Cardenas_Prieto_Ronald_Sebastian_2021

Vista previa del material en texto

Desarrollo de un sistema de visualización de
información antropométrica para la
identificación de parámetros de la marcha antes
y después de la realización de la prueba de
extensión en bípedo de los isquiotibiales (PEBI)
Ronald Sebastian Cárdenas Prieto
Paula Andrea Rueda Gaitán
Universidad El Bosque
Facultad de Ingeniería
Bogotá, Colombia
2021
Desarrollo de un sistema de visualización de
información antropométrica para la
identificación de parámetros de la marcha antes
y después de la realización de la prueba de
extensión en bípedo de los isquiotibiales (PEBI)
Ronald Sebastian Cárdenas Prieto
Paula Andrea Rueda Gaitán
Trabajo de grado presentado para optar por el título de:
Bioingenieros
Tutor: Prof. Dr. Edith Herrera Pulido
Cotutor: Prof. Dr. Mario Jiménez Fernández
Universidad El Bosque
Facultad de Ingeniería
Bogotá, Colombia
2021
Agradecimientos
Agradecemos a nuestras familias por su apoyo incondicional, a la Universidad El Bos-
que por poner a nuestra disposición sus instalaciones, sus equipos y su capital humano,
al proyecto “Evaluación de factores cinemáticos y electromiográficos del dolor lumbar
inespecífico mecánico (DLIM) diferenciado por la prueba de extensión en bípedo de los
isquiotibiales (PEBI)” (PCI2019-10784) por darnos la oportunidad de trabajar conjunta-
mente y por su respaldo, y de manera muy especial a los profesores Dr. Edith Herrera
Pulido y Dr. Mario Jiménez Fernández por sus valiosas enseñanzas y su acompañamien-
to permanente en este proceso.
III
Tabla de contenido
Lista de Tablas VI
Lista de Figuras VII
1. Introducción 3
1.1. Definición del problema . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4
1.2. Justificación . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6
1.3. Objetivos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7
1.3.1. Objetivo general . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7
1.3.2. Objetivos específicos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7
2. Marco Referencial 8
2.1. Estado del arte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8
2.2. Marco teórico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12
2.2.1. Dolor lumbar . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12
2.2.2. Músculos isquiotibiales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12
2.2.3. Prueba de Extensión en Bípedo de los Isquiotibiales (PEBI) . . . 13
2.2.4. Antropometría . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14
2.2.5. Análisis de marcha . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
2.2.6. Protocolos para el estudio de variables cinemáticas en pacientes
con DLI . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16
2.2.7. Unidades de medida inercial (IMU) . . . . . . . . . . . . . . . . 17
2.2.8. Interacción humano - computadora . . . . . . . . . . . . . . . . 18
3. Marco Normativo 20
4. Requerimientos 21
5. Metodología 23
5.1. Protocolo experimental . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23
5.1.1. Selección de variables cinemáticas . . . . . . . . . . . . . . . . 25
5.2. Sistema de adquisición . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30
5.3. Sistema de visualización de información ASPEBI . . . . . . . . . . . . . 32
IV
6. Resultados y Discusión 38
6.1. Protocolo experimental . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38
6.2. Sistema de adquisición . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46
6.2.1. Lectura de datos provenientes de MVN Analize . . . . . . . . . 46
6.2.2. Registro de información directamente desde MATLAB . . . . . 47
6.3. Sistema de visualización de información ASPEBI . . . . . . . . . . . . . 50
6.3.1. Diseño del Sistema de visualización de información . . . . . . . 50
6.3.2. Exportación de datos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57
6.3.3. Evaluación del sistema de visualización de información . . . . . 58
7. Conclusiones 60
8. Recomendaciones y trabajos futuros 61
9. Bibliografía 62
10. Anexos 68
V
Lista de Tablas
5-1. Especificaciones del sistema MTw Awinda de Xsens . . . . . . . . . . . 24
5-2. Especificaciones del sistema MTw Awinda de Xsens . . . . . . . . . . . 28
5-3. Selección de variable adicional a medir en el protocolo experimental . 29
5-4. Características para la selección del software de desarrollo . . . . . . . 32
5-5. Datos de contacto de pie para cada fase del ciclo de marcha . . . . . . 36
6-1. Información general de los sujetos que participaron en el protocolo ex-
perimental . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38
6-2. Tiempos registrados en cada prueba. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40
6-3. Comparación de medidas de tendencia central para el cálculo de los pa-
rámetros espaciotemporales (S: Número de sujeto, M: Medido, C: Cal-
culado, E:Error) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41
6-4. Datos medidos y calculados para la longitud de la zancada derecha. (S:
Número de sujeto, M: Medido, C: Calculado, EAM:Error absoluto me-
dio). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42
6-5. Datos medidos y calculados para la longitud de la zancada izquierda (S:
Número de sujeto, M: Medido, C: Calculado, EAM:Error absoluto medio). 42
6-6. Datos medidos y calculados para la longitud de paso, (S: Número de
sujeto, M: Medido, C: Calculado, EAM:Error absoluto medio) . . . . . . 43
6-7. Datos medidos y calculados para el ancho de paso.(S: Número de sujeto,
M: Medido, C: Calculado, EAM:Error absoluto medio) . . . . . . . . . . 44
6-8. Datos medidos y calculados para la velocidad de marcha y la cadencia.(S:
Número de sujeto, M: Medido, C: Calculado, %Error: Porcentaje de error) 44
6-9. Resultados de la rotación interna y externa de la cadera . . . . . . . . . 46
6-10. Resultados de la encuesta de satisfacción de usuario . . . . . . . . . . 59
6-11. Resultados de la pregunta 7 de la encuesta de satisfacción . . . . . . . 59
VI
Lista de Figuras
1-1. Árbol del problema . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5
2-1. Inserción de los isquiotibiales, adaptado de: Hoyo et al. (2013). . . . . 13
2-2. Posición del paciente en el desarrollo de la PEBI (Hernández et al., 2017) 14
2-3. Medidas antropométricas básicas utilizadas en estudios de biomecánica 15
2-4. Fases del ciclo de marcha . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16
2-5. Definición de ejes y ángulos registrados por una unidad de medida iner-
cial (Honeywell, 2013) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18
5-1. Diagrama genera de las fases desarrolladas en la metodología . . . . . . 23
5-2. Estación Awinda y sensores MTw . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24
5-3. Propuesta 1: Ubicación de los sensores para la medición de parámetros
de la marcha y el ángulo de basculación de la pelvis A) Espina ilíaca superior
anterior B) Muslo C) Pierna D) Dorso del pie . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26
5-4. Propuesta 2: Ubicación de los sensores para la medición de parámetros
de la marcha y el ángulo de rotación de la pelvis A) Muslo B) Pierna C)
Dorso del pie D) Espina iliaca superior posterior . . . . . . . . . . . . . . . . 26
5-5. Propuesta 3: Ubicación de los sensores para la medición de parámetros
de la marcha y el ángulo de flexión de la cadera A) Muslo B) Pierna C) Dorso
del pie D) Vertebra lumbar 1 E) Sacro 2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27
5-6. Propuesta 4: Ubicación de los sensores para la medición de parámetros
de la marcha y el ángulo de rotación interna/externa de la cadera (Mé-
todo 2 )A) Pelvis B) Muslo C) Pierna D) Dorso del pie . . . . . . . . . . . . . 27
5-7. Movimiento para la medición de la rotación interna y externa de la cadera 29
5-8. Organización del espacio para el desarrollo del protocolo experimental 30
5-9. Participante realizando el protocolo experimental . . . . . . . . . . . . 30
5-10. Organización del archivo utilizado para la reproducción del movimiento 31
5-11. Organizacióndel archivo exportado de registro del participante según
los lineamientos del RIPS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33
5-12. Guía para la medición de la información antropométrica . . . . . . . . 35
5-13. Fases de la marcha. Adaptado de: Secad ArtMed Brasil . . . . . . . . . 35
5-14. Proceso realizado por el algoritmo para el cálculo de los parámetros de
marcha . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36
VII
6-1. Fases del protocolo experimental . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39
6-2. Implementación del protocolo experimental. A) Participante realizando
la PEBI. B) Toma de medidas antropométricas. . . . . . . . . . . . . . . 40
6-3. Ubicación del sensor en el pie. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43
6-4. Diagrama de funcionamiento del sistema de adquisición de datos . . . 47
6-5. Diagrama de flujo del proceso de adquisición de datos de los MTw’s . . 48
6-6. Organización de la información almacenada por el sistema de adquisición 49
6-7. LEDs de estado de los sensores y la estación sincronizados . . . . . . . 49
6-8. Gráficas de orientación para cada uno de los sensores durante el expe-
rimento de verificación de la calibración . . . . . . . . . . . . . . . . . 50
6-9. Diagrama de funcionamiento de la interfaz gráfica . . . . . . . . . . . . 50
6-10. Ventana de inicio del sistema de visualización . . . . . . . . . . . . . . 51
6-11. Ventana de registro del participante para el rol de médico 1) Panel para
el registro base 2) Panel de registro de consulta 3) Panel de registro del
procedimiento . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52
6-12. Ventana de registro del participante para el rol de investigador . . . . . 52
6-13. Ventana de protocolo (instrucción inicial para el desarrollo del protocolo
experimental) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53
6-14. Ventana emergente para la entrada de datos antropométricos . . . . . . 53
6-15. Ventana de reproducción del movimiento, parámetros espaciotempora-
les y gráficas de marcha . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54
6-16. Simulación 3D del movimiento de un participante control en el desarro-
llo de la PEBI . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55
6-17. Panel de parámetros cinemáticos de los miembros inferiores . . . . . . 55
6-18. Panel de parámetros espaciotemporales de la marcha . . . . . . . . . . 56
6-19. Previsualización del informe de marcha . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56
6-20. Ventana de exportación de datos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57
6-21. Ubicación de los datos en el archivo exportado . . . . . . . . . . . . . 58
1
Resumen
Se ha demostrado desde el punto de vista clínico, que la prueba de extensión en bípedo
de los isquiotibiales (PEBI) permite realizar un diagnóstico diferencial del dolor lumbar
inespecífico mecánico (DLIM). Sin embargo, esta no cuenta con una validación objetiva
cuantificable que permita establecer la retracción de los isquiotibiales como el origen
del DLIM. Por ello, el grupo de investigación Osiris-Bioaxis, en conjunto con el grupo
de Ortopedia de la Universidad El Bosque realiza un estudio electrofisiológico y biome-
cánico para validar objetivamente del signo de la PEBI.
El fin del presente proyecto es desarrollar una herramienta de visualización para apoyar
el análisis del comportamiento cinemático de la marcha en pacientes con PEBI positiva
antes y después de la prueba. Se diseñó un protocolo experimental para el registro de
la información de los participantes con un sistema de captura de movimiento basado
en unidades de medida inercial (IMU) de la compañía Xsens. Este fue diseñado en con-
cordancia con el protocolo clínico para el desarrollo de la PEBI y los requerimientos
del usuario. El protocolo experimental propuesto fue implementado exitosamente con
cinco sujetos sanos.
La herramienta de visualización fue desarrollada en MATLAB y permite registrar la infor-
mación base del participante solicitada por el Ministerio de Salud para la realización de
procedimientos médicos; instruir al usuario en el desarrollo del protocolo experimen-
tal; visualizar la reconstrucción 3D del movimiento del participante registrado desde el
software MNV Analyze de Xsens, las gráficas y los parámetros espaciotemporales de la
marcha antes y después de la PEBI, de forma automática. Adicionalmente, el sistema
permite adquirir los datos de seis unidades inerciales en tiempo real directamente des-
de MATLAB y exportar toda la información registrada para su posterior visualización,
procesamiento y análisis.
La evaluación del sistema de visualización de información demostró que se cumplió
con el objetivo propuesto y con los estándares de calidad definidos por la ISO 25000
aplicables a la herramienta. Adicionalmente, su diseño se puede considerar como un
primer paso hacia la creación de sistemas personalizados para aplicaciones en el campo
de la medicina y la ingeniería que requieran de análisis biomecánico.
Palabras clave: dolor lumbar inespecífico mecánico, herramienta de visualización, prueba de
extensión en bípedo de los isquiotibiales, unidades de medida inercial
2
Capítulo 1
Introducción
El dolor lumbar (DL) es una de las condiciones con mayor prevalencia a nivel clínico en
el mundo, se estima que al menos el 65 % de las personas experimentan este síntoma a
lo largo de su vida (Dixit, 2017). El dolor lumbar inespecífico (DLI) es la manifestación
más frecuente de esta condición y hace referencia al DL cuya etiología no puede ser
determinada mediante exámenes de exploración física, o de diagnostico por imágenes,
entre otros. De ahí, que su diagnóstico sea limitado y conlleve a tratamientos inadecua-
dos para los pacientes (Valdivia, 2009).
La prueba de extensión en bípedo de los isquiotibiales (PEBI) es un signo clínico de
diagnóstico desarrollado por el médico ortopedista Juan Manuel Herrera y el médico
fisiatra Eduardo Antonio Reina; la cual tiene como objetivo identificar el dolor lumbar
inespecífico mecánico atribuido a la retracción de los isquiotibiales. Un signo positivo
para la PEBI hace referencia a la presencia de dicha retracción muscular como causal
del dolor. La PEBI fue validada clínicamente, sin embargo, carece de una evaluación
objetiva cuantificable que permita evidenciar si se presentan variaciones distintivas fi-
siológicas y biomecánicas en los pacientes con el signo PEBI positivo.
Con el fin de apoyar dicho proceso, el presente proyecto tiene como objetivo desarro-
llar una herramienta de visualización que asista a los médicos e ingenieros del Grupo de
Ortopedia de la Universidad El Bosque y el grupo de investigación Osiris-Bioaxis, respec-
tivamente, en la identificación de parámetros cinemáticos de la marcha antes y después
del desarrollo de la PEBI por medio de la utilización de un sistema de captura de movi-
miento basado en tecnología inercial. Dichos sistemas están compuestos comúnmente
por unidades de medida inercial (IMU), dispositivos electrónicos conformados a su vez
por giroscopios, acelerómetros y magnetómetros. Estos sensores miden la aceleración
lineal, la velocidad angular y los campos magnéticos en 3D; lo cual permite realizar el
análisis de movimientos de forma automática y en tiempo real.
En el presente proyecto se utilizó el sistema de captura de movimiento de IMUs MTw
Awinda de la compañía Xsens para el registro de la información de movimiento. Cabe
3
mencionar, que inicialmente se contaba con un software propietario para visualizar la
información; sin embargo, el uso de esta plataforma es limitado tanto en tiempo como
económicamente, por lo que al término de la licencia no sería posible continuar su uso.
Este proyecto no solo permite cumplir con el objetivo de desarrollar una herramienta
de apoyo para el análisis de la PEBI, sino que, adicionalmente deja un sistema base para
adquirir la información de las unidades inerciales sin el uso del software.
La estructura de este documento incluyela definición de la problemática a abordar y la
justificación del proyecto (Capítulo 1), así como la síntesis de los conceptos requeridos
para la comprensión del mismo y los estudios realizados en este ámbito en los últi-
mos años (Capítulo 2). Posteriormente, se exponen los requerimientos definidos con
los usuarios, la metodología propuesta para el desarrollo del sistema de adquisición, la
herramienta de visualización y el protocolo experimental, con sus respectivos resulta-
dos (Capítulos 5 y 6). Por último, se concluye y se presentan las recomendaciones para
proyectos futuros.
1.1. Definición del problema
El dolor lumbar inespecífico mecánico (DLIM) es un síntoma que representa entre el 85
y 95 % de los diagnósticos de dolor lumbar (Finucane et al., 2020). Esta condición genera
una alta incidencia de incapacidad laboral y es la que más afecta a los sistemas de salud
en términos económicos (World Health Organization, 2019). Por definición, el DLIM
no tiene una causa anatomopatológica identificable, es decir, no es posible atribuirlo a
infecciones, fracturas, contracturas musculares, entre otras (Finucane et al., 2020).
En el año 2004, los doctores Eduardo Reina y Juan Manuel Herrera, desarrollaron una
prueba que permite diagnosticar el DLIM por medio de una serie de ejercicios motrices
relacionados con la extensión en bípedo de los isquiotibiales (PEBI). Posteriormente,
los médicos realizaron una validación clínica de la prueba, en la cual se halló un valor
predictivo positivo en el total de los pacientes evaluados (Hernández et al., 2017). Sin
embargo, la PEBI no cuenta con una validación objetiva cuantificable que permita esta-
blecer el origen del DLIM como muscular.
Por ello, el grupo de investigación Osiris-Bioaxis en conjunto con el grupo de Ortopedia
de la Universidad El Bosque se encuentra realizando el proyecto “Evaluación de factores
cinemáticos y electromiográficos del dolor lumbar inespecífico mecánico (DLIM) dife-
renciado por la prueba de extensión en bípedo de los isquiotibiales (PEBI)” en el cual se
estudian los procesos electrofisiológicos y biomecánicos involucrados en el desarrollo
de la PEBI. Sin embargo, no existen herramientas de análisis cinemático que puedan
apoyar el estudio desde la biomecánica. Por ello, el objetivo de este proyecto es diseñar
e implementar un sistema de visualización de fácil acceso que asista el análisis del com-
4
portamiento cinemático de los pacientes con PEBI positiva antes y después de la prueba.
Figura 1-1: Árbol del problema
5
1.2. Justificación
Las afecciones musculoesqueléticas son la principal causa de discapacidad a nivel mun-
dial, entre las de mayor incidencia se encuentra la lumbalgia (World Health Organiza-
tion, 2019). En solo el 15 % de los casos es posible determinar su etiología por medio de
exámenes médicos como la resonancia magnética, la tomografía axial computarizada o
las radiografías (Valdivia, 2009). La PEBI es una herramienta que podría permitir que se
determine la retracción de los isquiotibiales como una causa del dolor lumbar (DL) de
forma sistemática.
Dada la necesidad de realizar una validación objetiva que permita desarrollar un proce-
dimiento estandarizado para el diagnóstico del DLIM, el grupo de investigación Osiris-
Bioaxis y el grupo de Ortopedia de la Universidad El Bosque llevan a cabo el proyecto
previamente mencionado (Ver sección 1.1). En dicho proyecto se investigan las caracte-
rísticas diferenciales que se presentan en los pacientes con PEBI positiva con respecto
a los sujetos asintomáticos, con el fin de diseñar una metodología para la evaluación
sistemática del DLIM.
Dentro de las características diferenciales se pueden encontrar las variables involucra-
das en el comportamiento cinemático de la marcha antes y después de la realización
de la PEBI; cuyas técnicas de medición pueden involucrar el uso tecnologías como los
sistemas de captura de movimiento, entre los que se encuentran los sistemas basados
en visión y sistemas inerciales. Estos últimos permiten cuantificar el movimiento por
medio de la orientación, la posición, la velocidad y la aceleración de una estructura cor-
poral con respecto a punto fijo. Para su análisis se requieren herramientas que apoyen
los procesos de adquisición, procesamiento y visualización de la información propor-
cionada.
Sin embargo, las tecnologías existentes son de difícil acceso debido su costo; pues son
sistemas que proporcionan una toma de datos con alta precisión y exactitud, sincroni-
zación entre sensores, procesamiento en tiempo real, entre otras características (Ziha-
jehzadeh, Park, 2017). Además, los sistemas de captura de movimiento del mercado
son estandarizados y no se ajustan a escenarios con necesidades específicas como el
estudiado en este proyecto, es decir, no existen herramientas enfocadas al apoyo del
proceso de identificación de parámetros espaciotemporales de la marcha asociados a la
PEBI, ni protocolos establecidos para el estudio experimental de los mismos. Por ello,
es necesario diseñar e implementar un protocolo experimental para la obtención de las
variables cinemáticas mencionadas por medio de IMUs y un sistema de visualización
que apoye su proceso de análisis.
Por último, cabe resaltar que es el bioingeniero el indicado para llevar a cabo la presen-
te propuesta ya que esta integra aspectos del estudio biomecánico de una prueba de
6
diagnóstico médico y el desarrollo de software de despliegue de información; procesos
asociados a las aptitudes y áreas del trabajo de este profesional.
1.3. Objetivos
1.3.1. Objetivo general
Diseñar un sistema de visualización de información antropométrica para la determi-
nación de parámetros de la marcha antes y después de la realización de la prueba de
extensión en bípedo de los isquiotibiales (PEBI) por medio de unidades de medida iner-
cial.
1.3.2. Objetivos específicos
Diseñar un sistema de adquisición y sincronización de la toma datos para la ob-
tención de la información proporcionada por las unidades de medida inercial.
Desarrollar una interfaz gráfica que permita la visualización de los datos obteni-
dos por las unidades de medida inercial mediante una representación gráfica del
movimiento del paciente en el desarrollo del protocolo experimental.
Diseñar e implementar un protocolo experimental para la obtención de los datos
de variables implicadas en el análisis de movimiento en el desarrollo de la PEBI.
7
Capítulo 2
Marco Referencial
2.1. Estado del arte
Diversos estudios sugieren que la información cinemática de diferentes variables en las
extremidades inferiores puede ser de utilidad en el estudio del dolor lumbar crónico
(DLC), (Al-Eisa, Egan, Deluzio y Wassersug, 2006; Papi, Bull y McGregor, 2018) o la re-
tracción de los isquiotibiales con este mismo síntoma (Marshall, Mannion y Murphy,
2009; Hernández et al., 2017). Sin embargo, no existe un consenso en la literatura que
confirme estas relaciones, ni se han determinado medidas objetivas que permitan co-
rroborar tal afirmación (Rincón y Ramírez, 2019; Hernández et al., 2017). Para ello es
necesario realizar un análisis cuantitativo del comportamiento de las estructuras invo-
lucradas en esta condición.
Rahimi et al., 2020 realizaron un estudio cinemático de las extremidades inferiores y su
relación con el DLC, enfatizando en las asimetrías presentadas en la postura durante la
marcha. En esta investigación se realizó el análisis cinemático de las articulaciones pél-
vica, de cadera, rodilla y tobillo en personas sanas y pacientes con DLC por medio de un
sistema de captura de movimiento compuesto por siete cámaras. A través de métodos
estadísticos se identificaron diferencias en el patrón de movimiento de los pacientes
en la cadera, la rodilla y el tobillo, mientras que, la pelvis no presentó una diferencia
significativa entre los dos grupos estudiados.
Por otra parte, se han realizado investigaciones que se enfocan puntualmente en deter-
minar si hay una relación entre la longitud de los isquiotibiales yla presencia de DLC.
Autores como Gajdosik et al. (1992), afirman que la retracción de los isquiotibiales pro-
duce rotación posterior de la pelvis, verticaliza el sacro y aplana la lordosis lumbar,
restringiendo la rotación anterior de la pelvis y limitando el rango de flexión de tron-
co. Y que esto, en conjunto podría ejercer una carga excesiva en los tejidos de la zona
lumbar y predisponer al DL. Sin embargo, estudios como el de Rincón y Ramírez (2019),
indican que la literatura no es concluyente acerca de la existencia de una relación entre
el acortamiento de los isquiotibiales y la presencia de DL.
8
Una de las tecnologías utilizadas para hacer el análisis biomecánico de diferentes con-
diciones o enfermedades asociadas a causas mecánicas son las Unidades de Medida
Inercial (IMU). Molnar et al. (2018) propusieron un método para la evaluación clínica
de la actividad de la zona lumbar por medio de IMUs ubicadas en la pelvis, los muslos,
y la zona lumbar. En este método se evaluaron los ángulos entre la pelvis y L1-L2; y los
muslos y la pelvis en los movimientos de flexión, extensión, flexión lateral y rotación del
tronco. Y se realizó la respectiva comparación con un sistema óptico conformado por
un equipo de 7 cámaras. Tras realizar la estimación de los ángulos y la comparación con
el método estándar por medio del error cuadrático medio (RMSE), los autores conclu-
yen que dada la baja diferencia que se presenta con el valor estándar, esta disposición
de las IMU y la metodología seguida, son útiles en el la evaluación del movimiento de
la zona lumbar. Sin embargo, no realizan un análisis de los datos obtenidos y la relación
que este tiene con la condición médica.
Por otra parte, Sheeran, Sparkes y Al-Amri (2019) utilizaron estos sensores para realizar
el estudio del comportamiento del movimiento espinal en pacientes con dolor lumbar
(DL) tras realizar una flexión hacia adelante. Se realizó el análisis del comportamiento
cinemático espinal y pélvico de los pacientes por medio de la estimación del rango de
movimiento articular (ROM) mínimo, máximo y medio. En esta investigación se halló
una reducción tanto en el ROM lumbar superior e inferior, como en el ROM medio y
máximo para los pacientes con DL con respecto al grupo control. Esto, además de ratifi-
car la utilidad del uso de los IMUs para el estudio cinemático del dolor lumbar, permitió
demostrar que los pacientes que padecen de este síntoma de forma constante tienden
a adoptar posturas con flexión hacia adelante no típicas en personas sanas (Sheeran et
al., 2019).
Dada la complejidad de ubicar los sensores IMU para la simulación de la cadena cine-
mática de los miembros inferiores, Versteyhe, De Vroey, Debrouwere, Hallez y Claeys
(2020) diseñaron una metodología que permite ubicarlos de forma arbitraria en las zonas
superior e inferior de la pierna, para analizar la cinemática completa de la articulación
de la rodilla. Utilizaron el marco de referencia de los sensores calibrados para estimar
la posición y dirección de la articulación. Y posteriormente, diseñaron un modelo que
trata las dos partes de la pierna como cuerpos rígidos y permite describir el movimiento
rotacional de la articulación. La particularidad de este modelo es que incluye un filtro
Rauch Tung Striebel (RTS), el cual permite realizar estimaciones de variables determi-
nadas por medio de una serie de observaciones; este presenta una precisión superior
a otros métodos utilizados generalmente en prácticas de diagnóstico (Versteyhe et al.,
2020).
Con respecto a la calibración de los sensores, es necesario llevar a cabo este proceso para
obtener datos confiables y útiles para el desarrollo de herramientas que apoyen el aná-
9
lisis biomecánico. Vargas-Valencia, Elias, Rocon, Bastos-Filho y Frizera (2016) describen
un procedimiento de calibración para alinear las IMUs con los segmentos corporales de
la cadera, rodilla y tobillo. Para este método se utiliza un sistema de coordenadas deno-
minado technical-anatomical frame, desarrollado por los mismo autores. Posteriormen-
te, se realiza la calibración de los sensores, el cálculo de los ángulos de las articulaciones
y finalmente la validación de su utilidad en 3 escenarios, una simulación computacio-
nal, un modelo de articulación con un goniómetro y una prueba con 5 sujetos. El primer
escenario validado demuestra que la medición de los ángulos de las articulaciones se
da correctamente independientemente de la disposición de los sensores. Sin embargo,
para el modelo con el goniómetro y los sujetos reales, a pesar de que se obtuvieron
medidas correctas, se presentan algunos errores que los autores sugieren que se dan
por limitaciones técnicas de los sensores utilizados.
Es importante tener en cuenta que estos protocolos y procesos de análisis permiten una
interpretación más adecuada por parte de los profesionales de salud de forma gráfica,
por ello se requieren sistemas que apoyen los procesos de visualización de las variables
de la marcha a analizar; y una de las herramientas que podría cumplir con esta finalidad
es una interfaz gráfica de usuario.
Luna, Astudillo, Emilio y Guerrero (2017) desarrollaron un sistema electrónico para el
análisis de la marcha con respecto al plano sagital a partir de sensores inerciales, se
fundamentaron en el análisis de los ángulos de flexión y extensión presente en la cade-
ra, rodilla y tobillo. Posteriormente diseñaron una interfaz de usuario en MakeHuman
y Ogre3D para recrear un avatar en 3D que simula el movimiento del usuario, y que
además permite visualizar las gráficas del movimiento angular de las tres articulaciones
previamente mencionadas. Lo cual es importante para el análisis de marcha, sin embar-
go, se evidencia la falta de análisis de otros parámetros espaciales y espacio temporales
involucrados en la marcha, esto debido al enfoque del estudio en el análisis en un solo
plano.
Por otro lado, Mousas (2017) realizó una reconstrucción del proceso de locomoción del
cuerpo humano utilizando solo una unidad de medición inercial y dispositivos ópticos
de captura de movimiento. En este se menciona la complejidad de reconstruir un alto
número de grados de libertad a partir de uno muy bajo. Debido a esto su modelo se
basó en el modelo jerárquico oculto multivariado de Markov, cuyo principio se basa
en la interpolación reactiva. El sistema analiza y aprende de la estructura presente en
el proceso de locomoción a partir de la captura de movimiento y la IMU, en donde se
asigna un nivel jerárquico con respecto a la importancia de movimiento, siendo las se-
cuencias de locomoción un nivel superior y las estructuras de trama un nivel inferior.
Entre los resultados del estudio de Mousas (2017) se destaca una reconstrucción en
tiempo real del proceso de locomoción con un error cuadrático medio de 5 %, el cual
lo cataloga como un buen resultado, ya que es un desafío trabajar con un sólo sensor,
10
dada la pérdida de información que se da por tener un único grado de libertad a analizar.
Adicionalmente, se han desarrollado interfaces de usuario a partir de tecnología de cap-
tura de movimiento como son sistemas Kinect y cámaras Z, como se describe en el
artículo de Ochoa et al. (2011), en el que se desarrolló una interfaz para el análisis de
marcha en las articulaciones de rodilla y tobillo, enfocándose en la medición de los
ángulos involucrados. En este se menciona que los métodos de captura de movimien-
to a partir de tecnología óptica, pueden ser susceptibles a errores de medición ya que
factores como la perspectiva de medición, iluminación, entre otros pueden afectar la
correcta medida de los movimientos generados en las extremidades inferiores.
Para el desarrollo de un modelo cinemático, de acuerdo con Aoyagi, Kim y Takada
(2020), se tienen en cuenta procesos matemáticos que involucran herramientas como
las matrices de rotación y traslación, en donde se definen los parámetros obtenidos
de los datos tomados de dispositivos como sensores inerciales, cámaras, entre otros.
Además,se recomienda utilizar el aprendizaje automático supervisado para el análisis
de datos de forma que sea posible la identificación de patrones para ser utilizados en
modelos de clasificación o regresión de datos.
Por otro lado, es importante reconocer que la información obtenida de estos análisis es
útil no solamente para la comunidad de investigadores, sino para los profesionales de la
salud; pues son ellos quienes a través de la medicina, diseñan estrategias de prevención,
diagnóstico y tratamiento para los pacientes. Por ello, es necesario diseñar herramien-
tas que permitan presentar la información de una forma dinámica, clara y concisa; y
que permita agilizar el proceso de análisis de los médicos. Adicionalmente, el uso de
gráficas y tablas permite que la interacción humano-computadora sea más eficiente y
que el proceso para determinar la presencia de anomalías en los diferentes parámetros
sea más rápido (Senanayake y Senanayake, 2009).
Teniendo en cuenta los estudios previamente relacionados y la inexistencia de herra-
mientas de visualización que permitan el estudio de las variables cinemáticas asociadas
al dolor lumbar y a la PEBI; se requiere el desarrollo de una herramienta que acompañe
e instruya al usuario sobre el protocolo a llevar a cabo en la prueba y permita la visua-
lización de una representación gráfica de la marcha antes y después de la misma, así
como los parámetros cinemáticos de la marcha para su posterior análisis.
11
2.2. Marco teórico
2.2.1. Dolor lumbar
Airaksinen et al. (2006) definen la lumbalgia o dolor lumbar como “un dolor localizado e
incomodidad debajo del margen costal y por encima de la línea glútea superior, con o
sin dolor relacionado en la extremidad inferior, que es crónico si persiste durante tres
meses o más”. Esta es una condición que hace parte del conjunto de afecciones muscu-
loesqueléticas dolorosas que pueden llegar a provocar deterioro funcional, fragilidad,
trastornos depresivos y, en general, pérdida de la calidad de vida en los pacientes que
lo padecen (Briggs et al., 2016).
El dolor lumbar crónico (DLC) se clasifica clínicamente en tres categorías, la primera aso-
cia el síntoma con una enfermedad específica, la segunda con una patología o lesión del
sistema nervioso y la última se denomina inespecífica y en algunos casos se encuentra
relacionada con causas mecánicas no identificadas (Almeida y Campos, 2017). La mayo-
ría de los casos presentados de lumbalgia son clasificados como inespecíficos, es decir
que no existe una causa patoanatómica identificable del dolor en la exploración de estu-
dios de imagen o electrofisiológicos (Maher, Underwood y Buchbinder, 2017; Valdivia,
2017). El dolor lumbar inespecífico mecánico se describe como dolor lumbar localizado
entre la duodécima costilla y el pliegue glúteo, y es reportado como una sensación de
rigidez o tensión (Hernández et al., 2017).
2.2.2. Músculos isquiotibiales
Los isquiotibiales son un grupo de músculos, conformados por el bíceps femoral, el se-
mitendinoso y el semimembranoso que se originan en la tuberosidad isquiática hasta
su inserción en la tibia y peroné, de donde se origina su nombre. Estos músculos pasan
por encima de la cadera y de la rodilla, interactuando con las distintas articulaciones de
las diferentes partes mencionadas, en donde ejercen la función de extensión del muslo
con respecto a la cadera y la flexión de la pierna cuando está en una posición de bipe-
destación (Palastanga, Field, Soames González del Campo Román, 2007).
Los músculos semitendinoso y semimembranoso participan principalmente en la exten-
sión de la cadera y en la flexión de la rodilla, debido a sus inserciones en la tuberosidad
isquiática y en la tibia, se ubica entre la parte posterior del fémur y la parte posterior de
la rodilla. El bíceps femoral es la unión entre dos cuerpos musculares diferenciados, la
cabeza corta o isquiática, que comienza en la tuberosidad mencionada, recorre la parte
posterior del fémur y la zona posterior de la rodilla y se inserta en la cabeza del peroné,
participando en los movimientos de extensión de la cadera y flexión de la rodilla (Pa-
lastanga, Field, Soames y González del Campo Román, 2007).
12
El segundo cuerpo muscular o cabeza corta se ubica en la cabeza del peroné en su
zona inferior, recorriendo la parte posterior de la rodilla y del fémur, diferenciándose
en que su origen ya que se da en el tercio medial de la cara posterior del fémur, por
lo tanto solo participa en la flexión de la rodilla (Palastanga, Field, Soames y González
del Campo Román, 2007). En la Figura 2-1 se aprecia la disposición de los músculos
semintendinoso, semimebranoso y el bíceps femoral en las extremidades inferiores.
Figura 2-1: Inserción de los isquiotibiales, adaptado de: Hoyo et al. (2013).
2.2.3. Prueba de Extensión en Bípedo de los Isquiotibiales (PEBI)
En el año 2004 se diseñó una prueba para el diagnóstico clínico del dolor lumbar ines-
pecífico mecánico (DLIM), en la que se buscan establecer si la retracción de los isquioti-
biales y por ende, la basculación repetitiva de la pelvis durante la marcha, son un signo
determinante en el diagnóstico de este síntoma. La prueba fue desarrollada por el mé-
dico ortopedista Juan Manuel Herrera y el médico fisiatra Eduardo Antonio Reina, y fue
denominada Prueba de Extensión en Bípedo de los Isquiotibiales (PEBI) (Hernández et al.,
2017).
Con el paciente en bipedestación, se realiza la elevación del miembro inferior a una
altura de 30 cm, con extensión completa de la rodilla, dorsiflexión máxima del tobillo,
flexión de 30° de la cadera y rotación neutra de la misma para el bloqueo de la bascula-
ción de la pelvis (Ver Figura 2-2); finalmente, el participante debe caminar 10 m. Si este
percibe una mejora o desaparición del dolor, se considera un signo positivo para la PEBI.
Entre el año 2004 y 2014, estos profesionales y el entonces residente de Ortopedia y
Traumatología de la Universidad El Bosque, Nicolás Hernández, realizaron la validación
clínica de la prueba. En ella se tomó una muestra de 183 pacientes a quienes se les
realizó la PEBI; en aquellos en los cuales se presentó un signo positivo, se les ordenó
un tratamiento fisioterapéutico con el protocolo de McKenzie modificado.
13
Tanto al inicio como al final del tratamiento se evaluó el dolor del paciente por medio
de la Escala Visual Analógica (EVA), el signo para la prueba (positivo o negativo) y la
existencia de retracción en los isquiotibiales. Para la EVA se tenía inicialmente una me-
dia de 7.7 con una desviación estándar de 1.5, el signo positivo para PEBI y presencia de
retracción de los isquiotibiales; al finalizar el tratamiento se tenía la EVA con una media
del 0.84 con una desviación estándar de 0.86, signo negativo de PEBI y rehabilitación de
la retracción de los isquiotibiales. A partir de esto, la PEBI se consideró un signo clínico
que permite el diagnóstico de DLIM (Hernández et al., 2017).
Figura 2-2: Posición del paciente en el desarrollo de la PEBI (Hernández et al., 2017)
2.2.4. Antropometría
La antropometría se encarga del estudio de las medidas del cuerpo humano. Existen dos
formas de estudio, la primera está orientada a la dinámica, que se refiere a la medición
de las dimensiones del cuerpo a partir de un movimiento asociado a cierta actividad en
especifico. Y la segunda es la antropometría estática o estructural, que tiene como fin
estudiar las dimensiones en una posición estática determinada para realizar su respec-
tiva comparación con medidas estandarizadas (Ordoñez y Cajigal, 2020).
Del cuerpo humano se pueden tomar una gran cantidad de medidas antropométricas, la
selección y discriminación de las mismas depende del objetivo de estudio (Ordoñez y
Cajigal, 2020). En la Figura 2-3 se presentan algunas de las antropometricas más usadas
en el campo de la biomecánica, estas medidas funcionales se toman en una posición de
trabajo específico; para el caso, la persona está en bipedestación con los brazos total-
mente extendidos lateralmentea la altura de los hombros.
14
Figura 2-3: Medidas antropométricas básicas utilizadas en estudios de biomecánica
2.2.5. Análisis de marcha
La marcha es un proceso cíclico que integra una serie de movimientos secuenciales de
las extremidades inferiores que dan paso al desplazamiento. El análisis demarcha permite
caracterizar y analizar la función locomotora de un sujeto y por ende, las irregularidades
que puede presentar por condiciones patológicas, por medio del estudio de diferentes
variables desde dos puntos de vista, el cinemático y el cinético (Caldas, Fadel, Buarque
y Markert, 2020).
El enfoque cinemático del análisis de marcha contempla diferentes parámetros: espa-
ciales y espaciotemporales. Entre los parámetros espaciales encontramos la longitud de
paso, que se refiere a la distancia recorrida entre un pie y otro en un paso; la longitud de
zancada, referente a la distancia recorrida en dos ciclos de marcha, es decir, de un pie a
este mismo en su segundo paso; el ancho de paso, referente a la distancia mediolateral
entre los pies; entre otros.
Así mismo, se tienen en cuenta los parámetros espaciotemporales, estos incluyen el
tiempo de zancada, definidos como la duración de un ciclo de marcha, y que está di-
rectamente relacionado con la cadencia, parámetro que determina el número de ciclos
realizados en un tiempo determinado. Así como la velocidad de marcha, medida que
relaciona la distancia recorrida con el tiempo que le toma realizarlo (Baker, 2013). Ca-
be mencionar que para el cálculo de todas estas variables es necesario tener en cuenta
cada una de las fases de la marcha, pues es partir de estas que se definen los ciclos en
el recorrido. La marcha tiene dos periodos: el de soporte y el de balanceo. Cada uno
comprende un conjunto de fases por las que atraviesa cada extremidad durante el ciclo
15
de marcha. El periodo de soporte abarca todas las fases en las cuales el pie está en con-
tacto con el suelo y el de balanceo, aquellas en las que este está oscilando sin apoyarse
(Ver 2-4).
Figura 2-4: Fases del ciclo de marcha
2.2.6. Protocolos para el estudio de variables cinemáticas en pacientes
con DLI
En los estudios de patrones en la marcha de pacientes con dolor lumbar inespecífi-
co, uno de los aspectos más importantes es el diseño del protocolo experimental, este
comprende todos los procesos metodológicos que se deben llevar a cabo para hacer el
registro de la información de los pacientes. Existen algunos pasos a seguir comunes en
los estudios de marcha en pacientes con DLI, entre estos se evidencia que generalmente
los sujetos realizan la prueba sin calzado para obtener información confiable sobre las
estructuras y movimientos propios del cuerpo (Barzilay et al., 2016).
Además, teniendo en cuenta que la marcha es el objeto de estudio, los pacientes deben
caminar por lo menos 3 metros por recorrido para tener suficiente tiempo para adqui-
rir datos confiables de la aceleración (Strutzenberger, ClauBen y Schwameder, 2021).
Algunos estudios (Müller et al., 2015 & Barzilay et al., 2016) sugieren también, que el
procedimiento de adquisición de la información se realice por lo menos 3 o 4 veces por
paciente, esto con el fin de registrar y analizar información más precisa. Sin embargo,
teniendo en cuenta que el protocolo experimental y sus características están sujetas al
desarrollo metodológico realizado inicialmente para la PEBI (Hernández et al., 2017),
estas desiciones se tomaron bajo el criterio de los investigadores.
Dos de los aspectos más importantes a tener en cuenta en el diseño del protocolo ex-
perimental es la elección de las variables que se pretenden medir y la ubicación de los
señores para obtener dicha información. En la evaluación de dolor lumbar se han identi-
ficado diferencias en parámetros espaciotemporales de la marcha como el largo de paso,
el largo de la zancada, la velocidad de marcha y la cadencia. Por ejemplo, Barzilay et al.
16
(2016) y Najafi et al. (2019) presentan estudios comparativos de los parámetros de la
marcha en pacientes con lumbalgia crónica mecánica tras un proceso de rehabilitación
terapéutica y frente a un grupo control, respectivamente.
En este sentido, con el fin de diseñar e implementar herramientas útiles para en el análi-
sis cinemático de los sujetos antes y después de la prueba en el sistema de visualización
de la información, y como parte del diseño del protocolo experimental, se proponen a
partir de la literatura una serie de posibles variables asociadas directamente al análisis
objetivo de la PEBI así como la ubicación de los sensores para cada una.
La primera variable a considerar es el ángulo de flexión de la cadera, Wong y Lee (2004)
reportaron reducción en la magnitud de este parámetro en pacientes con dolor lumbar,
el análisis se realizó tomando como puntos de medición L1 y sacro. Estas dos posiciones
fueron utilizadas también por Ha et al. (2013) con el fin de analizar el rango de movi-
miento de la columna; en este estudio se ubicaron las IMU en L1 y S2, y el registro fue
realizado con el sistema de captura de movimiento de X-Sens.
Por otro lado, se ha identificado una reducción en la amplitud de la rotación de la pelvis
en el plano transversal que, además de ser cuantificada, tuvo una variación evidente
en las gráficas de marcha (Müller et al., 2015). Es importante resaltar, que en este estu-
dio se evaluaron los efectos de la lumbalgia tanto en el tronco como en los miembros
inferiores en la marcha normal y con los sujetos corriendo; esto permite evidenciar la
versatilidad del parámetro. Esta variable ha sido analizada con tecnología inercial ubi-
cando los sensores sobre la línea de la espina ilíaca superior anterior para cada lado
(Ferreira et al., 2018).
Otra de las variables asociadas a la pelvis es su basculación, cuyo bloqueo está incluido
en el protocolo de la PEBI (Hernández et al., 2017). Un estudio cinemático realizado por
Gombatto et al. (2015) demuestra una reducción en la basculación pélvica anterior en
pacientes con dolor lumbar con respecto al grupo control. Para realizar la medición de
esta variable con sensores inerciales, Zhang et al. (2020) propone tomar la línea de la
espina ilíaca superior posterior como ubicación para las unidades, esta es identificada
por medio de palpación por el profesional de la salud.
2.2.7. Unidades de medida inercial (IMU)
Las unidades demedida inercial se definen como dispositivos electrónicos que permiten la
medición de movimientos dinámicos lineales y angulares a partir de giroscopios y ace-
lerómetros, los cuales permiten obtener información de variables como: aceleración,
tasas de movimiento angular, vectores de fuerza, etc. Los sensores inerciales están dis-
puestos de tal forma que los ejes de medición se encuentren de forma ortogonal entre sí,
para obtener la información con respecto a cada eje coordenado (Seel, Raisch y Shauer,
17
2014).
Los acelerómetros y giroscopios que estan integrados en las unidades de medida inercial
son de tipo MEMS, tecnología de alta sensibilidad que permite registrar información de
precisión. Debido a que estos dispositivos se fundamentan en la inercia es susceptible
presentar errores de medida, por lo que se realiza un proceso de acondicionamiento
que incluye el filtrado y la calibración para eliminar errores de deriva o de perdida de
datos. Despues de estas etapas se realizan una serie de cálculos para la obtención final
de variables como la posición, la velocidad, la posición angular, los angulos de rotación,
entre otros (Seel, Raisch y Shauer, 2014).
Figura 2-5: Definición de ejes y ángulos registrados por una unidad de medida inercial
(Honeywell, 2013)
Los sistemas de captura de movimiento basados en unidades de medición inercial, han
sido una gran opción para medir la cinemática humana, debido a que permite realizar
mediciones fuera de un ambiente experimental o controlado, esto gracias a su porta-
bilidad, fácil manipulación y gran exactitud en la cinemática capturada. Dentro de las
aplicaciones en las quese implementa, se encuentran la captura de movimiento humano
para la realización de estudios en salud, rehabilitación, deportes y ergonomía.
El uso de sensores inerciales en el campo de la medicina, han sido de gran utilidad para
el análisis de marcha y el desarrollo de nuevos dispositivos portables y accesibles enfo-
cados en el análisis cinemático de articulaciones debido a que no afecta el movimiento
natural de la persona; por lo que es una excelente opción para el estudio biomecánico
de la marcha de una persona (Echeverry,2018).
2.2.8. Interacción humano - computadora
El grupo de interés especial en la interacción computadora-humana (SIGCHI) ACM SIG-
CHI (Hewett, 2008) define la interacción Humano-Computadora (IHC) como: “La disciplina
18
relacionada con el diseño, evaluación e implementación de sistemas computacionales
interactivos para el uso de seres humanos, y con el estudio de los fenómenos más im-
portantes con los cuales están relacionados”.
La interacción humano-computadora se enfoca en conocer la forma en la que los seres
humanos pueden interactuar con una computadora, para llevar a cabo diferentes tareas
o procesos. Permitiendo el diseño de sistemas computacionales que apoyen a los hu-
manos a realizar actividades de manera segura y productiva. El objetivo de la IHC es
producir software utilizable y funcional (Narciso, 2008).
En el proceso de diseño de la IHC se deben contemplar diferentes aspectos. La primera
consideración a tener en cuenta es el usuario, sus necesidades, capacidades y la forma
en la que quiere realizar las actividades, de modo tal que el usuario deba adaptarse lo
menos posible al sistema, esto con el fin de tener una IHC que satisfaga las necesidades
del usuario (Narciso, 2008).
19
Capítulo 3
Marco Normativo
Ley estatutaria 1581 de 2012 “Por la cual se dictan disposiciones generales para la pro-
tección de datos personales”: estipula el manejo que se le debe dar a la información
personal de los participantes registrada en las sesiones de toma de datos.
Resolución número 8430 de 1993 “Por la cual se establecen las normas científicas, técni-
cas y administrativas para la investigación en salud”: especifica los requisitos y aspectos
éticos a tener en cuenta para el estudio en humanos.
ISO/IEC 25000: Es un conjunto de normas que tiene por objetivo la creación de un mar-
co de trabajo común para evaluar la calidad del producto software.
Registro Individual de Prestación de Servicios de Salud: El Ministerio de Salud y Protec-
ción Social ha estipulado a través del Repositorio Institucional Digital los lineamientos
para el Registro Individual de Prestaciones de Servicios de Salud (RIPS). Este es “el con-
junto de datos mínimos y básicos que el Sistema General de Seguridad Social en salud
requiere para los procesos de dirección, regulación y control de los servicios (MINSA-
LUD, 2015). Allí se estipulan los formularios que deben ser diligenciados, el formato
de los archivos, las abreviaturas y otras especificaciones que se deben tener en cuenta
para el registro y envío de la información en el desarrollo del protocolo experimental.
20
Capítulo 4
Requerimientos
Requerimientos funcionales
El sistema de adquisición de datos debe permitir la sincronización de todas las
IMU a utilizar.
El sistema debe permitir el almacenamiento de los datos registrados en el periodo
de medición de las IMU de acuerdo con la duración del protocolo experimental.
Los sensores deben contar con una banda elástica que les permita ser ubicados
en la zona específica del cuerpo durante todo el desarrollo del protocolo.
El sistema debe permitir registrar y exportar la información de acuerdo con los li-
neamientos estipulados por el Ministerio de Salud para los Registros Individuales
de Prestación de Servicios de Salud.
Los sensores inerciales deben tener una frecuencia muestreo de mínimo 50 Hz
y no superior a 200 Hz, pues es la frecuencia aconsejada para la medición del
movimiento humano (Zhou, 2009).
El sistema de adquisición debe tener una frecuencia de muestreo mayor a 60 Hz.
Las IMU a utilizar deben tener un rango de medición angular de al menos a 140°.
El sistema debe contar con un cronómetro para delimitar el tiempo en el que se
realizan cada una de las actividades.
El protocolo se debe diseñar teniendo en cuenta los 10 metros sugeridos para el
análisis de parámetros espaciotemporales de la marcha (Palmer, 2015).
El espacio en el que se desarrolla el protocolo experimental debe ser de al menos
6 m de longitud para que el participante logre completar 10 m de marcha en un
trayecto ida y vuelta, y realizar la PEBI al finalizarlo.
El espacio a utilizar para el desarrollo del protocolo experimental debe ser com-
pletamente plano y sin inclinaciones.
21
Requerimientos operacionales
El sistema de visualización debe permitirle al usuario seleccionar las gráficas de
análisis de marcha de parámetros espaciales y espaciotemporales que desea vi-
sualizar.
El sistema debe ser intuitivo y de fácil uso para el usuario, pues puede ser utilizado
tanto por ingenieros como por profesionales de la salud.
El sistema debe permitir la visualización de la representación 3D de las extremi-
dades inferiores y las gráficas de análisis de marcha de acuerdo con la necesidad
del usuario.
El sistema de visualización gráfica debe realizar un proceso de instrucción paso a
paso del protocolo que debe ser llevado a cabo para la ubicación de los sensores,
el proceso de registro y almacenamiento de datos y la visualización final de la
representación.
El sistema debe permitir el ingreso de los datos antropométricos del participante
para su posterior representación, así como datos de talla y edad.
Se debe contar con un manual de usuario en donde se especifique el protocolo a
seguir para la ubicación de los sensores, la adquisición de los datos y la visualiza-
ción del modelo.
El sistema debe entregar una carpeta con los datos registrados y calculados del
participante al finalizar el protocolo.
Requerimientos de calidad
El sistema debe permitir el almacenamiento de los datos de todos los pacientes
en una base de datos.
El sistema debe permitir visualizar los datos tanto de forma gráfica como numérica
tras la realización de la prueba.
Requerimientos técnicos
Requerimientos mínimos:
Computador con memoria RAM de 4GB, procesador Intel o AMD con procesador
x86-64.
Software MATLAB versión R2020a o superiores.
Requerimientos recomendados:
Computador con memoria RAM de 8GB, procesador Intel (i7 o superior) o AMD
con procesador x86-64.
Software MATLAB versión R2020b.
22
Capítulo 5
Metodología
En este capítulo se abordará la metodología utilizada para el desarrollo de cada uno
de los objetivos. En el diagrama de la Figura 5-1 se describen brevemente las fases
asociadas a cada uno de ellos.
Figura 5-1: Diagrama genera de las fases desarrolladas en la metodología
5.1. Protocolo experimental
Para el diseño y desarrollo del protocolo experimental se tuvieron en cuenta las necesi-
dades del proyecto de investigación dentro del cual se desarrolló este proyecto, entre
las cuales se encuentra la medición de una variable cinemática específica que sea estu-
diada en pacientes con DLI.
Las unidades inerciales utilizadas para la toma de datos son las MTw del sistema Awin-
da de Xsens, equipo diseñado para estudios en biomecánica, ergonomía, rehabilitación,
robótica, entre otros. La cantidad de sensores a utilizar, la alta precisión en la sincroni-
zación que se requiere para realizar la reconstrucción del movimiento, la portabilidad
de las unidades y la libertad de movimiento que el participante debe tener para desa-
rrollar la PEBI; fueron algunos de los aspectos tenidos en cuenta para concluir que el
equipo, que fue previamente seleccionado y adquirido por el grupo de investigación,
cumplía satisfactoriamente con todas las características necesarias para el estudio. En
23
la Tabla 5-1 se describen algunas de las especificaciones más relevantes del sistema.
Especificación Valor
Latencia30 ms
Tasa de actualización 60 Hz - 80 Hz
Comunicación 50 m
Precisión estática 0.2 deg - 0.5 deg
Precisión dinámica 1 deg RMS
Rango del giroscopio ±2000 deg/s
Rango del acelerómetro ±160m/s2
Ancho de banda del giroscopio 180Hz
Ancho de banda del acelerómetro 180Hz
Tabla 5-1: Especificaciones del sistema MTw Awinda de Xsens
El equipo consta de 17 unidades de medida inercial (IMUs), de las cuales se utilizan
7, una estación Awinda (Ver Figura 5-2), una antena, dos cargadores, 1 cable USB para
conectar la estación al PC y velcros para sujetar los sensores al cuerpo de los sujetos.
Figura 5-2: Estación Awinda y sensores MTw
Los Wireless Motion Tracker (MTw) son unidades de medición inercial inalámbrica en mi-
niatura que incorpora acelerómetros 3D, giroscopios y magnetómetros para recopilar y
generar datos que describan el movimiento humano (Xsens, 2018. MTw Awinda User
Manual).
24
5.1.1. Selección de variables cinemáticas
Como un primer paso, para determinar qué variables cinemáticas de la marcha podrían
ser evaluadas en los pacientes con DLI antes y después de realizar la PEBI, se realizó la
revisión y selección de artículos científicos cuyos resultados evidenciaran la existencia
o no de una variación en determinados parámetros espaciotemporales de la marcha tras
realizar protocolos de rehabilitación en pacientes con esta condición. Posteriormente,
se identificó la frecuencia de hallazgos positivos para cada uno de los parámetros espa-
ciotemporales en los artículos seleccionados, se tomaron en cuenta aquellos reporta-
dos en la mitad o más de las referencias bibliográficas y finalmente se discriminaron de
acuerdo con el criterio de los investigadores.
Adicionalmente, se realizó una revisión de la literatura que diera cuenta de los hallazgos
de diferentes autores sobre las variables cinemáticas que se ven modificadas en pacien-
tes con DLI, y que hayan sido estudiadas utilizando tecnología inercial. Esto, con el fin
de proponer una variable que a futuro pueda ser objeto de estudio en el análisis del
efecto biomecánico de la extensión de los isquiotibiales en pacientes con PEBI positiva.
Como resultado de este proceso, se encontró que la basculación y la rotación de la pel-
vis, y la flexión y rotación de la cadera, se habían visto alteradas en pacientes con esta
condición (Ver Capítulo 2). Por ello, se presentó una propuesta de ubicación de las IMU
para cada una de las variables, se evaluó y seleccionó una de ellas teniendo en cuenta
las implicaciones que tendría en el desarrollo del protocolo de la PEBI, el efecto biome-
cánico que los ejercicios adicionales necesarios para la medición de la variable tendrían
en el participante y el criterio de los médicos e ingenieros del grupo de investigación.
Considerando lo anterior, se definió la ubicación de los sensores para cada una de las
variables mencionadas como se describe a continuación: para los miembros inferiores,
se siguió la recomendación del fabricante del sistema: un sensor para la pierna superior
ubicado sobre la mitad lateral del muslo; un sensor sobre la parte anterior interna de la
tibia para el segmento inferior; y un sensor en la zona media del pie, entre la articulación
del tobillo y las articulaciones de los dedos. En la zona media del cuerpo se presentó
una propuesta de ubicación por cada una de las variables a analizar previamente plan-
teadas. En las Figuras 5-3, 5-4, 5-5 y 5-6 se puede apreciar la ubicación de los sensores
para la medición de los parámetros de marcha y el ángulo de basculación de la pelvis, el
ángulo de rotación de la pelvis, el ángulo de flexión de la cadera y el ángulo de rotación
interna/externa de la cadera, respectivamente.
Teniendo esto en cuenta, en Tabla 5-2 se presenta una recopilación de las variables con-
templadas y seleccionadas para implementar su medición en el protocolo experimental.
Así como los movimientos requeridos para su medición y los valores normales.
25
Figura 5-3: Propuesta 1: Ubicación de los sensores para la medición de parámetros de
la marcha y el ángulo de basculación de la pelvis A) Espina ilíaca superior anterior B) Muslo
C) Pierna D) Dorso del pie
Figura 5-4: Propuesta 2: Ubicación de los sensores para la medición de parámetros de
la marcha y el ángulo de rotación de la pelvis A) Muslo B) Pierna C) Dorso del pie D) Espina
iliaca superior posterior
26
Figura 5-5: Propuesta 3: Ubicación de los sensores para la medición de parámetros de
la marcha y el ángulo de flexión de la cadera A) Muslo B) Pierna C) Dorso del pie D) Vertebra
lumbar 1 E) Sacro 2
Figura 5-6: Propuesta 4: Ubicación de los sensores para la medición de parámetros de
la marcha y el ángulo de rotación interna/externa de la cadera (Método 2 )A) Pelvis B)
Muslo C) Pierna D) Dorso del pie
27
Variable Movimiento Valores normales Incluído
Longitud de pa-
so
Durante la marcha 0.545 ± 0.035 m Si
Ancho de paso Durante la marcha 0.079 ± 0.013 m Si
Cadencia Durante la marcha
128.483 ± 14.925
ppm
Si
Velocidad de
marcha
Durante la marcha 1.114 ± 0.205 m/s Si
Largo de zanca-
da
Durante la marcha 1.07 ± 0.074 m Si
Ángulo de bas-
culación de la
pelvis
Durante la marcha
Anterior: 13±4.9°
Posterior: 8.9±4.5°
No
Ángulo de rota-
ción de la pelvis
(ROM)
El participante se ubica en bipedesta-
ción y realiza la rotación del tronco ha-
cia la derecha e izquierda (3 repeticio-
nes)
32.4±4.4° No
Ángulo de fle-
xión de la cade-
ra (ROM)
En bipedestación con las rodillas ex-
tendidas el participante hace la flexión
de la cadera, llevando el tronco hacia
adelante
61.9±9.9° No
Ángulo de rota-
ción de la cade-
ra (ROM)
El participante se sienta con las rodi-
llas en un ángulo 90° sin tocar el suelo
con los pies y desplaza el tobillo hacia
la zona media tanto como sea posible
Externa: 41.9±8.5°
Interna: 15.5±7.4°
Si
Tabla 5-2: Especificaciones del sistema MTw Awinda de Xsens
Los valores normales descritos en la Tabla 5-2 son referentes a un hombre adulto sin
afecciones musculoesqueléticas (Wong y Lee, 2004; Gombatto et al., 2015; Müller et al.,
2015).
Además de los parámetros de marcha, se incluyó el ángulo de rotación interna y exter-
na de la cadera como variable adicional. La selección se basó en tres características: la
primera hace referencia a la posibilidad de que un paciente con DLIM pueda realizar el
movimiento necesario para medir la variable, en este sentido la flexión de la cadera y
la rotación de la pelvis no son viables, pues el esfuerzo que implican podrían impedir
que el paciente realice estos movimientos correctamente. El segundo criterio corres-
ponde a las modificaciones que se deben hacer al protocolo de la PEBI; para este caso,
la basculación de la pelvis es la única variable para la que no se requieren movimientos
adicionales, puesto que es posible medirlo durante la marcha.
28
Por último, se tuvo en cuenta la interferencia que podría tener la ubicación de los senso-
res en el protocolo experimental realizado para el estudio de electromiografía (Hernán-
dez y Ramos, 2020) . Concretamente, la flexión de la cadera, y la basculación y rotación
de la pelvis impedirían que el paciente pueda ubicarse en decúbito prono, lo que impli-
caría retirar todos los sensores y realizar procesos independientes. En la Tabla 5-3 se
especifican los valores asignados para cada criterio en una escala de 1 a 5 dependiendo
del nivel en que se relaciona con el criterio. De acuerdo con lo anterior, se seleccionó
la rotación de la cadera y se implementó en el protocolo antes y después de realizar la
PEBI. El movimiento a ejecutar para su medición se ilustra en la Figura 5-7. Cabe men-
cionar que este criterio fue avalado por los investigadores del proyecto.
Variable
Basculación
de la pelvis
Rotación de
la pelvis
Flexión
de cadera
Rotación
de cadera
Característica Puntuación
Un paciente con PEBI
positiva puede realizar el
movimiento para su medición
5 2 1 5
No modifica el protocolo
inicial de la PEBI
5 3 1 3
La posición de los sensores no
interfiere con el protocolo
experimental para EMG
11 2 5
Total 3,6 2 1,3 4,3
Tabla 5-3: Selección de variable adicional a medir en el protocolo experimental
Figura 5-7: Movimiento para la medición de la rotación interna y externa de la cadera
El protocolo experimental fue implementado con sujetos control, es decir, personas sin
dolor lumbar. El registro de datos se realizó en una superficie plana de 21 m2 que conta-
29
ba con marcadores en el suelo para orientar al participante, una pantalla para instruirlo
y acompañar el procedimiento, la estación Awinda y el computador para la recepción
de datos (Ver Figura 5-8). El procedimiento a seguir consistió una marcha de 10 metros
rectos hasta el punto final, la realización de la PEBI (elevación del miembro inferior a
una altura de 30 cm, con extensión completa de la rodilla, dorsiflexión máxima del to-
billo, flexión de 30° de la cadera y rotación neutra de la misma para el bloqueo de la
basculación de la pelvis) y 10 metros de marcha nuevamente hasta el punto inicial (Ver
Figura 5-9).
Figura 5-8: Organización del espacio para el desarrollo del protocolo experimental
Figura 5-9: Participante realizando el protocolo experimental
Adicionalmente, se midió el tiempo que tomó realizar cada una de las fases del proto-
colo con el fin de calcular cuántos sujetos pueden ser registrados por sesión y tenerlo
en cuenta para futuras pruebas.
5.2. Sistema de adquisición
El sistema de adquisición de datos de las IMUs se diseñó con dos enfoques. El prime-
ro de ellos está orientado a extraer los datos de los archivos registrados en el sistema
30
MVN Analyze de Xsens para acondicionarlos y utilizarlos en el sistema de visualización
de información (SVI) para la reconstrucción del movimiento y el análisis de las varia-
bles cinemáticas de la marcha. El segundo enfoque corresponde a la adquisición de los
datos directamente desde MATLAB, sin requerir del sotware de Xsens para almacenar
la información de los sensores. A continuación se expone la metodología utilizada para
cada uno.
El software MVN Analyze exporta los datos en un archivo con extensión .mvnx. Para
extraer la información de interés, se realizó la búsqueda de kits de desarrollo y/o algo-
ritmos que permitieran el acceso a los datos de cada una de las variables.
Se utilizó un algoritmo desarrollado en MATLAB diseñado por Xsens que permite la lec-
tura y la representación gráfica de las señales. Sin embargo, fue necesario modificarlo
y acondicionarlo para poder almacenar los datos y utilizarlos en la posterior represen-
tación en 3D de la sesión y de los diferentes parámetros a analizar en el protocolo
experimental. En el capítulo de resultados (6.1) se ilustra el proceso realizado por el
pseudocódigo para dicho fin. Con esta información, se generó un nuevo archivo con
las medidas antropométricas registradas del participante y las variables de interés; los
datos están almacenados como se presenta en la Figura 5-10.
Figura 5-10: Organización del archivo utilizado para la reproducción del movimiento
Por otro lado, se diseñó un algoritmo para adquirir los datos de las unidades inerciales
directamente desde MATLAB. Esto permite el registro de la información sin utilizar el
software de Xsens. Para ello, se utilizó el kit de desarrollo de software (SDK) mainMT-
dataViewer proporcionado por Xsens en la instalación del MT Software Suite 4.6. Se
realizó el acondicionamiento de las funciones, tanto para la toma de datos en tiempo
real como para la lectura del archivo generado en la anterior función. Estos programas
permiten registrar una sola variable, por lo que fue necesario adaptar el pseudocódigo
para la obtención de todas las variables provenientes de los sensores; estas incluyen la
orientación, la aceleración y la velocidad angular, entre otras. Esto se llevó a cabo con el
fin de procesar y manipular dichos datos para la obtención de los parámetros de interés.
31
Para el acondicionamiento de las funciones tanto de lectura de los archivos provenien-
tes de MVN Analize como de la toma de datos directamente desde MATLAB se realizó
una revisión de las APIs integradas en el SDK y su respectiva documentación. Se accedió
a los archivos y funciones, y se diseñaron las variables de modo tal que toda la informa-
ción de los sensores pudiese ser registrada en las mismas estructuras preestablecidas
por el SDK.
5.3. Sistema de visualización de información ASPEBI
En esta sección se expone la metodología llevada a cabo para el desarrollo del SVI y los
procesos que implicó, entre los que se incluyen las consideraciones para la selección
de componentes, el proceso de diseño de la interfaz gráfica y la implementación de los
algoritmos para el cálculo de los parámetros espaciotemporales de la marcha.
El SVI se desarrolló en MATLAB (R2020b) en la herramienta App Designer. Su selección
se basó en la precisión y confiabilidad en el procesamiento de señales, la posibilidad
de integrar módulos de diferentes tecnologías como la electromiografía, que además
se realiza para el análisis de la PEBI en el proyecto de investigación; y por último, la
disponibilidad del software en la institución. En la Tabla 5-4 se describen todas las
características evaluadas para su elección. Por su parte, la herramienta App Designer
permite integrar el concepto de interfaz gráfica de usuario y el procesamiento de los
datos en MATLAB que se debe llevar a cabo para la reconstrucción y reproducción de
los movimientos del participante.
Opción Python MATLAB
Característica Puntuación
Accesibilidad al programa en el grupo
de investigación
5 5
Accesibilidad para un usuario fuera de
la comunidad educativa
5 1
Disponibilidad de herramientas
para el diseño de aplicaciones
5 5
Compatibilidad con el análisis de EMG 3 5
Disponibilidad de herramientas (API) de
Xsens para el registro de datos
2 5
Compatibilidad de los archivos exportados
por MVN Analyze con el software
1 5
Disponibilidad de recursos, documentación
y soporte de Xsens para el programa
2 5
Total 3,28 4,42
Tabla 5-4: Características para la selección del software de desarrollo
32
Registro de información del participante
Inicialmente, se establecieron los campos de registro para cada uno de los roles de usua-
rio: médico e ingeniero investigador. Para el primero, se diseñó una pestaña que permite
realizar el registro de datos de los participantes de acuerdo con los lineamientos estipu-
lados por el Ministerio de Salud para el RIPS (Ministerio de Salud de Colombia, 2010).
Este cuenta con los tres archivos principales que aplican para el protocolo que se lle-
va acabo durante la prueba: archivo de usuario (US), archivo de procedimientos (AP) y
archivo de consulta (AC), que en conjunto con la información de los parámetros biome-
cánicos obtenidos, es entregado al usuario y almacenado en una base de datos para su
posterior revisión. La normativa establece que estos archivos de registro deben tener
la extensión .csv y que se organicen como se presenta en la Figura 5-11.
Figura 5-11: Organización del archivo exportado de registro del participante según los
lineamientos del RIPS
Para la pestaña correspondiente al rol de ingeniero investigador, los usuarios solicitaron
campos específicos para el registro del participante y algunos datos básicos que podrían
ser de utilidad para estudios futuros, los cuales se listan a continuación:
Nombres y apellidos
Documento de identidad
Sexo
Zona de residencia
Fecha de nacimiento / Edad
Nivel de escolaridad máximo alcan-
zado
PEBI positiva o negativa
33
Protocolo
Esta ventana está diseñada para que el usuario pueda instruir al participante durante el
desarrollo del protocolo experimental. Contiene una serie de instrucciones secuencia-
les acompañadas de imágenes que le permitirán al usuario comprender y ejecutar cada
uno de los pasos para utilizar el equipo y grabar la sesión de la PEBI. Adicionalmente,
se diseñó una lista que se chequea automáticamente cuando se avanza en cada fase del
protocolo.
Reproducción
La ventana de reproducción se diseñó teniendo en cuenta las necesidadesdel usuario y
herramientas implementadas en sistemas de análisis cinemático como NORAXON, Vi-
con y OpenSim. El componente central de esta ventana es el panel de reproducción, en
esta el usuario puede ver el movimiento del participante que fue grabado durante la
sesión.
Para la reproducción del movimiento, inicialmente se determinaron las variables de
utilidad: posición y orientación de los segmentos; y las medidas antropométricas de
los miembros inferiores del participante, las variables solicitadas son: estatura, alto y
ancho de la cadera, altura de la rodilla, altura del tobillo, longitud del pie y altura de
la suela adicional. Estas se tomaron siguiendo las recomendaciones de Xsens y de la
literatura; en la Figura 5-12 se ilustran los puntos de referencia para la medición de las
variables. Con esta información se ubicaron los segmentos en el espacio, y por medio
de las medidas antropométricas, se unificó la estructura y se realizó la reconstrucción
del tren inferior del cuerpo. Finalmente, se seleccionaron los elementos necesarios pa-
ra la visualización de la reproducción del movimiento dentro de la herramienta; entre
estas se destacan el botón para iniciar la reproducción y una línea de tiempo que hace
el seguimiento de los movimientos durante la sesión.
Adicionalmente, se realizó una revisión bibliográfica para identificar los elementos re-
levantes en los reportes de análisis de marcha en estudios de biomecánica, entre estos
se encuentran las gráficas de los ángulos articulares en un ciclo de marcha para las dos
extremidades. Cabe mencionar que las gráficas presentadas en el informe corresponden
al tercer ciclo de marcha realizado por el participante; de acuerdo con la literatura se
requieren al menos 3 pasos para lograr una estabilización de la velocidad de marcha
(Strutzenberger, ClauBen y Schwameder, 2021), y en promedio, una persona requiere
de 20 pasos para caminar los 10 metros correspondientes a la PEBI; por ello este ciclo
puede representar la marcha del participante.
Para el cálculo de los parámetros espaciotemporales de la marcha se utilizaron los da-
tos entregados por el software MVN Analyze en el archivo con extensión .mvnx de la
34
Figura 5-12: Guía para la medición de la información antropométrica
sesión. En este se encuentran los datos de contacto de pie, identificado con un 1 en la
muestra donde se da el evento. La información está organizada en dos variables por ex-
tremidad: contacto de talón y contacto de dedos. Para identificar las fases de la marcha
se determinó el estado de cada variable en los dos pies (Ver Tabla 5-5 y Figura 5-13),
se establecieron las muestras en las que se daba el contacto inicial de cada extremidad,
y con ello se identificaron los pasos dados por los dos pies. Por medio de la relación
de la frecuencia de muestreo y la cantidad de muestras por paso se calculó el tiempo,
y de acuerdo con la posición del paso con respecto al punto de inicio se determinó la
distancia que se recorrió en cada paso. En el diagrama presentado en la Figura 5-14 se
describe más específicamente el proceso realizado para calcular cada uno de los pará-
metros.
Figura 5-13: Fases de la marcha. Adaptado de: Secad ArtMed Brasil
35
Fase No. Fase Talón Izq Dedos Izq Talón Der Dedos Der
Bípedo - 1 1 1 1
Contacto inicial 1 1 0 0 1
Respuesta a la carga 2 1 1 0 1
Soporte medio 3 1 1 0 0
Soporte terminal 4 0 1 0 0
Prebalanceo 5 0 1 1 1
Balanceo inicial 6 0 0 1 1
Balanceo terminal 7 0 0 0 1
Tabla 5-5: Datos de contacto de pie para cada fase del ciclo de marcha
Figura 5-14: Proceso realizado por el algoritmo para el cálculo de los parámetros de
marcha
Posteriormente, se diseñó una función para generar el documento PDF con las gráficas
correspondientes y un listado de parámetros espaciotemporales para su posterior aná-
lisis; así como la información básica del participante.
36
Finalmente, se diseñó una función para exportar la información antropométrica, los
datos de movimiento registrados durante el protocolo, y un video con la reproducción
en 3D. El usuario tiene la posibilidad de seleccionar qué parámetros quiere exportar
y la ubicación donde quiere que sea guardada la carpeta que contiene los archivos. La
explicación del desarrollo de dicha función se encuentra en la Guía de desarrollo del
programa (Ver Anexo 3).
37
Capítulo 6
Resultados y Discusión
6.1. Protocolo experimental
El protocolo experimental se realizó con 5 sujetos voluntarios sanos, cuyas caracterís-
ticas son las presentadas en la Tabla 6-1. A cada uno de los participantes se le dio una
explicación sobre el desarrollo del protocolo. Lo primero a explicar fue la colocación de
los sensores y como se realiza la calibración del equipo, en el que el participante debe
caminar 5 metros en línea recta y volver a su posición inicial.
Sujetos de prueba
Sujeto Sexo Edad Altura Grupo
1 M 21 1.83 m Sano
2 F 21 1.50 m Sano
3 M 37 1.68 m Sano
4 M 49 1.68 m Sano
5 M 22 1.77 m Sano
Tabla 6-1: Información general de los sujetos que participaron en el protocolo experi-
mental
Posteriormente, se colocaron los sensores por medio de los velcros bajo los protocolos
de bioseguridad correspondientes. Los sensores se ubicaron de acuerdo con la propues-
ta 4: un sensor en la pelvis, un sensor en la parte media del muslo de cada pierna, un
sensor en la parte medial bajo la rodilla de cada pierna y un sensor en el dorso de cada
pie (Ver Figura 6-2). Esta opción se seleccionó teniendo en cuenta los criterios descri-
tos en la Sección 5.1.1. como lo son la interferencia que podría tener los sensores para
realizar el protocolo experimental realizado para el estudio de electromiografía, modi-
ficaciones en el desarrollo de la PEBI, la selección de la variable cinemática, entre otros
criterios.
38
A continuación los participantes recibieron las instrucciones para realizar la prueba y
se dio inicio al protocolo para la toma de datos (Ver Figura 6-1). Inicialmente se rea-
liza el movimiento para la medición de la rotación interna/externa de la cadera (A); a
continuación el participante se ubica en bipedestación en el punto de incio (B), luego
se realiza una caminata de 10 metros hasta llegar a la posición final señalada (C), don-
de debe esperar en bipedestación por 10 segundos, en seguida debe girarse 90 grados
hacia la derecha y realizar la PEBI (D). Posteriormente el participante debe esperar 10
segundos en posición de bipedestación y luego girarse 90 grados hacia la derecha para
caminar y volver a la posición inicial (E); por último se realiza nuevamente la medición
del ángulo de rotación de la cadera (F).
Figura 6-1: Fases del protocolo experimental
En cada prueba realizada se cronometró el tiempo de cada proceso considerando la
preparación, la toma de medidas antropométricas, la ubicación de los sensores, el de-
sarrollo de la PEBI y la retirada de los sensores, como se observa en la Tabla 6-2; la
39
disposición de esta información permitirá planificar las pruebas para futuras sesiones.
Prueba Preparación Explicación Toma de medidas Ubicación de IMUs Calibración PEBI Retirar los sensores
1 3:00 min 5:00 min 4:30 min 6:00 min 0:45 min 2:46 min 0:45 min
2 3:15 min 5:33 min 2:45 min 4:00 min 0:45 min 2:55 min 0:30 min
3 3:10 min 6:12 min 3:30 min 4:25 min 0:45 min 2:52 min 1:00 min
4 3:30 min 6:33 min 3:40 min 6:10 min 0:45 min 2:58 min 1:15 min
5 3:20 min 7:00 min 3:40 min 5:45 min 0:45 min 2:57 min 0:50 min
Tabla 6-2: Tiempos registrados en cada prueba.
Figura 6-2: Implementación del protocolo experimental. A) Participante realizando la
PEBI. B) Toma de medidas antropométricas.
Los datos fueron ingresados en el sistema de visualización de información presenta-
do en la Sección 6.3 de este documento y se realizó el cálculo de los parámetros es-
paciotemporales de la marcha (longitud de paso, longitud de zancada, ancho de paso,
velocidad de marcha y cadencia) con la metodología previamente expuesta. Durante el
desarrollo de la prueba se marcaron los pasos de tres de los participantes en el suelo
utilizando