Las deformidades de la columna vertebral, como la escoliosis idiopática y la cifosis también conocida como "jorobado", se caracterizan por una curvatura anormal en la columna vertebral. Por lo general, se recomienda a los niños con estas deformidades espinales usar un aparato ortopédico que se ajuste alrededor del torso y las caderaspara corregir la curva anormal. Se ha demostrado que el arriostramiento previene la progresión de la curva anormal y evita la cirugía. La tecnología subyacente para el arriostramiento no ha cambiado fundamentalmente en los últimos 50 años.
Si bien los arriostramientos pueden detener / retrasar la progresión de las curvas anormales de la columna vertebral en los adolescentes, los aparatos ortopédicos actuales imponen una serie de limitaciones debido a sus diseños rígidos, estáticos y sin sensores. Además, a los usuarios les resulta incómodo usarlos y pueden sufrir deDescomposición de la piel causada por una fuerza prolongada y excesiva. Además, la incapacidad para controlar la corrección proporcionada por el aparato ortopédico dificulta que los usuarios se adapten a los cambios en el torso en el transcurso del tratamiento, lo que resulta en una efectividad disminuida.
Para abordar estas deficiencias, los investigadores de Columbia Engineering han inventado un nuevo exoesqueleto robótico de la columna vertebral RoSE que puede resolver la mayoría de estas limitaciones y conducir a nuevos tratamientos para las deformidades de la columna vertebral. El RoSE es un aparato ortopédico dinámico que permitió al equipo llevar a cabo elprimer estudio que analiza las mediciones in vivo de la rigidez del torso y caracteriza la rigidez tridimensional del torso humano. El estudio fue publicado en línea el 30 de marzo en Transacciones IEEE de Sistemas Neurales e Ingeniería de Rehabilitación .
"Hasta donde sabemos, no hay otros estudios sobre aparatos dinámicos como el nuestro. Los estudios anteriores utilizaron cadáveres, que por definición no proporcionan una imagen dinámica", dice el investigador principal del estudio Sunil Agrawal, profesor de ingeniería mecánica en Columbia Engineeringy profesor de rehabilitación y medicina regenerativa en el Colegio de Médicos y Cirujanos Vagelos de la Universidad de Columbia. "El RoSE es el primer dispositivo para medir y modular la posición o las fuerzas en los seis grados de libertad en regiones específicas del torso. Este estudio esfundacional y creemos que conducirá a avances emocionantes tanto en la caracterización como en el tratamiento de las deformidades de la columna vertebral ".
Desarrollado en el Laboratorio de Robótica y Rehabilitación de Agrawal ROAR, el RoSE consta de tres anillos colocados en la pelvis, las regiones torácica media y superior torácica de la columna vertebral. El movimiento de dos anillos adyacentes se controla mediante un ángulo de seis gradosrobot de acción paralela de libertad. En general, el sistema tiene 12 grados de libertad controlados por 12 motores. El RoSE puede controlar el movimiento de los anillos superiores con respecto al anillo de la pelvis o aplicar fuerzas controladas en estos anillos durante elmovimiento. El sistema también puede aplicar fuerzas correctivas en direcciones específicas mientras permite el movimiento libre en otras direcciones.
Ocho sujetos masculinos sanos y dos sujetos masculinos con deformidades de la columna participaron en el estudio piloto, que fue diseñado para caracterizar la rigidez tridimensional de sus torsos. Los investigadores utilizaron el RoSE, para controlar la posición / orientación de secciones transversales específicas delos torsos de los sujetos mientras miden simultáneamente las fuerzas / momentos ejercidos.
Los resultados mostraron que la rigidez tridimensional del torso humano se puede caracterizar usando el RoSE y que las deformidades de la columna inducen características de rigidez del torso significativamente diferentes de las de los sujetos sanos. Las curvas anormales espinales son tridimensionales; por lo tanto, las características de rigidez sonespecífico de la curva y depende de las ubicaciones de la punta del vértice en el torso humano.
"Nuestros resultados abren la posibilidad de diseñar aparatos ortopédicos para la columna vertebral que incorporen características de rigidez del torso específicas del paciente", dice el co-investigador principal del estudio David P. Roye, cirujano de columna y profesor de ortopedia pediátrica en la Universidad de Columbia Irving MedicalCentro. "Nuestros hallazgos también podrían conducir a nuevas intervenciones utilizando la modulación dinámica de las fuerzas tridimensionales para el tratamiento de la deformidad de la columna vertebral".
"Nos basamos en los principios utilizados en aparatos ortopédicos convencionales, es decir, para proporcionar una carga de tres puntos en el vértice de la curva utilizando los tres anillos para ajustarse cómodamente en el torso humano", dice el autor principal Joon-Hyuk Park, quien trabajóen esta investigación como estudiante de doctorado y miembro del equipo en el laboratorio ROAR de Agrawal. "Para caracterizar la rigidez tridimensional del torso humano, el RoSE aplica seis desplazamientos unidireccionales en cada DOF del torso humano, en dos niveles diferentes,mientras se miden simultáneamente las fuerzas y los momentos "
Si bien este primer estudio utilizó un aparato ortopédico masculino diseñado para adultos, Agrawal y su equipo ya han diseñado un aparato ortopédico para niñas, ya que la escoliosis idiopática es 10 veces más común en las adolescentes que en los niños. El equipo está reclutando activamente a niñas con escoliosis paracaracterizar cómo varía la rigidez del torso debido a tal condición médica.
"La diferencia direccional en la rigidez de la columna vertebral puede ayudar a predecir qué niños pueden beneficiarse potencialmente de los refuerzos y evitar la cirugía", dice Agrawal.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionados por Escuela de Ingeniería y Ciencias Aplicadas de la Universidad de Columbia . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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