La competenza tecnica incontra l'aiuto umanitario
Gli ingegneri del Laboratorio di fattibilità dell'ETH collaborano con il CICR per sviluppare una protesi di gamba le cui parti soggette a usura possono essere facilmente sostituite. Ciò ne aumenta la durata di vita. In futuro, un numero maggiore di vittime delle mine potrebbe essere dotato di una protesi di questo tipo.
Nel 2019, almeno 5554 persone in tutto il mondo sono state vittime di una mina terrestre, secondo l'ultimo rapporto della Campagna internazionale per la messa al bando delle mine. La maggior parte di loro sono civili in zone di guerra e quasi la metà sono bambini. Chi siamo è morto e 3357 sono rimasti gravemente feriti. Molti dei sopravvissuti hanno perso le gambe a causa dell'esplosione o hanno dovuto subire l'amputazione a causa delle ferite. Il Comitato Internazionale della Croce Rossa (CICR) ha creato per loro dei centri nelle aree di conflitto, dove le persone con amputazioni agli arti vengono dotate di protesi. Nel 2018, 12.412 persone colpite in Pakistan, Iraq, Afghanistan e molti altri Paesi hanno ricevuto una protesi e hanno così riacquistato parte della loro mobilità.
Laboratorio per l'innovazione nel settore sanitario
Alla fine del 2019, il CICR ha contattato il Laboratorio di fattibilità dell'ETH con una domanda di principio: come si potrebbe migliorare la qualità della vita dei portatori di protesi mantenendo invariati i costi delle stesse? "Siamo qui per rispondere proprio a questo tipo di domande pratiche provenienti dal settore sanitario", spiega Stephan Fox, responsabile del laboratorio, che fa parte del gruppo del professor Mirko Meboldt dell'ETH. "In collaborazione con il Design Technology Lab dell'ETH e la Scuola universitaria di Zurigo (ZHdK), Fox ha reclutato per il progetto due studenti del corso di laurea in Ingegneria meccanica dell'ETH e del corso di studio in Design industriale della ZHdK. All'inizio del 2020 si è tenuto un incontro di apertura presso il laboratorio del CICR a La Chaux-de-Fonds.
Il CICR ha sviluppato le proprie protesi e ha creato una catena di distribuzione. Le protesi di gamba sono composte essenzialmente da due parti: un'invasatura, che serve a fissare la protesi al moncone della gamba, e un piede per il contatto con il terreno. I piedi standardizzati, realizzati in polipropilene morbido, sono prodotti in varie misure nell'officina di La Chaux-de-Fonds. Da qui vengono inviati nelle zone di conflitto di tutto il mondo, dove i collaboratori locali si occupano delle vittime delle mine nei centri del CICR. Anche l'invasatura protesica viene prodotta in loco e personalizzata in base alla fisionomia della persona colpita. I piedi provenienti dalla Svizzera vengono avvitati all'invasatura in loco, regolati e saldati in modo permanente.
Ogni vite è importante
Durante il kick-off, Fox e gli studenti hanno appreso che l'adattamento e la regolazione del piede e dell'albero sono molto impegnativi e richiedono molto tempo. Per questo inizialmente volevano sviluppare un nuovo sistema. "Ma ci siamo presto resi conto che sarebbe stato troppo costoso, perché per il CICR il costo di ogni vite aggiuntiva si somma", dice Fox. L'organizzazione ha fissato il prezzo massimo per la produzione delle protesi a 250-350 dollari USA per unità e ha ottimizzato l'intero processo produttivo di conseguenza. "Nel caso di amputazioni al di sotto della tibia (amputazioni a moncone lungo), di solito l'intera protesi deve essere sostituita dopo appena un anno. La polvere, il calore, l'umidità e le tempeste di sabbia sono molto difficili per il materiale. L'usura è particolarmente grave per i piedi, che sono a contatto con il suolo per la maggior parte del tempo. Le persone colpite devono spesso viaggiare da lontano per raggiungere il centro del CICR e farseli sostituire.
Il team ha quindi sviluppato una soluzione semplice ma efficace: un sistema in cui i piedi usurati possono essere sostituiti indipendentemente dall'albero. A tal fine, è stata progettata una chiglia a forma di anatra in plastica dura, che viene fissata all'estremità inferiore dell'albero della protesi. Invece di saldare i piedi all'invasatura, questi vengono semplicemente tirati sopra la chiglia e incollati temporaneamente in posizione. Se i piedi sono usurati, possono essere staccati dalla chiglia con il vapore e sostituiti, secondo l'idea. "Rendiamo sostituibile la parte soggetta a usura, triplicando così la durata della protesi", spiega Fox. Il team ha utilizzato una stampante 3D per fabbricare sia la nuova chiglia che i piedi personalizzati, dimostrando così la fattibilità di principio del sistema.
Più beneficiari con la stessa infrastruttura
"Il feedback dei nostri partner del CICR è stato molto positivo", afferma Fox. "Gli adeguamenti necessari per l'introduzione su larga scala di queste protesi avverranno principalmente nell'officina di Jura. Lì dovranno essere utilizzati nuovi stampi a iniezione per produrre la chiglia e i piedi (entrambi in diverse misure). I centri del CICR nelle zone di conflitto, invece, potrebbero lavorare con gli stessi strumenti e il personale esistente, che verrebbe formato al nuovo sistema. Poiché l'invasatura dovrebbe essere sostituita solo ogni tre anni, il personale del CICR esistente potrebbe produrre circa il triplo delle protesi a moncone lungo, aiutando così altre vittime delle mine. La sostituzione della sezione del piede è molto più semplice della realizzazione di una nuova protesi. Per questo motivo, in futuro sono ipotizzabili anche centri mobili in autobus che visitino i portatori di protesi in villaggi remoti e sostituiscano le parti usurate sul posto.
Il CICR sta attualmente discutendo su come procedere con il nuovo sistema di protesi. Il prossimo passo sarà lo sviluppo di prototipi per l'uso pratico. Questi dovrebbero poi essere certificati per poter essere testati dalle persone colpite. I ricercatori hanno già anticipato i singoli test di standardizzazione. Ad esempio, hanno testato virtualmente se il nuovo sistema di connessione è abbastanza stabile da impedire che il piede protesico scivoli sotto carico. I risultati sono stati promettenti e il team ritiene che il sistema soddisfi i criteri per le apparecchiature mediche.
Fox vede le maggiori sfide per l'introduzione globale del nuovo sistema nelle condizioni talvolta avverse del sito. Le protesi devono resistere in egual misura a sabbia, umidità, caldo e freddo. Inoltre: "Il nostro sistema deve essere almeno altrettanto confortevole per gli sponsor di quello esistente, idealmente ancora più confortevole". Fox spera ora in una decisione favorevole da parte del CICR, in modo che il suo team possa procedere con lo sviluppo nel prossimo anno.