Evaluation of low-cost optical motion capture systems for the assessment of parameters in neurologic rating scales.

Le malattie neurologiche sono molto diffuse al giorno d'oggi e, con la loro progressione, la mobilità è una delle funzioni più colpite, condizione che risulta molto invalidante per il paziente. La valutazione dei parametri cinematici è quindi fondamentale per seguire la progressione della malattia e, diverse scale, vengono utilizzate per valutare le condizioni generali del paziente. La loro principale limitazione deriva dalla mancanza di quantità fisiche e dalla grande inter-variabilità delle valutazioni soggettive dei medici, ma, dare una caratterizzazione quantitativa della perdita di mobilità è essenziale per impostare la terapia corretta e rendere migliore la qualità di vita del paziente. In questo contesto, l'obiettivo del lavoro è trovare un sistema affidabile ed economico di tracciamento del movimento umano, applicato a scale neurologiche, al fine di estrarre i parametri più importanti per la valutazione clinica. Sono stati valutati diversi sistemi: il kit di sviluppo software (SDK) Nuitrack con tre telecamere RGB-D, la Intel D415, la Intel D435 e la Orbbec Astra Pro, giustapposti alla Microsoft Kinect Azure e il suo software per il tracciamento 3D. La prima parte della tesi è focalizzata sull'implementazione di diversi codici MATLAB personalizzati per la gestione dei dati forniti dai diversi sistemi: verifica della correttezza dei dati, ricostruzione del modello umano ricostruito, analisi delle informazioni cinematiche fornite. È stata fatta una valutazione statistica e qualitativa delle tre telecamere interfacciate con l'SDK Nuitrack al fine di avere la migliore coppia Nuitrack-telecamera, mettendo in evidenza la Orbbec Astra Pro come la migliore telecamera da utilizzare con Nuitrack e la coppia Azure Kinect- Kinect SDK come configurazione simile in termini di valutazione statistica. La validazione dei sistemi è stata effettuata con il sistema optoelettronico BTS SMART-DX, considerato lo standard di riferimento nella motion capture. Abbiamo eseguito una serie di attività che hanno permesso di mostrare il comportamento in diversi esercizi ampiamente utilizzati nelle scale di valutazione della clinica. I risultati hanno mostrato che Orbbec Astra Pro, unito a Nuitrack, consente di avere informazioni altamente correlate con il sistema BTS (coefficiente di correlazione di Pearson vicino a 1), in particolare sugli angoli degli arti e sui parametri del dominio del tempo e della frequenza, e un’analisi statistica comparabile del centro di pressione nell'esercizio statico. I risultati di Kinect Azure, invece, hanno mostrato che, durante l'acquisizione sincrona con il sistema BTS, si è verificata un'interferenza distruttiva, rendendo impossibile il recupero delle coordinate articolari e, di conseguenza, la validazione della telecamera. In conclusione, Orbbec Astra Pro si è rivelato un sistema affidabile sia per la motion capture che per i suoi parametri, ma per confermare la possibilità di utilizzarlo come sistema ampiamente sfruttabile nelle valutazioni di soggetti patologici, saranno necessarie ulteriori ricerche, in particolare testando direttamente sui pazienti.