TELEMEDICINA E TELERIABILITAZIONE

Sensoristica indossabile nel percorso di cura del paziente neurologico

Franco MOLTENI, Alessandro SPECCHIA, Giovanni CANNAVIELLO, Eleonora GUANZIROLI

Centro di Riabilitazione Villa Beretta (Costa Masnaga) – Ospedale Valduce (Como)

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La mobilità, intesa come modalità di azione ed interazione ambientale – sociale della persona, e la capacità di gestione della mobilità e le relative performances sono un target rilevante nella valutazione della disabilità generata sia da lesioni congenite che acquisite del sistema nervoso di qualsiasi natura, sia nelle problematiche derivanti dal sistema muscoloscheletrico [1,2]. La dinamica multifattoriale delle modalità di pianificazione e controllo della mobilità, e le correlate disfunzioni, influenzate dalla condizione della persona e dal contesto in cui si trova ad agire/interagire, rendono necessaria una valutazione multidimensionale clinico-strumentale in ambiente sanitario e, in misura sempre più rilevante, in un ambiente ecologico di vita della persona [3,4].

L’utilizzo di laboratori specificamente dedicati all’analisi del movimento fornisce accurate informazioni biomeccaniche ma non permette di valutare la prestazione motoria in tempi/contesti della vita reale che invece è possibile con lo sviluppo di sensori indossabili in grado di valutare e monitorare il movimento (deambulazione, variazioni posturali, attività degli arti superiori) in setting ecologici.

In tal senso, misurazioni delle performance nella vita quotidiana, come ad esempio la velocità del cammino, la quantità di movimenti attivi effettuati con gli arti superiori o più semplicemente il numero di passi, possono fornire informazioni utili sulle condizioni cliniche del paziente e sulla partecipazione sociale, favorendo la personalizzazione del trattamento riabilitativo.

Il rapido sviluppo, la miniaturizzazione ed il basso costo dei sensori e delle tecnologie associate offrono la possibilità di ridefinire la progettazione e la gestione del processo riabilitativo al domicilio del paziente, offrendo valutazioni strumentali della quantità e della qualità del movimento. La possibilità di raccogliere tali dati permette anche di realizzare un costante follow up, e di adattare il trattamento riabilitativo al variare delle performances del paziente. Tali procedure di monitoraggio sono realizzabili anche attraverso l’utilizzo di sensori a basso costo, come gli accelerometri triassiali contenuti nei comuni contapassi o anche negli smartphone.

Il problema della certificazione, dell’affidabilità, delle modalità di utilizzo di tali strumenti di misura va però attentamente valutato per evitare di introdurre importanti bias di misura in un processo di diagnosi e cura sanitaria, con tutte le rilevanti implicazioni cliniche, gestionali, medico-legali del caso. Dalla letteratura [5], si può evincere quanto sia importante il corretto posizionamento di tali strumenti per essere affidabili e discreti, evitando di influenzare la prestazione motoria del paziente. Altrettanto importanti sono poi gli algoritmi di analisi, che devono tenere conto della specifica patologia, delle asimmetrie di movimento nelle problematiche a prevalenza monolaterale, con particolare riferimento alla affidabilità di analisi del movimento durante deambulazione. Attualmente, indipendentemente dal costo della strumentazione, gli accelerometri forniscono dati affidabili solo per soggetti ad alta performance motoria, caratterizzata da velocità abbastanza elevate (0,8 m/s) ed il cui cammino risulta essere continuo e simmetrico.

Oltre alla valutazione del cammino, le piccole dimensioni degli strumenti di misurazione basati su accelerometri permettono di arrivare a valutazioni oggettive della quantità di utilizzo dell’arto superiore nella vita quotidiana tramite l’utilizzo di semplici braccialetti con accelerometro triassiale [6], con cui si riesce a monitorare, anche dal punto di vista cinematico, la qualità del movimento e la differenza di utilizzo dei due arti in soggetti con patologie monolaterali. La distribuzione circadiana del movimento, che può essere rilevata, offre interessanti spunti di analisi comportamentale e di interazione sociale, così come indicazioni a cambiamenti delle strategie di esercizio terapeutico domiciliare proposte.

Da segnalare, per la possibile significativa innovazione, sperimentazioni in atto con sistemi di telecamere fornite al domicilio ai pazienti, che rilevano e quantificano i movimenti degli arti superiori partendo da una visione egocentrica (soggettiva del paziente). In tale contesto sono da valutare con attenzione i risvolti che tali misurazioni potrebbero avere sulla privacy del paziente e sulla possibilità di acquisire dati sensibili dei pazienti [7].

Una ulteriore evoluzione delle modalità di fruizione e gestione dei sensori è rappresentata dalla possibilità di essere indossabili ed integrati in magliette che vengono così ad essere sensorizzate, con batterie di lunga durata, e tali da permettere la comunicazione in tempo reale dei parametri rilevati. Si creano così condizioni utili per il monitoraggio e per la personalizzazione del trattamento. Con la progressiva miniaturizzazione di sensori sempre più precisi e specifici, è stato possibile dare utili risposte alla necessità di estrarre informazioni da dati elettrocardiografici, da parametri respiratori e da dati correlati all’attivazione del sistema nervoso autonomo. Si giunge così ad avere informazioni di variabile complessità, che contestualizzano, in termini di controllo multifattoriale biologico del movimento e di interazione con il contesto di vita, la semplice quantificazione del numero di movimenti nello spazio. Si possono conseguentemente generare analisi che tengano conto dell’inferenza delle componenti cognitive nella pianificazione, attuazione e gestione della mobilità.

In particolare, di grande interesse riabilitativo è la Heart Rate Variability (HRV) [8], misura di variabilità della distanza tra 2 picchi successivi dell’onda R dell’elettrocardiogramma, che può essere acquisita in tempo reale, grazie all’utilizzo ad esempio, di una maglietta sensorizzata. Numerose ricerche scientifiche dimostrano che tanto più è alta la variabilità della distanza dei picchi R durante il riposo, tanto più è alta la capacità di adattamento della persona a sollecitazioni provenienti dall’esterno; tale parametro è quindi un indice di flessibilità cognitiva, come dimostra l’alterazione dei valori normativi in pazienti con iniziale deficit cognitivo [9].

Tali segnali possono essere analizzati andando a scomporre le diverse frequenze di variabilità della frequenza cardiaca: una modifica su basse frequenze (0,04-0,15 Hz) è indicativa di attivazione del sistema nervoso autonomo in toto (simpatico e parasimpatico), mentre una modifica nell’attivazione delle alte frequenze (0,15-0,40 Hz) è indicativa di attivazione principalmente della parte parasimpatica del sistema nervoso autonomo. Queste caratteristiche del segnale, permettono di estrarre un indice di attivazione relativa (basse/alte frequenze) che permette di capire quale delle due parti del sistema nervoso autonomo sta prevalendo in un determinato momento.

Queste caratteristiche del segnale permettono la valutazione del livello di coinvolgimento cognitivo-attentivo-emotivo del paziente rispetto, ad esempio, a diverse attività della vita quotidiana o agli esercizi riabilitativi proposti al paziente. In questo senso l’HRV è utilizzabile come marker biologico monitorabile con tecnologia indossabile, in grado di fornire informazioni specifiche riguardo l’integrazione cognitivo-motoria e risulta inoltre essere uno strumento importante per caratterizzare il paziente durante esercizi specifici senza o con tecnologia, proponibile per il trattamento riabilitativo a domicilio.

Un ulteriore esempio di evoluzione delle modalità strumentali di valutazione-monitoraggio è un hardware relativamente semplice, come la piattaforma Kinect, con cui è attualmente possibile valutare anche l’interazione sociale dei pazienti, con informazioni riguardo la presenza di altre persone nell’area monitorata, oltre che avere informazioni cinematiche riguardo il cammino e l’utilizzo degli arti superiori [10]. Tutto ciò ovviamente con la possibilità di andare ad integrare queste informazioni con parametri che sono rilevabili in tempo reale da tecnologie indossabili. È quindi facilmente immaginabile che le valutazioni cliniche e strumentali potranno essere gestite in modo sempre più immediato ed esatto direttamente al domicilio del paziente.

Il rapido sviluppo di nuove modalità di valutazione e di cura impone una attenta riflessione sugli strumenti che sono attualmente utilizzate come misure di outcome, e sulla necessità di svilupparne di nuove, che integrino l’enorme quantità di dati acquisiti tramite la tecnologia disponibile in modo immediato per poter poi procedere ad una interpretazione che trasformi il dato in informazione, avendo particolare attenzione ad evitare derive semplicistiche che inducano ad una superficiale e apparentemente facile interpretazione.

Il cambiamento delle modalità di valutazione, monitoraggio e definizione delle misura di outcome imporrà a breve una rivoluzione delle modalità di strutturazione dei trials clinici, per la possibilità di creare “adaptive design” in “decentralized clinical trial”, con un focus sulla “casa come primo luogo di cura” in particolare per il paziente cronico, come da indicazioni del piano nazionale di ripresa e resilienza (PNRR) che prevede grossi investimenti per la domiciliazione della riabilitazione.

L’utilizzo di indici complessi, che derivino dall’integrazione dei dati rilevabili, potrebbe permettere l’identificazione di trattamenti riabilitativi altamente personalizzati con dinamiche temporo-spaziali di osservazione e di trattamento sino ad oggi impensabili. Inoltre, con un monitoraggio innovativo dell’evoluzione funzionale e della risposta al trattamento, non potrà non essere preso in considerazione il tema della possibilità di predire in modo più definito il recupero dopo un trauma acuto, per indirizzare le risorse riabilitative nel migliore dei modi.

Siamo dunque come specialisti di Medicina Fisica e Riabilitativa a pieno titolo nell’antropocene [11], sta a noi guidare il passaggio al simbiocene [12] anche attraverso nuove tecnologie, ma soprattutto con una evoluzione culturale verso la Network and Systems Medicine che dia solidità scientifica alla visione olistica bio-psico-sociale.

Bibliografia

  1. Maceira-Elvira P, Popa T, Schmid AC, Hummel FC. Wearable technology in stroke rehabilitation: towards improved diagnosis and treatment of upper-limb motor impairment. J Neuroeng Rehabil. 2019 Nov 19;16(1):142.
  2. Bernaldo de Quirós M, Douma EH, van den Akker-Scheek I, Lamoth CJC, Maurits NM. Quantification of Movement in Stroke Patients under Free Living Conditions Using Wearable Sensors: A Systematic Review. Sensors (Basel). 2022 Jan 28;22(3):1050.
  3. Li L, Fu Q, Tyson S, Preston N, Weightman A. A scoping review of design requirements for a home-based upper limb rehabilitation robot for stroke. Top Stroke Rehabil. 2022 Sep;29(6):449-463.
  4. Veerubhotla A, Krantz A, Ibironke O, Pilkar R. Wearable devices for tracking physical activity in the community after an acquired brain injury: A systematic review. PM R. 2022 Oct;14(10):1207-1218. doi: 10.1002/pmrj.12725.
  5. Negrini F, Gasperini G, Guanziroli E, Vitale JA, Banfi G, Molteni F. Using an Accelerometer-Based Step Counter in Post-Stroke Patients: Validation of a Low-Cost Tool. Int J Environ Res Public Health. 2020 May 2;17(9):3177.
  6. Da-Silva RH, Moore SA, Rodgers H, Shaw L, Sutcliffe L, van Wijck F, Price CI. Wristband Accelerometers to motiVate arm Exercises after Stroke (WAVES): a pilot randomized controlled trial. Clin Rehabil. 2019 Aug;33(8):1391-1403.
  7. Bandini, A., Dousty, M., & Zariffa, J. (2020). A wearable vision-based system for detecting hand-object interactions in individuals with cervical spinal cord injury: First results in the home environment. 2020 42nd Annual International Conference of the IEEE Engineering in Medicine & Biology Society (EMBC)
  8. Lee Y, Walsh RJ, Fong MWM, Sykora M, Doering MM, Wong AWK. Heart rate variability as a biomarker of functional outcomes in persons with acquired brain injury: Systematic review and meta-analysis. Neurosci Biobehav Rev. 2021 Dec;131:737-754.
  9. Wong A, Figueroa A. Effects of Acute Stretching Exercise and Training on Heart Rate Variability: A Review. J Strength Cond Res. 2021 May 1;35(5):1459-1466.
  10. Guo CC, Chiesa PA, de Moor C, Fazeli MS, Schofield T, Hofer K, Belachew S, Scotland A. Digital Devices for Assessing Motor Functions in Mobility-Impaired and Healthy Populations: Systematic Literature Review. J Med Internet Res. 2022 Nov 21;24(11):e37683.
  11. L’evoluzione della conoscenza. Dalle origini all’Antropocene – Jürgen Renn
  12. Exiting the Anthropocene and Entering the Symbiocene – Glenn Albrecht, Gavin Van Horn
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