Luigi Di Lorenzo 2013

GAIT ANALYSIS Aziendale APPARECCHIATURA BTS già in dotazione
COSa è l'ANALISI DEL PASSO? GAIT analysis?

La Gait Analysis o analisi computerizzata della deambulazione consente nel monitorare il movimento del paziente e di misurare quantitativamente aspetti della deambulazione che diventano fondamentali nella valutazione della sua limitazione funzionale.

Avere a disposizione un laboratorio di Gait Analysis dà ai clinici la possibilità di conoscere meglio l'efficacia di determinati percorsi terapeutici e conseguentemente di ottimizzare la scelta del trattamento più idoneo ad ogni singola persona.

Introduzione
Da qualche anno nei documenti di programmazione sanitaria il settore della riabilitazione viene individuata tra quelli che necessitano di maggiori sviluppo (in termini di strutture, operatori,…) e contestualmente viene segnalato il ruolo crescente dell'innovazione tecnologica e dell'uso di sistemi avanzati. Essi si stanno dimostrando preziosi nell'arricchire ed integrare i tradizionali metodi di valutazione di funzionalità e, in molti casi, possono fornire informazioni ed indici di grande utilità nella scelta e nel controllo dei percorsi terapeutici ottimi.
Lo studio della alterazione posturale e motoria in pazienti con problemi motori può dare informazioni molto importanti per conoscere il livello di limitazione funzionale conseguente alla patologia e del suo evolversi nel tempo. Inoltre fornisce importanti elementi di valutazione dell'efficacia di interventi riabilitativi nel recupero delle alterazioni conseguenti allo stato patologico.
Risulta quindi di fondamentale importanza soprattutto per questi pazienti potersi avvalere di tecniche innovative e strumentazioni all'avanguardia che permettano di descrivere, quantificare e valutare il movimento. Uno dei movimenti particolarmente significativo della situazione motoria del paziente è il movimento della camminata, movimento molto complesso che vede coinvolte sinergicamente diverse articolazioni e risultato di interazioni estremamente raffinate tra i diversi muscoli e le diverse articolazioni.
Per questo motivo l'analisi del cammino è di fondamentale importanza e ha come obiettivo il fornire al clinico informazioni quantitative dettagliate in grado di caratterizzare la deambulazione di un soggetto patologico.
In particolare questo obiettivo è raggiunto dalla Gait Analysis (GA) o analisi computerizzata della deambulazione. Mediante questa analisi si ha la possibilità di definire, attraverso l'uso di apparecchiature sofisticate, integrate tra di loro, il pattern deambulatorio del soggetto in esame.
Grazie ad alcune sue importanti proprietà, quali la non invasività, la possibilità di ripetere l'esame più volte in un arco di tempo ridotto, il carattere quantitativo e la tridimensionalità dei dati forniti, essa si pone come fondamentale strumento di indagine nell'analisi del movimento umano.


L'analisi della postura e del movimento
L'analisi della postura e del movimento umano costituisce un settore biomedico in forte espansione e di grande interesse dal punto di vista clinico, in quanto la postura ed il movimento sono il risultato dell'interazione di tre principali sistemi fisiologici: il sistema nervoso, il sistema muscolo-scheletrico ed il sistema sensoriale.
La valutazione delle caratteristiche della postura e del movimento, nonché delle loro variazioni rispetto ad una situazione di normalità, possono essere di enorme utilità in campo clinico per la diagnosi di particolari patologie a carico di uno dei sistemi coinvolti, così come per la pianificazione ed il controllo di specifici trattamenti riabilitativi; in particolare è utile una valutazione quantitativa della postura e del movimento che può essere effettuata solo utilizzando metodologie e tecnologie 'ad hoc'. Attualmente ciò di cui dispone la clinica per la valutazione della postura e del movimento in particolare per la valutazione della camminata gesto motorio che vede coinvolte diverse articolazioni in modo contemporaneo, è la ripresa video che però presenta alcuni limiti. Innanzitutto dalla ripresa video è possibile effettuare delle considerazioni solo di tipo qualitativo del movimento oggetto della video registrazione. In particolare è possibile per esempio evidenziare una determinata strategia motoria (per esempio una camminata sulle punte o in equinismo) ma è assai difficile rispondere all'esigenza di quantificare alcuni aspetti della strategia osservata (di quanto è in equino quel piede). Inoltre nella valutazione video anche la soggettività della interpretazione del pattern locomotorio è elemento da considerare. Solo occhi esperti riescono ad individuare aspetti motori che possono facilmente sfuggire ad occhi meno esperti. Inoltre la videoregistrazione dà la possibilità di effettuare delle considerazioni solo relativamente ad un piano (quindi nel bidimensionale) evidenziando il comportamento motorio nel piano sagittale del soggetto qualora la telecamera sia posta lateralmente rispetto al soggetto, nel piano frontale del soggetto qualora la telecamera venga posta di fronte al soggetto. Nel piano orizzontale è chiaramente assai difficile evidenziare atteggiamenti e strategie motorie in quanto si avrebbe la necessità di posizionare una telecamera sopra al soggetto in movimento. Se quindi la ripresa video fornisce delle informazioni, seppure qualitative e bidimensionali della cinematica del movimento non è assolutamente in grado di fornire alcuna informazione a riguardo della dinamica del movimento (per esempio a riguardo delle forze scambiate al terreno conseguenti a quel determinato appoggio) ed alla attivazione muscolare associata a quel determinato gesto motorio. Proprio da queste limitazioni deriva la necessità di introdurre una valutazione strumentale in grado di fornire al clinico informazioni quantitative, tridimensionali, sia relative alla cinematica ma anche alla dinamica ed alla attivazione muscolare del movimento.
L'analisi quantitativa del movimento viene effettuata presso laboratori meglio identificati, secondo la dizione anglosassone come Motion Analysis Lab (MAL).Negli ultimi anni diversi centri clinici si sono attrezzati di un MAL effettuando prove di analisi di movimento per diverse situazioni patologiche.


Strumentazione
Le caratteristiche richieste dalla strumentazione contenuta in un MAL possono essere sintetizzate nelle seguenti:

- Tridimensionalità (3D)
- Non invasività
- Possibilità di fornire informazioni quantitative con elevata precisione
- Possibilità di effettuare una analisi integrata multifattoriale e cioè di acquisire contemporaneamente dati relativi alla cinematica (per es. le traiettorie del movimento) alla dinamica (per es. lo scambio di forze al terreno) ed all'attivazione muscolare (elettromiografia o EMG).
- Facile utilizzo
- Costi adeguati

La strumentazione tipica di un MAL "tradizionale" è la seguente:

- Sistemi optoelettronici, sistemi in grado di misurare le coordinate tridimensionali di marker, elementi di materiale catarifrangente che vengono apposti sul corpo del soggetto in particolare punti di repere. I marker sono illuminati ad intervalli regolari da ciascuna telecamera da una sorgente a luce in prossimità dell'infrarosso (figura 1c) ed il riflesso ripreso dalla telecamera coassiale alla sorgente di luce. Lavorando le telecamere nell'ambito dell'infrarosso il sistema è assolutamente non invasivo. Semplificando molto il funzionamento della apparecchiatura e rimandando ad una trattazione più dettagliata del funzionamento della apparecchiatura a pubblicazioni specifiche (Pedotti, 1989).

E' importante precisare che l' apparecchiatura misura le coordinate tridimensionali (XYZ) dei marker che vengono apposti sul corpo del soggetto.
Note le coordinate tridimensionali dei marker è possibile quindi calcolare traiettorie grandezze angolari (e quindi determinare angoli di flesso-estensione, abdo-adduzione e extra-intra rotazione delle principali articolazioni), velocità accelerazioni e conoscere quindi in dettaglio la cinematica del movimento del segmento corporeo sul quale sono stati posizionati i marker . I marker in genere vengono apposti sul corpo del soggetto mediante l'uso di semplice biadesivo

Fig. 1
a) Posizionamento dei marker sul paziente secondo il protocollo Davis,
b) marker
c) telecamera sistema ELITE, BTS, Italy.


- Piattaforme di forza sistemi in grado di misurare il sistema di forze scambiate al terreno . Conoscendo il sistema di forze scambiate al terreno ed acquisita la cinematica mediante i sistemi optoelettronici è quindi possibile calcolare i momenti e le potenze alle diverse articolazioni.
Fig. 2
Nella foto a sinistra è possibile osservare le due piattaforme di forza sotto i piedi del paziente (Laboratorio Casa Di Cura San Raffaele - Pisana, Tosinvest Sanità,Roma) sulla destra la figura rappresenta il vettogramma generato durante l'appoggio del piede sulla piattaforma di forza nella camminata.

- Elettromiografi: sistemi in grado di acquisire il segnale elettrico associato alla contrazione mediante elettrodi superficiali.
Fig. 3
Elettromiografo ed elettrodi superficiali.


- Baropodometria elettronica, sistema in grado di misurare la distribuzione delle pressioni mediante l'utilizzo di una matrice di sensori opportunamente sagomati. A seconda del tipo di sensore utilizzato (di grandi dimensioni o a solette) si ha la possibilità di misurare le distribuzione di pressioni per esempio della volta plantare o la distribuzione delle pressioni su grandi superfici quali sul sedile di una specifica sedia (tale rilevazione è utilissima per soggetti non deambulanti al fine di identificare le zone di massima pressione che possono dare origine a piaghe da decubito).
Fig.4
esempio di Baropodometria elettronica di un soggetto con varosupinazione del piede destro: le zone a colorazione rosse corrispondono a zone di elevata pressione.


- sistemi di ripresa video. Con la ripresa video del paziente il clinico ha la possibilità di osservare il gesto motorio del bambino da un punto di vista qualitativo, e dai grafici relativi alla cinematica alla dinamica e alla elettromiografia avere delle informazioni dettagliate multifattoriali relative al movimento che si sta analizzando. L'analisi della ripresa video è molto importante anche da un punto di vista didattico (è molto più semplice capire un determinato grafico relativo alla cinematica dell'articolazione se osservo il movimento reale del paziente).


Come si effettua una prova di Gait Analysis?
La modalità dell'esame di Gait Analysis può essere riassunta come indicata nel seguito.
Il protocollo maggiormente utilizzato è il Protocollo 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 degli elementi di materiale catarifrangente (o marker) in determinati punti di repere (Fig. 5).
Fig.5
Posizione dei marker e degli elettrodi sulla cute del soggetto
Il sistema optoelettronico misura le coordinate dei marker posizionati sul corpo del paziente ed un opportuno programma partendo da queste coordinate calcola gli angoli di flesso estensione, abdo-adduzione, extra-intra rotazione delle articolazioni anca, ginocchio caviglia; dalla misura del sistema di forze effettuato dalla piattaforma di forza, unitamente alla cinematica vengono calcolati i momenti e le potenze alle varie articolazioni (Davis, 1991)
Al soggetto viene richiesto di mantenere la posizione ortostatica indifferente per circa 5 sec, e viene effettuata la rilevazione (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.
Dopo un numero ritenuto sufficiente di acquisizioni dal punto di vista della ripetibilità della misura (in genere 6 rilevazioni) la prima sessione è conclusa. In genere si ritiene opportuno effettuare delle prove aggiuntive (sessione 2) posizionando oltre ai marker anche gli elettrodi per l'analisi elettromiografica. I muscoli che di volta in volta vengono evidenziati sono scelti a seconda della situazione patologica del soggetto e a seconda del muscolo di cui si vuole studiare il ruolo durante la deambulazione. Anche in questo caso la sessione 2 viene conclusa dopo circa 6 rilevazioni.


Che cosa si ottiene da un esame di Gait Analysis?
A seguito di una particolare elaborazione dei dati acquisiti si passa alla rappresentazione del corpo del soggetto mediante una rappresentazione a stick (vale a dire a segmenti) o meglio ancora ad una rappresentazione mediante uno scheletro rappresentativo del movimento del paziente. A parte la rappresentazione che può essere di aiuto nell'interpretazione del movimento è importante precisare che 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)
- dati di dinamica: e più in particolare momenti e potenze alle articolazioni di anca ginocchio e caviglia (particolarmente significativa è la dinamica nel piano sagittale)
- dati elettromiografici: e più in particolare attivazione e disattivazione muscolare.
In particolare in figura 6 sono riportati alcuni risultati di prove di Gait Analysis in particolare la rappresentazione dello scheletro in movimento del soggetto analizzato (Fig. 6.a) , i grafici di cinematica relativi al comportamento di felsso/estensione, Abdo/adduzione ed extra e intra rotazione dell'arto destro (linea in blu) e dell'arto sinistro (linea rossa) di un soggetto diplegico (Fig. 6b). Le linee grigie rappresentano il range di normalità . Le grandezze cinematiche sono rappresentati in funzione della % del ciclo del passo (asse x). Un ciclo del passo viene definito dall'istante di contatto di un piede al terreno fino al contatto successivo dello stesso piede.
Fig.6
a) grafici di cinematica risultati della prova di Gait Analysis

b) segnali elettromiografici acquisiti durante le prove di Gait Analysis



Utilizzo della Gait Analysis in ambito clinico
L'analisi computerizza della camminata trova grande impiego in ambito clinico in quanto permette di monitorare il movimento del soggetto in esame. In particolare permette di misurare quantitativamente aspetti della deambulazione che diventano fondamentali nella valutazione della limitazione funzionale del soggetto.
Inoltre dato il grande utilizzo della Gait Analysis nel caso di bambini affetti da spasticità soprattutto negli Stati Uniti esiste una grande esperienza relativamente alla scelta del percorso chirurgico più adeguato a seconda della presenza di determinati atteggiamenti motori. La letteratura internazionale riporta infatti dei suggerimenti relativi alla tecnica chirurgica a seconda della presenza nei tracciati di Gait Analysis di particolari pattern locomotori.
Infine la Gait Analysis permette una dettagliata valutazione dell'efficacia del trattamento effettuato sul paziente e sicuramente questo è l'aspetto più importante che porta un centro clinico a dotarsi di un laboratorio di Analisi del Movimento. Avere la possibilità di monitorare quantitativamente il movimento del paziente porta alla possibilità di misurare quantitativamente gli effetti prodotti da una determinata tecnica farmacologia, chirurgica, riabilitativa. Inoltre avere a disposizione questa metodica dà la possibilità di evidenziare l'efficacia dell'uso di particolare ortesi o meglio di valutare quanto una ortesi sia più adeguata per quello specifico paziente. La semplicità dell'esame e l'assoluta non invasività permette di effettuare l'acquisizione anche di pazienti poco collaboranti o caratterizzati da deambulazioni particolari(Fig.7).
Fig.7
Prova di Gait Analysis in un bambino di
3 anni deambulante con ausili.
Nel caso di bambini con PCI la letteratura internazionale (Lee, 1992; De luca 1997; Kay 2000) ritiene che l'uso della Gait Analysis abbia veramente cambiato il modo di intervenire su questi piccoli pazienti in quanto:

- nella fase pre trattamento le informazioni fornite dalla Gait Analysis risultano di fondamentale importanza per avere una valutazione più precisa e completa della limitazione funzionale del soggetto elemento di fondamentale importanza per la scelta del trattamento più adeguato del paziente
- nella fase post trattamento le informazioni fornite dalla Gait Analysis permettono di effettuare una accurata analisi dei risultati ottenuti dal trattamento effettuato. In particolare vi è la necessità di studiare in modo dettagliato l'efficacia del trattamento chirurgico evidenziando quanto sia importante intervenire in sede chirurgica sia sulle parti molli che sulle parti ossee, così pure su diverse articolazioni contemporaneamente rispetto agli interventi sulle singole articolazioni. Nel caso di altri trattamenti quali il trattamento mediante Tossina Botulinica o mediante pompa al Baclofen è importante valutare l'efficacia del trattamento così come l'effetto nel tempo del trattamento stesso.


Conclusioni
A conclusione di questo lavoro si può dire che la Gait Analysis è una metodica molto interessante in ambito clinico-riabilitativo in quanto permette di misurare quantitativamente non solo gli aspetti di cinematica del movimento umano ma anche aspetti dinamici ed elettromiografici di fondamentale importanza nella valutazione del movimento e nella valutazioni delle variazioni in caso di situazioni patologiche. Questo porta il clinico ad una visione più dettagliata della situazione del paziente e conseguentemente all'analisi di un percorso riabilitativo più mirato alla esigenza del paziente.
Inoltre l'analisi computerizzata del movimento fornisce la possibilità di monitorare in modo assolutamente oggettivo l'efficacia di determinati trattamenti.
Testimonianza dell'importanza dell'analisi quantitativa del movimento è il crescente numero dei Laboratori presso Istituti clinici che stanno sempre più crescendo in questi ultimi anni in Italia. Avere a disposizione un laboratorio di Gait Analysis dà ai clinici la possibilità di conoscere meglio la limitazione funzionale del paziente, di conoscere l'efficacia di determinati percorsi terapeutici e conseguentemente di ottimizzare la scelta del trattamento più idoneo al singolo paziente.


Bibliografia
1.Albertini G., Galli M., Tenore N., Crivellini M., Rubino S., "The use of gait analysis in clinics: our experience in a pediatric rehabilitative center" Progress Report , Vol. 13 N.1 pp 29- 36, 2001

2.Carletti T., Galli M., Motta F., "La Paralisi Cerebral Infantile: moderni orientamenti in ortopedia riabilitativa", Medico e Bambino, Vol.20 N.3, pp.162-166, 2001

3.Davis R. B, S. Ounpuu, D. J. Tyburski, J. R. Gage, "A gait analysis data collection and reduction technique," Hum. Mov. Sci., vol. 10, pp. 575-587, 1991.

4.Gage J.R., An overview of normal and cerebral palsy gait, Neurosurgery: State of the Art Reviews; 4 (2): 379-401,1989.

5.Galli M., Crivellini M., Fazzi E., Motta F., "Energy consumption and Gait Analysis in Children with Myelomoenigocele" Functional Neurology; XV (3): 171-175, 2000.

6.Galli M., Fazzi E., Motta F., Crivellini M., "Kinematic and dynamic analysis of the ankle joint in children with cerebral palsy" Functional Neurology; XIV (3): 135-140,1999.

7.Galli M., Crivellini M.,G. Santambrogio, Fazzi E., Motta F., "Short-term effect Botulinum Toxin A as a treatment forchildren with Cerebral Palsy : kinematic and kinetic aspects of ankle joint" Functional Neurology Vol. XVI N.4, pp.161-168, 2001

8.Galli M., Albertini G., Tenore N., Crivellini M., "L'utilizzo della Gait Analysis in ambito clinico", La Nuova Stampa Medica Italiana", Anno XXI, pp 37- 43, 2001

9.Pedotti A., Ferrigno G., "Elite : a digital dedicated hardware system for movement analysis via real-time TV signal precessing", IEEE Trans. Biomed. Eng., 32, 943-950, 1989.

10.Perry J., The Gait cycle, Gait Analysis Normal and pathological Function, Slack Inc;. p. 9-16, 1992.

11.Romei M., Galli M., Sibella F., Crivellini M., "La Gait Analysis come strumento di qualità nei processi sanitari", De Sanitate, Anno IV N.26, pp.50-53, 2001