Servizio di bioingeneria della riabilitazione

Presso l'IRCCS Maugeri di Pavia si svolge ricerca di base e applicata nel campo della Bioingegneria della Riabilitazione. In particolare l'attività svolta si riferisce alle seguenti tematiche principali:

• Robotica per la Neuroriabilitazione
• Nuove tecnologie per la Riabilitazione e l'Autonomia Funzionale
• Elaborazione ed Analisi dei Segnali Biologici

Gli obiettivi dell'attività di questo servizio, afferente al Gruppo di Studio di Bioingegneria e Tecnologie Biomediche, sono il miglioramento delle capacità diagnostiche e l’ideazione di nuovi strumenti terapeutici nell'ambito della Medicina Riabilitativa. Supporto essenziale per il perseguimento dei citati obbiettivi è la progettazione e realizzazione di strumenti per l'esecuzione di studi legati all’attività lavorativa, al recupero del disabile, alla valutazione funzionale dell’anziano, dello sportivo e anche del paziente con piccoli traumi da carico, alla definizione del protocollo riabilitativo, al follow-up dello stesso e lo studio di materiali innovativi per applicazioni in riabilitazione.

Aree di Ricerca
Nuove Tecnologie per la Riabilitazione e l'Autonomia Funzionale
Scopo di questo tema di ricerca è quello di sviluppare dispositivi innovativi per il trattamento clinico e la promozione dell'autonomia funzionale dei pazienti che afferiscono alle unità di Neuroriabilitazione, di Recupero e Rieducazione Funzionale, e di Terapia Occupazionale ed Ergonomia dell'Istituto. In particolare nei pazienti con gravi cerebrolesioni acquisite, quali ictus e traumi cranici, viene proposta una tecnica di riabilitazione sensoriale-motoria che grazie all’ausilio di dispositivi robotizzati è utilizzata in supporto alle tradizionali tecniche riabilitative. Inoltre vengono studiati dispositivi per pazienti che pur conservando delle discrete capacità di movimento nello spazio, necessitano di incrementare le qualità motorie soprattutto durante l’esecuzione di movimenti funzionali che prevedono l’azione coordinata di più muscoli. Un ulteriore sviluppo di queste tecnologie è quello della loro applicazione in ambito remotizzato mediante lo studio e la validazione di sistemi e protocolli di teleriabilitazione. Il servizio collabora inoltre con l’Istituto di Veruno per lo sviluppo di dispositivi che vengono proposti a supporto ed integrazione dell'attività del terapista della riabilitazione.

Principali obiettivi di ricerca raggiunti:

• Applicazione di un dispositivo robotizzato a 3 gradi di libertà per il trattamento delle articolazioni di spalla-gomito, e della funzione di “grasping”.
• Applicazione di un dispositivo a 3 gradi di libertà per il trattamento dell’articolazione del polso
• Messa a punto di un sistema per la somministrazione di compiti motori.
• Messa a punto di un sistema per l'analisi del movimento dell'arto superiore.
• Studio dell'efficacia del trattamento robot-assistito mediante la valutazione di parametri cinematici e cinetici.
• Messa a punto di un software per la modifica automatica dell’esercizio proposto sulla base della prestazione motoria ottenuta durante il corso del trattamento robot-assistito.

Progetti di ricerca in corso

• Studio del controllo della forza durante riabilitazione robotizzata.
• Utilizzo di tecniche robotiche per la riabilitazione del deficit motorio distale dell’arto superiore nei pazienti con esiti da ictus.
• Sviluppo di un algoritmo per l’ottimizzazione del training robot-assistito
• Sviluppo di un’architettura multidispositivo con modello di assistenza progressiva per la riabilitazione robotizzata dell’arto superiore.
• Impiego di sensori inerziali per la valutazione della spasticità dell’arto inferiore
• valutazione quantitatova del senso di posizione dell'arto superiore in pazienti con deficit sensitivi.
   

Elaborazione ed Analisi dei Segnali biologici

• Questo tema è dedicato allo sviluppo di procedure software per l'acquisizione, l'elaborazione ed analisi dei segnali biologici di pazienti nell'ambito dei diversi progetti di ricerca dell’Istituto.

Principali obiettivi di ricerca raggiunti:

• Sviluppo di un sistema portatile per l'analisi automatica di parametri di meccanica respiratoria.
• Analisi della variabilità del ciclo cardiaco.
   

Attività Educazionale

L'attività educazionale del laboratorio ha lo scopo di diffondere l'attività svolta, i risultati della ricerca ed in generale la cultura relativa alle tematiche trattate attraverso la comunicazione nell'ambito di corsi e convegni sia a livello nazionale che a livello internazionale.
Il Laboratorio accoglie tesisti e specializzandi della facoltà di Ingegneria dell' Università di Pavia.

Collaborazioni

• Dipartimento di Informatica e Sistemistica, Università di Pavia
• Dipartimento di Informatica, Bioingegneria, Robotica e Ingegneria dei Sistemi (DIBRIS), Università di Genova.
• Humanware s.r.l.

Pubblicazioni

• Colombo R, Pisano F, Delconte C, Mazzone A, et al. Comparison of exercise training effect with  different robotic devices for upper limb rehabilitation: a retrospective study. Eur J Phys Rehabil Med. 2017, Apr;53(2):240-248.
•  Franceschini M, Colombo R, Posteraro F, Sale P. A proposal for an Italian Minimum Data Set Assessment Protocol for robot-assisted rehabilitation: a Delphi study. Eur J Phys Rehabil Med. 2015 Dec;51(6):745-53.
• Colombo R, Sterpi I, Mazzone A, Delconte C, Pisano F. Improving proprioceptive deficits after stroke through robot-assisted training of the upper limb: a pilot case report study. Neurocase, 2015 Nov; 13: 1-10. [Epub ahead of print].
• Colombo R, Cusmano I, Sterpi I, Mazzone A, Delconte C, Pisano F. Test-Retest Reliability of Robotic Assessment Measures for the Evaluation of Upper Limb Recovery. IEEE Trans Neural Syst Rehabil Eng, 2014 Sep; 22 (5): 1020-9
• Cusmano I, Sterpi I, Mazzone A, Ramat S, Delconte C, Pisano F, Colombo R. Evaluation of upper limb sense of position in healthy individuals and patients after stroke. J Healthc Eng, 2014; 5 (2): 145-62.
• Sterpi I, Caroli A, Meazza E, Maggioni G, Pistarini C, Colombo R. Lower limb spasticity assessment using an inertial sensor: a reliability study. Physiol Meas, 2013 Nov; 34 (11): 1423-34
•  Monticone M, Ambrosini E, Ferrante S, Colombo R. ‘Regent Suit’ training improves recovery of motor and daily living activities in subjects with subacute stroke: a randomized controlled trial. Clin Rehabil, 2013 Sep; 27 (9): 792-802.
•  Balasubramanian S, Colombo R, Sterpi I, Sanguineti V, Burdet E. Robotic assessment of upper limb motor function after stroke. Am J Phys Med Rehabil, 2012 Nov; 91 (11 Suppl 3): S255-69.
• Colombo R, Sterpi I, Mazzone A, Delconte C, Pisano F. Taking a lesson from patients’ recovery strategies to optimize training during robot-aided rehabilitation. IEEE Trans Neural Syst Rehabil Eng, 2012 May; 20 (3): 276-85.
•  Nashed A, Lanfranchi P, Rompré P, Carra MC, Mayer P, Colombo R, Huynh N, Lavigne G. Sleep bruxism is associated with a rise in arterial blood pressure. Sleep, 2012 Apr 1; 35 (4): 529-36.