INAIL - Istituto Nazionale per l'Assicurazione contro gli Infortuni sul Lavoro

INAIL - Istituto Nazionale per l'Assicurazione contro gli Infortuni sul Lavoro

Laboratori di ricerca

Per lo svolgimento delle attività, i ricercatori del Centro Protesi si avvalgono di laboratori attrezzati con le più recenti strumentazioni.
Nel complesso i laboratori sono tre:
  • Laboratorio di Meccatronica
  • Laboratorio di Analisi del Movimento
  • Laboratorio di Ausili e Domotica.





Certificazione UNI EN ISO 9001-2008 registrazione numero 2286-A logo centro protesi 2015

Accreditato da Regione Emilia Romagna per “Attività di Riabilitazione in regime di ricovero non ospedaliero per 90 posti letto e Funzioni ambulatoriali esercitate in autorizzazione
Det. Nr 3328/2013 Regione Emilia Romagna

Strumentazioni e attrezzature

Telecamera ad alta frequenza

Telecamera ad alta frequenza

Tipologia: Telecamera ad alta frequenza
Marca: Vision Research
Modello: exMiro 4

Descrizione:
La telecamera exMiro 4 permette di acquisire, a colori, fino a 111.000 immagini per secondo (circa una ogni 9 microsecondi). Limitando la frequenza di campionamento a “soli” 1200 immagini al secondo, la risoluzione è di ben 800x600, e questa è proprio la condizione ideale per vedere eventi veloci come, ad esempio, lo swing del golf o il funzionamento di uno smorzatore di un piede protesico. La telecamera exMiro 4 permettere di avere obiettivi intercambiabili: con adattatore C-mount/F possono essere utilizzate, ad esempio, ottiche Nikon. Normalmente, adottiamo un’ottima Nikon 50mm. Grazie al display touchscreen, alla batteria ed alla memoria su Compact Flash, la telecamera è ideale per applicazioni in esterno, ad esempio su un campo di atletica, per potere dare un immediato risconto dell’esecuzione del gesto atletico allo sportivo ed all’allenatore. I video acquisiti attraverso la telecamera exMirò 4 possono anche essere elaborati attraverso software specifici per il calcolo di parametri cinematici: noi utilizziamo il software TEMA-Lite.

Impiego:
la telecamera ad alta frequenza è impiegata sul campo di atletica, per fornire un riscontro immediato ad atleta ed allenatore. Inoltre, viene utilizzata per potere valutare il funzionamento di componenti protesiche innovative, come ad esempio lo smorzatore del piede Ceterus prodotto da Ossur, come nel video in allegato. Abbiamo così la possibilità di avere un riscontro visivo immediato ai dati acquisiti anche attraverso gli altri sistemi di analisi del movimento disponibili in Laboratorio.



C-mill C-mill

Tipologia: Treadmill con celle di carico integrate
Marca: ForceLink B.V.
Modello: C-Mill

Descrizione:
Il sistema è costituito di tre elementi:
•    un tapis roulant di dimensioni complessive 102 X 375 X 130 cm, maggiori rispetto a quelle dei treadmill comunemente utilizzati per la terapia riabilitativa, in cui sono integrate sei celle di carico per rilevare la componente verticale di forza e le oscillazioni antero-posteriori e medio-laterali del centro di pressione;
•    un proiettore ed un computer sincronizzati con il C-Mill, per imporre al paziente dei pattern luminosi personalizzati da seguire (“mattonelle luminose”), ovvero da calpestare con il piede;
•    il software dedicato CueFors per l’acquisizione e l’elaborazione dei dati.

Impiego:
La peculiarità dello strumento consiste nella possibilità, non solo di valutare in termini di simmetria il cammino spontaneo del paziente su treadmill, ma anche di guidarlo attraverso la proiezione di un pattern luminoso personalizzato e di valutare la capacità di adattamento a variazioni di tale pattern.
Nella pratica clinica il C-Mill può essere utilizzato per valutare il paziente protesizzato con un sistema oggettivo e per monitorare eventuali variazioni dello schema del cammino nel tempo, al variare della componentistica protesica indossata, o in seguito ad un trattamento riabilitativo. In particolare, a partire dal riconoscimento, nel cammino spontaneo, degli istanti di tempo in cui si verificano Heel Strike, Mid Stance e Toe Off, è possibile calcolare lunghezza del passo, tempi di carico su ogni arto e larghezza della base d’appoggio e generare un pattern luminoso personalizzato, modificabile dall’operatore, che il paziente è invitato a seguire.
Nella pratica fisioterapico/riabilitativa il sistema può essere utilizzato per proporre al paziente almeno 5 tipi di esercizi programmabili per velocità, difficoltà e durata: cammino spontaneo, cammino simmetrico o asimmetrico imposto, cammino con variazione random della lunghezza del passo, variazione di accelerazione e superamento di ostacoli, durante i quali è possibile calcolare la percentuale di mattonelle luminose colpite o di ostacoli superati.



Cicloergometro e armoergometro Cicloergometro e armoergometro

Tipologia: Armoergometro - Cicloergometro
Marca: Ergoline
Modello: Ergoselect 400 – Ergoselect 100

Descrizione:
Un ergometro è un dispositivo per l’esercizio e la riabilitazione in grado di misurare il lavoro compiuto, dal paziente, durante il suo utilizzo. In particolare, questi due dispositivi, sono caratterizzati da un freno a motore elettromeccanico con controllo della coppia. I due dispositivi, in grado di operare fra potenze da 1 a 999 Watt, sono caratterizzati dal tipo di interfaccia di azionamento con il paziente: l’Ergoselect 400 è dotato di una manovella azionata a mano (armoergometro), mentre l’Ergoselect 100 da una manovella azionata a pedali (cicloergometro).

Impiego:
I due dispositivi sono impiegati nella riabilitazione e nell’allenamento. In particolare, vengono impiegati insieme ad un elettrocardiografo ed ad un misuratore di gas di scambio polmonari per l’esecuzione di test cardiopolmonari massimali e sub-massimali a scopo diagnostico o di valutazione del potenziale della performance sportiva.



Sistema Compas Sistema Compas

Tipologia: Sistema di allineamento dinamico di protesi di arto inferiore
Marca: Orthocare Innovations
Modello: Compas

Descrizione:
Il Compas è composto da un dispositivo di misura (una normale piramide utilizzata in ortopedia), da posizionare al di sotto dell’invaso di una protesi, in grado di misurare i momenti frontali e sagittali e lo sforzo assiale grazie a celle di carico. La piramide strumentata, una volta collegata ad un trasmettitore bluetooth, è in grado di trasmettere le misure rilevate in tempo reale ad un PC; i dati acquisiti sono infine essere analizzati automaticamente dal software a corredo del sistema, al fine di valutare la bontà dell’allineamento dei componenti protesici, suggerendo al tecnico le eventuali modifiche da apportare.

Impiego:
questo dispositivo rappresenta il primo strumento per la valutazione oggettiva dell’allineamento dinamico di una protesi di arto inferiore; la possibilità di disporre di tali misure ha il potenziale vantaggio di semplificare, velocizzare e migliorare il processo di allineamento della protesi da parte del tecnico ortopedico, che sarà inoltre in grado di confrontare i dati rilevati con popolazioni normative di confronto per valutazioni sulla dinamica del cammino dello specifico paziente che sta esaminando.



Elettrocardiografo COSMED Elettrocardiografo COSMED

Tipologia: Elettrocardiografo 12 derivazioni compatto
Marca: COSMED
Modello: Quark C12x

Descrizione:
Il Quark C12 è un elettrocardiografo a 12 derivazioni compatto, particolarmente indicato per prove da sforzo. Collegabile al PC tramite interfaccia USB, è direttamente interfacciabile con gli ergometri ed il misuratore di gas di scambio metabolici in possesso del Centro Protesi.

Impiego:
L’impiego tipico dell’elettrocardiografo Quark C12x è nella diagnostica del funzionamento cardiaco,in particolare nel contesto di test da sforzo cardiopolmonari (massimali e sub-massimali), abbinato al misuratore di gas di scambio metabolici Cosmed K4b2.



Ossimetro COSMED Ossimetro COSMED

Tipologia: Misuratore di gas di scambio polmonari portabile
Marca: COSMED
Modello: K4b²

Descrizione:
Il COSMED K4b² è in grado di misurare volumi e concentrazioni di ossigeno ed anidride carbonica durante le fasi di inspirazione ed espirazione. Il sistema è indossabile dal soggetto in esame ed è in grado di lavorare sia in modalità holter, che in telemetria, permettendo un monitoraggio in tempo reale della performance cardiorespiratoria di un soggetto in movimento anche a lunghe distanze (800m in campo aperto). La rilevazione dei flussi di gas avviene tramite un anemometro a micro-massa (controllato optoelettricamente); la concentrazione di ossigeno è misurata tramite un sensore GCF (Gas Filter Correlation), mentre quella di anidride carbonica tramite un sensore ad assorbimento d’infrarossi NDIR (Non Dispersive Infrared Analyzer).

Impiego:
I campi di applicazione dello strumento vanno dalla diagnostica dell’apparato cardiorespiratorio, a misure di potenziale di performance aerobica ed anaerobica (test sub-massimali e massimali), a misure di efficienza energetica nell’utilizzo di un particolare dispositivo protesico. Noi lo impieghiamo, tipicamente, per valutare con quale dispositivo protesi un paziente abbia il minor costo metabolico.



Pedane di forza Kistler Pedane di forza Kistler

Tipologia: Pedana dinamometrica
Marca: Kistler
Modello: 2 pedane 9281B ed 1 pedana 9281EA

Descrizione:
Ciascuna pedana di forza, di dimensioni 40x60 cm, si basa su 4 celle di carico piezoelettriche. Ogni cella di carico misura le tre componenti di forza lungo i tre assi coordinati (x,y,z). I segnali elettrici forniti da ciascuna cella sono amplificati, campionati a 1000 Hz e processati per produrre 8 output:

-    le tre componenti x,y,z della forza di reazione piede-suolo
-    le tre componenti dei momenti attorno ai tre assi x,y,z
-    le due componenti sul piano x,y del centro di pressione (COP)

Il massimo di forze misurabile è pari a 10kN in Fx, Fy e 20kN in Fz, con un frequenza di risonanza di circa 1kHz.

Impiego:
Due delle tre pedane sono installate presso il LAM, e sono sincronizzate con il sistema stereofotogrammetrico Vicon. Esse vengono normalmente utilizzate nelle prove di gait analysis per misurare le forze e i momenti di reazione piede-suolo di ciascuna gamba e il centro di pressione. Queste misure sono indispensabili per ricostruire la dinamica articolare (coppie alle articolazioni) e ottenere informazioni energetiche del cammino (potenze ed energie scambiate) in modo da valutare l’efficacia dei componenti protesici. La terza pedana sarà installata presso la pista di atletica di Budrio per effettuare misure analoghe in discipline sportive come corsa e salto in lungo.



Sistema Novel Sistema Novel

Tipologia: Sistema indossabile per analisi di baropodometria dinamica
Marca: Novel
Modello: PedarX

Descrizione:
Il sistema PedarX è composto da coppie di solette flessibili, ognuna di esse strumentata una matrice di 99 sensori di pressioni capacitivi; le solette sono collegate ad un datalogger (indossabile in cintura) in grado di acquisire i dati e trasmetterli ad un PC in tempo reale con una risoluzione temporale massima di 1/200 di secondo. Il PedarX è dotato di un dispositivo per la sincronizzazione con prodotti di terze parti, che ci permette l’integrazione dei dati di pressione plantare con, ad esempio, la cinematica 3D misurata con sensori Xsens Technologies BV.

Impiego:
il sistema permette di misurare le pressioni esercitate sulla pianta del piede durante il cammino e la corsa; essendo indossabile, è possibile misurare il paziente anche su lunghi percorsi ed, ad esempio, in esterni. In questo modo si possono diagnosticare alterazioni nelle pressioni plantari e nello scambio di forze piede-suolo durante un atto motorio svolto in condizioni simili a quelle che il paziente trova nella vita quotidiana. La facilità d’impiego e la velocità del setup strumentale permettono di eseguire test di baropodometria dinamica (andamento delle pressioni plantari durante il cammino) in un contesto di routine clinica o produttiva. Il Centro Protesi ha sviluppato un protocollo di misura finalizzato alla valutazione della performance funzionale di un soggetto amputato di arto inferiore al fine di monitorarne le progressioni nella riabilitazione e l’efficacia di un particolare dispositivo protesico.



Sistema di rilevamento ottico Sistema di rilevamento ottico

Tipologia: Dispositivo per la misura dei parametri spazio-temporali del passo e della corsa
Marca: Microgate
Modello: Optojump Next 2

Descrizione:
Questo dispositivo è composto da due serie di barre parallele trasportabili, in grado di misurare, per mezzo di un trasduttore optoelettronico, i tempi, le distanze e le modalità degli appoggi piede-suolo che avvengono quando un soggetto cammina al loro interno. Ogni coppia di barre (della lunghezza di 1m), è infatti composta da una barra trasmittente, con 100 diodi foto emettitori, accoppiata con una ricevente con 100 relativi trasduttori fotosensibili; una volta disposte parallelamente ed allineate sul terreno, ogni volta che il piede appoggerà col suolo, andrà ad interrompere alcuni fasci luminosi emessi dalla barra trasmittente, permettendo al sistema di misurare tempo e lunghezza del passo. Il Centro Protesi è al momento in grado di strumentare una lunghezza di 10 metri.

Impiego:
Il sistema trova un impiego prevalentemente nella misura della performance della corsa e del salto in lungo ed è già stato fruttuosamente impiegato durante la valutazione degli atleti del Comitato Italiano Paralimpico. La trasportabilità e la possibilità di montaggio anche su treadmill ne ha inoltre permesso l’impiego anche a fini riabilitativi su amputati di arto inferiore.



Fotocellule Microgate Fotocellule Microgate

Tipologia: Fotocellule con cronometro portatile
Marca: Microgate
Modello: Polifemo Light Radio

Descrizione:
Ogni fotocellula, montabile su treppiede ed inserita lungo il percorso, comunica via radio con un piccolo cronografo portatile il quale permette di stampare direttamente su carta o importare su PC tempi, intertempi, velocità, etc…
Sia le fotocellule che il cronometro sono alimentati a batterie.

Impiego:
All’interno del laboratorio di analisi del movimento sono utilizzare per valutare la velocità media di cammino del soggetto in esame. Sono anche utilizzate sulla pista del campo di atletica di Budrio per la valutazione del gesto sportivo (corsa, salto in lungo, etc…)






Termocamera Termocamera

Tipologia: Telecamera per analisi termografica
Marca: Flir
Modello: A320

Descrizione:
la termocamera Flir A320 è una telecamera ad infrarossi in grado di misurare temperature da -20°C a +120°C con una precisione del 2%. La telecamera è in grado di acquisire filmati fino a 60 immagini per secondo ad una risoluzione di 320 x 240 pixel. A corredo dello strumento, è presente un software di analisi e controllo e librerie di sviluppo per l’integrazione con svariati linguaggi di programmazione.

Impiego:
La termografia permette di misurare in tempo reale ed in modo non invasivo (senza contatto) la temperatura superficiale di un corpo e, per questo motivo, ha un forte potenziale pervasivo in campo diagnostico, in quanto permette di misurare rapidamente la temperatura di un distretto corporeo (quindi il suo stato di vascolarizzazione sub-cutanea), con applicazioni già utilizzate nella terapia del dolore, in campo dermatologico ed ortopedico. Il Centro Protesi INAIL ha intrapreso lo sviluppo di protocolli per la valutazione dello stato del moncone, fra i quali uno per l’ottimizzazione degli invasi. L’accoppiamento moncone-invaso, infatti, in condizione dinamiche di cammino, produce un calore superficiale indice dello stress meccanico cui è sottoposta la cute; è così possibile individuare in modo oggettivo quali zone del moncone siano sottoposte a maggiore sollecitazione, fornendo al tecnico importanti dettagli per l’ottimizzazione dell’invaso al fine di prevenire l’insorgenza, ad esempio, di fenomeni infiammatori.



Sistema VICON Sistema VICON

Tipologia: sistema optoelettronico stereofotogrammetrico per Analisi del Movimento.
Marca: Vicon
Modello: MX40 con MX Ultranet HD

Descrizione:
Il sistema consente di registrare, tramite 6 telecamere IR (frequenza di acquisizione massima: 1000 Hz) disposte opportunamente nel laboratorio, la posizione nello spazio di appositi marcatori retroriflettenti. Tali marcatori sono apposti sul soggetto/meccanismo di cui si vuole studiare il movimento. Tale sistema è inoltre sincronizzabile con i seguenti altri dispositivi presenti in laboratorio: 2 pedane di forza (Kistler), un sistema di sensori EMG Wireless (Aurion Srl) ed un sistema di sensori inerziali (Xsens), 2 telecamere a colori ad alta frequenza (frequenza massima: 210 Hz).

Impiego:
analisi del cammino (in termini di cinematica/dinamica articolare, parametri spazio-temporali, etc..) di soggetti amputati, per quantificare gli effetti delle componenti protesiche (invasi, ginocchi e piedi protesici, adattatori torsionali, etc…); validazione di nuovi protocolli di Analisi del Movimento basati su sensori inerziali; valutazione del gesto sportivo per amputati (golf, corsa su treadmill, etc…); analisi del movimento dell’arto superiore.



Sistema Xsens Sistema Xsens

Tipologia: Sensori inerziali e magnetici
Marca: Xsens Technologies BV
Modello: 3 sistemi Xbus Kit, per un totale di 25 unità sensore MTx, 3 concentratori dati e trasmissioni Xbus Master, 3 antenne Bluetooth classe I

Descrizione:
I sensori MTx a nostra disposizione contengono al proprio interno un giroscopio, un accelerometro ed un magnetometro triassiale. Un massimo di 10 unità MTx possono essere collegate ad un’unità di concentrazione e trasmissione dati, chiamata Xbus Master. Questa unità è normalmente collegata via Bluetooth con un PC, cui trasmette i dati che vengono successivamente elaborati per la specifica applicazione. Il software per l’elaborazione da noi adottato è stato creato in ambiente MATLAB e si basa sulla libreria di sviluppo Xsens.
Le informazioni rese disponibili all’utente dal complesso MTx+Xbus Master+Software sono di due tipi:
  1. le informazioni di accelerazione, velocità angolare e direzione del nord magnetico di ogni MTx;
  2. l’orientazione di un sistema di riferimento ortogonale associato ad ogni MTx rispetto ad un globale costruito in funzione della gravità e nord magnetico; la stima dell’orientazione di ogni unità è basata sulla fusione delle informazioni di velocità angolare, accelerazione e nord, mediante un filtro di Kalman realizzato da Xsens.

Per le applicazioni in analisi del movimento, la frequenza di campionamento è normalmente compresa fra i 100Hz ed i 200Hz.

Impiego:
il Laboratorio di Analisi del Movimento è stato fra i primi a sviluppare applicazioni cliniche basate su sensori Xsens, con lo scopo di permettere un’analisi della cinematica 3D dell’uomo, in tempo-reale, con report immediato, in contesto ambulatoriale, al di fuori di un laboratorio attrezzato.
In particolare, abbiamo realizzato due metodi di misure e relativo software, chiamati:
  1. ISEO® – “INAIL Shoulder & Elbow Outclinic-patients protocol”, che permette l’analisi del movimento di spalla, gomito e rachide cervicale. Questo nuovo metodo è in stato avanzato di validazione clinica, in particolare per la misura del ritmo scapolo-omerale.
  2. OUTWALK ® - che permette un’analisi del cammino con auto-segmentazione dei cicli del passo, attraverso l’algoritmo SEAG (brevetto depositato). Anche questo metodo è stato testato sia su soggetti sani che amputati.



Elettromiografo ZeroWIRE Elettromiografo ZeroWIRE

Tipologia: Elettromiografo multicanale con sensori wireless
Marca: Aurion Srl
Modello: ZeroWire 16 canali

Descrizione:
Il sistema è composto da 16 sensori EMG indossabili, più due sensori di pressione, alimentati a batteria, che comunicano in modalità wireless con una unità centrale connessa al PC tramite interfaccia USB. La frequenza di acquisizione di ogni canale è di 2000 Hz. Il sistema è comprensivo di software tramite il quale è possibile avviare e fermare le registrazioni e controllare in tempo reale ed esportare i dati acquisiti. Il dispositivo è inoltre sincronizzabile con il sistema optoelettronico Vicon e con i sensori inerziali indossabili Xsens.

Impiego:
Analisi dei pattern di attivazione dei muscoli di arto inferiore e superiore.

Ultimo aggiornamento: 01/02/2016