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Análisis de la marcha

Adquisición de información sobre la posición de los marcadores en 2D a través de las cámaras de la izquierda y la derecha, dando lugar esta combinación de información a una imagen 3D sobre la posición de los marcadores.

El análisis de la marcha es el estudio sistemático de la locomoción animal , más específicamente el estudio del movimiento humano, utilizando el ojo y el cerebro de los observadores, aumentados por instrumentación para medir los movimientos corporales, la mecánica corporal y la actividad de los músculos. [1] El análisis de la marcha se utiliza para evaluar y tratar a personas con afecciones que afectan su capacidad para caminar. También se utiliza comúnmente en la biomecánica deportiva para ayudar a los atletas a correr de manera más eficiente y para identificar problemas relacionados con la postura o el movimiento en personas con lesiones.

El estudio abarca la cuantificación (introducción y análisis de parámetros mensurables de la marcha ), así como la interpretación, es decir, la extracción de diversas conclusiones sobre el animal (salud, edad, tamaño, peso, velocidad, etc.) a partir de su patrón de marcha.

Historia

Los pioneros del análisis científico de la marcha fueron Aristóteles en De Motu Animalium (Sobre la marcha de los animales) [2] y mucho más tarde, en 1680, Giovanni Alfonso Borelli, también llamado De Motu Animalium (I y II) . En la década de 1890, el anatomista alemán Christian Wilhelm Braune y Otto Fischer publicaron una serie de artículos sobre la biomecánica de la marcha humana en condiciones de carga y descarga. [3]

Fotografía médica de la marcha, 1918

Con el desarrollo de la fotografía y la cinematografía, se hizo posible capturar secuencias de imágenes que revelan detalles de la locomoción humana y animal que no eran perceptibles al observar el movimiento a simple vista. Eadweard Muybridge y Étienne-Jules Marey fueron pioneros de estos avances a principios del siglo XX. Por ejemplo, la fotografía en serie reveló por primera vez la secuencia detallada del " galope " del caballo, que generalmente se representaba de forma errónea en las pinturas realizadas antes de este descubrimiento.

Aunque gran parte de las primeras investigaciones se realizaron con cámaras de película, la aplicación generalizada del análisis de la marcha en humanos con afecciones patológicas como parálisis cerebral , enfermedad de Parkinson y trastornos neuromusculares comenzó en la década de 1970 con la disponibilidad de sistemas de cámaras de video que podían producir estudios detallados de pacientes individuales dentro de limitaciones realistas de costo y tiempo. El desarrollo de regímenes de tratamiento, que a menudo implicaban cirugía ortopédica , basados ​​en los resultados del análisis de la marcha, avanzó significativamente en la década de 1980. Muchos de los principales hospitales ortopédicos del mundo ahora tienen laboratorios de marcha que se utilizan rutinariamente para diseñar planes de tratamiento y para el seguimiento. [ cita requerida ]

El desarrollo de sistemas informáticos modernos se produjo de forma independiente a finales de los años 1970 y principios de los años 1980 en varios laboratorios de investigación de hospitales, algunos mediante colaboraciones con la industria aeroespacial. [4] El desarrollo comercial siguió pronto con la aparición de la televisión comercial y, posteriormente, de los sistemas de cámaras infrarrojas a mediados de los años 1980.

Proceso y equipamiento

Laboratorio de análisis de la marcha equipado con cámaras infrarrojas y plataformas de fuerza montadas en el suelo.

Un laboratorio típico de análisis de la marcha tiene varias cámaras (de vídeo o infrarrojas) colocadas alrededor de una pasarela o una cinta de correr, que están conectadas a una computadora. El paciente tiene marcadores ubicados en varios puntos de referencia del cuerpo (por ejemplo, espinas ilíacas de la pelvis, maléolo del tobillo y cóndilos de la rodilla), o grupos de marcadores aplicados a la mitad de los segmentos corporales. El paciente camina por la pasarela o la cinta de correr y la computadora calcula la trayectoria de cada marcador en tres dimensiones. Se aplica un modelo para calcular el movimiento de los huesos subyacentes. Esto proporciona un desglose completo del movimiento de cada articulación. Un método común es utilizar el conjunto de marcadores del Hospital Helen Hayes , [5] en el que se colocan un total de 15 marcadores en la parte inferior del cuerpo. Los movimientos de los 15 marcadores se analizan analíticamente y proporciona el movimiento angular de cada articulación. [ cita requerida ]

Para calcular la cinética de los patrones de marcha, la mayoría de los laboratorios cuentan con transductores de carga montados en el suelo, también conocidos como plataformas de fuerza, que miden las fuerzas y los momentos de reacción del suelo, incluida la magnitud, la dirección y la ubicación (llamada centro de presión). La distribución espacial de las fuerzas se puede medir con equipos de pedobarografía . Agregar esto a la dinámica conocida de cada segmento corporal permite la solución de ecuaciones basadas en las ecuaciones de movimiento de Newton-Euler, lo que permite realizar cálculos de las fuerzas netas y los momentos netos de fuerza sobre cada articulación en cada etapa del ciclo de la marcha. El método computacional para esto se conoce como dinámica inversa. [ cita requerida ]

Sin embargo, este uso de la cinética no da como resultado información para músculos individuales, sino para grupos de músculos, como los extensores o flexores de la extremidad. Para detectar la actividad y la contribución de músculos individuales al movimiento, es necesario investigar la actividad eléctrica de los músculos. Muchos laboratorios también utilizan electrodos de superficie adheridos a la piel para detectar la actividad eléctrica o electromiograma (EMG) de los músculos. De esta manera, es posible investigar los tiempos de activación de los músculos y, hasta cierto punto, la magnitud de su activación, evaluando así su contribución a la marcha. Las desviaciones de los patrones cinemáticos, cinéticos o EMG normales se utilizan para diagnosticar patologías específicas, predecir el resultado de los tratamientos o determinar la eficacia de los programas de entrenamiento [ cita requerida ]

Factores y parámetros

El análisis de la marcha se ve modulado o modificado por numerosos factores, y los cambios en el patrón normal de la marcha pueden ser transitorios o permanentes. Los factores pueden ser de varios tipos:

Los parámetros que se tienen en cuenta para el análisis de la marcha son los siguientes:

Técnicas

Secuencias de caminatas grabadas mediante captura de movimiento

El análisis de la marcha implica la medición [7] , donde se introducen y analizan parámetros mensurables, y la interpretación, donde se extraen conclusiones sobre el sujeto (salud, edad, tamaño, peso, velocidad, etc.). El análisis es la medición de lo siguiente:

Temporal/espacial

Consiste en el cálculo de la velocidad, la duración del ritmo, el tono, etc. Estas mediciones se realizan a través de:

Cinemática

  1. La cronofotografía es el método más básico para registrar el movimiento. En el pasado se ha utilizado la iluminación estroboscópica a frecuencia conocida para ayudar en el análisis de la marcha en imágenes fotográficas individuales. [10] [11]
  2. Las grabaciones de películas o vídeos de cine con imágenes de una o varias cámaras se pueden utilizar para medir los ángulos y las velocidades de las articulaciones. Este método se ha visto facilitado por el desarrollo de software de análisis que simplifica enormemente el proceso de análisis y permite realizar análisis en tres dimensiones en lugar de solo en dos dimensiones.
  3. Los sistemas de marcadores pasivos, que utilizan marcadores reflectantes (normalmente bolas reflectantes), permiten una medición precisa de los movimientos utilizando varias cámaras (normalmente de cinco a doce cámaras) de forma simultánea. Las cámaras utilizan luces estroboscópicas de alta potencia (normalmente rojas, infrarrojas o infrarrojas) con filtros correspondientes para registrar el reflejo de los marcadores colocados en el cuerpo. Los marcadores se ubican en puntos de referencia anatómicos palpables. En función del ángulo y el retraso temporal entre la señal original y la reflejada, es posible la triangulación del marcador en el espacio. Se utiliza un software para crear trayectorias tridimensionales a partir de estos marcadores, a los que posteriormente se les asignan etiquetas de identificación. A continuación, se utiliza un modelo informático para calcular los ángulos de las articulaciones a partir de las posiciones relativas de los marcadores de las trayectorias etiquetadas. [12] Estos sistemas también se utilizan para la captura de movimiento en la industria cinematográfica. [13]
  4. Los sistemas de marcadores activos son similares a los sistemas de marcadores pasivos, pero utilizan marcadores "activos". Estos marcadores se activan con la señal infrarroja entrante y responden enviando una señal correspondiente propia. Esta señal se utiliza luego para triangular la ubicación del marcador. La ventaja de este sistema sobre el pasivo es que los marcadores individuales funcionan a frecuencias predefinidas y, por lo tanto, tienen su propia "identidad". Esto significa que no se requiere posprocesamiento de las ubicaciones de los marcadores; sin embargo, los sistemas tienden a ser menos tolerantes con los marcadores fuera de la vista que los sistemas pasivos. [14]
  5. Sistemas inerciales (sin cámara) basados ​​en sensores inerciales MEMS , modelos biomecánicos y algoritmos de fusión de sensores. Estos sistemas de cuerpo completo o de cuerpo parcial se pueden utilizar en interiores y exteriores, independientemente de las condiciones de iluminación.

Captura de la marcha sin marcadores

Medición de presión

Los sistemas de medición de presión son una forma adicional de medir la marcha, ya que brindan información sobre la distribución de la presión, el área de contacto, el centro de movimiento de fuerza y ​​la simetría entre los lados. Estos sistemas generalmente brindan más que solo información sobre la presión; la información adicional disponible de estos sistemas son parámetros de fuerza , tiempo y espacio. Existen diferentes métodos para evaluar la presión, como una alfombra o pasarela de medición de presión (de mayor longitud para capturar más impactos del pie), así como sistemas de medición de presión en el calzado (donde se colocan sensores dentro del calzado). [17] [18] [19] Muchos sistemas de medición de presión se integran con tipos adicionales de sistemas de análisis, como captura de movimiento, EMG o placas de fuerza para brindar un análisis integral de la marcha. [ cita requerida ]

Cinética

Es el estudio de las fuerzas que intervienen en la producción de movimientos.

Electromiografía dinámica

Es el estudio de los patrones de actividad muscular durante la marcha.

Aplicaciones

El análisis de la marcha se utiliza para analizar la capacidad de caminar de humanos y animales, por lo que esta tecnología se puede utilizar para las siguientes aplicaciones:

Diagnóstico médico

La marcha patológica puede reflejar compensaciones de patologías subyacentes o ser responsable de la causa de los síntomas en sí misma. Los pacientes con parálisis cerebral y accidentes cerebrovasculares son vistos comúnmente en laboratorios de marcha. El estudio de la marcha permite realizar diagnósticos y estrategias de intervención, así como también permite futuros desarrollos en ingeniería de rehabilitación . Además de las aplicaciones clínicas, el análisis de la marcha se utiliza en el entrenamiento deportivo profesional para optimizar y mejorar el rendimiento atlético.

Las técnicas de análisis de la marcha permiten evaluar los trastornos de la marcha y los efectos de la cirugía ortopédica correctiva. [20] Las opciones para el tratamiento de la parálisis cerebral incluyen la parálisis artificial de los músculos espásticos mediante Botox o el alargamiento, la reinserción o el desprendimiento de tendones específicos . También se realizan correcciones de la anatomía ósea distorsionada ( osteotomía ). [20]

Usos quiroprácticos y osteopáticos

La observación de la marcha también es beneficiosa para los diagnósticos en las profesiones quiropráctica y osteopática , ya que los obstáculos en la marcha pueden ser indicativos de una pelvis o sacro desalineados. Como el sacro y el íleon se mueven biomecánicamente en oposición entre sí, las adherencias entre ambos a través de los ligamentos sacroespinoso o sacrotuberoso (entre otros) pueden sugerir una pelvis rotada. Tanto los médicos quiroprácticos como los médicos osteopáticos utilizan la marcha para discernir la inclinación de una pelvis y pueden emplear varias técnicas para restaurar un rango completo de movimiento en las áreas involucradas en el movimiento ambulatorio. El ajuste quiropráctico de la pelvis ha demostrado una tendencia a ayudar a restaurar los patrones de marcha [21] [22] al igual que la terapia manipulativa osteopática (OMT). [23] [24]

Biomecánica comparativa

Al estudiar la marcha de animales no humanos, se puede obtener más información sobre la mecánica de la locomoción, lo que tiene diversas implicaciones para comprender la biología de las especies en cuestión, así como la locomoción en general.

La marcha como biometría

El reconocimiento de la marcha es un tipo de autenticación biométrica conductual que reconoce y verifica a las personas por su estilo y ritmo de marcha. [25] [26] Los avances en el reconocimiento de la marcha han llevado al desarrollo de técnicas para uso forense, ya que cada persona puede tener una marcha definida por mediciones únicas, como la ubicación del tobillo, la rodilla y la cadera. [27]

Vigilancia

En 2018, hubo informes de que el Gobierno de China había desarrollado herramientas de vigilancia basadas en el análisis de la marcha, lo que les permite identificar de forma única a las personas, incluso si sus rostros están ocultos. [28] [29]

Medios populares

Véase también

Referencias

  1. ^ Levine DF, Richards J, Whittle M. (2012). Análisis de la marcha de Whittle Análisis de la marcha de Whittle Elsevier Health Sciences. ISBN  978-0702042652
  2. ^ Aristóteles (2004). Sobre el andar de los animales. Editorial Kessinger. ISBN 978-1-4191-3867-6.
  3. ^ Fischer, Otto; Braune, Wilhelm (1895). Der Gang des Menschen: Versuche am unbelasteten und belasteten Menschen, Banda 1 (en alemán). Editorial Hirzel.
  4. ^ Sutherland DH (2002). "La evolución del análisis clínico de la marcha: Parte II Cinemática". Marcha y postura . 16 (2): 159–179. CiteSeerX 10.1.1.626.9851 . doi :10.1016/s0966-6362(02)00004-8. PMID  12297257. 
  5. ^ Kadaba, MP; Ramakrishnan, HK; Wootten, ME (mayo de 1990). "Medición de la cinemática de las extremidades inferiores durante la marcha a nivel". Revista de investigación ortopédica . 8 (3): 383–392. doi : 10.1002/jor.1100080310 . PMID  2324857. S2CID  17094196.
  6. ^ Schweitzer, Eric. "¿Qué es un análisis de la marcha?". IdealRun .
  7. ^ U. Tasch, P. Moubarak, W. Tang, L. Zhu, RM Lovering, J. Roche, RJ Bloch. (2008). Un instrumento que mide simultáneamente los parámetros de marcha espaciotemporal y las fuerzas de reacción del suelo en ratas en movimiento, en Actas de la 9.ª conferencia bienal de la ASME sobre diseño y análisis de sistemas de ingeniería, ESDA '08. Haifa, Israel, págs. 45–49.
  8. ^ Piérard, S.; Azrour, S.; Phan-Ba, R.; Van Droogenbroeck, M. (octubre de 2013). "GAIMS: Un sistema de medición de la marcha fiable y no intrusivo". ERCIM News . 95 : 26–27.
  9. ^ "El proyecto GAIMS".
  10. ^ Étienne-Jules Marey
  11. ^ Eadweard Muybridge
  12. ^ Davis RB, Õunpuu S, Tyburski D, Gage JR (1991). "Una técnica de recopilación y reducción de datos de análisis de la marcha". Ciencia del movimiento humano . 10 (5): 575–587. doi :10.1016/0167-9457(91)90046-z.
  13. ^ Robertson DGE, et al. (2004). Métodos de investigación en biomecánica . Champaign IL: Human Kinetics Pubs.
  14. ^ Best, Russell; Begg, Rezaul (2006). "Descripción general del análisis del movimiento y las características de la marcha". En Begg, Rezaul; Palaniswami, Marimuthu (eds.). Inteligencia computacional para las ciencias del movimiento: redes neuronales y otras técnicas emergentes . Idea Group (publicado el 30 de marzo de 2006). pp. 11–18. ISBN 978-1-59140-836-9.
  15. ^ X. Zhang, M. Ding, G. Fan (2016) Estimación de la marcha humana basada en video mediante el uso de colectores de postura y marcha conjunta , Transacciones IEEE sobre circuitos y sistemas para tecnología de video, 2016
  16. ^ "Investigación – Meng Ding".
  17. ^ "Análisis de la marcha con medición de presión". Tekscan . 9 de junio de 2017 . Consultado el 29 de septiembre de 2017 .
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  28. ^ Kang, Dake (6 de noviembre de 2018). «La tecnología china de «reconocimiento de la marcha» identifica a las personas por su forma de caminar». Associated Press . Consultado el 15 de junio de 2020 .
  29. ^ La tecnología china puede reconocer tu forma de caminar , consultado el 27 de diciembre de 2021

Lectura adicional

Enlaces externos

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