Buddy : a custom made orthosis for children with cerebral palsy

Over 17 million people are affected by cerebral palsy (CP) worldwide. Cerebral palsy is an illness that comes as a consequence of neonatal stroke, whose causes are often unknown. This disease is an irreversible non progressive pathology that appears in early childhood causing permanent motor disability. It can completely change the life of a child and his family, since he will need special attentions and treatments to cope with this disability for the rest of his life. Many solutions are adopted worldwide to improve the life of these children, like medicinal treatments, surgical interventions and rehabilitation. The aim of this dissertation is to realize a new medical device that could give these children a possibility to improve their motor impairment, in particular to reduce the limitations related to the hand movements. The idea behind this thesis was born to fill a gap in the market of orthopedic devices, where only devices for rehabilitation are proposed. Moreover very often they are prefabricated in set sizes that in general are not adapted for young children. Buddy is a 3D printed passive orthosis that can be used all day, helping the child in his daily activity and gradually improving the use of the paretic hand. The 3D printing procedure is used to realize a customized device with low costs of production. The customization procedure allows to meet the different needs of the patients, guaranteeing efficiency and comfort. Only seven measures will be needed for the designing, that can be easily taken at home from the families. Buddy supports the correction of the bending angles of the fingers, locking the wrist in a functional configuration. To assess the benefits of Buddy functional tests were carried out, in particular kinematic and dynamic tests on three healthy subjects. The outputs proved that each healthy individual showed no significant difference between left and right limb, and the efficiency of the movement was higher with the use of the orthosis. Since each child affected by CP has different conditions, these results justify the use of the healthy limb of the subject as a reference control group and the use of this orthosis to improve the hand functionality in everyday activities. Moreover the dynamic tests showed that the grip strength of three healthy adults couldn't win the force imposed by the device to block the fingers. Therefore this device should have all the necessary features to win the spasticity of a paretic hand. The future developments of this project are to evaluate Buddy’s effectiveness on pathological children and to implement an enhanced design for adults.

Oltre 17 milioni di persone nel mondo sono affette da paralisi cerebrale (PC). La paralisi cerebrale è una malattia che deriva da un ictus neonatale, le cui cause sono spesso sconosciute. Questa malattia è una patologia irreversibile non progressiva che compare nella prima infanzia causando disabilità motoria permanente. Può cambiare completamente la vita di un bambino e della sua famiglia, poiché avrà bisogno di attenzioni e trattamenti speciali per far fronte a questa disabilità per il resto della sua vita. Molte soluzioni vengono adottate in tutto il mondo per migliorare la vita di questi bambini, come trattamenti medicinali, interventi chirurgici e riabilitazione. Lo scopo di questa dissertazione è quello di realizzare un nuovo dispositivo medico che possa dare a questi bambini la possibilità di migliorare la loro disabilità motoria, in particolare per ridurre le limitazioni legate ai movimenti della mano. L'idea alla base di questa tesi nasce per colmare una lacuna nel mercato dei dispositivi ortopedici, dove vengono proposti solo dispositivi per la riabilitazione. Inoltre molto spesso sono prefabbricati in misure prestabilite che in genere non sono adatte ai bambini più piccoli. Buddy è un'ortesi passiva stampata in 3D che può essere utilizzata tutto il giorno, aiutando il bambino nella sua attività quotidiana e migliorando gradualmente l'uso della mano paretica. La procedura di stampa 3D viene utilizzata per realizzare un dispositivo personalizzato con bassi costi di produzione. La procedura di personalizzazione permette di soddisfare le diverse esigenze dei pazienti, garantendo efficienza e comfort. Solo sette misure sono necessarie per la progettazione, che potranno essere facilmente prese a casa dalle famiglie. Buddy supporta la correzione degli angoli di flessione delle dita, bloccando il polso in una configurazione funzionale. Per valutare i benefici di Buddy sono stati effettuati test funzionali, in particolare test cinematici e dinamici su tre soggetti sani. I risultati hanno dimostrato che ogni individuo sano non mostra differenze significative tra arto sinistro e destro e l'efficienza del movimento è maggiore con il supporto dell'ortesi. Poiché ogni bambino affetto da PC ha condizioni diverse, questi risultati giustificano l'uso dell'arto sano del soggetto come gruppo di controllo di riferimento e l'uso di questa ortesi per migliorare la funzionalità della mano nelle attività quotidiane. Inoltre i test dinamici hanno dimostrato che la forza di presa di tre adulti sani non riesce a vincere la forza generata dal dispositivo per bloccare le dita. Pertanto questo dispositivo dovrebbe avere tutte le caratteristiche necessarie per vincere la spasticità di una mano paretica. Gli sviluppi futuri di questo progetto sono di valutare l'efficacia di Buddy su bambini patologici e di implementare un design avanzato per gli adulti.