Deformidades da coluna, como escoliose idiopática e cifose (também conhecida como "corcunda"), são caracterizados por uma curvatura anormal na coluna vertebral. As crianças com essas deformidades da coluna geralmente são aconselhadas a usar uma cinta que se ajusta ao tronco e quadris para corrigir a curva anormal. A órtese demonstrou prevenir a progressão da curva anormal e evitar a cirurgia. A tecnologia subjacente para órtese não mudou fundamentalmente nos últimos 50 anos.

Embora a órtese possa parar / retardar a progressão das curvas anormais da coluna em adolescentes, chaves atuais impõem uma série de limitações devido à sua rigidez, estático, e designs sem sensores. Além disso, os usuários os consideram desconfortáveis ​​de usar e podem sofrer lesões na pele causadas por prolongadas, Força excessiva. Além disso, a incapacidade de controlar a correção fornecida pela cinta torna difícil para os usuários se adaptarem às mudanças no torso ao longo do tratamento, resultando em eficácia diminuída.

Para resolver essas deficiências, Os pesquisadores da Columbia Engineering inventaram um novo Exoesqueleto Robótico da Coluna (RoSE) que pode resolver a maioria dessas limitações e levar a novos tratamentos para deformidades da coluna. O RoSE é um suporte de coluna dinâmico que permitiu à equipe conduzir o primeiro estudo que analisa as medidas in vivo da rigidez do tronco e caracteriza a rigidez tridimensional do torso humano. O estudo foi publicado online em 30 de março em Transações IEEE de Sistemas Neurais e Engenharia de Reabilitação .

"Para nosso conhecimento, não há outros estudos sobre aparelhos dinâmicos como o nosso. Estudos anteriores usaram cadáveres, que, por definição, não fornecem uma imagem dinâmica, "diz o investigador principal do estudo, Sunil Agrawal, professor de engenharia mecânica na Columbia Engineering e professor de reabilitação e medicina regenerativa na Columbia University Vagelos College of Physicians and Surgeons. "O RoSE é o primeiro dispositivo a medir e modular a posição ou forças em todos os seis graus de liberdade em regiões específicas do torso. Este estudo é fundamental e acreditamos que levará a avanços empolgantes tanto na caracterização quanto no tratamento de deformidades da coluna vertebral. "

Desenvolvido no Laboratório de Robótica e Reabilitação (ROAR) da Agrawal, o RoSE consiste em três anéis colocados na pelve, médio torácico, e regiões torácicas superiores da coluna. O movimento de dois anéis adjacentes é controlado por um robô de seis graus de liberdade acionado em paralelo. Geral, o sistema possui 12 graus de liberdade controlados por 12 motores. O RoSE pode controlar o movimento dos anéis superiores em relação ao anel pélvico ou aplicar forças controladas nesses anéis durante o movimento. O sistema também pode aplicar forças corretivas em direções específicas, enquanto ainda permite o movimento livre em outras direções.

Oito homens saudáveis ​​e dois homens com deformidades na coluna participaram do estudo piloto, que foi projetado para caracterizar a rigidez tridimensional de seus torsos. Os pesquisadores usaram o RoSE, para controlar a posição / orientação de seções transversais específicas dos torsos dos sujeitos enquanto mede simultaneamente as forças / momentos exercidos.

Os resultados mostraram que a rigidez tridimensional do torso humano pode ser caracterizada usando o RoSE e que as deformidades da coluna vertebral induzem rigidez do tronco com características significativamente diferentes de indivíduos saudáveis. As curvas anormais da coluna são tridimensionais; portanto, as características de rigidez são específicas da curva e dependem da localização do ápice da curva no torso humano.

"Nossos resultados abrem a possibilidade de projetar aparelhos para a coluna que incorporam características de rigidez torso específicas do paciente, "diz o co-investigador principal do estudo David P. Roye, um cirurgião de coluna e professor de ortopedia pediátrica no Centro Médico Irving da Universidade de Columbia. "Nossos resultados também podem levar a novas intervenções usando a modulação dinâmica de forças tridimensionais para o tratamento de deformidades da coluna vertebral."

"Baseamo-nos nos princípios usados ​​em aparelhos convencionais para a coluna, ou seja, para fornecer carregamento de três pontos no ápice da curva usando os três anéis para caber confortavelmente no torso humano, "diz o autor principal Joon-Hyuk Park, que trabalhou nesta pesquisa como aluno de doutorado e membro da equipe do laboratório ROAR da Agrawal. "A fim de caracterizar a rigidez tridimensional do torso humano, o RoSE aplica seis deslocamentos unidirecionais em cada DOF do torso humano, em dois níveis diferentes, enquanto mede simultaneamente as forças e os momentos. "

Embora este primeiro estudo tenha usado uma cinta masculina projetada para adultos, Agrawal e sua equipe já desenvolveram uma cinta para meninas, pois a escoliose idiopática é 10 vezes mais comum em adolescentes do que em meninos. A equipe está recrutando ativamente meninas com escoliose para caracterizar como a rigidez do tronco varia devido a tal condição médica.

"A diferença direcional na rigidez da coluna pode ajudar a prever quais crianças podem se beneficiar com a órtese e evitar a cirurgia, "diz Agrawal.