•Notícia

• Vídeo del disseny mecànic de l'articulació del turmell
• Vídeo de la simulació del funcionament de l'ortesi
• Vídeo de la simulació per ordinador de la marxa humana

Un equip del Departament d’Enginyeria Mecànica i del Centre de Recerca en Enginyeria Biomèdica (CREB) de la Universitat Politècnica de Catalunya. BarcelonaTech (UPC) ha desenvolupat una ortesi activa de genoll i turmell per assistir la marxa de persones amb lesions medul·lars incompletes. El projecte es du a terme en col·laboració amb les universitats de La Corunya i d'Extremadura.

La finalitat del projecte és el disseny personalitzat de dispositius d'assistència per a cada cas concret de lesió medul·lar. Aquesta personalització permetrà millorar l’autonomia del pacient i el seu procés d’adaptació al dispositiu. En definitiva, es pretén millorar la qualitat de vida de l’usuari, alhora que estalviar temps i diners en l'obtenció del producte final.

El primer dispositiu desenvolupat en el marc del projecte és una ortesi activa de genoll i turmell. El prototip d’ortesi s’ha dissenyat i construït al Laboratori de Biomecànica de l’Escola Tècnica Superior d’Enginyeria Tècnica Industrial de Barcelona (ETSEIB), un espai on s’analitza la dinàmica de la marxa humana, i els resultats s’utilitzen per al disseny de dispositius corporals que assisteixen el moviment de persones lesionades medul·lars incompletes. “Els pacients als quals van destinats aquests dispositius tenen un control limitat del moviment de les articulacions del genoll i del turmell”, explica l’investigador de la UPC Josep Maria Font, responsable del disseny d’aquest primer prototip.

L’espai està equipat amb un sistema òptic de 12 càmeres que mesuren i capturen el moviment del cos humà mentre es camina. Simultàniament, es mesura la força de contacte entre el peu i el terra a través d'unes plaques de força, que contenen 4 sensors de força triaxials. Així mateix, mitjançant un equip d’electromiografia (EMG) es registra l’activitat muscular.

L’equip que forma part d’aquest projecte —constituït per professionals de l’enginyeria, la medicina i l’ortopèdia— també està desenvolupant un programa de simulació per ordinador que, basant-se en l’anàlisi de la marxa i el modelatge del cos humà, permetrà predir quin seria el moviment de la persona lesionada si portés l’ortesi. Amb aquesta informació, es podran dissenyar dispositius d'assistència personalitzats per a cada pacient. “La simulació permet, d’una banda, que l’ortesi, un cop fabricada, s’adeqüi al màxim al seu usuari final i, de l’altra, un estalvi de costos, ja que evita el procés d’assaig i error amb components reals”.

Una de les novetats d’aquest model d’ortesi activa és el disseny mecànic de l’articulació del genoll que s’ha desenvolupat a la UPC, ja que incorpora dos sistemes independents per a l’actuació i el bloqueig de l’articulació. D’aquesta manera, el dispositiu dóna un suport més adequat a les diferents fases de la marxa que els sistemes que es comercialitzen.

Actualment, els que més es fan servir són les ortesis passives, que no assisteixen externament el moviment del genoll, o bé els exosquelets per a tota la cama, que incorporen sis actuadors per a les articulacions dels malucs, els genolls i els turmells, cosa que fa que el sistema sigui més pesat i més car. Aquests sistemes exosquelets, a més, ideats generalment per a persones paraplègiques, no són totalment idonis per a persones afectades per una lesió medul•lar incompleta, és a dir, que no tinguin una paràlisi total.

El sistema desenvolupat per la UPC incorpora una tecnologia a cavall entre la robòtica i l’ortopèdia, que li dóna lleugeresa a l’ortesi i la fa més econòmica. L’altra novetat és el baix consum energètic, que afavoreix l'autonomia del dispositiu. S’aconsegueix amb la incorporació d’un sistema de bloqueig mecànic del genoll, i no elèctric com el que fan servir altres tipus d’ortesis i exosquelets actuals.

Ara, un cop construït el prototip d’ortesi activa per l’equip de la UPC, un grup del Departament d’Enginyeria Mecànica, Energètica i de los Materials de la Universitat d'Extremadura continuarà el projecte amb el disseny i la instal·lació de l'electrònica de control del moviment del dispositiu. El motor, que s’ubica a la part lateral del genoll, s’activa o es desactiva a partir de sensors plantars, que indiquen quan el peu toca a terra, i d’altres que mesuren l’angle de les articulacions per saber en quina fase de la marxa es troba l’usuari. “El dispositiu permet suplir els músculs que la lesió medul•lar ha afectat”, afirma Josep Maria Font.

Per la seva banda, el Laboratori d’Enginyeria Mecànica de la Universitat de La Corunya, coordinador de tot el projecte, s’encarrega de desenvolupar el programa de simulació dinàmica amb el qual es predirà el moviment de la persona lesionada si porta l’ortesi. El dispositiu es provarà en pacients de l’Hospital Juan Canalejo de La Corunya, vinculat a la Universitat, cosa que servirà per validar el simulador i l’ús generalitzat de l’ortesi.

El Laboratori de Biomecànica, adscrit al Centre de Recerca en Enginyeria Biomèdica i al Departament d’Enginyeria Mecànica de la UPC, se centra en l’anàlisi dinàmica de la marxa humana. És un espai ubicat al pavelló D de l’Escola Tècnica Superior d’Enginyeria Industrial de Barcelona que serveix de suport a les activitats docents i de recerca de la Universitat, i que també dóna servei a la indústria de l’ortopèdia, del calçat i del sector esportiu.

Està equipat amb un sistema òptic de captura del moviment OptiTrack de 12 càmeres d’infraroigs, per mesurar el moviment dels segments del cos humà rellevants en la marxa. Té un passadís que incorpora dues plaques de força, amb les quals es mesura la força de contacte del peu amb el terra. Recentment, s’ha equipat amb un equip d’electromiografia (EMG) sense fils de 8 canals per registrar l’activitat muscular de l’usuari durant el moviment.

Una lesió medul·lar, com és el cas de la mielopatia, és una alteració de la medul•la espinal que pot provocar una pèrdua de sensibilitat i/o de mobilitat. Pot ser causada per traumes deguts a accidents d’automòbil o ruptures de disc intervertebral, o bé per algunes malalties com ara la poliomielitis, l’espina bífida, els tumors primaris o metastàssics, l’ataxia de Friedreich o l’osteitis hipertròfica de la columna.

Els efectes d’una lesió de medul•la espinal poden ser de tipus complet, en la que es perd la funcionalitat motora per sota del nivell de la lesió, o incomplet, en què la persona afectada pot tenir alguna sensibilitat per sota el nivell de la lesió. Les persones amb aquest tipus de lesió poden ser capaces de bellugar més un membre que un altre, poden sentir parts del cos que no poden moure o potser poden tenir més funcionalitat en unes parts del cos que en d’altres.

Actualment, a Espanya hi ha aproximadament 40.000 persones afectades aquest tipus de lesió. Cada any unes 1.200 persones la pateixen, la majoria per causa d’accidents de tràfic.