Camminare è una delle attività fisiche umane più comuni e importanti nelle attività quotidiane. L’utilizzo di una scarpa sensorizzata può rappresentare un valido supporto per la diagnosi di diverse patologie, tra le quali alcune malattie neuromuscolari rare, ma più in generale tutte quelle che possano avere un’influenza sul movimento degli arti inferiori. Per questa ragione è nata Motus, la scarpa intelligente totalmente italiana e sviluppata dalla collaborazione tra centri d’eccellenza di ricerca toscani.
La tecnologia per la diagnosi di malattie neuromuscolari
Le malattie neuromuscolari condividono sintomi che coinvolgono un declino cognitivo progressivo, limitando le capacità funzionali quotidiane fino all’insorgenza di disfunzioni motorie. Il monitoraggio continuo e regolare delle prestazioni di mobilità delle persone può aiutare la diagnosi e la valutazione della gravità dei disturbi neurologici. I test di mobilità sono, in genere, guidati da personale medico specializzato e si basano ancora troppo spesso sulla valutazione post-osservazione (compresi i casi di deficit nell’andatura e nell’equilibrio). Negli ultimi anni, i progressi tecnologici e metodologici hanno aperto la strada a sistemi capaci di misurare oggettivamente le prestazioni fisiche di una persona.
In questo panorama è nato nel 2014 il progetto KI-Foot con lo scopo di supportare la ricerca clinica, così come l’ortopedia o l’allenamento sportivo, con un sistema professionale di analisi del passo. Il progetto ha portato allo sviluppo di un prodotto innovativo basato sull’integrazione di sensori e componenti ICT (Information and Communications Technology) all’interno di una calzatura di uso quotidiano, per l’analisi della camminata e il supporto a diagnostica, riabilitazione e fisioterapia. Se la scarpa inizialmente era stata pensata per scopi ludici, ossia per il comando di video giochi sullo smartphone per mezzo di essa, poi l’utilizzo è stato traslato su applicazioni di ricerca ed è nata Motus, la quale essenzialmente è un “holter motorio”.
Ad oggi le malattie neuromuscolari richiedono anni prima di essere diagnosticate, mentre la scarpa Motus, se indossata quotidianamente, ossia attuando un monitoraggio continuo, potrebbe rilevare la sintomatologia “silente” della malattia in un arco di 6-12 mesi.
Motus è una scarpa da indossare tutti i giorni
Dalla collaborazione fra realtà toscane, tra cui il calzaturificio Carlos che si occupa della produzione della calzatura e l’azienda Adatec del Polo Tecnologico di Navacchio (PI) che gestisce l’applicazione di un sistema di sensoristica all’interno della suola, è nato un dispositivo innovativo da utilizzare principalmente a scopo di ricerca (Figura 1).
La scarpa integra un innovativo sistema di sensori:
- sensori di forza per misurare l’interazione del piede con il suolo
- un’unità di misurazione inerziale per misurare accelerazione e velocità angolare durante la camminata.
È inoltre presente un sistema di connessione bluetooth per smartphone e tablet, ed una batteria ricaricabile (durata circa 48 ore).
L’idea alla base del design della scarpa è stata quella di attivare uno scambio di dati bi-direzionale con uno smartphone, tablet o pc, inserendo l’apparato sensorizzato miniaturizzato direttamente all’interno della calzatura.
L’analisi del passo
Grazie alla tecnologia wireless, l’individuo può essere monitorato tramite il dispositivo, garantendo così libertà di movimento nelle azioni quotidiane. Ciò che viene rilevato e descritto dai sensori è principalmente un “gait cycle”, ovvero il periodo che intercorre fra l’appoggio del tallone su uno dei due piedi ed il successivo in fase di avanzamento, definibile dunque come un passo completo (Figura 2).
Un parametro la cui misurazione è rilevante è l’angolo di dorsiflessione per piede. Quando si cammina, il tibiale anteriore si contrae per sollevare il piede e le dita dei piedi, aiutandoli a liberare il pavimento. Affinché un movimento sia considerato di dorsiflessione, il piede dovrebbe essere sollevato verso l’alto tra 10 e 30 gradi. Un’alterazione di questa escursione angolare provoca la cosiddetta camminata a “steppage”, ovvero un’alterazione della deambulazione in cui il soggetto solleva esageratamente e di scatto la coscia sul bacino, perché non riesce a flettere il piede adeguatamente per compiere il passo.
Lo steppage è causato da deficit o paralisi dei muscoli elevatori del piede (tibiale anteriore), ed è un movimento compensatorio per evitare che il piede stesso sia strisciato o urti contro il suolo. Da questa breve descrizione si intuisce la rilevanza del monitoraggio di questo parametro nella quotidianità per accorgersi in poco tempo di una variazione e quindi di un intervento medico necessario finalizzato all’approfondimento tramite esami diagnostici.
Studi clinici in corso
La collaborazione con il Dipartimento di Ingegneria dell’Informazione dell’Università di Pisa, il Consiglio Nazionale delle Ricerche di Pisa e altre realtà ospedaliere locali ha permesso di testare la scarpa su pazienti affetti da malattie neuromuscolari all’interno di trial clinici ben strutturati. I risultati preliminari ottenuti sono molto promettenti. È importante sottolineare che il neurologo che supporta i pazienti nel decorso della malattia, con questo sistema può già ricevere un profilo di gait analysis completo che può essere aggiunto alla caratterizzazione di ognuno di essi. Le “smart shoes”, se usate nella quotidianità, consentono un monitoraggio continuo del passo, rendendo il paziente il principale collaboratore del medico.
Infatti, il paziente che indossa una scarpa intelligente può inviare dati in intervalli di tempo prestabiliti al medico, aggiornandolo costantemente sul suo stato di andatura e permettendogli di valutare un intervento mirato in caso di definizione di diagnosi.
Conclusioni e Sviluppi Futuri
Lo sviluppo della scarpa intelligente Motus, così come altri dispositivi indossabili, ha permesso di dare ampio spazio all’intrusione positiva della tecnologia per la salute all’interno delle vite dei pazienti. Motus può inserirsi senza difficoltà nella quotidianità e rafforzare il concetto di “patient empowerment” e della medicina personalizzata. Questa ricerca ha permesso di finanziare attraverso fondi europei un altro progetto denominato TOLIFE. Come affermato dal cofondatore di Adatec, partner del progetto, esso ha come scopo l’utilizzo della scarpa Motus per il monitoraggio di un largo campione di pazienti affetti da Bronco Pneumopatia Cronica Ostruttiva (BPCO) nella loro quotidianità. Alla definizione del protocollo seguirà l’implementazione di esso per una durata continua di due anni: i soggetti saranno monitorati nella quotidianità diurna tramite la scarpa Motus e notturna tramite un materasso sensorizzato intelligente e potranno raccogliere i dati tramite uno smartphone, così da poter avere giorno dopo giorno un andamento completo di parametri fisiologici sia della camminata che del sonno. Questo risulta fondamentale per capire se questi sistemi possano diventare una parte integrante del processo diagnostico e terapeutico.
Fonti e approfondimenti
- KI-foot – Footmoov
- ScienceDirect – A state of the art review of foot pressure
- TOLIFE – AI and smart sensing for COPD EU project
- Footmoov – Immagine di copertina
