Wearables per la prescrizione personalizzata di ortesi

L’impiego di sensori indossabili, posizionati in sedi strategiche per il cammino, consente di raccogliere dati oggettivi, dettagliati e riproducibili, sulle alterazioni posturali e del movimento, a supporto di una prescrizione ortesica realmente personalizzata.

Con questo obiettivo è stato sviluppato presso il MARlab, laboratorio di analisi del movimento e robotica dell’Irccs Maugeri di Bari, guidato da Gianni D’Addio, responsabile del Servizio Dipartimentale di Bioingegneria della Riabilitazione di ICS Maugeri SPA SB, uno studio, al momento pilota, dedicato al “Ruolo dell’analisi cinematica del cammino mediante sensori indossabili inerziali nella prescrizione personalizzata delle ortesi”, i cui dati preliminari sono stati presentati in occasione dell’edizione 2025 del congresso nazionale della Società Italiana di Medicina fisica e riabilitativa (Simfer).

Dal gold standard all’innovazione

Innovativi algoritmi di analisi dei segnali prelevati da sensori inerziali indossabili, di facile applicabilità ad uso ambulatoriale o domiciliare, relativamente a basso costo. Il progetto sviluppato e condotto presso il MARlab promette di rivoluzionare i paradigmi di approccio e terapia riabilitativa di pazienti che presentano deficit del cammino a causa di patologie di carattere neurologico, come malattia di Parkinson, ictus, sclerosi multipla, ortopedico, tra cui esiti di protesizzazione, per esempio, di anca e ginocchio, traumi accidentali, da incidente stradale nel paziente giovane, o da caduta nel soggetto fragile e anziano.

«Presso il MARlab», spiega Gianni D’Addio, bioingegnere, responsabile del Laboratorio, «viene studiato il movimento tramite delle metodiche gold standard che prevedono l’utilizzo di sistemi optoelettronici, altamente tecnologici, composti da telecamere a infrarossi ad alta risoluzione che rilevano marcatori passivi di piccole dimensioni posizionati su specifici reperti anatomici, pedane stabilometriche e talvolta elettromiografia di superfice. Questi sistemi, estremamente accurati, ritenuti il gold standard, si adattano in realtà molto bene alla ricerca, ma poco applicabili nella pratica clinica quotidiana, perché complessi, costosi, vincolati a spazi e personale dedicati e onerosi dal punto di vista dell’esame stesso, con necessità di istruire e preparare il paziente, su cui devono essere applicati almeno 25 marker per la rilevazione dei vari parametri del cammino. Tutte queste criticità limitano pertanto l’analisi a un massimo di 1-2 pazienti al giorno, non risultando spesso del tutto funzionale alle necessità e bisogni clinici».

La rivoluzione è arrivata nel corso degli anni, quando sulla base di queste evidenze e con le finalità di raccolta accurata delle variabili sul cammino, sono stati sviluppati dispositivi indossabili, noti come IMU (Inertial Measurement Unit), in grado di combinare la funzionalità di accelerometri (sensori per la misura di accelerazioni, velocità e spostamenti lineari), magnetometri (sensori per la misura di orientamento triassiale) e giroscopi (sensori per la misura di velocità e spostamenti angolari), in maniera ottimale e con una elevata sensibilità.

«L’applicazione di soli tre sensori, molto piccoli, simili per dimensione e leggerezza a una moneta da 1 euro», prosegue Gaetano Pagano, bioingegnere senior del MARlab, «posizionati in punti strategici, uno al collo del piede sinistro, uno al collo del piede destro e uno nella zona lombare del paziente, consente di raccogliere segnali, che una volta elaborati dagli algoritmi sviluppati nel Laboratorio, ci restituiscono report contenenti informazioni cruciali su parametri cinematici della postura e del cammino come velocità, lunghezza del passo, stabilità, appoggio, postura e così via. Dopo l’applicazione dei sensori viene chiesto al paziente di stare fermo per 30 secondi e poi di camminare per 7 metri, al termine del tragitto di ruotare su sé stesso e di riportarsi alla posizione iniziale. Questo percorso consente di scomporre lo studio del cammino in 4 fasi descrittive: sway (analisi posturografica a occhi aperti), APA (movimenti anticipatori posturali), Gait (cammino rettilineo), Turning (rotazione di 180° su sé stessi). Quindi in pochi minuti, in un ambiente extra ospedaliero, ambulatoriale o anche domiciliare, è possibile studiare in maniera dettagliata il cammino».

La maneggevolezza e i costi contenuti di questi strumenti hanno permesso pertanto di portare l’analisi del cammino all’interno dell’ambulatorio e della clinica.

Il test

«Questo esame, alla portata di tutti, dal laboratorio alla struttura ospedaliera, al centro specialistico», commenta Lucia Palazzo, bioingegnere del MARlab, «è uno strumento prezioso per il clinico, che può essere aiutato e governato su base scientifica nella scelta ottimale dell’ortesi, rispondendo sia a un bisogno di comfort per il paziente, in termini di vestibilità, usabilità, maneggevolezza, adattabilità dell’ortesi, sia al reale impatto sulla qualità del cammino prodotto dal device».

Fino a oggi, infatti, la valutazione del miglioramento posturale e del passo successivo all’ortesi era prevalentemente osservazionale, quindi misurando solo con una ispezione visiva i cambiamenti della qualità del cammino con e senza ortesi, corredata anche da una intervista al paziente per un feedback oggettivo sul dispositivo indossato. Al contrario, gli algoritmi che elaborano i segnali registrati da sensori IMU permettono di oggettivare e dimostrare empiricamente e numericamente quanto le performance motorie, in termini di parametri cinematici, abbiano beneficiato dell’utilizzo di una ortesi piuttosto che di un’altra.

«Al paziente», sottolinea Sabrina Grieco, bioingegnere del MArlab, «viene proposto di indossare circa 3 o 4 ortesi, procedendo per ciascuna di esse all’esecuzione dell’esame. Ciò permette al termine del test, e della successiva elaborazione dei segnali, di avere un report che darà indicazione sulla tipologia di ortesi più adatta e funzionale ai bisogni di quel paziente specifico e della natura della problematica».

«Risultati importanti», commenta Gianni D’Addio, «che sono stati resi possibili soprattutto dall’impiego di algoritmi evoluti che nel tempo sono stati sviluppati nell’ambito delle attività scientifiche e di ricerca traslazionale del MARlab, e da strumenti di statistica evoluta: il match fra i vari parametri e risultati ottenuti offrono un outcome finale, ottimale, che rappresenta il criterio su cui il clinico baserà la scelta dell’ortesi specifica. Lo scopo è arrivare a una medicina personalizzata e di precisione anche in ambito di riabilitazione, utilizzando strumentazioni efficienti, efficaci, accurate, performanti e a basso costo».

Rispondendo anche alle direttive dell’Organizzazione Mondiale della Sanità, che impone di oggettivare gli outcome riabilitativi e il miglioramento del cammino sulla base di scale cliniche, di tipo qualitativo e non qualitativo, operatore-dipendente.

«Il valore aggiunto di questi strumenti, già validati scientificamente», precisa Gaetano Pagano, «è la loro ampia applicabilità: pazienti neurologici, ortopedici, cardiologici, con deficit respiratori e anche soggetti con esiti post Covid possono beneficiarne. L’analisi del cammino è, dunque, uno strumento con una vasta applicabilità in qualsiasi settore e con alte potenzialità in clinica».

Lo studio

L’idea alla base del progetto del MARlab nasce dall’esigenza di superare un approccio tradizionalmente osservazionale alla valutazione del cammino e alla prescrizione delle ortesi, introducendo strumenti oggettivi e misurabili in grado di supportare una scelta realmente personalizzata. In questo contesto, l’utilizzo dei sensori inerziali (IMU) rappresenta una risposta concreta a un bisogno clinico, funzionale e organizzativo: individuare l’ortesi più appropriata per ciascun paziente, migliorando gli esiti riabilitativi e ottimizzando il rapporto costo-beneficio, con ricadute positive anche per il Sistema Sanitario Nazionale.

Dal punto di vista clinico e funzionale, la prescrizione dell’ortesi – in particolare dell’ortesi AFO – svolge un ruolo centrale nel miglioramento della deambulazione, nella riduzione del rischio di caduta e nell’aumento della compliance del paziente. Lo studio si fonda su un protocollo di valutazione strumentale che consente di analizzare in modo oggettivo il cammino e di confrontare le prestazioni ottenute con differenti soluzioni ortesiche.

«La scelta dell’ortesi ottimale», spiega Stefania De Trane, aiuto coordinatore presso l’Unità Operativa di Riabilitazione Neuromotoria e Unità Spinale dell’Istituto Clinico Scientifico Maugeri Irccs di Bari, «si fonda su un’analisi oggettiva e approfondita dei dati ottenuti attraverso una batteria strutturata di test strumentali. Al paziente viene richiesto di eseguire almeno tre ripetizioni del cammino, sia in assenza di ortesi sia indossando ciascuna delle ortesi selezionate, lungo un percorso sensorizzato. Questo approccio consente di raccogliere informazioni quantitative affidabili e confrontabili sulle diverse condizioni di deambulazione. I dati acquisiti vengono successivamente elaborati mediante il calcolo dei valori medi associati a ciascuna ortesi, con particolare attenzione ai parametri cinematici del cammino, quali accelerazione, velocità del passo, ampiezza del movimento articolare e range motorio. A questi indicatori oggettivi si affianca la valutazione soggettiva del comfort percepito dal paziente, elemento fondamentale per garantire una buona compliance e l’effettivo utilizzo dell’ortesi nella vita quotidiana. L’integrazione di questi aspetti consente di individuare la soluzione ortesica in grado di offrire le migliori performance funzionali complessive. Questo tipo di valutazione ha profondamente modificato il nostro approccio allo studio del cammino, che fino a oggi si basava in prevalenza su osservazioni cliniche qualitative. L’impiego di strumenti tecnologicamente avanzati permette, invece, di formulare diagnosi molto più accurate, anche in pazienti complessi, e di distinguere con precisione esigenze funzionali differenti in presenza di deficit apparentemente simili. Per esempio, un deficit di dorsiflessione del piede in un paziente con lesione neurologica centrale, caratterizzato dalla presenza di ipertono spastico, comporta bisogni profondamente diversi rispetto a un esito di lesione periferica, come nel caso di un politrauma stradale con interessamento del nervo periferico, in cui si può osservare un’assenza totale del movimento in presenza di un range articolare conservato ed in assenza di tono patologico».

Queste differenze cliniche guidano in modo determinante la scelta dell’AFO, un’ortesi che può presentare caratteristiche fisiche, tecniche e funzionali estremamente variabili, con costi che possono spaziare da poche centinaia di euro fino a diverse migliaia, in funzione dei materiali impiegati e della complessità costruttiva. La valutazione dinamica consente, inoltre, di comprendere in quale misura un determinato deficit impatti sulla deambulazione e sui rischi correlati, in particolare il rischio di caduta, aspetto di grande rilevanza nei pazienti fragili e a lungo immobilizzati, nei quali le cadute possono determinare eventi altamente disabilitanti come fratture del femore o di altri segmenti dell’arto inferiore.

«Questa analisi», conclude la dott.ssa De Trane, «offre la possibilità di personalizzare la prescrizione dell’AFO sulla base degli outcome funzionali che si intendono raggiungere, migliorando non solo l’efficacia del trattamento, ma anche la compliance del paziente. L’obiettivo è far coincidere il miglioramento del cammino con il comfort, affinché il paziente si senta realmente a proprio agio con l’ortesi indossata. Un ulteriore valore aggiunto è rappresentato dalla possibilità di rivalutare la prescrizione nel tempo, adattandola all’evoluzione del quadro clinico: un paziente con lesione centrale o periferica può migliorare e necessitare di un’ortesi diversa in una fase successiva, mentre un paziente con lesione cerebrale, caratterizzata da riduzione del range articolare, instabilità, diminuzione della velocità e della lunghezza del passo, può presentare esigenze differenti nel corso del follow-up.

In questo senso, l’utilizzo di questi strumenti consente di portare anche la riabilitazione nell’ambito di una medicina sempre più personalizzata».Nel suo complesso, lo studio si configura come un progetto fortemente innovativo, capace di integrare tecnologia avanzata, competenza clinica e sostenibilità economica.

I benefici coinvolgono il clinico, che dispone di strumenti oggettivi a supporto della decisione terapeutica, il paziente, che riceve una prescrizione realmente personalizzata e confortevole, e il Sistema Sanitario Nazionale, che può orientare le risorse verso soluzioni efficaci e appropriate. Un modello che apre la strada a un nuovo paradigma nella valutazione del cammino e nella prescrizione ortesica, in linea con i principi della medicina personalizzata.

Tratto dal numero di marzo 2026 di Ortopedici e Sanitari