A multi-sensing physical therapy assessment for children with cerebral palsy

This work presents the development of a multi-sensing interface called Palsy Thera Sense, to provide information data obtained during physical therapy of the children with cerebral palsy. It allows the monitoring the children's motor skills, and provide metrics that can be later used for proper and effective training. This interface is based on distributed force measurement system characterized by two different load cells. The signals from signals from the load cells distributed on the level of a force platform and at the level of child's body support ropes that are tied on the cerebral palsy spider cage are acquired and wireless transmitted to a client computation platform. Thus different tests can be carried out including, center of forces measurements and gait simulations. These tests can be study of children balance during different activities such as serious game playing for upper limb rehabilitation. The interface shown to be an important tool that provide support to cerebral palsy rehabilitation process, and for objective evaluation of the patients during the rehabilitation period. Several experimental results are included in the paper highlighting the capabilities of the designed and implemented multi-sensing system.info:eu-repo/semantics/acceptedVersio

Applying the Minimal Detectable Change of a Static and Dynamic Balance Test Using a Portable Stabilometric Platform to Individually Assess Patients with Balance Disorders

Balance disorders have a high prevalence among elderly people in developed countries, and falls resulting from balance disorders involve high healthcare costs. Therefore, tools and indicators are necessary to assess the response to treatments. Therefore, the aim of this study is to detect relevant changes through minimal detectable change (MDC) values in patients with balance disorders, specifically with vertigo. A test-retest of a static and dynamic balance test was conducted on 34 healthy young volunteer subjects using a portable stabilometric platform. Afterwards, in order to show the MDC applicability, eight patients diagnosed with balance disorders characterized by vertigo of vestibular origin performed the balance test before and after a treatment, contrasting the results with the assessment by a specialist physician. The balance test consisted of four tasks from the Romberg test for static balance control, assessing dynamic postural balance through the limits of stability (LOS). The results obtained in the test-retest show the reproducibility of the system as being similar to or better than those found in the literature. Regarding the static balance variables with the lowest MDC value, we highlight the average velocity of the center of pressure (COP) in all tasks and the root mean square (RMS), the area, and the mediolateral displacement in soft surface, with eyes closed. In LOS, all COP limits and the average speed of the COP and RMS were highlighted. Of the eight patients assessed, an agreement between the specialist physician and the balance test results exists in six of them, and for two of the patients, the specialist physician reported no progression, whereas the balance test showed worsening. Patients showed changes that exceeded the MDC values, and these changes were correlated with the results reported by the specialist physician. We conclude that (at least for these eight patients) certain variables were sufficiently sensitive to detect changes linked to balance progression. This is intended to improve decision making and individualized patient monitoring

Palsy Thera Sense: sistema de reabilitação sensorizada para crianças com paralisia cerebral

Este trabalho apresenta o desenvolvimento de um sistema multi-sensorizado designado por "Palsy Thera Sense", o qual é composto por uma plataforma inteligente de força e uma aplicação web que fornece análise dos dados obtidos durante as sessões de fisioterapia para crianças com paralisia cerebral. O sistema permite fazer a monitorização de habilidades motoras das crianças e fornece métricas que podem ser usadas mais tarde para monitorização do quadro patológico, a evolução das capacidades motoras durante as sessões de fisioterapia e, inclusive, fornecer apoio num diagnóstico mais adequado e eficaz. Esta interface é baseada num sistema de medição de forças distribuídas caracterizado por quatro células de carga. Os sinais são obtidos durante a realização de um conjunto de exercícios que permitem a análise do equilíbrio estático e dinâmico. O paciente realiza-os sobre a superfície da plataforma de força e são aplicados alguns procedimentos nos sinais de saída até que estes sejam transmitidos para uma plataforma computacional onde se encontra o servidor. Assim os dados são gravados, associados a um paciente e a uma sessão fisioterapêutica, de modo a posteriormente serem consultados e analisados através de cálculos de métricas. Estes testes podem ser realizados durante diferentes atividades, como por exemplo, numa sessão de um jogo com tecnologia "Kinect", "Playstation Move" ou Wii. A principal função deste sistema é oferecer suporte aos fisioterapeutas durante o processo de reabilitação da paralisia cerebral possibilitando uma avaliação mais objetiva dos diferentes quadros patológicos dos pacientes.This work presents the development of a multi-sensing system named Palsy Thera Sense, which consists in an intelligent force platform and a web application that provides analysis of data obtained during the sessions for children with cerebral palsy. It allows the monitoring of children's motor skills and provides metrics that can be used later for the monitoring of the pathological picture and a more appropriate and effective diagnosis. This interface is based on a measurement system of distributed forces characterized by four load cells. The signals are obtained from a set of exercises that allow analysis of static and dynamic balance. The patient performs the exercises under the surface of the platform and some procedures are applied in the output signals, then it is transmitted to a computational platform where the server is allocated. The collected data is stored in a database, associated with a patient and a physiotherapy session, in order to later be consulted and analyzed through metric calculated for this purpose. These tests can be performed during different activities as for example, in a session of a game with Kinect, Playstation Move or Wii. The main function of this system is to support the physical therapists in the process of rehabilitation of cerebral palsy enabling a more objective assessment of the various pathological profiles

Mejora de la aplicación clínica de métodos e instrumentación para evaluación de trastornos del equilibrio: Monitorización de pacientes y apoyo al diagnóstico por medio de modelos predictivos

Entre las patologías más frecuentes en la actualidad, destacan los trastornos del equilibrio, teniendo especial prevalencia en personas mayores y en países desarrollados. Los trastornos del equilibrio son una patología que se caracteriza principalmente por síntomas de vértigo y mareo, y se calcula que un cuarto de la población tendrá un episodio vertiginoso en su vida. Las caídas y las lesiones inducidas por las mismas son problemas de salud pública de primer orden a nivel mundial. De manera complementaria, también existen alteraciones o patologías que pueden afectar a los sistemas sensoriales que sustentan el equilibrio, existiendo la necesidad de monitorizarlos para evaluar su progresión en el tiempo. Sin embargo, no resulta sencillo obtener información objetiva del diagnóstico o progresión de un paciente afectado por trastornos del equilibrio; destacando la complejidad para obtener informes concisos con información comprensible y fácil de interpretar por facultativos sanitarios, que deben prescribir tratamientos a dichos pacientes.Asimismo, y en relación con la necesidad de obtener métodos o procesos para poder aprovechar mejor la información en el campo de la salud, destaca el incremento exponencial de los datos que los centrossanitarios generan y requieren manejar, así como la compleja gestión de dicha información, siendo la disciplina científica Machine Learning una posible solución para abordar esta problemática. Sin embargo, aplicar las técnicas de este tipo de disciplina en el campo de la salud conlleva un alto grado de complejidad.La presente tesis pretende dar respuesta a las incertidumbres y problemáticas expuestas a través de variasinvestigaciones que han tratado de proporcionar información objetiva sobre el estado de pacientes que presentan trastornos del equilibrio, así como monitorizar este tipo de patologías mediante diversos métodos e instrumentación; igualmente, se han definido los procesos y particularidades para la generación de modelos predictivos como herramienta de apoyo al diagnóstico en el ámbito de la salud. En concreto, los objetivos de la tesis son: generar y proporcionar información objetiva sobre el estado de pacientes que presentan trastornos del equilibrio; monitorizar y analizar la progresión de este tipo de patologías en pacientes inmersos en tratamientos de rehabilitación; generar modelos predictivos para mejora del diagnóstico en el ámbito de la salud.Esta tesis se ha complementado con una estancia de investigación de cuatro meses en el Laboratoire de biomécanique et mécanique des chocs (Université Gustave Eiffel) en Lyon (Francia). El cuerpo principal de esta tesis consiste en una compilación de cinco artículos, los cuales han sido publicados en revistas científicas indexadas en el JCR.<br /

Diseño en tres niveles en el ámbito de la salud. Captura de movimiento para análisis de la marcha en rehabilitación.

En el ámbito de la salud, tecnologías como la captura de movimiento, la dinamometría, o la electromiografía de superficie, entre otras, ofrecen amplias posibilidades para objetivar la capacidad musculoesquelética de los pacientes, favoreciendo el diagnóstico o el seguimiento del proceso de rehabilitación. No obstante, conseguir que estas tecnologías se adapten e integren adecuadamente en el contexto de los servicios sanitarios implica un reto complejo de abordar. En esta tesis se presenta un compendio de publicaciones que dan respuesta a diferentes retos detectados durante el diseño, desarrollo y uso de tecnologías de evaluación del sistema musculoesquelético en el ámbito biosanitario. Particularmente, nos centramos en los sistemas de captura de movimiento; su complejidad a nivel operativo (colocación de diferentes elementos sobre el cuerpo), tecnológico (multitud de dispositivos electrónicos inalámbricos), y de análisis (generación de gran volumen de información) pone de manifiesto la necesidad de abordar esta investigación. - La primera publicación presenta las necesidades que han motivado esta tesis, exponiendo las bases y objetivos de la misma, que se enmarcan en healthcare, biomechanics, y usability. - La segunda introduce la metodología desarrollada Octopus, dirigida a apoyar el diseño de sistemas de captura de movimiento. Esta investigación clasifica y esquematiza los factores que deben considerarse durante el diseño y propone la idea de “Diseño en tres niveles”: servicio, producto y software; que son las principales líneas de trabajo a la hora de desarrollar aplicaciones dirigidas a evaluar el sistema musculoesquelético. Llegados a este punto, y fruto de diferentes colaboraciones del grupo de investigación con hospitales públicos de nuestra comunidad, así como una revisión exhaustiva del estado del arte, los trabajos de investigación se dirigieron hacia un nicho o caso de estudio enmarcado en el contexto de rehabilitación hospitalaria. En concreto, diseñar una prueba clínica de análisis de la marcha basada en captura de movimiento para monitorizar tratamientos de rehabilitación mediante sesiones de medición previas y posteriores a los tratamientos.- Como resultado se elaboró una publicación encuadra en el primer nivel de Octopus, el diseño de servicios. Esta investigación estudia cómo integrar el test de análisis de la marcha en la rehabilitación hospitalaria. Incorporar un micro-servicio (test de análisis de la marcha) en un macro-servicio como es la rehabilitación, no es una tarea sencilla de abordar. Por ello, se propone un enfoque metodológico para evaluar cualitativamente el test de marcha en su contexto, cuya aplicación permitió obtener guías de diseño que proporcionan conocimiento multidisciplinar para integrar el test en la rehabilitación.- Asimismo, se realizó una publicación que responde a otro de los niveles de Octopus, el diseño de producto. Este trabajo presenta un sistema de captura de movimiento llamado Move-Human Sensors (MH) que permite realizar pruebas de análisis de la marcha. Este sistema responde a las necesidades detectadas en el estudio del servicio, e incorpora dos funcionalidades clave: un procedimiento de calibración anatómica que evita las perturbaciones magnéticas las cuales tienen efectos negativos en la captura de movimiento inercial; así como un algoritmo que detecta gait events a partir de los datos de movimiento sin requerir de instrumentación complementaria. - Finalmente, se desarrolla una publicación enmarcada en el último nivel de Octopus, el diseño de software. Este estudio propone un método para gestionar los datos resultantes del test de análisis de la marcha. Dicho método permite comparar las capturas pre- y post-tratamiento para realizar el seguimiento de pacientes en rehabilitación, proporcionando información visual y específica al facultativo que puede apoyar la toma de decisiones clínicas.Esta tesis contribuye al ámbito del diseño, aportando una perspectiva global basada en tres niveles: producto, servicio, y software. En esta línea, se presenta un sistema de captura de movimiento, cuyo diseño y desarrollo recorre los tres niveles y da solución a los retos clave detectados. Conforme se profundiza en el propio caso de estudio de análisis de la marcha, se avanza en wearables, biomecánica, tecnología de captura de movimiento, usabilidad y algoritmos de análisis de datos. Las implicaciones que tiene esta investigación van más allá de las publicaciones descritas, ya que se enmarca en diferentes proyectos más amplios que dan sentido a la unidad temática de los capítulos abordados. En consecuencia, este trabajo está apoyado por otras comunicaciones científicas, desarrollos y colaboraciones que se han elaborado de manera paralela. Asimismo, los resultados de esta investigación están siendo extrapolados a otras áreas relacionadas; tanto en el propio sector sanitario -para la realización pruebas de valoración funcional- como en el sector industrial -para la realización de evaluación ergonómica de puestos de trabajo-, donde esta tecnología puede aportar valor.<br /