinamento a un mobilizzatore o guanto robotizzato (24) per la riabilitazione della mano di un paziente.