Progetti di ricerca
Piano 2023-2025
I diciotto progetti del Piano di ricerca 2023-2025 fanno capo alle diverse strutture della Direzione centrale assistenza protesica e riabilitazione: Centro Protesi e sue articolazioni territoriali e Centro di riabilitazione motoria di Volterra.
Sono aggregati in cinque Linee tematiche (Riabilitazione robotica, Protesica di arto inferiore, Protesica di arto superiore, Chirurgia e riabilitazione, Sistemi di valutazione).
Per massimizzare i risultati i progetti sono svolti in partnership con Istituti di ricerca e Università di altro profilo scientifico che fanno rete, integrando differenti competenze professionali per ottenere risultati che migliorino la qualità della vita delle persone con disabilità.
Partner: CNR Consiglio Nazionale per le Ricerche
PR23-CR-P4 “Virtualize” Valutazione multifattoriale dell'AOT applicata al recupero del gesto lavorativo e alla terapia occupazionale
La riabilitazione del gesto lavorativo è una fase cruciale per il benessere psicofisico del lavoratore. Grazie alla collaborazione tra CNR-IN e il Centro di Riabilitazione Motoria di Volterra, nel contesto del programma della ricerca 2019-2022, è stato sviluppato un trattamento che integra, nel percorso riabilitativo di pazienti affetti da traumatismi a carico degli arti superiori, l’Action Observation Treatment (AOT) e la realtà virtuale (VR). In considerazione della rilevanza dei quanto fino ad ora ottenuto, il progetto Virtualize, in collaborazione con CNR-IN Istituto di Neuroscienza, intende proseguire le ricerche focalizzandosi sull’ampliamento del repertorio di gesti lavorativi in VR, sullo sviluppo di un algoritmo di morphing della cinematica articolare che consenta di definire traiettorie riabilitative individualizzate sulla base delle competenze iniziali del paziente, sulla valutazione dell’efficacia dell’AOT nel “condizionare” anche aspetti impliciti dell’azione, quali ad esempio, la postura e le componenti ergonomiche e nella valutazione dell’efficacia dell’AOT anche nella riabilitazione dell’arto inferiore (cammino, ascesa/discesa delle scale, cambi di postura funzionali all’esecuzione delle ADL).
PR23-PAI-P1 “ProActive” Protesi di piede con meccanismi adaptive/responsive e sensorizzazione integrata
Il progetto ProActive si pone come naturale prosecuzione del progetto proFIL, facente parte del programma della ricerca 2019-2022 e volto ad esplorare le potenzialità dell’additive manufacturing, dei materiali termoplastici rinforzati con fibra lunga e dei sensori in fibra ottica in campo protesico, con l’obiettivo di incrementare il TRL (Technology Readiness Level) delle tecnologie sviluppate e realizzare un piede ad accumulo/restituzione di energia, con strutture adaptive/responsive e completamente sensorizzato. I dispositivi che verranno sviluppati saranno quindi dotati di snodi con caratteristiche smorzanti/elastiche dinamiche e modulabili durante il movimento, sensori per monitorare le performance, le condizioni di uso e la necessità di manutenzione della protesi e sistemi non invasivi di ritorno sensoriale relativi all’interazione protesi-ambiente esterno.
PR23-PAS-P4 “ADJOINT 2” Impianti osteointegrati sensorizzati per il trattamento di amputazioni delle dita della mano
Il progetto ADJOINT 2 si propone di proseguire le ricerche con le prospettive di estendere la casistica dei pazienti trattati con impianto ADJOINT al livello del pollice per rafforzare i risultati ottenuti circa la sicurezza e l’efficacia del dispositivo, si sviluppare nuovi dispositivi (impianto + protesi digitale) patient-matched per il trattamento di amputazioni a carico delle dita lunghe della mano, e certificare il relativo processo di fabbricazione, di condurre uno studio clinico pilota su quest’ultima casistica, in base al percorso già delineato per il progetto ADJOINT, con lo scopo di estendere il bacino di pazienti eligibili al trattamento con impianto osteointegrato ed eseguire uno studio di fattibilità circa la sensorizzazione della protesi esterna e la restituzione del feedback sensoriale tattile attraverso interfacce neurali invasive.
PR23-SV-P2 “Rientr@Returns” Consolidamento tecnologico e ampliamento della destinazione d’uso della piattaforma di simulazione Rientr@
Il progetto Rientr@Returns, svolto in collaborazione con CNR-STIIMA Istituto di Sistemi e Tecnologie Industriali e Intelligenti, si propone di valorizzare ulteriormente i risultati del progetto Rientr@, del programma di ricerca 2016-2018, che ha portato allo sviluppo di una piattaforma di simulazione della guida in carrozzina. In particolare, nel nuovo progetto, si procederà allo studio delle variabili che influenzano l’embodiment, considerando fattori quali l’immersività del simulatore, la presenza di stimoli aptici, la modalità di interazione, il realismo e le caratteristiche dell’avatar. A tal fine verranno valutati sia parametri oggettivi (segnali fisiologici, EEG, etc.) sia variabili soggettive (engagement, senso di presenza, emozioni, workload cognitivo, usabilità e accettabilità del sistema, etc.), per ricavare il setup ottimale e discernere le opzioni per la scalabilità della soluzione. Inoltre il progetto, prendendo a riferimento l’ICF (International Classification of Functioning, Disability and Health), si occuperà di formalizzare la descrizione delle diverse patologie d’interesse per gli assistiti dell’Inail, le loro condizioni di salute e il fine-tuning del rule-system del DSS mediante linguaggi logici semantici, per la generazione di inferenze (matchmaking). Sulla base di questa attività sarà possibile popolare una base di conoscenza ontologica e, su questa, verificare la correttezza delle inferenze estratte per pazienti con profilo clinico differente.
Partner: IIT – Fondazione Istituto Italiano di Tecnologia
PR23-RR-P2 “ClinicEXO” Valutazione dell'HTA dei sistemi esoscheletrici INAIL-IIT e definizione di nuove metriche cliniche per la robotica indossabile
Il progetto ClinEXO si propone di validare l’efficacia clinica dei dispositivi INAIL-IIT (TWIN e FLOAT) e di elaborarne l’HTA, anche attraverso la ricerca di nuovi protocolli riabilitativi e lo sviluppo di metodologie di misurazione clinica. La valutazione d’efficacia avverrà anche attraverso il confronto con dispositivi attualmente disponibili effettuando sperimentazioni multicentriche su pazienti con profili clinici differenti. Parallelamente, insieme a partner clinici d’eccellenza, si svilupperanno protocolli riabilitativi specificatamente pensati per essere utilizzati sugli esoscheletri, con l’ulteriore obiettivo di utilizzare gli esoscheletri medesimi come strumento di misurazione delle più comuni scale cliniche, al fine di aumentare il determinismo e l’oggettività del risultato. Il progetto si propone, infine, di esplorare nuove tecniche per la misurazione della user experience basate sulla correlazione tra i movimenti effettuati dal sistema uomo-macchina e le misure fisiologiche, quantificando l’effettivo impegno e carico mentale dell’utente durante l’utilizzo.
PR23-PAS-P2 “BioInterNect” Interfacce bioniche bidirezionali multimodali
Dispositivi indossabili, quali protesi bioniche ed esoscheletri, basano il loro funzionamento sulla stretta collaborazione con il paziente che li utilizza, e per questo motivo le interfacce uomo-macchina richiedono un ricco scambio bidirezionale di informazioni a livello sensorimotorio tale per cui il sistema biologico e quello robotico possano operare sinergicamente. Le interfacce sono perciò dispositivi che si occupano di inoltrare, opportunamente codificate perché siano correttamente interpretabili dai destinatari, le informazioni dal paziente verso la macchina e viceversa, così che entrambi possano conseguentemente reagire e collaborare per il raggiungimento del target comune. Lo scopo del progetto BioInterNect è quello di sviluppare nuovi sistema d’interfaccia, anche con la realizzazione di circuiti microelettronici ad hoc basati su nodi tecnologici CMOS a bassa potenza, sotto i profili funzionali prima considerati e in relazione agli scenari applicativi già affrontati in precedenti progetti di ricerca: si considereranno pertanto gli use-case della protesica, della robotica riabilitativa/assistiva e della stimolazione del sistema urinario per il trattamento dell’incontinenza. I sistemi sviluppati saranno modulari per consentire di massimizzare la loro flessibilità d’impiego e di combinare le diverse funzionalità a seconda delle necessità cliniche dei pazienti. I sistemi potranno adottare tecnologie neuromorfe e event-driven per l’encoding ed il decoding dei segnali, e realizzare una loro codifica biomimetica che possa migliorare la naturalezza della percezione sensoriale da parte del paziente nei predetti scenari applicativi.
PR23-RR-P1 “FeatherEXO” Ortesi per arti inferiori assistiva ultraleggera integrata con stimolazione elettrica funzionale
Il progetto FeatherEXO propone lo sviluppo di una ortesi per arti inferiori di nuova concezione, che combina elementi passivi per il supporto gravitazionale a elementi semi-attivi di blocco o frizione per la gestione del rilascio energetico e la stabilizzazione delle articolazioni durante il cammino. Questa ortesi, con pesi e ingombri ridotti al minimo, sarà di supporto nello svolgimento di attività della vita quotidiana per pazienti affetti da disabilità motorie provocate da lesioni midollari incomplete, traumi cranici, dolori muscoloscheletrici, osteoartriti da usura, etc. Il progetto adotterà i principi della soft robotics, applicata alla mobilitazione degli atri inferiori, combinandoli a tecnologie di stimolazione elettrica funzionale (FES), e ciò allo scopo sia di investigare modalità di utilizzo dell’ortesi in grado di promuovere effetti riabilitativi, sia di incrementare il livello di assistenza al cammino che il dispositivo robotico potrà fornire.
PR23-PAS-P1 “DexterHand” Piattaforma robotica di arto superiore iperdestra per la nuova generazione di protesi e controlli
Il progetto DexterHand si propone di sviluppare una piattaforma robotica di arto superiore “iperdestra” per la sperimentazione di interfacce bioniche e tecniche di controllo innovative, volta a incrementare sostanzialmente il grado di destrezza e naturalezza delle protesi di arto superiore. Per realizzare questo obiettivo, la piattaforma robotica sarà dotata di un’alta densità di gradi di libertà attivi, particolarmente nella regione della mano, concentrandosi sulle articolazioni che svolgono ruoli cruciali nel conferimento della destrezza e nell’abilitazione allo svolgimento di funzioni di reaching coordinato anche molto complesse. Verranno quindi ideati meccanismi innovativi miniaturizzati sfruttando il know-how accumulato dal team INAIL-IIT nello sviluppo del sistema protesico HannesARM. In parallelo agli sviluppi meccatronici, il progetto DexterHand realizzerà interfacce uomo-macchina che permetteranno il rilevamento e l’integrazione di ricche informazioni multisensoriali e lo sviluppo di nuove tecniche di controllo multi-giunto ad elevata destrezza.
Partner: Istituto di Biorobotica della Scuola Superiore di Studi Universitari e Perfezionamento Sant’Anna
PR23-CR-P2 “WOUND” Patch attivi e stimolazioni biofisiche per accelerare la guarigione delle piaghe da decubito
Il progetto ha come obiettivo la realizzazione di nuovi materiali (da usare come patch cutanei) e sistemi di stimolazione ultrasonica ed elettromagnetica per accelerare la guarigione di ferite croniche in generale e, in particolare, delle piaghe da decubito, un problema trasversale a molti quadri clinici e che impatta enormemente sul sistema sanitario. Nel progetto WOUND verrà investigata una combinazione di stimoli basati su: low-intensity pulsed ultrasound (LIPUS), pulsed electromagnetic fields (PEMF) e patch bioattivi (ad es. piezoelettrici stimolati con ultrasuoni, per generare cariche elettriche locali), al fine di modulare lo stato infiammatorio, ottenere un’azione anti-batterica, accelerare la guarigione della ferita, massimizzando la migrazione, proliferazione e produzione di collagene da parte di fibroblasti, cheratinociti, cellule epiteliali e cellule endoteliali. Queste tecnologie verranno testate dapprima estensivamente in vitro, per trovare i parametri ottimali che promuovano i fenomeni sopra citati. Le tecnologie LIPUS e PEMF, che non richiederanno test su animali, verranno quindi testate in un pilot clinico mentre le patch cutanee attive verranno testate su un modello animale.
PR23-SV-P1 “HANDeVAL” Sistema integrato per la valutazione del recupero funzionale della mano
Il progetto HANDeVAL ha l’obiettivo di sviluppare un sistema integrato per la valutazione del recupero funzionale della mano in pazienti che hanno subito un infortunio legato al lavoro. Il progetto integrerà diverse tecnologie (es. sistemi di analisi del movimento, sensori indossabili, esoscheletri, oggetti sensorizzati) per realizzare un sistema che sia in grado di monitorare in via quantitativa il processo di riabilitazione motoria di pazienti con mano post-traumatica. In particolare, il sistema sarà in grado di misurare parametri biomeccanici (es. cinematica articolare, coppie articolari, smoothness del movimento) su soggetti sani e su pazienti con infortuni alla mano, al fine di creare un dataset da utilizzare per l’implementazione di algoritmi di intelligenza artificiale, in grado di quantificare il recupero funzionale del paziente, identificare le possibilità di recupero e guidare il processo riabilitativo per migliorare l’efficacia del trattamento. Attraverso questo sistema integrato, il progetto HANDeVAL sarà in grado di fornire ai terapisti e medici del lavoro degli strumenti necessari per effettuare una valutazione quantitativa delle capacità funzionali della mano, con l’obiettivo finale di accelerare il reinserimento del paziente all’interno del proprio contesto sociale e lavorativo.