Il documento descrive uno studio sulla stabilità dello schema motorio in soggetti giovani e anziani, con particolare attenzione ai metodi statistici per la valutazione della stabilità durante l'esecuzione di task motori. Sono stati utilizzati 29 marker cutanei per analizzare angoli articolari e momenti, con risultati che indicano differenze significative nella stabilità tra i giovani e gli anziani. Inoltre, si evidenzia la necessità di validazione dei metodi di stabilità orbitale come indice di instabilità.

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!!!

3. Analisi task SALITA SU UN GRADINO tramite: Metodi statistici tradizionali ( µ , σ , t-test, PCA ) Obiettivi Stabilità orbitale

4. Metodi: task motorio e soggetti Soggetti (nessuna patologia neuromotoria): 4 giovani (24.5 ± 1.5 anni ) 1 anziano (61 anni) Task 2 giovani: Destra leading, 6 trial + gomma + occhi chiusi Sinistra leading, 6 trial + gomma + occhi chiusi Gomma piuma Task 1 giovani: Destra leading, 6 trial Sinistra leading, 6 trial Task anziano: Destra leading, 6 trial Sinistra leading, 6 trial

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

11. Risultati: t-test locali angoli e momenti (anziano) Busto meno flesso in avanti, ginocchia ed anca più sollecitate in estensione GIOVANI vs ANZIANO GIOVANI vs ANZIANO maggior controllo busto ? Per spostare peso maggiore strategia di arto inferiore ?

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

16. Discussione statistiche tradizionali: approccio semplice, significato biomeccanico immediato Stabilità orbitale : possibile indice instabilità  validazione necessaria !!!

17. Sviluppi futuri Inclusione di soggetti anziani Effetto numero trial su stabilità orbitale Quali grandezze inserire nell’iperspazio? Ricostruzione dataset originari da dataset ridotti (significato biomeccanico PCA?)

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