3D Motion Gait Analys
La Gait Analysis (Gait=passo) è una tecnica che permette tramite analisi computerizzata di
monitorare i movimenti del corpo umano con particolare attenzione alle fasi durante il
cammino.
Lo studio del movimento viene registrato attraverso apposite telecamere a infrarossi
(solitamente in numero di 6) e opportuni marker catarifrangenti generando un sistema
indiretto che pertanto risulta essere non invasivo e indolore.
Tale tecnica consente un’analisi non solo di tipo qualitativo ma anche di tipo quantitativo
spesso di enorme importanza nei casi in cui gli aspetti della mobilità diventano fondamentali
nella valutazione della limitazione funzionale di un paziente.
Foto : Principali markers da cui viene poi misurato e definito il movimento delle articolazioni
Allo studio del movimento in 3D la Gait associa anche un’indagine sia di tipo dinamico (con
piattaforme di forza in grado di misurare le forze durante l’appoggio) che relativa all’attività
muscolare intercorrente durante il movimento (attaverso sistemi elettromiografici).
La Gait Analysis (GA) si sofferma sulla camminata in quanto rappresenta uno dei movimenti
fondamentali della situazione motoria del paziente dove interazioni muscolo-nervo-scheletriche
agiscono in maniera sinergica su differenti articolazioni.
Pertanto lo studio del cammino e la sua evoluzione temporale può dare informazioni importanti
sia sulla situazione attuale del paziente che sulla bontà di determinate cure o trattamenti
riabilitativi.
La possibilità di un indagine oggettiva e ben ripetibile che analizzi il movimento in 3D delle
singole articolazioni si presenta pertanto come uno strumento altamente specifico capace di
focalizzare l’attenzione di un particolare movimento (o articolazione) nello spazio.
Fig.1: Movimenti del bacino visti dai tre piani principali;
Fig.2: Movimenti delle anche e del ginocchio visti dal piano sagittale;
Un tempo questo strumento era sostituito da una semplice videoregistrazione del cammino che
inevitabilmente riguardava due sole delle tre dimensioni possibili, e quasi mai quella
trasversale (dall’alto).
Il soggetto veniva quindi sempre analizzato ad un livello bidimensionale e l’indagine che ne
emergeva era essenzialmente qualitativa e comunque ben poco confrontabile.
Tale tecnica non permetteva comunque un indagine di tipo dinamico (ad esempio relativa alle
forze scambiate a terra a seguito di un determinato appoggio) né tantomeno dava informazioni
sull’attività muscolare delle singole articolazioni.
Un laboratorio di GA è costituito principalmente da:
- Sistemi optoelettronici: sono dispositivi costituiti da emettitori di luce IR (infrarosso) con
telecamere coassiali capaci di captare la luce riflessa dai marker catarifrangenti (solidali con i
punti principali delle articolazioni o reperee) ad intervalli regolari (foto 1).
La posizione degli emettitori/telecamere nello spazio circostante l’area di deambulazione
permette una successiva ricostruzione 3D del movimento sia del corpo che delle sue principali
articolazioni (e quindi determinare angoli di flesso-estensione, abdo-adduzione e extra-intra
rotazione delle principali articolazioni, velocità e accelerazioni);
Foto 2: Esempio di laboratorio di Gait Analysis (sx) con marker (b) e camera (c).
- Piattaforme di forza:sono sostanzialmente delle pedane in grado di misurare il sistema di
forze scambiate al terreno. Lo sforzo generato durante l’appoggio viene scomposto
dinamicamente nelle sue 3 componenti spaziali (pressione, sforzo laterale e ant-post)
attraverso sensori piezoelettrici che rispondono differentemente a seconda della direzione di
carico.
L’abbinamento di misure di forza con misure cinematiche di movimento permette di risalire a
parametri cinetici come momenti angolari e potenze delle varie articolazioni.
Foto 3: Vettogramma generato durante l’appoggio del piede sulla piattaforma di forza nella camminata.
La piattaforma possiede dispositivi piezoelettrici in grado di misurare sforzi nelle 3 direzioni principali.
Il protocollo di prova utilizzato in questo progetto è quello di Davis (Davis, 1991) che prevede
innanzitutto la rilevazione dei parametri antropometrici del soggetto (altezza, peso, lunghezza
della tibia del soggetto, distanza tra i condili femorali o diametro del ginocchio, distanza tra i
malleoli o diametro della caviglia, distanza tra le creste iliache anteriori e spessore del bacino).
Di seguito al soggetto vengono apposti sulla cute gli elementi di materiale catarifrangente
(marker) nei determinati punti di repere (Figura 1).
Come prima operazione si richiede al paziente di mantenere la posizione eretta indifferente per
circa 5 sec da cui si determina la fase di "standing". Di seguito al soggetto viene chiesto di
camminare con una velocità da lui ritenuta normale, partendo da un punto, che viene di volta
in volta fissato, che gli consenta di appoggiare un solo piede su ciascuna piattaforma di forza.
In genere vengono eseguiti 3 passaggi per arto.
Dalle prove di Gait Analysis si ottengono 3 diverse informazioni:
- dati di cinematica: e più in particolare angoli di flesso-estensione, abdo/adduzione e
extra/intrarotazione delle principali articolazioni (anca ginocchio caviglia e bacino);
Fig.3: Esempi di rappresentazione grafica dei cinematismi delle articolazioni riprodotti dalla GA (sagittale)
- dati cinetici e dinamici: e più in particolare momenti e potenze alle articolazioni di anca
ginocchio e caviglia (particolarmente significativa è la dinamica nel piano sagittale);
Fig.4: Esempi di rappresentazione grafica delle grandezze cinetiche riprodotti dalla GA (caviglia);
Fig.5: Esempi di rappresentazione grafica delle forze scambiate con il suolo;
- dati elettromiografici: e più in particolare attivazione e disattivazione muscolare;
Fig.6: Esempi elettromiogramma misurato durante un’acquisizione GA.
In questo progetto i dati di tipo EMG sono stati esclusi in quanto non interessanti ai fini del
progetto stesso.
I dati cinematici vengono visualizzati a seconda del piano di osservazione (frontale, sagittale e
trasversale) in grafici relativi al comportamento di flesso/estensione, Abdo/adduzione ed extra
e intra rotazione dell’arto destro (linea in blu) e dell’arto sinistro (linea rossa) (Fig. 6b).
Le bande grigie rappresentano il range di normalità che varia a seconda della tipologia del
soggetto (età, sesso) e provengono da statistiche su campioni affini al soggetto.
Le grandezze cinematiche (angoli) sono rappresentate in funzione della % del ciclo del passo
(asse x) pertanto i parametri angolari degli arto dx e sx sono relativi plottati sulla medesima
coordinata.
Un ciclo del passo viene definito dall’istante di contatto di un piede al terreno fino al contatto
successivo dello stesso piede.
Fig.7: Rappresentazione schematica del ciclo del passo.
In aggiunta ai dati sopramenzionati si utilizza spesso il parametro GGI (Gillette Gait Index)
ossia un indice sintetico in grado di quantificare globalmente il pattern deambulatorio del
soggetto (Schutte 2000).
Viene calcolato come la distanza tra un set di 16 variabili discrete che descrivono il cammino di
un soggetto e una media di tali variabili calcolata dai dati di persone price vi patologie.
Fig.8: Bouquet di variabili cinematiche che determinano il GGI.