| Piano delle attività di ricerca Inail in campo protesico-riabilitativo |
| Riabilitazione Robotica | |
| Nome progetto | Contenuto | Partner | Importo | Stato |
| TwinMED “Ampliamento delle funzionalità dell’esoscheletro Twin nel contesto clinico/riabilitativo”. | Si propone di realizzare un esoscheletro innovativo e multifunzionale, sviluppando il prototipo denominato TWIN. L’obiettivo principale è ottenere un dispositivo per uso clinico che, tramite l’utilizzo di nuove strategie di controllo e di sensoristica specifica, possa fornire dati utili (frequenza cardiaca, frequenza respiratoria, attività elettromiografica, etc.) per monitorare l’attività del paziente e personalizzare il percorso riabilitativo, i cui progressi potranno basarsi sull’analisi di dati clinicamente indicativi e rilevanti. | in collaborazione con la Fondazione Istituto Italiano di Tecnologia | 4.000.000 | È stato sviluppato il prototipo relativo all’articolazione attiva di caviglia, che si aggiunge a quelle già esistenti di anca e ginocchio. Sono in corso i primi test dell’abbigliamento sensorizzato da inserire nella app di controllo per rilevare i parametri fisiologici del paziente nel corso della terapia riabilitativa. |
| RoboGYM “Palestra robotica per la riabilitazione della spalla e dell’arto superiore” | Ha l’obiettivo di portare innovazione nel settore della riabilitazione ortopedica, combinando lo sviluppo tecnologico con la ricerca clinica per realizzare una palestra robotica per l’arto superiore associata a nuove modalità di training personalizzate, indagandone anche l’efficacia attraverso sperimentazioni cliniche. Ciò è perseguito mediante due obiettivi specifici: la realizzazione di un’evoluzione radicale di Float verso un dispositivo clinico completo a più elevato TRL, e lo sviluppo di ulteriori sistemi indossabili che intervengono attivamente sui tratti più distali dell’arto superiore. | sviluppato con la Fondazione Istituto Italiano di Tecnologia e coordinato dal CRM di Volterra | 2.210.000 | Il dispositivo nella sua veste definitiva è in corso di sviluppo avanzato. Stanno proseguendo le attività di realizzazione dell’interfaccia aptica per la realizzazione di protocolli riabilitativi anche mediante realtà virtuale aumentata con il sistema Microsoft HoloLens. |
| Habilis++ “nuovi dispositivi robotici indossabili per la riabilitazione e il recupero funzionale della mano” | L’obiettivo principale del progetto Habilis++ è quello di superare i limiti delle attuali soluzioni robotiche per la mobilizzazione della mano, perseguendo la realizzazione di un dispositivo robotico indossabile finalizzato alla riabilitazione ortopedica robot-assistita della mano, e ciò a partire dai risultati raggiunti nel progetto Habilis che nel prossimo periodo porterà a un dispositivo in veste prototipale. La riabilitazione della mano post-traumatica necessita di particolare attenzione per la grande attenzione richiesta ai terapisti che ne eseguono la mobilizzazione applicando forze controllate in direzione e intensità, senza superare i range articolari consentiti | coordinato dal CRM di Volterra e sviluppato in collaborazione con la Scuola Superiore Sant’Anna | 750.000 | La piattaforma di riabilitazione della mano è stata revisionata per migliorare alcuni aspetti inerenti il design, l’ergonomia e il controllo di moto dell’ortesi. |
| BioARM “Esoscheletro portatile per l’assistenza del paziente con lesione al plesso brachiale nelle attività quotidiane” | nasce con l’intento di sviluppare un’ortesi attiva per l’arto superiore, che possa aiutare i pazienti con lesione del plesso brachiale nello svolgimento delle attività di vita quotidiana. Lo sviluppo dell’ortesi BioARM costituisce una piattaforma di studio per investigare nuove strategie di controllo mediante stimolazione elettrica funzionale, nuove metodologie di riabilitazione per il recupero moto-sensoriale e nuovi paradigmi per valutare il livello di recupero funzionale. | coordinato dal Centro Protesi Inail in partenariato con la Scuola Superiore Sant’Anna | 1.800.000 | È in corso di assemblaggio il primo prototipo dell’ortesi sulla base delle specifiche funzionali e tecniche definite ad inizio progetto. Sono state sviluppate le strategie di movimento basate su stimolazione elettrica funzionale (FES).Seguiranno i test a banco di caratterizzazione e le prime prove pilota su paziente con il dispositivo integrato. |
| FESleg “Stimolazione elettrica funzionale nel trattamento di persone con lesioni midollari: dalla pedalata su trike al cammino con esoscheletro” | ha l’obiettivo di sviluppare paradigmi riabilitativi/sportivi che coinvolgano gli arti inferiori, associando la stimolazione elettrica funzionale a due gesti motori fondamentali: il cammino assistito da esoscheletri attivi (FES-gait) e la pedalata (FES-bike). La paralisi degli arti inferiori, in seguito a una lesione midollare, può determinare un insieme di complicanze, che possono essere trattate con la stimolazione elettrica funzionale (FES): una tecnica riabilitativa che, inducendo una contrazione muscolare coordinata dei muscoli sottolesionali, agisce positivamente su molti fattori critici e può avere efficacia anche nella riduzione del dolore nelle zone interessate dalla lesione. Nello studio relativo alla pedalata, lo scopo sarà quello di promuovere un modello di “Sport-Terapia” che troverà risonanza anche attraverso la manifestazione Cybathlon, essendo la FES-bike una delle discipline in gara. | coordinato dal Centro Protesi Inail e in partenariato con il Politecnico di Milano | 930.000 | Sono state elaborate le strategie di controllo cooperativo tra stimolazione elettrica funzionale (FES) e attuazioni dell’esoscheletro TWIN. Sono state elaborate le strategie di controllo FES per la pedalata su trike. Entrambe le strategie sono ora in fase di test sui rispettivi dispositivi. |
| Protesica di Arto Inferiore | |
| Nome progetto | Contenuto | Partner | Importo in € | Stato |
| HyperLEG “Protesi di arto inferiore ad alte performance” | si propone di sviluppare una protesi di arto inferiore che, grazie ad innovativi sistemi di controllo e sensorizzazione, alleggerisca il carico cognitivo del paziente e consenta un utilizzo più fisiologico del dispositivo. Tra gli obiettivi dello studio la realizzazione di componentistica protesica made in Italy, nell’ottica del transfer tecnologico. La maggior parte dei prototipi è stata sviluppata basandosi su tecnologie robotiche consolidate, e ciò specificamente allo scopo di facilitarne il trasferimento al mercato. | in collaborazione con la Fondazione Istituto Italiano di Tecnologia | 3.700.000 | Sono stati migliorati i prototipi di ginochhio propulsivo e di caviglia elettronica. Per entrami i dispositivi sono stati approvati gli studi clinici pilota su paziente finalizzati alla loro valutazione in termini di sicurezza e performance in conformità alle previsioni dell’MDR (regolamento europeo sui dispositivi medici). |
| MOTU++ “Protesi robotica di arto inferiore con smart socket ed interfaccia bidirezionale per amputati di arto inferiore” | è un progetto finalizzato allo sviluppo di una protesi di arto inferiore in grado di adattarsi al meglio alle specifiche esigenze motorie di ogni amputato. Grazie a un processo di ingegnerizzazione, sperimentazione e integrazione delle principali tecnologie sviluppate nell’ambito dell’attività di ricerca già avviata tra Inail e SSSA, MOTU++ intende realizzare una protesi di arto inferiore in grado di interpretare l’intenzione motoria dell’utente e di minimizzare il rischio di caduta | in collaborazione con la Scuola Superiore Sant’Anna | 1.750.000 | È in corso di sviluppo avanzato la nuova protesi di ginocchio propulsiva dotata di sistemi di intention detection e feedback sensoriale da integrare nell’invasatura ed è ora in corso di definizione il protocollo clinico con cui si testerà il dispositivo su paziente. |
| proFIL “Filamenti multi-materiali per la realizzazione di protesi personalizzate ad alte prestazioni con focus su adaptive sport” | mira ad esplorare le potenzialità della stampa 3D nella produzione di componentistica protesica avanzata per l’arto inferiore. L’obiettivo è quello di realizzare protesi sportive con invasature completamente personalizzate ed esteticamente curate e dispositivi in grado di immagazzinare/restituire energia, di monitorare le proprietà meccaniche e lo stato di usura. | in collaborazione con CNR-IPCB Istituto per i Polimeri, Compositi e Biomateriali | 900.000 | Son state messe a punto le tecniche di stampa 3D a filo continuo finalizzate alla realizzazione di piedi protesici di tipo ESAR (ad accumulo/restituzione di energia). Le ultime prove in simulazione hanno dato risultati promettenti ed il primo prototipo di piede è ora in fase di sviluppo; seguirà la sua caratterizzazione meccanica e il raffronto prestazionale con piedi protesici commerciali. |
| OLIMPIA “Nuove tecnologie al servizio dell’atleta paralimpico” | ha l’obiettivo di sviluppare soluzioni tecnologiche innovative per migliorare la performance dell’atleta paralimpico e la sua sicurezza durante la pratica sportiva. La ricerca è focalizzata, in particolare, sulle protesi e le ortesi per la corsa ed il salto e sulle protesi e sui monosci per lo sci alpino. Parallelamente lo studio si dedicherà allo sviluppo di un nuovo processo digitale per semplificare e ottimizzare i processi produttivi utilizzati nella costruzione di protesi ed ortesi | in collaborazione con Università di Padova | 1.300.000 | Sono stati prototipati i sistemi di monitoraggio per le protesi da atletica e per il monosci identificando anche i modelli matematici con cui ricavare le grandezze d’interesse in ambito biomeccanico. È stato progettato il banco prova per la caratterizzazione meccanica della componentistica protesica.È stato definito il layout con cui dotare il campo di atletica di Padova delle tecnologie necessarie al monitoraggio delle performance. |
| Protesica di Arto Superiore | |
| Nome progetto | Contenuto | Partner | Importo | Stato |
| iHannes “Tecniche e tecnologie innovative per il controllo di sistemi protesici avanzati di arto superiore” | parte dai risultati raggiunti in precedenza con la mano protesica Hannes, con l’obiettivo di realizzare sistemi affidabili di controllo e di feedback sensoriale, che consentano ai pazienti un utilizzo della protesi più naturale e meno impegnativo. | in collaborazione con l’Istituto Italiano di Tecnologia | 2.050.000 | La mano Hannes è stata integrata con sensori per rilevare il contatto con gli oggetti e di una telecamera per lo sviluppo di strategie di preshaping nell’approccio alla presa. È in corso di sviluppo il sistema di di intention detection basato su elettromiografia ad alta densità e deep learning. Infine è stato sviluppato il primo prototipo di articolazione di spalla. È in corso di definizione lo studio clinico per la validazione delle nuove feature del sistema Hannes. |
| WiFi-MyoHand “Sistema impiantabile ottimizzato per l’interfacciamento con il sistema nervoso periferico e il controllo della protesi di arto superiore” | si propone di individuare, a partire dal segnale muscolare, l’attività dei nervi che genera i comandi motori, allo scopo di migliorare il controllo della protesi e gestire in modo più naturale un elevato numero di gradi di libertà. L’obiettivo è quello di realizzare un sistema protesico completamente impiantabile per uso continuativo, capace di fornire un ritorno sensoriale efficace a pazienti con amputazione di arto superiore | realizzato con l’Università Campus Bio-Medico | 1.200.000 | Il progetto ha affrontato lo sviluppo di differenti sistemi impiantabili per l’acquisizione dei segnali neurali e per la stimolazione di feedback sensoriale sempre per via neurale. I prototipi sono in stato avanzato di sviluppo e a breve inizieranno le prove a banco per la loro caratterizzazione. |
| 3Daid “Protesi di mano e ausili robotici esoscheletrici a basso costo” | è un progetto che ambisce a produrre soluzioni protesiche e ortesiche a basso costo di cui possa beneficiare un elevato numero di pazienti, le quali possano essere utilizzate a domicilio, durante lo svolgimento di attività di vita quotidiana, per riacquisire parte delle funzionalità perdute. Le tecnologie di digital manufacturing (3D scanning e 3D printing) offrono, in tale contesto, una serie di vantaggi: consentono la rapida creazione di dispositivi a basso costo, che replicano fedelmente le caratteristiche anatomiche del paziente, permettono il monitoraggio delle proprietà meccaniche dei singoli particolari, permettono la creazione di componenti smart con integrate dotazioni sensoriali custom e consentono di creare strutture soft per migliorare l’indossabilità del dispositivo e/o replicare le caratteristiche dei tessuti. | in collaborazione con Università Campus Bio-Medico | 850.000 | È stato definito il workflow di modellazione sia a riguardo della protesi sia dell’ortesi. Sono altresì stati definiti i modelli CAD parametrici e le tecnologie di realizzazione 3D (di tipo SLS). Al momento sono in corso le attività inerenti la progettazione delle attuazioni che, integrate nei modelli consentiranno di effettuare i primi test su paziente. |
| ADJOINT “Fabbricazione ADditiva mediante tecnologia binder Jetting di componenti metallici OsteoINTegrabili sinterizzati” | vuole approfondire ed estendere le potenzialità dell’additive manufacturing nel campo biomedicale, concentrandosi sul settore della chirurgia della mano. L’obiettivo è quello di realizzare, tramite la stampa 3D di leghe metalliche, elementi impiantabili (fixture), soluzioni strutturali e funzionali per dispositivi protesici a elevata personalizzazione. | in partenariato con il CNR-ICMATE Istituto di Chimica della Materia Condensata e di Tecnologie per l’Energia | 1.350.000 | È stato definito l’intero workflow di sviluppo di ciascuna parte costituente il dispositivo, dalla fixture endomidollare all’attacco della protesi esterna. Sono state condotte le simulazioni meccaniche e a seguire la verifica reale dei modelli. Il protocollo clinico per lo studio pilota dell’impianto sui primi 4 pazienti è stato approvato dai comitati etici delle strutture cliniche di riferimento e seguirà a breve l’invio della documentazione per l’approvazione da parte del Ministero della Salute. |
| Chirurgia e Riabilitazione | |
| Nome progetto | Contenuto | Partner | Importo | Stato |
| “MioPRO” Muscoli ingegnerizzati paziente-specifici per il ripristino di canali MIOelettrici e il controllo di PROtesi | ha l’obiettivo di arricchire e portare evoluzioni significative nel campo delle interfacce uomo-macchina destinate al controllo delle protesi. Lo studio esplora la possibilità di creare in vitro un tessuto muscolare, a partire da cellule staminali del paziente, in grado di migliorare il segnale elettromiografico necessario al controllo della protesi. Il progetto vuole contribuire allo sviluppo e all’integrazione di nuovi paradigmi per esercitare un controllo intuitivo e diretto su molteplici gradi di libertà delle protesi. | in collaborazione con la Scuola Superiore Sant’Anna | 1.500.000 | È stato sviluppato un bioreattore multifattoriale per indentificare le possibili combinazioni utili ad indurre il differenziamento delle cellule staminali in cellule muscolari mature. Sono state messe a punto le tecniche per utilizzare al meglio anche la stampa bioprinting al fine di realizzare costrutti muscolari 3D. Sono state infine studiate anche tecniche di realizzazione di costrutti muscolari in 3D a partire da film polimerici 2D avvolti. |
| BioSUP “Soluzioni bioniche per il trattamento di soggetti con disfunzione escretoria dell’apparato urinario” | si propone di fornire una soluzione personalizzata alle diverse condizioni patologiche, che portano all’incontinenza urinaria. Lo scopo dello studio è di sviluppare dispositivi modulari, che possano interagire con gli organi del paziente per ripristinare la corretta funzionalità del sistema urinario. | in collaborazione con la Scuola Superiore Sant’Anna | 1.350.000 | È stato sviluppato il primo prototipo di vescica artificiale dotata di sistema attivo di svuotamento. È stato progettato un elettrodo neurale innovativo per l’interfacciamento con i nervi del sistema urinario, nell’ipotesi di ristabilire con esso il controllo delle strutture ancora presenti ma non più funzionali. |
| ReGiveMeFive “Esplorazione di nuove frontiere in chirurgia protesica” | si propone, oltre che di proseguire sulla strada tracciata della chirurgia bionica, di affrontare la tematica del feedback propriocettivo mediante lo studio di interfacce mioneurali agonista-antagonista (AMI) ossia piattaforma di comunicazione neurale bidirezionale atta a ottenere, controllare e interpretare il feedback propriocettivo, e consistono nella connessione chirurgica tra un muscolo agonista e uno antagonista, in modo che la contrazione dell’uno causi l’allungamento dell’altro. | in collaborazione con l’ Università Campus Bio-Medico | 1.350.000 | È stata approfondita la tecnica AMI dal punto di vista chirurgico, ipotizzando alcune metodologie per correlare tale tecnica allo stato della protesi esterna e sfruttarla come metodologia avanzata di controllo di protesi complesse. È stato realizzato il primo intervento chirurgico con AMI associata a TMR e ora si è in attesa che avvenga la reinnervazione. E’ in corso di definizione la struttura protesica sperimentale che verrà utilizzata per condurre i test sul predetto paziente. |
| OsteoCustom Processi personalizzati di trattamento dell’amputazione mediante osteointegrazione | il progetto punta a migliorare l’affidabilità strutturale dell’impianto e a definire un processo interamente personalizzato, caratterizzato da un’alta sinergia tra le varie fasi del trattamento protesico con osteointegrazione: valutazione delle condizioni preoperatorie, realizzazione di impianti e protesi su misura, elaborazione di un percorso riabilitativo in relazione allo stato psicofisico del paziente, monitoraggio post riabilitativo. | in collaborazione con l’Istituto Ortopedico Rizzoli | 1.500.000 | È proseguito il follow-up sui pazienti osteointegrati con l’obiettivo di trarre da queste esperienze indicazione utili a sviluppare nuovi e più avanzati impianti. È iniziata la progettazione di tutte le parti del dispositivo, dalla fixture, con la valutazione delle modalità con cui trattare le differenti casistiche, l’abutment, con l’intenzione di inserire elementi a riduzione del rischio d’infezione e il sistema di sicurezza esterno, per ridurre il rischio di frattura. |
| MoveToWork “Terapia riabilitativa basata sull’osservazione dell’azione nel recupero funzionale del gesto lavorativo successivo al trauma” | si prefigge di sviluppare un trattamento riabilitativo integrato contenente elementi innovativi sia funzionali che legati al gesto lavorativo, grazie all’utilizzo di AOT e realtà virtuale. Studi recenti evidenziano infatti come le caratteristiche dello stimolo visivo (prospettiva, tridimensionalità, contesto) siano in grado di modulare l’efficacia di un trattamento di AOT. Nel contesto riabilitativo del gesto lavorativo lo stimolo ottimale è evidentemente quello che riproduce il movimento specifico della mansione lavorativa del soggetto | in collaborazione con il CNR-IN Istituto di Neuroscienze | 410.000 | È stato incrementato il database di attività lavorative effettuabili nel trattamento AOT mediante realtà virtuale ed è in corso lo studio clinico di valutazione dell’efficacia di quanto sviluppato. |
| Sistemi di Valutazione | |
| Nome progetto | Contenuto | Partner | Importo | Stato |
| Rip@rto “Simulatore di guida per assistere operatori nella valutazione delle capacità di guida dell’utente e nella scelta degli ausili di cui dotare l’automobile” | si propone di realizzare un simulatore di guida innovativo per valutare le capacità dell’utente e gli ausili necessari per ripristinare il massimo livello di autonomia. Al paziente verrà proposta un’esperienza di guida realistica in un ambiente virtuale, che riproduce scenari stradali, elementi di distrazione e imprevisti. In questo contesto, sarà possibile valutare in modo più completo sia le capacità fisiche sia quelle psichiche e cognitive dell’utente, che richiede una patente speciale | in collaborazione con il CNR-STIIMA Istituto di Sistemi e Tecnologie Industriali e Intelligenti | 1.100.000 | È in corso di sviluppo avanzato l’ambiente virtuale del simulatore con l’inserimento di tutte le prove già oggi previste, pur riviste secondo modalità immersive. Si stanno anche concludendo le attività inerenti la piattaforma fisica del simulatore, definita in un’autovettura fiat 500 opportunamente rivista e dotata dei sistemi di misura necessari all’emissione dei report. |
