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 /

Modelos humanos digitales de morfología variable aplicables en evaluaciones ergonómicas y biomédicas

Los sistemas de captura de movimiento están en completa evolución. En la actualidad, numerosas son las nuevas aplicaciones, muchas de ellas de carácter ergonómico y biomédico, en continuo desarrollo y a tenor de las cuales se plantea como necesario el desarrollo de Modelos Humanos Digitales capaces de cumplir una serie de necesidades específicas ante la implementación de los mismos en estas nuevas aplicaciones. Objetivo: El objetivo del presente proyecto es el desarrollo de modelos humanos digitales que permitan una mejor adaptación de los mismos a las necesidades de las nuevas aplicaciones, basándose para ello especialmente en cubrir y dar respuesta a la necesidad de obtener modelos validados antropométricamente, capaces de representar a un individuo o población determinada de la manera más fidedigna posible y cumpliendo en todo caso la normativa europea correspondiente. Método: Se ha desarrollado un protocolo de creación de modelos humanos en base a los resultados extraídos de la revisión bibliográfica de los sistemas y parámetros antropométricos involucrados a fin de dotar al método de una mayor validez científica. Resultados: Los resultados obtenidos conforman una librería de 30 avatares, compuesta por 15 personajes de sexo masculino y 15 de sexo femenino, de los cuales 3 son representativos de los percentiles P5, P50 y P95 basados en las medidas antropométricas de la sociedad española. El resto corresponden a los perfiles morfológicos calculados en base al índice antropométrico ICT distribuidos en grupos de 4 para cada percentil. Discusión: Tras la aplicación de los modelos desarrollados dentro del software desarrollado por el grupo IDERGO “Move Human” se observa una clara mejora en la correlación entre los puntos de fijación de los sensores sobre personas físicas y su correspondiente representación en el Modelo Humano bien nuevas líneas de investigación ro en relación con la consecución de un mejor ajuste antropomórfico quedan abiertas al futuro. Conclusión: El diseño de Modelos Humanos Digitales de Morfología Variable permite una mayor personalización y precisión a la hora de realizar la captura del movimiento y recogida de datos, consiguiéndose con ello un mayor nivel de fiabilidad en el análisis e interpretación de los resultados de la prueba. Como se exige en el reglamento para la elaboración de Trabajos Fin de Máster asociados al presente Máster en Ingeniería Biomédica, un periodo de prácticas en una institución externa a la propia Universidad de Zaragoza fue completado. La institución elegida para tal fin ha sido el Instituto de Medicina Legal de Aragón (IMLA) y las actividades llevadas a cabo comprendieron el estudio acerca de la reconstrucción 3D de cadáveres y su uso como asistente en el proceso de realización de autopsias médico-legales

Smart Ergonomics. Evaluación de exoesqueletos con captura de movimiento en entornos productivos

La ergonomía busca adaptar el entorno al trabajador y adecuar sus condiciones para optimizar su seguridad, productividad y calidad de trabajo. Este trabajo se enmarca dentro del desarrollo de la ergonomía centrada en el trabajador en el contexto de la industria 4.0, reconociendo el papel fundamental del factor humano en el sistema productivo. Para ello, se aborda la integración de exoesqueletos industriales en el proceso de valoración ergonómica de puestos de trabajo en entornos productivos, estudiando el impacto que tienen en los riesgos musculoesqueléticos (ME).Se han modelado tres exoesqueletos con el método ergonómico MH-Forces y, a través de un sistema de medición directa basado en captura de movimiento, se ha evaluado dicha modelización en capturas tanto de laboratorio como de puestos de producción representativos. Asimismo, en uno de los exoesqueletos analizados se ha realizado un estudio de usabilidad en puestos de una planta industrial del sector de la automoción.Los resultados mostraron reducciones de hasta un 19 % en el riesgo ME de la zona lumbar con un Laevo y de hasta un 14 % y un 10 % en el riesgo ME de los hombros con un Skelex y un Levitate respectivamente. No obstante, con los resultados obtenidos, no se pudo establecer una preferencia entre el Skelex y el Levitate. El estudio de usabilidad del Laevo mostró una elevada variabilidad en el confort reportado por los trabajadores, por lo que fue más favorable para unas tareas que para otras. El exoesqueleto se valoró en general como confiable y seguro, aunque la incomodidad por restricción del movimiento se consideró moderada.<br /

Análisis y evaluación ergonómica de la cabina de conducción de un tren de alta velocidad

El trabajo realizado en este proyecto es el análisis y la evaluación ergonómica del puesto de trabajo del maquinista de un tren de alta velocidad. Esto incluye el estudio del pupitre de control del tren, así como de la butaca correspondiente, y del conjunto de tareas que realiza el conductor durante el trayecto de un viaje. Para ello se realizó una reconstrucción 3D de la cabina mediante uso de un software de fotogrametría y una simulación de las posturas más frecuentes que el conductor adopta durante el transcurso de su trabajo. En un entorno 3D y aplicando un software específico, realizamos un análisis postural por medio del método evaluación ergonómica REBA (Rapid Entire Body Assesment) y un análisis Biomecánico, con el fin de determinar la carga postura asociada a la actividad que realiza el maquinista. Asimismo, se ha llevado a cabo un análisis del campo visual del conductor mediante el uso de un sistema de seguimiento ocular (Eye-tracking) y un software de simulación, con un modelo en 3D, con el propósito de estudiar posibles mejoras en este campo, tan importante para la eficacia del trabajo del maquinista. Todos estos estudios se han realizado para dos modelos biomecánicos de percentiles extremos, percentil 5 y 95 correspondiente a la población europea (norma EN 547-3-1996) para observar y comparar el comportamiento que tendrían diferentes sujetos en el mismo puesto de trabajo. Durante el trabajo de campo, también se hizo uso de una manta de presiones que se colocó sobre la butaca del conductor con el fin de estudiar la distribución de presiones sobre la misma en determinadas posiciones de uso, para observar si hubiese algún punto de presión que superase los valores máximos recomendados y analizar si el diseño de la butaca en este aspecto es adecuado o no para el uso de la misma. Para completar el estudio, se realizó una encuesta de usabilidad y comodidad al maquinista que participó en las capturas en campo, que proporcionó información útil sobre su puesto de trabajo, de cara a proponer posibles mejoras de usabilidad del diseño actual del pupitre de conducción. A la vista de los resultados de los estudios realizados, el proyecto concluye con un conjunto de recomendaciones de mejoras ergonómicas del puesto de trabajo de conducción del tren de alta velocidad analizado

Caracterización experimental y numérica de la articulación del hombro en la técnica del estilo de crol en natación

With the help of the systems and optical markers, it is possible to characterize the three-dimensional movement, in this case, the shoulder joint during the front-Crawl stroke under laboratory condition outside the water, to later simulate its biomechanical behavior using the finite element method (FEM).Con ayuda de los sistemas y marcadores ópticos es posible caracterizar el movimiento tridimensional, en este caso, de la articulación del hombro durante la brazada de crol en un laboratorio fuera del agua, para posteriormente simular su comportamiento biomecánico utilizando el método de los elementos finitos

Homologación de medidas de interés antropológico sobre cráneo seco mediante fotogrametría y técnicas de escáner 3D para su comparación con sistemas de medición manual

El presente proyecto plantea la aplicación de diversas tecnologías de elaboración de modelos virtuales tridimensionales en la creación de modelos craneales así como el uso de los mismos, gracias a la utilización de software de modelado 3D, para el establecimiento de medidas craneométricas homologables a las realizadas utilizando sistemas de medición manual. Adicionalmente, también se establece como objetivo el diseño de un protocolo de orientación de los modelos obtenidos en base a planos anatómicos estandarizados, más en concreto en relación con el denominado Plano de Frankfurt, así como su validación y análisis del grado de reproducibilidad intra/interobservador ante la aplicación del mismo

MCQ-Balance: a method to monitor patients with balance disorders and improve clinical interpretation of posturography

Background An estimated 20% to 30% of the global population has suffered a vertiginous episode. Among them, 20% do not receive a clear diagnosis. Improved methods, indicators and metrics are necessary to assess the sensory systems related to balance, especially when patients are undergoing treatment for vertiginous episodes. Patients with balance disorders should be monitored for changes at the individual level to gather objective information. In this study, we evaluate the use of the MCQ-Balance (Measure, Classify and Qualify) assessment for examining a patient’s balance progression using tests to measure static balance control and dynamic postural balance with a stabilometric platform. Materials and Methods The MCQ-Balance assessment comprises three stages: (i) measuring the progression of each variable between two separate and consecutive days (called sessions) using the Magnitude-Based Decision analysis; (ii) classifying the progression of the patient’s balance with a score; and (iii) qualifying the progression of the patient’s balance from the resulting scores using a set of rules. This method was applied to 42 patients with balance disorders of peripheral or central origin characterised by vertigo as the cardinal symptom. Balance progression was measured using the MCQ-Balance assessment over the course of three months, and these results were compared with the assessment of a clinical expert. Results The MCQ-Balance assessment showed an accuracy of 83.4% and a Cohen’s Kappa coefficient of 0.752 compared to the assessment of a clinical expert. Conclusion The MCQ-Balance assessment facilitates the monitoring of patient balance and provides objective information that has the potential to improve medical decision making and the adjustment of individual treatment

Efecto Cinemático de la Ortesis Plantar en el Pie Plano Flexible Infantil

Introducción. El pie plano flexible infantil (PPFI) constituye una de las entidades nosológicas que afectan al pie de los niños más consultadas en la clínica diaria. Aunque existe cierto consenso en la indicación de tratar los pies afectados cuando presentan sintomatología, la controversia sobre la eficacia y la necesidad de tratar los casos asintomáticos continúa siendo apasionante. El uso de herramientas que permiten cuantificar con exactitud los grados de rotación de la articulación subtalar (AST) y mediotarsiana (AMT) ayudan a comprender las bases fisiopatológicas de la entidad y a establecer las bases de un tratamiento eficaz. El presente estudio pretende valorar la eficacia de diferentes tratamientos conservadores ortésicos, así como la influencia de factores como el calzado, el sexo y el grado de afectación, sobre el pie (retropié y mediopié) y muslo, así como realizar aportaciones sobre la unilateralidad de los datos, la influencia del efecto de arrastre y la cuantificación del efecto inverso de la ortesis (EIO), todo ello de forma transversal. El estudio se completa con el análisis longitudinal de la posición relajada de calcáneo en apoyo (PRCA) al cabo de dos años, propone un nuevo modelo de marcador y un nuevo diseño autocontrolado.Material y métodos. Se realizó una revisión escolar a 167 niños entre 9 y 11 años con autorización de los padres y del Comité Ético de Investigación Clínica de Aragón, obteniéndose una muestra de 24 niños con PPF y un Índice de Postura del Pie v 6 criterios (IPP-6)de 9,81±1,24. Los niños se sometieron a la observación de la marcha sobre tapiz rodante mediante un sistema de captura de movimiento óptico constituido por 9 cámaras infrarrojas OptitrackTM y software Motive-Tracker de ©Natural Point Inc y sistema MH-treadmilll de ©UZ, en el laboratorio de biomecánica del Instituto de Investigación I3 de la Universidad de Zaragoza. Se analizaron nueve situaciones diferentes que combinaban 3 tipos diferentes de ortesis: ortesis por elementos tipo Lelièvre (OE), ortesis de resina (OR) con técnica de adaptación en directo (TAD) y ortesis de polipropileno (OP) con inversión de Blake y Medial Heel Skive (MHS) y 2 tipos diferentes de calzado: zapatilla/deportiva (ZAP/DEP). Los 48 pies se distribuyeron de forma aleatoria en función del pie considerado (dcho/izdo) y calzado en la prueba (ZAP/DEP), siguiendo un diseño de muestras repetidas. Los valores del modo DESCALZO (DES) fueron utilizados como control de cada individuo. Se analizó el efecto de la ortesis, el calzado, el grado de afección y el sexo, sobre el pico máximo eversor de AST y AMT, rango eversor de AST y AMT, máxima posición y rango de movimiento femoral en plano frontal y transverso (coronal), longitud de zancada y nº zancadas por minuto. Se valoró la evolución de la PRCA en un grupo de intervención que llevó la ortesis durante dos años y un grupo control.Resultados. Los datos de prevalencia (16,76%) fueron coherentes con estudios previos, observándose una correlación positiva significativa entre el grado de PRCA e Índice de Masa Corporal (IMC) e IPP-6. El uso de calzado redujo de forma significativa el pico máximo eversor de AMT (p=0,000), respecto a caminar descalzo. El uso de cualquiera de las 3 ortesis redujo significativamente el pico máximo eversor de AST y AMT respecto a caminar calzado sin ortesis (p=0,000). Las ortesis OE y OP redujeron significativamente tanto el rango de eversión (p=0,007 y p= 0,044), como el valor de máxima eversión (p=0,003 y p=0,005) de la AST respecto de OR. Las ortesis OE y OR redujeron significativamente el valor máximo de eversión del AMT respecto de OP (0,011 y 0,010). Los resultados del segmento muslo no fueron concluyentes. La deportiva redujo tanto el pico de máxima eversión (p=0,048) como el rango de movimiento eversor (p=0,050) de la AMT respecto de la zapatilla. Tras analizarse el efecto del orden de la prueba no pudo observarse efecto de arrastre. La frecuencia del efecto inverso de la ortesis fue mayor en la AST que en la AMT y significativamente mayor para el rango eversor que para el valor de máxima eversión tanto de AST (p=0,000) como de AMT (p=0,000). Se ha observado una reducción significativa de PRCA en el grupo intervención respecto del grupo control sin ortesis (p=0,006) tras dos años de intervención.Discusión. La correlación observada de la PRCA con IMC e IPP-6 pondría de manifiesto la posible influencia negativa del factor peso en la evolución del PPF. La existencia de una correlación positiva entre PRCA y el IPP-6 debería ser estudiada en próximas investigaciones por la posible consideración de la PRCA como valor precursor del IPP-6. La eficacia del tratamiento conservador ortésico en el alineamiento de retropié y mediopié ha quedado demostrada. Se dispone de herramientas eficaces en el control de exceso de pronación de AST y AMT. Los resultados no concluyentes derivados de las variables del muslo podrían tener relación con el efecto de artefacto que supondría el tejido blando del muslo. Se ha medido la frecuencia del EIO y debería tenerse en cuenta tanto en investigación como en la clínica diaria. No se ha observado efecto de arrastre derivado del orden de realización de la prueba propio de los diseños de muestras repetidas. El uso de la ortesis provocó un efecto corrector de la PRCA de forma significativa tras dos años de intervención. Se confirma la eficacia de la ortesis en el alineamiento de retropié y se constituye como tratamiento de elección del PPFI. <br /