Presentiamo il Romiumetro: un nuovo strumento per misurare il movimento delle articolazioni

Misurare quanto bene le persone si muovono è importante per identificare e tenere d'occhio vari problemi di salute legati a muscoli e articolazioni. Un modo chiave per misurare il movimento è attraverso il range di movimento (ROM) di un'articolazione. Questo aiuta i medici e i ricercatori a capire quanto bene può muoversi qualcuno ed è spesso usato nelle valutazioni cliniche.

Lo strumento più comune per misurare il ROM si chiama Goniometro universale. Questo dispositivo è semplice, portatile e facile da usare. Ha due braccia collegate a un'estremità che possono misurare angoli fino a 360 gradi. Per usarlo, una braccio viene tenuto fermo su una parte dell'articolazione mentre l'altro viene regolato per misurare quanto può muoversi l'articolazione. L'angolo può poi essere letto su una scala.

Anche se i goniometri sono utili, la loro precisione può essere influenzata da diversi fattori. Questi includono l'abilità della persona che usa lo strumento, l'allineamento del goniometro con l'articolazione e l'identificazione dei corretti punti ossei per la misurazione. Inoltre, studi hanno dimostrato che ci possono essere variazioni significative nei risultati quando diversi tester usano il goniometro. Questo porta a una necessità di uno strumento più affidabile e anche facile da usare.

#Altre Tecnologie di Misurazione

I ricercatori hanno esaminato altre tecnologie per migliorare la misurazione del ROM. Queste includono inclinometri digitali, sistemi di analisi del movimento e dispositivi specializzati per specifiche articolazioni. Gli inclinometri digitali sono affidabili ma richiedono che la persona testata sia posizionata correttamente rispetto alla gravità. Non ci sono stati molti studi che confrontano direttamente la loro precisione con sistemi molto precisi.

I sistemi di analisi del movimento, che si basano su campi elettromagnetici, hanno requisiti complicati. Possono essere usati solo in certi ambienti e richiedono molto setup. Dispositivi specificamente progettati per misurare i movimenti del collo hanno mostrato buona affidabilità ma hanno simili limitazioni con il loro setup.

Alcuni studi hanno sperimentato l'uso di ultrasuoni o metodi di elaborazione delle immagini per misurare il ROM, mentre i sistemi di cattura del movimento ottico sono noti per fornire misurazioni molto precise. Tuttavia, questi sistemi sono spesso troppo complicati e costosi per un uso clinico regolare.

Recentemente, c'è stato interesse nell'usare dispositivi indossabili dotati di unità di misura inerziale (IMU). Questi dispositivi possono tenere traccia dei movimenti misurando l'accelerazione e la rotazione. Sono stati esplorati in vari contesti, come l'analisi dei pattern di camminata e il monitoraggio del recupero dopo un intervento chirurgico. Alcuni studi hanno mostrato che le IMU possono eguagliare i risultati dei goniometri nella misurazione dei movimenti della spalla, ma versioni accessibili di questi strumenti per l'uso clinico quotidiano sono ancora mancanti.

#Sviluppo del Romiumetro

L'obiettivo è creare un nuovo strumento per misurare il ROM articolare che combina i vantaggi di facilità d'uso e precisione. Il Romiumetro è un dispositivo open-source realizzato con un'unica IMU e un software che gira su un computer. È progettato per misurare il ROM delle articolazioni del collo e della spalla in tutte le direzioni.

#Hardware e Design

Il Romiumetro è stato realizzato per essere piccolo e leggero, rendendolo facile da indossare su varie parti del corpo usando una cinghia in velcro. Il modello attuale usa parti facilmente disponibili, incluso un microcontrollore, un sensore IMU, un modulo Bluetooth e un modulo di ricarica della batteria. Funziona con una batteria che dura tra le 5 e le 6 ore quando è completamente carica. Le parti sono racchiuse in un case stampato in 3D, e gli utenti possono indossarlo sul braccio superiore o sulla fronte, a seconda di quale articolazione viene testata.

Il dispositivo raccoglie dati a una velocità elevata e li invia via Bluetooth a un computer per l'analisi.

#Validazione del Romiumetro

Per garantire che il Romiumetro sia efficace, deve essere testato contro un sistema di cattura del movimento altamente preciso. Questo implica far eseguire a persone vari movimenti del collo e della spalla mentre indossano il dispositivo. L'obiettivo è confrontare i dati raccolti dal Romiumetro con quelli del sistema di cattura del movimento per vedere quanto bene misura il ROM.

#Processo di Studio

Volontari sani hanno partecipato allo studio, e sono stati stabiliti criteri rigorosi per includere solo chi non ha dolore al collo o alla spalla. Ogni partecipante ha eseguito una serie di movimenti mentre il Romiumetro era posizionato sui punti appropriati del corpo.

I movimenti includevano flessione, estensione, abduzione, adduzione e rotazioni della spalla. Per il collo, i movimenti includevano flessione, estensione, flessione laterale e rotazioni. I partecipanti erano istruiti a muoversi a una velocità confortevole, tornando a una posizione di riposo dopo ogni azione.

#Registrazione dei Dati

Durante le sessioni, il Romiumetro ha registrato tutti i movimenti mentre un sistema di cattura del movimento tracciava le posizioni dei marker posizionati sul dispositivo. Questo ha permesso una sincronia precisa dei dati provenienti da entrambi i sistemi.

#Algoritmi per l'Elaborazione dei Dati

Sono stati testati diversi metodi per interpretare i dati del Romiumetro. Questi includevano l'uso diretto del giroscopio, un filtro complementare e un algoritmo di fusione dei sensori specializzato. Questi metodi aiutano a determinare quanto bene il dispositivo calcola gli angoli dai movimenti.

#Analisi degli Errori

Una parte importante della validazione è capire eventuali errori presenti nei dati. I ricercatori hanno indagato diverse fonti di errore nelle misurazioni del Romiumetro.

#Effetti del Rumore

Una significativa fonte di errore proviene dal rumore intrinseco nei sensori. Sono stati effettuati test mantenendo fermo il Romiumetro per misurare questo rumore e il suo impatto sulle letture. Inoltre, è stata valutata l'accuratezza del sistema di cattura del movimento stesso utilizzando un encoder ad alta risoluzione.

#Confronto dei Risultati

I risultati del Romiumetro sono stati confrontati con quelli del sistema di cattura del movimento e dell'encoder. Attraverso questo confronto, i ricercatori hanno potuto identificare quanto fossero precise le misurazioni del Romiumetro rispetto a uno standard d'oro.

#Affidabilità delle Misurazioni

Per stabilire l'affidabilità, le misurazioni del Romiumetro sono state testate da diversi fisioterapisti. I risultati hanno mostrato che il Romiumetro produceva letture coerenti, indicando che potrebbe essere usato in modo affidabile da diversi utenti in contesti clinici.

#Statistiche di Affidabilità

Sono stati calcolati punteggi per quantificare l'affidabilità del dispositivo sia nei test intra-rater (stesso utente che misura a tempi diversi) che inter-rater (diversi utenti che misurano). I risultati hanno indicato una buona affidabilità, anche se alcuni movimenti specifici hanno mostrato affidabilità moderata.

#Conclusione

Il Romiumetro mostra promesse come nuovo strumento per misurare il ROM articolare. È facile da usare, portatile e fornisce misurazioni accurate rispetto ai sistemi esistenti. Lo studio ha dimostrato che il Romiumetro è efficace nella valutazione dei movimenti del collo e della spalla. Date le risultanze positive, ci si aspetta che possa essere utilizzato ampiamente dai clinici nella pratica.

Il lavoro futuro si concentrerà sul testare il Romiumetro con pazienti affetti da condizioni articolari ed esplorare la sua efficacia per altre articolazioni. L'obiettivo finale è migliorare il modo in cui viene valutata la capacità di movimento in vari contesti medici.