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Un martello intelligente per l’esame del riflesso tendineo da remoto

L’esame del riflesso tendineo è un esame cruciale nella diagnostica di malattie neurologiche e richiede un contatto diretto tra il medico e il paziente. Alla Georgia Institute of Technology hanno ideato un martello ‘smart’ per eseguire l’esame anche da remoto.

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Sta arrivando un modo tutto nuovo per l’esame del riflesso tendineo: un martello intelligente capace di operare da remoto. Tipicamente l’esame si articola in due fasi principali. Inizialmente, il medico colpisce sulla zona del tendine interessato stimolando una risposta da parte del paziente e valutandola, successivamente, con un certo punteggio. Tale operazione si affida in gran parte all’esperienza del medico, che si basa sul feedback ricevuto dal “rimbalzo” del martello sulla parte colpita. Inoltre, se il medico non colpisce correttamente il tendine, la risposta del paziente risulterà distorta e, pertanto, non interpretabile. Per questo motivo risulta abbastanza complicato eseguire l’esame da remoto.

Una Intelligenza Artificiale al posto del medico

La maggior parte degli esami medici cosiddetti “non urgenti” è stata rimandata durante la pandemia da Covid-19. Questa circostanza ha reso ancor più urgente ed evidente il bisogno di sviluppare sempre più strumenti di telemedicina per garantire un’assistenza medica a tutti coloro che ne hanno bisogno. È proprio da questa esigenza che un team di ricercatori della Georgia Institute of Technology, guidati dal prof. Jun Ueda, in collaborazione con il NITI-ON Co. e la Tohoku University del Giappone ha realizzato un martello ‘smart’ per l’esame del riflesso tendineo.

Un martello intelligente per l’esame del riflesso tendineo da remoto. Credits: Georgia Tech Institute for Electronics and Nanotechnology
Il martello intelligente per l’esame del riflesso tendineo. Fonte: Georgia Tech Institute for Electronics and Nanotechnology

L’intuizione che ha spinto i ricercatori a realizzare un sistema in grado di eseguire l’esame del riflesso tendineo da remoto è molto semplice. Dato che il medico deve valutare il tipo di riflesso del paziente dopo il colpo, se questo non è corretto il riflesso non sarà affidabile e la valutazione sarà falsata. Se il martello utilizzato, però, è dotato di una Intelligenza Artificiale (AI) correttamente addestrata, sarà lui stesso ad informare il medico della bontà del colpo. Il “cervello” di questo martello intelligente è racchiuso in un algoritmo di Machine Learning (ML) basato sul Support-Vector Machine (SVM). Esso è adeguatamente addestrato a saper riconoscere un colpo buono da uno sbagliato semplicemente valutando l’accelerazione dell’impatto, misurata da un sensore inerziale (IMU) posto sulla testa del martello stesso.

L’addestramento dell’Intelligenza Artificiale

Gli scienziati hanno condotto delle sperimentazioni su un gruppo di 8 adulti sani (5 F, 3 M) con età media di 36,5 anni. Dato che una delle maggiori criticità di questo esame riguarda la variabilità della stimolazione, per addestrare l’algoritmo sono state effettuate due diverse tipologie di esperimenti utilizzando il martello su un tendine finto (di lattice) per evitare di registrare anche la variabilità del movimento della risposta da parte del paziente. Nel primo caso, si sono registrati i valori dell’accelerazione di 50 colpi dati correttamente da personale esperto e qualificato, nel secondo invece, quelli ottenuti da personale non esperto.

Per misurare la ripetibilità dell’intensità della stimolazione, gli scienziati hanno utilizzato la Deviazione Standard Relativa della decelerazione del picco durante l’impatto. Infine, per modellare anche la componente dovuta all’errore umano, sono stati registrati i valori di ulteriori 100 colpi, di cui la metà sulla zona del tendine (corretti) e l’altra metà su una zona adiacente (sbagliati).

Come funziona il martello intelligente per l’esame del riflesso tendineo

Una volta che il martello intelligente colpisce il tendine del paziente, un’applicazione installata su uno smartphone o tablet invia il valore dell’accelerazione via Bluetooth. L’intelligenza artificiale, allora, interpreta i dati e informa immediatamente il medico se ha toccato la zona corretta oppure no. In caso affermativo sul martello si accende anche un LED verde, che diventa rosso in caso contrario. Inoltre, si invita il medico a ripetere più volte il colpo finché non si registrano più esiti positivi consecutivi, in modo da limitare l’occorrenza di falsi positivi.

Un martello intelligente per l’esame del riflesso tendineo da remoto. Credits: A Smart Tendon Hammer System for Remote Neurological Examination
Il sistema del martello intelligente. Credits: A Smart Tendon Hammer System for Remote Neurological Examination

I risultati ottenuti sono molto promettenti. Dagli esperimenti condotti sul gruppo di pazienti, nel 91,5 % dei casi il sistema è risultato affidabile. Inoltre, il martello ‘smart’ permette anche ai principianti o alle persone comuni di imparare più velocemente ad eseguire questo esame in maniera corretta, realizzando così un vero e proprio ausilio all’apprendimento. Questo consente a chiunque, specialmente ai familiari, di garantire una assistenza medica a pazienti affetti da malattie neurologiche, aprendo la strada della telemedicina anche a esami di questo tipo.

Articolo a cura di Augusto Bozza

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