Deformidades de la columna como la escoliosis idiopática y la cifosis (también conocida como "jorobado"), se caracterizan por una curvatura anormal de la columna. Por lo general, se aconseja a los niños con estas deformidades de la columna que usen un aparato ortopédico que se ajuste alrededor del torso y las caderas para corregir la curva anormal. Se ha demostrado que los aparatos ortopédicos previenen la progresión de la curva anormal y evitan la cirugía. La tecnología subyacente para los refuerzos no ha cambiado fundamentalmente en los últimos 50 años.

Si bien los aparatos ortopédicos pueden detener / retrasar la progresión de las curvas anormales de la columna en adolescentes, Los brackets actuales imponen una serie de limitaciones debido a su rigidez, estático, y diseños sin sensores. Además, los usuarios los encuentran incómodos de usar y pueden sufrir daños en la piel causados ​​por Fuerza excesiva. Es más, la incapacidad para controlar la corrección proporcionada por el aparato ortopédico dificulta que los usuarios se adapten a los cambios en el torso durante el curso del tratamiento, resultando 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 dar lugar a nuevos tratamientos para las deformidades de la columna. El RoSE es un aparato ortopédico dinámico para la columna que permitió al equipo realizar el primer 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 neuronales e ingeniería de rehabilitación .

"Hasta donde sabemos, no hay otros estudios sobre brackets dinámicos como el nuestro. 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 Engineering y 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 es fundamental y creemos que conducirá a emocionantes avances tanto en la caracterización como en el tratamiento de las deformidades de la columna. "

Desarrollado en el Laboratorio de Robótica y Rehabilitación (ROAR) de Agrawal, el RoSE consta de tres anillos colocados en la pelvis, torácico medio, y regiones torácicas superiores de la columna. El movimiento de dos anillos adyacentes está controlado por un robot de seis grados de libertad accionado en paralelo. 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 sobre estos anillos durante el movimiento. El sistema también puede aplicar fuerzas correctivas en direcciones específicas al tiempo que 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 de los torsos de los sujetos mientras se miden simultáneamente las fuerzas / momentos ejercidos.

Los resultados mostraron que la rigidez tridimensional del torso humano se puede caracterizar utilizando 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 espinales anormales son tridimensionales; por lo tanto, las características de rigidez son específicas de la curva y dependen de la ubicación del vértice de la curva en el torso humano.

"Nuestros resultados abren la posibilidad de diseñar aparatos ortopédicos para la columna 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 el Centro Médico Irving de la Universidad de Columbia. "Nuestros hallazgos también podrían conducir a nuevas intervenciones que utilicen la modulación dinámica de fuerzas tridimensionales para el tratamiento de la deformidad de la columna".

"Nos basamos en los principios utilizados en los 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 al torso humano, "dice el autor principal Joon-Hyuk Park, quien trabajó en 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 niñas adolescentes que en niños. El equipo está reclutando activamente a niñas con escoliosis para caracterizar cómo varía la rigidez del torso debido a tal condición médica.

"La diferencia direccional en la rigidez de la columna puede ayudar a predecir qué niños pueden beneficiarse potencialmente de los aparatos ortopédicos y evitar la cirugía, "dice Agrawal.