En las últimas décadas se ha visto un desarrollo muy importante de la robótica, lo que ha
llevado a que los robots estén siendo usados en diversas aplicaciones que van desde la industria hasta la medicina. Entre sus diferentes ramas, una de las más populares ha sido la robótica de rehabilitación, cuyo objetivo es ayudar a las personas afectadas por una lesión a recuperar la capacidad de movimiento gracias al uso de dispositivos robóticos que pueden proveer una terapia consistente y eficiente. La cantidad de dispositivos relacionados a este tema ha crecido considerablemente y pueden hallarse distintos ejemplos desarrollados alrededor del mundo tanto para miembro superior como inferior, gracias al potencial que tienen para mejorar la terapia.
Ejemplos de exoesqueletos de pierna y brazo.
Debido a que los sistemas robóticos constituyen una herramienta de trabajo muy valiosa
para los fisioterapeutas y médicos traumatólogos, se pueden encontrar varios ejemplos de su uso en la rehabilitación de diferentes lesiones. La gran ventaja que ofrecen los sistemas robotizados es su capacidad de ayudar a realizar terapias simples, repetitivas e intensivas, incluso sin la presencia física del terapeuta. Algunos de los esfuerzos actuales se encaminan a crear dispositivos portátiles que puedan usarse en casa y en las actividades diarias. Otros se enfocan en la rehabilitación clínica u hospitalaria, principalmente para aquellos pacientes recién operados o con lesiones crónicos. Una de las características más útiles para los especialistas es la capacidad que se tiene con estos dispositivos de obtener datos de la terapia, lo que permite evaluar la evolución del paciente y tomar decisiones basándose en ello.
Además del diseño mecánico y la selección de los componentes y materiales del dispositivo, otro de los grandes retos relacionados al desarrollo de exoesqueletos de rehabilitación lo constituye el sistema de control. Éste debe considerar aspectos relacionados a la seguridad del paciente y del especialista, pero su principal función es conducir el buen funcionamiento del sistema durante la rehabilitación, lo que incluye la toma de decisiones basado en su comportamiento actual. De ahí que las propuestas actuales para los sistemas de control de exoesqueletos sea variada y se puedan encontrar algunos ejemplos en los que se incluyen señales provenientes del paciente y realizar así un control más completo.
En el tema del desarrollo de exoesqueletos de rehabilitación, se encuentra una mayor cantidad de ejemplos para el miembro inferior en comparación al miembro superior. Esto se debe principalmente a que el hombro es la articulación más móvil del cuerpo humano, por lo que su modelado y el diseño de dispositivos robóticos para rehabilitarlo tienen un alto grado de complejidad. Sin embargo, se hacen esfuerzos en esta área debido principalmente a que la prevalencia de lesiones en el hombro ha ido aumentando en los últimos años, siendo el ictus o infarto cerebral una de las principales causas de movilidad limitada en el miembro superior.
Referencias
Artículo sobre el presente y futuro de los exoesqueletos y la rehabilitación.
Artículo científico sobre el estado del arte de exoesqueletos de miembro superior.
Artículo científico sobre el estado del arte de exoesqueletos de miembro inferior.
Estado del arte sobre sistemas de control de exoesqueletos para rehabilitación.
En la actualidad pueden encontrarse varios ejemplos de exoesqueletos robóticos de rehabilitación del miembro superior, pero en esta oportunidad me centraré únicamente en aquellos que ya se encuentran en el mercado. Durante la búsqueda de información, resulta sorprendente la gran cantidad de prototipos encontrados (dispositivos aún en fase de investigación/desarrollo) en comparación con el bajo número de aquellos que ya se venden.
En la tabla que se muestra a continuación se resumen las 5 empresas que en la actualidad desarrollan y venden dispositivos robóticos de rehabilitación de brazo. Es importante notar que presentan distintas soluciones al problema y que la empresa con mayor número de dispositivos a la venta es también la más antigua de todas: Hocoma.
Empresas que desarrollan y venden exoesqueletos de rehabilitación de brazo.
Hocoma
Esta empresa suiza nació en 1996 con la idea de comercializar el dispositivo de rehabilitación de miembros inferiores, Lokomat. Tres años después, y en cooperación con el Hospital Universitario Balgrist de Zúrich, producen el primer prototipo de Lokomat. Las primeras ventas del dispositivo se consiguen en 2001 en Suiza, Alemania y Estados Unidos.
En 2006 presentan el prototipo Armeo, el dispositivo de rehabilitación de miembro superior, que en poco más de 3 años se afianza hasta alcanzar lo que han bautizado como «Armeo Therapy Concept», que consiste en tres dispositivos que se usan en distintas fases del proceso de rehabilitación del paciente. El último hito lo alcanzaron en 2015 al introducir el accesorio del Armeo Power, el Manovo Power, para rehabilitar el agarre de la mano.
El Armeo Power está orientado a aquellos pacientes que han perdido por completo la funcionalidad del brazo o que tiene movilidad limitada causada por un desorden nervioso, espinal, muscular o relacionado al hueso. El dispositivo permite la realización de ejercicios específicos que incrementen la fuerza muscular y el rango de movimiento. También ayuda al personal médico en la evaluación de estas funciones.
El exoesqueleto Armeo Power de Hocoma
El Armeo Spring se usa en una fase intermedia de la rehabilitación y está indicado para pacientes que están comenzando a recuperar el movimiento activo del brazo. No tiene ningún motor o actuador y está montado en una plataforma móvil. Hocoma también presenta este mismo dispositivo para uso pediátrico en el rango de 4 a 12 años de edad. Lo que cambia son las longitudes del brazo y antebrazo del exoesqueleto, así como los valores de compensación de peso de ambos segmentos.
El Armeo Spring de Hocoma
El Armeo Boom se usa en la fase más avanzada de la rehabilitación de miembro superior y está recomendado para pacientes ambulatorios o para uso en casa. Consta de un sistema de suspensión en cabestrillo que compensa el peso del brazo y que requiere de muy poca supervisión por parte de un especialista.
El Armeo Boom de Hocoma
Todos los dispositivos de Armeo cuentan con una interfaz de usuario que está desarrollada sobre Windows y que es válida para todos los dispositivos que se han presentado anteriormente. El Armeo software es uno de los elementos principales de la rehabilitación que pueda conseguirse usando los dispositivos. Contiene una amplia librería de ejercicios que son orientados a cumplir metas y cubren todos los objetivos para pacientes afectados moderada o severamente.
Los ejercicios ayudan al paciente a trabajar rangos y coordinación de movimientos, funciones de agarre con la mano, fuerza muscular, resistencia y funciones cognitivas. La librería contiene videojuegos enfocados a movimientos 1D para rehabilitar solamente una articulación en los casos de pacientes severamente afectados. También hay juegos que requiere movimientos complejos en 2D y 3D para pacientes moderadamente afectados. Los ejercicios pueden ser fácilmente adaptados a las habilidades motoras y cognitivas de cada paciente.
Interactive Motion Technologies (IMT)
Fundada en 1998, tiene su sede central en Massachusetts, Estados Unidos, y es una compañía que provee soluciones robóticas para pacientes con condiciones neurológicas. En abril 2016 comenzó a operar como una subsidiaria de Bionik Laboratories Corp.
Actualmente venden tres dispositivos de rehabilitación del miembro superior, uno de ellos dedicado a la mejora del codo y hombro, otro centrado exclusivamente en la muñeca y el tercero para la mano. La característica principal de estos dispositivos es que son modulares y cada uno puede funcionar independientemente o integrado al resto.
El prototipo que dio origen al InMotion ARM fue creado en el Massachusetts Institute of Technology (MIT) y fue nombrado «MIT-MANUS». El prototipo comenzó a desarrollarse en 1989 y fue puesto en funcionamiento 5 años después. Es uno de los primeros robots creados para rehabilitación.
Módulo de rehabilitación del hombro y codo de IMT.
El InMotion ARM rehabilita el hombro y el codo, y es un robot planar que está limitado a movimientos horizontales con compensación de gravedad. La característica de irreversibilidad (backdrivable) le permite sostener sin problemas el peso del brazo del paciente. Tiene además un accesorio para ejercitar el agarre de la mano, el InMotion HAND.
El tercer módulo es el InMotion WRIST, orientado a la rehabilitación de la muéca. El dispositivo registra el movimiento que realiza el paciente y provee soporte adaptativo y continúo en tiempo real para que la trayectoria se complete satisfactoriamente. Una serie de videojuegos motivan al paciente, que debe mover el robot de acuerdo a los objetivos del ejercicio. Si el paciente no es capaz de realizar la tarea, el robot le asiste y guía su mano.
Módulo para la rehabilitación de la muñeca de IMT.
Wereable Robotics-Kinetek
Esta compañía surgió en 2014 como una spin-off de la Scuola Superiore Sant’Anna de Pisa, en Italia. Desarrollan y producen sistema robóticos portables y exoesqueletos de rehabilitación, asistencia y de aumento de fuerza humana. Kinetek es la división médica de la compañía y hasta el momento tienen en el mercado dos dispositivos.
El dispositivo Arm Lightweight Exoskeleton (ALEx) tiene tres modos de operación:
Pasivo: el paciente mueve el brazo usando el exoesqueleto y éste mide el rango de movimiento en cada una de las articulaciones.
Activo: el dispositivo guía el brazo del paciente durante la realización del movimiento.
Asistido: el exoesqueleto ayuda al paciente a realizar el movimiento si no detecta ninguna intención en un plazo mayor a tres segundos.
Exoesqueleto activo ALEx de Kinetek
Tienen otro dispositivo para rehabilitación del miembro superior, el Track-Hold, que es pasivo y funciona con compensación de gravedad, la cual puede ser modificada añadiendo o quitando contrapeso al sistema. Cubre un amplio rango del espacio de trabajo del brazo humano, con capacidad de movimientos suaves y baja inercia. El movimiento que realiza el paciente se mide a través de los sensores de posición que posee el sistema.
Exoesqueleto pasivo «Track-Hold» de Kinetek
El Track-Hold puede ser usado en centros de rehabilitación y para terapias en casa, pues no requiere de mucha supervisión. Al igual que ALEx, tiene un software asociado para motivar al paciente a hacer los ejercicios y medir su progreso.
Casos especiales: BKIN y Yikang
Actualmente BKIN ofrece dos productos para investigación: el Kinarm Lab y el End-Point Lab. Ambos permiten la obtención de datos precisos sobre el impacto que tiene una lesión o enfermedad cerebral en las funciones motoras, sensoriales y cognitivas del paciente. Los movimientos se realizan únicamente en el plano horizontal. Se considera esta empresa un caso especial, debido a la restricción que tienen acerca del uso que se le puede dar a sus productos, ya que únicamente se utilizan en el ámbito de la investigación clínica.
BKIN Technologies es una spin-off de la Queen’s University de Canadá, que lleva varios años trabajando en el desarrollo de dispositivos de rehabilitación de miembro superior.
El otro caso a analizar es el de la empresa Guangzhou Yikang Medical Equipment Industrial Co., pues el dispositivo A6 que ofrecen como parte de su portafolio es sumamente parecido al Armeo Power de Hocoma. Lo mismo sucede con el exoesqueleto A2, que es prácticamente una copia del Armeo Spring.
Esta compañía china fue fundada en 2000 y desarrolla, produce y vende equipo para rehabilitación. Tiene varios canales de venta, siendo el más importante la tienda en línea Alibaba. La descripción de cada equipo es bastante limitada.
Como expliqué en la entrada anterior, las lesiones músculo-esqueléticas son uno de los problemas actuales que más preocupación genera, especialmente porque las estadísticas nos hablan de un problema que aumenta año con año.
El diagnóstico hoy
Después de que se produce la lesión, pediremos cita con el especialista para el diagnóstico. Puede que nos la den a los días, o incluso semanas después. Cuando llegamos a la consulta, le contaremos al médico cómo se produjo la lesión y a continuación, nos pedirá que realicemos una serie de movimientos con el brazo o pierna afectada. Usará un instrumento muy sencillo, el goniómetro, para medir el ángulo máximo que fuimos capaces de alcanzar. En la primera imagen se muestran dos ejemplos del uso de este instrumento que es parecido a un transportador.
Medición de la abducción del brazo.Medición de la flexión del codo.
Esta primera cita sirve como punto de referencia, ya que durante el diagnóstico se han obtenido valores puntuales de nuestra capacidad máxima de movimiento. El profundo conocimiento que tiene el médico de la anatomía humana le permitirá determinar qué músculos tenemos lesionados. Confirmará su diagnóstico con imágenes médicas, lo que incrementa el costo y el tiempo empleado en esta etapa.
Protocolos de rehabilitación
No hay dos lesiones iguales. La pregunta que viene a continuación, después de la afirmación anterior, es: ¿cómo establecer adecuadamente una terapia de rehabilitación? Se siguen los protocolos que establece el hospital o clínica y éstos se adaptan al paciente y su evolución. Un protocolo es una serie de ejercicios pre-establecidos que el paciente realiza con ayuda de un fisioterapeuta y que cada cierto tiempo cambian de acuerdo a la evolución que esté teniendo.
Área de rehabilitación. Foto: Hospital Piccole Fligie.
Esta adaptación puede requerir mucho tiempo, dependiendo de varios aspectos, lo que llevaría al paciente a sentirse frustrado. Está comprobado que un paciente motivado avanza más rápido en su recuperación, así que es crítico encontrar rápidamente la terapia más adecuada para cada caso.
Además, pocas veces se toma en cuenta el enorme esfuerzo que hacen día a día los fisioterapeutas para ayudar a sus pacientes a ganar más movilidad. Una sesión de terapia suele durar unos 30 a 45 minutos y durante este tiempo, el fisio empuja o hala una y otra vez el brazo o la pierna del paciente. Cuando termina con un paciente, entra el siguiente y se repite la misma escena, así que durante una jornada de 8 horas, el fisio hace un esfuerzo tremendo. Ojo: la rehabilitación de hoy en día se hace uno a uno. Un fisioterapeuta, un paciente por sesión.
¿Cómo será la rehabilitación del futuro?
Gracias a las diferentes tecnologías con las que se cuenta hoy en día, la rehabilitación del futuro será más precisa, eficiente, rápida y menos costosa. Para lograr lo anterior, uno de los puntos claves serán los dispositivos robóticos, en específico, exoesqueletos que ayuden a rehabilitar y que se adhieren al brazo o pierna del paciente.
Los exoesqueletos son dispositivos mecatrónicos en los que sus segmentos y articulaciones corresponden a los mismos que el cuerpo humano. Los motores que forman parte del sistema generan torques o pares que se aplican al miembro a rehabilitar y que ayudan al paciente a alcanzar un mayor rango de movimiento al mismo tiempo que hacen trabajar a los músculos. Estos van adquiriendo mayor fuerza mientras desaparece la atrofia que pudiera existir tras un largo período de reposo muscular.
Exoesqueleto de rehabilitación de brazo. Imagen obtenida en Flickr
¿Cómo será entonces la rehabilitación del futuro? Pediremos la cita para el diagnóstico y le diremos al médico cómo se ha producido nuestra lesión. En lugar de usar el goniómetro para medir nuestra capacidad de movimiento, nos colocará una serie de sensores de precisión en el brazo o en la pierna. Los datos obtenidos con estos sensores irán a un modelo 3D o avatar que tendrá en su computadora u ordenador y que reproducirá los movimientos que hayamos hechos. De esa manera, el médico podrá determinar qué músculos están afectados y en qué medida.
A continuación, podrá decidir junto al fisioterapeuta la terapia más adecuada para nosotros, e incluso podrán simular los resultados de la rehabilitación usando el avatar. Durante la terapia, podrán registrar nuestra evolución gracias a esos mismos sensores, lo que permitirá tener datos concisos que puedan servir para ir tomando decisiones sobre la marcha. Cuando lo consideren conveniente, usaremos un exoesqueleto de rehabilitación que nos ayude a realizar los movimientos y de esa manera, el fisioterapeuta podría atender más pacientes en una misma sesión.
Las ventajas de este nuevo concepto de la rehabilitación es que tendrá una repercusión positiva en el paciente, al contar con información determinante que ayude en la toma de decisiones que agilicen el tiempo de recuperación. Además, el tiempo de espera para las sesiones se reducirá considerablemente al poder atender a varios pacientes al mismo tiempo con ayuda de los exoesqueletos, dejando que el especialista se encargue de los casos más severos.
Ventajas de los sistemas de rehabilitación.
La rehabilitación del futuro NO va a excluir al especialista del proceso. Su objetivo seguirá siendo el mismo que hoy en día: habilitar, restituir; pero le dará al especialista una herramienta muy valiosa que ayudará a rehabilitar más acertadamente a un paciente. Estos sistemas de los que hablo contribuirán a acelerar el proceso de recuperación de un paciente e incluso reducirán los costos sanitarios relacionados a la terapia de lesiones músculo-esqueléticas.
El mayor reto para los que trabajamos en esta área es que el costo de estos sistemas sea asequible para que puedan ser usados en cualquier rincón del planeta. Estoy convencida que si la tecnología que estamos creando no es accesible, la sostenibilidad de los sistemas sanitarios se verá seriamente comprometida y el acceso de los pacientes a dicha tecnología será limitada. El tiempo y la pasión que dedicamos a la investigación y desarrollo de estos nuevos sistemas no valen la pena sino llegan a la mayor cantidad posible de usuarios: personal médico y pacientes.
Esta es la rehabilitación del futuro. La hemos imaginado así, la estamos creando hoy.
Blog de Marie Destarac 