Gait analysis in pediatric patient: development of normative references and evaluation of a new thoracolumbar orthosis in subjects with idiopathic scoliosis. A proof-of-concept study.

This thesis project lies within the field of bioengineering applied to pediatric rehabilitation and aims to analyze a quantitative approach to gait assessment in pediatric patients. The experimental activity is performed using Vicon Nexus motion capture system, with reflective markers placed on anatomical landmarks according to the Plug-in Gait Full Body AI protocol. The first phase of the work involves collecting and analyzing data from healthy subjects in order to establish normative references. The acquired information includes kinematic data, such as the spatial trajectories of the markers, enabling the computation of joint angles, segmental velocities, and accelerations throughout the gait cycle. Spatiotemporal parameters including step length and cadence, stance time, and walking speed. Kinetic data obtained from force platforms, such as ground reaction forces and sEMG signals for the analysis of muscle activation. Anthropometric data are also collected to enable the personalization of the biomechanical model. In this context, the project focuses on the evaluation of a new carbon fiber thoracolumbar orthosis, compared with the traditional Lyon brace. The analysis aims to assess both the corrective effectiveness of the orthosis and its potential to provide greater freedom of movement while ensuring the necessary stability. The project ultimately aims to provide an objective and reproducible evaluation of biomechanical parameters, supporting the development of clinical decision-support tools and the personalization of rehabilitation programs for pediatric patients.

Il progetto di tesi si inserisce nell’ambito della bioingegneria applicata alla riabilitazione pediatrica e ha come obiettivo principale l’analisi di un approccio quantitativo per la valutazione del cammino nei pazienti pediatrici. L’attività sperimentale si basa sull’utilizzo del sistema di motion capture Vicon Nexus, con marker posizionati su punti di repere anatomici secondo il protocollo Plug-in Gait Full Body AI. La prima fase del lavoro prevede la raccolta e l’analisi dei dati di soggetti sani, con l’obiettivo di costruire riferimenti normativi. Le informazioni acquisite includono dati cinematici come le traiettorie spaziali dei marker che consentono di calcolare angoli articolari, velocità e accelerazioni dei segmenti corporei durante il ciclo del passo. Parametri spazio-temporali quali lunghezza e frequenza del passo, tempo di appoggio, velocità del cammino. Dati cinetici provenienti dalle piattaforme di forza come le forze di reazione al suolo e segnali sEMG per lo studio dell’attivazione muscolare. Sono inoltre raccolti dati antropometrici per la personalizzazione del modello biomeccanico. All’interno di questo contesto, il progetto prevede la valutazione di una nuova ortesi dorso-lombare in fibra di carbonio, confrontata con il tradizionale corsetto Lionese. L’analisi si propone di verificare non solo l’efficacia correttiva dei movimenti, ma anche di valutare se la nuova ortesi consenta una maggiore libertà di movimento al soggetto, garantendo al contempo la stabilità necessaria. L’obiettivo finale è fornire una valutazione oggettiva e riproducibile dei parametri biomeccanici sopra descritti, contribuendo allo sviluppo di strumenti di supporto alla decisione clinica e alla personalizzazione dei percorsi riabilitativi.