Sviluppo e applicazione di un modello cinematico multi-body del tronco umano = Development and application of a multi-body kinematic model of the human trunk

La colonna vertebrale è una complessa struttura anatomica che supporta il corpo umano durante ogni movimento. Eventuali alterazioni della colonna possono portare all’insorgere di patologie posturali importanti, con conseguente impatto negativo nello svolgimento di attività quotidiane. Tra le alterazioni croniche più comuni vi è la scoliosi, una deviazione permanente del tronco sul piano frontale. Un’altra importante alterazione è la sindrome di Pisa che si riscontra in alcuni soggetti affetti da morbo di Parkinson e consiste in una deviazione laterale reversibile del tronco. In alcuni casi un approccio combinato di analisi biomeccanica del movimento, imaging EMG e inoculo di tossina botulinica può portare ad un miglioramento dello stato di salute del paziente. Lo sviluppo di un modello biomeccanico del tronco composto da segmenti rigidi collegati da giunti meccanici con adeguati gradi di libertà, consente di valutare il movimento relativo tra di essi durante task quotidiani. Lo scopo di questa tesi consiste nello sviluppo di un modello cinematico del tronco suddiviso in più segmenti e nella valutazione biomeccanica in soggetti sani e con sindrome di Pisa, sia in posizione statica eretta, sia durante il cammino. Dopo l’implementazione del modello, analisi sperimentali sono state eseguite presso il laboratorio del passo dell’Unità Spinale Unipolare di Torino, utilizzando un sistema optoelettronico (Vicon, 8 telecamere infrarossi e 2 camere video) e pedane di forza (2 pedane Kistler). Considerando le principali curvature della colonna vertebrale, è stato sviluppato un primo modello composto da 5 segmenti. Cluster di marker sono stati posizionati a livello delle vertebre C7, T6, T12, L3, sulla testa e sulle pelvi, per definire i seguenti segmenti: testa (tra la testa e C7); tratto cervicale (tra C7 e T6); tratto toracico (tra T6 e T12); tratto medio (tra T12 e L3); tratto lombare (tra L3 e le pelvi). I risultati sono stati espressi come angoli relativi tra il segmento inferiore e superiore, con riferimento ai tre piani anatomici. Una preliminare analisi del modello è stata eseguita su due soggetti sani durante il cammino. Si è scelto di comparare il modello implementato con il Plug In Gait Total Body (testa-tronco-pelvi). Tale confronto ha evidenziato l’importanza della suddivisione in più segmenti per identificare il differente contributo dei singoli livelli vertebrali. Inoltre, il modello implementato è stato verificato tramite il calcolo degli stessi angoli utilizzando il “Tilt Twist Method”, metodologia adottata per la valutazione di piccoli movimenti tra segmenti rigidi. I risultati ottenuti hanno dimostrato valori comparabili tra le due tecniche e concordi con la letteratura. Successivamente, l’analisi è stata estesa a tre soggetti patologici con sindrome di Pisa, durante la posizione eretta in due differenti condizioni (naturale e correttiva) e durante il cammino. Il modello proposto è stato semplificato a tre segmenti rigidi, in modo da evidenziare il livello vertebrale principalmente coinvolto nella deviazione. Sono stati posizionati cluster di marker a livello della testa, di C7, del punto di lateroflessione e delle pelvi. I risultati sono stati espressi come angoli relativi tra i vari segmenti e angoli assoluti, considerati sui tre piani anatomici. Le analisi hanno confermato il fondamentale contributo della modellazione multi-segmento per un’approfondita indagine biomeccanica dei differenti livelli vertebrali della colonna.