Study on the use of an electronic ankle-foot orthosis with adjustable stiffness in post-stroke patients

In this thesis, the effect of a modular electronic orthosis on seven post-stroke patients who habitually wear an ankle-foot orthosis was studied. The tested orthosis allows for adjusting the stiffness parameters in dorsiflexion and plantarflexion as well as the neutral angle, with the aim of evaluating how these modifications affect gait compared to the habitual orthosis. The procedure to assess the orthosis performance involved several phases: gait data acquisition with a Vicon optoelectronic system, data processing with Visual 3D, and data analysis with MATLAB. The results indicate that adjusting the orthosis parameters has significant effects on the kinematic and dynamic parameters of gait. An increase in stiffness is often correlated with a decrease in the range of motion of the ankle angle, while a decrease in stiffness produces the opposite effect. However, this correlation depends on various factors, and particularly the different compensatory strategies adopted by the patients. The weight of the electronic orthosis also has a significant impact, especially because it is higher compared to orthoses made of carbon fiber or plastic, influencing compensatory strategies at the hip and knee levels. Additionally, the use of assistive devices such as a cane significantly modifies the subjects' compensatory strategies, affecting load distribution and gait dynamics. A significant limitation that emerged is the high cost of the modular electronic device, which poses a challenge for hospitals in purchasing multiple units, limiting accessibility for the home rehabilitation of post-stroke patients. In conclusion, the modular electronic orthosis represents an interesting alternative to traditional orthoses, as far as the personalisation of the mechanical properties is concerned. This could improve the quality of life for post-stroke patients. However, problems related to the weight and cost of the orthosis can be limiting factors. Concerning the testing procedure, efforts should be made to simplify the data acquisition process by minimizing patient fatigue and improving the feasibility of conducting comprehensive assessments in a single session. Future research should focus on a larger sample of test subjects to confirm the benefits, optimize the parameters, and address cost-related issues.

In questa tesi, si è studiato l'effetto di un'ortesi elettronica modulabile su sette pazienti post-ictus che abitualmente indossano un'ortesi per caviglia-piede. L'ortesi testata permette di variare i parametri di rigidezza in dorsi-plantarflessione e angolo neutro, con l'obiettivo di valutare come tali modifiche influiscano sulla camminata rispetto all'ortesi abituale. La procedura di valutazione dell’ortesi ha coinvolto diverse fasi: acquisizione dei dati di camminata con un sistema optoelettronico Vicon, elaborazione dei dati tramite Visual 3D e analisi con MATLAB. I risultati indicano che la regolazione dei parametri dell'ortesi ha effetti significativi sui parametri cinematici e dinamici della camminata. Un aumento della rigidezza è spesso correlato a una diminuzione del range of motion dell'angolo della caviglia, mentre una diminuzione della rigidezza produce l'effetto opposto. Tuttavia, questa correlazione dipende però da vari fattori e principalmente dalle diverse strategie compensatorie adottate dai pazienti. Anche il peso dell'ortesi elettronica ha un impatto rilevante, soprattutto perché è più alto rispetto a quello delle ortesi in fibra di carbonio o plastica, influenzando le strategie di compensazione a livello di anca e ginocchio. Inoltre, l'uso di ausili come il bastone per l'appoggio modifica significativamente le strategie compensatorie dei soggetti, influenzando la distribuzione del carico e le dinamiche della camminata. Un limite significativo emerso è il costo elevato del dispositivo elettronico modulabile, che rappresenta una sfida per gli ospedali nell'acquisto di più unità, limitando l'accessibilità per la riabilitazione domiciliare dei pazienti post-ictus. In conclusione, l'ortesi elettronica modulabile rappresenta un'alternativa interessante alle ortesi tradizionali, per quanto riguarda la possibilità di personalizzazione delle proprietà meccaniche dell’ortesi. Questo può migliorare la qualità della vita dei pazienti post-ictus. Tuttavia, il peso ed il costo dell’ortesi rappresentano dei fattori limitanti. A riguardo della procedura di valutazione, dovrebbero essere fatti sforzi per semplificare il processo di acquisizione dei dati minimizzando l'affaticamento dei pazienti e migliorando la fattibilità di condurre valutazioni complete in una singola sessione. La ricerca futura dovrebbe concentrarsi su un campione più ampio di soggetti analizzati per confermare i benefici, ottimizzare i parametri e affrontare le problematiche legate al costo.