Stima basata sull'apprendimento automatico dell'equilibrio dinamico e dell'adattabilità dell'andatura in persone con malattie neurologiche utilizzando sensori inerziali

Rapporti scientifici volume 13, numero articolo: 8640 (2023) Citare questo articolo

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Uno scarso equilibrio dinamico e un alterato adattamento dell’andatura a diversi contesti sono tratti distintivi delle persone con disturbi neurologici (PwND), che portano a difficoltà nella vita quotidiana e ad un aumento del rischio di cadute. La valutazione frequente dell’equilibrio dinamico e dell’adattabilità dell’andatura è quindi essenziale per monitorare l’evoluzione di questi disturbi e/o gli effetti a lungo termine della riabilitazione. L'indice dinamico dell'andatura modificato (mDGI) è un test clinico convalidato specificamente dedicato alla valutazione degli aspetti dell'andatura in contesti clinici sotto la supervisione di un fisioterapista. La necessità di un ambiente clinico, di conseguenza, limita il numero di valutazioni. I sensori indossabili sono sempre più utilizzati per misurare l’equilibrio e la locomozione in contesti del mondo reale e possono consentire un aumento della frequenza di monitoraggio. Questo studio mira a fornire un test preliminare di questa opportunità utilizzando regressori di machine learning annidati e convalidati in modo incrociato per prevedere i punteggi mDGI di 95 PwND tramite segnali inerziali raccolti da brevi periodi di cammino stazionario derivati ​​dal test del cammino di 6 minuti. Sono stati confrontati quattro diversi modelli, uno per ciascuna patologia (sclerosi multipla, morbo di Parkinson e ictus) e uno per la coorte multipatologica raggruppata. Le spiegazioni del modello sono state calcolate sulla soluzione con le migliori prestazioni; il modello addestrato sulla coorte multipatologica ha prodotto un errore assoluto del test mediano (intervallo interquartile) di 3,58 (5,38) punti. In totale, il 76% delle previsioni rientrava nella variazione minima rilevabile di 5 punti della mDGI. Questi risultati confermano che le misurazioni della camminata in stato stazionario forniscono informazioni sull’equilibrio dinamico e sull’adattabilità dell’andatura e possono aiutare i medici a identificare caratteristiche importanti da migliorare durante la riabilitazione. Gli sviluppi futuri includeranno la formazione del metodo utilizzando brevi periodi di camminata stazionaria in contesti del mondo reale, analizzando la fattibilità di questa soluzione per intensificare il monitoraggio delle prestazioni, fornendo un tempestivo rilevamento di peggioramenti/miglioramenti e integrando le valutazioni cliniche.

Le persone sane si adattano facilmente alle perturbazioni ambientali: si riprendono dagli impulsi esterni e apprendono le dinamiche del cammino in diversi contesti. La locomozione richiede una modulazione continua della coordinazione all'interno e tra gli arti per mantenere l'equilibrio durante la progressione e per soddisfare le richieste provenienti dall'ambiente del mondo reale (ad esempio, passare dalla camminata in linea retta al camminare sopra un ostacolo)1. Per raggiungere questo obiettivo, il sistema nervoso centrale sfrutta il controllo sensomotorio che trasmette e integra gli input sensoriali visivi, propriocettivi e vestibolari per rilevare deviazioni dalla postura eretta e generare la risposta muscolare appropriata per correggere queste deviazioni1, 2. Poiché il feedback sensomotorio è alterato nelle persone con disturbi neurologici (PwND), l'equilibrio dinamico (cioè la capacità di mantenere l'equilibrio durante il movimento del corpo) e la sua adattabilità ai cambiamenti ambientali sono compromessi3, con un alto rischio di caduta. Infatti, i predittori di cadute più comunemente riscontrati sono i disturbi dell'andatura e i disturbi dell'equilibrio4. Pertanto, sono stati sviluppati molti strumenti di valutazione dell'equilibrio dinamico, tra cui scale cliniche5, marcatori quantitativi dell'andatura6, posturografia7, protocolli di prevenzione delle cadute8 e test a compito singolo e doppio9. Per quanto riguarda le scale cliniche, la scala di equilibrio Berg10, la MiniBESTest10, la timed up and go (TUG)11 e l'indice di andatura dinamica modificato (mDGI)12, 13 sono tra le più comunemente utilizzate nella pratica clinica per misurare l'equilibrio nella PwND. Rispetto alla scala Berg, che non valuta l'equilibrio dinamico durante la locomozione, e al TUG e al MiniBESTest, che valutano questo aspetto in pochi compiti funzionali (ovvero, un compito nel TUG e cinque compiti nel MiniBESTest), la mDGI è specificatamente dedicata all'equilibrio dinamico durante la locomozione. misurare la capacità di un individuo di mantenere l'equilibrio e di adattare la propria andatura in presenza di diverse esigenze ambientali, essenziali per svolgere le attività locomotorie della vita quotidiana senza cadere. L'mDGI valuta otto aspetti dell'andatura; valuta la distanza, il tempo, l'ambiente, il terreno, il carico fisico, l'attenzione e le transizioni posturali, che sono rappresentativi delle esigenze ambientali di un essere umano che cammina. Il punteggio più alto possibile sull'mDGI è di 64 punti. L'mDGI è stato ampiamente validato in soggetti con disabilità motorie14, 15 e in diverse coorti patologiche come ictus (ST), disfunzione vestibolare, sclerosi multipla (SM), lesioni cerebrali traumatiche e morbo di Parkinson (PD)12, 13. Recentemente, Torchio et al. hanno fornito valori limite per identificare PwND con rischio minimo o nullo di cadute (punteggio mDGI \(> 49\)) e PwND con rischio elevato di cadute (punteggio mDGI \(\le 29\))16. La variazione minima rilevabile nell'mDGI è di 5 punti in PwND14, 15.