Guanto Flessibile Strumentato e Metodo di Filtraggio Stocastico per Registrazioni di Tremore Patologico = Instrumented Flexible Glove and Stochastic Filtering Method for Pathological Tremors Recordings

La malattia di Parkinson (PD) è una delle patologie neurodegenerative maggiormente diffusa, essa principalmente causa tremore, movimenti lenti (bradykinesia), rigidità e instabilità posturale. Per quantificare il livello di tremore, i medici fanno eseguire l’esame obiettivo di valutazione, che sfortunatamente sono soggettivi all’esperienza pratica dell’esaminatore. È quindi richiesta una valutazione robusta ed automatica tramite i dati della cinematica di movimento, così come: accelerazione lineare, velocità angolare e spostamento angolare. In questo lavoro è stato introdotto un nuovo approccio chiamato “guanto flessibile strumentato” (IFG) che misura la cinematica della mano durante esaminazioni cliniche del movimento affetto da tremore. IFG è creato da materiale flessibile (gomma siliconica) che permette movimento libero con minimo attrito. Sono incorporate in IFG tre unità di misurazione inerziale (IMU) a 9 assi di misurazione che stimano la succitata cinematica della mano basandosi sul filtro di Madgwick. Poiché il filtro di Madgwick è fondamentalmente un metodo di discesa gradiente con un singolo parametro β da regolare, può facilmente fornire una soluzione ottimo locale che potrebbe non adattarsi alle diverse condizioni cinematiche. Per trovare i parametri ottimali del filtro per le misurazioni del tremore, è stato proposto un approccio stocastico chiamato “beta finding method” (BFM) per ottenere iterativamente la soluzione ottimo globale. Il metodo proposto comprende una popolazione iniziale casuale ottimizzata da due criteri, che sono la radice dell’errore quadratico medio (RMSE) e l’errore dell’ampiezza di picco (PKAE). Sulla base di questi parametri, BFM iterativamente cerca un vicinato composto da soluzioni migliori per raggiungere un minimo globale. L’interfaccia ed il metodo proposti sono stati testati con dati registrati da due tipi di movimento (flessione/estensione del dito e abduzione/adduzione del dito), differenti velocità (8,30,60,120 battiti per minuti, con 200 battiti per minuto solo per flessione/estensione); ciascuna combinazione è stata ripetuta cinque volte e ciascun esperimento per 60 o 90 secondi. Oltre a valutare la funzionalità dell'interfaccia proposta, è stata anche esaminata la possibilità di utilizzare un singolo parametro di filtro per tutti i test e l'errore di stima risultante. I risultati hanno indicato che tale metodo raggiunge la convergenza dopo 35 secondi per il task di abduzione/adduzione (ABD/ADD), e un tempo di convergenza non quantificabile per flessione/estensione (FLE/EXT). Inoltre, il metodo proposto può misurare accuratamente la cinematica delle dita con un RMSE di 5.59° e 8.45° e un errore di ampiezza di picco di 2.55° e 4.93° rispettivamente per ABD/ADD e FLE/EXT. Inoltre, si è riscontrata la possibilità di usare un singolo parametro di filtro per tutte le condizioni che ha prodotto risultati accettabili con RMSE di 8.75° e ampiezza di picco di 4.39°. Questi risultati hanno concluso che l’interfaccia ed il metodo di stima cinematica proposti sono accettabili per misurare il movimento delle dita di un paziente affetto da tremore e possono essere utilizzati per quantificare sistematicamente il proseguire della malattia, usando il metodo di valutazione in letteratura.