Obiettivi:

Definizione di requisiti funzionali, protocolli riabilitativi e specifiche tecniche mediante il coinvolgimento diretto di potenziali utenti (centri clinici di riferimento per la riabilitazione motoria dell’arto inferiore e pazienti) con un approccio basato su “user centered design”. In particolare, verrà effettuata un’estesa analisi dello stato dell’arte dei dispositivi riabilitativi robotici per arto inferiore ed una ricerca brevettuale sui relativi IPR, i cui risultati verranno utilizzati per guidare, con il coinvolgimento dei centri clinici di riferimento coordinati dallo IEMEST, la definizione di: requisiti funzionali, ambito di applicazione e protocolli riabilitativi in relazione alle priorità di intervento. In particolare, Carmide srl e RESTARTEAM, insieme alle consulenze del BIND di UNIPA e di E-Campus (sottocontraenti dello IEMEST), saranno coinvolti nelle attività di: definizione dei requisiti funzionali, supportata da ricerche volte ad evidenziare le principali alterazioni della cinematica articolare di anca, ginocchio e caviglia in patologie di natura ortopedica (e.g. pazienti sottoposti ad impianto di protesi di anca o ginocchio) e neurologica (e.g. ictus cerebri); definizione dell’ambito di applicazione, supportata da ricerche bibliografiche volte ad evidenziare le caratteristiche cliniche di pazienti reclutati in studi con l’utilizzo di dispositivi robotici/esoscheletri per l’arto inferiore; lo sviluppo di protocolli riabilitativi, supportato da ricerche bibliografiche che prenderanno in esame i protocolli riabilitativi utilizzati nella riabilitazione dell’arto inferiore mediante utilizzo di dispositivi robotici/esoscheletri. Suddetti requisiti funzionali abiliteranno la definizione delle specifiche tecniche dei dispositivi SMART REHAB.

Risultati Attesi:

• Requisiti funzionali dei dispositivi SMART REHAB
• Specifiche tecniche e di interfaccia dei dispositivi SMART REHAB

Deliverables:

• D1.1 Requisiti funzionali dispositivi SMART REHAB [Resp. IEMEST]
  
  

  La ricerca bibliografica, sullo stato dell'arte dei dispositivi per la riabilitazione dell’arto inferiore, è stata condotta attraverso l’utilizzo dei principali database scientifici e, al fine di rappresentare dettagliatamente le caratteristiche dei dispositivi, si è proceduto ad una classificazione basata sulla modalità operativa dei dispositivi:

  • I dispositivi per la Mobilizzazione Continua Passiva (CPM) integrano diversi tipi di attuatori (idraulici, elettrici e pneumatici) per permettere principalmente contrazioni passive (ma non solo), a fronte di una spesa relativamente contenuta. I dispositivi che integrano al loro interno un dinamometro isocinetico, in grado di permettere anche CPM, hanno un costo dell’ordine di € 40.000, e sono dispositivi molto ingombranti, rendendo impossibile l’utilizzo a casa da parte del paziente.
  • Numerosi sono gli Esoscheletri e Robot per l'addestramento dell'andatura che assistono i pazienti che lo indossano e/o aiutano il fisioterapista durante la riabilitazione. In particolare sono stati analizzati principalmente i trainer per la deambulazione umana che si suddividono in veri e propri esoscheletri che aiutano il paziente a compiere le attività di tutti i giorni ed esoscheletri integrati sui tapis roulant. Il costo di questi dispositivi varia molto, da € 36.000 euro a € 330.000 euro. Il costo medio di un sistema esoscheletrico è dell’ordine di € 150.000.
  • I dispositivi riabilitativi integrati con sistemi di realtà virtuale o serious games permettono l'implementazione di terapie riabilitative innovative, personalizzate sui bisogni del paziente. In letteratura è stato dimostrato che i serious games sono in grado di motivare i pazienti durante il percorso riabilitativo. Bisogna tuttavia prestare particolare attenzione all’integrazione di serious games ove il coinvolgimento del paziente nel gioco sia adeguato. Difatti è stato riscontrato che l’aumento eccessivo di motivazione potrebbe non far riconoscere i segnali del dolore al paziente e l'esercizio potrebbe persino causare ulteriori danni o lesioni.

  La ricerca brevettuale condotta sui dispositivi riabilitativi robotici per arto inferiore, protetti da diritti di proprietà industriale, ha prodotto circa 170 risultati. Il trend relativo a tali brevetti pubblicati nell'ultimo ventennio mostra una evidente crescita delle pubblicazioni. Tra questi sono stati identificati 65 brevetti aventi attinenza con i dispositivi SMART REHAB. Tali sistemi forniscono alternativamente una sollecitazione meccanica all'arto e/o alle articolazioni interessate (dispositivi "attivi" elettromeccanici, pneumatici o idraulici) o una resistenza al moto (dispositivi "passivi" elastici o viscosi). Un’ulteriore differenziazione dei sistemi identificati è data dalla tipologia di interfaccia meccanica tra utente e dispositivo (di tipo esoscheletrico e di tipo "end-effector"). Le soluzioni individuate prevedono nella maggior parte dei casi una collocazione fissa del dispositivo con l'utente seduto, sdraiato o in piedi. In alcuni casi sono presenti sistemi di allevio dei peso. Diverse soluzioni sono invece mobili, mediante l'utilizzo di esoscheletri, dispositivi indossabili o piattaforme mobili su ruote.

  In molti casi i sistemi sono programmabili e, durante l'utilizzo, il paziente può ricevere vari input sensori motori (stimoli propriocettivi, stimoli visivi, spinte motivazionali), consentendo di effettuare una valutazione quantitativa del trattamento riabilitativo. Alcuni dispositivi prevedono l'interfacciamento con sistemi di realtà virtuale. Non è stato riscontrato nessun brevetto pubblicato che utilizzi fluidi elettroreologici. Un'ulteriore ricerca brevettuale è stata effettuata in relazione a brevetti riguardanti dispositivi robotici (attuatori/smorzatori) basati su fluidi elettroreologici, non specificatamente destinati all'ambito riabilitativo. Dei 36 risultati ottenuti, solo 8 hanno una potenziale attinenza con il contesto applicativo relativo ai dispositivi SMART REHAB. L'unico risultato in cui si prevede un utilizzo di tali sistemi in ambito riabilitativo è relativo al brevetto WO2018122886A1 di proprietà del partner Signo Motus srl dal titolo "ESOSKELETON EQUIPPED WITH ELECTRO-OR MAGNETO- RHEOLOGICAL FLUID TYPE SEMI-ACTIVE JOINTS".

  Nella sezione successiva sono stati definiti i requisiti funzionali, gli ambiti di applicazione e i protocolli riabilitativi. In particolare sono state descritte le caratteristiche anatomiche delle strutture ossee che partecipano alla formazione delle due articolazioni dell’arto inferiore: ginocchio e caviglia. Il carico meccanico in queste articolazioni è particolarmente elevato durante la corsa, il salto o semplicemente durante la deambulazione e proprio per questo la muscolatura scheletrica ha un ruolo fondamentale.

  Sono stati descritti i principali protocolli riabilitativi presenti nella letteratura scientifica. In particolare sono stati riportati i protocolli riabilitativi relativi a:

  • ambito ortopedico:
    • post-trauma dei legamenti crociati anteriore e posteriore dell’articolazione del ginocchio;
    • protesi dell’articolazione del ginocchio;
    • post-distorsione della caviglia con interessamento dei legamenti collaterali laterali.
  • ambito neurologico:
    • esiti da lesioni ictali con applicazione nelle 3 fasi riabilitative (inibizione, ipereccitabilità, normo eccitabilità).

  Sono stati identificati e descritti i suddetti protocolli riabilitativi, in quanto considerati i più completi e da esempio per altri tipi di patologie/infortuni. Inoltre, tali schemi riabilitativi sono quelli che possono maggiormente beneficiare dell’utilizzo dei dispositivi SMART REHAB per semplificare e migliorare tutte le fasi del protocollo riabilitativo di riferimento. E’ emerso che dal punto di vista clinico i dispositivi SMART REHAB potrebbero essere applicati con estrema efficacia in tutte le fasi del percorso riabilitativo. Questi dovrebbero poter essere utilizzati sia presso i centri di riabilitazione che a casa del paziente, con significativo incremento della capacità funzionale già nelle prime fasi riabilitative. Oltre ad essere utilizzati come strumento riabilitativo, i dispositivi SMART REHAB potrebbero servire per valutare con un’analisi quantitativa il passaggio alle diverse fasi della riabilitazione. Il paziente cioè svolgerebbe, utilizzando degli schemi di esercizi già effettuati per recuperare la funzione articolare, dei test a punteggio pre-assegnato che potrebbero attestare la possibilità di avanzare alla fase successiva del percorso riabilitativo.

  Inoltre, si ritiene che i dispositivi SMART REHAB possano sfruttare le caratteristiche proprie della tecnologia “fluidi elettroreologici” integrandosi con l’atto riabilitativo nel paziente neurologico, con particolare riferimento alla fase della normoeccitabilità con le seguenti potenzialità:

  • accompagnare l’atto funzionale ed ergonomico mantenendo l’arto in posizione corretta tale da inibire l’eventuale insorgere di sinergie patologiche;
  • garantire in fase avanzata del recupero neuromotorio la possibilità di eseguire gli esercizi in controresistenza nei distretti rimasti deficitari;
  • offrire un’ampia possibilità di esercizi integrati con serious games interattivi, adeguando il trattamento al singolo paziente, che acquisisce così la percezione di essere protagonista del proprio recupero, nella consapevolezza di prendersi cura del suo stato di malattia.

  E’ necessario sottolineare come il possibile utilizzo dei dispositivi SMART REHAB nel soggetto con esiti da ictus potrebbe essere di non estesa applicabilità, essendo in questa fase prioritario il recupero spontaneo dovuto alla plasticità neuronale.

   

• D1.2 Specifiche tecniche dispositivi SMART REHAB [Resp. SITUS]
  
  

  Sono state definite le specifiche tecniche dei dispositivi SMART REHAB da progettare, realizzare e validare nell’ambito del presente programma di ricerca. Tali specifiche tecniche sono state determinate sulla base dei requisiti funzionali identificati nell'ambito del Task "T1.1 Analisi Requisiti Funzionali" e sulle specifiche tecniche dei materiali e relativi test plan definiti nell'ambito del Task "T2.1 Definizione specifiche tecniche Fluidi ER". In tal modo sono state individuate le specifiche dei dispositivi SMART REHAB riguardanti le prestazioni richieste, le condizioni che delimitano le possibilità di scelta progettuale e le relative interfacce. Per ciascuna di esse sono stati individuati quantitativamente e/o qualitativamente i vincoli da rispettare nella successiva progettazione e realizzazione dei dispositivi stessi.

Obiettivi:

Sviluppo strategico della KET Fluidi ER al duplice scopo di: 1) ottenere un incremento delle prestazioni che ne abiliti l’impiego per applicazioni in ambito medicale; 2) realizzare e validare linee pilota per lo sviluppo di processi di produzione dei materiali.

In particolare, verrà effettuata un’estesa analisi dello stato dell’arte sui fluidi elettroreologici ed una ricerca brevettuale su IPR relativi a preparati e processi, i cui risultati verranno utilizzati per guidare la definizione delle specifiche tecniche dei fluidi ER e del relativo piano di test. Verrà progettato e realizzato un impianto pilota da utilizzare durante tutto il corso del progetto per lo sviluppo continuo dei fluidi ER. Tale impianto pilota sarà focalizzato all’ottenimento di un processo ripetibile, scalabile ed a basso costo e comprenderà i seguenti step: i) mescolamento dei reagenti in ambiente inerte o non; ii) agitazione e riscaldamento; iii) lavaggi ed eliminazione delle acque di lavaggio; iv) filtrazione; v) essiccazione e macinazione; vi) dispersione del solido nella matrice liquida identificata; vii) omogeneizzazione del fluido ottenuto. Lo sviluppo dei fluidi ER prevede pertanto attività di sintesi dei componenti, di caratterizzazione chimico-fisica e di studio delle matrici disperdenti. Il sistema di caratterizzazione elettromeccanica dei fluidi ER, già sviluppato, verrà personalizzato in relazione alle specifiche tecniche ed al piano di test precedentemente definiti, e sarà utilizzato per determinare le caratteristiche del fluidi ER realizzati e per identificare le tipologie idonee per l’applicazione in oggetto. Tali fluidi verranno successivamente ottimizzati, effettuando inoltre uno studio teorico-sperimentale sulla scalabilità dei processi di produzione e la rispettiva validazione finale. Sono inoltre previste attività di diffusione dei risultati con pubblicazioni scientifiche (articoli scientifici “peer- reviewed” – Gold Open Access) relative alle attività espletate dal CNR-ITAE.

Risultati Attesi:

• Specifiche tecniche e piano di test fluidi ER
• Impianto pilota per lo sviluppo dei fluidi ER
• Fluidi ER idonei per applicazioni in robotica riabilitativa
• Identificazione di processi di produzione ripetibili, scalabili ed a basso costo
• N. 1 pubblicazioni scientifiche (articoli scientifici “peer- reviewed” Gold Open Access)

Deliverables:

• D2.1 Report su sviluppo strategico fluidi ER [Resp. CNR-ITAE]

Obiettivi:

Progettazione di dispositivi robotici semi-attivi indossabili a basso costo con verifica sperimentale preliminare su aspetti chiave legati all’usabilità, spazio di lavoro, vestibilità, etc. In particolare, le specifiche tecniche dei dispositivi e dei fluidi ER (Fasi 1 e 2) saranno utilizzate per la progettazione di massima dei dispositivi SMART REHAB, comprensiva di progettazione meccanica, dell’architettura di sistema, delle interfacce, del software e dei sistemi di controllo e di comunicazione. Verranno inoltre progettati e realizzati mockup dei dispositivi al fine di eseguire test preliminari su usabilità, vestibilità, spazio di lavoro, etc, ed ottenere informazioni in merito da parte di ottenere informazioni da medici riabilitatori, fisioterapisti e pazienti mediante il coinvolgimento dei centri clinici di riferimento, con il coordinamento dello IEMEST. I test vedranno il coinvolgimento di N.5 pazienti con deficit della deambulazione dovuto a patologia ortopedica e neurologica con differente grado di compromissione motoria e N.5 medici \ fisioterapisti. Sarà effettuata una valutazione qualitativa mediante l’uso di questionari in cui si raccoglierà l’opinione di tutti i partecipanti in merito al potenziale utilizzo ed alle aspettative suscitate dal prototipo. Inoltre, si chiederà a tutti i partecipanti di riportare eventuali eventi avversi riscontrati. I risultati ottenuti guideranno la fase di progettazione esecutiva dei medesimi sistemi e sotto-sistemi.

Risultati Attesi:

• Mockup dispositivi e relativi risultati validazione mediante test sperimentali di usabilità
• Progetto esecutivo dispositivi

Deliverables:

• D3.1 Risultati test sperimentali di usabilità [Resp. IEMEST]
  
  

  Sulla base degli esiti della progettazione di massima dei dispositivi Smart Rehab, eseguita nell'ambito del Task 3.1 per la progettazione del mockup si è provveduto alla specializzazione dei gruppi e componenti mediante una modellazione meccanica CAD 3D di dettaglio finalizzata ad abilitare i suddetti test preliminari (e.g. interfacce, ingombri, pesi), semplificando o rimuovendo la componentistica specificatamente necessaria all'implementazione delle funzionalità dei dispositivi.

  Sulla base della modellazione meccanica CAD 3D di dettaglio del mockup:

  • sono stati prodotti i disegni esecutivi comprensivi di: rappresentazioni dei complessivi, atti a fornire le principali indicazioni riguardanti l’assemblaggio, corredate dalla lista dei particolari (commerciali e non) di cui ciascun gruppo si compone; rappresentazioni dei particolari, atte a fornire le informazioni necessarie per una corretta realizzazione/lavorazione del singolo componente;
  • sono stati acquistati i componenti commerciali necessari;
  • sono stati realizzati i particolari meccanici ed è stato eseguito l'assemblaggio dei mockup.
  
  Successivamente sono stati eseguiti i test preliminari di usabilità, vestibilità, spazio di lavoro, etc, del mockup del dispositivo SMART REHAB sono stati realizzati per raccogliere in modo strutturato le informazioni acquisite mediante la compilazione di specifici questionari, da parte dei riabilitatori e dei pazienti (ortopedici e neurologici).
  Durante i test preliminari sono stati esaminati i principali esercizi riabilitativi, ortopedici e neurologici, proposti dai partner clinici, con l’utilizzo del dispositivo SMART REHAB. Il mockup del dispositivo SMART REHAB, nel suo insieme, è stato valutato positivamente dai riabilitatori e dai pazienti neurologici e ortopedici come dispositivo medicale per la riabilitazione dell’arto inferiore, sebbene siano state riscontrate alcune criticità.
  Le principali criticità del mockup risultano essere l’eccessivo peso e ingombro, che rendono il dispositivo di difficile utilizzo soprattutto nelle prime fasi della riabilitazione. L’eccessivo peso, inoltre, richiede una continua regolazione del dispositivo sull’arto del paziente, in particolare, durante i movimenti eseguiti in posizione eretta, gravando particolarmente sull’articolazione anca.
  Tutti gli intervistati riportano che il mockup permette movimenti fluidi, mono e bi-articolari, delle due articolazioni interessate dell’arto inferiore.
  La principale modifica suggerita è di alleggerire il peso del dispositivo e la possibilità di creare un sistema a moduli intercambiabili, in questo modo lo si potrebbe utilizzare anche nelle prime fasi della riabilitazione dell’arto inferiore, al momento non consigliabile.
  In conclusione, il mockup del dispositivo SMART REHAB è stato valutato un utile ausilio riabilitativo per i pazienti neurologici e ortopedici. I risultati ottenuti dai test preliminari indicano alcune modifiche, nel suo insieme e nelle singole componenti, da effettuare per la successiva fase di progettazione del sistema e dei relativi sotto-sistemi, utili per la realizzazione di un prototipo efficace e funzionale.
  
  
• D3.2 Report sulla progettazione dispositivi ER [Resp. SITUS]
  

  
  La progettazione meccanica esecutiva del dispositivo SMART REHAB ha consentito di ottenere la modellazione CAD 3D di dettaglio ove il dispositivo è stato suddiviso nei seguenti macro-gruppi: Giunti, Link, Interfacce e Hub. Per ciascuno dei macro- gruppi sopra menzionati sono stati dettagliati:

  • le caratteristiche geometriche e funzionali principali, evidenziando le principali modifiche apportate rispetto alle precedenti fasi progettuali;
  • il dimensionamento di dettaglio validato mediante specifiche analisi strutturali agli elementi finiti.

  A partire dalla modellazione CAD 3D precedentemente effettuata è stata prodotta la documentazione grafica contenente i disegni costruttivi dei singoli particolari di cui è costituito ciascun gruppo. Le tavole esecutive prodotte contengono, per ciascun componente, le informazioni necessarie alla corretta costruzione del particolare.

  È stata riportata la progettazione esecutiva dei sistemi software, elettronici e di interfacciamento con l’utente. In particolare, sono state identificate le caratteristiche definitive dell’architettura di sistema, comprensive di descrizione funzionale dei componenti principali, descrizione e dimensionamento dei componenti aggiunti in fase di progettazione esecutiva e schemi elettrici.

  È stata definita l’architettura del sistema di controllo e del flusso dati. Per ciascuno di essi è stato dettagliato il principio di funzionamento e il relativo flusso dati.

  Si è proceduto alla progettazione del software di controllo, acquisizione ed elaborazione dati, ove sono state ulteriormente dettagliate le scelte progettuali effettuate in fase di progettazione di massima relative a: soluzioni tecnologiche, scelte progettuali, ambienti di sviluppo, linguaggio di programmazione e protocolli di comunicazione.

  Infine, sulla base della progettazione effettuata, è stata individuata la componentistica meccanica ed elettronica di dettaglio da utilizzare per la realizzazione della versione Alfa dei dispositivi Smart Rehab.

Obiettivi:

Realizzazione dei prototipi (versione alfa) e validazione in ambiente di laboratorio (TRL4) con successivo upgrade dei prototipi (versione beta), in relazione ai risultati ottenuti, e validazione in ambiente pertinente (TRL5). Sulla base del progetto esecutivo di cui alla Fase III, verranno realizzati N. 2 prototipi di dispositivi modulari (ginocchio+caviglia) e verrà sviluppata una prima versione (alfa) del software, delle interfacce utente, dei sistemi di controllo e di comunicazione. Verranno definite adeguate procedure di test, verrà implementato il relativo ambiente di test e verranno eseguite prove sperimentali in laboratorio al fine di validare i suddetti prototipi (TRL 4). Sulla base dei risultati ottenuti, verrà eseguito un aggiornamento della progettazione e verranno realizzate le relative modifiche sui prototipi (versione beta) al fine di abilitarne la validazione in ambiente pertinente mediante opportune sessioni di test (TRL 5).

Risultati Attesi:

• N.2 prototipi dispositivi modulari (ginocchio+caviglia) [versione alfa]
• Risultati validazione in ambiente di laboratorio (TRL 4)
• N.2 prototipi dispositivi modulari (ginocchio+caviglia) [versione beta]
• Risultati validazione in ambiente pertinente (TRL 5)

Deliverables:

• D4.1 Report su realizzazione e validazione prototipi versioni alfa e beta (TRL4-TRL5) [Resp. SITUS]
  
  

  In riferimento alla progettazione esecutiva descritta nel documento D3.2, è stato effettuato l’approvvigionamento della componentistica commerciale, la realizzazione dei particolari meccanici, e il successivo montaggio dei macrogruppi che costituiscono il prototipo della versione Alfa dei dispositivi Smart Rehab.

  Particolare attenzione è stata posta alla descrizione delle procedure di collaudo e verifica dei macrogruppi sopra citati e dei relativi componenti meccanici. Tali procedure sono state eseguite al fine di valutare l’adeguatezza dei sistemi meccanici in riferimento alle specifiche tecniche e ai requisiti funzionali degli stessi. Inoltre, è stata riportata una descrizione dettagliata di eventuali criticità riscontrate e delle relative modifiche apportate, rispetto alla progettazione esecutiva descritta nel documento D3.2, al fine di garantire l’esecuzione dei test in ambiente di laboratorio e la validazione della versione Alfa.

  È stato eseguito lo sviluppo del software che consente il controllo del dispositivo SMART REHAB e la comunicazione con i moduli esterni. Sono stati inoltre redatti i diagrammi di flusso relativi al software sviluppato.

  Sono state inoltre effettuate le attività di realizzazione, assemblaggio e cablaggio della componentistica elettronica, effettuando test funzionali preliminari atti a verificarne il corretto funzionamento prima dell'integrazione all’interno del dispositivo.

  I risultati ottenuti hanno confermato il corretto funzionamento della componentistica e delle soluzioni implementate, portando al pieno soddisfacimento delle specifiche richieste dal dispositivo SMART REHAB.

  Sono state preliminarmente definite in dettaglio le metodologie e le procedure di test necessarie alla verifica e alla validazione delle prestazioni dei prototipi (versione Alfa) di giunti elettromeccanici rotazionali basati sull’utilizzo di fluidi elettro-reologici, da integrare nei dispositivi SMART REHAB.

  È stato successivamente implementato l'ambiente di test, basato sul sistema già sviluppato dalla Signo Motus (TESTER 1.0), opportunamente modificato al fine di abilitare i test sui prototipi SMART REHAB (TESTER 2.0).

  Mediante l’utilizzo del sistema TESTER 2.0 sono stati eseguiti i test pianificati, i cui risultati hanno consentito di hanno consentito di validare, in ambiente di laboratorio, la versione Alfa dei dispositivi SMART REHAB, con particolare riferimento agli elementi più rappresentativi dell’intero sistema.

  Sulla base dei risultati sperimentali ottenuti dai test effettuati sulla versione Alfa, è stato effettuato l’aggiornamento della progettazione esecutiva dei dispositivi SMART REHAB (versione Beta), eseguendo l’upgrade della progettazione meccanica, comprensiva di aggiornamento dei relativi disegni esecutivi, e della progettazione dei sistemi software, elettronici e di interfacciamento con l’utente.

  Si è proceduto all’effettuazione degli ordini e all’approvvigionamento della componentistica commerciale relativa ai seguenti sistemi meccanici costituenti il dispositivo Smart Rehab (versione Beta) e alla successiva attività di realizzazione, verifica, collaudo e montaggio dei relativi gruppi meccanici, unitamente all’aggiornamento del software, delle interfacce utente e dei sistemi di controllo e di comunicazione.

  Sono state definite le procedure di test necessarie alla verifica e alla validazione delle prestazioni dei dispositivi SMART REHAB (versione Beta), basate su quanto già implementato in fase di validazione della versione Alfa con l’integrazione di test specifici finalizzati all’ottenimento della validazione TRL5.

  Sempre mediante l’utilizzo del sistema TESTER 2.0 sono stati eseguiti i test pianificati, i cui risultati hanno consentito di hanno consentito di ottenere la validazione TRL5 dei dispositivi SMART REHAB (versione Beta).

Obiettivi:

Sviluppo di un sistema di realtà virtuale con serious game da interfacciare con i dispositivi SMART REHAB per realizzare un ambiente ludico immersivo/semi-immersivo durante l’esecuzione del trattamento riabilitativo motorio per arto inferiore. In particolare, verrà effettuata una ricerca delle soluzioni applicative più idonee in merito allo sviluppo di applicazioni in realtà virtuale ed immersive per la riabilitazione degli arti inferiori. Saranno analizzati i requisiti tecnologici al fine di integrare i dispositivi SMART REHAB con l’architettura hardware e software propria delle applicazioni in realtà virtuale, identificando le soluzioni tecnologiche ottimali. Verrà studiata e progettata la User Experience ed il Game Design dell’ambiente virtuale nel quale il paziente verrà immerso, studiando le soluzioni più adeguate anche in riferimento alle regole di usabilità e accessibilità. Verrà identificata l’architettura tecnologica ottimale con l’obiettivo di sviluppare un sistema flessibile e scalabile che consenta la futura integrazione con ulteriori programmi riabilitativi. La tecnologia dovrà mirare alla realizzazione di una componente software che consenta contemporaneamente l’esplorazione interattiva di un ambiente 3D ludico e l’integrazione con i dispositivi SMART REHAB. Verranno realizzate le varie ambientazioni di gioco in uno scenario in 3D con l’aiuto di specifici tools di modellazione. I dettagli verranno impressi su apposite mappe texture, fondamentali per l’ottimizzazione grafica e la resa stilistica. Si ricercherà la corretta ottimizzazione delle mesh, lo scaling dei modelli, l’applicazione dei materiali e la generazione dei collisori per avere il giusto balancing tra livello di dettaglio e prestazioni. Si procederà alla realizzazione del modello di ciascuna delle tipologie individuate sulla base degli studi effettuati nelle fasi precedenti. Ci si focalizzerà sulla creazione di un prototipo in 3D e si rileveranno le modalità più adeguate da usare all’interno dell’architettura tecnologica proposta, effettuandone la validazione alla luce degli indicatori di realizzazione definiti. Si procederà alla verifica funzionale e tecnica del prototipo modellato, al fine di validare l’efficienza del sistema, anche mediante stress test per una più accurata ottimizzazione delle performance. Verranno infine individuati e risolti eventuali errori e bug emersi nella fase di testing al fine di rendere l’applicativo funzionante in ogni sua componente. In tal modo si avrà a disposizione un sistema pienamente funzionante e stabile in modo tale da abilitarne la successiva integrazione con i dispositivi SMART REHAB (FASE 6).

Risultati Attesi:

• Sistema di realtà virtuale/serious game per riabilitazione motoria arto inferiore

Deliverables:

• D5.1 Report su sistema di realtà virtuale/serious game [Resp. REDRAION]

Obiettivi:

FASE VI - 1:

Ottimizzazione dei prototipi (versione finale) e loro dimostrazione in ambiente pertinente (TRL6) mediante una sperimentazione clinica effettuata con il coinvolgimento di centri di riferimento per la riabilitazione motoria (ortopedica e neurologica) dell’arto inferiore. Sulla base dei risultati ottenuti dai test dei prototipi in FASE IV, verrà eseguito un ulteriore processo di ottimizzazione con aggiornamento della progettazione e realizzazione di N. 4 prototipi di dispositivi, sviluppando la versione finale del software, delle interfacce utente, dei sistemi di controllo e di comunicazione. Verrà inoltre eseguita l’integrazione con i sistemi di gaming/realtà virtuale sviluppati in FASE V. Tali prototipi saranno sottoposti ad una sperimentazione clinica, coinvolgendo centri di riferimento con il coordinamento dello IEMEST nella definizione dei protocolli di sperimentazione, nel reclutamento dei pazienti, nell’esecuzione della sperimentazione, nella raccolta dati e nella valutazione dei risultati. In particolare, Carmide srl e RESTARTEAM, insieme alle consulenze di BIND di UNIPA ed E-Campus (sottocontraenti dello IEMEST), saranno coinvolti nelle attività di sperimentazione inerenti la riabilitazione motoria dell’arto inferiore in pazienti ortopedici e neurologici. E’ previsto il coinvolgimento di almeno N.20 pazienti mediante studi randomizzati (prevedendo la partecipazione di almeno N.40 pazienti che verranno assegnati in modo casuale al gruppo di controllo ed al gruppo di intervento). E’ prevista una durata del trattamento pari a circa 8 settimane.

FASE VI - 2 :

Sono inoltre previste attività di sfruttamento e diffusione dei risultati durante tutto l’arco temporale del progetto secondo il “Piano di diffusione dei risultati” descritto all’interno della presente proposta progettuale. All’interno della presente fase verranno infine eseguite le attività di gestione e protezione degli IPR generati dal progetto (fluidi ER/dispositivi) ed un’analisi di dettaglio del mercato di riferimento con definizione di un business plan per la commercializzazione almeno a livello europeo dei dispositivi SMART REHAB.

Risultati Attesi:

• N.4 prototipi dispositivi modulari (ginocchio+caviglia) [versione finale]
• Risultati dimostrazione in ambiente pertinente (TRL 6)
• N. 1 pubblicazioni scientifiche (articoli scientifici “peer- reviewed” Gold Open Access)
• N. 1 brevetto su preparati/processi fluidi ER/ N. 1 brevetto su dispositivi SMART REHAB
• N. 1 evento pubblico finale al termine del piano di lavoro
• Analisi di mercato e business plan

Deliverables:

• D6.1 Report prototipi SMART REHAB versione finale (TRL6) [Resp. SITUS]

È stata eseguita la realizzazione dei prototipi dei dispositivi SMART REHAB (versione Finale) e la relativa validazione preliminare degli stessi, al fine di abilitarne la successiva sperimentazione clinica (TRL6) da eseguire nell’ambito del Task 6.3.

Sono stati realizzati N. 4 prototipi in configurazione completa multi-articolare, di cui N. 2 in configurazione multi-articolare ginocchio-caviglia (3 DOF) e N. 2 in configurazione multi-articolare ginocchio-caviglia (2 DOF).

Particolare attenzione è stata posta alla descrizione delle procedure di collaudo, verifica e montaggio dei macrogruppi costituenti i prototipi dei dispositivi. Tali procedure sono state eseguite al fine di valutare l’adeguatezza dei sistemi meccanici in riferimento alle specifiche tecniche e ai requisiti funzionali degli stessi.

È stato inoltre eseguito lo sviluppo del software di gestione, controllo e comunicazione dei dispositivi SMART REHAB, del software di interfacciamento utente ERXOS e della piattaforma Habilis.

In particolare, è stato sviluppato il software di interfacciamento, controllo e acquisizione dati. È stato sviluppato l’applicativo ERXOS, in grado di consentire il controllo dei dispositivi SMART REHAB. È stata inoltre realizzata la personalizzazione della piattaforma Habilis, ai fini dell’utilizzo combinato con i dispositivi SMART REHAB nell’ambito del progetto (sperimentazione clinica – Task T6.3).

Sono state inoltre effettuate le attività di realizzazione, assemblaggio e cablaggio della componentistica elettronica.

Nell’ambito dell’attività ST6.2.4 è stata effettuata l’integrazione dei dispositivi SMART REHAB con i sistemi di gaming/realtà virtuale sviluppati da RedRaion. La comunicazione tra i dispositivi SMART REHAB e i sistemi di realtà virtuale è stata realizzata attraverso il Middleware di interoperabilità, così come previsto in fase progettuale. Sono state successivamente eseguite differenti sessioni di test e debug al fine di verificare la corretta integrazione tra i suddetti sistemi.

Sono state infine descritte le attività e i risultati ottenuti in merito ai test atti a verificare, in via preliminare, le funzionalità e le prestazioni dei prototipi dei dispositivi SMART REHAB (versione Finale).

I risultati ottenuti nell’ambito dei test eseguiti sui giunti GFG, GFC, GEC e sui dispositivi hanno consentito di ottenere la validazione funzionale preliminare della versione Finale dell’intero sistema SMART REHAB, abilitando la successiva consegna presso i centri per l’esecuzione della sperimentazione clinica prevista nell’ambito del progetto (Task T6.3).

• D6.2 Report su validazione prototipi versione finale (TRL6) [Resp. IEMEST]
• D6.3 Sintesi del progetto (redatta in linguaggio non tecnico) [Resp. SITUS]