- M. N. Caravassilis ed E.
Fabrizi
-
Progetto
VIDET: robotica e realtà virtuale in un
sistema di ausilio per videolesi- C. D.Bonivento, Di Stefano, M. Ferri, C.
Melchiorri, G. Vassura
-
- Piattaforma integrata
piezo-dinamometrica per una più completa
analisi di sottoaree del piede
- Claudia Giacomozzi
-
- Sistema di
guida per carozzina elettrica per
tetraplegici gravi
- M. Bozzetti, M. Getuli, E.
Habib, A. Papa
-
- Il bastone multifunzione
- Radice Simona
-
- Apparecchi acustici digitali
- Stefano Tomassetti
-
- Riabilitazione della
deambulazione mediante dispositivi di allevio
del peso corporeo
- Marina Torre
Abstracts
Un sistema di guida per sedie a
rotelle basato sui movimenti della testa
Nell’intervento verrà descritto un nuovo
sistema di guida che è stato studiato e realizzato
per estendere la capacità di conduzione di sedie a
rotelle. Tale dispositivo permette di impartire
comandi direzionali di tipo continuo, attraverso il
movimento della testa. Insieme al joystick e ai
comandi vocali rappresenta l’interfaccia offerta
all’utente per il controllo del veicolo nella
modalità di guida convenzionale. Il joystick può
essere sicuramente considerato il dispositivo più
naturale e più adatto per lo scopo ma esistono varie
categorie di persone disabili che non possono farne
uso come ad esempio i tetraplegici. I comandi di tipo
vocale, a loro volta, rappresentano una soluzione di
facile implementazione, sicuramente accessibile alla
maggior parte degli utenti disabili, ma hanno lo
svantaggio di essere comandi di natura discreta. Il
dispositivo di guida proposto , invece, genera un
comando direzionale proporzionale alla misura della
pressione esercitata dalla testa su appositi
cuscinetti montati a bordo della carrozzella e
presenta il vantaggio di essere facilmente
integrabile con altri dispositivi. Inoltre la sua
semplicità realizzativa soddisfa l’importante
specifica di essere un progetto a basso costo.
M. Caravassilis ed E. Fabrizi
-Università degli Studi di Roma Tre Dipartimento di
Informatica e Automazione
Progetto VIDET:
robotica e realtà virtuale in un sistema di ausilio
per videolesi
Presso l’Università di Bologna è attivo un
progetto di ricerca interdisciplinare denominato
VIDET (VIdeo DEcodificatore Tattile) volto allo
studio e alla realizzazione di un prototipo di
dispositivo di supporto alla mobilità di persone
videolese. Il prototipo attualmente in fase di
sviluppo consiste in uno zaino con un supporto
rigido, sul quale sono alloggiati: un elaboratore
portatile che controlla tutte le funzionalità del
sistema, una coppia di telecamere, un dispositivo
robotico di ritorno di forza. Le telecamere, situate
al di sopra delle spalle dell’utente,
acquisiscono una coppia di immagini stereo; da queste
viene calcolata una mappa di profondità associata
alla porzione di scena inquadrata. I dati 3D ottenuti
vengono opportunamente scalati e mappati nello spazio
di lavoro del sistema (posizionato frontalmente
rispetto al dispositivo, cioè nella zona facilmente
raggiungibile da una mano dell'utente); infine essi
vengono interpolati mediante una tecnica nota come
triangolazione di Delaunay. Si viene quindi a creare
una superficie virtuale, simile ad un bassorilievo
che replica la porzione di scena osservata. Il
dispositivo robotico (detto "WireMan", Wire
Manipulator) rende tangibile la superficie virtuale.
Esso è costituito da un ditale collegato a tre cavi
tensionati attuati in parallelo, fissati al telaio in
corrispondenza delle spalle e di un fianco
dell’utente. L’utente inserisce un dito nel
ditale ed esplora lo spazio di lavoro; WireMan
reagisce bloccando i cavi quando il dito
dell’utente incontra la superficie virtuale. La
sensazione che ne risulta è quella di una superficie
solida su cui l’utente può far scorrere il
dito. L’utente è dunque in grado di esplorare
l’ambiente antistante, toccandone una replica
virtuale in scala. Attualmente, lo scopo previsto è
principalmente quello del rilevamento di ostacoli, ma
si prevede che si possa in seguito migliorare la
risoluzione per fornire all’utente una
descrizione tattile abbastanza dettagliata
dell’ambiente che lo circonda. Un’utile
aggiunta consiste nella resa tattile del colore, già
in fase sperimentale. Essa viene fornita sotto forma
di vibrazioni ai polpastrelli delle dita non
impegnate dal ditale. In conclusione, il VIDET conta
sulla elevata capacità di utilizzo del tatto nei non
vedenti, per fornire loro informazioni
sull’ambiente circostante al di là della
portata naturale del braccio o del bastone. Si
differenzia da altri ausilî (acustici, o anche
tattili, ma in due dimensioni) per il fatto che
l’informazione viene offerta in modo molto più
diretto. Riteniamo che possa risultare efficace - con
diverse modalità interpretative e diversi tipi di
addestramento - sia per persone che hanno memoria
delle sensazioni visive, sia per quelle che non
l’hanno, ed anche per ipovedenti.
C. Bonivento*, L. Di Stefano*, M.
Ferri**, C. Melchiorri*, G. Vassura† - Università
di Bologna * DEIS-LAR, Dip. Elettronica, Informatica
e Sistemistica † DIEM, Dip.
Ingegneria Meccanica,** Dip. di Matematica
Piattaforma integrata
piezo-dinamometrica per una più completa analisi di
sottoaree del piede
Presso il Laboratorio di Ingegneria Biomedica
dell’Istituto Superiore di Sanita’ e’
stato costruito uno strumento integrato a partire
dalla sovrapposizione di una pedana di pressione,
costruita ad hoc nel laboratorio stesso sfruttando
una tecnologia gia’ collaudata e basata su
matrici di sensori piezo-resistivi, su una
piattaforma di forza commerciale. La ridondanza di
alcune informazioni, quali la reazione verticale e la
posizione del suo punto di applicazione, ha permesso
una accurata calibrazione dei due strumenti, in
particolare della pedana di pressione. Relativamente
a tutto l’appoggio, lo strumento misura
accuratamente le tre componenti della forza di
reazione, il suo punto di applicazione, il momento
libero, la localizzazione dell’impronta e la
distribuzione spaziale delle pressioni su tutta
l’area di contatto. In base alle informazioni
fornite dalla pedana di pressione, si calcolano
inoltre accuratamente le componenti verticali locali
della reazione. A partire da queste e dalle
componenti di taglio globali, e applicando un modello
basato sulla proporzionalita’ delle forze di
taglio locali alle reazioni verticali locali, si
riescono a stimare anche tali componenti di taglio
locali e il momento libero; in questo modo e’
possibile caratterizzare completamente dal punto di
vista dinamico una qualunque sottoarea del piede. A
partire dallo strumento integrato, quindi, e’
possible generare tante piccole piattaforme di forza
virtuali, di qualunque forma e dimensione, rilocabili
a piacere sotto il piede. Questa e’ una
peculiarita’ dello strumento che suscita
notevole interesse sia in ambito clinico che in studi
biomeccanici dei segmenti del piede. Per poter
sfruttare pienamente le potenzialita’ di questo
strumento integrato, sono stati implementati alcuni
metodi per l’identificazione delle sottoaree di
interesse, in particolare un criterio di selezione
manuale e un criterio, piu’ automatico, basato
sulle caratteristiche geometriche dell’impronta.
Il criterio di selezione manuale risulta piu’
affidabile in caso di appoggi anomali ed e’
particolarmente efficace nella selezione di sottoaree
del piede ben identificabili, mentre il secondo
e’ chiaramente piu’ oggettivo, quindi
garantisce maggiore ripetibilita’ in tutte le
situazioni in cui si trattano impronte complete. La
piattaforma integrata, e le procedure di selezione
sopra riportate, sono state validate su un certo
numero di soggetti sani, e sono state successivamente
utilizzate nello studio di una particolare patologia
del piede che e’ la sinostosi
astragalo-calcaneare. Sono stati esaminati alcuni
pazienti presso il Laboratorio di Analisi del
Movimento degli Istituti Ortopedici Rizzoli di
Bologna, in condizioni pre- e post-operatorie, per
valutare l’efficacia di diversi tipi di
intervento chirurgico. Nel caso di questa specifica
patologia, in cui le caratteristiche geometriche
dell’impronta lungo la bisettrice della stessa
vengono conservate, la selezione automatica si
e’ rivelata particolarmente utile, e la
suddivisione in tre grandi sottoaree - retropiede,
mediopiede e avanpiede - particolarmente efficace.
Claudia Giacomozzi - Laboratorio di
Ingegneria Biomedica, Istituto Superiore di
Sanita’, Roma
Sistema di guida
per carozzina elettrica per tetraplegici gravi
Il progetto, condotto dall’I.LI.TEC. in
collaborazione con l’AISM, si propone la
realizzazione di una configurazione del sistema di
controllo di una carozzina elettrica accessibile a
disabili affetti da tetraplegia grave. Lo studio
viene condotto per un caso specifico di un assistito
della suddetta associazione. Le specifiche del
progetto sono anche: costi ridotti, discrezione,
massima libertà dei movimenti residui. Le
soluzioni adottate sono state il posizionamento del
tradizionale joystick di controllo posteriormente al
capo, in modo da poter essere azionato con la testa.
Si sono adottati inoltre due pulsanti, posti
lateralmente al capo che permettono di determinare il
verso di marcia e di spegnere/accendere il sistema di
controllo. Attualmente si è in procinto di costruire
un prototipo.
M. Bozzetti, M. Getuli, E. Habib,
A. Papa
Il bastone multifunzione
Scopo di questo progetto è di ideare un
particolare dispositivo ortopedico ausiliario. Si
tratta di un bastone automatizzato, che garantisca
altre funzioni oltre a quella di sostegno: esso
offrirà la possibilità di raccogliere da terra
oggetti senza che l’utente debba chinarsi,
grazie ad un organo meccanico prensile, scorrevole
lungo il bastone stesso; presenterà un’agevole
soluzione nelle situazioni in cui dovrà essere
momentaneamente messo da parte, tramite piedini
normalmente ritratti che, una volta azionati, saranno
in grado di sorreggere il bastone stesso; sarà
dotato di una spia fosforescente e di una pila
incorporata, che ne faciliteranno l’uso al buio.
Tale dispositivo risulterà particolarmente utile a
soggetti anziani, che abbiano difficoltà di
movimento per problemi di artrosi alle articolazioni
ed a portatori di protesi d’anca o pazienti in
attesa dell’intervento. Esso dovrà essere
studiato nei particolari per venire incontro alle
difficoltà ed alle esigenze di anziani e di persone
affette da artrite reumatoide. In questa trattazione,
si presentano i risultati di un’analisi
preliminare di mercato, svolta per conoscere
eventuali analoghi dispositivi già in commercio e
confrontarli con quello qui proposto; si affrontano
in modo teorico e schematico le fasi preliminari di
un progetto ingegneristico (analisi configurazionale,
cinematica, dinamica e funzionale); si accenna infine
all’importante questione delle normative e di
certificazione imposte dalla Comunità Europea ed al
problema della scelta del motore ottimale.
Simona Radice - Dipartimento di
Meccanica - Politecnico di Milano
Apparecchi acustici digitali
La tecnologia degli apparecchi acustici ha
raggiunto una nuova importante era: l’ETA’
DIGITALE. La creazione di un apparecchio acustico
completamente digitale è stata per molti anni un
obiettivo dell’intera industria dell’udito.
Proprio come l’elaborazione digitale del suono
che ha rivoluzionato il mondo musicale, consentendo
uno straordinario livello di qualità sonora, di
flessibilità creativa, la tecnologia digitale
rivoluzionerà l’adattamento e l’efficacia
degli apparecchi acustici. L’elaborazione
digitale si basa sulla conversione delle onde sonore
in una serie di numeri, ottenuta attraverso il
campionamento a brevissimi intervalli di tempo. Il
computer digitale manipola, memorizza, trasmette
questi numeri in un'infinità varietà di modi, detti
algoritmi, andando ben di là della semplice
amplificazione selettiva. Il computer può analizzare
matematicamente i suoni all’ingresso
dell’apparecchio acustico ed attuare
elaborazioni "intelligenti" secondo
l’algoritmo prescelto. Diventa allora
fondamentale la competenza audiologica che attraverso
la progettazione di particolari algoritmi, stabilisce
cosa queste elaborazioni devono fare (ad esempio: una
precisa compensazione della perdita uditiva, un
adattamento automatico delle variazioni sonore, una
chiara identificazione della voce
dell’interlocutore, una migliore separazione
della voce dal rumore, ecc..). L’obiettivo è di
ridare al paziente la comprensione delle parole anche
nel rumore, indipendentemente dalla loro direzione di
provenienza e senza la schiavitù di continui
controlli impartiti manualmente o con un telecomando.
L’apparecchio acustico tradizionale, con le sue
limitazioni, ingabbia l’audioprotesista e limita
le soddisfazioni del paziente. Infatti, salvo rare
eccezioni, l’apparecchio è uno strumento
"passivo", ispirato più da una visione
tecnologica che da una teoria audiologica. Spesso i
ritrovati tecnologici sono privi di una
sperimentazione clinica che ne avalli, dimostrandoli,
i benefici per i pazienti. Gli apparecchi acustici
devono partire da ricerche e "prove sul
campo" ed essere "animati" dalla
competenza audiologica, senza la quale sono, di
solito, inutili. Con la giusta competenza e
conoscenza audiologica, la flessibilità e la potenza
degli apparecchi acustici digitali, consentono al
paziente di condurre una vita normale con
l’udito che ha.
Stefano Tomassetti - Tecnico
audiometrista diplomato Università di "Tor
Vergata" iscritto all’A.N.A.P.;direttore
del periodico di informazione Soluzione Udito;
direttore della azienda per l’adattamento
protesico Soluzione Udito
Riabilitazione della
deambulazione mediante dispositivi di allevio del
peso corporeo
Introduzione
Il ripristino della funzione deambulatoria di
pazienti affetti da varie patologie sia ortopediche
sia neurologiche e', per la riabilitazione motoria,
un importante compito reso spesso difficile dal
prolungato stazionamento a letto che comporta, tra
l'altro, la diminuzione del tono e della resistenza
dei muscoli attivatori più importanti. La
mobilizzazione precoce, consentendo di limitare
questi effetti, risulta quindi essenziale per un
miglior risultato di tutto il processo riabilitativo.
Questa esigenza trova una valida soluzione
tecnologica nell'utilizzo di dispositivi che
permettono la riduzione dei carichi articolari; nel
caso di utilizzo di sistemi automatici si beneficia,
tra l'altro, anche del notevole vantaggio legato al
ridotto coinvolgimento di personale medico e
paramedico.
Materiali e metodi
Presso il laboratorio di Ingegneria Biomedica
dell'Istituto Superiore di Sanita' e' stato
realizzato un sistema di allevio del peso corporeo
denominato WARD (Walking Assistance and
Rehabilitation Device), abbinato ad un nastro
trasportatore adatto all'uso in riabilitazione
motoria. Il sistema si basa sull'impiego di un
attuatore pneumatico capace di produrre una forza di
sollevamento pari, a meno di un piccolo termine di
errore dovuto alla configurazione del sistema stesso,
a quella impostata dall'operatore attraverso un
Personal Computer. Questa forza, generalmente
espressa come percentuale del peso corporeo del
paziente, viene applicata al soggetto da riabilitare
mediante un imbragatura indossata all'altezza del
tronco. Sono attualmente disponibili due imbragature:
una sorregge il paziente tramite supporti ascellari,
l'altra e' costituita da un corsetto che viene
indossato dal soggetto e collegato poi al sistema di
sollevamento mediante due cinghie. Il tutto e'
contenuto in un traliccio di dimensioni di circa 2.5
x 1.5 x 2.7 m. Per quanto riguarda le prestazioni
meccaniche, il sistema e' stato caratterizzato
evidenziando con molto dettaglio tutte le componenti
(di attrito, elastiche, viscose ed inerziali) che
forniscono un contributo al termine di errore e
provvedendo ad analizzare inoltre l'influenza della
sospensione sulle caratteristiche della
deambulazione. Le prove sono state condotte
applicando carichi ciclici noti ed esaminando il
cammino di due soggetti sani in 44 diverse condizioni
di sgravio e velocita' variando questi ultimi da 10%
a 80% e da 1.0 km/h a 6.0 km/h.
Il sistema e' stato inoltre utilizzato nella
terapia riabilitativa di 20 soggetti affetti da varie
patologie sostanzialmente raggruppabili in tre
categorie: neurologici di tipo traumatico,
neurologici di tipo degenerativo ed ortopedici. In
questo caso si e' scelto di applicare un protocollo
articolato su 4 settimane e basato sul controllo
della velocita' di progressione, della percentuale di
sgravio, della durata della prestazione e del costo
energetico valutato mediante misure del consumo di
ossigeno. Questi parametri sono stati modificati
all'inizio di ciascuna settimana con l'obiettivo di
raggiungere, alla fine della terapia, condizioni
quanto piu' possibili simili alla deambulazione su
terreno libero. Le misure di consumo di ossigeno per
la valutazione del costo energetico associato
all'esercizio sono state condotte in corrispondenza
alla 1 e 4 settimana. Tutti i pazienti hanno
mostrato, alla fine del trattamento, un aumento della
velocita' di progressione e della durata della
prestazione ed una diminuzione dello sgravio e del
costo energetico.
Conclusioni
La caratterizzazione dell'apparecchiatura ha
permesso di quantificare l'errore da cui e' affetta
la forza di sollevamento e di definire i ranges di
sgravio e velocita' che non alterino sostanzialmente
il pattern motorio. Per quanto riguarda
l'applicazione clinica l'analisi dei risultati ha
evidenziato un sostanziale miglioramento di tutti i
pazienti in seguito al trattamento con riduzione
dello sgravio necessario per eseguire la prestazione,
aumento della velocita' media di progressione e
aumento della durata della prestazione stessa. In
particolare e' stato notato un marcato miglioramento
per due soggetti, gia' trattati con riabilitazione
convenzionale, su cui era stato possibile effettuare
le misurazioni di consumo di ossigeno su terreno
libero prima e dopo il trattamento. Si puo'
concludere quindi che i benefici derivanti
dall'utilizzo di questo tipo di sistema riabilitativo
sono significativi e i risultati permangono anche
nella deambulazione senza l'ausilio del sistema.
Marina Torre - Laboratorio di
Ingegneria Biomedica, Istituto Superiore di Sanita',
Roma
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