1. ALMA MATER STUDIORUM – UNIVERSITA’ DI BOLOGNA II FACOLTA’ DI INGEGNERIA CORSO DI LAUREA SPECIALISTICA IN INGEGNERIA BIOMEDICA Valutazione sperimentale di metodi per la quantificazione della stabilità dello schema motorio Relatore: Prof. Ing. Rita Stagni Azienda/ente ospitante: DEIS Bologna/Cesena presentata da Davide Monari Anno Accademico 2008/2009

2. Introduzione 32% anziani cadono almeno una volta all’anno durante attività giornaliere; il 24% sostiene danni rilevanti (*) (*) Tinetti, M.E., et al., Risk factors for serious injury during falls by older persons in the community. Journal of the American Geriatrics Society, 1995. 43 (11): p. 1214 Valutazione indicatore di stabilità di task motori necessaria!!!

5. Metodi: set-up sperimentale 29 marker cutanei segmenti busto; pelvi; coscia; gamba; piede dettagli BTS Smart-D (BTS Bioengineering, Milano, IT) Protocollo CAST * (*) Cappozzo, A., et al., Position and orientation in space of bones during movement: anatomical frame definition and determination. Clin Biomech (Bristol, Avon), 1995. 10 (4): p. 171-178. 1) Angoli articolari (Grood & Suntay **) 2) Angoli assoluti in s.d.r. lab. (**) Grood, E.S. and W.J. Suntay, A joint coordinate system for the clinical description of three-dimensional motions: application to the knee. J Biomech Eng, 1983. 105 (2): p. 136-44. 2 pedane forza Bertec Forze e momenti reazione piede-suolo Momenti articolari: F × d(F,centro art.) Pedana 2 Pedana 1

6. Metodi: esempio acquisizione

7. Metodi: stabilità orbitale, cenni teorici maxFM = max(abs(eig( J ))) maxFM < 1 => stabilità orbitale garantita Traiettoria stabile: Sistema periodico, orbita (in spazio Q) al ciclo k, 0 < t < T, 1 ≤ k ≤ m

8. Metodi: stabilità orbitale, implementazione (**) (**): Matlab 6.5 (Mathworks, Natick, MA, USA) n = dimensione iperspazio m = numero trial = numero orbite = 6 Per ogni riga i ( 1 ≤ i ≤ n ) di J :

9. Risultati: t-test locali angoli Riduzione momento destabilizzante t-test puntuali (p-value: max 0.05, min 0) anche e ginocchia più flesse su gomma piuma GIOVANI vs GIOVANI PERT GIOVANI vs GIOVANI PERT busto più flesso in avanti su gomma piuma GIOVANI vs GIOVANI PERT

10. Risultati: t-test locali momenti articolari Anca trailing: momento flex. maggiore Anca leading: momento ext. maggiore Gamba destra leading Gamba sinistra leading GIOVANI vs GIOVANI PERT GIOVANI vs GIOVANI PERT

12. Risultati: PCA Dataset solo 5-dimensionale per raggiungere 95% variabilità  grandezze correlate Angoli: data-set 24 dimensionale Momenti: data-set 18 dimensionale

13. Risultati: stabilità orbitale angoli (soggetti giovani) gamba sinistra leading più instabile Gamba sinistra leading Gamba destra leading t-test puntuali (p-value: max 0.05, min 0) GIOVANI vs GIOVANI PERT maxFM busto > maxFM gambe GIOVANI vs GIOVANI PERT

14. anziano più stabile Gamba sinistra leading Gamba destra leading Nessuna differenza Risultati: stabilità orbitale angoli (soggetto anziano) GIOVANI vs ANZIANO

15. Risultati: stabilità orbitale momenti gamba leading destra: anziano più stabile GIOVANI vs ANZIANO gamba leading sinistra: perturbati più instabili Gamba destra leading Gamba sinistra leading GIOVANI vs GIOVANI PERT

18. Grazie della Vostra attenzione!

20. Acquisizione stereofotogrammetrica: dettagli 1) Inserimento marker (n=29) 2) Calibrazione statica reperi anatomici da s.d.r tecnici ( tec ) 3) Definizione s.d.r anatomici ( ana ) da reperi antomici 4) Esecuzione task (registraz. marker => s.d.r tecnici => s.d.r anatomici) 5) Angoli articolari (*) tra s.d.r. anat., angoli assoluti busto Fc_stereo_pedana = 250Hz F_cut_off = 2.5 Hz (*) ( Grood , & Suntay , 1983) ● = marker cutanei ● = reperi calibrati