Analisi dei movimenti dell'articolazione tibio-tarsica in pazienti affetti da instabilità cronica di caviglia

UNIVERSITÀ DEGLI STUDI DI TRIESTE
Dipartimento di Ingegneria e Architettura
Corso di Studi in Ingegneria Elettronica e Informatica
Studio dei movimenti dell’articolazione
tibio-tarsica nei pazienti affetti da instabilità
cronica di caviglia
Tesi di Laurea Triennale
Laureanda:
Anna Capponi
Relatore:
prof. Agostino ACCARDO
Sessione di Laurea Straordinaria - Marzo 2022
_____________________________________
ANNO ACCADEMICO 2020-2021
1

Indice
Introduzione 4
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Capitolo 1 - La caviglia 6
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L’anatomia della caviglia 6
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Distorsione di caviglia 9
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Instabilità cronica di caviglia 12
....................................................................................................
Eziologia 12
..............................................................................................................................
Valutazione clinica 13
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Valutazione radiologica 14
.......................................................................................................
Opzioni terapeutiche 15
...........................................................................................................
Procedure chirurgiche 15
.........................................................................................................
Cause di instabilità dopo la ricostruzione 16
..........................................................................
Capitolo 2 - Metodi e materiali di analisi 17
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Inertial and Magnetic Measurement System 18
............................................................................
I sensori magneto-inerziali 21
..................................................................................................
Motion Tracker wireless Xsens 22
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Procedura di connessione dei dispositivi 24
............................................................................
Gli angoli di Eulero 26
.............................................................................................................
Il comando Alignment Reset 27
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Il protocollo di misurazione e valutazione 28
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Capitolo 3 - Descrizione dell’esperimento 30
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Criteri per la definizione dei campioni di ricerca 30
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Modalità di rilevazione dei dati 33
...............................................................................................
La prima prova 33
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La seconda prova 34
.................................................................................................................
Elaborazione dei dati 36
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Capitolo 4 - Risultati e analisi dei parametri estratti 37
....................................................................
Risultati e analisi dei parametri relativi alla prima prova 37
........................................................
Valori estratti per la valutazione del ROM 37
.........................................................................
Valori estratti per la valutazione della velocità 41
..................................................................
Valutazione del ROM 41
...........................................................................................................
Risultati e analisi dei parametri relativi alla seconda prova 42
.....................................................
Analisi dei dati raccolti 50
.......................................................................................................
Capitolo 5 - Conclusioni 53
...............................................................................................................
Futuri sviluppi 55
..........................................................................................................................
Bibliografia 56
...................................................................................................................................
3

Introduzione
Argomento della presente tesi è l’analisi cinematica dell’articolazione tibio-tarsica in soggetti
affetti da instabilità cronica di caviglia attraverso l’impiego di sensori magneto-inerziali. Lo
studio è il risultato di una collaborazione tra il Corso di Laurea in Ingegneria Elettronica e
Informatica e il Corso di Studi in Fisioterapia dell’Università degli Studi di Trieste.
L’instabilità cronica di caviglia si definisce come la percezione, da parte del soggetto, di avere
una caviglia instabile, non in grado di sopportare il peso corporeo durante le normali attività
quotidiane. Si tratta di una condizione patologica che si sviluppa a seguito di una o più
distorsioni di caviglia e comporta frequenti cedimenti, dolore e distorsioni ricorrenti. In
ambito ortopedico l’instabilità cronica di caviglia è una patologia molto comune, che si
osserva specialmente nella popolazione attiva fisicamente o che pratica sport: la distorsione di
caviglia è infatti il secondo infortunio più frequente negli sportivi, e, a seguito di questa, la
possibilità di sviluppare instabilità cronica può salire fino al 70%. I pazienti affetti da questa
patologia sviluppano solitamente un accorciamento del tendine d’Achille e menomazioni del
controllo posturale, ovvero disturbi dell’equilibrio associati a deficit propriocettivi. Tali
problematiche vengono in genere affrontate tramite il trattamento fisioterapico, e solo nei casi
più gravi si ricorre a procedure chirurgiche.
La valutazione clinica della patologia qui trattata si basa generalmente su test qualitativi
comparativi di entrambe le caviglie, che vengono forzate a compiere diversi movimenti per
quantificare eventuale lassità legamentosa. In quanto ai deficit dell’equilibrio invece, questi
vengono indagati e corretti attraverso esercizi in monopodalica solitamente con l’ausilio di un
elemento destabilizzante, come una tavoletta propriocettiva. I test di valutazione clinica
diventano più completi se supportati da un’attività di motion tracking, che in questo caso ha
sfruttato la tecnologia IMMS (Inertial and Magnetic Measurment System).
Obiettivo del presente studio è l’analisi dei parametri cinematici estratti dalla misurazione dei
movimenti della caviglia e del piede in pazienti affetti da instabilità cronica di caviglia,
tramite l’utilizzo di sensori magneto-inerziali MTw Awinda Xsens. Tale valutazione è stata
resa possibile grazie alla collaborazione della Clinica Ortopedica Universitaria Giuliana
Isontina (ASUGI), che ha permesso di sperimentare presso la palestra didattica dell’A.S.P.
ITIS di Trieste l’utilizzo dei sensori in pazienti affetti da instabilità cronica di caviglia per
4

quantificare i movimenti di flessione plantare e dorsale, così come di inversione ed eversione
in due diversi trial.
Sono stati inoltre valutati nel presente studio anche dei soggetti sani, in modo da poter
eseguire un confronto tra pazienti malati e soggetti sani nell’analisi dei risultati conseguiti.
I dati acquisiti con la tecnologia IMMS sono poi stati elaborati attraverso il software
MATLAB: sono stati creati alcuni script che hanno permesso l’estrazione dei dati d’interesse
per l’analisi del movimento e la loro visualizzazione grafica.
L’elaborato è strutturato in cinque capitoli. Nel primo capitolo vengono riportati informazioni
riguardo l’anatomia della caviglia ed è presentata la definizione di instabilità cronica di
caviglia, così come di trauma distorsivo, sfruttando la banca dati online Pubmed e il motore di
ricerca Google Scholar. Il secondo capitolo si concentra invece sui metodi e i materiali
impiegati per la realizzazione dello studio qui riportato. In particolare, vengono analizzati i
sensori magneto-inerziali utilizzati e il protocollo impiegato per la valutazione dei movimenti.
Il terzo capitolo descrive invece in dettaglio l’esperimento effettuato, mentre il quarto capitolo
presenta l’elaborazione dei dati e vengono analizzati i parametri d’interesse. Infine, il quinto
capitolo tratta il significato da attribuirsi ai risultati ottenuti e discute di possibili accorgimenti
e modifiche che potranno essere apportate nella continuazione del lavoro.
5

Capitolo 1 - La caviglia
L’anatomia della caviglia
La caviglia è l’articolazione sinoviale del corpo umano, situata tra gamba e piede, esattamente
nel punto d’incontro di tre ossa: tibia, perone e astragalo.
Essa si compone di tre differenti articolazioni:
• L’articolazione tibio-tarsica: data dall’unione tra tibia, perone e astragalo. L’estremità di
tibia e perone, tenute insieme dai legamenti tibiofibulari inferiori, formano sul margine
inferiore una concavità (il “mortaio”), ricoperta di cartilagine, all’interno della quale si
inserisce il corpo del talo. Essa corrisponde alla caviglia nel linguaggio comune, ed è per
questo definita “caviglia propriamente detta”;
• L’articolazione subtalare: costituita dalla faccia inferiore dell’astragalo e da quella
superiore del calcagno;
• La sindesmosi tibio-peroneale: composta dal lato mediale dell’estremità distale del
perone e il lato laterale dell’estremità distale della tibia.
Tali articolazioni cooperano e conferiscono alla caviglia una grande mobilità, permettendo
movimenti di flessione dorsale e plantare sul piano sagittale, eversione ed inversione sul piano
frontale, e rotazione interna ed esterna sul piano trasversale.
A garantire stabilità dinamica alla caviglia concorrono:
• La congruità delle superfici articolari;
• I legamenti;
• Le unità muscolo-tendinee.
I legamenti della caviglia sono in totale 7: si distinguono in legamenti mediali e legamenti
laterali.
I legamenti mediali (o deltoidi) sono 4, posizionati sul lato interno della caviglia: insieme
costituiscono il legamento deltoideo. Essi dipartono dal malleolo tibiale per diramarsi verso
diverse ossa: i legamenti talo-tibiale anteriore e posteriore si connettono al talo, il legamento
tibio-calcaneare raggiunge il calcagno e il legamento tibio-scafoideo si connette all’osso
navicolare.
I legamenti laterali sono invece 3, posizionati sul lato esterno della caviglia: essi dipartono
dal malleolo peroneale e si diramano in tre direzioni: il legamento talo-fibulare anteriore
6

(ATFL) e il talo-fibulare posteriore raggiungono il talo, mentre il legamento calcaneo-fibulare
(CFL) si congiunge al calcagno.
La principale funzione dei legamenti è duplice: se da un lato guidano e limitano i movimenti
per stabilizzare la caviglia, dall’altro svolgono un’importante funzione propriocettiva grazie ai
recettori nervosi (presenti anche nei tendini, nei muscoli e a livello delle capsule articolari),
che comunicano costantemente al sistema nervoso centrale lo stato dell’apparato locomotore,
per poter regolare la postura, l’equilibrio e la coordinazione.
7
Figura 1 - Viste laterale e mediale della caviglia e del piede

A permettere i movimenti di flessione plantare e dorsale, così come quelli di pronazione e
supinazione, concorrono diversi muscoli. Essi possono essere suddivisi in 4 categorie
dipendentemente dalla funzione che svolgono:
• Flessori dorsali: il più importante per il movimento è il muscolo tibiale anteriore;
• Flessori plantari: principalmente il movimento viene svolto dal muscolo tricipite della
sura (gastrocnemio e soleo), ma concorrono nella flessione plantare anche il tibiale
posteriore e i peronieri lungo e breve;
• Pronazione: resa possibile dai muscoli peronieri;
• Supinazione: a permettere il movimento è il muscolo tricipite della sura, aiutato dal
tibiale posteriore e in minima parte dal tibiale anteriore.
A dare supporto alla caviglia partecipano anche i tendini. In particolare, quelli a stretto
contatto con la funzionalità della caviglia sono:
• Tendine d’Achille: collega i muscoli del polpaccio al calcagno;
• Tendine tibiale anteriore: collega il muscolo tibiale anteriore ad un osso tarsale del piede;
• Tendine tibiale posteriore: collega il muscolo tibiale posteriore alle ossa tarsali del piede;
• Tendini peronieri: collegano i muscoli peronei alle ossa tarsali della regione laterale del
piede. Scorrono lateralmente alla caviglia.
I nervi periferici che innervano la gamba e il piede si diramano dalla fossa poplitea tramite il
nervo peroneo comune e il nervo tibiale.
Ad innervare il piede sono particolarmente rilevanti:
• Il nervo safeno: innerva tutta la parte mediale della gamba e del piede;
• Il peroneo superficiale: situato sul dorso del piede;
• Il peroneo profondo: contiene sia fibre motorie che sensitive per lo spazio interdigitale.
[1,2,3,4]
8

Distorsione di caviglia
Una distorsione si definisce come la perdita momentanea del rapporto tra le superfici
articolari dei capi ossei che formano l’articolazione. In questo tipo di trauma molto spesso vi è
stiramento o lacerazione dei tessuti molli che concorrono a formare l’articolazione, come la
capsula articolare, i legamenti, i muscoli e i tendini.
Una possibile classificazione dei traumi da distorsione si basa proprio sul danno recato ai
tessuti molli:
• GRADO 1: assenza di rottura legamentosa, ma solo lieve stiramento dei legamenti
interessati. Non sono presenti strappi, né instabilità, né perdita di funzionalità e
movimento;
• GRADO 2: distorsione moderata con rottura parziale del complesso legamentoso che
porta ad instabilità articolare, in presenza di gonfiore ed ecchimosi. Il paziente presenta
dolore durante il carico e la deambulazione;
• GRADO 3: distorsione grave con rottura del complesso legamentoso e instabilità
dell’articolazione. Il paziente non è in grado di muovere né caricare l’arto interessato,
lamenta gonfiore, ecchimosi e dolore.
Mentre le distorsioni di primo grado non richiedono nessun trattamento specifico, lesioni di
secondo e terzo grado vengono solitamente trattate in maniera simile. E’ stato
scientificamente dimostrato come il recupero sia più veloce adottando un approccio che
9
Figura 2 - Classificazione del trauma distorsivo

preveda subito l’inizio di un percorso riabilitativo funzionale con l’aiuto di un fisioterapista,
piuttosto che immobilizzando la caviglia. [1,5,6]
Può essere utilizzata anche un’altra classificazione basata sull’aspetto temporale, che
individua tre categorie di distorsione:
• Lesioni acute: primo trauma distorsivo;
• Lesioni acute su precedente: distorsioni avvenute su una caviglia che ne ha già subita una
o più a distanza di almeno sei mesi;
• Lesioni inveterate: frequenti episodi distorsivi che possono essere causati anche da
lassità cronica. [5]
La distorsione di caviglia è un infortunio molto comune nella popolazione generale, in
particolare tra giovani e adulti: si stima che 5000 persone ogni giorno in Italia subiscano
trauma distorsivo. Il fenomeno è particolarmente comune in ambienti sportivi: esso infatti si
dimostra ricoprire circa un quarto del totale dei traumi. In particolare sport come basket(55%),
pallavolo(56%) e calcio(51%) espongono maggiormente al rischio di incorrere in una
distorsione, così come la corsa di resistenza(40%) e qualsiasi attività che preveda rapidi
cambiamenti di direzione, salti e contatti fisici tra i partecipanti. [6,7]
Sulla base del meccanismo di lesione specifico, si distinguono:
• Distorsione laterale di caviglia: la più comune, provocata da un’eccessiva flessione
plantare, inversione e supinazione del piede. Il legamento più danneggiato in questo caso
è il talo-fibulare anteriore, che può causare la comparsa del cassetto anteriore, seguito dal
calcaneo-fibulare e dal talo-fibulare posteriore nei casi più gravi;
10
Figura 3 - Distorsione laterale di caviglia

• Distorsione mediale di caviglia: provocata da un’eversione e pronazione del piede. Viene
associata al valgismo e causa spesso fratture malleolari. E’ meno comune perché i
legamenti del lato mediale sono più resistenti;
• Lesione della sindesmosi: data dalla dorsiflessione e rotazione esterna del piede, spesso
associata ad altre fratture e lesioni ai tessuti molli, che può comportare significativa
instabilità alla caviglia. [1]
11
Figura 4 - Distorsione mediale di caviglia

Instabilità cronica di caviglia
Eziologia
L’instabilità cronica di caviglia viene definita come la percezione, da parte del paziente, di
avere una caviglia instabile, non in grado di sopportare il peso corporeo durante le normali
attività quotidiane, in associazione a sintomi quali distorsioni ricorrenti, dolore e gonfiore.
Si distinguono due categorie di instabilità, che la maggior parte delle volte concorrono
insieme allo sviluppo della CAI:
• Instabilità meccanica (MAI): dovuta alla lassità dei legamenti;
• Instabilità funzionale (FAI): dovuta a deficit propriocettivi e muscolari.
Secondo il modello di Hiller et al. l’instabilità cronica di caviglia è l’insieme delle due
condizioni sopracitate e di una terza, il fenomeno di ricorrenza di distorsioni: dall’unione dei
tre gruppi, che possono presentarsi in maniera indipendente o convivere tra loro, risulta alla
fine un totale di sette sottogruppi.
Il principale fattore predisponente per lo sviluppo della CAI è la presenza di almeno una
distorsione laterale di caviglia nel passato: il trauma distorsivo può portare ad una lassità
complessa dell’articolazione, che va oltre una semplice lassità dei legamenti laterali.
Nonostante ciò, non vi è nessuna correlazione tra la gravità della distorsione (come giudicata
al momento del trauma) e la frequenza con cui si sviluppa instabilità residua: essa potrebbe
emergere dopo una distorsione grave di caviglia, così come dopo distorsioni multiple di
gravità minore.
Oltre a ciò, vi sono fattori predisponenti a livello anatomico/funzionale che possono causare o
perpetrare l’instabilità: tali condizioni vanno indagate in fase di diagnosi in modo da poter
predisporre la terapia migliore. Tra le più comuni troviamo:
• Disallineamento dell’arto inferiore in varismo;
• Variazioni anatomiche (es. l’asse di rotazione) e condizioni patologiche (es. limitazione
della dorsiflessione) dell’articolazione tibio-tarsica;
• Variazioni anatomiche e patologie dell’articolazione subtalare;
• Variazioni anatomiche e istologiche del legamento collaterale laterale;
• Patologie tendinee;
• Patologie legate a deficit propriocettivi. [8]
12

Valutazione clinica
Il primo step per la diagnosi di CAI prevede una valutazione clinica dell’articolazione, tramite
la quale si inquadra la storia del primo trauma distorsivo subito dal paziente, così come il tipo
di sport praticato e il livello.
Successivamente viene eseguita una valutazione clinica completa di tipo comparativo di
entrambe le caviglie.
• Si valuta la mobilità articolare durante i movimenti di dorsione e flessione: una sua
limitazione potrebbe essere dovuta alla retrazione del tendine d’Achille. La mobilità del
retropiede viene valutata con il paziente in posizione prona, posizionando un goniometro
lateralmente al perone e al calcagno, e applicando una pressione per forzare la posizione
di varismo;
• I punti dolorosi vengono investigati a livello dei fasci di legamenti (talo-fibulare
anteriore, talo-fibulare posteriore e calcaneo-fibulare), degli spazi tra le articolazioni e
lungo i tendini;
• Si valuta il grado di lassità dei legamenti tramite il test del cassetto anteriore e il talar tilt
test: essi devono essere comparativi per eliminare l’iperlassità congenita. Il test del
cassetto anteriore viene effettuato di solito con il piede in rotazione mediale per valutare
il legamento talo-fibulare anteriore, e in rotazione laterale per testare la lassità del
compartimento mediale. Il talar tilt test viene invece eseguito con il paziente in posizione
prona, posizionando la mano sulla caviglia e testando la mobilità subtalare;
• Viene valutata infine la morfologia del piede, specialmente per determinare la presenza o
meno di varismo (fattore predisponente dell’instabilità della caviglia anche in assenza di
lassità legamentosa). [8,9]
13
Figura 5 - A sinistra, il talar tilt test. A destra, il
test del cassetto anteriore

Valutazione radiologica
Nella maggior parte dei casi la valutazione clinica non è sufficiente a definire un quadro
abbastanza chiaro e/o veritiero dell’instabilità cronica di caviglia del paziente. Sono necessari
test radiologici complementari per identificare le lesioni, in particolare:
• Weight-bearing X-rays: nei piani radiografici standard (anteroposteriore, laterale, mortise
e Saltzmann view), per valutare la morfologia del retropiede, fratture da avulsione e
lesioni associate;
• Dynamic X-rays: per confermare e quantificare la lassità e la topologia delle lesioni;
• Risonanza magnetica: utile in presenza di forte dolore per valutare lesioni osteocondrali
e tendinee;
• Ecografia: per valutare la presenza di patologie ai tendini;
• Artrogramma CT/MRI (non eseguito solitamente): utile per valutare accuratamente
lesioni condrali. [8,9]
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Figura 6 - Mortise View
Figura 7 - Saltzmann View

Opzioni terapeutiche
La terapia per l’instabilità cronica di caviglia si prefigge essenzialmente due obiettivi: la
correzione di carenze statiche e la riabilitazione.
I problemi relativi alla staticità, identificati tramite test clinici e confermati con test
radiologici, vengono corretti con l’utilizzo di tutori. Tali dispositivi ortopedici sono utili a
stabilizzare la caviglia, e, in base alla loro struttura, possono correggere la presenza di
varismo e valgismo.
In quanto alla riabilitazione, questa prevede:
• Esercizi di stretching ed eccentrici per l’allungamento del tendine d’Achille: il trauma
distorsivo provoca solitamente irrigidimento e retrazione del tendine, che va quindi
riportato alla sua naturale lunghezza;
• Esercizi propriocettivi basati sul biofeedback muscolare, tramite la stimolazione del
sistema vestibolare, per la riprogrammazione neuromuscolare.
Il protocollo di riabilitazione generalmente proposto in letteratura ha una durata di 9
settimane:
• Le prime tre settimane prevedono esercizi per la stabilità e protezione articolare,
finalizzati allo sviluppo della propriocezione inconscia. Viene utilizzato un elemento
destabilizzante, come una palla o un elastico;
• Le tre settimane successive prevedono esercizi di coordinazione motoria per sviluppare
biofeedback dinamico. Viene utilizzata per esempio la tecnologia Hubert, che prevede
una piattaforma motorizzata atta a stressare l’articolazione;
• Le ultime tre settimane sono finalizzate al recupero dei meccanismi di anticipazione, che
sono i reali responsabili dell’instabilità di caviglia. [9]
Procedure chirurgiche
Il trattamento chirurgico risulta indicato nel caso di pazienti sintomatici, con dolore e
sensazione di instabilità persistente, in associazione all’artroscopia in presenza di patologie
intra-articolari: tale metodica viene utilizzata per pulire la zona, che andrà poi esposta per la
ricostruzione del legamento, da eventuali residui infiammatori, ma studi recenti stanno anche
sviluppando delle tecniche di ricostruzione anatomica utilizzando innesti tendinei tramite un
approccio totalmente artroscopico.
15

Sulla base della valutazione delle lesioni, degli obiettivi di riparazione, e delle strutture usate
per la ricostruzione dei legamenti, si identificano tre principali tipi di procedure chirurgiche:
• Rafforzamento del legamento e del tessuto capsulare (procedura di Brostrom);
• Rafforzamento associato a ricostruzione (procedura di Brostrom aumentata);
• Innesti tendinei utilizzando tutto o parte del tendine (di solito il peroneo breve).
Le ricostruzioni anatomiche sono preferibili per pazienti che sottopongono la caviglia a sforzi
maggiori del normale (es. alto IMC, lavori pesanti o attività sportive particolari): l’obiettivo è
di ripristinare una buona stabilità senza sovraccaricare la caviglia o le articolazioni. Queste
procedure prevedono l’instradamento dell’innesto tendineo in modo tale da replicare le
posizioni anatomiche dei siti d’inserzione originari dell’ATFL o CFL.
La ricostruzioni non anatomiche funzionano bene in generale per ripristinare stabilità durante
le attività funzionali, ma utilizzando solitamente parte o l’intero tendine peroneo, che agisce
da stabilizzatore dinamico del retropiede, questa procedura può portare a lungo termine a
indebolimento e perdita di stabilità dinamica della caviglia e dell’articolazione subtalare.
Ad ogni modo, è sempre preferibile una terapia funzionale di tipo fisioterapico piuttosto che
l’intervento chirurgico: sebbene quest’ultimo possa risolvere problematiche di rottura e lassità
legamentosa, presenta alti costi e rischi associati, come lo sviluppo di trombosi venosa
profonda, gonfiore, dolore persistente e lunghi tempi di ripresa. [8,9]
Cause di instabilità ricorrente dopo la ricostruzione
Una rassegna della letteratura dimostra che una percentuale di pazienti compresa tra il 13% e
il 35% lamenta sintomi quali dolore e instabilità ricorrente a seguito di una ricostruzione di
legamento avvenuta con successo. Le cause principale di questo problema sembrano essere
patologie intra-articolari: queste condizioni si verificano con alta frequenza nei pazienti con
CAI (risulta tra il 63% e il 95% da esami artroscopici), e la mancata diagnosi prima
dell’intervento chirurgico può poi comportare lesioni degenerative della caviglia (ad esempio
lesioni da conflitto dei tessuti molli e/o osteocodrali) [8,10].
16

Capitolo 2 - Metodi e materiali di analisi
La valutazione clinica dei movimenti attivi e passivi della caviglia nei pazienti affetti da CAI
avviene solitamente tramite i metodi citati nel Capitolo 1: la mobilità articolare viene testata
durante i movimenti di flessione plantare e dorsale, così come di inversione ed eversione,
tramite l’utilizzo di un goniometro. Tali misurazioni, legate esclusivamente a movimenti
uniplanari, permettono di quantificare il ROM dato dal movimento dell’articolazione tibio-
tarsica sul piano sagittale e sul piano frontale.
Nonostante questa metodologia fornisca informazioni valide e sufficienti per i test sopracitati,
risulta invece carente nell’indagine di test dinamici differenti atti a valutare il modo in cui
avviene il movimento e dunque i parametri cinetici.
In particolare, oggetto di analisi di questo studio vogliono essere due trial atti ad indagare
problematiche differenti che comunemente si riscontrano, in maniera evidente, in pazienti con
instabilità cronica di caviglia.
In primo luogo, si vuole valutare la presenza o meno di una diminuzione della capacità
dell’articolazione tibio-tarsica di eseguire movimenti di flessione dorsale: tale fenomeno
risulta comune in soggetti che presentano instabilità di caviglia ed è dovuto ad una retrazione
del tendine d’Achille a seguito di fenomeni distorsivi inveterati [9].
In secondo luogo, si vogliono valutare eventuali deficit dell’equilibrio in pazienti con
instabilità cronica di caviglia: in letteratura si riporta la tendenza comune a sviluppare
menomazioni del controllo neuromuscolare bilaterale. Ciò significa che il soggetto trova
difficoltà nel mantenere l’equilibrio su una gamba sola, ricorrendo talvolta ad evidenti
oscillazioni - soprattutto sul piano frontale - per mantenere la posizione, e tende a spostare il
COP sul lato esterno del piede [11].
In questo caso l’analisi dinamica e strumentale del movimento risulta fondamentale per una
valutazione quantitativa e qualitativa dei parametri d’interesse e permette non solo di
effettuare una diagnosi, ma anche di verificare il risultato di un trattamento o pianificare un
percorso riabilitativo ad hoc.
In letteratura, a livello sperimentale, si riportano diverse tecniche che permettono un’analisi
dinamica della caviglia (elettromeccaniche, elettromagnetiche, a fibra ottica).
17

Il gold standard in questo campo in quanto ad accuratezza risulta ad oggi essere l’Optical
Motion Capture System, il sistema ottico di cattura del movimento. Esso elabora i dati
acquisiti da diverse telecamere, e grazie a dei marcatori collocati in diversi punti del corpo del
soggetto, è in grado di ricostruire la sua posizione nello spazio tridimensionale.
Ciononostante, questa tecnologia non risulta essere utilizzabile su larga scala a causa dei costi
e difficoltà di utilizzo.
Viene di seguito descritta in maniera dettagliata la tecnologia IMMS che è stata oggetto di
analisi dello studio qui riportato.
Inertial and Magnetic Measurement System
Negli ultimi decenni è stata sviluppata l’Inertial and Magnetic Measurement System (IMMS),
una nuova tecnologia per lo studio dei movimenti del corpo a livello sperimentale.
Questa tecnologia permette l’acquisizione dei dati tramite i sensori magneto-inerziali, che
sono dispositivi utilizzabili su ampia scala grazie alle dimensioni contenute, la trasportabilità,
la facilità d’utilizzo e il costo accessibile.
Inizialmente ogni sensore necessitava di un collegamento ad un ulteriore strumento per
l’alimentazione e l’invio dei dati. Ad oggi invece i sensori operano in modalità wireless,
permettendo ai pazienti di svolgere i movimenti in modo più naturale grazie all’eliminazione
degli ingombri dovuti alla circuiteria esterna.
18
Figura 10 - A sinistra, XM-B nel 2009. A destra,
MTw Awinda nel 2021

I sensori magneto-inerziali
Un sistema di misura magnete-inerziale (IMMS) è costituito da un insieme di dispositivi 3D
denominati Micro Electro-Mechanical Systems (MEMS) contenenti ciascuno al loro interno
un accelerometro, un giroscopio, un magnetometro, un termometro e un barometro [12].
Vengono qui descritti i componenti sopracitati.
• Gli accelerometri sono dei componenti che permettono di convertire un’accelerazione
lineare in una grandezza elettrica. Fanno riferimento al modello teorico massa-molla-
smorzatore, da cui si ricava il legame tra un’accelerazione esterna e lo spostamento lineare
dell’elemento massa.
Nel sistema sopra raffigurato, la massa di prova m è collegata ad uno smorzatore con
coefficiente di attrito b e ad una molla con costante elastica k, che la sostiene nella
posizione di equilibrio. Gli accelerometri rilevano lo spostamento x della massa di prova
rispetto all’involucro fisso contenete il sistema, quando le viene applicata una forza esterna
Fext. L’equazione che lega le due grandezze è la seguente: .
Gli accelerometri più utilizzati sono quelli di tipo capacitivo: essi sfruttano, come principio
per il rilevamento dello spostamento della massa di prova, la variazione della capacità
elettrica di un condensatore al variare della distanza tra le sue armature. Tale variazione di
capacità viene poi convertita in una differenza di potenziale, proporzionale alla posizione
della massa, mediante un apposito circuito elettronico.
m
∂2
x
∂t
+ b
∂x
∂t
+ k x = Fext(1)
19
Figura 11 - Il sistema massa-molla-smorzatore

• Un giroscopio è un dispositivo che misura la velocità di rotazione di un corpo attorno ad un
asse. I giroscopi inerziali sono costituiti da masse vibranti soggette all’effetto di Coriolis.
Dato un sistema di riferimento relativo in moto con velocità angolare rispetto a un
sistema di riferimento inerziale e un corpo di dimensioni trascurabili dotato di massa m in
moto con velocità costante relativa al sistema non inerziale , un osservatore esterno vedrà
che la massa si muove lungo l’asse y con un’accelerazione pari a .
Questa accelerazione nei sensori inerziali viene calcolata dagli accelerometri in essi
contenuti attraverso l’equazione (1), che eguagliata all’equazione (2) consente di ricavare
la velocità di rotazione :
• Un magnetometro è un sensore che fornisce la direzione e il modulo del vettore del campo
magnetico circostante. Il suo principio di funzionamento si basa sulla determinazione
dell’orientamento del vettore di magnetizzazione terrestre tramite la misura delle sue
componenti lungo tre direzioni indipendenti. Il vettore varia in funzione della latitudine,
della longitudine e dell’altitudine ma può essere considerato costante se si opera in un
laboratorio medico o di analisi.
Per evitare disturbi elettromagnetici esterni e ottenere quindi una misura il più accurata
possibile è bene evitare la presenza di materiali ferromagnetici in prossimità dei sensori.
I modelli più sensibili di magnetometri attualmente presenti sono quelli basati sull’effetto
Hall: si tratta di un fenomeno fisico che si osserva quando un materiale conduttivo viene
attraversato da una corrente elettrica e da un campo magnetico, le cui linee di campo sono
Ωz
vx
acor = 2vxΩz(2)
Ωz
∂2
x
∂t
+
b
m
∂x
∂t
+
k
m
x = acor = 2vxΩz
20
Figura 12 - L’effetto Coriolis

tra loro perpendicolari. Tale interazione genera una tensione proporzionale alla corrente
e al campo magnetico e inversamente proporzionale allo spessore e alle cariche per unità di
volume attraversato.
I dati registrati dagli accelerometri, giroscopi e magnetometri vengono poi combinati
attraverso determinati algoritmi di calcolo per fornire in output una stima affidabile
dell’orientamento del corpo in esame nello spazio tridimensionale.
• Il barometro misura la pressione atmosferica e permette di ricavare la posizione in altezza
del sensore.
• Il termometro misura la temperatura e viene utilizzato solo nelle misure dipendenti da
essa.
VH
21
Figura 13 - Effetto Hall

Motion Tracker wireless Xsens
Nel presente studio si è fatto uso della tecnologia IMMS per l’analisi dei movimenti della
caviglia e, in particolare, sono stati utilizzati i sensori magneto-inerziali appartenenti al MTw
Awinda Development Kit della casa produttrice olandese Xsens Technologies.
Ogni unità comprende al suo interno un accelerometro, un giroscopio, un magnetometro, un
barometro e un termometro.
Tali funzionalità sono contenute all’interno di una scatola di dimensioni 47x30x13mm e peso
16g. Nel contenitore si trova inoltre una batteria che garantisce un’autonomia di circa 6 ore,
mentre la ricarica avviene attraverso un cavo con connettore Micro-USB.
L’accelerazione e la velocità angolare vengono campionate con una frequenza di
campionamento di 1 kHz e poi filtrate con un filtro passa-basso con banda passante
Hz. La frequenza di trasmissione via wireless può variare invece tra i 40 e i 120Hz,
a seconda del numero di sensori collegati.
I dati registrati vengono inviati al modulo audio e trasmessi a 2.4GHz attraverso il protocollo
proprietario Awinda Radio Protocol. In combinazione con l’algoritmo SDI il protocollo
Awinda è in grado di ridurre dinamicamente la velocità dei dati in uscita e di limitare la
perdita di precisione quando i pacchetti di dati vengono persi. Ciò garantisce di mantenere
l’accuratezza dei dati per le applicazioni in tempo reale - anche se i pacchetti vengono persi
durante la trasmissione del segnale radio - e il recupero dei dati mancanti, per l’analisi
successiva [13].
I sensori in esame garantiscono un’elevata risposta dinamica, associata ad una buona stabilità
nel tempo, elevata capacità di update e possibilità di calibrazione individuale per la
temperatura d’uso. In presenza di un campo magnetico omogeneo, la casa produttrice dichiara
una risoluzione angolare pari a , con accuratezza statica inferiore a per gli angoli di
Roll e Pitch e per l’angolo di Yaw. I valori di accuratezza dinamica si attestano invece sui
per gli angoli di Roll e Pitch e a per il Yaw e dipende dal tipo di movimento.
E’ da sottolinearsi in questo campo la rilevanza del fenomeno dell’ATM (artefatto da tessuto
molle): esso si deve all’interposizione dei tessuti molli tra l’unità di misura superficiale e il
riferimento osseo sottostante ed è la fonte più critica di errore in analisi del movimento. In
particolare, la sua propagazione influisce in maniera significativa sulla stima degli angoli
articolari, soprattutto quelli caratterizzati da un ROM non molto ampio (come la caviglia).
fs
BW = 184
0.05∘
0.5∘
1∘
0.75∘
1.5∘
22

Per la comunicazione con un host, ossia un calcolatore che esegue il programma Xsens,
l’interfacciamento con i sensori è svolto da una chiavetta USB dotata di trasmettitore e
ricevitore che gestisce la comunicazione wireless e sincronizza i sensori connessi. Nel
presente studio è stata utilizzata, come Awinda Master, l’Awinda Dongle: si tratta di una
chiavetta USB di dimensioni 45x20.4x10.6mm il cui raggio di comunicazione è fissato a dieci
metri, ma nello studio qui riportato questo aspetto non è risultato limitante.
Tutte le unità MTw fanno così parte di un’unica rete e il dispositivo Master comunica ad esse
lo slot di tempo nel quale è possibile inviare i pacchetti di dati.
L’interfaccia MT Manager costituisce l’Awinda Host: come scritto sopra, essa riceve i dati
inviati dai sensori MTw attraverso l’Awinda Dongle via wireless e rende possibile lo
svolgimento delle seguenti azioni:
• Gestire i sensori connessi, modificarne e settarne le proprietà;
• Visualizzare in tempo reale i dati di orientazione e di movimento;
• Effettuare registrazioni;
• Esportare i dati acquisiti in formato .txt per analizzarli poi con ulteriori programmi, quali
MATLAB o Excel. [14]
23
Figura 14 - L’interfaccia MT Manager

Procedura di connessione dei dispositivi
La prima operazione da effettuare per l’utilizzo dei sensori magneto-inerziali Xsens consiste
nell’inserimento dell’Awinda Dongle (chiavetta USB) in una delle porte USB del PC. Si
lancia poi il programma MT Manager. Per effettuare la scansione delle porte USB del PC e
rilevare l’Awinda Dongle si seleziona quindi l’icona di connessione Scan All Ports.
Se i dispositivi sono stati connessi correttamente, l’ID corrispondente appare nella finestra di
sinistra, Device List. Infine vengono accessi i sensori necessari all’acquisizione dei dati
attraverso l’apposito tasto: per visualizzarli è necessario selezionare l’icona Wireless
configuration per creare una rete wireless.
Si apre così una finestra nella quale, selezionando il comando Enable All Wireless Master, si
può visualizzare sulla sinistra l’elenco dei Wireless Master. Se i sensori sono collegati
correttamente all’Awinda Master, la frequenza con cui lampeggia la chiavetta USB sarà
uguale a quella di ogni sensore appartenente alla rete wireless creata. Infine, selezionando
Start Measurement on All Wireless Master, si può procedere con la visualizzazione dei
movimenti e successiva acquisizione dei dati.
24
Figura 15 - Il comando Scan All Ports
Figura 16 - Il comando Wireless Configuration

Chiudendo poi la finestra in oggetto, sotto l’etichetta Connected si possono visualizzare i
sensori attualmente associati alla Awinda Master, e selezionando i dispositivi di interesse è
possibile verificare il loro stato.
Attraverso la selezione delle icone 3D orientation, Inertial Data e Orientation Data si
procede con la visualizzazione real-time dell’orientamento dei sensori, i dati inerziali
(accelerazione, velocità angolare e campo magnetico) e le variazioni degli angoli di Eulero
(roll, yaw e pitch).
I dati inerziali e le variazioni degli angoli di Eulero vengono visualizzati in tempo reale e in
forma grafica. E’ possibile procedere alla registrazione dei movimenti tramite la selezione del
comando Record. I dati registrati possono essere riprodotti in forma grafica cliccando Play.
Inoltre, è possibile esportarli attraverso il comando Export in file di formato .txt in modo da
facilitare l’elaborazione dei dati acquisiti su programmi quali MATLAB ed Excel.
Infine, per procedere all’eliminazione della rete wireless creata e disconnettere i dispositivi si
selezionano i comandi Tools > Power Off > All Devices.
25
Figura 17 - Il comando Start Measurement on All Wireless Master

Gli angoli di Eulero
Per quanto riguarda le posizioni dei sensori, l’output è sempre definito come l’orientamento
tra il sistema di coordinate solidali con il corpo S e il sistema di coordinate globali G.
Il sistema di coordinate globali (O, X, Y, Z) individua l’origine O nel centro della Terra, l’asse
X punta verso il nord locale magnetico, l’asse Z coincidente con l’asse di rotazione media
della Terra e l’asse Y lungo l’ovest terrestre in accordo con la regola della mano destra [14].
Un sistema solidale (o, x, y, z) ad un corpo S è invece un sistema mobile con origine o posta in
un punto del corpo (il baricentro di solito), e l’orientamento degli assi è così organizzato:
• L’asse x percorre l’asse longitudinale del corpo;
• L’asse z percorre l’asse di simmetria verticale e punta verso l’alto;
• L’asse y è trasversale al corpo e perpendicolare agli assi x e z, in modo da ottenere una
terna destrorsa.
Quando è necessario determinare l’orientazione di una terna cartesiana rispetto ad un’altra
con la stessa origine, si utilizzano gli angoli di Eulero per definire l’orientamento del secondo
sistema rispetto al primo.
Gli angoli di Eulero individuati attraverso il comando Orientation Data identificano:
• (Yaw): rotazione attorno all’asse Z, definito nell’intervallo [ , ];
• (Roll): rotazione attorno all’asse X, definito nell’intervallo [ , ];
• (Pitch): rotazione attorno all’asse Y, definito nell’intervallo [ , ].
Ψ −180∘
180∘
φ −180∘
180∘
θ −90∘
90∘
26
Figura 18 - Sistema di coordinate globali

Il comando Alignment Reset
E’ da sottolinearsi che nello studio qui riportato gli angoli di Eulero non sono riferiti al
sistema di coordinate globali menzionato sopra, ma vengono valutati a seguito di azioni di
ripristino dell’orientamento, da implementarsi in fase di calibrazione dei sensori.
Il software MT Manager infatti mette a disposizione, oltre ai sistemi di coordinate solidali con
il corpo S e globali G, un ulteriore sistema di coordinate fisse F, che viene preso come nuovo
sistema di riferimento. Esso di default coincide con G, ma si può settare un orientamento
diverso attraverso quattro azioni di modifica: Arbitrary Alignment, Heading Reset, Object
Reset e Alignment Reset.
Nello studio qui riportato si è fatto uso del solo comando Alignment Reset: una volta attivato,
i sistemi di coordinate S e F vengono modificati nei nuovi sistemi di coordinate S’ e F’, che
presentano la seguente orientazione degli assi:
• L’asse X è la proiezione longitudinale del corpo sul piano orizzontale;
• L’asse Z rivolto verso l’alto;
• L’asse Y si definisce in accordo alla regola della mano destra.
In questo modo gli angoli di Eulero rappresentano quindi le rotazioni necessarie a F’ per
sovrapporsi a S’ e gli angoli di Roll, Pitch e Yaw sono settati a prima dell’inizio dei
movimenti.
0∘
27
Figura 19 - I comandi di calibrazione

Il protocollo di misurazione e valutazione
Non essendo stato individuato in letteratura un protocollo specifico da seguire per la
valutazione dei disturbi associati all’instabilità cronica di caviglia tramite l’utilizzo di sensori
magneto-inerziali, ne è stato creato uno ad hoc sulla base delle informazioni ricavate durante
lo studio dello stato dell’arte dell’argomento.
Il protocollo elaborato fa uso dei sensori magneto-inerziali descritti nei paragrafi precedenti
per fornire una valutazione quantitativa e qualitativa della performance motoria degli arti
inferiori (sia quello sano che quello malato), tramite l’esecuzione di due test differenti
descritti nel capitolo 3.
Per una corretta e uniforme applicazione del protocollo ai soggetti partecipanti
all’esperimento sono stati rispettati i seguenti punti:
1. I sensori utilizzati devono essere posizionati nel modo seguente:
Per la prima prova:
• Sulla testa dell’astragalo dell’arto malato, in corrispondenza della linea intramalleolare;
• Sulla tibia, per controllare che il movimento fosse eseguito correttamente e non vi
fossero movimenti compensativi per aumentare l’ampiezza di flessione plantare e
dorsale.
Per la seconda prova:
• Sulla testa dell’astragalo dell’arto malato, in corrispondenza della linea intramalleolare;
• Sulla testa dell’astragalo dell’arto sano, in corrispondenza della linea intramalleolare;
• Al centro del petto.
28
Figura 21 - Sensore sul petto
Figura 20 - Sensore sulla testa dell’astragalo

2. All’inizio, si fa assumere al paziente una postura predefinita per la calibrazione dei
sensori: ciò permette di definire un sistema di riferimento anatomico rispetto cui sono poi
ricavate le misure. In particolare:
• Per l’esecuzione della prima prova è stato richiesto di mantenere la posizione eretta;
• Per la seconda prova è stato richiesto di mantenere la posizione di equilibrio
monopodalico con l’ausilio di un punto d’appoggio.
3. Vengono poi definiti gli assi funzionali:
• Per la prima prova, attraverso l’esecuzione dei movimenti di flessione dorsale/plantare
per definire l’asse corrispondente;
• Per la seconda prova, attraverso l’esecuzione dei movimenti di inversione/eversione
della caviglia per la definizione dell’asse corrispondente. In quanto al petto invece, viene
fatto eseguire un movimento rispetto al piano sagittale.
4. Infine, si individua che la cinematica articolare della caviglia è descritta da tre angoli
indipendenti: quello di flesso-estensione, quello di inversione/eversione e quello di
rotazione interna ed esterna.
29

Capitolo 3 - Descrizione dell’esperimento
Il dati ricavati e riportati nel seguente studio sono stati acquisiti presso la clinica ortopedica
universitaria dell’Azienda Sanitaria Universitaria Giuliana Isontina (ASUGI) nella palestra
didattica dell’A.S.P. ITIS di Trieste, con il contributo dei fisioterapisti associati.
Criteri per la definizione dei campioni di ricerca
I soggetti che hanno partecipato al seguente studio sono stati selezionati sulla base di precisi
criteri di inclusione ed esclusione, in modo da garantire omogeneità e chiarezza riguardo le
caratteristiche della popolazione costituente il campione di ricerca, per poter trarre valide
conclusioni a partire dai dati ottenuti.
I criteri di inclusione individuati sono i seguenti:
• Soggetti di ogni genere ed età compresa tra i 18 e i 60 anni;
• Soggetti con distorsioni multiple in inversione che abbiano riportato l’ultimo trauma
distorsivo alla caviglia non oltre i 12 mesi precedenti l’inizio del trattamento riabilitativo
ma non entro le 6 settimane dalla prima valutazione;
• Soggetti che abbiano dato il consenso alla ricerca.
In quanto ai criteri di esclusione, si individuano i seguenti:
• Controindicazioni al trattamento della terapia riabilitativa;
• Precedenti trattamenti chirurgici agli arti inferiori;
• Storia di epilessia e/o convulsioni;
• Disturbi vestibolari;
• Soggetti che non abbiano espresso il loro consenso alla ricerca.
Sulla base dei criteri sopracitati sono stati individuati nove soggetti affetti da instabilità
cronica di caviglia: si tratta di pazienti di entrambi i generi, di età compresa tra i 20 e i 53 anni
e affetti da instabilità di caviglia relativamente all’arto destro o sinistro.
30

Di seguito si riporta una tabella riassuntiva delle caratteristiche dei singoli soggetti
individuati.
I soggetti selezionati, le cui caratteristiche si evidenziano nella tabella sopraindicata, hanno
iniziato un trattamento riabilitativo specifico per la cura dell’instabilità cronica di caviglia
presso la palestra dell’A.S.P. ITIS, della durata di 6 sedute e organizzato a intervalli di una
seduta a settimana.
I dati ottenuti dalle procedure di misura eseguite, che saranno descritte nel paragrafo
successivo, saranno poi da confrontarsi con quelli ottenuti dopo il trattamento riabilitativo per
stabilire l’efficacia di quest’ultimo, ma anche dell’utilizzo dei sensori quale metodo valido per
la valutazione dei disturbi associati all’instabilità cronica di caviglia.
ID Paziente Sesso Età Arto malato
Inizio
trattamento
Numero di
scarpa
Paz 1 M 41 Destro 01.2022 44
Paz 2 F 35 Sinistro 01.2022 40
Paz 3 F 36 Destro 01.2022 38
Paz 4 F 46 Destro 01.2022 39
Paz 5 F 40 Sinistro 01.2022 38
Paz 6 F 20 Destro 01.2022 38
Paz 7 M 20 Destro 01.2022 46
Paz 8 M 23 Destro 01.2022 43
Paz 9 M 23 Destro 02.2022 46
Tabella 1 - Caratteristiche dei pazienti affetti da instabilità cronica di caviglia
31

E’ stato inoltre individuato un gruppo di cinque soggetti sani, che non hanno mai riportato
distorsioni di caviglia e dunque totalmente esenti da instabilità cronica.
Si è scelto di selezionare alcuni soggetti sani per l’esperimento in modo tale da poter eseguire
un confronto tra le performance svolte da parte dei due gruppi: così come, a partire dallo
studio della letteratura dell’argomento, ci si aspetta che i due trial saranno eseguiti in maniera
migliore da parte dei soggetti malati dopo il trattamento riabilitativo, un’altra evidenza attesa
è che i soggetti sani eseguano i due trial in modo significativamente migliore rispetto ai
soggetti malati.
Attraverso i risultati ottenuti a partire dalle misure eseguite sul gruppo di controllo si intende
stabilire un range di valori entro i quali i risultati sono considerati ottimali, per valutare poi di
quanto questi si discostino nel caso di soggetti affetti da instabilità cronica.
Di seguito è riportata una tabella riassuntiva delle caratteristiche dei soggetti sani individuati.
ID paziente Sesso Età Arto dominante
Numero di
scarpa
Sogg 1 F 27 Destro 38
Sogg 2 M 25 Sinistro 42
Sogg 3 F 45 Sinistro 35
Sogg 4 F 23 Destro 37
Sogg 5 M 47 Sinistro 44
Tabella 2 - Caratteristiche dei soggetti sani
32

Modalità di rilevazione dei dati
La prima prova
Il primo test da completare viene eseguito per valutare la mobilità della caviglia sul piano
sagittale, e dunque la capacità dell’arto malato di eseguire i movimenti di flessione dorsale e
plantare.
A partire dalla posizione eretta, al paziente, con le mani in appoggio su un supporto per
mantenere stabilità della posizione, è stato richiesto di andare in punta di piedi, tornare in
posizione neutrale, sollevarsi sui talloni e poi tornare alla posizione di partenza. Tale
movimento è stato eseguito per tre volte consecutive. In particolare, è stato chiesto ai soggetti
di compiere un movimento continuo e quanto più fluido possibile.
Inoltre, di interesse per l’esperimento era che i movimenti di flessione dorsale e plantare
fossero eseguiti alla massima ampiezza compatibile con la capacità articolare dei soggetti: ciò
si rivela fondamentale perché una condizione tipica che coinvolge soggetti affetti da
instabilità cronica di caviglia è proprio la difficoltà nell’eseguire movimenti di flessione
dorsale, a causa della retrazione del tendine d’Achille [9].
In quanto ai soggetti sani, il test è stato svolto posizionando il sensore sull’arto dominante, ma
le differenze tra l’uno e l’altro arto si ritiene siano trascurabili.
Come descritto nel capitolo 1, il trattamento riabilitativo per l’instabilità cronica di caviglia
prevede solitamente degli esercizi di stretching volti a recuperare l’elasticità del tendine
d’Achille e garantire quindi maggiore mobilità dell’articolazione tibio-tarsica.
33
Figura 22 - I movimenti di flessione dorsale e plantare

La seconda prova
Il secondo trial viene invece eseguito allo scopo di investigare eventuali menomazioni del
controllo neuromuscolare bilaterale: i soggetti affetti da instabilità cronica di caviglia
presentano infatti nella maggior parte dei casi perdita dell’equilibrio dovuta ad una
combinazione di cause tra cui lassità legamentosa e deficit propriocettivi. In questi casi, i test
statici in posizione monopodalica risultano spesso efficaci nella diagnosi di menomazioni
dell’equilibrio.
Il test viene eseguito a partire della posizione monopodalica, con l’arto malato in appoggio e
l’arto sano sollevato con ginocchio flesso a 90°.
Al soggetto inizialmente è stato chiesto di appoggiare le mani su un supporto, come una sedia,
in modo tale da permettergli di mantenere l’equilibrio e procedere con la calibrazione dei
sensori.
Dopo aver fornito un segnale acustico, i soggetti devono portare le mani sui fianchi e
mantenere la posizione in equilibrio per 20 secondi.
Con la prova appena descritta si intende investigare la tendenza dei soggetti affetti da
instabilità cronica di caviglia a compiere movimenti ripetuti di inversione/eversione del piede
per mantenere l’equilibrio in posizione monopodalica. La patologia qui trattata infatti
comporta in generale una difficoltà nel mantenimento dell’equilibrio a causa della percezione
di avere una caviglia instabile, e dunque non in grado di sopportare il peso corporeo durante le
34
Figura 23 - La posizione iniziale assunta dai
pazienti

normali attività quotidiane. Per questo motivo, la caviglia di un soggetto malato tende in
genere a compiere movimenti rapidi e ripetuti sul piano frontale quando sottoposta a test di
equilibrio come quello qui proposto, in particolare in inversione, spostando così il baricentro
sul lato esterno del piede [15].
Il test è stato svolto con entrambi gli arti, ma è da considerarsi che le informazioni riportate in
letteratura testimoniano che gli effetti dell’instabilità cronica di caviglia si riflettono anche
sull’arto non interessato [11]. Per questo motivo le performance dei singoli dimostrate nel test
non sono da distinguersi nell’ottica di un confronto tra arto sano e arto malato, bensì sono da
considerarsi entrambe risultato di una condizione patologica e d’interesse per lo studio è
svolgere un confronto rispetto a dei soggetti sani.
In quanto ai soggetti sani, il test è stato svolto con entrambi gli arti, distinguendo tra piede
destro e sinistro: non è stata eseguita la distinzione sulla base dell’arto dominante perché non
è certo se a quest’ultimo corrisponda anche la condizione di maggior equilibrio.
Si è scelto inoltre di investigare anche i movimenti compensatori del tronco durante
l’esecuzione della prova: l’oscillazione del piede comporta infatti in genere movimenti del
busto nel verso opposto per riuscire a mantenere la posizione richiesta.
35
Figura 24 - I movimenti di inversione ed eversione

Elaborazione dei dati
Per rendere più semplice l’elaborazione dei dati, si è scelto di utilizzare gli stessi sensori per
ogni determinata posizione del corpo, in particolare:
• Il sensore MT00B45D97 sulla testa dell’astragalo destro;
• Il sensore MT00B43491 sulla testa dell’astragalo sinistro;
• Il sensore MT00B4348D sulla tibia dell’arto malato;
• Il sensore MT00B4349F al centro del petto.
Tutti i sensori sono stati fissati con una fascia body strap dell’MTW Awinda Development
Kit.
Al fine di di procedere con l’elaborazione dei dati, quest’ultimi sono stati esportati per mezzo
dell’interfaccia MT Manager in formato .txt, e sono poi stati elaborati degli script MATLAB
per effettuare l’analisi dei parametri d’interesse.
Per quanto concerne la prima prova, si è scelto di studiare l’ampiezza dei movimenti di
flessione dorsale e plantare tramite l’analisi delle variazioni dell’angolo Pitch posto sul
sensore posizionato sulla testa dell’astragalo. I dati rilevati dai sensori posti a livello della
tibia non sono invece stati considerati significativi e dunque si è scelto di non elaborarli, in
quanto non aggiungevano informazioni utili per il calcolo del ROM, ma confermavano solo se
l’esecuzione del test da parte del paziente fosse corretta e priva di movimenti compensatori
della gamba.
In quanto alla seconda prova, si sono selezionati come dati d’interesse i parametri collegati
all’equilibrio, ovvero le oscillazioni compiute sul piano frontale. Per fare ciò si sono valutate
le variazioni dell’angolo Roll relative al sensore posto sulla testa dell’astragalo, tramite cui è
stato possibile quantificare l’ampiezza dei movimenti di inversione ed eversione. Si è scelto
inoltre di analizzare le variazioni dell’angolo Yaw del sensore posto al centro del petto per
valutare eventuali movimenti compensativi del busto sul piano frontale per il mantenimento
dell’equilibrio.
36

Capitolo 4 - Risultati e analisi dei parametri estratti
Risultati e analisi dei parametri relativi alla prima prova
Valori estratti per la valutazione del ROM
Per quanto concerne la prima prova, al fine di supportare i fisioterapisti nella valutazione della
condizione di partenza dei pazienti, è stato elaborato uno script attraverso MATLAB che per
ogni sequenza di movimento indipendente punta-tacco individua i punti di minimo e di
massimo. A partire da ogni movimento sono stati estratti i seguenti parametri:
• ROM di ogni movimento;
• ROM medio dei tre movimenti;
• Andamento grafico della velocità di esecuzione del movimento.
Di seguito sono riportati i valori sopra elencati estratti dalle prove effettuate dal gruppo di
pazienti affetti da instabilità cronica di caviglia e dal gruppo di controllo di soggetti sani.
ID paziente
ROM (°)
flessione plantare
ROM medio (°)
flessione plantare
ROM (°)
flessione dorsale
ROM medio (°)
flessione dorsale
Paz 1
52,94
51,80
52,20
52,31
19,92
19,80
19,05
19,59
Paz 2
55,88
56,28
57,77
56,64
16,15
13,99
12,98
14,37
Paz 3
53,58
50,95
54,38
52,97
12,25
11,33
13,45
12,34
Paz 4
57,55
59,29
58,47
58,43
10,46
11,84
11,82
11,37
Paz 5
53,57
54,70
54,97
54,41
9,88
6,67
6,45
7,67
Paz 6
51,80
55,85
53,96
53,87
13,91
12,26
14,48
13,55
37

Paz 7
47,18
48,13
Non valida
47,65
7,30
4,16
Non valida
5,73
Paz 8
41,20
41,75
40,40
41,12
12,15
10,47
13,55
12,06
Paz 9
41,93
40,36
41,94
41,41
7,43
5,65
6,41
6,50
ID paziente
ROM (°)
flessione plantare
ROM medio (°)
flessione plantare
ROM (°)
flessione dorsale
ROM medio (°)
flessione dorsale
Tabella 3 - Parametri estratti dall’arto malato dei soggetti affetti da CAI
ID paziente
ROM (°)
flessione plantare
ROM medio (°)
flessione plantare
ROM (°)
flessione dorsale
ROM medio (°)
flessione dorsale
Sogg 1
50,04
46,92
43,25
46,74
10,99
9,83
10,95
10,59
Sogg 2
45,18
44,49
43,78
44,48
8,94
9,64
8,61
9,06
Sogg 3
54,89
52,98
53,39
53,75
12,20
12,86
13,68
12,91
Sogg 4
57,06
55,28
56,65
56,33
16,56
15,40
14,91
15,62
Sogg 5
36,63
36,45
36,51
36,53
17,02
20,82
20,91
19,58
Tabella 4 - Parametri estratti dall’arto dominante dei soggetti sani
38

Per ogni soggetto sono stati elaborati due grafici, indicativi della modalità con cui è stato
svolto il movimento di flessione plantare e dorsale, per poter fornire un supporto al
fisioterapista che segue il paziente. Vengono ora presentati, a titolo di esempio, i grafici
elaborati a partire dai dati acquisiti del paziente numero 5.
39
Figura 25 - Andamento nel tempo del pitch corrispondente all’arto malato
Figura 26 - Andamento della velocità di esecuzione del movimento

I grafici relativi ai soggetti sani che hanno partecipato all’esperimento vogliono essere un
riferimento per il fisioterapista del “comportamento ideale” assunto nella situazione della
prova da un soggetto non affetto da patologie agli arti inferiori. Si riportano qui i grafici
ricavati a partire dai dati relativi paziente sano numero 4.
40
Figura 27 - Andamento nel tempo del pitch corrispondente all’arto malato
Figura 26 - Andamento della velocità di esecuzione del movimento

Valori estratti per la valutazione della velocità
MATLAB permette di ricostruire l’andamento grafico della velocità con cui è stata eseguita la
singola prova a partire dai dati acquisiti. Questa possibilità offre un supporto aggiuntivo per la
lettura e interpretazione dei grafici, grazie alle informazioni che riesce a fornire riguardo la
modalità con cui è stato eseguito il movimento: non è tanto d’interesse l’aspetto quantitativo
del dato di velocità, bensì quello qualitativo, che permette di ricostruire l’andamento adottato
dal paziente e riscontrare eventuali anomalie.
Valutazione del ROM e della velocità
Il Range Of Motion è il parametro fondamentale da analizzare per apprendere eventuali
limitazioni della mobilità dell’articolazione tibio-tarsica sul piano sagittale. I valori estratti,
consultabili nelle tabelle sopra riportate, dimostrano in generale una maggiore eterogeneità
nelle performance eseguite dai soggetti malati.
Mentre nei soggetti sani risulta evidente, in linea generale, che all’aumentare dell’ampiezza di
flessione plantare aumenta anche quella di flessione dorsale, nei soggetti affetti da CAI non si
riscontra questa correlazione: si ritrovano bassi valori di flessione dorsale anche in presenza di
alti valori di flessione plantare. Ciò risulta in linea con quanto riportato in letteratura: la
retrazione del tendine d’Achille gioca un ruolo fondamentale nell’esecuzione del movimento
di dorsiflessione, che si rivela così limitato [9].
Se si esegue una valutazione del rapporto tra il ROM di flessione plantare e quello di flessione
dorsale per i singoli soggetti, e poi si effettua la media, questa risulta pari a:
• 5,02 per i soggetti affetti da CAI;
• 3,79 per i soggetti sani.
Queste due cifre forniscono un’indicazione riguardo la capacità di esecuzione del movimento:
il valore più basso nel gruppo di controllo indica che, a parità di ampiezza di flessione
plantare, il gruppo di soggetti malati tende a sollevare meno il tallone, come ci si aspettava.
In quanto alle velocità, analizzando i relativi grafici ed effettuando un confronto tra i soggetti
sani e quelli malati risulta evidente come le performance eseguite dai pazienti affetti da
patologia riportino un andamento più “spigoloso” e irregolare rispetto ai soggetti sani, che
esibiscono invece una maggiore fluidità di movimento, soprattutto nella fase di
raggiungimento del picco di salita sulle punte e sui talloni. Anche questa evidenza risulta in
41

linea con i risultati attesi: l’instabilità di caviglia comporta infatti danni posturali e
propriocettivi che non permettono un’esecuzione fluida del movimento.
Si è scelto inoltre di riportare anche il numero di scarpa dei pazienti per valutare se la
lunghezza del piede potesse influire sull’ampiezza del movimento, ma non è stata identificata
alcuna relazione tra le due grandezze.
C’è però in generale da considerare che ci sia un’eterogeneità della capacità articolare sia nel
campione di soggetti malati che nel gruppo di controllo: sebbene ciò risulti meno evidente nel
gruppo di soggetti sani, ogni individuo è a sé ed ha una propria mobilità articolare più o meno
ampia. L’elasticità e la lunghezza del tendine d’Achille del singolo soggetto dipendono sia da
fattori congeniti che dallo sviluppo dovuto all’attività fisica praticata.
Per questi motivi, dovranno essere condotte ulteriori indagini sui pazienti malati durante e al
termine del trattamento riabilitativo per apprezzarne la reale efficacia e riscontrare eventuali
miglioramenti.
Risultati e analisi dei parametri relativi alla seconda prova
In quanto alla seconda prova, lo script MATLAB elaborato permette di visualizzare i
movimenti sul piano frontale del piede in appoggio durante il mantenimento della posizione
monopodalica e quelli compensativi del petto per il mantenimento dell’equilibrio. In
particolare, sono stati estratti i seguenti parametri:
• Angolo massimo di inversione del piede;
• Angolo massimo di eversione del piede;
• La percentuale di tempo spesa in inversione;
• La percentuale di tempo spesa in eversione;
• Il baricentro del piede, inteso come la media dell’angolo di inclinazione del piede rispetto
alla posizione di partenza;
• La frequenza delle oscillazioni del piede, calcolata a partire dai picchi con variazione di
almeno un grado ;
• Il range di oscillazione del petto;
• Il baricentro del petto, inteso come la media dell’angolo di inclinazione del petto rispetto
alla posizione di partenza;
42

Di seguito sono riportate le tabelle esplicative dei valori estratti a partire dalle singole
misurazioni.
ID paziente
Angolo
max
inversione
(°)
Angolo
max
eversione
(°)
Tempo in
inversione
(%)
Tempo in
eversione
(%)
Baricentro
(°)
Frequenza
delle
oscillazioni
(Hz)
Paz 1 -11,15 0,16 99,6 0,4 -7,01 1,19
Paz 2 -14,37 8,08 77,8 22,2 -3,63 1,19
Paz 3 -12,54 3,23 51,8 48,2 -1,56 1,25
Paz 4 -18,51 9,01 77,0 23,0 -3,45 1,07
Paz 5 -6,40 9,53 55,7 44,3 -0,03 1,58
Paz 6 -5,17 2,20 64,14 35,86 -0,92 0,87
Paz 7 -16,82 0,00 100,0 0,0 -3,82 0,90
Paz 8 -7,07 3,69 93,3 6,7 -3,06 1,19
Paz 9 -11,89 8,27 58,9 41,1 -1,41 0,78
Tabella 5 - Parametri estratti dai tracciati dei pazienti affetti da CAI sull’arto malato
ID paziente
Range di oscillazioni del petto
(°)
Baricentro del petto (°)
Paz 1 -1,49 ; 4,31 1,13
Paz 2 -0,99 ; 6,70 3,72
Paz 3 -0,79 ; 7,35 3,88
Paz 4 -16,48 ; 21,07 4,26
Paz 5 -1,72 ; 14,54 6,19
Paz 6 -0,36 ; 8,06 5,17
Paz 7 Non valido NULL
Paz 8 -0,21 ; 18,59 11,87
Paz 9 -2,36 ; 3,91 0,52
Tabella 6 - Parametri estratti dai tracciati relativi all’arto malato dei pazienti affetti da CAI sul petto
43

ID paziente
Angolo
max
inversione
(°)
Angolo
max
eversione
(°)
Tempo in
inversione
(%)
Tempo in
eversione
(%)
Baricentro
(°)
Frequenza
delle
oscillazioni
(Hz)
Paz 1 -8,94 6,56 64,36 35,64 0,31 1,10
Paz 2 -5,30 17,24 6,9 93,1 6,89 1,17
Paz 3 -11,84 0,87 99,8 0,2 -6,53 1,45
Paz 4 -15,21 0,71 97,9 2,1 -7,51 0,86
Paz 5 -6,87 1,07 92,7 7,3 -2,44 0,89
Paz 6 -6,43 3,88 72,3 27,7 -1,39 0,33
Paz 7 -14,10 0,00 100,0 0,0 -3,10 0,58
Paz 8 -11,25 3,45 72,6 27,4 -4,21 0,29
Paz 9 -10,64 6,94 23,7 76,3 1,14 0,76
Tabella 7 - Parametri estratti dai tracciati dei pazienti affetti da CAI sull’arto sano
ID paziente
(°)
Paz 1 NULL NULL
Paz 2 -1,62 ; 4,94 0,75
Paz 3 -8,67 ; 0 -5,88
Paz 4 -5,43 ; 2,62 -3,12
Paz 5 -0,56 ; 10,46 5,44
Paz 6 -5,79 ; 2,66 -1,30
Paz 7 Non valido NULL
Paz 8 -1,59 ; 8,49 3,44
Paz 9 -3,00 ; 9,64 3,47
Tabella 8 - Parametri estratti dai tracciati relativi all’arto sano dei pazienti affetti da CAI sul petto
44

ID paziente
Angolo
max
inversione
(°)
Angolo
max
eversione
(°)
Tempo in
inversione
(%)
Tempo in
eversione
(%)
Baricentro
(°)
Frequenza
delle
oscillazioni
(Hz)
Sogg 1 -3,47 1,74 47,9 52,1 -0,07 0,26
Sogg 2 -5,35 1,89 80,4 19,6 -1,10 1,13
Sogg 3 -5,22 2,41 73,9 26,1 -0,94 0,80
Sogg 4 -3,45 1,65 73,9 26,1 -0,49 0,20
Sogg 5 -8,44 1,00 97,1 2,9 -2,53 0,98
Tabella 9 - Parametri estratti dai tracciati dei soggetti sani sull’arto destro
ID paziente
(°)
Sogg 1 -2,86 ; 1,23 -0,29
Sogg 2 -6,74 ; 2,05 -2,23
Sogg 3 -1,29 ; 5,77 3,54
Sogg 4 -0,21 ; 3,54 2,23
Sogg 5 -0,79 ; 8,44 3,80
Tabella 10 - Parametri estratti dai tracciati relativi all’arto destro dei pazienti sani sul petto
ID paziente
Angolo
max
inversione
(°)
Angolo
max
eversione
(°)
Tempo in
inversione
(%)
Tempo in
eversione
(%)
Baricentro
(°)
Frequenza
delle
oscillazioni
(Hz)
Sogg 1 -2,71 3,04 45,7 54,3 0,30 0,96
Sogg 2 -3,88 1,78 82,75 17,25 -1,31 0,35
Sogg 3 -4,55 2,44 38,80 61,20 0,08 0,41
Sogg 4 -5,60 2,26 85,0 15,0 -1,65 1,06
Sogg 5 -2,31 3,65 34,8 65,2 0,38 0,56
Tabella 11 - Parametri estratti dai tracciati dei soggetti sani sull’arto sinistro
ID paziente
(°)
Sogg 1 -8,66 ; 1,12 -4,51
Sogg 2 -1,48 ; 12,48 2,44
Sogg 3 -1,33 ; 2,04 0,17
Sogg 4 -1,52 ; 18,22 6,28
Sogg 5 Non valido NULL
Tabella 12 - Parametri estratti dai tracciati relativi all’arto sinistro dei pazienti sani sul petto
45

Vengono ora presentati i grafici elaborati a partire dall’analisi dei dati acquisiti durante la
prova. Per ogni paziente sono stati generati un totale di 8 grafici (3 per arto malato, 3 per arto
sano, 1 relativo al petto durante la prova effettuata con l’arto malato e 1 relativo al petto
durante la prova svolta con l’arto sano).
I primi due grafici mostrano le variazioni dell’angolo roll rilevato dal sensore posto sulla testa
dell’astragalo durante l’esecuzione della prova con il piede destro e con il piede sinistro, con
particolare attenzione all’analisi delle oscillazioni in inversione ed eversione del piede per il
calcolo del tempo speso in una e nell’altra condizione. Il terzo e quarto grafico mostrano
invece i picchi individuati a partire dai quali è stata calcolata la frequenza delle oscillazioni,
da intendersi un singolo picco come la variazione di almeno un grado rispetto ai valori
immediatamente precedenti e successivi. Gli ultimi quattro grafici riportano invece i
movimenti del piede in associazione a quelli del petto, per una valutazione qualitativa dei
movimenti compensatori effettuati dal busto per il mantenimento dell’equilibrio.
Si riportano qui a titolo di esempio i grafici ricavati relativi al paziente numero 5.
46
Figura 27 - Andamento dell’angolo roll dei sensori posti sulla testa dell’astragalo, con
evidenza dei tempi di inversione ed eversione dei pazienti affetti da CAI

47
evidenza dei picchi, dei pazienti affetti da CAI
Figura 29 - Andamenti degli angoli roll e yaw dei sensori posti rispettivamente sulla testa
dell’astragalo e sul petto dei pazienti affetti da CAI

Per i soggetti sani è stato elaborato lo stesso numero di grafici: la loro visualizzazione fornisce
un supporto ai fisioterapisti per una valutazione qualitativa dello scostamento dei risultati
ricavati dai pazienti malati rispetto a dei valori acquisiti a partire da soggetti esenti da
patologie agli arti inferiori, per stabilire quindi in maniera approssimativa quanto gravi siano i
deficit del controllo neuromuscolare nei singoli pazienti prima del trattamento riabilitativo.
Vengono qui riportati, come esempio, i grafici relativi al soggetto sano numero 4.
48
evidenza dei tempi di inversione ed eversione, dei soggetti sani

49
evidenza dei picchi, dei soggetti sani
Figura 32 - Andamenti degli angoli roll e yaw dei sensori posti rispettivamente sulla testa
dell’astragalo e sul petto dei soggetti sani

Analisi dei dati raccolti
Analizzando i dati raccolti, risulta evidente innanzitutto la tendenza generale da parte dei
pazienti affetti da instabilità cronica di caviglia a mantenere il piede in inversione: sia gli
angoli massimi di inversione che la percentuale corrispondente di tempo speso con la caviglia
in inversione risultano nella maggior parte dei casi significativamente maggiori rispetto ai
movimenti di eversione, come confermato dal calcolo del baricentro. Ciò risulta in accordo
con quanto già presente in letteratura: i soggetti affetti da CAI dimostrano infatti
generalmente la tendenza a spostare il peso sulla parte esterna del piede [15].
Si riportano qui la media e la deviazione standard relativi ai movimenti di inversione dei
pazienti affetti da instabilità di caviglia e dei soggetti sani, per entrambi gli arti.
Osservando i dati relativi all’arto sano e a quello malato dei soggetti affetti da patologia, si
nota immediatamente come l’andamento delle performance siano tra loro paragonabili: questo
risultato risulta in linea con le aspettative, poiché, come citato nel capitolo 3, l’instabilità
cronica di caviglia comporta disturbi del controllo neuromuscolare bilaterale, e influenza
dunque anche le performance di equilibrio relative all’arto considerato sano [11].
A partire dal confronto rispetto al gruppo di controllo risulta invece evidente che la
popolazione costituita dai soggetti malati abbia compiuto delle oscillazioni di ampiezza
maggiore, a confermare i disturbi dell’equilibrio precedentemente detti.
Arto sinistro Arto destro
Media (°) -3,81 -5,19
1,20 1,82
Tabella 16 - Media e deviazione standard degli angoli massimi di inversione dei soggetti sani
(°)
σ
50
Arto malato Arto sano
Media (°) -11,54 -10,06
4,65 3,45
Tabella 13 - Media e deviazione standard degli angoli massimi di inversione dei pazienti affetti da CAI
(°)
σ

In quanto alla frequenza delle oscillazioni, che si rivela essere un ulteriore parametro
fondamentale per la valutazione della rapidità dei movimenti effettuati, sono qui riportate la
media e la deviazione standard relative ad entrambi gli arti dei soggetti malati e sani.
Osservando i risultati riportati risulta che la popolazione di pazienti affetta da patologia abbia
compiuto in media un numero maggiore di oscillazioni rispetto ai soggetti sani, con entrambi
gli arti, anche se in maniera più evidente con l’arto malato. Si evince quindi che i pazienti
abbiano non solo compiuto oscillazioni di ampiezza maggiore rispetto ai soggetti sani, ma
anche in numero più elevato, in particolare quando sottoposti alla prova di equilibrio con
l’arto malato in appoggio.
In quanto ai movimenti compensatori effettuati con il busto, si osserva in generale che ai
movimenti di inversione del piede corrisponde uno sbilanciamento del petto verso l’esterno
per il mantenimento dell’equilibrio.
Non si osservano però particolari differenze in merito all’ampiezza dei movimenti tra i due
gruppi: sia i soggetti sani che i pazienti malati hanno dimostrato in alcuni casi oscillazioni
pronunciate ma di breve durata, riconducibili ad una perdita momentanea dell’equilibrio, che
hanno tentato di salvaguardare tramite uno sbilanciamento più evidente del busto.
51
Media (°) 0,67 0,67
0,29 0,38
Tabella 14 - Media e deviazione standard della freq. di oscillazione dei soggetti sani
(°)
σ
Media (°) 1,11 0,83
0,24 0,39
Tabella 15 - Media e deviazione standard della freq. di oscillazione dei pazienti affetti da CAI
(°)
σ

Si riportano qui la media del baricentro dei soggetti sani e malati per entrambi gli arti.
I dati relativi al baricentro testimoniano che i pazienti con patologia hanno tendenzialmente
mantenuto il busto più inclinato rispetto alla posizione eretta di partenza in confronto ai
soggetti sani, ma solo quando hanno svolto la prova con l’arto malato in appoggio.
Media (°) 4,59 0,35
Tabella 15 - Media del baricentro del petto dei soggetti affetti da CAI
Media (°) 1,09 1,41
Tabella 16 - Media del baricentro del petto dei soggetti sani
52

Capitolo 5 - Conclusioni
Il presente studio è stato condotto nell’ottica di stabilire la validità e l’efficacia della
tecnologia IMMS come strumento atto a valutare i movimenti dell’articolazione tibio-tarsica
nei pazienti affetti da instabilità cronica di caviglia. In particolare, si è fatto uso dei sensori
magneto-inerziali MTw Awinda Xsens con l’obiettivo di registrare i movimenti di flessione
plantare e dorsale, così come i movimenti di eversione, inversione ed eventuali movimenti
compensativi del petto sul piano frontale, per procedere con l’elaborazione di alcuni script e
mettere quindi a disposizione al personale sanitario gli strumenti per elaborare una
valutazione quantitativa e qualitativa dei deficit riportati dai singoli pazienti affetti da
instabilità cronica di caviglia.
Nella pratica clinica, gli aspetti qui indagati vengono valutati in modo del tutto qualitativo e
poco accurato: il fisioterapista fa svolgere al paziente diversi movimenti come quelli proposti
in questo studio, oltre che numerosi test clinici sotto sforzo citati nel capitolo 1, e
osservandone la modalità di esecuzione stabilisce la presenza o meno di patologia e ne
quantifica la gravità in quanto a lassità legamentosa e deficit propriocettivi. Questi metodi si
rivelano però limitanti a causa della scarsa precisione e dell’impossibilità di fornire dati
imparziali, in quanto si basano su osservazioni personali non supportate da misurazioni
oggettive.
I sensori utilizzati, grazie alle ridotte dimensioni e alla versatilità, permettono ai pazienti di
svolgere i movimenti richiesti in modo naturale, nonostante la complessità, e di acquisire
indicazioni accurate riguardo la variazione del loro orientamento.
Per fornire un supporto al personale clinico, si è scelto di elaborare alcuni grafici
rappresentativi dell’andamento del ROM durante i movimenti compiuti sul piano frontale e
sagittale, e la velocità di esecuzione dei movimenti di flessione plantare e dorsale al variare
del tempo.
In merito ai movimenti di flessione plantare e dorsale, i risultati confermano l’utilità della
tecnologia IMMS: si è infatti riscontrata una differenza notevole dei risultati ottenuti tra il
gruppo di pazienti affetti da CAI e il gruppo di soggetti sani, provando che la patologia
d’interesse comporta una difficoltà nell’esecuzione di movimenti di flessione dorsale.
Per quanto concerne la seconda prova, i risultati simili riscontrati tra le performance relative
all’arto malato e quello sano del gruppo di pazienti affetti da CAI confermano che la
53

condizione patologica qui trattata comporta disturbi dell’equilibrio ad entrambi gli arti
inferiori. Il confronto con i soggetti sani ha confermato invece la discrepanza attesa tra le
performance di equilibrio: c’è però da considerare che anche la popolazione che costituisce il
gruppo di controllo ha riscontrato oscillazioni più o meno evidenti per quanto riguarda uno
dei due arti. Ciò potrebbe essere dovuto al fatto che ogni individuo presenta comunque un arto
con cui ha più equilibrio, indipendentemente dalle condizioni patologiche. I sensori posti sul
petto hanno poi evidenziato oscillazioni in linea con quelle dei piedi, più pronunciate nel caso
dei pazienti malati.
E’ inoltre da osservare come, sebbene i sensori MTw garantiscano un alto grado di
accuratezza [13], posso essere stati eseguiti errori durante il processo di misurazione a causa
degli operatori e dei pazienti stessi. Inoltre, gli angoli rilevati in questo studio, che
corrispondono alla mobilità articolare della caviglia, sono per lo più piccoli: i livelli di
accuratezza statica e dinamica garantiti potrebbero non essere sufficienti a fornire una stima
accurata, soprattutto per quanto riguarda le performance relative alla seconda prova.
Si propongono di seguito dei consigli pratici utili alla continuazione del presente studio:
• Per evitare gli artefatti causati dall’esecuzione del movimento, è necessario, nella fase di
accoglienza, educare il paziente alle prove cui verrà sottoposto, e metterlo in una
condizione di comfort che elimini possibili stati emotivi di agitazione e/o insicurezza: ciò
potrebbe comportare rigidità muscolare e impedirebbe un’esecuzione naturale e fluida
del movimento.
• Prima di procedere con le misurazioni è necessario istruire in maniera chiara il paziente
riguardo il movimento da svolgere. Per la prima prova ad esempio, si è notato che i
soggetti tendevano a portare indietro il bacino per massimizzare l’angolo di flessione
dorsale, falsando così la misura;
• E’ opportuno eliminare qualsiasi possibile fonte di disturbo elettromagnetico prima di
effettuare le misurazioni: per questo motivo è da richiedere ai pazienti di spegnere i
propri dispositivi elettronici;
• E’ necessario richiedere ai soggetti di togliere le scarpe: effettuare la prova senza
calzature garantisce un’accuratezza maggiore durante il processo di misura;
• E’ opportuno stabilire con il fisioterapista uno schema di posizionamento dei sensori, da
replicarsi e ricalibrarsi ad ogni misurazione. In questo studio il sensore MT00B45D97 è
54

stato posizionato sulla testa dell’astragalo destro, il sensore MT00B43491 sulla testa
dell’astragalo sinistro, il sensore MT00B4348D sulla tibia dell’arto malato, e il sensore
MT00B4349F al centro del petto.
Futuri sviluppi
A causa dello scarso numero di pazienti a disposizione, l’analisi dei dati qui riportata deve
essere intesa solamente come una descrizione di ciò che i risultati riportano nei loro tratti
essenziali e non permette di giungere a considerazioni generalizzabili a tutta la popolazione.
In futuro sarebbe opportuno raccogliere ulteriori dati per poter procedere con un analisi
statistica e consolidare i risultati relativi alla valutazione dei disturbi associati all’instabilità
cronica di caviglia.
Inoltre, sarebbe in futuro d’interesse monitorare i pazienti durante e dopo il percorso
riabilitativo, per stabilire se i sensori qui utilizzati siano in grado di rilevare i miglioramenti
dei movimenti dei pazienti e confermare o meno l’efficacia del trattamento riabilitativo. Ciò
permetterebbe di fornire un ulteriore supporto al personale clinico riguardo la riabilitazione.
In quanto all’esecuzione dei test, potrebbe essere d’interesse aggiungere un sensore sulla testa
dell’astragalo dell’arto sano dei pazienti: nel presente studio si è scelto di non farlo
presupponendo una simmetria nel movimento che non avrebbe fornito differenze significative
tra i due arti, ma in futuro tale assunto dovrebbe essere comprovato da evidenza sperimentale.
55

Bibliografia
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danielebarnabei.it"
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intervenire”. Disponibile all’indirizzo “https://www.footsurgery.it"
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15. Gabriel Moisan, Martin Descarreaux, Vincent Cantin. Effects of chronic ankle instability on
kinetics, kinematics and muscle activity during walking and running: A systematic review,
(2017)
56

Analisi dei movimenti dell'articolazione tibio-tarsica in pazienti affetti da instabilità cronica di caviglia

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