Paralisi cerebrale infantile trattata con tossina botulinica: OpenSim per l'ottenimento di un modello biomeccanico

Cerebral Palsy comprises a broad group of neurological disorders caused by a permanent, non-progressive injury to the developing brain that occurs before, during or after birth. This brain injury can result in movement and coordination deficits, as well as intellectual, communication and sensory impairments. The consequences of CP are widely variable and modifiable during growth through treatments and therapies that can improve quality of life. Motion analysis and postural assessment are useful in providing information about functional limitations, its possible development and the evaluation of the effectiveness of rehabilitation interventions useful in the improvement or recovery of these alterations. Despite the more common therapies such as physiotherapy, robotic therapy or surgery, this project focuses on treating spasticity through botulinum toxin, which can reduce muscle tension when injected into the muscles of interest. The aim of this thesis is to develop a biomechanical model in OpenSim from the Davis marker protocol used in the clinical environment, highlighting what are its future potentials and limitations. The dataset used in this project included acquisitions from IRCCS San Raffaele (Rome) of 28 children with cerebral palsy who were treated with botulinum toxin injections. By analyzing their pre and post walking, useful information was extracted regarding the variation in kinematic and muscle activations curves caused by the therapy. The patients have not undergone electromyography; nevertheless, the muscle activations obtained through the biomechanical model showed adequate conclusions, explicitly demonstrating its accuracy.

La paralisi cerebrale infantile comprende un ampio gruppo di disturbi neurologici causati da una lesione permanente, non progressiva del cervello in via di sviluppo verificatasi prima, durante o a seguito della nascita. Tale lesione cerebrale può comportare disturbi del movimento e della coordinazione, oltre che intellettivi, comunicativi e sensoriali. Le conseguenze della PCI sono ampiamente variabili e modificabili durante la crescita grazie a trattamenti e terapie in grado di migliorare la qualità della vita. L’analisi del movimento e delle anomalie posturali per questi soggetti risultano essere utili nel fornire informazioni relative alla limitazione funzionale, alla sua possibile evoluzione ed alla valutazione dell’efficacia di interventi riabilitativi utili al miglioramento o al recupero di tali alterazioni. A discapito delle più comuni terapie quali fisioterapia, terapia robotica o chirurgia, il presente progetto si focalizza sul trattamento della spasticità tramite tossina botulinica, in grado di ridurre la tensione muscolare una volta iniettata nei muscoli di interesse. La presente tesi si pone come obiettivo quello di sviluppare un modello biomeccanico in OpenSim, a partire dal protocollo di markerizzazione Davis utilizzato in clinica, evidenziandone quelle che sono le potenzialità future ed i limiti. Il dataset utilizzato nel seguente progetto ha compreso acquisizioni provenienti dal IRCCS San Raffaele (Roma) di 28 bambini affetti da paralisi cerebrale infantile trattati con iniezioni di tossina botulinica; analizzandone la deambulazione pre e post si sono estrapolate informazioni utili in merito alla variazione delle curve cinematiche e delle attivazioni muscolari provocate della terapia in esame. I pazienti non sono stati sottoposti all’elettromiografia, ciò nonostante, le attivazioni muscolari ottenute tramite modello biomeccanico, hanno mostrato conclusioni adeguate esplicitandone la bontà.