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7 jun 2012

Electrogoniometro flexible para rodilla durante el ciclo de marcha, analizado en el plano sagital

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Contenido disponible en el CD Colección Congresos nº15.

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La bioinstrumentación, se basa en el desarrollo de instrumentos que nos permitan captar señales biológicas. Inicialmente encontrábamos bioinstrumentos que captaban un conjunto de valores continuos en un rango determinado,

Autor(es): Montero E., Albornoz R., Arellano M., Remolcoy M., Gómez L., Vásquez M.
Entidades(es): Escuela de Kinesiología – Universidad Santo Tomas, Talca/Chile
Congreso: VII Congreso Nacional de Ciencias del deporte y educación Física
Pontevedra - 5, 6 y 7 de Mayo de 2011
ISBN: 978-84-614-9945-8
Palabras claves: Eletrogoniometro. Marcha. Angulo de Movimiento.

Electrogoniometro flexible para rodilla durante el ciclo de marcha, analizado en el plano sagital

Resumen

La bioinstrumentación, se basa en el desarrollo de instrumentos que nos permitan captar señales biológicas. Inicialmente encontrábamos bioinstrumentos que captaban un conjunto de valores continuos en un rango determinado, esta tiene la desventaja de nunca podrá ser exactamente representada o reconstruida. La necesidad de poder ejecutar mediciones de los ángulos articulares durante el desempeño normal del movimiento humano, nos lleva a la obtención/creación de un electrogoniómetro, el cual presenta gran eficacia al momento de analizar el desempeño de una articulación especifica o de movimientos mas complejos como la marcha por ejemplo. El objetivo de esta investigación obtener un equipo de bajo costo, que permita adquirir datos angulares de las articulaciones del miembro inferior (Articulación de rodilla) en tiempo real, contando además con la posibilidad de almacenar los datos para un análisis posterior implementar un instrumento para la evaluación angular de rodilla. En el electrogoniómetro de rodilla, el dispositivo utilizado para la medición de rango angular de esta articulación es el instrumento Flex-sensor, el cual está compuesto de materiales flexibles lo que permite realizar una grafica digital de la articulación una vez que esta se pone en movimiento. Es un proceso que se llevó a cabo en forma minuciosa, debido a lo complejo que es la obtener confiabilidad de un instrumento de este tipo. La calibración del electrogoniómetro de rodilla fue puesta a prueba en 10 individuos, a los cuales se le realizó 3 estudios de movilidad articular. Los resultados indican que el electrogoniómetro flexible digital es estable, preciso y repetible en el rendimiento. El dispositivo realizado puede prestar utilidad en el que hacer kinésico, tanto para la determinación de limitaciones funcionales de rodilla, como para evolución de la marcha, por procesos posteriores a una fractura o alguna complicación de la articulación.

INTRODUCCIÓN


La bioinstrumentación, se basa en el desarrollo de instrumentos que nos permitan captar señales biológicas. Inicialmente encontrábamos bioinstrumentos que captaban un conjunto de valores continuos en un rango determinado, esta tiene la desventaja de nunca podrá ser exactamente representada o reconstruida [1]. Es por ello que se instaura el principio de la digitalización, básicamente consiste en la transformación de cualquier señal de entrada continua (análoga) en una serie de valores numéricos (digital) [2]. Hoy en día contamos con un mayor número de bioinstrumentos digitales en comparación a los análogos; el mecanismo de funcionamiento de estos consiste en la transformación de las señales análogas a formato digital, proceso denominado conversión analógico-digital (ADC) [3]. Se capta la señal análoga por medio de un sensor, dispositivo que detecta una determinada acción externa (señal biológica) y la transmite adecuadamente; luego, estas señales son tomadas y transformadas en señales digitales por medio del conversor análogo-digital; para posteriormente pasar por medio de un procesador de señal, el cual nos entrega los datos que nos interesan [3]. Por medio de este mecanismo, se han originado ya varios instrumentos para captar dichas señales, entre los cuales se encuentra el electrogoniómetro; este, es una herramienta que nos permite medir la variación de ángulos articulares por medio de un sistema electromecánico, además de la investigación y desarrollo de prótesis y órtesis que cumplan con el parámetro cinemático de variación en los ángulos articulares. Clínicamente la medición de estos ángulos se hace con un goniómetro universal, por medio del análisis de movimientos pasivos; pero es totalmente imposible realizar una medición de una secuencia de movimientos (como por ejemplo caminar, extender y flexionar el brazo, saltar, entre otros). La necesidad de poder ejecutar mediciones de los ángulos articulares durante el desempeño normal del movimiento humano, nos lleva a la obtención/creación de un electrogoniómetro, el cual presenta gran eficacia al momento de analizar el desempeño de una articulación especifica o de movimientos mas complejos como la marcha por ejemplo. El objetivo de esta investigación es implementar un instrumento para la evaluación angular de rodilla.

MATERIALES Y METODOS


En el electrogoniómetro de rodilla, el dispositivo utilizado para la medición de rango angular de esta articulación es el instrumento Flex-sensor, el cual está compuesto de materiales flexibles lo que permite realizar una grafica digital de la articulación una vez que esta se pone en movimiento. El instrumento presenta características similares a un dispositivo de alineación de muñeca, como el descrito por U C Ugbolue, y cols. (4). La base de su funcionamiento se debe al cambio de voltaje en sus terminales, actuando de manera similar al potenciómetro cuando la articulación es expuesta a deformación, lo cual con un proceso de calibración por medio de goniómetro universal se pueden dar medidas bases angulares para el electrogoniómetro al momento de realizar la flexión de rodilla [5]. Una vez que el sensor ha captado los cambios en los movimientos envía la información al sistema Arduino [5]. Al ser flexible, este dispositivo entrega datos muy importantes, ya que permite realizar movimientos angulares completos, lo cual ayuda a estudiar problemas y evolución de la marcha [4].

Figura 2

Contenido disponible en el CD Colección Congresos nº 15

El sistema Arduino permite realizar cambios en la señal de manera que una vez que el Flex-sensor envía la señal a este transformador, este capta la señal analógica y la transforma por medio de un proceso conducido por un microcontrolador, el cual no puede interpretar la señal analógica, lo que lleva a la digitalización. Matlab es un programa que permite realizar cálculos matemáticos y gráficos enfocados en este caso en los movimientos de la articulación de la rodilla, unas vez que se capta la señal propuesta por el Flex-sensor.
Este programa permite visualizar las señales de manera inmediata al realizar el movimiento, generando una curva grafica de normalidad. La fijación del electrogoniómetro de rodilla es realizada por una tela elasticada, la cual se adhiere a la zona por compresión, generando inmovilidad del instrumento en la zona lo cual da confiabilidad en la toma de datos. Es preciso que la fijación sea correcta para prevenir errores en la medición.
Evaluación:Es un proceso que se llevó a cabo en forma minuciosa, debido a lo complejo que es la obtener confiabilidad de un instrumento de este tipo. La calibración del electrogoniómetro de rodilla fue puesta a prueba en 10 individuos, a los cuales se le realizó 3 estudios de movilidad articular, todos los evaluados pertenecen al sexo masculino en un rango de edad de 19 a 23 años, sin problemas en la articulación de rodilla, ni problemas visibles en la marcha [4].

Figura 3.

Contenido disponible en el CD Colección Congresos nº 15

Calibración: La calibración se basó en la medida de un goniómetro universal donde se tomaron todas las referencias pertinentes para hacer las mediciones, ya sea considerar zonas anatómicas y apreciar compensaciones de musculatura y piel anexas a los movimientos producidos por la articulación de rodilla [6]. Se realizaron múltiples medidas (de flexión máxima a una extensión completa de la articulación) con el objetivo de dar confiabilidad a la medición, ya que se utilizo un instrumento válido como el goniómetro universal el cual se basó con las medidas de referencia propuestas en Goniometría Evaluación de la Movilidad Articular [7]. El electro goniómetro es un reflejo de las medidas del goniómetro universal, donde por cada variación de voltaje se le asignó un grado, dando medidas de 0º a 180º [8]. Ejecución La comprensión del sistema en sus generalidades y estructuración del electrogoniómetro de rodilla fueron guiadas por el ingeniero en mecatrónica, el cual orientó en el desarrollo del proyecto.

RESULTADOS


Los resultados indican que el electrogoniómetro flexible digital es estable, preciso y repetible en el rendimiento. Existe poca variación entre el electrogoniómetro flexible digital y el goniómetro universal en momentos diferentes, en días diferentes o en diferentes condiciones ambientales, pero realizados para la misma prueba funcional. Pequeñas diferencias están presentes en los dispositivos, estos son del orden de 2 o 3 grados [9]. Los resultados de las calibraciones muestran muy pequeña diferencia, principalmente porque el electrogoniómetro flexible siempre era reiniciado a neutro antes de la toma de las medidas angulares.

Grafico 1.

Contenido disponible en el CD Colección Congresos nº 15

Para ilustrar el funcionamiento del sistema se consideran 3 estudios a 10 individuos normales de sexo masculino entre 19 y 23 años, entre 57 y 80 kilos y entre 1,64 y 1,85 m. de estatura.
La información obtenida por el electrogoniómetro digital, que se expresa en el gráfico de cinemática del ciclo de marcha, da curvas similares que las curvas obtenidas en trabajos anteriores de goniometría, las cuales fueron tomadas como normalidad de movimiento.

DISCUSIÓN


El dispositivo es, sin embargo afectado por el movimiento de extensión de rodilla, que se mostró limitado en este trabajo, puesto que el Flex-sensor del sistema no permite conocer angulaciones que sobrepasen los 180 grados, en otras palabras no permite obtener amplitudes mayores de extensión como en el caso de personas que presenten una amplitud aumentada de movimiento (hiperlaxitud). El dispositivo puede presentar ciertas variaciones en la obtención de datos, debido a que cuando se fija el electrogoniómetro no tiene una referencia ósea que lo mantenga en esa posición, solo tenemos como referencia la articulación de rodilla y la piel de la zona, la cual va a variar según sea la condición física del paciente a tratar [9]. Al trabajar con Matlab, se presentaron ciertos inconvenientes tales como; desajuste de en el tiempo de grafica, demostrando retardo en intertanto, que se solucionaron dando ajuste al programa, también se presentaron variaciones con los sistemas operativos de Windows, siendo el único efectivo windows XP professional.

CONCLUSIÓN


El dispositivo realizado puede prestar utilidad en el que hacer kinésico, tanto para la determinación de limitaciones funcionales de rodilla, como para evolución de la marcha, por procesos posteriores a una fractura o alguna complicación de la articulación. Es beneficioso del punto de vista que es de fácil utilización, liviano, practico de transportar y no presenta mayor incomodidad a los pacientes que lo utilizan. El electrogoniómetro flexible de rodilla grafica en línea, por ello los datos pueden ser analizados de forma inmediata, sin necesidad de trabajar de manera invasiva con el paciente, es decir puede trabajar con actividades cotidianas, sin necesidad de trabajar con posiciones especificas.

CRÉDITOS


Los autores reconocen al ingeniero en mecatrónica Miguel Jauregui, por su ayuda en la construcción del Electrogoniómetro Flexible para Rodilla Durante el Ciclo de Marcha, en el Plano Sagital.

Bibliografía

  1. Webster, John G. 1997. Medical Instrumentation: Application and design. Tercera edición, John Wiley and sons.
  2. Héctor Navarro. “Instrumentación Electrónica Moderna”. Editorial Innovación Tecnológica-Facultad de Ingeniería Universidad Central de Venezuela. Caracas Venezuela. 1995. Pag. 285.
  3. Bautista, R.V. 2005. Conversor análogo digital de altas prestaciones para la nueva arquitectura de receptores RF. Revista Digital “Investigación y Educación”. Vol, 2. N° 19. ISSN 1696-7208.
  4. Ugbolue, U C. Nicol A C. and Maclean J.2007. Development and validation of an electrogoniometric wrist alignment device. Engineering in Medicine. Proc. IMechE Vol. 222 Part H.
  5. Ramón Pallas Areny “Sensores y Acondicionadores de Señal”. Editorial Marcombo, D.F. México. 2001 Pag. 480.
  6. H. W. Christensen, “Precision and accuracy of an electrogoniometer,”Journal of Manipulative and Physiological Therapeutics, vol.. 22, no. 1, pp 10-14, 1999.
  7. Norkin, C.y White J. 2006. Goniometría Evaluación de la movilidad articular, capitulo de amplitudes de movimientos estándar). Philadelphia, Pennsylvania. USA.
  8. M. J. Gaitan González, S. Carrasco Sosa, R. González Camarena y O. Yáñez Suáres, “Medición mediante electrogoniometía, de la potencia instantánea durante el salto vertical,” Rev. Mex. Ing. Biomed., vol. 13, no. , pp 229-238, 1992.
  9. Rowe PJ. Myles CM. Hillman SJ and Hazlewood Me. 2005. Validation of Flexible Electrogoniometry as a Measure of Joint Kienematics. Chated Society of Phisiotherapy.

 

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