Monitoraggio del cammino nei soggetti con malattia di parkinson tramite l'utilizzo di sensori inerziali: Disegno e sviluppo di algoritmi per la stima della clearance dei piedi e dell'inclinazione del tronco

La malattia di Parkinson è un disturbo neurodegenerativo con eziologia sconosciuta che colpisce in particolare le aree del cervello che sono coinvolte nel controllo del movimento. Tale disturbo neurologico causa anomalie sull’andatura del soggetto portandolo ad esempio a strisciare i piedi e flettere il busto più del necessario; anomalie che causano una camminata insicura che può sfociare in inciampi e cadute. Lo scopo di questo studio è disegnare e sviluppare algoritmi in grado di stimare la clearance dei piedi e l’inclinazione del tronco, al fine di essere inseriti nel progetto CuPiD, il quale fornisce un feedback vocale ogni volta in cui il soggetto parkinsoniano presenti valori dei parametri monitorati al di fuori di un range fisiologico. Sono stati reclutati 20 soggetti, 10 a cui è stata diagnosticata la malattia di Parkinson idiopatica e 10 asintomatici.
Nella valutazione sperimentale si è acquisita la camminata dei soggetti coinvolti nell’esperimento, utilizzando un sistema inerziale ed un sistema stereofotogrammetrico come gold standard. Ogni soggetto ha eseguito 4 camminate, ciascuna della durata di 2 minuti, nelle seguenti diverse condizioni: camminata normale, focus sui piedi, focus sul tronco, audio stroop. Inoltre si è valutata l’entità delle differenze cliniche dei due parametri stimati, tra il gruppo dei soggetti malati di Parkinson ed il gruppo dei soggetti sani. Dallo studio effettuato si propone un algoritmo per la stima della clearance che presenta un errore relativamente alto

Analisi del cammino in acqua tramite sensori inerziali: Accuratezza strumentale e fasce di normalita

La biocinematica è una branca della biomeccanica che studia il movimento dei segmenti corporei senza considerare le cause che lo determinano. Le grandezze fisiche di interesse (posizione, velocità ed accelerazione) vengono determinate grazie ai sistemi di analisi del movimento che sfruttano principi fisici di funzionamento differenti con vari gradi di invasività. Lo sviluppo di nuove tecnologie di costruzione dei sensori inerziali, ha fornito una valida alternativa alle tecniche classiche per l’analisi del movimento umano. Gli IMUs (Inertial Measurement Units) sono facilmente indossabili, possono essere facilmente utilizzati fuori dal laboratorio, hanno un costo molto inferiore rispetto a quello dei sistemi opto-elettronici, non richiedono particolari abilità per essere utilizzati dall’utente e si configurano facilmente. In questa tesi verrà analizzato il cammino e costruite le bande di normalità sia in laboratorio che in acqua tramite i sensori inerziali. L’utilizzo in acqua delle tecniche classiche di analisi del movimento presenta dei problemi di accuratezza (legati ad esempio alla presenza delle bolle d’aria in acqua) che impediscono di effettuare un confronto tra i risultati ottenuti dai sensori e quelli ottenuti con un gold standard. Per questo motivo, è stato implementato un test per valutare l’accuratezza dei sensori e l’influenza dei disturbi magnetici sui magnetometri nelle stesse condizioni ambientali in cui si desidera registrare il cammino. Quest’analisi strumentale ha consentito anche di individuare, tra i diversi algoritmi di fusione utilizzati (algoritmo di fabbrica e algoritmo di Madgwick), quello da impiegare nell’analisi del suddetto task motorio per stimare in maniera più accurata l’orientamento dei sensori in acqua e in laboratorio. L'algoritmo di fabbrica viene escluso dal processo di sensor fusion poiché mostra un'accuratezza peggiore rispetto all'algoritmo di Madgwick. Dal momento che il protocollo implementato di analisi del cammino attraverso i sensori inerziali è già stato validato a secco e che le prestazioni dei sensori sono analoghe a secco e in acqua, il protocollo può essere utilizzato per la stima della cinematica degli arti inferiori nell'acqua. Le differenze riscontrate tra le curve del cammino sono da imputare sia alla diversa condizione ambientale che alla minore velocità di progressione che i soggetti manifestano in acqua. Infatti, la velocità media di progressione è 151.1 cm/s in laboratorio e 40.7 cm/s in acqua.

Caratterizzazione e confronto di misuratori di portata per utilizzo in emodialisi

La dialisi è una terapia essenziale alla sopravvivenza delle persone colpite da insufficienza renale. Senza questo trattamento periodico l’aspettativa di vita si riduce a pochi giorni. Il fine di questo trattamento è il ripristino dell’equilibrio idro-elettrolitico e acido-base del paziente e la rimozione del fluido in eccesso che l’organismo non è in grado di espellere autonomamente. La parte di liquido che passa attraverso il filtro dal lato sangue, alla parte di bagno dialisi prende il nome di ultrafiltrato. Ciò comporta che nelle macchine per emodialisi ci sia un sistema di controllo dedicato all’ultrafiltrazione. La durata della seduta è variabile, è finalizzata a riportare il paziente al peso ottimale in un tempo limitato. Il seguente elaborato è stato svolto presso il laboratorio della start-up IBD Italian Biomedical Devices, uno dei progetti in via di sviluppo è la realizzazione di una macchina per emodialisi a basso costo. Obiettivo della tesi è stato quello di confrontare due misuratori di portata e valutarne l’adeguatezza per la gestione del sistema di ultrafiltrazione. È stato esplorato tutto il range di portate a cui potrebbero essere sottoposti durante l’utilizzo del macchinario. I sensori oggetto di studio sono l’Oval Gears Flowmeters ed il flussimetro Series 800, entrambi adatti all’impiego in ambito biomedicale. Appartengono a due diverse classi: il primo è un contatore volumetrico, registra il numero di volumi base lo che attraversano. Il secondo è un misuratore a turbina, genera impulsi verso l’esterno in numero proporzionale alla velocità del fluido. Lo studio necessita anche di una parte di acquisizione dei segnali provenienti dai sensori, è stata implementata interamente sulla piattaforma Arduino. I dati acquisiti sono stati elaborati ed analizzati al fine di avere un confronto tra i misuratori e con il gold-standard. Per poter confrontare le prestazioni è stato realizzato e seguito un protocollo sperimentale.

Stima ottimale del guadagno del filtro di Kalman per l'analisi del cammino tramite sensori inerziali

L’analisi del movimento ha acquisito, soprattutto negli ultimi anni, un ruolo fondamentale in ambito terapeutico e riabilitativo. Infatti una dettagliata analisi del movimento di un paziente permette la formulazione di diagnosi dettagliate e l’adozione di un adeguato trattamento terapeutico. Inoltre sistemi di misura del movimento sono utilizzati anche in ambito sportivo, ad esempio come strumento di supporto per il miglioramento delle prestazioni e la prevenzione dell’infortunio. La cinematica è la branca della biomeccanica che si occupa di studiare il movimento, senza indagare le cause che lo generano e richiede la conoscenza delle variabili cinematiche caratteristiche. Questa tesi si sviluppa nell’ambito dell’analisi della cinematica articolare per gli arti inferiori durante il cammino, mediante l’utilizzo di Unità di Misura Magnetico-Inerziali, o IMMU, che consistono nella combinazione di sensori inerziali e magnetici. I dati in uscita da accelerometri, giroscopi e magnetometri vengono elaborati mediante un algoritmo ricorsivo, il filtro di Kalman, che fornisce una stima dell’orientamento del rilevatore nel sistema di riferimento globale. Lo scopo di questa tesi è quello di ottimizzare il valore del guadagno del filtro di Kalman, utilizzando un algoritmo open-source implementato da Madgwick. Per ottenere il valore ottimale è stato acquisito il cammino di tre soggetti attraverso IMMU e contemporaneamente tramite stereofotogrammetria, considerata come gold standard. Il valore del guadagno che permette una vicinanza maggiore con il gold standard viene considerato il valore ottimale da utilizzare per la stima della cinematica articolare.

Analisi del cammino e della corsa con stampelle in soggetti amputati tramite sensori inerziali

L’obiettivo dello studio era quello di analizzare la corsa con stampelle in soggetti amputati, attraverso sensori inerziali indossabili. Nello specifico sono stati individuati in letteratura i metodi classici per il calcolo dei parametri temporali nella corsa di normodotati e applicati alla corsa di un soggetto amputato. Dato il numero ristretto di prove e la mancanza di un gold standard, in questa prima analisi sono stati studiati i vari metodi utilizzabili per il calcolo dei parametri temporali, e confrontati tra loro in maniera qualitativa. Utilizzando come riferimento un’analisi video dei primi 4 cicli della corsa del soggetto amputato sono stati identificati come più affidabili i metodi che sfruttano gli angoli articolari della caviglia e la derivata seconda della velocità angolare della pelvi.

Cinematica della corsa con stampelle tramite sensori inerziali: Analisi di soggetti della Nazionale Italiana di Calcio Amputati

L’analisi del movimento umano mira alla raccolta di informazioni quantitative riguardo la meccanica del sistema muscolo-scheletrico durante l’esecuzione di un compito motorio. All’interno di questo contesto, la cinematica del passo rappresenta uno strumento d’indagine tra i più usati. Tra i diversi protocolli di analisi cinematiche si è affermato recentemente l’uso di sensori magnetico-inerziali. Il principale vantaggio di questi dispositivi rispetto alla tecnica tradizionalmente impiegata (la stereofotogrammetria) è che possono essere utilizzati al di fuori di un ambiente di laboratorio, rendendo meno vincolante la scelta del task motorio da analizzare. Lo stato dell’arte offre una molteplicità di studi basati sull’analisi del cammino e della corsa di atleti, professionisti o dilettanti, utilizzando sensori inerziali; nulla, però, è stato dedicato alla corsa con stampelle. In questo lavoro di tesi è stata dunque analizzata la corsa su stampelle di soggetti amputati (in particolare di atleti della Nazionale Italiana di Calcio Amputati). Dalla letteratura sono stati individuati tre metodi, ideati principalmente per la corsa di soggetti normodotati e in questa situazione riadattati per la corsa di soggetti con amputazione/malformazione di un arto inferiore, con i quali è stato possibile ricavare parametri temporali relativi al ciclo del passo; è stato inoltre progettato un nuovo metodo che permette di ricavare parametri temporali della corsa attraverso le fasi delle stampelle. L’elemento che contraddistingue questo studio è la presenza di un gold standard, dato da un riferimento video, con il quale sarà possibile determinare con più affidabilità quale metodo risulti più adeguato per l’analisi di questo tipo di corsa.

In vitro detection of secondary caries associated with composite restorations on approximal surfaces using laser fluorescence

This study evaluated the performance of the DIAGNOdent pen laser fluorescence device (LFpen) in comparison with visual examination (VE), bitewing radiographs (BW) and visual examination combined with bitewing radiographs (VEBW) in detecting secondary approximal caries associated with composite restorations. In total, 60 approximal surfaces from 43 permanent molars with composite restorations were assessed twice by two examiners using the LFpen, VE, BW and VEBW. After histological preparation and hardness measurements, the sample was assigned to either a crown or root caries group, depending on the location of the lesions as the gold standard. For crown caries at D1, the highest values of specificity and sensitivity were observed for the LFpen at a cutoff value of 18 (1.00) and for the VEBW (0.89). At D3 (cutoff of 30), the LFpen showed the highest values of sensitivity and specificity. For root caries, the LFpen and VEBW showed the highest values of specificity (0.54), sensitivity (0.81) and accuracy (0.69). The Spearman rank correlation coefficients for crown/root caries with histology were 0.54/0.37 (LFpen), 0.29/0.10 (BW), 0.29/0.18 (VE) and 0.23/0.37 (VEBW). For the LFpen, the ICC varied from 0.80 (interexaminer) to 0.97 (intraexaminer B); the kappa value was 0.19 for BW and 0.35 for VE (interexaminer). Intraexaminer kappa values for BW were 0.25 (A) and 0.29 (B), and those for VE were 0.31 (A) and 0.32 (B). The LFpen device exhibited a performance comparable to that of conventional methods but with higher interexaminer reproducibility. Therefore, the LFpen should be considered an auxiliary method for the detection of secondary approximal caries associated with composite restorations.

In vivo performance of a laser fluorescence device for the approximal detection of caries in permanent molars

OBJECTIVES: The aim of this randomised clinical trial was to investigate if a laser fluorescence device is able to discriminate between sound and carious approximal sites and between enamel and dentinal lesions, as well as to find appropriate cut-off values. METHODS: One hundred and seventeen sound or uncavitated carious sites in permanent molars were visually and radiographically examined, then either opened or not, after which their laser fluorescence was measured. Forty-three lesions were opened, the caries removed and the clinically identified caries depths were registered in addition to the radiographical scoring. Seventy-four sites were radiographically deemed sound or had enamel caries and were not opened. Here, the radiographical scorings were registered. RESULTS: Taking the radiographic scoring as gold standard for all investigated approximal sites, sound sites (D(0), n=40) showed significantly lower laser fluorescence measurements than carious sites (D(1-4), n=77) (Mann-Whitney test, P<0.025) suggesting a cut-off at 7 (sensitivity=0.68, specificity=0.7). Comparing measurements of D(0-2) (n=74) and D(3,4) (n=43), the results were also different by a statistically significant amount (P<0.025) and the cut-off calculated to be 16 (sensitivity=0.6, specificity=0.84). A fair positive correlation between laser fluorescence values and radiographical scoring was found (rho=+0.47, P<0.01). Analysing the 43 opened lesions with their clinically found lesion depths as gold standard, there was a fair positive correlation to the laser fluorescence values (rho=+0.34, P=0.03) and a moderately strong correlation to the radiographic scoring (rho=+0.67, P<0.01). CONCLUSION: The device may be an adjunct tool in the approximal detection of caries along with established procedures.

[Microbiological point of care tests]

It is well known that the early initiation of a specific antiinfective therapy is crucial to reduce the mortality in severe infection. Procedures culturing pathogens are the diagnostic gold standard in such diseases. However, these methods yield results earliest between 24 to 48 hours. Therefore, severe infections such as sepsis need to be treated with an empirical antimicrobial therapy, which is ineffective in an unknown fraction of these patients. Today's microbiological point of care tests are pathogen specific and therefore not appropriate for an infection with a variety of possible pathogens. Molecular nucleic acid diagnostics such as polymerase chain reaction (PCR) allow the identification of pathogens and resistances. These methods are used routinely to speed up the analysis of positive blood cultures. The newest PCR based system allows the identification of the 25 most frequent sepsis pathogens by PCR in parallel without previous culture in less than 6 hours. Thereby, these systems might shorten the time of possibly insufficient antiinfective therapy. However, these extensive tools are not suitable as point of care diagnostics. Miniaturization and automating of the nucleic acid based method is pending, as well as an increase of detectable pathogens and resistance genes by these methods. It is assumed that molecular PCR techniques will have an increasing impact on microbiological diagnostics in the future.

Blockade of the sinuvertebral nerve for the diagnosis of lumbar diskogenic pain: an exploratory study

In this exploratory study we evaluated sensitivity and target specificity of sinuvertebral nerve block (SVNB) for the diagnosis of lumbar diskogenic pain. Diskography has been the diagnostic gold standard. Fifteen patients with positive diskography underwent SVNB via interlaminar approach to the posterior aspect of the disk. Success was defined as > or = 80% pain reduction or excellent relief of physical restrictions after the block. The sensitivity was 73.3% (95% CI: 50.9%-95.7%). The target specificity was 40% (15.2%-64.8%). The results indicate that SVNB cannot yet replace diskography but encourage future studies to improve its target specificity.

Sexual function after sacrocolpopexy

Pelvic organ prolapse affects approximately 50% of parous women over 50 years of age and has a lifetime risk of 30-50%. Vault descent or prolapse occurs in about 20% after hysterectomy and can have a negative effect on sexual function. Sacrocolpopexy is the gold standard of surgical treatment for apical prolapse in fit, sexually active patients. Few data exist which determine sexual function after sacrocolpopexy.

[The role of PET imaging in patients with lymphoma]

Positron-Emission-Tomography (PET) has emerged as a diagnostic gold standard for most tumor entities during the last 20 years, especially for patients suffering from malignant lymphoma. The development and distribution of machines allowing for hybrid imaging, i.e. the simultaneous acquisition of PET and CT datasets, and the possibility to assess even small pathologic findings with fused PET/CT image visualization, once more significantly improved the diagnostic accuracy of PET. Based on an excellent sensitivity the metabolic imaging with PET or PET/CT allows for a reliable overall assessment of patients with malignant lymphoma before therapy, for the early identification of non-responders during therapy, and for the diagnosis of relapse after therapy.

[CONSORT 2010 Explanation and Elaboration: updated guidelines for reporting parallel group randomised trials (Chinese version)]

Overwhelming evidence shows the quality of reporting of randomised controlled trials (RCTs) is not optimal. Without transparent reporting, readers cannot judge the reliability and validity of trial findings nor extract information for systematic reviews. Recent methodological analyses indicate that inadequate reporting and design are associated with biased estimates of treatment effects. Such systematic error is seriously damaging to RCTs, which are considered the gold standard for evaluating interventions because of their ability to minimise or avoid bias. A group of scientists and editors developed the CONSORT (Consolidated Standards of Reporting Trials) statement to improve the quality of reporting of RCTs. It was first published in 1996 and updated in 2001. The statement consists of a checklist and flow diagram that authors can use for reporting an RCT. Many leading medical journals and major international editorial groups have endorsed the CONSORT statement. The statement facilitates critical appraisal and interpretation of RCTs. During the 2001 CONSORT revision, it became clear that explanation and elaboration of the principles underlying the CONSORT statement would help investigators and others to write or appraise trial reports. A CONSORT explanation and elaboration article was published in 2001 alongside the 2001 version of the CONSORT statement. After an expert meeting in January 2007, the CONSORT statement has been further revised and is published as the CONSORT 2010 Statement. This update improves the wording and clarity of the previous checklist and incorporates recommendations related to topics that have only recently received recognition, such as selective outcome reporting bias. This explanatory and elaboration document-intended to enhance the use, understanding, and dissemination of the CONSORT statement-has also been extensively revised. It presents the meaning and rationale for each new and updated checklist item providing examples of good reporting and, where possible, references to relevant empirical studies. Several examples of flow diagrams are included. The CONSORT 2010 Statement, this revised explanatory and elaboration document, and the associated website (www.consort-statement.org) should be helpful resources to improve reporting of randomised trials.

CONSORT 2010 Explanation and Elaboration: Updated guidelines for reporting parallel group randomised trials

Overwhelming evidence shows the quality of reporting of randomised controlled trials (RCTs) is not optimal. Without transparent reporting, readers cannot judge the reliability and validity of trial findings nor extract information for systematic reviews. Recent methodological analyses indicate that inadequate reporting and design are associated with biased estimates of treatment effects. Such systematic error is seriously damaging to RCTs, which are considered the gold standard for evaluating interventions because of their ability to minimise or avoid bias. A group of scientists and editors developed the CONSORT (Consolidated Standards of Reporting Trials) statement to improve the quality of reporting of RCTs. It was first published in 1996 and updated in 2001. The statement consists of a checklist and flow diagram that authors can use for reporting an RCT. Many leading medical journals and major international editorial groups have endorsed the CONSORT statement. The statement facilitates critical appraisal and interpretation of RCTs. During the 2001 CONSORT revision, it became clear that explanation and elaboration of the principles underlying the CONSORT statement would help investigators and others to write or appraise trial reports. A CONSORT explanation and elaboration article was published in 2001 alongside the 2001 version of the CONSORT statement. After an expert meeting in January 2007, the CONSORT statement has been further revised and is published as the CONSORT 2010 Statement. This update improves the wording and clarity of the previous checklist and incorporates recommendations related to topics that have only recently received recognition, such as selective outcome reporting bias. This explanatory and elaboration document-intended to enhance the use, understanding, and dissemination of the CONSORT statement-has also been extensively revised. It presents the meaning and rationale for each new and updated checklist item providing examples of good reporting and, where possible, references to relevant empirical studies. Several examples of flow diagrams are included. The CONSORT 2010 Statement, this revised explanatory and elaboration document, and the associated website (www.consort-statement.org) should be helpful resources to improve reporting of randomised trials.

Chest pulse-wave velocity: a novel approach to assess arterial stiffness

Pulse-wave velocity (PWV) is considered as the gold-standard method to assess arterial stiffness, an independent predictor of cardiovascular morbidity and mortality. Current available devices that measure PWV need to be operated by skilled medical staff, thus, reducing the potential use of PWV in the ambulatory setting. In this paper, we present a new technique allowing continuous, unsupervised measurements of pulse transit times (PTT) in central arteries by means of a chest sensor. This technique relies on measuring the propagation time of pressure pulses from their genesis in the left ventricle to their later arrival at the cutaneous vasculature on the sternum. Combined thoracic impedance cardiography and phonocardiography are used to detect the opening of the aortic valve, from which a pre-ejection period (PEP) value is estimated. Multichannel reflective photoplethysmography at the sternum is used to detect the distal pulse-arrival time (PAT). A PTT value is then calculated as PTT = PAT - PEP. After optimizing the parameters of the chest PTT calculation algorithm on a nine-subject cohort, a prospective validation study involving 31 normo- and hypertensive subjects was performed. 1/chest PTT correlated very well with the COMPLIOR carotid to femoral PWV (r = 0.88, p < 10 (-9)). Finally, an empirical method to map chest PTT values onto chest PWV values is explored.