Neuro-motor assessment to quantify dystonia in children with movement disorders.

This thesis contributes to the evaluation of hypertonic movement disorders in children, focusing on mixed hypertonia with elements of spasticity and dystonia, prevalent in cases of infantile cerebral palsy (CP) and secondary dystonias. The study utilizes the 'DYSPA System,' employing kinematic, kinetic, and electromyographic measures to assess neuro-motor performance and identify motor impairments through specific dystonia and spasticity indices. The project, part of a broader initiative, establishes protocols for extracting indicators related to dystonia and spasticity for both upper and lower limbs. These protocols undergo refinement and enhancement, incorporating consultations with neurologists from the Carlo Besta Institute in Milan. The study involves participants aged 5 to 20, encompassing tasks like reaching, finger tapping, writing, gait analysis and passive stretches for clinical scales’ assessment. This thesis focuses on data acquisition and analysis, involving 10 healthy subjects as a control population and 15 pathological subjects diagnosed with primary dystonia. From the different trials are extracted a series of indicators assessing, among others, variability, coordination, and EMG activity. Statistical analyses include the Lilliefors test, Wilcoxon rank-sum test, and two-sample t-test for assessing normality and differences between datasets. Also, SPM1D was employed to analyze gait performances. Results reveal promising outcomes, aligning with literature expectations. The most reliable parameters resulted the Vpeak, Accuracy and Speed/Accuracy for reaching, the Index of Dystonia for finger tapping, and smoothness indicators for figure-8 writing. As for gait analysis, the reports showed some differences between controls and patients, in terms of spatio-temporal parameters, kinematics, kinetics, and muscle activation. The SPM1D analysis did not reveal significant differences between healthy and pathological subjects regarding angles, moments, forces, and powers, as well as EMG signals, except for channel 6 corresponding to the left semitendinosus muscle. However, limitations, such as a small subject pool and variability in data, are acknowledged. Recommendations for future developments include recruiting a more extensive and diversified subject pool, incorporating longitudinal studies, and implementing advanced technologies like machine learning for quantitative analysis of clinical scales. The study underscores the need for refining protocols, expanding datasets, and embracing technological advancements to improve our understanding of dystonia and spasticity in paediatric populations.

Questa tesi contribuisce alla valutazione dei disturbi motori ipertonici nei bambini, concentrandosi su ipertonia mista con elementi di spasticità e distonia, prevalente nei casi di paralisi cerebrale infantile (PC) e distonie secondarie. Lo studio utilizza il 'DYSPA System', adottando misurazioni cinematiche, cinetiche ed elettromiografiche per valutare le prestazioni neuro-motorie e identificare i deficit motori attraverso specifici indici di distonia e spasticità. Il progetto, parte di un'iniziativa più ampia, stabilisce protocolli per l'estrazione di indicatori legati a distonia e spasticità sia degli arti superiori che inferiori. Questi protocolli hanno subito affinamenti e miglioramenti, incorporando consultazioni con neurologi dell'Istituto Carlo Besta di Milano. Lo studio coinvolge partecipanti dai 5 ai 20 anni, comprendendo task come reaching, tapping con le dita, scrittura, analisi del cammino e allungamenti passivi per la valutazione delle scale cliniche. La tesi si concentra sull'acquisizione e l'analisi dei dati, coinvolgendo 10 soggetti sani come popolazione di controllo e 15 soggetti patologici diagnosticati con distonia primaria. Dalle diverse prove sono stati estratti una serie di indicatori che valutano, tra gli altri, la variabilità, la coordinazione e l'attività elettromiografica. Le analisi statistiche includono il test di Lilliefors, il test di Wilcoxon e il test t- Student per valutare la normalità e le differenze tra i set di dati. Inoltre, è stato utilizzato SPM1D per analizzare le prestazioni durante la gait analysis. I risultati rivelano esiti promettenti, in linea con le aspettative della letteratura. I parametri più affidabili risultano essere Vpeak, Precisione e Speed/Accuracy per il reaching, l'Indice di Distonia per il tapping e gli indicatori di smoothness per la scrittura (figure 8). Per quanto riguarda l'analisi del cammino, i report hanno mostrato alcune differenze tra controlli e pazienti, in termini di parametri spazio-temporali, cinematica, cinematica e attivazione muscolare. L'analisi SPM1D non ha evidenziato differenze significative tra soggetti sani e patologici per quanto riguarda angoli, momenti, forze, e potenze, così come per i segnali EMG, tranne che per il canale 6, corrispondente al muscolo semitendinoso sinistro. Tuttavia, è bene presentare i limiti di questo progetto relativi, ad esempio, alla popolazione troppo ridotta di soggetti e la conseguente ampia variabilità nei dati. Le raccomandazioni per gli sviluppi futuri includono il reclutamento di una popolazione di soggetti più ampia e diversificata, l'incorporazione di studi longitudinali e l'implementazione di tecnologie avanzate come il machine learning per l'analisi quantitativa delle scale cliniche. Lo studio sottolinea la necessità di perfezionare i protocolli, espandere i dataset e abbracciare i progressi tecnologici per migliorare la comprensione della distonia e della spasticità nelle popolazioni pediatriche.