ITRM20120251A1 - Ortesi. - Google Patents

Description

"ORTESI"

DESCRIZIONE

La presente invenzione si riferisce ad un dispositivo ortesico per il trattamento di soggetti che presentano una deambulazione “in punta dei piedi†.

Stato dell’arte

La deambulazione in punta di piedi, nota anche con il nome di “toe walking†, à ̈ una caratteristica comune dei bambini in fase di apprendimento del passo. La maggior parte dei bambini supera lo schema di deambulazione in punta dopo i primi due anni di vita. Altri, invece, mantengono questa tendenza anche dopo la maturazione motoria, divenendo, così, caratteristica abitudinaria del loro modo di camminare.

La letteratura scientifica di area medica, sia di estrazione fisiatrica, che ortopedica e neurologica, identifica con il termine “Toe Walkers Idiopatici†, tutti i soggetti di età superiore ai due anni di vita che presentano un’inversione del passo di tipo abituale, non secondaria a palesati disordini di tipo neurologico o ortopedico e che, dietro richiesta esplicita, sono in grado di mascherare temporaneamente il problema adottando uno schema deambulatorio fisiologico.

L’attuale incertezza sulle cause che determinano questo anomalo pattern deambulatorio (che incide sul 7% - 24% dei soggetti in età pediatrica) determina uno stimolo per la ricerca multisettoriale, con proposte di classificazione delle varie forme di toe walking idiopatico, inquadramento clinico di ciascuna forma e possibili scenari di trattamento in continuo aggiornamento.

Ad oggi il trattamento incruento del toe walking idiopatico prevede l’utilizzo di gessi seriali per il segmento gamba piede con l’articolazione tibio–tarsica portata in posizione neutra (90°), l’applicazione di ortesi gamba-piede (AFO) rigide alla tibiotarsica con un angolo di caviglia neutro (90°) ed attività fisioterapica volta allo stretching muscolare del gruppo del tibiale posteriore, responsabile dei movimenti di flessione plantare del piede.

Le novità introdotte dall’inoculo di Tossina Botulinica tipo A (BtxA) e gli studi di Gait Anlysis ed EMG condotti su soggetti toe walkers idiopatici in età infantile e pediatrica hanno sottolineato l’importanza di un trattamento precoce che inizi intorno alla fascia d’età due/quattro anni, quando lo schema deambulatorio non à ̈ ancora del tutto maturo ed à ̈ soggetto a fisiologiche modificazioni. E’ proprio in questa fascia d’età, infatti, che il trattamento conservativo di tipo ortesico à ̈ ritenuto la scelta d’elezione. D’altra parte, le soluzioni alternative proposte in letteratura, pur migliorando la presentazione clinica dei soggetti in buona parte dei casi (dopo l’applicazione di gessi seriali, stretching o inoculo di BtxA si registra una aumento della dorsiflesione nel 51% dei casi), potrebbero risultare troppo invasive per un bambino che presenta tutte le altre caratteristiche di accrescimento nella norma.

Svantaggi degli approcci tradizionali

Tuttavia, gli approcci finora adottati hanno comportato un elevato livello di invasività, sia nel caso di trattamenti di tipo medico/farmacologico, con conseguente esposizione a rischi di “sovra medicazione†, sia nel trattamento ortesico con AFO, che inevitabilmente impone una limitazione strutturale e fisica nei confronti del bambino, anche con possibili ripercussioni sul piano psicologico.

Scopi dell’Invenzione

Lo scopo della presente invenzione à ̈ quello di risolvere i numerosi problemi lasciati ancora aperti dalla tecnica nota e ciò à ̈ ottenuto attraverso una lamina definita nella rivendicazione n.1.

Ulteriore scopo della presente invenzione à ̈ quello di fornire un dispositivo ortesico secondo quanto definito nella rivendicazione n.10.

Ulteriori caratteristiche della presente invenzione sono definite nelle corrispondenti rivendicazioni dipendenti.

Breve descrizione dei disegni

La presente invenzione, superando i problemi della tecnica nota, comporta numerosi ed evidenti vantaggi che, assieme alle caratteristiche ed alle modalità di impiego della presente invenzione risulteranno evidenti dalla seguente descrizione dettagliata di sue forme di realizzazione preferite, presentate a scopo esemplificativo e non limitativo, facendo riferimento alle figure dei disegni allegati, in cui:

- la figura 1 à ̈ una schematizzazione delle forze che agiscono su un piede, in condizioni fisiologiche, in statica eretta, durante la parte terminale della fase di “midstance†;

- la figura 2 Ã ̈ una schematizzazione delle forze che agiscono su un piede in corrispondenza ad un aumento della trazione del gruppo del tricipite surale; - la figura 3 Ã ̈ una vista prospettica di una lamina secondo la presente invenzione;

- la figura 4 Ã ̈ una schematizzazione delle forze che agiscono su un piede quando si utilizza un dispositivo secondo la presente invenzione;

- la figura 5 Ã ̈ una vista prospettica di una lamina secondo la presente invenzione, nella quale sono riportate alcune indicazioni dimensionali;

- la figura 6 à ̈ una vista prospettica di una lamina secondo la presente invenzione, con una coppia di intagli per la calibrazione dell’intensità delle forze esplicate;

- la figura 7 Ã ̈ una vista di un dispositivo ortesico secondo la presente invenzione;

- le figure 8A ed 8B sono viste in sezione di due forme di realizzazione di un dispositivo ortesico secondo la presente invenzione.

Descrizione dettagliata dei disegni

La presente invenzione sarà nel seguito descritta nel dettaglio facendo riferimento alle figure suindicate.

In particolare, la figura 1 mostra una schematizzazione delle forze che agiscono su un piede, in condizioni fisiologiche, in statica eretta, durante la parte terminale della fase di “midstance†. Per parte terminale della fase di “midstance†si intende la fase immediatamente precedente alla fase di spinta avampodalica che precede, a sua volta, lo stacco del piede dal terreno.

In questo momento, in prima approssimazione, sul piede agiscono una forza GRF di reazione alla forza peso ed una forza FMdi trazione muscolare del gruppo del tricipite surale.

In condizioni fisiologiche, in questa configurazione, l’articolazione tibio-tarsica à ̈ sollecitata da un momento di flessione dorsale determinato dalla forza di reazione GRF ed un momento di flessione plantare MFdeterminato dalla forza di trazione muscolare FM.

I due momenti risultano in questa fase di pari intensità, come sintetizzato nell’equazione che segue:

<in cui>lR<ed>lA<rappresentano ciascuno un braccio.>

I due momenti si bilanciano tra loro stabilizzando l’articolazione tibio-tarsica e consentendo il pieno appoggio plantare.

La figura 2 illustra la situazione nel caso di un aumento della trazione del gruppo del tricipite surale.

In queste condizioni patologiche la forza di trazione FMaumenta di intensità generando un momento netto di flessione plantare sulla tibio-tarsica (indicato con MF) che la forza di reazione GRF non à ̈ in grado di bilanciare. Quindi:

.

Ne consegue una tendenza alla deambulazione in flessione plantare durante una fase del passo in cui dovrebbe esistere un appoggio plantigrado. Spesso, in presenza di un aumento della forza di trazione FM, questa configurazione permane durante tutte le fasi di appoggio del piede a terra.

Questa dinamica à ̈ alla base della deambulazione in punta di piedi, nota anche con il nome di “toe walking†.

La successiva figura 3 mostra, schematicamente, una lamina 1 secondo la presente invenzione.

In particolare, la lamina 1 Ã ̈ realizzata in maniera tale che, inserita in una calzatura, produca sul retropiede una forza di reazione che si oppone alla forza di trazione FMdurante la deambulazione o la statica in punta di piedi.

La lamina 1 comprende preferibilmente una porzione avampodalica 2 ed una porzione posteriore 3 tra loro connesse tramite una porzione intermedia 4.

La porzione avampodalica 2 à ̈ preferibilmente conformata in maniera tale da costituire una superficie di appoggio per l’avampiede di un soggetto che la utilizzi. La morfologia della lamina à ̈ tale da seguire, nella porzione avampodalica, la proiezione sul piano trasverso della suola interna della calzatura che la ospiterà. Appena dietro la posizione occupata dalla prima e dalla quinta testa metatarsale la lamina tende a restringersi per raccordarsi alla porzione intermedia 4 che presenta preferibilmente uno sviluppo rettilineo ed una dimensione trasversale sostanzialmente inferiore alla porzione avampodalica 2.

La porzione posteriore 3 Ã ̈ conformata in maniera tale da costituire una superficie di appoggio per il retropiede di detto soggetto e la porzione intermedia 4, in corrispondenza della connessione con la porzione posteriore 3, tende ad allargarsi per raccordarsi appunto con la porzione posteriore 3.

Preferibilmente, la lamina 1 Ã ̈ lastriforme e piana con bordi leggermente smussati.

La successiva figura 4 illustra la stessa condizione descritta in figura 2, con la differenza che si sta utilizzando un’ortesi secondo la presente invenzione.

Vantaggiosamente, a fronte della forza di reazione vincolare alla GRF, l’ortesi reagirà con una forza FTche determinerà un momento di flessione dorsale MTa livello della tibio-tarsica in grado di opporsi al momento di flessione plantare MFgenerato dalla forza di trazione FM.

Considerando un modello semplificato, la forza FTÃ ̈ calcolabile dalla seguente espressione:

l’effetto che si vuole ottenere à ̈ espresso nella seguente relazione tra momenti:

In altre parole, l’effetto della forza di trazione FM, che tende a far sollevare il retropiede e quindi a favorire la deambulazione in punta dei piedi, deve essere ridotto o meglio annullato dall’effetto della forza FTintrodotta dalla lamina 1.

Naturalmente, perché ciò avvenga, la lamina 1 dovrà presentare predeterminate caratteristiche, sia in termini di morfologia, sia in termini di proprietà elastiche, sia in termini di risposta meccanica caratterizzata in termini di rigidezza elastica. In questa descrizione, quando ci si riferisce alla rigidezza elastica, questa si intende misurata secondo lo standard ASTM 790 per i materiali compositi ed ISO 178 per i materiali metallici e polimerici.

Preferibilmente, la lamina 1 può essere realizzata in materiale composito quale, a scopo esemplificativo ma non certamente esaustivo, fibra di carbonio unidirezionale e/o bidirezionale 3K con tramatura twill 2x1 in matrice a base di resina epossidica, fibra di carbonio, fibra di vetro e/o kevlar in matrice a base di resina epossidica e/o in termoplastico, o in polimero plastico o lega metallica quale lega di alluminio e leghe ferrose a seconda delle caratteristiche di rigidezza elastica che si vogliono ottenere. La lamina 1 à ̈ preferibilmente sagomata come una molla a lamina. La risposta dinamica in termini di accumulo e rilascio di energia potenziale elastica della lamina 1 può essere calibrata in funzione delle esigenze e delle caratteristiche fisiche del soggetto che la deve utilizzare.

In generale, la forza media esplicata dall’ortesi sul retropiede deve preferibilmente essere almeno pari a circa il 33% della forza di sollecitazione che agisce sulla porzione avampodalica.

Le caratteristiche dimensionali della lamina 1 vengono quindi determinate in base ai parametri suindicati, al fine di ottenere la rigidezza elastica voluta.

La lunghezza complessiva della lamina 1 ed in particolare la lunghezza L (come indicata in figura 5) della parte di lamina a balestra che comprende la porzione intermedia 4 e la porzione posteriore 3 dipende dalla misura del piede per il quale il dispositivo ortesico viene costruito. Pertanto questo sarà in genere un dato prefissato. Il fatto che si prende come misura di riferimento la lunghezza della balestra, dipende dal fatto che, essendo la porzione avampodalica della lamina costantemente gravata dalla forza peso del soggetto, in realtà à ̈ solo la parte identificata come balestra a flettersi nel corso del ciclo del passo (si può quindi considerare che tutta la parte anteriore sia vincolata rigidamente) e quindi à ̈ solo questa parte dell'ortesi che caratterizza funzionalmente la rigidezza elastica dell’intera lamina.

Tuttavia, la lunghezza complessiva della lamina à ̈ comunque legata alla lunghezza della balestra, da un fattore di proporzionalità pari a circa 1.5.

Parimenti, Ã ̈ possibile considerare come predeterminato il modulo elastico a flessione E del materiale utilizzato per la realizzazione della lamina.

In queste condizioni, lo spessore d della lamina e la larghezza b della balestra possono essere calibrate in funzione della lunghezza L della lamina e del modulo elastico a flessione E del materiale al fine di ottenere il valore di rigidezza elastica ricercata.

Considerato che ad un range di misure del piede che va dal numero 20 al numero 40, corrispondono lunghezze della balestra che variano tra circa 6.5 cm e 13.5 cm, l’effetto positivo sulla deambulazione si verifica quando la lamina presenta una rigidezza elastica m (misurata secondo le standard ASTM 790) variabile tra 250 N/mm e 15 N/mm. Più precisamente, all’aumentare della lunghezza L sarà preferibile ottenere una lamina con una rigidezza m inferiore.

Naturalmente, poiché i parametri in gioco sono numerosi (lunghezza della balestra, larghezza della balestra, spessore della lamina e modulo elastico a flessione del materiale), deve essere inteso che l’effetto desiderato, quindi la predeterminata rigidezza m, potrà essere raggiunto variando opportunamente uno o più di questi parametri, purchà ̈ sia rispettata la seguente relazione:

4 bd 3

m = 3 E

L

Preferibilmente, per una balestra di lunghezza L pari a circa 6.5 cm (corrispondente ad un numero 20 di piede) e di larghezza b pari a circa 2 cm, gli altri parametri dovranno essere selezionati in maniera tale da ottenere una rigidezza m compresa tra 80 N/mm e 250 N/mm.

Similmente, per una balestra di lunghezza L pari a circa 10.2 cm e larghezza b pari a circa 2.5 cm, gli altri parametri dovranno essere selezionati in maniera tale da ottenere una rigidezza m compresa tra 30 N/mm e 100 N/mm.

Infine, per una balestra di lunghezza L pari a circa 13.5 cm e larghezza b pari a circa 3.1 cm, gli altri parametri dovranno essere selezionati in maniera tale da ottenere una rigidezza m compresa tra 15 N/mm e 60 N/mm.

Preferibilmente, anche per limitare il disagio che la lamina può arrecare quando à ̈ inserita nella calzatura, à ̈ preferibile mantenerne lo spessore della lamina entro un intervallo compreso tra 1 e 3 mm.

Parimenti, avendo fissato ad esempio lo spessore d di una lastra di materiale composito o metallico e quindi il suo modulo elastico a flessione E, si potranno calibrare la lunghezza L e la larghezza b della balestra in funzione del valore di rigidezza elastica m che si vuole ottenere.

La successiva figura 6 si riferisce ancora ad una lamina secondo la presente invenzione, comprendente però uno o più intagli longitudinali 5, realizzati in corrispondenza della regione di connessione tra la porzione avampodalica 2 e la porzione intermedia 4.

Gli intagli 5 possono essere utilizzati per calibrare in maniera fine l’elasticità dell’ortesi, e, di conseguenza, la percentuale di carico che essa à ̈ in grado di trasferire sul retropiede.

Preferibilmente, a tale scopo viene realizzata una coppia di intagli di pari lunghezza Li, che si prolungano nella porzione avampodalica a prosecuzione della regione intermedia. La lunghezza Li degli intagli potrà variare tra circa 0.5 cm a circa 2 cm. In particolare, si à ̈ verificato sperimentalmente che:

• una coppia di intagli di lunghezza pari a circa 0.5 cm porta ad una riduzione variabile dall’11% (per numeri piccoli) al 5.5% (per numeri grandi) della forza media esplicata al calcagno;

• una coppia di intagli di lunghezza pari a circa 1 cm porta ad una riduzione variabile dal 22.5% (per numeri piccoli) all’11% (per numeri grandi) della forza media esplicata al calcagno; e

• una coppia di intagli di lunghezza pari a circa 2 cm porta ad una riduzione variabile dal 45% (per numeri piccoli) al 22% (per numeri grandi) della forza media esplicata al calcagno.

E’ bene precisare che gli intagli vengono praticati non per variare la dinamica di assorbimento-trasferimento-rilascio dell'energia potenziale elastica quanto per calibrare il modulo della forza che viene espressa a livello dell'area estremale posteriore della lamina in funzione della gravità della condizione patologica di flessione plantare.

Analoga calibrazione può essere fatta scegliendo la disposizione dell’asse delle fibre di carbono rispetto all’asse longitudinale della lamina.

La lamina così come finora descritta, per poter essere utilizzata nel trattamento di un soggetto, dovrà essere inserita, fissa o mobile, all’interno di una calzatura opportuna o nel fondo della calzatura stessa.

La successiva figura 7 mostra un ausilio ortesico secondo la presente invenzione. Un dispositivo ortesico 31 per il trattamento di un soggetto che presenta una deambulazione in punta di piedi, comprende una calzatura 11 opportunamente conformata per ottimizzare il trasferimento di energia dalla porzione avampodalica a quella retropodalica evitando, contestualmente, lo scivolamento verso l’alto del calcagno, una lamina 1 come finora descritta, resa solidale al fondo della calzatura.

Al fine di assolvere al meglio la sua funzione e distribuire su tutto il retropiede la forza di richiamo al suolo della lamina 1, la calzatura 11 dovrà preferibilmente essere del tipo presentante mezzi atti a mantenere il retropiede del soggetto solidale al fondo della calzatura stessa e quindi alla lamina 1. Quindi, tali mezzi potranno essere preferibilmente dei fianchi particolarmente avvolgenti e sufficientemente rigidi, da contenere e trattenere il retropiede del soggetto che la indossa e delle allacciature tali da creare un vettore di forza di contenzione agente in corrispondenza della rima articolare della caviglia ed orientato a circa 45° rispetto al fondo della calzatura.

L’ausilio ortesico 31 secondo la presente invenzione, comprende inoltre un’ortesi plantare dinamica 21 con opportune correzioni ed aree di stimolazione della sensibilità propriocettiva, preferibilmente di tipo avvolgente, da disporre a contatto con la porzione plantare del piede. Tale plantare, con bordi avvolgenti, à ̈ utile per stabilizzare il calcagno e il mesopiede nel caso di contestuali deformità nel piano frontale del segmento podalico.

Le successive figure 8A e 8B illustrano schematicamente la conformazione interna di un ausilio ortesico secondo la presente invenzione.

In particolare, la figura 8A mostra una lamina 1 inserita in una calzatura 21, al di sopra del fondo di questa ed al di sotto del plantare avvolgente 21.

Alternativamente, come illustrato nella figura 8B, potrà essere prevista una calzatura 11 che prevede già, integrata direttamente nel fondo della stessa, la lamina 1. All’interno della calzatura dovrà quindi essere collocato il solo plantare avvolgente 21.

La presente invenzione à ̈ stata fin qui descritta con riferimento a sue forme di realizzazione preferite. E’ da intendersi che possono esistere altre forme di realizzazione che afferiscono al medesimo nucleo inventivo, tutte rientranti nell’ambito di protezione delle rivendicazioni qui di seguito riportate.

Claims (10)

1. RIVENDICAZIONI 1. Lamina (1) per il trattamento di un soggetto che presenta una deambulazione in punta di piedi, comprendente una porzione avampodalica (2) ed una porzione posteriore (3) tra loro connesse tramite una porzione intermedia (4), detta porzione avampodalica (2) essendo conformata in maniera tale da costituire una superficie di appoggio per l’avampiede di detto soggetto, detta porzione posteriore (3) essendo conformata in maniera tale da costituire una superficie di appoggio per il retropiede di detto soggetto e detta porzione intermedia (4) presentando una dimensione trasversale inferiore alle dimensioni trasversali di detta porzione avampodalica (2) e di detta porzione posteriore (3), la lamina (1) essendo lastriforme e piana e presentando una rigidezza m ricavabile dalla seguente relazione: 4 bd 3 m = 3 E L in cui E rappresenta il modulo elastico a flessione del materiale utilizzato per realizzare la lamina (1), d rappresenta lo spessore della lamina (1) b ed L rappresentano rispettivamente larghezza e lunghezza della parte a balestra comprendente la porzione intermedia (4) e la porzione posteriore (3) di detta lamina (1).
2. 2. Lamina (1) secondo la rivendicazione 1, presentante una rigidezza m compresa tra 15 e 250 N/mm per una lunghezza L della parte a balestra rispettivamente compresa tra circa 13.5 cm e circa 6.5 cm.
3. 3. Lamina secondo la rivendicazione 1 o 2, presentante: una rigidezza m compresa tra 80 N/mm e 250 N/mm per una balestra di lunghezza L pari a circa 6.5 cm e di larghezza b pari a circa 2 cm; una rigidezza m compresa tra 30 N/mm e 100 N/mm per una balestra di lunghezza L pari a circa 10.2 cm e larghezza b pari a circa 2.5 cm; una rigidezza m compresa tra 15 N/mm e 60 N/mm per una balestra di lunghezza L pari a circa 13.5 cm e larghezza b pari a circa 3.1 cm.
4. 4. Lamina secondo una delle rivendicazioni precedenti, presentante uno o più intagli longitudinali (5), in corrispondenza della regione di connessione tra detta porzione avampodalica (2) e detta porzione intermedia (4).
5. 5. Lamina secondo la rivendicazione 4, in cui ciascuno di detti intagli (5) ha una lunghezza Li compresa tra circa 0.5 cm e circa 2 cm.
6. 6. Lamina secondo la rivendicazione 4 o 5, comprendente una coppia di intagli (5) di pari lunghezza, che si prolungano nella porzione avampodalica (2) a prosecuzione della porzione intermedia (4).
7. 7. Lamina secondo una delle rivendicazioni precedenti, presentante uno spessore d compreso tra 1 e 3 mm.
8. 8. Lamina secondo una delle rivendicazioni precedenti, realizzata in materiale composito, preferibilmente fibra di carbonio unidirezionale e/o bidirezionale 3K con tramatura twill 2x1 in matrice a base di resina epossidica o acrilica, fibra di carbonio, fibra di vetro e/o kevlar in matrice a base di resina epossidica o acrilica e/o in termoplastico, o in lega metallica quale lega di alluminio e/o leghe ferrose.
9. 9. Ausilio ortesico (31) per il trattamento di un soggetto che presenta una deambulazione in punta di piedi, comprendente: - una calzatura (11) presentante mezzi atti a mantenere il retropiede del soggetto solidale al fondo della calzatura; e - una lamina (1) secondo una delle rivendicazioni da 1 a 8, resa solidale al fondo della calzatura (11); e - un’ortesi plantare dinamica preferibilmente con bordi laterali avvolgenti, opportune correzioni dell’allineamento del piede e stimoli del sistema proriocettivo.
10. 10. Ausilio ortesico (31) secondo la rivendicazione 9, comprendente inoltre un plantare (21) di tipo avvolgente posto al di sopra detta lamina (1).