Ataxia – Development of innovative low-cost

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Ataxia – Development of innovative low-cost

Il progetto ATAXIA è coordinato dal Dott. Nicola Vanacore dell’Istituto Superiore di Sanità (ISS) ed è finanziato dal Ministero della Salute nell’ambito del progetto di Rete “Pediatric ataxias and Public Health : epidemiological studies and disease registry, characterization of genetic determinants and implementation of protocols for diagnosis, management, and rehabilitation using innovative low cost, widely accessible technologies”. Gli obiettivi generali delle attività di ricerca di CNR-ISASI, finanziate come sotto-contratto dall’Ospedale Pediatrico Bambino Gesù, sono finalizzati allo sviluppo di un ambiente software per la valutazione e la riabilitazione motoria di atassie progressive e non progressive in soggetti di età compresa tra 8 e 20 anni.

Tale software permetterà la valutazione motoria e la riabilitazione domiciliare dei bambini attraverso l’utilizzo della Kinect (Microsoft) e della Leap Motion (Leap Motion). Scopo del software è rendere automatiche le procedure già utilizzate dai clinici dell’Ospedale Pediatrico Bambino Gesù per la valutazione motoria e la riabilitazione dei bambini attraverso una scala di valutazione motoria nota come SARA (Scale for the assessment and rating of ataxia) ed esercizi di manipolazione virtuale. Il compito di CNR-ISASI è quello di realizzare un’interfaccia utente che consenta l’utilizzo e l’automazione della scala SARA e degli esercizi di manipolazione virtuale in relazione all’hardware.

Tale interfaccia consentirà ad un utente (clinico o genitore) di attivare la Kinect (Microsoft) e la Leap Motion richiamando rispettivamente la libreria di Kinect per Windows SDK e la libreria Leap Motion SDK che forniranno nel tempo la posizione nello spazio dei segmenti del corpo e delle dita delle mani della persona in esame. L’uso delle suddette librerie è vincolato alle condizioni previste dalle licenze commerciali rispettivamente di Kinect per Windows SDK e Leap Motion SDK Agreement. Le licenze commerciali Kinect per Windows SDK e Leap Motion SDK Agreement autorizzano lo sviluppo e la distribuzione di applicazioni commerciali sviluppate rispettivamente con Kinect e Leap Motion. Tali licenze commerciali consentono agli sviluppatori di creare e vendere le proprie applicazioni Kinect e Leap Motion per Windows ai clienti che usano hardware Kinect e/o Leap Motion.

L’hardware di acquisizione sarà fissato in laboratorio e a casa del soggetto e comprenderà un computer barebone collegato ad un televisore (smart touch screen) che, attraverso una semplice interfaccia utente, permetterà di effettuare esercizi ed inviare i dati mediante connessione internet ad un servizio server CNR-ISASI appositamente dedicato. Le dotazioni saranno acquisite in leasing.

Valutazione motoria.

La valutazione motoria verrà effettuata su 3 gruppi di soggetti (pz con atassia progressiva, pz con atassia non progressiva e soggetti di controllo), per un periodo totale di 24 mesi, mediante una versione ridotta automatica implementata su sistemi informatici della scala SARA (SARAH = SARAHome), un Sistema di Personal Biomotoring (PBS) ed un test di manipolazione virtuale.

SARAH:

La scala SARAH include i seguenti esercizi:

· Gait: i dati relativi alla camminata del paziente, acquisiti tramite Kinect, verranno analizzati automaticamente con attribuzione di un punteggio da 0 a 10 in linea con i criteri della SARA;

· Stance: la stabilità statica del paziente in piedi verrà valutata automaticamente e numericamente tramite la Kinect in una scala da 0 a 10;

· Sitting: la stessa valutazione verrà effettuata con il paziente seduto;

· Finger chase: il paziente, posto davanti al televisore, seguendo le indicazioni proposte dovrà indicare con il dito alcuni punti dello schermo. Per l’analisi automatica e la valutazione numerica dell’esercizio verrà utilizzata la Leap Motion;

· Finger nose: si proverà a sviluppare questo esercizio attraverso l’utilizzo combinato di Leap Motion e Kinect nel quale il paziente seguendo le indicazioni proposte dovrà cercare con il dito di raggiungere il proprio naso;

· Fast alternating hand movements: attraverso l’utilizzo della Leap Motion sarà possibile analizzare la regolarità dei movimenti delle mani del paziente ed estrarne una valutazione numerica in automatico.

PBS:

PBS prevede di realizzare il monitoraggio dell’attività motoria e autonomica diurna e notturna del soggetto posto in contesti naturali e strutturati. Esso consisterà di una piattaforma indossabile, costituita da un braccialetto Bluetooth non intrusivo, in grado di trasdurre sia i movimenti dell’utente su base tridimensionale che l’attività cardiaca (heart rate variability). Si utilizzerà un braccialetto commerciale con certificazione medicale; il dispositivo d’interazione tra utilizzatore e sistema sarà costituito dal suddetto computer barebone collegato al televisore; si realizzeranno applicazioni semplici e intuitive per l’acquisizione e lo scambio di dati consentendo al contempo l’arricchimento dell’interazione con elementi grafici dedicati. Periodicamente questi dati verranno trasferiti al server e messi in relazione con i dati provenienti dagli altri moduli.

Test di manipolazione virtuale:

Nell’ambito della valutazione motoria degli arti superiori verrà sviluppato un test di manipolazione in ambiente virtuale con uso di Leap Motion che implementa il Nine Hole Peg Test (NHPT); il soggetto seguendo le indicazioni proposte dovrà cercare con la mano di prendere oggetti virtuali ed inserirli in fori virtuali mostrati nel televisore.

Riabilitazione

Per la riabilitazione verrà realizzato un framework utilizzando un engine 2D capace di interfacciarsi a Kinect e LeapMotion. Attraverso questo framework verranno implementati i middleware di comunicazione, scambio ed analisi dati con differenti serious game esistenti valutando la possibilità di sviluppare nuovi scenari e giochi al fine di stimolare nel bambino l’equilibrio e la coordinazione del movimento. I task riabilitativi verranno effettuati dai 2 gruppi di pazienti con atassia per 30min/giorno per almeno 3 giorni/settimana per 1 anno.

Gestione dei dati

I dati acquisiti attraverso i due moduli (valutazione, riabilitazione) verranno memorizzati su un server dedicato CNR-ISASI. L’interfaccia di questo server di tipo REST verrà sviluppata in PHP. Inoltre verranno utilizzate tutte le procedure necessarie a rendere l’accesso sicuro. Attraverso il server i dati acquisiti dai software potranno essere utilizzati per valutare l’efficacia della terapia confrontando, anche graficamente, l’evoluzione della risposta agli esercizi nel tempo.