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Roupa robótica para mobilidade de pacientes com Parkinson

Como a Soft Robotics está mudando o tratamento da doença de Parkinson

A doença de Parkinson afeta mais de 9,4 milhões[1] de pessoas em todo o mundo e espera-se que esse número aumente significativamente até 2040. À medida que a doença progride, até 80% dos pacientes experimentam congelamento da marcha (FoG), caracterizado por paradas involuntárias enquanto caminham, muitas vezes causando quedas nos pacientes.

Um novo avanço na robótica levou à criação de um robô vestível e macio que proporciona novos níveis de suporte para pacientes com Parkinson, ajudando a superar o desafio do FoG. A tecnologia inovadora demonstrou seu potencial em um estudo onde melhorou a mobilidade de um paciente de 73 anos que experimentava mais de 10 episódios de FoG por dia (além de quedas frequentes).

A pesquisa, “Vestimenta robótica macia para evitar o congelamento da marcha na doença de Parkinson”, foi publicada na revista Nature Medicinel[2].

O congelamento da marcha faz com que as pessoas com Parkinson percam subitamente a capacidade de mover os pés, muitas vezes no meio do passo, à medida que seu passo fica cada vez mais curto até que a pessoa pare de andar. O congelamento é atualmente tratado com uma variedade de medicamentos e terapias cirúrgicas ou comportamentais, todas com eficácia limitada.

Robôs vestíveis têm se mostrado promissores para distúrbios neurológicos como acidente vascular cerebral, paralisia cerebral e lesão na medula espinhal. Os pesquisadores da Faculdade Sargent de Ciências da Saúde e Reabilitação da Universidade de Boston e da Escola de Engenharia e Ciências Aplicadas John A. Paulson de Harvard (SEAS), responsáveis pelo estudo sobre FoG, demonstraram anteriormente que um dispositivo vestível macio poderia aumentar a flexão do quadril e ajudar a balançar a perna para frente para reduzir o consumo de energia durante a caminhada. Agora, em uma inovação global, uma abordagem similar usando um dispositivo robótico está ajudando a evitar o FoG na doença de Parkinson.

Vestindo-se

Este avanço no tratamento do Parkinson reuniu uma gama impressionante de especialistas em seus respectivos campos. “Aproveitar robôs vestíveis macios para prevenir o congelamento da marcha em pacientes com Parkinson exigiu uma colaboração entre engenheiros, cientistas de reabilitação, fisioterapeutas, biomecânicos e estilistas”, disse Conor Walsh, Professor de Engenharia e Ciências Aplicadas Paul A. Maeder, cuja equipe colaborou com Terry Ellis, Professor e Presidente do Departamento de Fisioterapia e Diretor do Centro de Neurorreabilitação da Universidade de Boston.

A equipe de pesquisa projetou uma roupa robótica macia que auxilia a flexão do quadril, modificando um exoesqueleto portátil para quadril previamente existente. A vestimenta resultante usa atuadores e sensores acionados por cabos. Ela é usada ao redor dos quadris e coxas (Figura 1), proporcionando um empurrão suave nos quadris do paciente à medida que a perna se balança, de modo que o paciente alcance e mantenha um passo mais longo. A vestimenta possui um cinto, duas faixas para as coxas e alças de suspensão feitas de camadas de tecido plano resistente à abrasão e material de lona leve personalizado. Os atuadores são montados na frente do cinto usando peças de plástico impressas em 3D e fixados na parte de trás usando velcro. As alças de suspensão impedem que o cinto deslize para baixo. O design tem apenas um interruptor de ligar/desligar e leva de 5 a 10 minutos para colocar ou remover.

Figura 1: A vestimenta robótica, que é fixada ao redor das coxas e quadris, aplica um leve empurrão nos quadris à medida que a perna balança, auxiliando o paciente em passadas mais longas ao caminhar. (Fonte: Walsh Biodesign Lab/Harvard SEAS)

A vestimenta possui um pequeno mecanismo de tração de corda que gera a flexão do quadril. Cada um dos dois mecanismos montados na parte frontal da cintura contém um motor, um codificador e uma corda Dyneema que percorre o comprimento da coxa. Uma extremidade da corda é fixada ao motor e a outra à faixa da coxa por meio de uma fivela de metal. O dispositivo vestível utiliza atuadores acionados por cabos e sensores, usados ao redor das coxas e da cintura. Um atuador transmite torque para um tambor cilíndrico, enrolando a corda e gerando um movimento de flexão externa em torno da articulação do quadril. Algoritmos são usados para estimar a marcha e acionar os atuadores para aplicar forças auxiliares em conjunto com o movimento muscular.

A eletrônica que alimenta essa vestimenta robótica inclui uma placa personalizada com um microprocessador, driver de motor e duas baterias de íon de lítio. Duas células de carga para medir a força de tração na corda estão integradas na faixa da coxa e duas estão fixadas à parte anterior da faixa da coxa. O controle da vestimenta depende do movimento independente de cada perna. Os cálculos dos algoritmos cobrem a distância, tempo de passo, velocidade de caminhada, todos os ângulos, flexão do quadril e amplitude de movimento. Uma das características mais críticas da vestimenta é que ela é leve, com a maior parte do seu peso concentrado na cintura e em cada coxa.

“Descobrimos que apenas uma pequena quantidade de assistência mecânica do nosso vestuário robótico macio produziu efeitos instantâneos e melhorou consistentemente a caminhada em uma variedade de condições para o indivíduo em nosso estudo”, disse Walsh.

No estudo, o dispositivo eliminou o congelamento do participante enquanto caminhava em ambientes internos. Esta pesquisa pode permitir que pessoas com a doença recuperem mobilidade e independência, possibilitando que os pacientes caminhem de forma mais fluida e por distâncias maiores e, o mais importante, evitem quedas causadas pelo congelamento da marcha.

Opinião do Paciente

A equipe repetiu as medições durante testes de caminhada cronometrada em cinco sessões de estudo ao longo de seis meses. Como o congelamento da marcha ainda não é totalmente compreendido, é impossível saber exatamente por que a robótica vestível funciona. Mas funcionou, e de forma instantânea. Sem qualquer treinamento especial, o participante caminhou sem congelar em ambientes internos e com apenas eventos ocasionais de congelamento da marcha em ambientes externos. Ele também conseguiu caminhar e falar simultaneamente sem congelar, algo raro sem o dispositivo.

O participante expressou que o vestuário robótico ajudaria a expandir suas atividades de caminhada para diferentes lugares fora de sua casa. Em suas próprias palavras, “O traje me ajuda a dar passos mais longos, e quando ele não está ativo, percebo que arrasto muito mais os pés. Realmente me ajudou, e sinto que é um avanço positivo. Poderia me ajudar a caminhar por mais tempo e manter a qualidade de vida.”

Como os pesquisadores colocaram, “Este estudo demonstrou que o congelamento da marcha foi evitado usando vestuário robótico macio em um indivíduo com doença de Parkinson, servindo como um impulso para avanços tecnológicos em resposta a essa necessidade séria, mas ainda não atendida.”

Conclusão

Esse avanço na robótica médica representa um salto significativo no tratamento da doença de Parkinson. A abordagem melhora a mobilidade dos pacientes com a doença e destaca o potencial de combinar a robótica flexível com aplicações terapêuticas. Talvez o mais importante seja que isso abre caminho para aplicações mais amplas das roupas robótica em diversas condições médicas.

Referências

[1] N. Maserejian, L. Vinikoor-Imler e A. Dilley. “Estimativa da população global da doença de Parkinson (DP) em 2020”, International Parkinson and Movement Disorder Society, https://www.mdsabstracts.org/abstract/estimation-of-the-2020-global-population-of-parkinsons- doença-pd/.

[2] Jinsoo Kim, Franchino Porciuncula, Hee Doo Yang, Nicholas Wendel, Teresa Baker, Andrew Chin, Terry D. Ellis e Conor J. Walsh. “Vestuário robótico macio para evitar o congelamento da marcha na doença de Parkinson”, 5 de janeiro de 2024, https://www.nature.com/articles/s41591-023-02731-8.

[3] Leah Burrows. “Dispositivo robótico macio e vestível melhora a caminhada de indivíduos com doença de Parkinson”, Escola de Engenharia e Ciências Aplicadas de Harvard, https://seas.harvard.edu/news/2024/01/soft-robotic-wearable-device-improves-walking -doença de Parkinson individual.

Artigo publicado por Carolyn Mathas no blog da Mouser Electronics: Wearable Robotics for Parkinson’s Mobility

Traduzido pela Equipe Embarcados. Visite a página da Mouser Electronics no Embarcados

Licença Creative Commons Esta obra está licenciada com uma Licença Creative Commons Atribuição-CompartilhaIgual 4.0 Internacional.
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