ITMI20112325A1 - Dispositivo e metodo per la riabilitazione dei movimenti del piede - Google Patents

Description

“Dispositivo e metodo per la riabilitazione dei movimenti del piedeâ€

DESCRIZIONE

[0001] La presente invenzione si riferisce in generale a dispositivi e metodi per la riabilitazione neuromuscolare dei movimenti del piede. In particolare, la presente invenzione riguarda un dispositivo e un metodo per la riabilitazione neuro-muscolare inerente la mobilità della caviglia.

[0002] I dispositivi di riabilitazione noti presentano tipicamente una piattaforma vincolabile al piede di un paziente e collegata a un meccanismo di movimentazione configurato per una mobilizzazione passiva del piede e/o per assistere il paziente durante movimenti attivi (mobilizzazione assistita). Tali dispositivi dovrebbero, nel caso ideale, soddisfare le seguenti esigenze terapeutiche fondamentali:

[0003] - assicurare che sia il movimento passivo sia il movimento attivo dell’apparato muscolo-scheletrico rispetti il movimento fisiologico degli arti e delle articolazioni;

[0004] – controllare, monitorare e/o incrementare l’ampiezza di movimento del piede (la cosiddetta articolarità o “ROM†– range of motion) compatibilmente con i movimenti fisiologici;

[0005] – monitorare l’intensità della forza generata dalla muscolatura dell’arto inferiore e del piede e/o allenare la muscolatura durante la movimentazione del piede.

[0006] Con particolare riferimento alla riabilitazione di pazienti con patologie neurologiche, ad esempio durante riabilitazione post-ictus o di pazienti con lesioni del midollo spinale, dove la finalità à ̈ il recupero del controllo motorio del piede, si presenta l’esigenza di monitorare l’intensità dell’attività muscolare e/o di stimolare la contrazione muscolare.

[0007] Per via della complessità delle articolazioni della caviglia, i dispositivi della tecnica nota non soddisfano le sopraelencate esigenze, in particolare con riferimento al rispetto del movimento fisiologico.

[0008] Lo scopo della presente invenzione à ̈ pertanto quello di mettere a disposizione un dispositivo per la riabilitazione neuromotoria dei movimenti del piede, detto dispositivo avente caratteristiche tali da assicurare un movimento del piede altamente compatibile con il suo movimento fisiologico.

[0009] Questo ed altri scopi vengono conseguiti mediante un dispositivo per la riabilitazione neuromotoria delle articolazioni del piede, il dispositivo comprendente:

[0010] - una base di supporto per l’appoggio del dispositivo su un utilizzo (ad esempio un pavimento, un letto o una sedia);

[0011] - una piattaforma mobile con una superficie di appoggio per l’appoggio della pianta del piede e mezzi di bloccaggio configurati per bloccare il piede alla piattaforma mobile,

[0012] in cui la piattaforma mobile à ̈ vincolata alla base di supporto mediante un meccanismo di movimentazione ad almeno due gradi di libertà rotativi che permette solamente rotazioni della piattaforma rispetto alla base di supporto intorno ad assi tra loro intersecanti in un unico punto che forma un centro di rotazione,

[0013] in cui la superficie di appoggio della piattaforma mobile à ̈ rivolta verso detto centro di rotazione e dista dal centro di rotazione in modo tale che, a piede appoggiato sulla superficie di appoggio e vincolato alla piattaforma mobile, il centro di rotazione sia in corrispondenza della caviglia.

[0014] Grazie al posizionamento del centro di rotazione di tutte le possibili rotazioni della piattaforma mobile in corrispondenza della caviglia, i movimenti rotativi attivi o passivi del piede vincolato alla piattaforma avvengono intorno ad assi di rotazione altamente compatibili con la dorsi- e plantarflessione tibiotarsica e la inversione ed eversione subtalare anatomicamente corretta.

[0015] In accordo con un aspetto dell’invenzione, la piattaforma mobile à ̈ vincolata alla base di supporto mediante un meccanismo di movimentazione a tre gradi di libertà rotativi che permettono solamente rotazioni della piattaforma rispetto alla base di supporto intorno ad assi tra loro intersecanti nel centro di rotazione.

[0016] Il terzo grado di libertà rotativo permette rotazioni tibiali interne o esterne, attive o passive, dell’arto inferiore altamente compatibili con la condizione anatomica naturale. In questo modo à ̈ consentita anche una rotazione del piede attorno ad un asse passante tra anca e caviglia. Una tale rotazione si verifica naturalmente per via dell’accoppiamento del movimento di rotazione tibiale con la rotazione subtalare.

[0017] In accordo con un ulteriore aspetto dell’invenzione, la piattaforma mobile à ̈ vincolata alla base di supporto mediante un meccanismo di movimentazione a cinematica parallela sferica a tre gradi di libertà rotativi. In particolare, la piattaforma mobile à ̈ collegata alla base mediante tre bracci articolati, formati da due segmenti rigidi e tre giunti rotativi i cui assi di rotazione si intersecano tutti nel centro di rotazione, in modo tale che tutti i bracci della catena cinematica così configurata siano vincolati a compiere un movimento sferico intorno allo stesso centro di rotazione.

[0018] La cinematica sferica a tre gradi di libertà consente un supporto passivo della piattaforma mobile ed una sua movimentazione attiva di pura rotazione con una elevata rigidezza intrinseca e, quindi, con un’elevata affidabilità di mantenimento della posizione del centro di rotazione rispetto alla base di supporto ed alla piattaforma mobile.

[0019] In accordo con un’ulteriore aspetto dell’invenzione, il dispositivo comprende una pluralità di attuatori collegati al meccanismo di movimentazione e configurati per muovere la piattaforma mobile (insieme al piede ad essa vincolato) in modo controllato rispetto alla base di supporto.

[0020] Ciò consente sia una mobilizzazione di tipo passivo sia una mobilizzazione attiva assistita con caratteristiche fisiologiche per il training di soggetti ipoattivanti. Una tale movimentazione passiva o assistita può avere finalità di stimolazione neuromuscolare (nel caso di riabilitazione neurologica), di incremento dell’ampiezza della mobilità delle articolazioni (ROM range of motion) e della propriocezione.

[0021] In accordo con un ulteriore aspetto dell’invenzione, il dispositivo comprende mezzi di resistenza collegati al meccanismo di movimentazione e configurati per generare coppie resistenti di grandezza e direzione controllata, dette coppie agenti contro un movimento della piattaforma mobile (insieme al piede ad essa vincolato) rispetto alla base di supporto.

[0022] Ciò permette di allenare l’azione neuromuscolare e stimolare l’intensità della forza muscolare e dei segnali nervosi sia nell’ambito di una riabilitazione neurologica o post-trauma, sia nell’ambito di un allenamento ginnico.

[0023] In accordo con un ulteriore aspetto dell’invenzione, il dispositivo comprende:

[0024] - mezzi sensori associati al meccanismo di movimentazione e configurati per rilevare grandezze indicative della posizione della piattaforma mobile e delle forze trasmesse dal piede alla piattaforma mobile, [0025] - nonché un’unità di controllo collegata con i mezzi sensori e con gli attuatori e/o i mezzi di resistenza, in cui l’unità di controllo à ̈ configurata per azionare gli attuatori e/o i mezzi di resistenza in modo tale da influenzare il movimento della piattaforma mobile in funzione delle grandezze rilevate dai mezzi sensori e di un programma di movimentazione predeterminato.

[0026] Il programma di movimentazione può essere un programma standardizzato di riabilitazione, caricabile su un supporto di memoria interrogabile dall’unità di controllo ed adattabile in accordo con un piano terapeutico specifico stabilito dal medico, oppure un programma di movimentazione selezionabile tra una pluralità di programmi terapeutici contenuti in una banca dati caricata su un supporto di memoria.

[0027] Analogamente, il programma di movimentazione può essere un programma standardizzato di allenamento ginnico, caricabile su un supporto di memoria interrogabile dall’unità di controllo ed adattabile in accordo con un piano di allenamento specifico.

[0028] L’invenzione concerne inoltre un metodo ginnico o di riabilitazione neuromotoria delle articolazioni del piede, il metodo comprendente le fasi:

[0029] - appoggiare la pianta del piede su una superficie di appoggio di una piattaforma mobile ad almeno due gradi di libertà rotativi che permettono solamente rotazioni della piattaforma intorno ad assi tra loro intersecanti in un unico punto che costituisce un centro di rotazione, [0030] - muovere il piede insieme alla piattaforma,

[0031] caratterizzato dal fatto di posizionare e vincolare il piede alla piattaforma mobile in modo tale che detto centro di rotazione sia in corrispondenza della caviglia del piede.

[0032] In accordo con un aspetto dell’invenzione, il metodo prevede la fase di vincolare la mobilità della piattaforma ad una mobilità di pura rotazione a tre gradi di libertà intorno ad assi tra loro intersecanti in un unico punto, mediante un meccanismo a cinematica sferica parallela.

[0033] Per meglio comprendere l'invenzione e apprezzarne i vantaggi, verranno di seguito descritte alcune sue forme di realizzazione a titolo di esempio non limitativo, facendo riferimento alle figure annesse, in cui:

[0034] la figura 1 Ã ̈ una illustrazione schematizzata delle articolazioni del piede umano;

[0035] la figura 2 à ̈ una illustrazione schematizzata delle tre rotazioni principali nella caviglia del piede in accordo con l’anatomia naturale;

[0036] la figura 3 à ̈ una vista dall’alto di un dispositivo per la riabilitazione neuromuscolare delle articolazioni del piede secondo una forma di realizzazione;

[0037] la figura 4 Ã ̈ una vista assonometrica del dispositivo in figura 3;

[0038] la figura 5 à ̈ un’ulteriore vista assonometrica del dispositivo in figura 3;

[0039] la figura 6 Ã ̈ una vista frontale del dispositivo in figura 3;

[0040] la figura 7 Ã ̈ una vista laterale del dispositivo in figura 3 con una piattaforma mobile in due configurazioni di regolazione;

[0041] la figura 8 Ã ̈ una vista laterale del dispositivo in figura 3 con indicata la posizione di un piede vincolato ad una piattaforma mobile del dispositivo;

[0042] la figura 9 Ã ̈ una rappresentazione schematizzata del sistema di controllo e comando del dispositivo secondo una forma di realizzazione.

[0043] Le figure 1 e 2 illustrano le articolazioni della caviglia umana e i movimenti principali del piede umano 1 che risultano dai movimenti relativi tra le ossa formanti queste articolazioni.

[0044] Nell’ambito della presente descrizione, con il termine caviglia 2 si intende l’insieme delle articolazioni formate dalle estremità inferiori della tibia 3 e della fibula, dell’astragalo 4 e del calcagno 5.

[0045] Come illustrato nella figura 2, le articolazioni della caviglia 2 sono interessate dalle seguenti rotazioni:

[0046] - la rotazione tibiale interna o esterna (freccia 24) che avviene intorno ad un asse rotativo passante per il centro del ginocchio ed il centro della caviglia 2;

[0047] - la dorsi- e plantarflessione tibio-tarsica (freccia 25), comunemente nota come articolazione della caviglia. Tale rotazione à ̈ il risultato di uno scorrimento relativo tra le superfici inferiori di tibia 3 e fibula e la superficie superiore dell’astragalo 4, che determina una rotazione attorno ad un asse normale al piano sagittale e passante per il malleolo mediale ed il malleolo laterale. La conformazione delle ossa che costituiscono l’intera articolazione determinano un’inclinazione variabile dell’asse intorno al quale avviene la dorsi- e plantarflessione tibio-tarsica rispetto al piano sagitale in funzione dell’angolo di dorsi/plantarflessione. Tuttavia, la variazione dell’inclinazione dell’asse di flessione ed estensione del piede può essere anch’essa modellata come una rotazione dell’asse attorno ad un punto disposto sull’asse stesso ed all’interno della caviglia 2.

[0048] – l’inversione/eversione sub talare (freccia 26) risultante da uno scorrimento tra l’astragalo 4 ed il calcagno 5. L’inversione/eversione sub talare determina una rotazione attorno ad un asse appartenente al piano sagittale, la cui direzione à ̈ orientata circa come la bisettrice dei piani frontale e trasversale.

[0049] Dal punto di vista anatomico gli assi di rotazione descritti non risultano esattamente intersecanti, ma, secondo l’invenzione, tali assi di rotazione possono essere approssimati come intersecanti tra loro in un unico punto (centro ipotetico di rotazione 6) sia a fini riabilitativi sia per un allenamento ginnico.

[0050] Secondo un aspetto dell’invenzione, la posizione del centro ipotetico di rotazione 6 può essere approssimata con il punto medio del segmento di minima distanza tra tali assi, posizionato circa al centro, in particolare a metà altezza dell’astragalo 4 (Figura 1).

[0051] Partendo dall’idea di una presunta intersezione di tutti e tre gli assi di rotazione del piede in un unico punto (centro ipotetico di rotazione 6) nella caviglia 2, à ̈ nata l’ulteriore idea di guidare o movimentare il piede mediante un movimento di sole rotazioni intorno ad assi intersecanti in un unico punto P (centro di rotazione guidata) posizionato, almeno approssimativamente, in corrispondenza del centro ipotetico di rotazione 6 del piede stesso. Il risultato di tale approccio à ̈ una sorprendente compatibilità della movimentazione guidata o assistita o “impressa†dall’esterno al piede 1, con i movimenti anatomicamente corretti.

[0052] Le figure da 3 a 7 mostrano un dispositivo 7 per la riabilitazione neuromotoria delle articolazioni del piede 1. Il dispositivo 7 comprende una base di supporto 8 per l’appoggio o il montaggio del dispositivo 7 su un utilizzo (ad esempio un pavimento, un letto o una sedia), nonché una piattaforma mobile 9 con una superficie di appoggio 10 per l’appoggio della pianta del piede 1. La piattaforma mobile 9 à ̈ inoltre dotata di mezzi di bloccaggio 11 configurati per bloccare il piede 1 alla piattaforma mobile 9. La piattaforma mobile 9 à ̈ vincolata alla base di supporto 8 mediante un meccanismo di movimentazione 12 ad almeno due gradi di libertà rotativi che permette solamente rotazioni della piattaforma mobile 9 rispetto alla base di supporto 8 intorno ad assi 13, 14, 15 tra loro intersecanti in un unico punto che forma un centro di rotazione P. La superficie di appoggio 10 della piattaforma mobile 9 à ̈ rivolta verso tale centro di rotazione P e dista dal centro di rotazione P in modo tale che, a piede 1 appoggiato sulla superficie di appoggio 10 e vincolato alla piattaforma mobile 9, il centro di rotazione P sia in corrispondenza della caviglia 2 del piede stesso.

[0053] Grazie al posizionamento del centro di rotazione P di tutte le possibili rotazioni della piattaforma mobile 9 in corrispondenza della caviglia 2, i movimenti rotativi attivi o passivi del piede 1 vincolato alla piattaforma 9 avvengono intorno ad assi di rotazione altamente compatibili con la dorsi- e plantarflessione tibio-tarsica e la inversione- ed eversione subtalare anatomicamente corrette.

[0054] In accordo con una forma di realizzazione, il meccanismo di movimentazione 12 à ̈ un meccanismo a tre gradi di libertà rotativi che permettono solamente rotazioni della piattaforma 9 rispetto alla base di supporto 8 intorno ad assi 13, 14, 15 tra loro intersecanti nel centro di rotazione P. La previsione di tre gradi di libertà rotativi permette ad esempio anche le rotazioni tibiali interne o esterne, attive o passive, dell’arto inferiore in modo altamente compatibile con la condizione anatomica naturale.

[0055] In accordo con una forma di realizzazione vantaggiosa, la piattaforma mobile 9 à ̈ vincolata alla base di supporto 8 mediante un meccanismo di movimentazione 12 a cinematica parallela sferica a tre gradi di libertà rotativi. In particolare, la piattaforma mobile 9 à ̈ collegata alla base di supporto 8 mediante tre bracci articolati 16, 17, 18, formati rispettivamente da due segmenti rigidi 19, 20 e tre giunti rotativi 21, 22, 23 i cui assi di rotazione si intersecano tutti nel centro di rotazione P, in modo tale che tutti i bracci 16, 17, 18 della catena cinematica così configurata siano vincolati a compiere un movimento sferico intorno allo stesso centro di rotazione P.

[0056] La cinematica sferica a tre gradi di libertà consente un supporto passivo della piattaforma mobile 9 ed una sua movimentazione attiva di pura rotazione con una elevata rigidezza intrinseca e, quindi, con un’elevata affidabilità di mantenimento della posizione del centro di rotazione P rispetto alla base di supporto 8 ed alla piattaforma mobile 9.

[0057] In accordo con una forma di realizzazione, ciascun braccio articolato 16, 17, 18 comprende un primo segmento rigido 19 vincolato alla base di supporto 8 (mediante un primo giunto 21) in modo girevole e, vantaggiosamente, attuabile in rotazione, intorno ad un solo asse di attuazione 13, 14, 15 che passa attraverso il centro di rotazione P, mentre risultano impedite rotazioni relative intorno ad assi diversi dall’asse di attuazione 13 e qualsiasi traslazione relativa tra il primo segmento rigido 19 e la base di supporto 8. Un tale vincolo di pura rotazione intorno ad un solo asse può essere realizzato ad esempio mediante un supporto girevole con un cuscinetto volvente a rulli cilindrici o con due cuscinetti volventi a sfere distanziati in direzione dell’asse di attuazione 13.

[0058] Un secondo segmento rigido 20 può essere vincolato al primo segmento rigido 19 (mediante un secondo giunto 22 intermedio) in modo girevole e folle intorno ad un solo asse di articolazione intermedia 27 che passa attraverso il centro di rotazione P, mentre risultano impedite rotazioni relative intorno ad assi diversi dall’asse di articolazione intermedia 27 e qualsiasi traslazione relativa tra il secondo segmento rigido 20 ed il primo segmento 19. Un tale vincolo di pura rotazione intorno ad un solo asse può essere realizzato ad esempio mediante un collegamento girevole con un cuscinetto volvente a rulli cilindrici o con due cuscinetti volventi a sfere distanziati in direzione dell’asse di articolazione intermedia 27.

[0059] La piattaforma mobile 9 può essere vincolata al secondo segmento rigido 20 (mediante un terzo giunto 23) in modo girevole e folle intorno ad un solo terzo asse di articolazione 28 che passa attraverso il centro di rotazione P, mentre risultano impedite rotazioni relative intorno ad assi diversi dal terzo asse di articolazione 28 e qualsiasi traslazione relativa tra la piattaforma mobile 9 ed il secondo segmento rigido 20. Un tale vincolo di pura rotazione intorno ad un solo asse può essere realizzato ad esempio mediante un collegamento girevole con un cuscinetto volvente a rulli cilindrici o con due cuscinetti volventi a sfere distanziati in direzione del terzo asse di articolazione 28.

[0060] Il risultato à ̈ un meccanismo di movimentazione 12 con tre bracci 16, 17, 18, in cui ciascun braccio realizza una catena cinematica di tipo RRR (Rotazione attuata - Rotazione folle – Rotazione folle).

[0061] Al fine di facilitare l’assemblaggio e per limitare gli sforzi interni di una tale struttura iperstatica, à ̈ inoltre possibile realizzare il giunto intermedio 22 o, alternativamente, il terzo giunto 23 come giunto sferico di sola rotazione sferica intorno ad un punto del giunto stesso, al fine di ottenere bracci 16, 17, 18 che realizzano catene cinematiche di tipo RRS (Rotazione attuata - Rotazione folle – Rotazione sferica folle) o RSR (Rotazione attuata - Rotazione sferica folle – Rotazione folle).

[0062] In accordo con una forma di realizzazione, il meccanismo di movimentazione 12 à ̈ configurato in modo tale che almeno i primi segmenti rigidi 19 di tutti i bracci 16, 17, 18 restano sempre all’interno di una sola semisfera sviluppata intorno al centro di rotazione P o, in altre parole, essi restano sempre all’interno di una sola metà di una sfera sviluppata intorno al centro di rotazione P.

[0063] Vantaggiosamente, entrambi i segmenti rigidi 19, 20 di tutti i bracci 16, 17, 18 restano sempre all’interno di una sola semisfera sviluppata intorno al centro di rotazione P o, in altre parole, essi restano sempre all’interno di una sola metà di una sfera sviluppata intorno al centro di rotazione P.

[0064] Ancora più vantaggiosamente (Figure 6, 7), la base di supporto 8 e l’intero meccanismo di movimentazione 12 contenente entrambi i segmenti rigidi 19, 20 e i tre giunti rotativi 21, 22, 23 di tutti i bracci 16, 17, 18 restano sempre all’interno di una sola semisfera sviluppata intorno al centro di rotazione P o, in altre parole, essi restano sempre all’interno di una sola metà di una sfera sviluppata intorno al centro di rotazione P.

[0065] Grazie al posizionamento delle parti mobili del meccanismo di movimentazione su un solo lato di un piano passante attraverso il centro di rotazione P, la superficie di appoggio 10 della piattaforma mobile 9 à ̈ agevolmente accessibile e si ovvia ad una indesiderata interferenza tra il piede e la gamba dell’utente ed il meccanismo di movimentazione 12.

[0066] In accordo con una forma di realizzazione vantaggiosa, ciascuno dei tre assi di attuazione 13, 14, 15 definisce con gli altri due assi un angolo di 90°.

[0067] Al fine di poter adattare il dispositivo 7 a forme e dimensioni di piedi differenti e consentire sempre il posizionamento del centro di rotazione P in corrispondenza della caviglia 5, il dispositivo 7 stesso à ̈ dotato di mezzi di regolazione della posizione della superficie di appoggio 10 rispetto al centro di rotazione P.

[0068] In accordo con una forma di realizzazione, i mezzi di regolazione comprendono mezzi di regolazione angolare configurati per regolare almeno un angolo (possibilmente due o tre angoli) di orientamento della superficie di appoggio 10 rispetto alla piattaforma mobile 9 e per bloccare la superficie di appoggio 10 nella posizione angolare regolata rispetto alla piattaforma 9. Vantaggiosamente, almeno un’asse di regolazione angolare 31 dei mezzi di regolazione angolare interseca il centro di rotazione P del dispositivo 7.

[0069] Ciò permette ad esempio di adattare la superficie di appoggio 10 ad una diversa inclinazione del piede a seconda della posizione (ad es. seduta, sdraiata o in piedi) dell’utente.

[0070] A titolo di esempio non limitativo, la superficie di appoggio 10 può essere formata da una piastra di appoggio 32 alla quale sono collegate due pareti laterali 33 che a loro volta sono incernierate a due montanti 30 della piattaforma mobile 9. Le cerniere 34 tra i montanti 30 e le pareti laterali 33 della piastra di appoggio 32 possono essere realizzate mediante collegamenti a bullone e definiscono il suddetto asse di regolazione angolare 31. Il bloccaggio della piastra di appoggio 32 nella posizione angolare scelta può avvenire tramite stringimento dei bulloni che formano la cerniera oppure tramite un perno di bloccaggio 35 collegato al montante 30 ed inseribile in un foro selezionabile di una pluralità di fori di bloccaggio 36 formati nella parete laterale 33 o vice versa.

[0071] In accordo con una forma di realizzazione, i mezzi di regolazione comprendono mezzi di regolazione traslatoria configurati per regolare la distanza tra la superficie di appoggio 10 ed il centro di rotazione (P) e per bloccare la superficie di appoggio 10 alla distanza regolata.

[0072] A tal fine, le pareti laterali 33 possono essere collegate in modo spostabile e bloccabile alla piastra di appoggio 32. Alternativamente possono essere previsti uno o più spessori appoggiabili sulla piastra di appoggio 32 o ad essa collegabili in modo tale da regolare la distanza tra il centro di rotazione P e la pianta del piede appoggiato sugli spessori.

[0073] In accordo con una forma di realizzazione, il dispositivo comprende una pluralità di attuatori 37 collegati al meccanismo di movimentazione 12 e configurati per muovere la piattaforma mobile 9 (insieme al piede 1 ad essa vincolato) in modo controllato rispetto alla base di supporto 8. Gli attuatori 37 possono comprendere motori elettrici, ad esempio motori brushless senza o con demoltiplicatore (motoriduttore), collegati direttamente (“direct drive†) o mediante una trasmissione, ad esempio a cinghia, ingranaggio, catena ecc., ai bracci 16, 17, 18, in particolare al primo segmento rigido 19 (attuato) di ciascun braccio in modo tale da poterlo muovere intorno al rispettivo asse di attuazione 13, 14, 15.

[0074] Gli attuatori 37 sono azionabili in modo controllato ed in base ad un piano terapeutico tramite un’unità di controllo (ad es. un computer con interfaccia utente, processore e memoria) collegata ad esempio ad amplificatori di potenza 38 (drivers) che alimentano i motori elettrici.

[0075] Ciò consente una movimentazione passiva o attiva assistita del piede 1, ad esempio in presenza di stimolo neuromuscolare insufficiente, in conformità con le condizioni anatomiche naturali. Una tale movimentazione passiva o asservita può avere finalità di stimolazione neuromuscolare (nel caso di riabilitazione neurologica), di incremento dell’ampiezza della mobilità delle articolazioni della caviglia (nel caso di riabilitazione post-trauma) o di insegnamento di specifici cicli di movimenti e/o di allungamenti specifici nell’ambito di un allenamento ginnico.

[0076] Secondo un’ulteriore forma di realizzazione, il dispositivo 7 comprende mezzi di resistenza 37 collegati al meccanismo di movimentazione 12 e configurati per generare coppie resistenti di grandezza e direzione controllata, in cui tali coppie agiscono contro un movimento della piattaforma mobile 9 (insieme al piede 1 ad essa vincolato) rispetto alla base di supporto 8. Vantaggiosamente, i mezzi di resistenza 37 sono realizzati dagli stessi attuatori 37 che sono quindi previsti per una movimentazione passiva del piede e per resistere in modo pianificato ed interattivo e, quindi, stimolare l’azione neuromuscolare attiva dell’arto.

[0077] In accordo con un’ulteriore forma di realizzazione, il dispositivo 7 comprende mezzi sensori 39 associati al meccanismo di movimentazione 12 e configurati per rilevare grandezze indicative della posizione della piattaforma mobile 12 e delle sollecitazioni (in particolare momenti) trasmesse dal piede 1 alla piattaforma mobile 9. L’unità di controllo 40 à ̈ collegata con i mezzi sensori 39 e con gli attuatori e/o i mezzi di resistenza 37 e configurata per azionare gli attuatori e/o i mezzi di resistenza 37 in modo tale da influenzare il movimento della piattaforma mobile 9 in funzione delle grandezze rilevate dai mezzi sensori 39 e di un programma di movimentazione predeterminato.

[0078] I mezzi sensori 39 possono essere realizzati dai motori elettrici (ad esempio motori brushless) con encoder (ad esempio ad effetto Hall) che forniscono all’unità di controllo 40 segnali indicativi della posizione angolare, velocità angolare, e delle grandezze elettriche dei motori, in base ai quali l’unità di controllo calcola le sollecitazioni della piattaforma mobile 9 e pilota l’azionamento degli attuatori 37 stessi. Al fine di assicurare una ridondanza di controllo, possono essere previsti sensori di posizione ausiliari 41 e/o sensori ausiliari di carico meccanico 41, ad esempio uno o più encoder potenziometrici collegati al meccanismo di movimentazione 12 ed adatti a rilevare la posizione angolare tra i bracci 16, 17, 18 e la piattaforma mobile 9, nonché sensori di coppia applicati ai giunti di attuazione 21 e configurati per rilevare le coppie agenti su di essi. Anche i sensori ausiliari 41, 42 sono collegati in comunicazione di segnale con l’unità di controllo 40, la quale pilota gli attuattori 37 in funzione delle grandezze rilevate dai mezzi sensori 39 e dai sensori ausiliari di posizione 41 e di carico meccanico 42, nonché del programma di movimentazione caricato nella memoria del computer.

[0079] In accordo con un’ulteriore forma di realizzazione, il dispositivo 7 comprende un elettromiografo 45 collegato in comunicazione di segnale con l’unità di controllo 40 ed avente una pluralità di elettrodi 46 di superficie o ad ago applicabili alla muscolatura dell’arto inferiore, in modo tale da captare ed amplificare impulsi neuromuscolari anche nel caso in cui tali impulsi non determinano sollecitazioni e/o spostamenti della piattaforma mobile 9 rilevabili mediante i sensori 39, 41, 42 descritti in precedenza.

[0080] In questa forma di realizzazione, l’unità di controllo 40 può essere configurata per pilotare gli attuatori 37 in funzione anche dei segnali trasmessi dall’elettromiografo 45, vale a dire in funzione degli impulsi neuromuscolari rilevati mediante gli elettrodi 46. Ciò permette ad esempio di muovere il piede di un paziente in funzione degli impulsi neuromuscolari rilevati (essendo gli stimoli neuromuscolari rappresentativi dell’attività muscolare) in modo tale da stimolare l’intensità dell’impulso stesso e da “reinsegnare†i movimenti anatomicamente corretti associati a tali stimoli neuromuscolari. Ciò favorisce un recupero del controllo motorio selettivo e di una corretta temporizzazione dell’attivazione neuromuscolare.

[0081] In accordo con un’ulteriore forma di realizzazione, il dispositivo 7 comprende un elettrostimolatore 47 collegato in comunicazione di segnale con l’unità di controllo 40 ed avente una pluralità di elettrodi 48 di superficie o ad ago applicabili alla muscolatura dell’arto inferiore, in modo tale da applicare impulsi elettrici di stimolazione alla muscolatura. L’elettrostimolatore 47 à ̈ adatto a generare gli impulsi elettrici di stimolazione in funzione di segnali di commando ricevuti dall’unità di controllo 40, la quale pilota elettrostimolatore 47 e gli attuatori 37 in base ad un programma di riabilitazione predefinito.

[0082] Gli attuatori 37 possono essere pilotati utilizzando un metodo di controllo basato sul calcolo cinematico inverso per i meccanismi a cinematica sferica parallela. Il metodo di controllo non forma oggetto della presente invenzione in quanto noto nel settore della robotica. Le equazioni della cinematica diretta e inversa per pilotare gli attuatori di meccanismi a cinematica sferica parallela sono state pubblicate ad esempio dall’Università di Laval, Quebec City, Canada. Il software di controllo può implementare, ad esempio, i metodi e principi descritti nelle pubblicazioni "On the development of the Agile Eye," Robotics & Automation Magazine, IEEE , vol.3, no.4, pp.29-37, Dec 1996, nonché “On the kinematic design of spherical three-degrees-offreedom parallel manipulators†, International Journal of Robotics Research 12(4):394–402.

[0083] Il programma di movimentazione può essere un programma standardizzato di riabilitazione, caricabile su un supporto di memoria interrogabile dall’unità di controllo 40 ed adattabile in accordo con un piano terapeutico specifico stabilito dal medico, oppure un programma di movimentazione selezionabile tra una pluralità di programmi terapeutici contenuti in una banca dati caricata su un supporto di memoria.

[0084] Analogamente, il programma di movimentazione può essere un programma di allenamento ginnico, caricabile su un supporto di memoria ed interrogabile dall’unità di controllo 40 ed adattabile in accordo con un piano di allenamento specifico.

[0085] In accordo con una forma di realizzazione, la base di supporto 8 può comprendere un telaio rigido, ad esempio anulare, sostanzialmente piano, che supporta i giunti di attuazione 21 del meccanismo di movimentazione 12 e gli attuatori 37 con i relativi amplificatori di potenza (drivers) 38. La base di supporto 8 può anch’essa comprendere mezzi di regolazione, ad esempio tre piedini 43 regolabili in altezza, per la regolazione della posizione relativa tra la base di supporto 8 ed un pavimento.

[0086] In accordo con un’ulteriore forma di realizzazione, la base di supporto 8 può inoltre comprendere mezzi di fissaggio, ad esempio una staffa di fissaggio con viti di stringimento (non illustrati nelle figure) per il fissaggio rigido del dispositivo 7 ad un utilizzo, ad esempio una sedia o un letto.

[0087] I mezzi di bloccaggio 11 possono comprendere fascette di stringimento fissate alla piastra di appoggio 32 e configurate per essere avvolgibili intorno ad un piede appoggiato sulla superficie di appoggio per bloccare il piede a quest’ultima.

[0088] La base di supporto 8, i bracci articolati 16, 17, 18, la piattaforma mobile 9 e la piastra di appoggio 32 possono essere realizzate in metallo, ad esempio alluminio, o in materiale sintetico eventualmente rinforzato di fibre, nonché in materiale composito, ad esempio una matrice di carbonio rinforzata di fibre di carbonio o di vetro. In questo modo à ̈ possibile conciliare un’elevata rigidezza con un peso basso che favorisce la trasportabilità del dispositivo 7.

[0089] Il meccanismo di movimentazione à ̈ vantaggiosamente coperto mediante una pellicola flessibile o un tessuto pieghevole 44 collegato alla base di supporto 8 ed alla piattaforma mobile 9.

[0090] Il dispositivo 7 fin qui descritto presenta numerosi vantaggi. Esso permette sia la movimentazione continua passiva (CPM) sia la cooperazione tra il paziente ed il meccanismo di movimentazione 12 basata sulla misura delle forze scambiate tra il piede 1 e la piattaforma mobile 9, assicurando una elevata compatibilità dei movimenti eseguiti con le caratteristiche anatomiche naturali. In questo modo, il dispositivo 7 agisce come un esoscheletro per il piede, rispettando la sua reale mobilità ed evitando possibili movimenti compensatori da parte del paziente. Ciò permette di agire sulle articolazioni, sui fasci muscolari e sull’apparato neurologico in modo focalizzato e favorisce un recupero neuro-funzionale anche grazie alla maggiore partecipazione del paziente alla terapia.

[0091] Come già accennato in precedenza e più volte evidenziato durante la descrizione del dispositivo 7, l’invenzione concerne inoltre un metodo ginnico o di riabilitazione neuromotoria delle articolazioni del piede, il metodo comprendente le fasi:

[0092] - appoggiare la pianta del piede su una superficie di appoggio di una piattaforma mobile avente almeno due gradi di libertà rotativi che permettono solamente rotazioni della piattaforma intorno ad assi tra loro intersecanti in un unico punto che forma un centro di rotazione,

[0093] - muovere il piede insieme alla piattaforma mobile, [0094] caratterizzato dal fatto di posizionare e vincolare il piede alla piattaforma mobile in modo tale che detto centro di rotazione sia in corrispondenza della caviglia del piede.

[0095] Vantaggiosamente, il metodo comprende appoggiare la pianta del piede su una superficie di appoggio di una piattaforma mobile avente una mobilità di pura rotazione a tre gradi di libertà intorno ad assi tra loro intersecanti in un unico punto formando detto centro di rotazione. Ulteriori fasi e caratteristiche del metodo di riabilitazione e/o ginnico sono state descritte insieme alla descrizione del funzionamento del dispositivo 7 e non vengono qui ripetute per economia di esposizione.

[0096] Ovviamente, al dispositivo ed al metodo secondo la presente invenzione, un tecnico del ramo, allo scopo di soddisfare esigenze contingenti e specifiche, potrà apportare ulteriori modifiche e varianti, tutte peraltro contenute nell’ambito di protezione dell’invenzione, quale definito dalle seguenti rivendicazioni.

Claims (12)

1. Rivendicazioni 1. Dispositivo (7) per la riabilitazione dei movimenti del piede, detto dispositivo comprendente: - una base di supporto (8) per l’appoggio o il montaggio del dispositivo (7) su un utilizzo, - una piattaforma mobile (9) con una superficie di appoggio (10) per l’appoggio della pianta del piede (1) e mezzi di bloccaggio (11) configurati per bloccare il piede (1) alla piattaforma mobile (9), in cui la piattaforma mobile (9) à ̈ vincolata alla base di supporto (8) mediante un meccanismo di movimentazione (12) di pura rotazione con almeno due gradi di libertà rotativi intorno ad assi (13, 14, 15) tra loro intersecanti in un unico punto che forma un centro di rotazione (P), caratterizzato dal fatto che la superficie di appoggio (10) della piattaforma mobile (9) à ̈ rivolta verso detto centro di rotazione (P) e dista dal centro di rotazione (P) in modo tale che il centro di rotazione (P) sia posizionabile in corrispondenza della caviglia (2) del piede (1) appoggiato sulla superficie di appoggio (10).
2. 2. Dispositivo (7) secondo la rivendicazione 1, in cui il meccanismo di movimentazione (12) comprende un meccanismo a tre gradi di libertà rotativi che permettono solamente rotazioni della piattaforma (9) rispetto alla base di supporto (8) intorno ad assi (13, 14, 15) tra loro intersecanti nel centro di rotazione (P).
3. 3. Dispositivo (7) secondo la rivendicazione 1 o 2, in cui il meccanismo di movimentazione (12) à ̈ un meccanismo a cinematica parallela sferica a tre gradi di libertà rotativi, in cui la piattaforma mobile (9) à ̈ collegata alla base di supporto (8) mediante tre bracci articolati (16, 17, 18), formati da rispettivamente due segmenti rigidi (19, 20) e tre giunti rotativi (21, 22, 23) i cui assi di rotazione si intersecano tutti nel centro di rotazione (P).
4. 4. Dispositivo (7) secondo la rivendicazione 3, in cui entrambi i segmenti rigidi (19, 20) di tutti i bracci (16, 17, 18) restano sempre all’interno di una sola semisfera sviluppata intorno al centro di rotazione (P).
5. 5. Dispositivo (7) secondo la rivendicazione 3, in cui la base di supporto (8) e l’intero meccanismo di movimentazione (12) contenente entrambi i segmenti rigidi (19, 20) e i tre giunti rotativi (21, 22, 23) di tutti i bracci (16, 17, 18) restano sempre all’interno di una sola semisfera sviluppata intorno al centro di rotazione (P).
6. 6. Dispositivo (7) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, comprendente mezzi di regolazione della posizione della superficie di appoggio (10) rispetto al centro di rotazione (P).
7. 7. Dispositivo (7) secondo la rivendicazione 6, in cui i mezzi di regolazione comprendono mezzi di regolazione angolare configurati per regolare almeno un angolo di orientamento della superficie di appoggio (10) rispetto alla piattaforma mobile (9) e per bloccare la superficie di appoggio (10) in detta posizione angolare regolata.
8. 8. Dispositivo (7) secondo la rivendicazione 6 o 7, in cui i mezzi di regolazione comprendono mezzi di regolazione traslatoria configurati per regolare la distanza tra la superficie di appoggio (10) ed il centro di rotazione (P) e per bloccare la superficie di appoggio (10) alla distanza regolata.
9. 9. Dispositivo (7) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, comprendente: - una pluralità di attuatori (37) collegati al meccanismo di movimentazione (12) e configurati per muovere la piattaforma mobile (9) in modo controllato rispetto alla base di supporto (8), - mezzi sensori (39) associati al meccanismo di movimentazione (12) e configurati per rilevare grandezze indicative della posizione della piattaforma mobile (12) e delle sollecitazioni trasmesse alla piattaforma mobile (9), - un’unità di controllo (40) in comunicazione di segnale con gli attuatori (37) e con i mezzi sensori (39) e configurata per comandare gli attuatori (37) in modo tale da influenzare il movimento della piattaforma mobile (9) in funzione dei segnali trasmessi dai mezzi sensori (39) e di un programma di movimentazione predeterminato.
10. 10. Dispositivo (7) secondo la rivendicazione precedente, comprendente un elettromiografo (45) con una pluralità di elettrodi (46) applicabili ad una muscolatura, detto elettromiografo (45) essendo adatto a captare ed amplificare impulsi neuromuscolari di detta muscolatura, in cui l’unità di controllo (40) à ̈ in comunicazione di segnale con detto elettromiografo (45) e configurata per comandare gli attuatori (37) in modo tale da influenzare il movimento della piattaforma mobile (9) in funzione degli impulsi neuromuscolari rilevati dall’elettromiografo (45).
11. 11. Dispositivo (7) secondo la rivendicazione 9 o 10, comprendente un elettrostimolatore (47) collegato in comunicazione di segnale con l’unità di controllo (40) ed adatto per applicare impulsi elettrici di stimolazione alla muscolatura, in cui l’elettrostimolatore (47) genera impulsi elettrici di stimolazione in funzione di segnali di commando ricevuti dall’unità di controllo (40) e l’unità di controllo (40) à ̈ configurata per pilotare l’elettrostimolatore (47) e gli attuatori (37) in base ad un programma di riabilitazione predefinito.
12. 12. Dispositivo (7) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, comprendente mezzi di resistenza (37) collegati al meccanismo di movimentazione (12) e configurati per generare coppie resistenti di grandezza e direzione controllata, in cui tali coppie agiscono contro un movimento della piattaforma mobile (9) rispetto alla base di supporto (8).