Dalle tecniche di "machine learning" all'interazione uomo-robot

Le nuove tecnologie

Il grande impulso tecnologico di questi ultimi anni ha permesso di sviluppare sistemi tecnologici di supporto alla riabilitazione sia in termini di software che di hardware. Tali avanzamenti tecnologici, quali ad esempio gli algortimi di "machine learning" e i robot collaborativi di ultima generazione, non devono in alcun modo essere utilizzati come strategia alternativa a quella tradizionale ma al contrario devono aiutare le differenti figure professionali coinvolte nel progetto riabilitativo al fine di ottimizzare il programma riabilitativo. La figura del fisioterapista e la complessità dell'interazione tra fisioterapista e paziente non potrnno mai essere sostitutite o surrogate. 

Qui di seguito elenchiamo alcune delle nuove tecnologie che verranno affrontate nel Master.

 

La riabilitazione robotica

jsc2012e064801_alt | JSC2012-E-064801_alt (1 June 2012) --- … | Flickr

L’utilizzo della robotica e delle tecnologie a supporto dei programmi riabilitativi è un’acquisizione più recente, utilizzata principalmente nei pazienti con esiti di ictus e di trauma cranio-encefalico o midollare. I robot sono dotati di sensori in grado di registrare la posizione, la velocità e le forze articolari. Inoltre, possiedono attuatori in grado far muovere e/o assistere il movimento dell’arto affetto a diverse velocità e ampiezze. Diversamente da quanto accade nelle terapie convenzionali, i robot possono erogare prestazioni riabilitative, altamente individualizzate, senza limite nella frequenza e nell’intensità giornaliera del trattamento.

 

Robot per gli arti superiori

Attualmente i sistemi di robotica per gli arti superiori possono essere raggruppati in due tipi: effettori terminali (MIT/IMT-Manus, MIME, GENTLE/s) ed esoscheletri (ARMin, Pneu-WREX, RUPERT, REHAROB). Con gli effettori terminali i soggetti afferrano un manipolandum la cui forza viene controllata da un robot. Tutte le forze e le misure hanno una singola interfaccia, consentendo un completo adattamento alle caratteristiche del singolo paziente. Con i sistemi a esoscheletro l’arto è all’interno di un robot che, grazie alla sua flessibilità meccanica, permette una piena specificazione della configurazione dell’arto (ARM Guide). I sistemi esoscheletrici hanno il vantaggio che le forze possono essere applicate e misurate in maniera indipendente in ogni articolazione. Rimane aperta, tuttavia la questione relativa ai risultati ottenuti, ovvero se l’apprendimento di un singolo movimento possa tradursi in un miglioramento effettivo della funzione complessiva di un arto. Per tale motivo il compito motorio dovrebbe essere il più vasto possibile, aumentando i gradi di libertà, il numero di task, l’area di lavoro, la forza applicata e la configurazione geometrica dell’arto.

 

Robot per gli arti inferiori

I robot per gli arti inferiori sono fondamentalmente utilizzati per il recupero della postura eretta e della deambulazione nelle gravi disabilità motorie (Erigo, Lokomat, GaitTrainer, Geo-System). Alcuni sistemi vengono utilizzati precocemente nei pazienti mielolesi o con ictus per il recupero del controllo del tronco nella postura eretta e per la prevenzione delle contratture muscolo-tendinee e delle anchilosi articolari degli arti inferiori. Vengono utilizzati lettini di statica corredati di un sistema robotico di stepping che permette la mobilizzazione passiva degli arti inferiori in statica eretta. Per la riabilitazione della deambulazione vengono utilizzate ortesi di deambulazione a funzionamento elettrico che assistono, mediante un sofisticato software, il movimento degli arti inferiori nella deambulazione. In questi sistemi vi è un supporto, collegato a un computer, che si applica agli arti inferiori e che consente simultaneamente di scaricare, in parte o in toto, il peso del paziente, di assistere in modo motorizzato il suo cammino, variandone i vari parametri (velocità, frequenza, lunghezza del passo, escursione articolare del ginocchio e delle anche) e di fornire assistenza diversificata ad un arto rispetto al controlaterale. Con tale metodica è, inoltre, possibile misurare i vari parametri del movimento (angoli articolari, forza muscolare, spasticità), sia on-line che off-line.

Negli ultimi anni, un notevole interesse si sta indirizzando all’impiego degli esoscheletri indossabili. Si tratta di esoscheletri, inizialmente ideati per scopi militari e che oggi trovano impiego nella riabilitazione delle persone con difficoltà del cammino (lesioni midollari, emiplegie da ictus, lesioni da sclerosi multipla). Tali sistemi permettono al paziente di muoversi con maggiore libertà rispetto ai sistemi robotici statici, favorendo l’interazione ambientale della persona (partecipazione). I sistemi esoscheletrici indossabili sono impiegati per lo svolgimento sia dell’esercizio terapeutico guidato dal terapista che come strumento assistivo gestito direttamente dal paziente.

 

La realtà virtuale

File:Virtual-reality-2229924 1920.jpg - Wikimedia Commons

La realtà virtuale definisce una simulazione dell’ambiente reale generata da un software dedicato che può essere sperimentata attraverso un’interfaccia uomo-macchina. Nell’esercizio effettuato in questo tipo di ambiente, i soggetti sono in grado di monitorare i propri movimenti mentre cercano di imitare i modelli di movimento ottimale indicati, in tempo reale, nello scenario virtuale, con la possibilità di ricevere feedback visivi, uditivi o somatosensoriali. Complessivamente, l’approccio favorisce “l’apprendimento per imitazione” e la complessità dei compiti motori richiesti può essere progressivamente aumentata per facilitare il trasferimento al mondo reale degli schemi motori appresi in quello virtuale. La realtà virtuale rappresenta uno strumento relativamente nuovo in ambito neuroriabilitativo, risultando flessibile e, dunque, facilmente adattabile alle esigenze del singolo paziente. Sono stati realizzati diversi sistemi di realtà virtuale. Alcuni sono basati sul gioco (rehabilitation gaming system), altri sull’apprendimento basato sull’imitazione (learning by imitation) e si avvalgono di un insegnante virtuale i cui movimenti devono essere ripetuti dal paziente. Altri sistemi prevedono un feedback di contatto (haptic feedback) oppure combinano la realtà virtuale con il training robotizzato.

 

 

La tele-riabilitazione

 

File:Boy playing wii game.jpg - Wikimedia Commons

 

La tele-riabilitazione consiste nell’applicazione di tecnologie informatiche e di telecomunicazione al fine di supportare i servizi riabilitativi in remoto. In tal senso, la tele-riabilitazione consente di monitorare lo stato funzionale e svolgere esercizi riabilitativi a distanza, nell’ottica di una continuità delle cure riabilitative che veda i pazienti proseguire il proprio percorso riabilitativo al di fuori delle strutture sanitarie. L’utilizzo della tele-riabilitazione ha subito un rapido incremento durante la pandemia da Sars-COV2 nel 2020-21, in molti casi costituendo l’unica possibilità di proseguire il percorso di cure riabilitative. Le tecnologie più utilizzate per la tele-riabilitazione sono la video-conferenza tramite smartphones o personal computers, assistenti personali digitali, sensori forniti a domicilio dei pazienti, robotica, realtà virtuale. Lo sviluppo di applicazioni informatiche specifiche e di supporti tecnologici disegnati appositamente per la tele-riabilitazione è un ambito di interesse in ascesa nel campo della riabilitazione, con risultati, tuttavia, ancora da confermare in termini di costo-efficacia rispetto alla riabilitazione tradizionale.  

 

Machine learning e neuroriabilitazione

Dante TRABASSI | Research Assistant | Bachelor of Engineering | Sapienza  University of Rome, Rome | la sapienza | Department of Medico-Surgical  Sciences and Biotechnologies

 

Il Machine Learning o apprendimento automatico è una branca dell’Intelligenza Artificiale che consente al software di utilizzare dati numerici per trovare soluzioni a compiti specifici senza essere esplicitamente programmato per farlo.

Il Machine Learning combina concetti provenienti dalle neuroscienze, dalla fisica, dalla matematica, dalla statistica e dalla biologia per rendere i computer capaci di apprendere attraverso la modellazione.

Nell'apprendimento automatico, i dati numerici vengono utilizzati per addestrare i computer a completare compiti specifici. Attraverso un algoritmo di apprendimento è possibile dedurre matematicamente dai dati una soluzione al quesito clinico posto, sia esso osservazionale, diagnostico, valutativo o terapeutico.

Il concetto chiave è come far sì che i computer imparino dai dati, ciò significa che in qualche modo bisogna insegnare alle macchine a ricordare, adattare, correggere e generalizzare le informazioni apprese, in modo da poterle applicare a contesti ed esempi simili.
Fra i tantissimi settori applicativi del Machine Learning, l’Healthcare rappresenta uno dei più interessanti per impiego e potenzialità. In particolare, il campo della Neuroriabilitazione può sfruttare la crescente produzione di dati clinici, muscolari e del cammino sia per automatizzare processi, aiutando i clinici nel processo decisionale, sia per provare a tirare fuori caratteristiche clinicamente inosservabili (“insights”) sfruttando le macchine in modo tale da migliorare paradigmi riabilitativi e concentrarsi sul miglior percorso riabilitativo per ciascun soggetto.

 

L'analisi quantitativa del cammino

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L’analisi quantitativa del cammino consente di ottenere informazioni utili sulla complessa relazione esistente tra il deficit primario, gli adattamenti e i compensi motori. Tale metodica non solo rappresenta un valido approccio allo studio della fisiopatologia dei vari disordini del movimento ma costituisce anche un valido supporto per il monitoraggio dei trattamenti pianificati e per la loro eventuale riformulazione. Nonostante le metodiche di analisi del movimento siano state introdotte da tempo, solo recentemente si è verificato un forte impulso verso l’impiego di risorse tecnologiche più raffinate. Lo sviluppo di marker passivi piuttosto che attivi, l’integrazione dei dati cinematici con i dati delle pedane di forza ed elettromiografici, lo sviluppo di metodiche wireless, hanno consentito ai laboratori di analisi del movimento di ampliare la gamma di informazioni ottenibili e, al contempo, di ridurre i tempi di registrazione.

Malgrado la valutazione osservazionale presenti evidenti limiti di affidabilità, l’analisi quantitativa del cammino trova ancora una diffusione molto limitata. Ciò è, almeno in parte, dovuto al fatto che in assenza di uno specifico quesito clinico il test tende a essere dispersivo, “time consuming” e, in ultima analisi, con una scarsa ricaduta clinica.

Definizione, protocolli e sistemi

Un’analisi completa del movimento avviene attraverso l’integrazione di tre discipline: la cinematica, la dinamica (o cinetica) e l’elettromiografia di superficie.

La cinematica si occupa di descrivere il movimento di un copro nello spazio tridimensionale. Essa può fornire informazioni riguardanti gli spostamenti, le velocità e le accelerazioni lineari e angolari dei segmenti corporei e delle articolazioni.

La dinamica è il ramo della fisica che si occupa dello studio delle forze che modificano lo stato del moto dei corpi. Essa fornisce le informazioni riguardanti le interazioni di forza tra il soggetto e il suolo e lo sviluppo dei momenti interni nelle singole articolazioni.

L’elettromiografia di superficie permette lo studio del segnale elettrico generato dai muscoli scheletrici rilevabile sulla superficie della pelle. Essa può fornire semplici informazioni sugli intervalli di attivazione o informazioni più complesse come quelle relative alle strategie di controllo neurale e alle proprietà del sistema neuromuscolare.

 

Analisi cinematica

Principali parametri cinematici

L’analisi cinematica prevede principalmente lo studio delle posizioni angolari istantanee nei piani sagittale (flesso-estensioni), frontale (abdo-adduzioni) e trasverso (intra-extra rotazioni) e dei range of motions (RoMs) intesi come escursioni articolari in ben precise fasi del ciclo del passo. Anche le velocità e le accelerazioni lineari ed angolari rappresentano informazioni utili agli studiosi del movimento. Ulteriori informazioni utili sono rappresentate da:

 Parametri spazio-temporali:

 •   Durate percentuali (rispetto alla durata del movimento) delle fasi che lo compongono (ad es., durata della fase di appoggio, della fase di volo o di quella di doppio supporto);

 •   Frequenza o cadenza (numero di cicli/minuto);

 •   Ampiezza di un movimento (ad es., lunghezza del ciclo, lunghezza del passo o larghezza del passo);

 •   Velocità di un soggetto o di un effettore del movimento (ad es., velocità media del cammino, velocità di volo di un arto);

 Parametri cinematici:

 •   Accoppiamenti tra movimenti articolari, “che forniscono indicazioni sulla coordinazione e quindi sul controllo motorio”. Possono essere studiati con differenti tecniche analitiche. Si segnalano lo studio dei tracciati angolo-angolo e, per i movimenti ciclici, rappresentati da comportamenti analitici di natura oscillatoria, secondo la teoria dei sistemi dinamici, il calcolo del Continuous Relative Phase (CRP). Il CRP permette l’individuazione di eventuali comportamenti sinergici e gerarchici tra le articolazioni investigate. Esso si ottiene dalla differenza tra gli angoli di fase di due segmenti o articolazioni tra loro interagenti;

 •   Variabili energetiche quali:

 

Sistemi e dispositivi per l’analisi cinematica del movimento

I sistemi per l’analisi cinematica del movimento umano che hanno trovato un maggiore utilizzo nell’ultimo ventennio sono:

 •   Sistemi optoelettronici; 

 •   Dispositivi inerziali miniaturizzati che integrano accelerometri e giroscopi.

I sistemi optoelettronici rappresentano oggi il “gold standard” per l’analisi cinematica di laboratorio e non. Il principio su cui si basa la lettura del movimento nello spazio dei segmenti del corpo (assunti essere rigidi) è rappresentato dall’acquisizione delle posizioni istantanee che appositi marcatori riflettenti (le cui superfici sono ricoperte da polvere di alluminio), posizionati su specifici punti di repere anatomici, assumono nello spazio.

La forza degli attuali sistemi optoelettronici risiede nella possibilità di fruizione delle funzioni di “shadowing” e di “riconoscimento marker in “Enhanced Blob Analysis”. Le telecamere ad infrarosso oggi utilizzate raggiungono prestazioni elevatissime (addirittura ridondanti per la maggior parte delle applicazioni in ambito clinico). Tra le caratteristiche principali da mettere in evidenza ci sono la risoluzione dei sensori delle telecamere (che raggiunge anche i 4 milioni di pixel), la frequenza di acquisizione alla massima risoluzione (che può arrivare a 500 frames al secondo) e la frequenza di acquisizione massima (che può tranquillamente raggiungere i 2000 campioni al secondo). Tali prestazioni ed innovativi algoritmi di calibrazione dei sistemi optoelettronici permettono accuratezze inferiori al decimo di millimetro per volumi calibrati anche molto grandi.

I protocolli proposti dalla letteratura scientifica per lo studio della cinematica del soggetto sono tanti. Per lo studio del tronco, della pelvi e degli arti inferiori (principalmente per lo studio della deambulazione) segnaliamo il protocollo Davis, il protocollo SAFLO, la tecnica CAST, il protocollo LAMB ed il protocollo “Istituti Ortopedici Rizzoli Gait”. Tali protocolli forniscono una buona sovrapposizione del dato acquisito principalmente sul piano sagittale.

 

Analisi cinetica - Principali parametri cinetici analizzabili

Il dato di forza di reazione al terreno nella sua forma vettoriale rappresenta senza dubbio il segnale più importante maggiormente investigato nell’analisi cinetica del movimento. Ad esempio, nello studio della deambulazione, le forze vettoriali di reazione al terreno sono rilevabili tutte le volte in cui il soggetto in esame è in appoggio (monopodalico o bipodalico) con il terreno. Tale forza rappresenta una informazione globale in quanto fornisce la risposta dell’ambiente all’azione dell’intero sistema uomo. Le componenti di tale forza lungo le direzioni verticale, antero-posteriore e latero-laterale forniscono ai clinici informazioni importati legate alle capacità di accettazione del carico e di generazione della propulsione in avanti. Altre informazioni acquisibili ed interpretabili sono le forze di taglio e di compressione a livello articolare, l’angular impulse, il momento di supporto e la stiffness globale.

Sistemi e dispositivi per l’analisi cinetica del movimento

Il sistema più utilizzato nell’analisi del cammino è la piattaforma di forza. Le pedane integrate nei laboratori sono principalmente costituite da sensori “strain gage” e da sensori piezoelettrici. Queste pedane sono quasi tutte triassiali e forniscono quindi i dati relativi alle 3 componenti delle forze ed ai loro punti di applicazione (coordinate del centro di pressione) ed al momento torcente. Le frequenze di campionamento solitamente sono impostabili (in genere si acquisisce a multipli della frequanza di acquisizione del dato cinematico). Le dimensioni ed il peso di queste pedane sono estremamente variabili da modello a modello e vengono in genere scelte per le tipologie di tasks che è necessario investigare ed al contesto operativo (medicina fisica e riabilitativa, applicazioni sportive, dinamica biomeccanica, ergonomia e ricerca industriale). La portata in chili di tali dispositivi supporta tranquillamente forze generate dell’essere umano anche durante task estreme. Non si segnalano criticità particolari riferibili a tali sistemi.

 

Analisi elettromiografica

Elaborazione del segnale elettromiografico e principali parametri analizzabili

Il segnale EMG acquisito può essere elaborato usando la seguente procedura:

 •   Rettificazione: l’informazione contenuta nel segnale elettromiografico non è data dal segno; per questo motivo si preferisce rettificare il segnale, così da rendere possibile l’estrazione di alcuni parametri come il valore medio, i valori di picco ed il valore dell’area della curva del segnale.

 •   Integrazione: viene calcolata l’area sottesa dal segnale rettificato; tipicamente si preferisce integrare su una finestra mobile di ampiezza prestabilita.

 •   Filtraggio: serve per ridurre i disturbi ed enfatizzare le componenti di interesse.

Un inconveniente del segnale elettromiografico è che il valore di ampiezza è fortemente influenzato da fattori come la qualità, posizione e forma degli elettrodi, le caratteristiche antropomorfiche del soggetto e la qualità della preparazione della cute. Per eliminare queste fonti di incertezza sul valore di ampiezza si preferisce normalmente normalizzare il segnale elettromiografico rispetto ad una condizione di riferimento, come ad esempio la massima contrazione volontaria (MCV). La MCV tipicamente viene registrata in condizioni isometriche prima dell’inizio della sessione di acquisizione. Esistono procedure standardizzate per l’acquisizione della MCV in molti dei muscoli, tipicamente acquisite durante il cammino.

 Una volta elaborato, dal segnale EMG si possono estrarre diversi parametri.

 

Parametri di ampiezza (analisi nel dominio del tempo)

 •   Attivazione muscolare media

 •   Attivazione muscolare massima

 •   Root Mean Square (RMS): radice quadrata del valore quadratico medio

 

Parametri di timing (analisi nel dominio del tempo)

 •   On-off del segnale: si calcolano gli istanti temporali in cui il segnale elettromiografico è presente o assente;

 •   Indici di co-attivazione: possono essere utilizzati per valutare l’eventuale presenza di una co-contrazione di muscoli antagonisti, e quindi il livello di stiffness del sistema muscolare.

Indicatori di affaticamento muscolare (analisi nel dominio del tempo e della frequenza)

La fatica muscolare può essere definita come l’incapacità del muscolo di mantenere nel tempo un dato livello di forza ed è dovuta a cambiamenti all’interno del muscolo (fatica periferica) o a livello del SNC (fatica centrale). I principali indicatori di affaticamento muscolare sono:

 •   Average Rectified Value (ARV): valore medio rettificato. Rappresenta l’area sottesa del segnale elettromiografico nell’intervallo di tempo T, divisa per tale intervallo di tempo. Aumenta in caso di affaticamento muscolare.

 •   RMS. dà informazioni sul contenuto energetico del segnale mioelettrico. Aumenta in caso di affaticamento muscolare.

 •   Median Frequency (MDF): frequenza mediana. È la frequenza che divide lo spettro di potenza del segnale elettromiografico in due parti di uguale potenza. In caso di fatica lo spettro di potenza risulta compresso, di conseguenza la frequenza mediana sarà spostata verso valori più bassi. Per valutare quantitativamente il decremento nella MDF si può analizzare l’andamento della curva tempo-MDF.

 •   Mean Frequency (MNF): frequenza media: valore baricentrale di frequenza nello spettro di potenza. Diminuisce in conseguenza dell’affaticamento muscolare.

 

Sistemi e dispositivi per l’analisi elettromiografica di superficie

Fino a qualche anno fa gli elettromiografi avevano la necessità di comunicare inviando i dati acquisiti mediante cavi in fibra ottica o in radiofrequenza. Questo comportava una limitazione alla libertà di movimento del soggetto acquisito. Oggi, invece, gli elettromiografi in commercio sono dotati di sonde, collegate a degli elettrodi, che amplificano il segnale EMG, lo convertono in formato digitale e trasmettono i dati in modalità wireless ad un’unità ricevente. Gli elettrodi sono posizionati sul muscolo, nella direzione delle fibre muscolari. Per l’EMG di superficie si utilizzano generalmente elettrodi pregellati Ag-AgCl di tipo usa e getta. Esistono in letteratura delle raccomandazioni che aiutano nel corretto posizionamento degli elettrodi.

 

 

Analisi del cammino in riabilitazione neurologica

 

Tenendo conto dell’enorme potenzialità dell’analisi quantitativa del cammino, bisogna considerare l’utilizzo dei moderni sistemi come un elemento indispensabile per la riabilitazione. Essendo il cammino la principale funzione per l’indipendenza motoria nella vita di tutti i giorni, gli sforzi riabilitativi devono necessariamente concentrarsi sul recupero e/o il mantenimento di una deambulazione autonoma. Il pattern del cammino patologico è stato studiato in dettaglio in molte malattie neurologiche. In alcune di esse si è riusciti ad obiettivare il miglioramento indotto dalla fisioterapia attraverso il monitoraggio dei parametri spazio-temporali, cinematici, cinetici ed elettromiografici e dunque al di là di un valutazione con le sole scale cliniche valutative.

L’utilizzo della metodica 3D di analisi del cammino è stata molto usata nelle paralisi cerebrali infantili e in malattie dell’adulto, oggetto del presente paragrafo, quali lo stroke e la malattia di Parkinson.

Nella malattia di Parkinson in cui il deficit deambulatorio rappresenta uno dei maggiori segni clinici, l’analisi quantitativa del cammino ha rilevato anomalie sia dei parametri spazio-temporali, sia dei parametri di cinematica e cinetica articolari che dei timing di attivazione muscolare. Per quanto riguarda i parametri spazio-temporali, la riduzione della lunghezza del passo, della velocità del cammino e l’aumento della fase di doppio supporto sono le anomalie più frequentemente riscontrate e caratterizzanti cinematicamente l’andatura dei pazienti parkinsoniani. Il trattamento riabilitativo mirato alla rieducazione del cammino ha dimostrato di poter migliorare i parametri spazio-temporale tendendo a normalizzarli. Un miglioramento della lunghezza del passo e della velocità si può ottenere grazie all’utilizzo di stimoli sensoriali facilitatori. In particolare, i pazienti sottoposti a diverse sedute di rieducazione del cammino associata a facilitazione acustica ritmica o a feedback visivi “auto- o passo-regolati” dimostrano un allungamento progressivo del passo e un aumento della velocità del cammino. Per quanto riguarda la cinematica e la cinetica articolari, le maggiori anomalie riscontrate sono la riduzione della flessione plantare di caviglia al 50-60% del ciclo del cammino (corrispondenti al push-off e toe-off) associata ad una riduzione della potenza nella sottofase di spinta (push-off). È stata riscontrata inoltre una riduzione della potenza di anca nella fase di appoggio. È interessante notare che nel momento in cui si sospende la terapia dopaminergica si assiste ad un ulteriore peggioramento della cinematica e della cinetica articolari. Si è riscontrato infatti oltre all’aggravamento dei parametri più comunemente alterati, anche una riduzione dei ROM e della potenza del ginocchio durante il singolo supporto e una riduzione dell’estensione e del momento estensorio di anca nel doppio supporto. Tutti fattori che possono ulteriormente contribuire alla riduzione della lunghezza del passo nel paziente parkinsoniano.

Il dato più saliente dell’analisi elettromiografica durante il cammino è la ridotta attività riscontrata nei muscoli plantiflessori che ben si integra con i dati cinematici e cinetici di caviglia.

È chiaro che dai dati presentati si possa personalizzare e mirare il trattamento riabilitativo agli elementi patologici del cammino in modo da prevenirne un ulteriore aggravamento. È stato dimostrato come un programma di esercizi finalizzati al rafforzamento muscolare degli arti inferiori sia in grado di migliorare oltre che la lunghezza e la velocità del cammino anche la cinematica articolare. In quest’ottica, una delle principali strategie riabilitative da perseguire deve quindi necessariamente mirare alla riduzione della rigidità di caviglia e alla efficacia della flessione plantare del piede durante il push-off.

Un’altra patologia neurologica un cui la metodica di analisi del cammino si è dimostrata utile nel quantificare il recupero dopo la riabilitazione è lo stroke. La deambulazione nel paziente emiparetico è marcatamente compromessa dal deficit di forza e dalla presenza della spasticità che inducono una netta asimmetria nei due arti, già presente in stazione eretta.

La natura asimmetrica dell’andatura può essere secondaria, oltre che al deficit primario, anche alle strategie compensatorie messe in atto sia nell’arto affetto che in quello sano. Paradossalmente, il compenso motorio potrebbe limitare il miglioramento funzionale. Un approccio moderno prevede che la rieducazione della deambulazione possa essere avviata anche in fase precoce non appena il paziente abbia raggiunto un sufficiente controllo del tronco.

I dati di analisi quantitativa del movimento hanno mostrato alcune caratteristiche del cammino dell’emiparetico in relazione ai parametri spazio-temporali, cinematici e cinetici articolari investigati. Una delle anomalie più evidenti è rappresentata dalla estrema riduzione della velocità del cammino correlata alla gravità dello stroke ed associata ad un’asimmetria della lunghezza del passo. Oltre alla riduzione della velocità e della lunghezza del passo, viene riportato un netto aumento della fase di appoggio e di doppio supporto dell’arto affetto ed un aumento della fase di volo dell’arto non affetto. L’analisi della cinematica articolare evidenzia una riduzione della flessione di anca, un aumento dell’atteggiamento in flessione di ginocchio e in plantiflessione di caviglia con riduzione dell’escursione totale di entrambe le articolazioni. All’analisi cinetica è stata rilevata una riduzione della potenza della flessione plantare di caviglia al push-off.

Grazie alle metodiche di analisi quantitative si è riusciti a dimostrare come l’intervento riabilitativo sia in grado di migliorare la deambulazione e, più in generale, la funzione motoria.

Tali interventi prevedono esercizi ripetitivi task-oriented, di allungamento muscolare manuale, di rafforzamento muscolare, di biofeedback, esercizi di allenamento allo shift del peso corporeo, training del cammino su pedane mobili. Più recentemente è stato rilevato come il training su supporti automatizzati/robotizzati possa favorire l’indipendenza della deambulazione. In particolare, l’esercizio su pedane mobili è utile per migliorare la velocità e la cadenza del cammino. I sistemi robotizzati specifici per le caviglie migliorano il deficit dorsiflessorio tipico della deambulazione dell’emiparetico.

L’utilizzo dell’aumento del carico sull’arto non affetto può migliorare l’escursione articolare di ginocchio e di anca durante la fase di volo dell’arto paretico oltre che la velocità, la cadenza e l’abilità nel trasferimento del carico.

Poichè la cadenza, la lunghezza del passo e la velocità sono parametri correlati, è possibile migliorare la velocità del cammino attraverso esercizi finalizzati all’aumento della lunghezza del passo sia sul lato paretico che su quello sano e della cadenza. Un training mirato al rafforzamento della plantiflessione si è rilevato utile nel migliorare la qualità e la velocità della deambulazione.

Il biofeedback in combinazione con la fisioterapia standard può migliorare la qualità del cammino. Tuttavia, le valutazioni della Cochrane non hanno rilevato evidenze di beneficio sul cammino conclusive. Questa osservazione è un tipico esempio di come la mancanza di una quantificazione oggettiva possa limitare la valutazione della bontà della metodica riabilitativa. Di recente, l’utilizzo di sistemi di analisi del movimento ha permesso di rilevare come vi sia un miglioramento della funzione plantiflessoria della caviglia con aumento del picco di potenza durante il push-off e un conseguente aumento della velocità e della lunghezza del passo dopo un trattamento con biofeedback di 15 minuti per circa 20 sedute in un gruppo di emiparetici cronici.

Il “motor imagery”, una tecnica recentemente introdotta basata sulla capacità del SNC di attivarsi in seguito all’immaginazione di uno specifico movimento, è in grado di migliorare il pattern del cammino e i parametri cinematici. In particolare, immaginare di camminare, come esercizio quotidiano, determina un miglioramento della velocità, della lunghezza del passo e un aumento dell’escursione di anca e gionocchio durante il cammino.

 

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