Analisi tridimensionali del rachide e della
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Analisi Tridimensionali Del Rachide E Della Postura Scheletrica Mediante Apparecchiature Non Ionizzanti M. D’Amico1,2 1 L.A.M.PO. (Laboratorio Analisi del Movimento e POstura) Istituto di Riabilitazione S. Stefano Via Aprutina 194, 62016 Porto Potenza Picena (MC), Italy 2 Bioengineering & Biomedicine Company Srl, Via C.D. Spiga 10 65124 Pescara, Italy OGGETTO della presente comunicazione al corso “La Riabilitazione della Colonna Lombo-Sacrale” è quello di presentare in forma approfondita “l’Analisi Multifattoriale 3D della Postura e del Movimento” e l’originale Metodologia sviluppata presso il L.A.M.PO. (Laboratorio Analisi del Movimento e POstura - Istituto di Riabilitazione S. Stefano) che permette di identificare Postura e Movimento dell’Intero Scheletro inclusa una dettagliata ricostruzione 3D del rachide. Ciò permette di superare nelle valutazioni quantitative della Postura e del Movimento, la tuttora comune restrizione della analisi confinata ai soli arti inferiori. Restrizione quest’ultima fino ad oggi avvertita come una delle più importanti limitazioni nell’Analisi della Postura e del Cammino. L’analisi computerizzata biomeccanica del movimento può essere oggi considerata non più patrimonio esclusivo della Ricerca ma anche una nuova concreta possibilità di indagine nelle applicazioni cliniche, diagnostiche e terapeutiche, negli ambiti ortopedico, neurologico e riabilitativo. Tali settori, infatti, hanno ricevuto un forte impulso evolutivo dall’introduzione di dispositivi che permettono la misura integrata di una serie di variabili di descrizione del movimento. Con tali strumenti è pertanto possibile, nell’analisi delle patologie motorie e della colonna vertebrale, poter procedere ad un’analisi oggettiva e quantitativa del danno funzionale occorso per l’evento traumatico o per la patologia congenita o sopraggiunta. In tal modo l'intervento riabilitativo può essere personalizzato e il clinico e il riabilitatore possono operare sulla base di misure e dati con i quali monitorare i progressi ottenuti mediante confronti statistico-quantitativi e laddove necessario perfezionare di volta in volta l'intervento medicoriabilitativo. Metodica emergente in questo ambito è quella della valutazione quantitativa del movimento e della Postura con tecnologie opto-elettroniche stereo-fotogrammetriche, a loro volta integrate da piattaforme di forza, solette multisensore ed elettromiografi di superficie. Infatti, per analizzare la Postura ed il Cammino di un soggetto, la misura di variabili cinematiche (quali traiettorie, velocità, accelerazioni ecc.) viene ottenuta con sistemi opto-elettronici stereofotogrammetrici, cioè basati principalmente su riprese da telecamere; il rilievo di variabili dinamiche (forze esercitate sul terreno, momenti), si ottiene con piattaforme di forze (che in pratica sono sensibilissime bilance elettroniche); lo studio del comportamento del piede durante l’appoggio è consentito da sistemi baropodografici dinamici anch'essi a piattaforma e/o a solette multisensore da indossare all’interno della calzatura; ed infine l’attività muscolare è registrata con sistemi elettromiografici. La valutazione oggettiva delle caratteristiche funzionali del soggetto ottenuta mediante l'intero insieme (o parte) di queste misure integrate viene definita Analisi Multifattoriale 3D del Movimento. Nella pratica, la maggiore attenzione è stata finora dedicata all’analisi del movimento degli arti inferiori o superiori per il ripristino o per la riabilitazione di funzionalità perse per patologia o per trauma. Ulteriori campi di impiego di queste metodiche, includono l’ambito sportivo ai fini dell’ottimizzazione delle prestazioni dell’atleta, l’ambito dell’ergonomia, dove l’ottimizzazione è rivolta al design di oggetti e strumenti (mobili, automobili, ecc.) per ottenere caratteristiche sempre più vicine alle necessità dell’uomo, ed infine, della medicina del lavoro ai fini della valutazione dei carichi cui un lavoratore può essere sottoposto senza che questi determinino, a medio e lungo termine, l’insorgere di patologie. Nell’Analisi Multifattoriale del Movimento e della Postura tuttavia, problemi di particolare rilevanza si sono sempre incontrati nell’analisi quantitativa della funzionalità del tronco e in particolare della colonna vertebrale. Ciò a causa della complessità del sistema articolare del rachide e della non esistenza di corretti modelli matematici che ne identificassero la forma e la funzionalità. Data questa stimolante sfida, il nostro gruppo del LAMPO (Laboratorio Analisi del Movimento e Postura) presso l'Istituto di Riabilitazione S. Stefano di Porto Potenza Picena in collaborazione con la Bioengineering & Biomedicine Company Srl di Pescara, ha avviato anni fa un progetto mirato all'implementazione di un modello Biomeccanico-parametrico 3D che includesse vari modelli di distretti articolari presenti in letteratura (arti inferiori, pelvi, tronco etc., ottenuti da studi in vivo o da dissezione da cadavere). Tale Modello è stato reso parametrico in modo da adattarsi perfettamente ed automaticamente alle misure antropometriche del soggetto sotto esame. In questo modo è possibile, con misure assolutamente innocue per il soggetto, poter identificare completamente la Postura dell’intero Scheletro umano (con particolare dettaglio della morfologia tridimensionale del rachide) ed estendere questo livello di dettaglio anche all’analisi del Cammino e del Movimento più in generale. In sintesi, la metodologia sviluppata permette di definire compiutamente lo stato patologico o meno della postura di un soggetto sotto esame ed in particolare lo stato funzionale della sua colonna vertebrale, basandosi su rilievi stereofotogrammetrici, senza dover utilizzare analisi radiografiche (tuttavia necessarie in caso di analisi dello stato osseo), ed anzi permettendo di ottenere migliaia di misure nella stessa seduta in brevissimo tempo in diverse condizioni funzionali del paziente, fornendo dati relativi alle caratteristiche tridimensionali della colonna non ricavabili con tecniche tradizionali. Inoltre, come sopra accennato, è possibile associare anche indagini condotte con piattaforme di forza o sistemi baropodografici che consentono di poter misurare simultaneamente anche le forze espresse dal soggetto sul terreno, consentendo di evidenziare scompensi e/o asimmetrie di appoggio, sbilanciamenti posturali e oscillazioni del baricentro corporeo in funzione della morfologia del rachide e dell’allineamento corporeo. Infine è anche possibile aggiungere misure simultanee di Elettromiografia di Superficie per procedere ad una valutazione oggettiva dell’attività di contrazione muscolare e della sua efficacia/correttezza in funzione del task motorio eseguito. L’Analisi Multifattoriale 3D del Movimento costituisce appunto l’integrazione di tutte queste misure e di tutte le elaborazioni conseguenti quali il calcolo delle velocità, delle accelerazioni, delle forze e dei momenti articolari, delle potenze espresse per poter quantificare tutte le sollecitazioni nei vari distretti corporei in condizioni di normalità o di patologia. Questo approccio metodologico, ed in particolare il Modello Biomeccanico-Scheletrico Completo, che, come detto, estendono le possibilità dell’Analisi Multifattoriale 3D del Movimento oltre che agli Arti Inferiori anche alla Biomeccanica del Capo, del Tronco e del Rachide presentano caratteristiche di assoluta innovatività e rappresentano la peculiarità di questa comunicazione. Non esistono infatti a conoscenza dell’autore altri modelli presentati in letteratura che permettano con approccio opto-elettronico stereofotogrammetrico di poter con lo stesso dettaglio ed efficacia una simile analisi Morfo-funzionale Cinematica e Dinamica della Postura e del Movimento. Per evidenziare l’utilità clinica già espressa e le enormi potenzialità applicative che questo approccio può favorire, saranno in questo corso riassunti brevemente i risultati di alcuni degli studi più significativi recentemente effettuati con questa metodologia. [1] M. D’Amico et al., A 3-D Biomechanical Skeleton Model And Processing Procedure For Posture And Movement Analysis, presentato al XXXV Congresso Nazionale SIMFER, San Benedetto del Tronto 2007, pubblicato su Eur. Med. Phys. 2007:43 (Suppl. 1) [2] M. D’Amico et al., A Full 3-D Parametric Biomechanical Skeleton Model For Posture And Movement Analysis, Proceedings of the 1st Conference of the Asian Oceania Society of Physical and Rehabilitation Medicine (May 1619, 2008 - Nanjing, China) K516C0187 MEDIMOND Srl Monduzzi Editore International Proceedings Division. [3] M. D’Amico et al., A 3-D Skeleton Model & SEMG Approach for Integrated Neck and Low Back Pain Analysis Test Batteries, In Research into Spinal Deformities 6 (ed. P. Dangerfield) IOS Press 2008 Proc. Of 7th Congress of International Research Society of Spinal Deformities, 9-12 July 2008, Liverpool, UK, pp. 79-84. DOMANDE 1. La limitazione dell'approccio opto-elettronico risiede in quale delle seguenti affermazioni? A) Utilizza contrassegni (markers) posizionati manualmente B) E' influenzato dalla variabilità posturale motoria intrinseca del soggetto analizzato C) Non permette una valutazione delle deformità ossee interne 2. Il principale vantaggio dell'approccio opto-elettronico è dovuto alla seguente considerazione: A) Permette analisi 3D in statica ed in dinamica con misure che possono essere mediate nel tempo B)E' completamente innocuo C)E' di semplice utilizzo ed applicazione 3. Il fine principale della procedura completa di calibrazione di un sistema optoelettronico è: A)Ottenere misure con un livello conosciuto di precisione all'interno di un volume di lavoro B)Eliminare disturbi introdotti dalle ottiche delle telecamere C)Ottenere misure 3D 4. Nella misura dell’attività SEMG nei muscoli paravertebrali, durante la flessione anteriore del tronco, la comparsa del Fenomeno di Flessione Rilassamento (FRP) è relativa: A) Al normale stato fisiologico di un soggetto sano B) Al manifestarsi di uno stato patologico di “Low Back Pain” C) Nessuna delle situazioni precedenti 5. Il fine principale dell’Analisi Quantitativa della Postura e del Movimento in Clinica mediante approccio opto-elettronico marker based è: A)Ottenere misure con un livello conosciuto di precisione all'interno di un volume di lavoro B)Ottenere misure con un livello conosciuto di precisione all'interno di un volume di lavoro e con errori associati agli artefatti da tessuti molli che risultino compatibili con il fenomeno clinico sotto indagine C)Ottenere misure 3D 6. L’estrazione dei comportamenti medi di Postura e Movimento è importante perché: A) Permette di ottenere informazioni sia sulle condizioni di Stabilità/ripetibilità del gesto motorio sia sulle caratteristiche di base del controllo motorio attuato B)Permette di effettuare confronti statistici sulle variabili biomeccaniche di interesse C)Permette di distinguere comportamenti stereotipati da comportamenti variabili RISPOSTE 1. 2. 3. 4. 5. 6. C) A) A) A) B) A)
