185 - schiffer - Medi K - Servizi e Formazione per il mondo della salute

EUR MED PHYS 2008;44(Suppl. 1 to No. 3)
Nuovo approccio per la valutazione stabilometrica
delle oscillazioni posturali in stazione eretta statica:
dall’analisi del Fourier allo spettro di potenza
R. SCHIFFER
I test sono delle procedure più o meno complesse. Sono lo strumento di base in epidemiologia nella valutazione delle popolazioni
presuntivamente sane (screening) in cui la prevalenza della malattia
in studio è sconosciuta.
Lo scopo principale è quello di individuare precocemente (prevenzione) la presenza di una patologia.
Nelle prestazioni diagnostiche di routine, i test sono utili nel processo decisionale in quanto devono servire a escludere o confermare
la malattia gia sospettata in base ai dati clinici (anamnesi, esame
obiettivo).
La valutazione strumentale, deve conferire un valore aggiunto
all’iter, e soprattutto, deve poter modificare l’aspetto terapeutico :
medico, chirurgico, riabilitativo.
I test possono essere classificati in due categorie : qualitativi e
quantitativi.
I primi danno un output (risposta) dicotomico. Ad esempio :
positivo/negativo, vero/falso; oppure si ha una rappresentazione
grafica (graficazione) del comportamento di una variabile. Ad esempio: statochinesigramma, stabilogramma ecc.
I secondi, di tipo quantitativo, offrono dei risultati sottoforma di
variabili numeriche discrete o continue.
Per le prime, si tratta di elementi distinti fra i quali c’è soluzione
di continuità. Per esempio un insieme di punti tale che per ogni
punto esiste un intorno nel quale non cadono punti dell’insieme
stesso.
Ad esempio in stabilometria si hanno i valori di area sottesa, lunghezza traccia, Fourier, permanenza raggio ecc.
Questa è un importante delucidazione che ci introduce nell’ipotesi di considerare l’analisi del movimento e quindi lo studio del sistema equilibrio, considerato a priori come un qualcosa verso cui si
tende, come un sistema deterministico non lineare, vicino al caos e
pertanto passibile di valutazione solo in ambito stocastico.
Di conseguenza, il segnale posturografico sarebbe da considerare
come una delle possibili funzioni campionarie di un processo stocastico con caratteristiche peculiari.
Essendo un processo stocastico, secondo tale supposizione, non
sarebbe definibile e quindi calcolabile con la semplice trasformata
di Fourier.
Quest’ultima può essere usata solo per un segnale determinato e
la cui evoluzione temporale è nota ed univocamente assegnata.
Per un processo probabilistico come l’oscillazione posturale del
corpo umano, l’evoluzione temporale può essere descritta solo statisticamente.
Vol. 44 - Suppl. 1 to No. 3
Dipartimento Neuroriabilitativo, SC RRF,
ASO S.Croce e Carle, Cuneo
La statistica ci può aiutare nell’analisi dei fenomeni quantitativi,
cercando di evidenziarne le caratteristiche salienti, le regolarità, e le
eccezioni. Gli obiettivi della stessa sono quelli di separare il segnale
dal rumore, valutare la complessità di un fenomeno, e prevedere.
Chi la utilizza deve necessariamente sapere predisporre logicamente e praticamente il tipo di indagine (esame strumentale, applicativo scelto), definire la popolazione di riferimento, stabilire quali
sono le caratteristiche (variabili) della popolazione da studiare.
Un test, è in fondo una verifica di una ipotesi che si vuole confermare o confutare.
La raccolta delle informazioni può portare poi alla classificazione delle variabili studiate, che in base alle operazioni che si possono
fare sulle modalità (attributi numerici o non) possono essere ordinate mediante scale di tipo nominale (caratteri qualitativi : si/no, bello/brutto), ordinale (attributi non numerici ma ordinabili logicamente : lieve, media, grave, gravissimo), per intervallo (caratteri quantitativi che si confrontano solo per differenza ma non per rapporto :
temperatura)
In conseguenza a quanto detto da alcuni autori (1,2,3), si può
prospettare l’utilizzo del cosidetto spettro di potenza del processo.
La sua applicazione pratica ha molte similitudini con la classica
trasformata di Fourier.
È opportuno ricordare alcune definizioni e proprietà di validità
generale.
Intanto lo spettro è definibile come un insieme di dati relativi alla
potenza o lavoro compiuto de una forza (m. a) nel tempo (T ; L/T).
La variabile da misurare, detta aleatoria, verrà descritta mediante
il calcolo della cosidetta densità di probabilità della stessa estratta.
La procedura viene estesa ad un numero arbitrario di istanti e
quindi di variabili aleatorie estratte.
In questo caso si ha una descrizione statistica del processo stocastico.
Se contemporaneamente si prendono in esame più istanti, si
valuterà la cosidetta probabilità congiunta (Tab. I).
Il tempo svolge un ruolo di parametro. Nell’ambito delle oscillazioni, sagitto-frontali (S-F) o latero-laterali (L-L), la variabile casuale
reale (x) è data dalla sua ampiezza (espressa in cm o mm) in un
determinato istante (t) ed esprime la legge probabilistica del punto
considerato nel tempo (t).
EUROPA MEDICOPHYSICA
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SCHIFFER
NUOVO APPROCCIO PER LA VALUTAZIONE STABILOMETRICA DELLE OSCILLAZIONI POSTURALI IN STAZIONE ERETTA STATICA: DALL’ANALISI...
Tabella II.
Tabella III. – Analisi delle onde fondamentali secondo Gagey et al.
– Processo generico stocastico x (t)
– Valore assunto dalla variabile aleatoria estratta in un generico istante
(es. t1) x1(t1)
– Densità di probabilità f1 (x1; t1)
– Altro istante (t2)
– Densità di probabilità della variabile aleatoria estratta x2 = x (t2)
– Densità di probabilità congiunta f1,2 (x1; x2 ; t1; t2)
Tabella II. – Analisi del Fourier.
Frequenze
Significato
Inferiori a 0,10 Hz
Tra 0,20 e 1,00 Hz
Oltre 3 Hz
Controllo superiore :visuo-labirintico
Controllo: somato-sensoriale, cerebellare, riflessi di
allungamento
Non sono significative
Indicatore
Definizione
Significato clinico
Onda
fondamentale
a 0,3 Hz
Frequenza di risonanza
del corpo umano, se il
sistema posturale funziona
Se frammentato, manifesta
l’incapacità del sistema
posturale fine di smorzare
le oscillazioni
Mancanza di aggiustamento
posturale nelle rachialgie
Onda
fondamentale
a 0,2 Hz
Oscillazione sagittofrontale o latero-laterale
del soggetto per
l’aggiustamento preparatorio
all’atto della respirazione
Nella banda da Oscillazione sagittoAffezioni che modificano la
0,16 a 0,24 Hz frontale o latero-laterale
simmetria dl tono dei
se il picco a
del soggetto
muscoli paravertebrali
0,2 Hz è
frammentato
Tabella IV.
Applicazioni cliniche delle misure nel dominio delle frequenze
Indicatore
Nella tabella II sono riportati i riferimenti clinici per l’utilizzo dei
valori di frequenza ottenuti in analisi del Fourier con il loro significato4.
Un soggetto che effettua una stabilometria ad occhi aperti (OA),
quando nella normalità, dovrà presentare valori inferiori a 0,10 Hz.
Se superiori, è da considerarsi patologico, con riferimento specifico ad alterazioni che interessano il canale visivo e labirintico. Al
contrario se soggetto fa rilevare in una prova ad occhi chiusi (OC)
valori oltre 1 Hz fino a 3 Hz, sarà patologico in specifico sul versante somato-sensoriale (corteccia cerebrale : ischemie corticali ; sottocorticale ; cerebellare (vasculopatie in atto o pregresse, neoplasie
ecc.) o propriocettivo (sclerosi multipla, polineuropatie a varia eziologia ecc.).
Secondo altri autori, la banda di segnale compresa fra 0,15 e 5 Hz
sarebbe utile a caratterizzare un comportamento del sistema di controllo posturale.Valori più bassi o più alti non sarebbe significativi.
Ad esempio per la società internazionale di posturografia sarebbero da considerare le seguenti bande : 0,02-0,2; 0,2-2; 2-10 Hz.
Per Gagey et al.5 significative sarebbero le oscillazioni che avvengono alle frequenze indicate in tabella III.
Attualmente, in taluni applicativi (es. Sistema Milletrix della Phisical Gait©) secondo l’interpretazione di fondo che attualmente sottende l’analisi del movimento detta teoria delle complessità6 l’analisi
dello spettro di frequenza della potenza, darebbe informazioni utili
nell’ambito del 50%, del 95%, e della frequenza centroidale come
mostrato nella tabella IV.
Si parla di frequenza e media con un significato clinico ancora
incerto in quanto si può al momento, in base alla letteratura disponibile, solo vedere che c’è diversità fra valori ottenuti ad OA, OC e in
base all’età.
Spettro di frequenza È la frequenza al di sotto
di potenza 50%
della quale si trova il 50%
della potenza della serie
Spettro di frequenza È la frequenza al di sotto
di potenza 95%
della quale si trova il 95%
della potenza della serie
Frequenza
È la frequenza attorno alla
centroidale
quale è concentrata la massa
dello spettro di potenza.
Si parla anche di zero
crossing frequency, numero
medio nell’unità di tempo, di
attraversamenti dello zero nella
serie temporale considerata.
Conclusioni
Uno dei limiti attuali è il distacco esistente fra la ricerca di base e
ricerca clinica.
Non sempre viene colmato dalla possibilità di poter applicare
quanto ottenuto in laboratorio.
Ogni ricercatore che si interessa di analisi del movimento, nel proporsi, dovrebbe sempre tenere bene distino l’ambito in cui agisce, e
cioè analisi strumentale del movimento per ricerca di base o clinica?
La scelta degli indicatori per ogni tipo di progetto varia enormemente.
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Definizione
Significato clinico
Differisce e varia ad
OA, OC e per età
Differisce e varia ad
OA, OC e per età
Aumenta soprattutto
ad oc e con l’età
Nella ricerca di base, le variabili da studiare possono essere, multiple o singole, e comunque tutte da correlare ad eventuali patologie
sia per sensibilità che per specificità. In ogni caso tutte, facendo parte di un progetto che si basa su ipotesi o congetture dovranno essere
poi confermate mediante loro verifica che porti a loro validazione o
a confutazione.
Nella valutazione strumentale per ricerca clinica, in cui l’aspetto
decisionale è preminente, le variabili solitamente è raccomandabile
che siano singole o la massimo doppie o triple, in quanto la loro verifica o confutazione deve portare a dare risposte certe, applicabili
(ecologiche), al minor costo, con pochi rischi per il paziente. L’ecologicità di una innovazione si gioca tutto nel semplice divenire quotidiano.
In questo ambito deve prevalere l’aspetto efficacia sull’aspetto
efficienza; il rapporto rischio/beneficio deve sempre tendere al
denominatore. E quindi l’indicatore applicabile deve potere modificare in positivo (per il paziente) l’aspetto terapeutico. Deve rappresentare un valore aggiunto, e non deve essere fine a se stesso.
Pertanto se si utilizza o l’analisi di Fourier o lo spettro di potenza, in entrambi i casi è necessario che in ultimo sia la patologia ad
essere curata e la disabilità modificata. Entrambe sì con efficienza
ma soprattutto con efficacia. Giova ricordare a tale proposito che
la scienza tende a progredire non tanto sulla stratificazione delle
conoscenze acquisite, ma quando si confuta quanto prima dimostrato.
EUROPA MEDICOPHYSICA
October 2008
NUOVO APPROCCIO PER LA VALUTAZIONE STABILOMETRICA DELLE OSCILLAZIONI POSTURALI IN STAZIONE ERETTA STATICA: DALL’ANALISI...
Per l’usabilità di taluni indicatori, è utile aver presente un aneddoto storico.
Il cocchiere di Tycho Brahe, eminente astronomo danese del
‘600, un giorno vedendo che il suo padrone continuava a calpestare
sul terreno qualcosa di troppo biologico, mentre era assorto nei suoi
pensieri, ebbe a dirgli : “...signore, sicuramente lassù siete un grande. Ma se scendeste un poco sulla nostra terra, evitereste sicuramente
di sporcarvi continuamente i piedi”.
Da quanto risulta dalle tre tabelle presentate, è logico che al
momento solo le tabelle II e III offrono una possibilità concreta di
essere applicate nella refertazione stabilometrica clinica. L’analisi
spettrale invece al momento rappresenta un qualcosa che dovrà venire, e dovrà essere suffragata oltre che da studi osservazionali, anche
da studi che ne confermino la sua appropriatezza clinica. In questo
caso il distacco fra ricerca di base e ricerca clinica sarà colmato.
Vol. 44 - Suppl. 1 to No. 3
SCHIFFER
Bibliografia
1. Prieto TE, Miklebust BM. Characterization and modeling of postural steadiness in the elderly: A Rewiew. IEEE Transactions on rehabilitation
engineering 1993;1:26-34.
2. Prieto TE, Miklebust BM, Hoffman RG, Lovrett EG. Measure of postural
steadiness: differences between healthy young and elderly adults. IEEETrans. BME 1996;43:956-66.
3. Yamada N. Chaotic swaying of the upright posture. Hum.Movment Sci.,
1995;14:711-26.
4. Schiffer R. Pedane Dinamometrche : posturografia. Editrice speciale Riabilitazione, Milano 2003.
5. Gagey PM. Weber B. Posturologia. Regolazione e perturbazioni della stazione eretta. Marrapese editore Roma, 2000.
6. Bocchi G, Ceruti M. La sfida delle complessità. Feltrinelli, Milano, 1986.
EUROPA MEDICOPHYSICA
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