Tecnologie innovative per l'analisi del movimento in clinica: accuratezza del sistema markerless "OpenCap" e valutazione funzionale tramite sensori inerziali in pazienti affetti da Osteocondromi Multipli

La malattia degli Osteocondromi Multipli (OM) è una patologia muscoloscheletrica rara caratterizzata dalla formazione di neoplasie osteo-cartilaginee benigne che causano alterazioni funzionali e posturali del sistema muscoloscheletrico. Attualmente non esiste una caratterizzazione funzionale e morfologica della malattia e si evidenzia, inoltre, la necessità di validare protocolli sperimentali basati su strumentazione easy-to-use e implementabile sul territorio per il monitoraggio della malattia anche nei laboratori non dotati del sistema stereofotogrammetrico, considerato l’attuale gold standard per l’analisi del movimento. In questo contesto si inserisce il presente lavoro di tesi che esplora l’impiego di tecnologie markerless e sensori IMU per l’analisi del movimento in clinica, con due obiettivi principali: valutare l’accuratezza del sistema markerless video-based OpenCap rispetto al sistema stereofotogrammetrico (Vicon Motion Capture, Oxford), e analizzare la fattibilità d’uso dei sensori IMU (Ultium Motion, Noraxon, US) per le valutazioni cinematiche richieste per la caratterizzazione funzionale degli OM. Dieci soggetti sani hanno eseguito tre compiti motori (cammino, drop jump, sit-to-stand-to-sit) con acquisizione simultanea tramite OpenCap e Vicon. I dati sono stati confrontati anche con quelli elaborati in OpenSim, utilizzando le traiettorie dei markers Vicon sullo stesso modello muscoloscheletrico di OpenCap. Gli angoli dell’anca nei tre piani anatomici, del ginocchio e della caviglia nel piano sagittale sono stati confrontati tra i tre sistemi tramite Range of Motion (ROM) con test statistico non parametrico (Friedman test, α = 0.05, e analisi post-hoc con correzione di Tukey-Kramer), Root Mean Square Error (RMSE), coefficiente di correlazione lineare di Pearson con test statistico parametrico (t-test, α = 0.05), e differenze nelle curve temporali con analisi di Statistical Parametric Mapping (t-test non parametrici accoppiati, α = 0.05). Un sottogruppo ha svolto il cammino con acquisizioni asincrone tramite IMU e Vicon. Le IMU sono state, inoltre, impiegate per acquisire una paziente affetta da OM. Nel confronto OpenCap-Vicon, è stata osservata un’alta correlazione nei profili temporali di anca e ginocchio nel piano sagittale ( ≥ 0.8), e differenze significative ≤ 43% del ciclo, tranne che per la rotazione dell’anca nel piano trasversale (99% e 65% del ciclo nel drop jump e sit-to-stand-to-sit). Gli RMSE superano i 5° in tutti i compiti, eccetto per l’ab-adduzione dell’anca nel cammino. Nel confronto OpenSim-Vicon, differenze statisticamente significative nei ROM emergono solo per la caviglia nel piano sagittale durante il cammino. Le forme d’onda sono altamente correlate ( ≥ 0.8) e gli RMSE compresi tra 3° e 14°, mentre tra OpenCap e OpenSim variano da 5° a 14°. I risultati suggeriscono che le differenze derivano principalmente dalla ricostruzione del movimento markerless e non dal modello muscoloscheletrico o dall’algoritmo di cinematica inversa. Infine, l’analisi comparativa tra sistema IMU e stereofotogrammetrico ha evidenziato buona coerenza nei profili temporali delle articolazioni degli arti inferiori nel piano sagittale, nonostante le acquisizioni asincrone. Le acquisizioni sulla paziente OM sono state affidabili, suggerendo la validità clinica dell’impiego delle IMU. OpenCap e IMU sono strumenti promettenti per la stima della cinematica articolare. Le IMU risultano efficienti e facili da utilizzare anche in contesti clinici; OpenCap mostra buona affidabilità nella stima della cinematica articolare dell’anca e del ginocchio nel piano sagittale ma richiede un miglioramento dell’algoritmo di stima della posa soprattutto prima della sua applicazione clinica su popolazioni patologiche.