MOVE HUMAN - Sensors. Análisis de la Capacidad Funcional.

Transcripción

1 MOVE Human - Sensors. Capacidad Funcional. Noviembre Pág. 1 MOVE HUMAN - Sensors Análisis de la Capacidad Funcional. Sistema Portátil para Captura y Análisis del Movimiento Humano Basado en Sensores Inerciales de Movimiento y Simulación 3D con modelos biomecánicos

2 MOVE Human - Sensors. Capacidad Funcional. Noviembre Pág. 2 INFORMACIÓN DE COPYRIGHT MOVE-Human Sensors Análisis de la Capacidad Funcional. Versión 2.02 / Noviembre Universidad de Zaragoza. Reservados todos los derechos. No se permite reproducir o transferir parte alguna de este documento a otro tipo de soporte sin la autorización por escrito por parte de la Universidad de Zaragoza, salvo en los casos permitidos por las leyes del copyright. POSER es una marca registrada de SmithMicro Software. La mención de ciertas cualidades en este documento no debe considerarse como garantía de su veracidad. La Universidad de Zaragoza se reserva el derecho de realizar modificaciones en el contenido de este documento sin contraer la obligación de informar a terceros. UNIVERSIDAD DE ZARAGOZA. Centro Politécnico Superior de Ingenieros. María de Luna, nº Zaragoza. jjmarin@unizar.es

3 MOVE Human - Sensors. Capacidad Funcional. Noviembre Pág. 3 Í N D I C E 1. INTRODUCCIÓN METODOLOGIA APLICADA PROCEDIMIENTO DE TRABAJO CAPTURA DE MOVIMIENTO CÁLCULO Y RECREACIÓN DEL MOVIMIENTO ANÁLISIS E INFORMES

4 MOVE Human - Sensors. Capacidad Funcional. Noviembre Pág INTRODUCCIÓN. Fig 1. Esquema de MH-Sensors Versión Capacidad Funcional. La finalidad del Sistema Move Human Sensors (en adelante MH-Sensors) es proporcionar un sistema de captura de movimiento portátil, que nos permita realizar posteriormente un análisis tridimensional del movimiento humano. En el caso que nos ocupa estaría enfocada al análisis y evaluación de la capacidad funcional de un sujeto. Está constituido por un conjunto de sensores de movimiento que se fijan en ciertos puntos anatómicos y un software para captura y análisis de movimiento. La información proporcionada por los sensores durante la captura, en combinación con un software de animación 3D, permiten reproducir el movimiento trasladado a un modelo biomecánico, que nos posibilitará posteriormente un análisis preciso de los movimientos capturados. En esta versión de capacidad funcional sólo es preciso disponer de 3 sensores cuya posición se modifica según el movimiento articular que se desea estudiar. El equipo se complementa con una unidad de comunicación, donde van conectados dichos sensores, capaz de transmitir de forma inalámbrica los datos de la captura a un ordenador portátil. Asimismo se dispone de un software que permite controlar las distintas capturas y filmar con una cámara USB conectada a dicho portátil. El resultado es un sistema muy portable que nos ofrece la posibilidad realizar las capturas en distintos entornos sin requerir condiciones de laboratorio y nos va a permitir analizar los movimientos articulares sobre un modelo biomecánico y generar un informe detallado de los resultados obtenidos de cada una de las articulaciones analizadas (fig.1).

5 MOVE Human - Sensors. Capacidad Funcional. Noviembre Pág. 5 Realizando ciertos movimientos articulares básicos y siguiendo un procedimiento específico que posteriormente se detalla, podremos conocer la capacidad funcional de la columna vertebral y de las articulaciones de la extremidad superior o inferior que se desee. En concreto, se podrá valorar la movilidad máxima del sujeto y la restricción de la misma respecto a la normalidad en cada una de las articulaciones analizadas. Conocer los límites de movimiento articular de una persona es útil, tanto en el ámbito laboral como deportivo: estudiar la evolución de un tratamiento después de una lesión, evaluar el grado de discapacidad temporal o permanente de cara a adaptar su puesto de trabajo, son sólo unos ejemplos. En el presente documento se incluye una breve descripción de las funcionalidades generales del sistema y el procedimiento de trabajo para llevar a cabo el análisis de la capacidad funcional. 2. METODOLOGIA APLICADA. El método utilizado para el estudio es la captura del movimiento con el sistema MH-Sensors, gracias al cual podemos conocer parámetros biomecánicos del movimiento humano, en este caso de la columna y/o de la extremidad superior o inferior. La valoración se fundamenta en el estudio de los ángulos y velocidades angulares de cada una de las articulaciones analizadas. En cada articulación se realiza dos series de movimientos separadas entre sí por un periodo de descanso superior a 30 minutos. Cada serie de movimientos en una articulación concreta se filma y captura su movimiento durante 30 segundos, indicando al sujeto que procure mantener una velocidad de movimiento uniforme y trate de llegar al máximo de amplitud articular posible en cada ciclo de movimiento, pero sin que llegue a tener un dolor significativo durante la prueba. Para valorar la colaboración del paciente se calcula el coeficiente de variación (en adelante CV) de las máximas amplitudes alcanzadas en cada serie y también combinando ambas series. Dicho coeficiente se define como el cociente entre la desviación estándar de las máximas amplitudes obtenidas con respecto a la media de dichos máximos. Su valor porcentual no debería ser superior al 10% para considerar que sí existe una adecuada cooperación, si bien este valor puede variar según la articulación considerada. Los datos obtenidos de cada articulación se comparan con el lado contralateral y con datos de normalidad de las tablas publicadas en la Guía para la evaluación de las deficiencias permanentes de la American Medical Association (tablas AMA).

6 MOVE Human - Sensors. Capacidad Funcional. Noviembre Pág PROCEDIMIENTO DE TRABAJO. El procedimiento a seguir para llevar a cabo el análisis de la Capacidad Funcional de un sujeto haciendo uso del sistema MH-Sensors se puede sintetizar en 3 fases (fig.2). Fig 2. Fases del procedimiento de trabajo. En la 1ª fase se realiza la captura del movimiento propiamente dicha de cada uno de los movimientos articulares que se desea estudiar, siguiendo el procedimiento anteriormente descrito. En la 2ª fase se hará uso del software de simulación 3D donde, ejecutando ciertas funciones implementadas en dicho software, se procesarán los datos recogidos de los sensores con el fin de recrear el movimiento sobre un modelo biomecánico que se moverá como el sujeto observado. A la vez, se realizaran los cálculos necesarios de ángulos y velocidades de los movimientos articulares capturados y se exportaran a ciertos ficheros para su tratamiento posterior en la siguiente fase. En la 3ª fase podremos analizar, por medio de una hoja Excel diseñada a tal efecto donde se importarán los ficheros generados en la fase anterior, los datos resultantes en términos de valorar la capacidad del sujeto en relación a la normalidad de los movimientos articulares capturados, comparando serie 1ª y 2ª y estudiando el CV obtenidos en cada caso. Finalmente podremos generar un informe detallado de los resultados de la prueba en un formato premaquetado MS-word en el cual podremos incluir las conclusiones del estudio. En los siguientes apartados se amplía la información de cada una de las fases citadas.

7 MOVE Human - Sensors. Capacidad Funcional. Noviembre Pág CAPTURA DE MOVIMIENTO. En esta fase realizamos la captura de aquellos movimientos articulares que deseamos analizar. Para ello, previamente, tendremos que cumplimentar una ficha con los datos personales del sujeto a evaluar (fig.3), donde se hará mención de posibles molestias que puede tener previo a iniciar la prueba. Se anotará el tipo y grado de esas molestias y la articulación afectada. Seguidamente podremos fijar los sensores de movimiento en los puntos anatómicos oportunos y activar la cámara conectada al portátil. Fig 3. Ficha de datos. Equipamiento del Sistema. Haciendo uso del software instalado en el portátil podremos iniciar la captura de aquella zona corporal y movimiento particular concreto que deseemos capturar (fig.4). Se dispone de unos vídeos ilustrativos para que el usuario pueda observar la forma de realizar cada movimiento articular, situados en la parte superior de cada botón. También puede ser interesante que sea visualizado por la persona a estudiar de cara a que el movimiento sea realizado correctamente. Fig 4. Movimientos articulares de la extremidad superior.

8 MOVE Human - Sensors. Capacidad Funcional. Noviembre Pág. 8 Anotar la importancia de que los sensores se ubiquen y orienten correctamente, según la zona a capturar, y la necesidad de que la postura inicial sea exactamente la prevista en cada caso. Para ello se acompaña de unos gráficos, que se pueden amplía al pulsar sobre ellos (fig.4), donde podremos observar con precisión los aspectos citados: ubicación de los sensores y postura inicial a adoptar antes de iniciar el movimiento. Cada vez que realicemos una captura con éxito, el botón correspondiente cambiará de color, de esa forma podremos comprobar fácilmente las capturas ya realizadas y las pendientes de ejecutar. Después de un periodo de descanso y modificando el campo serie (ver fig.4) podremos proceder a capturar los movimientos de la segunda serie, en ese caso los botones cambiaran al color original para indicar que, en la serie activa, aún no hay capturas realizadas. Cambiando ese campo podremos saltar de una serie a otra fácilmente. En las siguientes figuras (fig.5 y 6) podemos observar los distintos movimientos articulares que podemos capturar y el ángulo analizado en cada caso, junto con la ubicación y orientación de los sensores en cada situación. No están todos los movimientos posibles de la extremidad superior, pero sí los más comunes (la lista completa corresponde al total de botones incluidos en la fig.4). Fig 5. Angulos de la zona lumbar, dorsal y cervical. Fig 6. Movimiento articular de hombro y codo.

9 MOVE Human - Sensors. Capacidad Funcional. Noviembre Pág. 9 En la siguiente figura (fig.7) se muestra la pantalla a utilizar en el caso de requerir capturar movimientos relativos a articulaciones de la extremidad inferior (cadera, rodilla o pie). La operativa de funcionamiento es la misma que en el caso anterior. Fig 7. Movimientos articulares de la extremidad inferior. En la figura (fig.8) se puede consultar los movimientos que podemos analizar correspondientes a la cadera y rodilla. Una vez más, hacer hincapié en la necesidad de respetar la correcta ubicación de los sensores en cada caso y la postura inicial a adoptar previo a iniciar el movimiento correspondiente. Fig 8. Movimiento articular de cadera y rodilla.

10 MOVE Human - Sensors. Capacidad Funcional. Noviembre Pág CÁLCULO Y RECREACIÓN DEL MOVIMIENTO. Una vez concluida la prueba expuesta en el punto anterior estaremos en condiciones de pasar a la segunda fase. El propósito de esta segunda fase es poder visualizar sobre un modelo biomecánico de hombre o mujer las distintas secuencias de movimientos capturados. Podremos optar por procesar los datos de captura en captura, o lanzar un proceso automático donde se procesarán todas las capturas realizadas. Posteriormente, tendremos la oportunidad de seleccionar la captura que deseamos visualizar para observar el movimiento en 3D, desde cualquier punto de vista y activando o no el vídeo de fondo de la filmación realizada, el cual estará sincronizado con el movimiento del modelo. Se obtendrá un total de 25 posturas por segundo que corresponde con la frecuencia de captura del vídeo. En las siguientes figuras (fig.9 y 10) se incluyen ciertos ejemplo de resultados correspondientes a espalda, hombro y cervical sobre modelos de hombre y mujer. En el instante de tiempo que deseemos (bastará detener la simulación en el momento oportuno), podremos observar el movimiento resultante sobre el modelo, sincronizado con el movimiento correspondiente del sujeto real. Será fácil generar un vídeo de una secuencia completa de un movimiento articular de 30 segundos, eligiendo el punto de vista que se desee haciendo uso de ciertas funciones incorporadas en el software, fáciles de utilizar. Fig 9. Flexión de espalda (pelvis, lumbar y dorsal). Flexión del hombro brazo. Fig 10. Flexión cervical. Abducción del hombro-brazo.

11 MOVE Human - Sensors. Capacidad Funcional. Noviembre Pág. 11 Simultáneamente al procesamiento comentado anteriormente se realiza el cálculo de todos los ángulos proyectivos correspondientes (según el sistema de referencia cartesiano definido en cada articulación), junto con el cálculo de las velocidades angulares alcanzadas durante la ejecución de la prueba en cada secuencia de movimiento. Adicionalmente, estos cálculos se exportan a ciertos ficheros que se guardarán en la carpeta correspondiente a cada captura (una por cada captura). Dicha carpeta contendrá: los citados ficheros de ángulos, los ficheros de los sensores, el vídeo filmado, y otros datos del sistema. Las distintas carpetas de capturas se guardarán en dos subcarpetas, serie 1 y serie 2 (según la serie a que correspondan), las cuales a su vez estarán incluidas en la carpeta general del sujeto estudiado. 3.3 ANÁLISIS E INFORMES. En esta última fase se dispondrán de las funcionalidades necesarias para llevar a cabo el análisis de los resultados obtenidos de la fase precedente. En concreto se cuenta con una hoja Excel donde podremos importar los ficheros que contienen la información de ángulos y velocidades de cada una de las capturas efectuadas, tanto de la serie 1 como de la serie 2. Dicha hoja Excel dispone de un menú general donde podremos consultar los datos personales del sujeto y también seleccionar la información que deseamos consultar pulsando sobre la foto correspondiente a una articulación particular (fig.11). Ello nos llevará a la hoja concreta de esa articulación donde podremos observar todos los resultados obtenidos relativos a esa articulación. En las figuras (fig.12 y 13) se incluyen ejemplos de esas hojas, donde se muestra el formato e información que incluyen. Fig 11. Hoja Excel para análisis y generación de informes.

12 MOVE Human - Sensors. Capacidad Funcional. Noviembre Pág. 12 Fig 12. Ejemplo de información de amplitudes angulares y velocidades Fig 13. Análisis velocidad angular en zona lumbar y hombro. De cada movimiento articular estudiado se recoge un gráfico del ángulo analizado de cada serie y el referido CV correspondiente a las máximas amplitudes alcanzadas durante la repetición del movimiento. Se ha completado con un gráfico de velocidades angulares que permite observar la regularidad del movimiento del sujeto en cada ángulo articular. Finalmente se incluye gráficos estadísticos para facilitar la comparación entre los máximos alcanzadas de la primera y segunda serie en cada movimiento (fig.14). Fig 14. Comparación de valores máximos obtenidos entre serie 1 y 2.

13 MOVE Human - Sensors. Capacidad Funcional. Noviembre Pág. 13 Se dispone de unos manuales de uso de la aplicación en un formato guiado de PowerPoint donde se explica paso a paso la operativa de trabajo a seguir en cada una de las fases expuestas. Fin del documento. Zaragoza, Noviembre de 2009.