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SIAMOC 2017 – Corso Precongressuale 2

Quantificazione e monitoraggio della maturazione motoria

del bambino

Maria Cristina Bisi, DEI – Università di Bologna

Torino, 4 Ottobre 2017

XVIII Congresso Nazionale della Società Italiana di Analisi del Movimento in Clinica

Precors

o SIA

MOC2017

Maturaz

ione m

otoria

Stagni,

Bisi

SIAMOC 2017 – Maria Cristina Bisi, DEI-Università degli Studi di Bologna

Quantificazione e monitoraggio della maturazione motoria del bambino


Outline

1) Un approccio diverso per l’utilizzo dei

sensori inerziali nei test di processo

2) E’ possibile un monitoraggio integrale

dello sviluppo della maturazione

motoria?Precors

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1) Strumentazione del TGMD-2

Grazie alla strumentazione,

riesco a replicare la valutazione clinica

in maniera accurata, ripetibile e veloce

Utile quando si utilizzano test di processo

(necessità di operatori esperti e alti tempi

di valutazione). Prec

orso S

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1) Strumentazione del TGMD-2

[1] Ulrich 2000

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Setup a 5 sensori:

- Tronco

- Polsi

- Caviglie

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Per ogni criterio

e ogni task

algoritmo specifico che

fornisce in automatico

il punteggio sulla base

dei dati acquisiti dai

sensori

LOCOMOTOR SUBTESTPrec

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Esempio: Horizontal jump

“Take-off and land on both feet simultaneously”

• Identificazione degli istanti di take-off and land mediante analisi

wavelet sull’acc AP delle gambe [1].

• Soglia di 0.08s per identificare eventi simultanei.Prec

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Bland Altman plot: punteggi standard ottenuti tramite metodo automatic e

valutazione standard. (range 0-20)

• Accordo tra I due metodi

compreso tra l’82% e il

100%.

• La Distribuzione dei risultati

non cambia.

• Limits of agreement sono

inferiori al 15% del

punteggio analizzato.

• Non c’è un bias fra i due

metodi.Prec

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2) Monitoraggio integrale dello

sviluppo della funzione motoriaI metodi dell’analisi del movimento possono risultare utili

1) Replicano /correlano con l’indice clinico (inoltre sono

oggettivi, ripetibili, affidabili ecc)

2) Perché possono permettere di MONITORARE

l’evoluzione di aspetti legati direttamente alla funzione

motoria Precors

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• Molte conoscenze osservazionali

• Pochi dati numerici e quantitativi che possano

permettere un monitoraggio efficace

… Ancora tante domande aperte!

2) Monitoraggio integrale dello

sviluppo della funzione motoria

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Es. CONTROLLO POSTURALE

Review GP 2016 (Verbecque et al)

• L’oscillazione posturale decresce con l’età

• Tutti i bambini oscillano di più a occhi chiusi

• Solo 4 studi hanno riportato valori numerici per i bambini,

principalmente a partire dai 5 anni

Precors

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Es. CONTROLLO POSTURALE

Review GP 2017 (Verbecque et al)

• L’oscillazione posturale decresce con l’età

• Tutti i bambini oscillano di più a occhi chiusi

• Solo 4 studi hanno riportato valori numerici per i bambini,

principalmente a partire dai 5 anni

• L’andamento dell’oscillazione posturale con la

crescita è lineare?

• Sono state analizzate categorie di età

arbitrariamente: in quali gruppi sono situate le

differenze?

• Serve ricerca per determinare valori di riferimento

per specifici gruppi di età.

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Es. CAMMINO nell’età 3-6

Sappiamo che i bambini mostrano una grande

variabilità cinematica

la cinematica segmentale non è risultata utile per

caratterizzare lo sviluppo del cammino

POSSIBILI APPROCCIPrecors

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GP 2017 (Verbecque et al)

• La PCA ha mostrato 3 component principali che

caratterizzano il cammino dei ‘preschoolers’:

Maturazione, variabilità e robustezza

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• MATURAZIONE: mean step length, age, walking speed, leg

length and step time variability

• VARIABILITA’ DEL CAMMINO: step length variability and step

width variability

• ROBUSTNESS: mean step time, BMI and mean step width

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La componente Robustezza può essere di

fondamentale importanza nella valutazione del

controllo postural nei bambini in quanto risulta

complementare ai test funzionali di equilibrio.

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GP 2015 (ESMAC proceedings, Bisi & Stagni GP 2015 ,

Golding & Stebbins GP 2015)

DATI: cinematica 3D (PLUG-IN-GAIT)

Mediante approcci diversi i due studi arrivano a conclusioni simili.

Entrambi partono dal fatto che la gait analysis viene usata poco nei

bambini in età prescolare perché rumorosa/troppo variabile (e

quindi.. Come trovare dati di riferimento?)

Entrambi dimostrano che la traiettoria del CoM si stabilizza ‘presto’

(per Golding & Stebbins addirittura verso i 2 anni)Prec

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GP 2015 (abstract ESMAC) Bisi & Stagni

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Es. CAMMINO nell’età 3-6 GP 2015 (ESMAC) Bisi & Stagni

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MONITORAGGIO INTEGRALE DELLO SVILUPPO

DELLA FUNZIONE MOTORIA

Una volta identificato che la traiettoria del tronco

(approssimando il CoM) può essere una variabile

adatta per seguire la maturazione motoria durante la

crescita

Come dare informazioni utili, sintetiche e

caratterizzanti la maturazione motoria?Precors

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Caratterizzazione della

FUNZIONE• Dalla valutazione clinica…

• Nei test clinici (anche product-oriented) il valutatore

annota osservazioni molto rilevanti sull’esecuzione

dei vari esercizi (es. il movimento è impacciato, è

spezzato, non programmato ecc).

• Posso quantificare queste osservazioni?



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Cadence e variabilità del tempo del passo

Esempi classici (cammino)

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• Complessità, automaticità, fluidità, timing

atteso, ritmicità…

• Sono altri parametri che potrebbero essere

significativi e importanti da monitorare

• Come quantificarli?

Altri parametri

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1) Entropia del segnale

2) Harmonic ratio

3) Esponenti di lyapunov ecc

Indici non lineari

• Proposti recentemente per l’analisi della stabilità del

cammino (rischio di caduta)

• Possono misurare caratteristiche quantitative del

movimento e quantificare aspetti legati alla

performance/livello di sviluppo del controllo motorio

sottostantePrec

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Indici non lineari

ATTENZIONE A VINCOLI IMPLEMENTATIVI!

1) Entropia del segnale

2) Harmonic ratio

3) Esponenti di lyapunov ecc

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Es.1 Complessità del movimento• La complessità del movimento può essere definita

come la capacità di utilizzare strategie diverse per

svolgere un compito specifico.

• Riflette la capacità del sistema di adattarsi a diversi

stress ambientali.

• Come mi aspetto evolva con la maturazione? N.B. E’ diversa dalla variabilità! (la variabilità

potrebbe essere molto prevedibile e quindi poco

complessa o il contrario) Prec

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• Può essere quantificata mediante una misura di

entropia del segnale di interesse (es.

Sample/Approximate Entropy, SEN).

• In letteratura sono presenti esempi applicati di questo

indice circostanziati a una specifica popolazione e

fascia di età

1) controllo posturale nell’infante mentre sta seduto in modo

indipendente

2) movimenti spontanei delle gambe in infanti a rischio di ritardi

dello sviluppo

Complessità del movimento

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Lower complexity

Direction specific

adjustments. (Basic level of

control)

Higher complexity

Emergence of anticipatory

postural activity

1) Independent sitting (CoP) (Dusing & Harbourne,

Pediatrics 2010)


La mancanza di complessità nel controllo

posturale può essere un marker precoce

di disturbi dello sviluppo.Prec

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2) movimenti spontanei delle gambe in infanti a rischio di

ritardi dello sviluppo (Smith et al, Technologies 2017)

I neonati a rischio mostrano una complessità dei movimenti

spontanei delle gambe (misurati con sensori inerziali) minore

rispetto agli infanti con sviluppo tipico.

Una complessità minore può indicare un movimento

più ripetitivo e meno ‘exploratory’.


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Posso usare questi metodi per un monitoraggio

longitudinale e a lungo termine della maturazione

motoria?


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Complessità del movimento (SEN)

Nel cammino

tende a diminuire

con l’età

(dall’infanzia

all’età adulta) sul

piano sagittale.

SEN calcolata su acc del

tronco in soggetti da 1 a 84

anni (tao=1:6).

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Non doveva

aumentare con

l’età?Vediamo cosa succede nel

Cammino tandem

IPOTESI:

Il cammino è

realizzato in maniera

sempre più

AUTOMATICA con

l’età ( riserva

funzionale)


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CAMMINO TANDEM

Age


PM27

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CAMMINO

Age


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R-SEN %: SEN (NW) / SEN (TW)

Age


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R-SEN potrebbe quindi essere un parametro utile per

monitorare la maturazione concorrente di complessità e

automaticità.


Prendendo come riferimento la complessità manifestata

durante il TW, R-SEN nel NW mostra una riduzione al 50%

della complessità nel TW sul piano sagittale.

Risponde alle domanda: è sufficientemente automatico il

cammino rispetto alla complessità che il bambino sa

manifestare nel TW?Precors

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(fluidità/ritmicità)

Harmonic ratio (cammino)

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Correlazione con valutazione clinica

• ES. tandem gait nel MABC-2

La misura proposta per il monitoraggio deve avere un

riscontro clinico!

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Valutazione clinica supportata dal software

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Analisi del dato acquisito dai sensori

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Analisi trend R-SEN e valutazione

tandem gait nel MABC-2

Bambini di 7 anni (escludiamo effetto maturazione

legato all’età)

PM28

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Come avere una visione di insieme?

• Per vedere effetto della maturazione cronologica

• Per confrontare popolazioni pediatriche diverse

Tanti parametri che

descrivono aspetti diversi

della maturazione motoria

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CAMMINO

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CAMMINO

inSingle task

e dual task

O43 (sabato 7/10)

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Si possono creare fasce d’età per task analizzato e

valutare i risultati ottenuti per il singolo soggetto

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Chi vuole provare?

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