TECNOLOGIE PER LA RIABILITAZIONE La valutazione AA 2005-2006 Università degli Studi di Napoli "Federico II Facoltà di Ingegneria Corso di Laurea in Ingegneria Biomedica lezione # 2 la valutazione del funzionamento/disabilità Prof. Aurelio Cappozzo Dipartimento di Scienze del Movimento Umano e dello Sport Laboratorio di Bioingegneria Istituto Universitario di Scienze Motorie - Roma dismus la valutazione del funzionamento/disabilità 1 La valutazione (funzionale) è un metodo per descrivere la capacità di un soggetto, con lo scopo di misurare l uso che l individuo fa dell insieme delle proprie funzionalità durante l esecuzione di compiti di vario genere. Valutazione discriminativa: serve per differenziare individui o gruppi quando non ci sono criteri esterni standard a disposizione (ad es. test d intelligenza, test psicoattitudinali) Valutazione predittiva: informazioni semplici come indicatori di condizioni prodotte da fattori complessi. Individuazione di soggetti a rischio, prognosi (ad as. test motori predittivi del futuro stato di salute del soggetto). Valutazione quantificativa: serve per misurare, al passare del tempo, l entità dei cambiamenti di un individuo o di un gruppo di soggetti nella dimensione di interesse (ad es. la Misura di Indipendenza Funzionale (FIM) descrive la capacità di autonomia nei più comuni atti della vita quotidiana). dismus la valutazione del funzionamento/disabilità 2 Granger CV, Gresham GE: Functional assessment in rehabilitation medicine. Baltimore: Williams & Wilkins, 1984 La valutazione Le scale di valutazione con riferimento ad uno specifico paziente: autovalutazione interviste strutturate Prognosi Ammissione ai servizi sanitari Misura dell esito della terapia questionari osservazione diretta di attività qualitativa semi-quantitativa quantitativa (tempi, distanze) dismus la valutazione del funzionamento/disabilità 3 dismus la valutazione del funzionamento/disabilità 4 1
pro contro Le scale di valutazione facili da somministrare rapidi economici ben accettati dal paziente bassa sensibilità (effetto pavimento/soffitto) poco affidabili (difficili da standardizzare) Proprietà ideali di una scala Appropriatezza: Ogni scala ha un proprio ambito di applicazione (patologia o funzione da valutare) e non deve essere impiegata in ambiti diversi, a meno che sia stata validata scientificamente per il nuovo impiego. Validità: Deve essere dimostrata una correlazione tra il fenomeno da valutare e le grandezze impiegate per descriverlo nella scala. La dimostrazione si basa sul confronto con l'evidenza, con un modello o con uno standard di riferimento. Affidabilità: La valutazione di uno stesso caso (stesso soggetto nelle stesse condizioni) deve dare lo stesso esito, indipendentemente dal valutatore. Riproducibilità o ripetibilità: Pazienti nelle stesse condizioni devono ricevere la stessa valutazione, indipendentemente dal valutatore, dal momento e dal contesto. Sensibilità: La scala deve essere in grado di documentare con la necessaria sensibilità le variazioni del quadro clinico, indipendentemente dalla normale fluttuazione dei sintomi. Può essere critica agli estremi inferiore e/o superiore del campo di misura (effetto soffitto e pavimento). dismus la valutazione del funzionamento/disabilità 5 dismus la valutazione del funzionamento/disabilità 6 Scale basate su questionari, interviste e/o osservazione Scale basate su questionari, interviste e/o osservazione Si basano sulla raccolta, mediante questionari, delle risposte dei pazienti. Alle possibili risposte è associato un sistema di punteggi o di classificazione. L'esecuzione è in genere rapida (da 5 a 30 min). Indici ADL (activity of daily living) Misurano attività personali come vestirsi, mangiare, la cura della persona e la mobilità. Alcuni di questi possono essere calcolati da un qualsiasi osservatore, altri richiedono la presenza di un terapista o di un medico. Indici IADL (instrumented activity of daily living) Si differenziano da quelli ADL perché valutano attività più complesse, legate non tanto alla cura di sé, quanto piuttosto ad attività quotidiane come il cucinare, lo shopping, il telefonare, ecc. Alcuni di questi indici possono essere calcolati da un semplice osservatore, altri richiedono la presenza di un terapista o di un medico. Indici: di Katz di Barthel, il Rivermead il PULSES Profile l AMPS (Assessment of Motor and Process Skills) l indice FIM (Functional status Independence Measure) dismus la valutazione del funzionamento/disabilità 7 dismus la valutazione del funzionamento/disabilità 8 2
Scala basata su osservazione/intervista: indice di Katz Scala basata su osservazione/intervista: indice Barthel Lavarsi (in vasca, doccia o con la spugna) Vestirsi Utilizzo del gabinetto Spostamenti Continenza Alimentarsi dismus la valutazione del funzionamento/disabilità 9 dismus la valutazione del funzionamento/disabilità 10 Scala basata su osservazione/intervista: indice Barthel Scala basata su osservazione/intervista: indice Rivermead Pro: è facile da somministrare e da valutare perché utilizza un sistema d attribuzione dei punteggi di tipo metrico, che consente di stabilire un livello chiaro di disabilità: 100 = indipendenza totale 60 = limite tra indipendenza e dipendenza; 40 20 = grave dipendenza; 20 = dipendenza totale nella mobilità e nella cura della persona è molto sensibile alle modificazioni funzionali e quindi è molto utile per prevedere gli esiti della riabilitazione. Contro: i punteggi intermedi sono difficili da interpretare; la scala non è ordinale e i pesi attribuiti a ciascuna voce sono non lineari. dismus la valutazione del funzionamento/disabilità 11 dismus la valutazione del funzionamento/disabilità 12 3
Scala basata su osservazione/intervista: indice Rivermead esteso Scala basata su osservazione/intervista: PULSES profile (1) P: physical condition (general health status) (2) U: upper limb function (self-care, drinking, eating, dressing, donning brace or prosthesis, washing, bathing, perineal care) (3) L: lower limb function (mobility, transferring to chair/toilet/tub/shower, walking, climbing stairs, propelling wheelchair). (4) S: sensory functions (sight, communication by speech and hearing) (5) E: excretory functions (control of bladder and bowel sphincters) (6) S: support factors (psychological, emotional, family, social, financial) dismus la valutazione del funzionamento/disabilità 13 dismus la valutazione del funzionamento/disabilità 14 Scala basata su osservazione/intervista: indice AMPS E una misura osservazionale di competenza funzionale delle attività strumentali della vita quotidiana (IADL). Il medico deve osservare il paziente mentre questi esegui vari compiti. Comprende due sottoscale con 5 componenti ciascuna: Capacità motoria: postura, mobilità, coordinazione, forza e sforzo, e energia. Capacità di processo: uso delle conoscenze, organizzazione temporale, spazio e oggetti, adattamento, e energia. Scala basata su osservazione/intervista: indice FIM La Misura d Indipendenza Funzionale (FIM) è la misura di disabilità più utilizzata e accettata dalla comunità internazionale. E una scala di misura utilizzabile per tutti i pazienti e per tutte le patologie. La FIM è un indicatore mirato a stabilire il livello d assistenza necessaria per portare a compimento le attività di vita quotidiana. Include 18 categorie legate all indipendenza in ambito di: cura di sé, controllo sfinterico, comunicazione e inserimento sociale. Le voci legate alle condizioni fisiche sono tratte dall indice di Barthel. Le voci legate alle capacità cognitive coprono gli ambiti dell interazione sociale, della capacità di risolvere problemi e della memoria. dismus la valutazione del funzionamento/disabilità 15 dismus la valutazione del funzionamento/disabilità 16 4
Scala basata su osservazione/intervista: indice FIM I punteggi si basano sulle prestazioni pratiche più che sulle capacità generiche, e devono essere assegnati in base ad osservazioni dirette, ai colloqui con i pazienti e alle loro cartelle cliniche. I valutatori sono generalmente fisiatri, infermieri o terapisti e in genere servono 30 minuti per la valutazione di un paziente. Validità e ripetibilità della FIM sono state ampiamente dimostrate. Il principale punto di forza di tale scala sta nel suo essere basata sull UDS* e nel fatto che il lato fisico è trattato anche meglio che negli altri indici di misura delle ADL. La principale lacuna di tale misura è la sua bassa sensibilità per ciò che riguarda il campo della comunicazione. Se lo si guarda solo come un breve strumento di misura della disabilità più che come uno strumento generico per la misura dello stato di salute, quest indice può essere usato per misurare il paziente nell ottica della sua valutazione. * Uniform Data System dismus la valutazione del funzionamento/disabilità 17 Scale basate sull osservazione del paziente Queste scale si basano sull'osservazione diretta del paziente mentre svolge compiti motori prefissati. Devono essere somministrate da personale competente e possono richiedere molto più tempo dei questionari. - Gait Assessment Rating Scale (GARS, Wolfson et al., 1990). Si basa sulla misura di parametri semplici del cammino, è piuttosto laboriosa e lunga (1 h), richiede un'accurata preparazione e valutatori addestrati. Offre buona affidabilità e buona sensibilità. - Physical Performance Test (PPT; Reuben e Sui, 1990). Si considerano da sette a nove semplici funzioni della vita quotidiana, cronometrando i tempi di esecuzione. Si valutano: mobilità fine e grossolana degli arti superiori, equilibrio, mobilità, coordinazione e resistenza. La durata è di circa 20 min, l'attendibilità superiore al 90%. - Test di Tinetti (Tinetti, 1986). Sviluppato in ambito geriatrico, può essere impiegato anche in altri ambiti per la valutazione del controllo dell'equilibrio. Nella versione completa considera 13 item per la valutazione della stabilità posturale e 8 per la valutazione del cammino. dismus la valutazione del funzionamento/disabilità 18 Scale basate sull osservazione del paziente: Tinetti Scale basate sull osservazione del paziente: Tinetti Segue dismus la valutazione del funzionamento/disabilità 19 dismus la valutazione del funzionamento/disabilità 20 5
Scale basate sull osservazione del paziente: Tinetti Esempio - Tinetti Segue dismus la valutazione del funzionamento/disabilità 21 dismus la valutazione del funzionamento/disabilità 22 I test strumentali Un percorso di valutazione strumentale In linea di principio, i difetti della valutazione qualitativa (o semi-quantitativa) si possono superare ricorrendo a valutazioni quantitative rigorose, basate sull'uso sistematico di misure strumentali. L obiettivo cui tendere è quello di progettare approcci strumentali semplici, basati su test di facile e rapida esecuzione e di provata validità, misurabili mediante strumentazione di basso costo, facile da calibrare e da usare, e quantificabili con pochi parametri significativi, mirando, cioè, a una valutazione sintetica, anziché analitica, della disabilità. In questo modo si punta a rendere più accettabili i test strumentali e a facilitarne la diffusione anche in strutture riabilitative o sanitarie dotate di risorse (non solo e non necessariamente finanziarie) scarse, salvaguardando al contempo la correttezza metodologica. Risposta Quesito clinico Protocollo di valutazione Rapporto clinico dismus la valutazione del funzionamento/disabilità 23 dismus la valutazione del funzionamento/disabilità 24 6
I test strumentali L' approccio più immediato alla valutazione quantitativa del funzionamento/disabilità motoria consiste nel considerare una scala di valutazione esistente, o alcuni suoi item, e nell' integrare o sostituire il giudizio soggettivo con un giudizio basato su indici quantitativi, derivati da misurazioni oggettive effettuate durante il test. Misura di forze Solo forze esterne: reazioni vincolari Protocollo di valutazione Le misurazioni più interessanti sono quelle che più direttamente caratterizzano il movimento, quindi quelle di forze e di grandezze cinematiche. Se l' ottica è quella delle applicazioni in ambito clinico e/o riabilitativo, ci si dovrà concentrare su dispositivi non invasivi, di basso costo e di facile uso. Report clinico dismus la valutazione del funzionamento/disabilità 25 0 15 % dismus novelgmbh - http://www.novel.de/index.htm Misura di forze Misura di forze Solo forze esterne: reazioni vincolari Solo forze esterne: reazioni vincolari 15 40 % 40 50 % la valutazione del funzionamento/disabilità 26 50 60 % del ciclo del passo dismus novelgmbh - http://www.novel.de/index.htm la valutazione del funzionamento/disabilità 27 dismus novelgmbh - http://www.novel.de/index.htm la valutazione del funzionamento/disabilità 28 7
Accelerometri Misurano l accelerazione e, per integrazione, è possibile avere informazioni su velocità e posizione (si veda lezione successiva) CARATTERISTICHE PRINCIPALI : Inclinometri L'inclinometro è basato sul principio del filo a piombo: una massa di prova sospesa e libera di oscillare in un piano, che si mantiene allineata con la componente della gravità in tale piano. Oppure si misura la componente della accelerazione di gravità. Tutte questo in condizioni quasi-statiche. Basso costo Ridotte dimensioni e peso (portabilità) Buona accuratezza Semplicità d uso Inclinometro -Disegno tratto da Il Codice Atlantico di Leonardo da Vinci nella biblioteca Ambrosiana di Milano, Editore Milano Hoepli 1894-1904. Range di lavoro teoricamente illimitato Applicazioni: misure di orientamento di segmenti corporei (tronco, arti) (Hansson et al., 2001), rilevatore del livello di attività fisica (Miller et al., 1994; Levine et al., 2001; Sadeghi et al., 2003), misure di parametri temporali del passo (Mayagoitia et al., 2002), studio del tremore nel morbo di Parkinson (Burne, 2002),... dismus la valutazione del funzionamento/disabilità 29 Applicazioni: misura del range di movimento del rachide (Mayer et al., 1997); misura della posizione del capo (Usumez e Orhan, 2001); strumento per la realizzazione automatica del test di Tinetti (Lombardi et al., 2001; Panella et al., 2002) dismus la valutazione del funzionamento/disabilità 30 Misura di grandezze cinematiche La misurazione diretta di variabili cinematiche comporta l applicazione di un sensore di misura sul segmento corporeo in esame. Ciò limita la scelta a dispositivi di dimensioni e di peso tali da non perturbare il movimento. La tecnologia attuale offre sensori miniaturizzati, molti dei quali contengono nel chip anche la rete di condizionamento, fornendo in uscita segnali già amplificati. Aspetti critici: posizionamento e stabilità meccanica dei sensori. Il dispositivo di misura va alimentato e i segnali analogici che esso fornisce vanno acquisiti al calcolatore per le elaborazioni successive. Ci sono tre soluzioni possibili: 1) collegamento al PC mediante cavi, 2) sistema "indossabile", 3) sistema dotato di telemetria. dismus la valutazione del funzionamento/disabilità 31 Misura di grandezze cinematiche 1) Collegamento diretto al PC: l acquisizione dei segnali tramite scheda di conversione A/D, è la soluzione più economica e più semplice. È possibile utilizzare il display del PC come monitor durante l'acquisizione ed effettuare elaborazioni in tempo reale. La libertà di movimento del soggetto è limitata dai cavi di collegamento al PC, ma è sufficiente per molte applicazioni. La portabilità del sistema è accettabile se si usa un notebook. L'alimentazione dei sensori attraverso l'uscita TTL del PC è rumorosa e richiede uno stabilizzatore. 2) Sistema indossabile: un "registratore" di dimensioni e peso limitati, fissato alla cintura del soggetto, contiene l'elettronica di condizionamento (se necessario), di acquisizione e di memorizzazione dei segnali (ad es. su schede Firewire/PCMCIA), e una batteria, che alimenta anche i sensori. Questa soluzione ha diversi vantaggi: autonomia, estrema portabilità, completa libertà di movimento per il soggetto, indipendenza dall'ambiente. Gli svantaggi rispetto alla soluzione precedente sono: la realizzazione più complessa, i costi un po'superiori e l'impossibilità di visualizzare e di elaborare i segnali in tempo reale. dismus la valutazione del funzionamento/disabilità 32 8
Misura di grandezze cinematiche Fotogrammetria 3) Sistema con telemetria: usa una trasmittente di piccole dimensioni portata dal soggetto (e contenente anche l'alimentazione per i sensori) e una stazione ricevente, eventualmente collegata direttamente al PC. I costi più elevati e la maggiore complessità tecnologica sono attualmente gli svantaggi maggiori, ma lo sviluppo di sistemi di telecontrollo e di telemisura per applicazioni domotiche potrebbe rendere disponibili a breve termine soluzioni tecnologiche soddisfacenti a basso costo. La libertà di movimento del soggetto e l'indipendenza dall'ambiente possono dipendere dal sistema di trasmissione scelto. dismus la valutazione del funzionamento/disabilità 33 dismus la valutazione del funzionamento/disabilità 34 Misura di grandezze cinematiche Il compromesso Nella valutazione funzionale, si può cercare un compromesso tra l approccio biomeccanico classico (ricostruzione accurata del movimento mediante misurazione di molte variabili) e quello tipico dei test di prestazione (studio di compiti motori mediante osservazione qualitativa o semi-quantitativa di poche variabili), sfruttando i modelli matematici per trasferire la complessità del problema dalla misura al calcolo. Si può, quindi, pensare di: (a) scegliere alcuni compiti motori semplici (quelli tipici della vita quotidiana); (b) misurare, tramite strumentazione di semplice utilizzo e minimamente percettibile dal soggetto, un numero limitato di variabili; (c) interpretare i risultati delle misure mediante idonei modelli matematici, detti, per l appunto, modelli ad ingresso misurato minimo, o MIMM. dismus la valutazione del funzionamento/disabilità 35 dismus la valutazione del funzionamento/disabilità 36 9
Modelli ad Ingresso Misurato Minimo (MIMM) Modello a pendolo telescopico invertito (TIP) Misure della piattaforma: Misure della piattaforma: Misure antropometriche Modello matematico del sistema scheletromuscolare che incorpora tutte le conoscenze note a priori e relative al soggetto e all atto motorio MODEL OUTPUTS supplying information on subject s motor strategy Misure antropometriche LA Attuatore lineare SA FA Cinematica e dinamica degli attuatori Attuatori rotazionali sagittale e frontale dismus la valutazione del funzionamento/disabilità 37 dismus la valutazione del funzionamento/disabilità 38 Il modello TIP applicato all alzata da un sedile Il modello TIP applicato all alzata da un sedile Dopo il distacco dal sedile Prima del distacco dal sedile AL muscoli del tronco AF flessori laterali del tronco AL flesso-estensori di tronco, anca e caviglia AF flessori laterali del tronco e abadduttori dell arto inferiore AS flessori/estensori del tronco Punto medio fra le anche Punto medio tra le caviglie AS flesso-estensori del tronco, anca, ginocchio e caviglia dismus la valutazione del funzionamento/disabilità 39 Papa E., Cappozzo A. (1999). J Biomech., 32: 1205-1212. dismus la valutazione del funzionamento/disabilità 40 Papa E., Cappozzo A. (1999). J Biomech., 32: 1205-1212. 10
Uscite del modello TIP Modello multisegmentale semplice (m s -1 ) (N kg -1 ) VELOCITÀ DEGLI ATTUATORI LINEARE E ANGOLARE fase 1 2 3 4 5 2 2 2 1.5 1 0.5 1.5 0.5 0 0 0 20 40 60 80 100-0.5-0.5 % durata FORZA DELL ATTUATORE LINEARE 15 fase 1 2 3 4 5 10 5 0-5 0 20 40 60 80 100-10 -15 % durata 1 (rad s -1 ) + gravità inerzia (N kg -1 ) + (W kg -1 m -1 ) COPPIA DELL ATTUATORE SAGITTALE 0,6 fase 1 2 3 4 5 0,4 0,2 0-0,2 0 20 40 60 80 100-0,4-0,6 % durata POTENZA DEGLI ATTUATORI LINEARE E ANGOLARE 4 fase 1 2 3 4 5 0,4 3 0,2 0 2-0,2 1-0,4 0-0,6 0 20 40 60 80 100-1 -0,8 % durata gravità inerzia (W kg -1 m -1 ) Modello antropomorfo a tre gradi di libertà θ H θ K θ A dismus la valutazione del funzionamento/disabilità 41 Papa E., Cappozzo A. (1999). J Biomech., 32: 1205-1212. dismus la valutazione del funzionamento/disabilità 42 Modelli ad Ingresso Misurato Minimo (MIMM) Modelli biomeccanici più complessi Riener et al. (1997) JNeuroMeth Misure della piattaforma: Cinematica del Centro di massa Modello JAGO Misure antropometriche Misure antropometriche Parametri dei segmenti - lunghezza - massa - posizione del CM CINEMATICA E DINAMICA DELLE ARTICOLAZIONI Vincoli del compito motorio dismus la valutazione del funzionamento/disabilità 43 Mazzà C., Cappozzo A. (2004). Annals of Biomedical Engineering, 32(5):764-772. dismus la valutazione del funzionamento/disabilità 44 http://anybody.auc.dk/ 11
PROGETTO VAMA L interfaccia VAMA valutazione dell abilità motoria nell anziano Coordinatore del progetto: Aurelio Cappozzo Istituto Universitario di Scienze Motorie - Roma UNITA OPERATIVE Unità Operativa di Medicina Geriatrica, INRCA Ospedale I Fraticini, Firenze - F. Benvenuti Dip. Di Elettronica, Informatica e Sistemistica, Università degli Studi di Bologna - A. Cappello Laboratorio di Analisi del Movimento, Istituti Ortopedici Rizzoli, Bologna - F. Catani Dip. Di Bioingegneria, Politecnico di Milano - C. Frigo Dip. Di Elettronica e Automatica, Università degli Studi di Ancona - S. Fioretti Dip. Di Informatica, Università degli Studi di Pisa - A. Starita Sottoprogetto n 3.3.1 del Programma di Ricerca Sostituzioni Funzionali, Organi Artificiali e Trapianti di Organo, finanziato da Istituto Superiore di Sanità, Italia Programmi di ricerca cofinanziati PRIN/MIUR dismus la valutazione del funzionamento/disabilità 45 dismus la valutazione del funzionamento/disabilità 46 L interfaccia VAMA L interfaccia VAMA dismus la valutazione del funzionamento/disabilità 47 dismus la valutazione del funzionamento/disabilità 48 12
Per approfondimenti http://www.riabilitazioneitalia.it/tematiche_art1.htm Baratto et al., Problematiche Cliniche in Riabilitazione, in Bioingegneria della Postura e del Movimento, p. 341-52, Patron 2003. fine della lezione # 2 Buizza et al., Valutazione della Disabilità Motoria, in Bioingegneria della Postura e del Movimento, p. 353-73, Patron 2003. Cappozzo A. (2002), Minimum measured-input models for the assessment of motor ability, J Biomech., 35: 437-446. dismus la valutazione del funzionamento/disabilità 49 dismus la valutazione del funzionamento/disabilità 50 13