LAMOBIR

LAMoBIR - Laboratorio Analisi del Movimento e BioIngegneria della Riabilitazione

Il Laboratorio Analisi del Movimento e Bioingegneria della Riabilitazione della Fondazione Don Gnocchi raccoglie il patrimonio di esperienza e attività di ricerca scientifica sviluppato dal Centro di Bioingegneria fondato nel 1976 nel quadro della collaborazione tra la Fondazione e il Politecnico di Milano per la realizzazione di programmi di ricerca interdisciplinari riguardanti le tecnologie biomediche.
Il LAMoBiR è un Laboratorio finalizzato alla ricerca, all’applicazione e alla formazione sulle tecnologie avanzate per la riabilitazione. Nel corso degli anni al LAMoBiR si sono acquisite competenze relative all’analisi strumentale delle funzioni motorie, cognitive, cardiovascolari e respiratorie, ai dispositivi indossabili per il monitoraggio e la riabilitazione, e all’analisi avanzata dei biosegnali.

Principali aree di attività

L'attività scientifica del LAMoBIR si articola nei seguenti settori tematici:

• Bioingegneria applicata al sistema nervoso e muscoloscheletrico (responsabile ing. Maurizio Ferrarin): sviluppo e applicazione di metodi per la valutazione di disordini motori e cognitivi al fine di migliorare l’inquadramento diagnostico-funzionale, di aiutare nella definizione del percorso terapeutico-riabilitativo e di misurare gli outcome terapeutici. Oltre ad approfondire le conoscenze sul comportamento umano in condizioni fisiologiche e in presenza di patologie neurologiche e/o muscoloscheletriche, quest’area si occupa dello sviluppo e sperimentazione di strumenti per la riabilitazione motoria e cognitiva che siano di aiuto al terapista (per es. sistemi di biofeedback e sistemi robotici) o utilizzabili direttamente dal paziente (ortesi, protesi, sistemi di stimolazione elettrica funzionale).

• Bioingegneria applicata al sistema cardiovascolare e telemedicina (responsabile ing. Marco Di Rienzo): sviluppo di dispositivi indossabili, modelli matematici e procedure software per la rilevazione e analisi dei segnali cardiovascolari e progettazione di sistemi di telemedicina;

• Tecniche Avanzate per l’Analisi e il Trattamento di Biosegnali (responsabile ing. Paolo Castiglioni): sviluppo, messa a punto e interpretazione clinica di algoritmi e metodi innovativi per il trattamento di segnali biologici e per l’analisi multivariata e multiscala delle serie temporali derivate.

Staff

Responsabile: dott. Maurizio Ferrarin (Ingegnere, PhD)

• Marco Rabuffetti (Ingegnere)
• Rune Thorsen (Ingegnere, PhD)
• Ilaria Carpinella (Ingegnere)
• Tiziana Lencioni (Ingegnere, PhD student)
• Alberto Marzegan (Ingegnere)
• Giorgia Fusaroli (Ingegnere)
• Marco Di Rienzo (Ingegnere)
• Isilay Zeynep Melike (Ingegnere)
• Paolo Castiglioni (Ingegnere, PhD)

Progetti principali

• Titolo del progetto: COCARE: A comprehensive concept for healthy aging supported by digital solutions across the geriatric Continuum-of-Care Responsabile dell'UO Fondazione Don Gnocchi: Maurizio Ferrarin Progetto multicentrico finanziato da AAL Program (European Commission) e Ministero della Salute

Il progetto COCARE ha l’obiettivo di realizzare e sperimentare un “ecosistema” per la prevenzione e la riabilitazione geriatrica, che utilizza degli strumenti digitali innovativi - da utilizzarsi presso centri di riabilitazione e a casa dei soggetti anziani – per la valutazione delle funzionalità degli utenti e lo svolgimento di esercizi personalizzati che integrano componenti fisiche e cognitive. L’ipotesi sottesa è che l’impiego dell’ecosistema COCARE sia più efficace dei metodi tradizionali di esercizio (o almeno altrettanto efficace), ma che sia meno costoso per i sistemi sanitari e più piacevole per gli utenti, quindi che permetta una maggiore aderenza alle terapie prescritte. I criteri di sviluppo saranno basati sulle esigenze degli utilizzatori finali, raccolte tramite la metodologia dei focus group. Il progetto prevede la valutazione dell’usabilità di COCARE e della sua efficacia, tramite una sperimentazione sul campo che coinvolgerà un totale di 160 soggetti anziani.

• Titolo del progetto: FEAT: Functional Ergonomic and neuro-muscular Assessment of TWIN-Acta exoskeleton Responsabile dell'UO Fondazione Don Gnocchi: Maurizio Ferrarin Progetto finanziato da EUROBENCH (progetto della European Commission)

Scopo del progetto FEAT è di realizzare - presso la struttura EUROBENCH di Madrid – una serie di valutazioni su TWIN-Acta, l’esoscheletro per la riabilitazione di soggetti post-stroke che FDG sta sviluppando in collaborazione con il Rehab Technology Lab dell’Istituto Italiano di Tecnologia di Genova. Le valutazioni verranno svolte su soggetti sani che utilizzano TWIN-Acta e riguarderanno tre aspetti: 1) performance funzionali dell’esoscheletro, 2) aspetti ergonomici e di comfort, 3) coordinamento motorio nell’uso del sistema. I risultati ottenuti dal progetto FEAT permetteranno di caratterizzare TWIN-Acta nel suo attuale stato di sviluppo, per identificare criticità e possibili punti di miglioramento prima dell’applicazione su pazienti post-ictus.

• Titolo del progetto: SENSE-RISC: Sviluppo di abiti intelligENti SEnsorizzati per prevenzione e mitigazione di RIschi per la SiCurezza dei lavoratori Responsabile: Marco Di Rienzo Co-responsabile: Maurizio Ferrarin Progetto multicentrico finanziato da INAIL - Bando BRIC

Obiettivo del progetto è lo sviluppo di un prototipo di “abito intelligente” dotato di sensori integrati nel tessuto di tipo fisico, chimico e per agenti biologici che consentirà la prevenzione e la mitigazione dei rischi tipici di alcuni ambiti lavorativi nel settore industriale. Saranno sperimentate diverse tecnologie di sensing per individuare il miglior compromesso tra vestibilità, multifunzionalità, integrabilità, lavabilità, costo, trasferibilità della tecnologia e prestazioni. L’indumento sensorizzato sarà integrato con una piattaforma per la comunicazione e trasmissione dei dati raccolti dai sensori e per la successiva analisi dati mediante specifici algoritmi atti a valutare il rischio di infortunio del lavoratore.

• Titolo del progetto: Il ruolo della protesi nella valutazione del rischio di caduta e della funzionalità motoria in pazienti con amputazione di arto inferiore. Uno studio di fattibilità osservazionale prospettico nell'ambito del progetto MOTU Responsabile: Maurizio Ferrarin Responsabile clinico: Fabio Trecate Progetto multicentrico finanziato da INAIL

L’obiettivo di questo studio pilota è valutare la fattibilità di un protocollo di misure su pazienti con amputazione transfemorale. Saranno reclutati pazienti con amputazione transfemorale o disarticolazione di ginocchio, maggiorenni, alla loro prima fornitura di ginocchio protesico. I pazienti saranno valutati durante una prima visita presso il Centro Protesi INAIL di Budrio (BO) e l’istituto FDG-Palazzolo, durante il ricovero e successivamente per via telefonica fino ai 12 mesi di follow-up. Sono previsti questionari ai pazienti e al personale sanitario, e acquisizioni sui pazienti tramite pedane di forza, sensori inerziali indossabili e tapis roulant.

• Titolo del progetto: Analisi dati di segnali fisiologici acquisiti durante lo Studio Clinico WIN-Study Responsabile: Marco Rabuffetti Studio multicentrico finanziato da Wise srl

Lo studio multicentrico WIN ha lo scopo di valutare la sicurezza, l'usabilità e le prestazioni di uno strip innovativo di elettrodi corticali per il monitoraggio neurofisiologico intraoperatorio. La presente attività riguarda l'analisi dei dati raccolti durante lo studio WIN, al fine di valutare le prestazioni dello strip innovativo rispetto agli elettrodi standard di registrazione intraoperatoria attualmente in commercio.

• Titolo del progetto: ACTUAL: Active Exoskeleton for Unilaterally Assisted Locomotion Responsabile: Maurizio Ferrarin Co-responsabili: Johanna Jonsdottir, Tiziana Lencioni Progetto nell'ambito del Joint Lab IIT-FDG

Il progetto è finalizzato allo sviluppo e applicazione di un esoscheletro denominato TWIN-Acta per la riabilitazione locomotoria di pazienti post-stroke. Le fasi del progetto comprendono: 1) la realizzazione di modifiche al sistema TWIN già sviluppato da IIT per pazienti paraplegici, con l'inclusione di ulteriori sensori e di una modalità di controllo assist-as-needed; 2) la valutazione dell'usabilità e della sicurezza del sistema TWIN-Acta; 3) l'esecuzione di uno studio pilota sul recupero motorio indotto dall'uso del sistema.

• Titolo del progetto: FIT-FES: Advanced development and engineering of MecFES (Myoelectrically Controlled Functional Electrical Stimulation) Responsabile: Maurizio Ferrarin Co-responsabili: Johanna Jonsdottir, Rune Thorsen Progetto nell'ambito del Joint Lab IIT-FDG

Scopo del progetto è l'ingegnerizzazione del dispositivo prototipale MeCFES (Myoelectrically Controlled Functional Electrical Stimulation), un dispositivo sviluppato e già brevettato dal Polo Tecnologico della FDG per la riabilitazione dell'arto superiore di pazienti con esiti di stroke e per l'autonomia quotidiana di pazienti con lesioni midollari. Verranno ottimizzati alcuni aspetti elettronici e il design meccanico del dispositivo, predisponendo la documentazione per la marcatura CE. Infine la nuova versione verrà testata su pazienti post-stroke, valutandone l'usabilità da parte del paziente e del fisioterapista.

• Titolo del progetto: Identificazione dei disturbi precoci del cammino in soggetti non disabili affetti da SM: valutazione clinico strumentale della progressione della malattia e di potenziali interventi terapeutici Responsabile: Davide Cattaneo Co-responsabile: Ilaria Carpinella Progetto multicentrico finanziato da Fondazione Italiana Sclerosi Multipla

Lo studio è focalizzato su pazienti affetti da Sclerosi Multipla con un grado di disabilità lieve/moderata con il duplice obiettivo di: 1) Valutare la presenza e l’evoluzione di disordini subclinici della marcia, mediante strumenti di misura indossabili, anche al fine di identificare variabili che potrebbero predire la progressione della patologia; 2) Verificare l’effetto di un trattamento su tapis roulant nella prevenzione dei disturbi della marcia e dell’equilibrio. Il ruolo del Polo Tecnologico è focalizzato sull'elaborazione e l'analisi dei dati strumentali raccolti tramite sensori indossabili e la correlazione con i risultati delle valutazioni cliniche.

• Titolo del progetto: Light Wearable Neuroprosthesis Responsabile: Rune Thorsen Progetto finanziato da ProMobilia Foundation

Scopo del progetto ProMobilia è di studiare il trasferimento di tecnologie assistive agli utenti finali tramite modalità alternative rispetto al tradizionale coinvolgimento di industrie del settore. L'ambito specifico del progetto riguarda un metodo di stimolazione elettrica funzionale controllata da elettromiografia per il recupero dei movimenti di presa manuale in soggetti tetraplegici da lesione spinale a livello cervicale. La validità di questo approccio è già stata accertata ma è necessario risolvere alcuni aspetti di design del dispositivo per farlo diventare un prodotto utilizzabile dall'utente. ProMobilia intende esplorare l'approccio open source che prevede il coinvolgimento dei diversi attori interessati (designer, tecnologi, clinici e soprattutto utenti finali) che contribuiscono liberamente allo sviluppo/ottimizzazione del dispositivo garantendo un accesso pubblico ai risultati.

• Titolo del progetto: AEGON’ Project: Auditory-emotional stimuli and gait in Parkinson's disease Responsabile: Tiziana Lencioni Progetto finanziato da Ministero della Salute - Ricerca Corrente

Scopo del progetto è studiare la relazione fra il sistema limbico legato alle emozioni e il freezing of gait (FOG), disturbo motorio episodico nella malattia di Parkinson che comporta il blocco del cammino nonostante la volontà di soggetto di proseguire. Sebbene tale fenomeno sia già stato ampiamente studiato nella malattia di Parkinson, ad oggi non è nota la causa e nessun trattamento specifico, sia farmacologico che riabilitativo, è disponibile. Se i risultati attesi confermeranno l’ipotesi dello studio, che le emozioni sono un trigger per il FOG, saranno sviluppati protocolli riabilitativi cognitivi-emozionali-motori con una maggiore efficacia rispetto a quelli tradizionali.

• Titolo del progetto: Modularity for sensory motor control: implications of muscles synergies in motor recovery after stroke Responsabile: Ilaria Carpinella Progetto multicentrico (capofila IRCCS S. Camillo) finanziato da Ministero della Salute - Ricerca Finalizzata, Giovani Ricercatori
  

L'ipotesi sottesa a questo progetto è che i segnali motori corticali generano i movimenti degli arti attraverso la combinazione e l'attivazione di sinergie muscolari, intese come combinazione lineare di moduli spinali, ciascuno dei quali attiva un gruppo di muscoli come una singola unità funzionale. Scopo del progetto è di verificare come l'attivazione e l'organizzazione delle sinergie muscolari può essere alterata dalle lesioni cerebrali conseguenti ad un ictus e se è possibile modificare l'attivazione delle sinergie attraverso specifiche terapie. Infine si intende verificare se esiste una relazione tra la plasiticità corticale post-stroke e i cambiamenti nell'attivazione delle sinergie muscolari conseguenti ad una terapia riabilitativa.

• Titolo del progetto: SMARTA: Sistema di Monitoraggio Ambientale con Rete di sensori e Telemonitoraggio indossabile a supporto di servizi di salute, prevenzione e sicurezza per l’Active Aging Responsabile: Maurizio Ferrarin Progetto multicentrico finanziato dalla Regione Lombardia nell’ambito del Bando Competitivo Progetti di ricerca industriale e sviluppo sperimentale nel settore Smart cities and communities (POR FESR , ASSE I)

Il progetto SMARTA intende sviluppare un sistema di monitoraggio, tramite sensori ambientali e indossabili, del quadro di salute di soggetti anziani, sani o con patologie, che vivono in ambiente domiciliare. Su tale sistema verrà poi effettuata una sperimentazione pilota su un gruppo di soggetti anziani in ambiente controllato al fine di valutarne la funzionalità rispetto ai segnali biologici registrati e alle condizioni di allarme ambientale rilevate. Verrà inoltre valutata la percezione del sistema (utilità, usabilità, accettabilità) sia da parte del paziente che dell'operatore clinico, al fine di formulare indicazioni utili ad una sua ulteriore ottimizzazione.

• Titolo del progetto: Componenti multiscala e circadiane dei biosegnali nella valutazione dei meccanismi di controllo integrativo cardiocircolatorio Responsabile: Paolo Castiglioni Finanziamento: Ministero della Salute – Ricerca Corrente 2019-2020

L’analisi multiscala della dinamica dei segnali cardiovascolari potenzialmente consente di ricavare informazioni sulle interazioni tra sistemi fisiologici (cardiovascolare, nervoso, respiratorio, muscolare) e sui meccanismi integrativi che regolano il flusso sanguineo nei diversi distretti vascolari. Particolare interesse riveste la scala circadiana, riflettendo l’alternanza di veglia e riposo. Obiettivo dello studio è disegnare e testare nuovi metodi di analisi dei biosegnali basati su approcci multiscala per rilevare possibili alterazioni nella regolazione cardiocircolatoria. In prospettiva, i risultati dello studio consentiranno di valutare l’efficacia di nuovi metodi di analisi della dinamica di sistemi complessi per stratificare il rischio di eventi cardiaci, predire la progressione di patologie o l’efficacia di trattamenti riabilitativi.

• Titolo del progetto: H@H (HEALTH @ HOME) – Smart Communities al servizio del benessere del cittadino Responsabile per Fondazione Don Gnocchi: Paolo Castiglioni Finanziamento: MIUR - ricerca industriale e sviluppo sperimentale, settore Smart cities and communities

Scopo del progetto è creare strumenti di assistenza attraverso una rete di servizi sanitari, integrati in una infrastruttura di “Cloud Computing”, per migliorare la qualità della vita dei cittadini nel proprio ambiente domestico. Ruolo della Fondazione Don Gnocchi, capofila della associazione temporanea di imprese biomedicali, è definire servizi di assistenza sanitaria di natura cardiologica e neurologica basati sull’ambiente domotico di H@H, rivolti a pazienti che richiedano un percorso riabilitativo o un monitoraggio a distanza prolungato nel tempo; implementare prototipi di tali servizi; verificare l’usabilità delle soluzioni tecnologiche implementate.

Collaborazioni attive

• Univ. Studi Milano (Informatica, Filosofia, Biotecnologie Mediche e Medicina Traslazionale)
• Univ. Milano Bicocca (Psicologia)
• Politecnico di Milano (DEIB, Design)
• CNR-Milano (STIIMA)
• IRCCS Ist. Neurologico Besta-Milano
• IRCCS Ist. Farmacologico Mario Negri-Milano
• IRCCS Istituto Auxologico Italiano-Milano
• IRCCS Ist. Galeazzi-Milano
• Ospedale Niguarda-Milano (Stroke Unit, Un. Spinale)
• Univ. Studi Torino (Dip. Psicologia, Dip. Sc. Mediche)
• Univ. Genova (DIST-Ing, DiNOGMI-Med)
• Univ. Campus Biomedico, Dip. Ingegneria
• Istituto Italiano di Tecnologia-Genova (RehabTechnology Group) e Lecce
• Scuola Superiore Sant’ Anna-Pisa (Istituto Biorobotica)
• Osp. Mendrisio e Lugano-CH (Reparto geriatria)
• ETH Zurigo (Dept. of Health Sciences and Technology)
• Univ. Sorbonne-INSERM-CNRS, Salpetriere-Parigi (Inst. of Brain and Spinal Cord)
• Université Paris Descartes, Faculté de Medecine
• Charité Universitätsmedizin, Center for Space Medicine
• Spanish Research Council CSIC-Madrid (Neurorehabilitation Group)
• Hasselt University, Faculty of Medicine and Life Sciences
• University of Sheffield (Dept. Mechanical Engineering & Insigneo)
• Oregon Health and Science Univ., Portland-USA (Dept. Neurology)
• Macquarie University, Sydney