Convalida di un nuovo compito strumentale per la valutazione dell'arto superiore

Nei disturbi del movimento, come la sclerosi multipla, sono comunemente presenti menomazioni nel controllo sensomotorio dei movimenti degli arti superiori diretti a uno scopo, che portano a una ridotta capacità di svolgere le attività della vita quotidiana e a una maggiore dipendenza dagli operatori sanitari. A causa della natura invalidante delle menomazioni degli arti superiori, sono spesso al centro del processo di neuroriabilitazione delle persone con disturbi del movimento. Questo processo si basa su una descrizione precisa della presenza e della gravità delle menomazioni sensomotorie attraverso le cosiddette valutazioni. In particolare, queste valutazioni sono fondamentali per individuare gli interventi terapeutici, per fornire documentazione assicurativa che giustifichi ulteriori terapie, e per far luce sui meccanismi spesso sconosciuti alla base delle menomazioni e della loro evoluzione temporale.

Le valutazioni assistite dalla tecnologia possono fornire dati dettagliati sul movimento (cinematica) e sulla forza di presa (cinetica) che consentono una descrizione obiettiva e tracciabile del comportamento dell'arto superiore. Ciò offre il potenziale per caratterizzare in modo sensibile le menomazioni sensomotorie e potrebbe aiutare a ridurre significativamente le dimensioni del campione richieste negli studi clinici che richiedono risorse. Tali valutazioni assistite dalla tecnologia in genere consistono in un'interfaccia robotica (ad esempio, esoscheletro o end-effector) che funziona come un joystick e un ambiente di realtà virtuale con un'attività di manipolazione mirata che viene visualizzata su uno schermo di computer 2D situato accanto al robot interfaccia. Mentre questi approcci sono ampiamente utilizzati per scopi di ricerca e hanno mostrato risultati promettenti nel rilevare le menomazioni sensomotorie, è stato osservato che alcuni soggetti hanno schemi di movimento atipici e un'elevata variabilità durante l'esecuzione ripetuta del compito di valutazione (elevata variabilità intra-soggetto). Questi artefatti possono derivare da una percezione non intuitiva della profondità sullo schermo 2D e da una collocazione visuomotoria mancante, che può indurre una distorsione nelle misure dei risultati della valutazione e ridurre la capacità della valutazione di catturare i cambiamenti longitudinali (affidabilità e sensibilità). Per superare queste sfide, sono state proposte attività di valutazione che si basano su feedback visuomotorio collocati in modo virtuale o display immersivi montati sulla testa. Tuttavia, il feedback visuomotorio collocato virtuale ha ancora i suoi limiti, specialmente quando si suppone che i soggetti interagiscano con gli oggetti virtuali, come nelle attività di manipolazione di oggetti 3D che sono tipicamente utilizzate in contesti clinici. Inoltre, si prevede che i display montati sulla testa abbiano una fattibilità clinica limitata nelle persone ingenue alle tecnologie o con disturbi cognitivi.

Lo scopo di questo progetto di collaborazione tra l'ETH di Zurigo (Prof. Dr. Gassert, Dr. Lambercy, Dr. Kanzler) e Kliniken Valens (Dr. med. Dott. sc. nat. Roman Gonzenbach, Ramona Sylvester) è quello di convalidare il concetto di valutazione delle menomazioni sensomotorie degli arti superiori con un'interfaccia robotica incorporata in un nuovo compito di manipolazione fisica di oggetti 3D, il Physical Peg Insertion Test (PPIT), e confrontarlo con un approccio di valutazione virtuale esistente. Più in dettaglio, l'obiettivo è quello di eseguire uno studio longitudinale con il PPIT e il suo pendente virtuale precedentemente validato, il Virtual Peg Insertion Test (VPIT), in persone con disturbi del movimento. Ciò consentirà di confrontare la fattibilità, la validità, l'affidabilità e la sensibilità delle valutazioni strumentali fisiche e virtuali. Entrambi gli approcci si basano su un dispositivo end-effector tattile certificato CE (Geomagic Touch, 3D Systems) e una maniglia strumentata. Per il PPIT, un elettromagnete che può essere controllato attraverso le forze di presa applicate è collegato all'end-effector ed è necessario per raccogliere i pioli magnetici fisici in un'attività fisica del pannello forato. Per il VPIT, un personal computer esegue il rendering di un ambiente di realtà virtuale con pioli virtuali che devono essere trasportati in buchi virtuali. Questi approcci sono stati sviluppati presso il Rehabilitation Engineering Laboratory dell'ETH di Zurigo e si sono dimostrati fattibili, sicuri ed efficienti in termini di tempo (5 ripetizioni del compito, durata di circa 15 minuti per lato del corpo) nei controlli normodotati e nelle persone con ictus, sclerosi multipla o atassia cerebellare con livelli di disabilità da lievi a moderati. Mentre il PPIT è stato sviluppato solo piuttosto di recente, il VPIT è già stato ampiamente utilizzato negli studi clinici in tutto il mondo. Ancora più importante, il VPIT è già stato stabilito con successo come valutazione clinica di routine per tutte le persone con sclerosi multipla che sono ricoverate presso la Kliniken Valens ed è quindi ben noto alla clinica, che fornisce le basi per la corretta attuazione del progetto pianificato. Attraverso questi e altri test precedenti, potrebbero già essere registrati i dati dei sensori di 120 soggetti normodotati, che fungono da database normativo, e oltre 200 persone con disturbi del movimento. I dati cinematici e cinetici grezzi raccolti vengono in genere trasformati attraverso un framework di elaborazione del segnale in 10 metriche basate su sensori che forniscono informazioni su diversi aspetti delle prestazioni dell'attività, tra cui ad esempio fluidità, precisione e velocità del movimento. Dato che il PPIT fornisce gli stessi dati dei sensori del VPIT, il framework di elaborazione del segnale del VPIT può essere applicato anche ai dati raccolti con il PPIT, consentendo di estrarre le 10 metriche basate sui sensori in entrambi gli scenari e serve come base per il loro confronto.