Materiali e metodi
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Materiali e metodi

Il sensore viene utilizzato per catturare i movimenti inerziali del soggetto. Sensori indossati dal soggetto durante le prove, test effettuati: in questo studio si sono svolti 4 test differenti.

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Materiali e metodi

In questo capitolo andremo a descrivere i materiali usati per l'indagine, descrivere i vari test effettuati con descrizione dettagliata delle strategie usate dai soggetti, della biomeccanica dei vari gesti motori, dei principali muscoli interessati e delle principali cause patologiche.

Accelerometro e smartphone

Uno smartphone è un telefono cellulare con una capacità informatica avanzata e unaconnettività di un telefono in stile contemporaneo.

A rendere gli smartphone così performanti e funzionali rispetto a telefoni cellulari di precedente generazione sono l'aumento delle prestazioni in termini di processamento e memorizzazione grazie a processori sempre più evoluti e sempre più simili a quelli dei device fissi o portatili e a memorie sempre più capienti (es. schede SD), unite a sistemi operativi sviluppati ad hoc (sistemi operativi per dispositivi mobili) e ad interfacce utente sempre più user-friendly come ad esempio il touchscreen, che consentono molto spesso la realizzazione di display di dimensioni fisiche maggiori a parità di spazio disponibile eliminando in molti casi la necessità di tastierine fisiche.

Smartphone
Smartphone utilizzato durante l'indagine "Motorola Razar"

Capacità computazionali

  • CPU CLOCK: fino a 1.5 GHz, da 1 a 5 cores;
  • RAM: 512 mb – 1 gb
  • STORAGE: da 8 gb aa 64 gb (SD memory card addizionali fino a 64 gb)
Processore Smartphone
Processore smartphone

Capacità di rilevamento

  • Fotocamera (ant/post)
  • Microfono
  • GPS
  • Accelerometro
  • Giroscopio
  • Barometro
  • Possibilità di comandare dispositivi esterni (ECG, GSR, ETC.). Solo in alcuni modelli
Movimenti smartphone
Rappresentazione dei possibili movimenti rilevati da uno smartphone

User interface

  • Schermo alta risoluzione
  • Touchscreen multitouch
  • Tastiera (virtual/physical) QWERTY
  • Altoparlanti
  • Microfono, interfaccia vocale
Interfaccia smartphone

Opzioni di connettività

  • 3G / UMTS / HSDPA
  • WI-FI
  • Bluetooth
  • USB
  • HDMI
  • NFC seconda del modello / fornitore
Connessione

La prima applicazione sviluppata dagli ingegneri si chiama uTug, è un'applicazione che utilizza l'accelerometro e il giroscopio integrato nello smartphone, per strumentalizzare il Timed up & go test.

La performance dell'applicazione è data dalla registrazione del segnale, la sua elaborazione e l'estrazione delle caratteristiche.

È stata progettata per una piattaforma Android, è capace di acquisire continuamente idati dei sensori inerziali e sarà di facile utilizzo per tutta la popolazione per il monitoraggio a casa.

UTug
Applicazione uTug

In questo studio, è stata valutata la validità di un smartphone (SP) come strumento per il Timed Up&Go test, uno dei test clinici più ampiamente usati per valutare l'equilibrio e la mobilità. Sono stati esaminati 49 soggetti, senza definire alcun criterio di inclusione, le misurazioni sono state effettuate utilizzando due dispositivi uno smartphone e un McRoberts Dynaport Hybrid (MCR), un dispositivo disegnato specificatamente per l'analisi del movimento. La figura sottostante mostra un esempio rappresentativo, dell'accelerazione antero-posteriore misurata da entrambi i dispositivi.

Go Test
Accelerazione antero-posteriore misurata dal McRoberts Hybrid (in alto) e dallo Smartphone (in basso) durante il Timed Up & Go test

Lo strumento migliore per sostituire macchinari complessi e costosi, alla fine, è risultato essere quello già in tasca. Gli smartphone sono già dotati di accelerometri e giroscopi, ovvero sensori in grado di misurare il movimento rettilineo e di rotazione. Ad esempio, servono a raddrizzare l'immagine sullo schermo quando ruotiamo il telefonino e a controllare i giochi, ma il bello è che sono gli stessi sensori impiegati in alcuni dei più diffusi test diagnostici sull'analisi del movimento.

In precedenti studi l'accelerometro è stato usato per rilevare il Parkinson nei soggetti. Irisultati di questi studi suggeriscono che l'analisi quantitativa della postura con un singolo accelerometro e un semplice test protocollato può fornire informazioni utili per caratterizzare i primi soggetti affetti da Parkinson. Questo protocollo è potenzialmente utilizzabile per monitorare la progressione della malattia. In altri studi sono stati studiate applicazioni per la valutazione e l'allenamento dell'equilibrio in campo riabilitativo.

Sulla base dello studio sperimentale e l'analisi del sondaggio condotto con questo sistema in soggetti sani che in pazienti con deficit vestibolare, abbiamo dimostrato che l'accelerometro può essere utilizzato per fornire feedback in tempo reale durante un sottoinsieme di esercizi sull'equilibrio. In aggiunta, grazie alla capacità del sistema di immagazzinare i dati sul movimento, gli effetti del feedback di assistenza può essere quantificato mediante analisi successive.

Questo lavoro fornisce la prova di concetto per un sistema portatile di riabilitazione permigliorare l'equilibrio che ha un potenziale di ampia accessibilità.L'applicazione usata per il nostro studio, è un'applicazione più completa, rispetto alleprecedenti, perché non solo strumentalizza il TUG ma anche altri 3 test, l'analisiposturografica statica, il 10 meter walk test e lo staitr climb test. L'applicazione sichiama pERhl 2.0.

Componenti di sistema

Il sistema pERhl è composto da due componenti principali: un accelerometro e un'applicazione Smartphone per la registrazione di dati. Il collegamento tra l'accelerometro e lo Smartphone viene realizzato mediante la tecnologia Bluetooth.

Bluetooth
Componenti del sistema

Accelerometro

Il sensore viene utilizzato per catturare i movimenti inerziali del soggetto. Esso comprende un 3-axis accelerometro, 3-axis giroscopio, 3-axis magnetometro e una connessione Bluetooth per inviare i dati acquisiti all' applicazione uPerhl.

Accelerometro
Accelerometro

uPerhl

L'applicazione viene utilizzata per acquisire e memorizzare i dati inerziali ricevuti dal sensore. L'applicazione è stata progettata per essere di facile utilizzo. La connessione Bluetooth con il sensore è gestita automaticamente dall'applicazione stessa. L'utente deve solo inserire l'ID del soggetto e far partire con "start / stop" lo streaming dei dati. I dati acquisiti sono composti da nove campi per i dati inerziali (tre campi per i dati dell'accelerometro, tre campi per i dati del giroscopio e tre campi per i dati del magnetometro) e due campi aggiuntivi. I campi aggiuntivi vengono utilizzati per contrassegnare eventi significativi. Per esempio, il numero del test eseguito può essere aggiunto mediante la selezione di uno dei diversi test disponibili (come mostrato nella Fig 10.2). Inoltre, all'interno di ogni test è possibile contrassegnare ulteriori eventi significativi utilizzando i tasti "Segment" (bandiera blu), che determina l'inizio e la fine di ogni prova e "Bad" (triangolo rosso), che determina l'annullamento di una prova.

Streaming
Acquisizione dati in streaming (lato sinistro), la barra verde mostra che il test è appena iniziata (lato destro)

Come indossare il nodo sensore

Il sensore deve essere indossato dal soggetto a livello di L5 nella zona lombare. Il sensore deve essere ben fissato al soggetto allo scopo di non permettere alcun movimento al sensore durante l'esercizio.

Sensori indossati
Sensori indossati dal soggetto durante le prove

Test effettuati

In questo studio si sono svolti 4 test differenti:

  • Analisi posturografica statica (occhi aperti / occhi chiusi)
  • TUG test
  • 10 Meter walk test
  • Stair climb test

Analisi posturografica statica (occhi aperti / occhi chiusi)

La prova consiste nello stare fermi per 30s in posizione eretta per ciascuna condizione. Le condizioni considerate sono:

  • Occhi aperti
  • Occhi chiusi

Materiale richiesto per allestire la prova:

  • Riferimenti sul pavimento per standardizzare la posizione dei piedi (Figura n);
  • Cronometro/orologio digitale;
  • Strumento di misura per la distanza;
  • Target visivo: cerchio nero di 3cm di diametro.

Note per l'esaminatore: Le linee di riferimento per il posizionamento dei piedi (figura n) devono essere tracciate in modo tale che il paziente si trovi a circa 2.5m da una parete. Sulla parete viene fissato il target visivo ad un'altezza tale da essere mediamente all'altezza degli occhi (tra 1.55m e il 1.75m).

CONDIZIONI GENERALI PER IL CORRETTO SVOLGIMENTO DEL TEST:

  • Il test va eseguito senza scarpe;
  • Assicurarsi che il paziente posizioni correttamente i piedi sul riferimento;
  • Assicurarsi che il paziente non sposti i piedi durante la prova a meno che questo non sia dovuto a una perdita di equilibrio;
  • Assicurarsi che il paziente non sposti i piedi durante la prova a meno questo non sia dovuto ad una perdita di equilibrio;
  • Durante lo svolgimento del test il paziente deve concentrarsi solo sul task motorio, non deve parlare di sua iniziativa e nemmeno essere sollecitato condomande dirette; in generale tutto ciò che è assimilabile ad un task concorrente al task motorio deve essere evitato;
  • La sequenza delle condizioni da valutare è - 1. Occhi Aperti - 2. Occhi Chiusi.

ISTRUZIONI PER IL PAZIENTE E L'ESAMINATORE

CONDIZIONE: OCCHI APERTI

ESAMINATORE: Spiegare/mostrare al paziente la posizione da assumere. Da quando il paziente è in posizione inserire un marker utilizzando il telecomando del sensore. Far partire il cronometro. Lasciar passare un tempo minimo di 30s. Inserire un marker utilizzando il telecomando al termine della prova.

PAZIENTE: "...stia in piedi, mantenendo la posizione che le ho mostrato. Tenga per tutto il tempo le mani incrociate sul petto. Fissi il punto nero che è sul muro davanti a lei fino a quando non le dirò che la prova è terminata..."

CONDIZIONE: OCCHI CHIUSI

ESAMINATORE: Da quando il paziente è in posizione e chiude gli occhi, inserire un marker utilizzando il telecomando del sensore. Far partire il cronometro. Lasciar passare un tempo minimo di 30s. Inserire un marker utilizzando il telecomando al termine della prova

PAZIENTE: "...mantenga questa stessa posizione ma, quando le darò il via chiuda gli occhi e non li riapra fino a che non le dirò che la prova è terminata. Non si preoccupi se con gli occhi chiusi si sente meno stabile saremo accanto a lei per tutto il tempo per sostenerla prontamente nel caso perdesse l'equilibrio..."

Posizione che devono assumere i piedi nelle prove di posturografia statica: Le linee di riferimento, sono riportate in rosso nella figura. Queste linee vanno riportare sul pavimento tramite strisce di nastro adesivo ben visibili, o comunque in modo tale che siano calpestabili, non abbiano spessore rilevante, e non si spostino durante l'esecuzione dell'intero protocollo.

Posizione_piedi
Posizione dei piedi

Questa posizione è suggerita nel lavoro: McIlroy W.E., Maki B.E., "Preferred placement of the feet during quiet stance: Development of a standardized foot placement for balance testing", (1997) Clinical.

Consiste nel mantenere una distanza tra il centro dei talloni di 17 centimetri edun'apertura dei piedi di 14°.

Questo test serve per analizzare il controllo posturale del soggetto.