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Wearable exoskeleton for knee rehabilitation with Functional Electrical Stimulation

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Un exoesqueleto inteligente mejora la rehabilitación de la rodilla

La rehabilitación de las lesiones de rodilla suele durar más de lo esperado y tener unos resultados decepcionantes. BELK ha creación una solución ponible, que puede utilizarse en casa mientras se camina normalmente y activarse solo cuando es necesario.

Salud

El deporte, los accidentes de tráfico, los daños cerebrales, la artritis y otras enfermedades degenerativas relacionadas con la edad pueden causar lesiones de rodilla, uno de los problemas articulares más comunes. La rehabilitación suele buscar recuperar el grado de flexión de la rodilla, pero se abandona cuando se logran 100° de flexión, lo que no aborda el tipo de marcha y el movimiento natural de la rodilla. El proyecto BELK, financiado con fondos europeos, desarrolló un exoesqueleto «de ayuda según se necesite» para aplicar refuerzo en la rotación de forma proporcional solo cuando el paciente se desvía del tipo de movimiento deseado preprogramado. El dispositivo está basado en un algoritmo que dirige simultáneamente el programa de ayuda según se necesite y un conjunto de electrodos de electroestimulación funcional (FES, por sus siglas en inglés) que incluye contracción muscular. «Este control de campo de fuerza con FES integrada produce un tipo de marcha natural —afirma Carlos Fernandez, coordinador del proyecto—. El sistema solo ayuda al movimiento en la parte del estiramiento en la que los pacientes no pueden hacerlo por sí mismos, lo que resulta en una rehabilitación más deliberada e intuitiva. Ninguna alternativa comercial ofrece esto».

El exoesqueleto de una única articulación

Gogoa Mobility Robots, entidad anfitriona del proyecto, se propuso desarrollar un dispositivo ponible de rehabilitación de la rodilla y que pudieran usar tanto los fisioterapeutas como los pacientes solos en casa o en la calle. La solución resultante está formada por tres componentes principales: un exoesqueleto robótico, un mando a distancia y un recopilador de datos. Este ligero exoesqueleto está diseñado para ajustarse rápida y fácilmente a la anatomía del paciente y puede utilizarse en decúbito supino, en posición sentada o en bipedestación. Alimentado por una batería de litio que dura hasta 4 horas de movimiento continuo, BELK puede generar hasta 35 Nm (newton-metro) en la articulación de la rodilla. El dispositivo pesa 3 kg y puede utilizarse con pacientes que midan 1,5-1,95 m y pesen hasta 100 kg. Gracias a la tecnología «bluetooth», el mando a distancia funciona a través de una aplicación para Android instalada en una tableta incluida en el paquete del dispositivo. Esta incluye alarmas para cuestiones como el uso de demasiada fuerza, junto con información del estado del dispositivo, como cuánta carga le queda a la batería. Los modos de funcionamiento permiten a los usuarios controlar parámetros como la velocidad, la rotación y el tramo del movimiento. Un algoritmo integra capacidades de FES en el exoesqueleto, lo que modula la resistencia mecánica ejercida sobre la pierna. El recopilador de datos muestra la información proporcionada por los extensómetros del exoesqueleto y el codificador que mide el ángulo de la articulación. Estos permiten que el proceso de rehabilitación pueda evaluarse y la configuración del dispositivo ajustarse. El sistema BELK ha sido sometido con éxito a ensayos clínicos en el Hospital Universitario de Cruces y el Hospital de Santiago. Los veinte pacientes informaron estar cómodos con el sistema y no haber sufrido reacciones adversas. Se descubrió que los tipos de marcha de los participantes habían mejorado al final del tratamiento y el tiempo de rehabilitación se había reducido de doce a nueve sesiones.

Es rentable y ahorra tiempo

«Dado que nuestra tecnología puede utilizarse en casa, ahorra el tiempo y el dinero del desplazamiento al centro de rehabilitación —añade Fernandez—. Además, nuestro sistema patentado de transmisión por cable hace que la producción sea rentable y que su precio sea similar al de las alternativas, aunque tenga funciones más avanzadas». En la actualidad, Gogoa está a la espera del marcado CE para que la Agencia Española de Medicamentos y Productos Sanitarios autorice su exoesqueleto. Después, la empresa lo llevará al mercado europeo antes de presentarlo al Organismo para el Control de Alimentos y Medicamentos de Estados Unidos para su comercializarlo en ese país.

Palabras clave

BELK, articulación, lesión, rodilla, rehabilitación, exoesqueleto, ponible, marcha

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