Misure cinetiche. Misure cinetiche dirette
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- Fabiano Testa
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1 Misure cinetiche 111 Misure cinetiche dirette Sensori di Forza Celle di carico, estensimetri, strain gage, (Piezoelettrici), piezoresistivi, capacitivi, Mono-, bi-, tri-assiali Pressione Momento, Coppia 112
2 Forze agenti sull organismo Gravità Reazione del terreno / appoggio Altre forze esterne Forze muscolari + + reazioni visco-elastiche di tessuti e articolazioni 113 Piattaforme di forza Misurano la reazione d appoggio (terreno) Componente verticale Componenti orizzontali Momento Vari modelli 114
3 Piattaforme di forza Applicazione tipica: posturografia, ma anche: Salita/discesa scale Sit-to-stand Cammino 115 Posturografia statica Normale postura eretta No perturbazioni Livelli d illuminazione e di rumore normali Occhi aperti (riferimento visivo) vs. chiusi quoziente di Romberg Misura del movimento del CP mediante piattaforma di forza Eventualmente: su un piede, posizione tandem, NB Manca standardizzazione Validità? 116
4 Centrodi massa (baricentro), centro di pressione, centro di gravità 117 Centro di pressione e centro di massa 118
5 Centro di pressione e centro di gravità 119 Calcolo della posizione del CP F i = componente verticale della forza misurata dalla cella i- esima x i = coordinata x della cella i-esima x CoP y CoP = coordinate del CP x y CoP CoP = = N i = 1 N i = 1 F N i = 1 F N i i i = 1 F F i i x y i i 120
6 Stabilogrammi e statokinesigramma 121 Analisi classica: parametri di distanza 122
7 Analisi classica: parametri d area 123 Analisi classica: parametri spettrali 124
8 Quoziente di Romberg Per ogni parametro P: QR P = P_occhi_chiusi/P_occhi_aperti Indice del ruolo del canale visivo Teoricamente > Pregi della posturografia statica semplicità del test, rapidità d esecuzione, assenza di disagi per il paziente, strumentazione di uso semplice costi contenuti 126
9 Informazioni? validità discussa : risultati contraddittori e non conclusivi (DiFabio, Arch Otolaryngol Head Neck Surg 122: 150, 1996) previsione della caduta nell'anziano : secondo Baloh e coll. (Otolaryngol Head Neck Surg 119: 89, 1998) i risultati del test non correlano con la frequenza delle cadute secondo Maki e coll. (J Gerontol 49: M72, 1994) l aumento delle oscillazioni posturali medio-laterali sarebbe un chiaro predittore 127 Perché? parametri morfologici variabilità inter e intrasoggettiva, anche nel normale quozienti di Romberg<1 in 1/3 dei normali troppo semplici? protocollo di test troppo semplice? 128
10 Perché? parametri morfologici variabilità inter e intrasoggettiva, anche nel normale 129 Variabilità dei parametri A. In funzione della durata del test 130
11 Variabilità dei parametri B. In intervalli diversi durante il test 131 Perché? parametri morfologici troppo semplici? 132
12 Parametrizzazione troppo semplice? Altre forme di analisi/parametrizzazione Yamada (1995): gli stabilogrammi come fenomeni caotici dimensione di correlazione e primo esponente di Liapunov. Controprova di Pascolo e coll. (2006). Collins e De Luca (1993, 1995): gli stabilogrammi come una specie di moto browniano (random walk) 6 parametri con buona ripetibilità e capaci di discriminare tra comportamento normale e alterato. Proposta di semplificazione (4 parametri) di Chiari e coll. (2000). Baratto e coll. (2002): sway density analysis = punti di stazionamento e transizioni dall uno all altro ogni 600 ms ca., mentre durata del periodo di stazionamento e distanza tra i punti di stazionamento variano con la patologia. Validazione? Predittive? 133 Perché? protocollo di test troppo semplice? 134
13 Posturografia dinamica Perturbazioni posturali e/o Modifiche degli input sensoriali Analisi come per PG statica Strumentazione più costosa Manca standardizzazione Validità? 135 Posturografia dinamica: Equitest 136
14 Posturografia dinamica: pedane mobili 137 PG dinamica - Valutazione Più costosa e più complessa della PG statica Non pare fornisca informazioni molto diverse (DiFabio, Phys Ther 75: 290, 1995) Riserve simili a PG statica: Manca standardizzazione Causa: non ancora chiara l informazione da cercare Conseguenza: disparità dei risultati, difficoltà dei confronti, manca una validazione certa, sensibilità e specificità discusse/discutibili 138
15 Solette sensorizzate 139 Solette sensorizzate A distribuzione discreta di sensori A matrice di sensori 140
16 Solette sensorizzate A distribuzione discreta di sensori Misurano la componente verticale della reazione d appoggio nelle aree di interesse 141 Solette sensorizzate A matrice di sensori MISURANO La distribuzione delle pressioni plantari Il Centro di Pressione (CP) La componente verticale della reazione d appoggio 142
17 Distribuzione delle pressioni plantari 143 Solette a matrice: il calcolo del CP x i O y i Le coordinate del centro di pressione vengono ricostruite come media pesata delle pressioni misurate dai singoli sensori 144
18 CP Cammino Posturografia 145 Componente verticale della reazione d appoggio 146
19 Cammino 147 Solette: una sequenza durante il passo 148
20 Posturografia 149 Attività sportive 150
21 Criticità nelle misure statiche Creep La resistenza del sensore diminuisce con l aumento della durata dell applicazione della pressione si misura una pressione apparente maggiore. La variazione media è circa 1%/minuto. 151 Criticità nelle misure dinamiche Isteresi Dipendenza della risposta dal verso di applicazione del carico. La risposta resta indietro rispetto al carico, e percorre una curva (ciclo di isteresi). 152
22 Effetto dell isteresi 1. Solette vs. pedana di forza In posturografia : piede sulla soletta posta sulla pedana Il movimento del CP viene riprodotto in maniera abbastanza fedele, a parte un ritardo di ms dei segnali delle solette rispetto a quelli di pedana, dovuto all isteresi dei sensori 153 Solette vs. pedana coordinata AP Giovane adulto, ampie oscillazioni volontarie, non cadenzate 154
23 Solette vs. pedana coordinata ML E presente un fattore di incertezza aggiuntivo dovuto alla distanza intermalleolare. Giovane adulto, ampie oscillazioni volontarie, non cadenzate 155 Solette vs. Pedana spettro dello sway posturale Anche nel domino della frequenza prestazioni simili. Però componenti a frequenza più alta nel CP da segnali di pedana. 156
24 Effetto dell isteresi 2. Durante il passo A causa del ritardo di risposta (isteresi) delle solette, anche il baricentro delle pressioni risulta in ritardo rispetto alla realtà. 157 Solette vs. pedane di forza Vantaggi Di facile utilizzo Facilmente trasportabili, utilizzabili anche in esterno Impiego in diversi campi e applicazioni Sistemi commerciali Costi (???) Svantaggi Taratura più complessa Fragilità meccanica dei sensori Misure meno accurate 158
25 Conclusioni Le misure con le solette hanno oggi valore più qualitativo che quantitativo. Indicazioni di tipo semi-quantitativo possono essere sufficienti/utili quando non occorra una misura accurata di una grandezza collegata al passo o alla postura, ma interessi la sua distribuzione sulle varie zone del piede 159 Pedane di pressione A matrice di sensori Dimensioni notevoli Per lo studio del cammino Forniscono l evoluzione temporale del vettore della forza di reazione al suolo Eventualmente combinate con sistemi stereofotogrammetrici 160
26 Reazione al suolo durante un passo 161 Altre misure con piattaforme di forza Una piattaforma sul sedile e una sotto i piedi per studiare il movimento di alzata Pedane sui gradini per studiare salita / discesa delle scale 162
27 Misure (stime) cinetiche indirette Dalle misure di forza (reazione al suolo, ecc.) Mediante un modello meccanico del sistema muscolo-scheletrico Si stimano le forze muscolari, i momenti articolari, i carichi sulle varie strutture, ecc. 163 Dall anatomia al modello biomeccanico (modello free-body) 164
28 Problema Stima dei parametri meccanici (masse, momenti d inerzia, dimensioni) dei segmenti corporei: misure anatomiche sul soggetto, da cui: stima dei parametri mediante modelli geometrici del corpo e/o tabelle antropometriche medie Operazione critica ai fini del risultato Errori conseguenti? N.B. I problemi di calcolo sono forse meno critici 165 Misure anatomiche 166
29 Modelli geometrici del corpo 167 Tabelle antropometriche 168
30 Proporzioni antropometriche medie 169
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