Analisis de Marcha

´ GICA DE PEREIRA. LABORATORIO DE BIOFÍSICA, 15, MAYO DEL 2018. UNIVERSIDAD TECNOLO

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An´ Analisis a´ lisis De Marcha Santiago Jaramillo Abad, 1088036463, [email protected] Jhon Fredy Ospina Galeano, 1088034683, 1088034683, jhonfredy [email protected] Jos´ Jose´ Javier Palacio Zuluaga, 1088031060, [email protected] Ingenier´ Ingenier´ıa ıa f´ısica, ısica, Universidad Universidad Tecnol´ ogica de Pereira, Pereira, Colombia

Resumen—Con la ayuda de un Kinect y un software de biomec´ biomecanica a´ nica se estudi´ estudio´ los diferentes eventos que se dan en la marcha de un estudiante.

—Cadencia, ejes corporales, corporales, eventos de Palabras Clave—Cadencia, marcha, Kinect, longitud de zancada, planos anatomicos. o´ micos.

I.

P RE - INFORME

Planos Anatomicos o´ micos Los planos anat omicos o´ micos son unos planos hipot eticos e´ ticos que que se util utiliz izan an en el camp campo o de la anat anatom om´´ıa, ı a, biolog´ biolog´ıa ı a y fisio fisiolo log g´ıa, ıa, para para cortar cortar o transe transecta ctarr el cuerpo humano de forma imaginaria, con el fin de describir la ubicaci on o´ n de las estructuras (m usculos, u´ sculos, huesos, articulaciones, organos, o´ rganos, etc.) o la direcci on ´ de los movimiento movimientoss (flexi´ (flexión, on, rotaci´ rotación, extensión, on, etc.). Tanto en la anatom´ anatom´ıa ıa humana como tambi en e´ n en la anatom´ anatom´ıa ıa animal, se hace uso de tres planos principales que son[1]:

Ell plano plano sagita sagital: l: Tambi´ 1. E Tambien e´ n llamad llamado o plano plano medial, longitudinal o anteroposterior, el cual es un plano paralelo a la sutura sagital. Divide el cuerpo humano en izquierda y derecha. plano front frontal: al: Tambi´ 2. El plano Tambien e´ n llamad llamado o plano plano corona coronall (o plano plano verti vertical cal)) el cual cual divid dividee al cuerpo cuerpo en las porciones porciones dorsal dorsal (posterio (posterior) r) y ventral (anterior o frontal). plano o tran transv sver ersa sal: l: Tambi´ 3. El plan Tambien e´ n llam llamad ado o plano axial (lateral, horizontal) el cual divide el cuerpo en porciones porciones craneales craneales y caudales caudales (cabeza y cola). A Contin Continuac uaciio´ n se muest uestra ra en la Figu Figurra 1 la representacion gráfica afica de cada uno de estos planos:

Ejes Corporales Adem Ademaas de los los plan planos os anat´ natómicos omicos,, tambi´ también en podemo podemoss plante plantear ar unos unos ejes ejes anat´ anatómicos omicos como como se muestra tambi en e´ n en la Figura 1.

Figura Figura 1. Principal Principales es planos anat´ anatomicos o´ micos y ejes corporales

Los ejes corporales son lineas imaginarias alrededor de las cuales se realizan los diferentes movimientos corpor corporale ales. s. En el ser humano humano,, se consid considera era que los ejes est´ estan a´ n relacion relacionados ados con las articulac articulaciones iones,, sien siendo do el obje objeto to que que gira gira o rota rota,, los los hues huesos os.. Estos tres ejes son perpendicu perpendiculare laress entre entre s ´ı, ı , y se clasifican de la siguiente manera[2]:

Frontal: Al rededo 1. Eje Frontal: rededorr de este e´ ste se crea crea el plano sagital, es decir que atraviesa de lado a lado horizonta horizontalmen lmente, te, siendo siendo as´ı paralelo paralelo a la coro coroni nill lla. a. Es tamb tambiien e´ n conoci conocido do como como transversal. Eje Sagi Sagita tal: l: Que 2. Eje Que tambi ambié´ n se llama ant anterop eropo oster sterio iorr, va de adel adelan antte-at e-atr´ rás as hori horizo zont ntal alme ment ntee y sus sus movi movimi mien ento toss se realizan en el plano frontal. Que va de Eje Craneocaud Craneocaudal al o Vertical: ertical: Que arriba-ab arriba-abajo ajo y realiza realiza movimien movimientos tos sobre sobre el plano horizontal.

´ LABORATORIO DE BIOFÍSICA, 15, MAYO DEL 2018. UNIVERSIDAD TECNOLOGICA DE PEREIRA.

II.

´ I NTRODUCCION

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l análisis del movimiento humano y más concretamente de la marcha, ha interesado a muchos desde tiempos remotos, llevando al desarrollo de diferentes métodos para su estudio. Con el avance de los tiempos, la introducción de los sistemas computacionales y los avances en la informática, se ha logrado obtener los modernos y sofisticados sistemas para análisis del movimiento humano disponibles en la actualidad. Una de las a´ reas más desarrolladas del estudio del movimiento, corresponde al estudio de la marcha humana normal y sus alteraciones. El análisis cuantitativo de la marcha es reconocido como una herramienta de investigaci o´ n y enseñanza, ademá s de tener grandes aplicaciones en el campo cl´ınico para el estudio y tratamiento de sus alteraciones. Grandes avances han sido posibles en patolog ´ıas tales como la parálisis cerebral, espina b´ıfida y enfermedades neuromusculares, entre otras, al facilitar la comprensi on ´ de los mecanismos subyacentes de sus alteraciones, definir perfiles de evolució n en el tiempo, orientar y controlar de manera más objetiva los tratamientos y sus resultados con una mirada funcional, determinando ´ de los recursos. El mejores resultados y optimizaci on objetivo del art´ıculo es describir parte de la historia del desarrollo del análisis instrumentado de la marcha[3].

III.

O BJETIVO

Estudiar la marcha en cada una de sus fases o eventos caracter´ısticos en estudiantes con ayuda de un Kinect y un software de biomec a´ nica.

IV.

P ROCEDIMIENTO

Para la realizaci o´ n de esta práctica, requerimos de la aplicació n biomecá nica desarrollada para el laboratorio de biof ´ısica de la UTP. Esta aplicación estará vinculada con el Kinect. El procesamiento de los movimientos de cada integrante se analizar a´ en la aplicación anteriormente mencionada, y all´ı se detallar a´ n las tabulaciones que la aplicaci o´ n realizo´ en tiempo real de los pies al desplazarse. Otro factor importante para esta práctica, era tener un espacio adecuado en el cual se realizaran los desplazamientos. Una vez las condiciones necesarias fueron implementadas, cada integrante realiz o´ las respectivas mediciones. Como se nos fue indicado, con 3 pasos por medición era suficiente para obtener datos. Se tomaron los datos en coordenadas tridimensionales (señalan la posición de cada articulaci o´ n), y también se tomaron los a´ ngulos en donde se formaban los segmentos de

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la articulació n del pie. Cuando las mediciones eran finalizadas, en la aplicación pod´ıamos visualizar las adquisiciones del kinect, y observar cada ciclo de desplazamiento. En ocasiones, cuando las muestras eran tomadas, las secuencias mostradas en la aplicación no eran lógicas, o no ten´ıan sentido coherente, por lo que se deb´ıa realizar de nuevo la medición. Como se menciono´ en la gu´ıa empleada, la aplicaci o´ n brinda al usuario, la opci o´ n de copiar los datos tomados a Excel. De esta forma, el análisis gráfico se facilitar´ıa. Finalmente, para cada uno de los integrantes del grupo, se identificaron los 7 eventos de marcha que se presencian en un ciclo, o bien, los mayores posibles que lograran ser captados en la medición.

AN ´ ALISIS Y SOLUCI ´ ON A LAS PREGUNTAS PROPUES TAS

V.

1. A partir de las coordenadas tridimensionales y de la demarcaci o´ n hecha en la actividad 2.5.4 calcule para cada participante la siguiente informaci o´ n: Cadencia, tiempo de ciclo, rapidez, longitud de paso izquierdo, longitud de paso derecho, longitud de zancada, longitud de la pierna. Establezca la mejor manera de presentar los datos y a manera de conclusi o´ n trate de identificar proporcionalidades entre las variables de manera subjetiva. Para el cálculo de Cadencia, tiempo de ciclo, rapidez, longitud de paso izquierdo, longitud de paso derecho, longitud de zancada y longitud de la pierna se emplearon las f órmulas mostradas a continuación y las coordenadas tridimensionales obtenidas del software para cada individuo[4].

Cadencia =

l

=

120 tiempo

de

ciclo



(x2 − x1 )2 + (y2 − y1 )2 + (z2 − z1 )2

Rapidez =

Longitud de zancada Tiempo de ciclo

(1)

(2)

(3)

Tras analizar la marcha de los 3 integrantes del grupo obtuvimos los siguientes resultados:


Tiempo de ciclo (s) Cadencia (pasos/minuto) Longitud paso izquierdo (m) Longitud paso derecho (m) Rapidez (m/s) Longitud de la zancada (m) Longitud de la pierna (m)

Javier 1,6 75 0,31 0,3 0,58 0,61 0,42

Fredy 1,6 75 0,39 0,33 0.45 0,73 0,44

Santiago 2,6 46,15 0,63 0,58 0,46 1,2 0,55

Tabla 1. Parámetros calculados para los 3 individuos a partir de las ecuaciones (1), (2) y (3).

Es notorio que a mayor longitud de la pierna mayor la longitud de zancada, sin embargo, la cadencia y la rapidez depende de que tan r a´ pido el sujeto decida dar el ciclo, tambi e´ n se observa que el tiempo en el que se lleva un ciclo es corto, en menos de 3 segundos, un tiempo de ciclo tan corto nos da una cadencia de hasta 75 pasos por minuto y teniendo en cuenta cuanto caminamos al d´ıa nos damos cuenta que damos miles de pasos al d´ıa y que dependemos de un correcto ciclo de marcha. Si comparamos los datos, en el caso de tener la misma cadencia, la rapidez ser a´ mayor a mayor longitud de pierna. 2. Si un ciclo completo de marcha representa el 100 %, determine a partir de los datos obtenidos en la actividad 2.5.4 el tiempo en porcentaje en el que se presenta cada una de los eventos. Promedie todos los resultados de todos los sujetos de estudio y presente una tabla con estos valores promedio.

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obtuvimos los datos era de 0,2 s e hicimos muy rá pido el ciclo, los datos teóricos encontrados fueron: Eventos Repuesta a la carga Postura media Postura terminal Pre-balanceo Balanceo inicial Balanceo medio Balanceo terminal

% de tiempo 10 20 20 10 10 15 15

Tabla 3. Promedios de duracio´ n porcentual.

Como se puede observar se obtuvieron datos muy cercanos.

3. A partir de los a´ ngulos entre segmentos obtenidos en la actividad 2.5.3 construya gráficas de a´ ngulo vs tiempo para el tobillo derecho y la rodilla derecha. Compare las gráficas entre los sujetos de estudio y presente sus propias conclusiones. Para cada sujeto se hicieron las grá ficas de a´ ngulo vs tiempo para la rodilla derecha y el tobillo derecho y obtuvimos las siguientes gr a´ ficas:

Al tomar los tiempos de los ciclos y analizar de forma porcentual que tanto demoraba cada evento obtuvimos los siguientes resultados: Eventos Repuesta a la carga Postura media Postura terminal Pre-balanceo Balanceo inicial Balanceo medio Balanceo terminal

% de tiempo 14,29 14,29 14,29 14,29 14,29 14,29 14,29

Tabla 2. Tiempo porcentual de los eventos de la marcha.

En los datos obtenidos obtuvimos que el tiempo de cada evento es aproximadamente el mismo, sin embargo, lo encontrado te o´ ricamente es diferente, esto es porque el tiempo de cada evento es muy similar al de los demás eventos, por lo que decir que cada evento dura el mismo porcentaje de tiempo es una buena aproximaci o´ n, otro factor es que la resolució n del programa con la que

Se puede observar que para cada persona las funciones del a´ ngulo respecto al tiempo son


VI.

4

C ONCLUSIONES

1. Es importante el análisis de marcha para garantizar una buena traslaci o´ n en las personas y perfeccionar y aplicar buenas prótesis y recuperaciones en personas con problemas motrices. 2. Cada persona es diferente por lo que no se obtendrán resultados exactos en el an a´ lisis de su marcha, aun as´ı, se puede aproximar a su cuerpo para optimizar el desplazamiento de las personas que lo necesiten.

R EFERENCIAS [1] Anatolandia.com, Planos Anatómicos [En linea]. Disponible en: https://www.anatolandia.com/2013/10/planos-anatomicos.html [2] Fuerzaycontrol.com, Sistematización del movimiento [En linea]. Disponible en: https://www.fuerzaycontrol.com/sistematizaciondel-movimiento-los-ejes-y-los-planos-corporales/ [3] ScienceDirect, Análisis de marcha [En linea]. Disponible en: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0716864014700343

diferentes, aun as´ı, se puede notar que en la funció n de rodilla la forma es parecida solo cambia las magnitudes en cada uno, esto se debe a que cada persona es diferente fisiol o´ gicamente y no caminamos exactamente igual, también se nota más cambio respecto al a´ ngulo en el tobillo que en la rodilla ya que al caminar erguidos es mucho menor la flexio´ n de la rodilla que la del tobillo.

[4] Análisis de marcha. Guia de laboratorio de BioF ´ısica, Universidad Tecnoló gica De Pereira. Marzo, 2018. [Referencia gu´ıa de laboratorio]

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