Estudio comparativo de sistemas de análisis de marcha basados en sensores inerciales y cámaras infrarrojas

Abstract

El análisis de marcha es la medición, descripción y evaluación sistemática de los parámetros que caracterizan la locomoción humana. A través del análisis de la marcha se adquieren y analizan parámetros espacio-temporales, cinemáticos, cinéticos y de actividad muscular para proporcionar información que describe las características fundamentales de este proceso. Esta información es luego interpretada por profesionales de la salud para evaluar cuantitativamente el grado en que la marcha de un individuo se ha visto afectada por alguna patología. Este tipo de estudios se realiza en laboratorios de análisis de postura y movimiento que generalmente utilizan un sistema de adquisición constituido por cámaras optoelectrónicas infrarrojas y cámaras de video convencionales para el estudio cinemático de la marcha. A pesar de que este tipo de sistemas constituye la forma más utilizada y confiable en el análisis de marcha, presenta algunas limitaciones asociadas; como el alto costo, los largos procesos de calibración del sistema y preparación de los sujetos, además de limitar las pruebas a un ambiente de laboratorio. Es por esto que hace algunos años se han utilizado sensores inerciales en el estudio de la marcha y movimiento en general. El uso de este tipo de sensores permite superar algunas de las limitaciones de los sistemas convencionales. En este trabajo se presenta un estudio comparativo de un sistema basado en unidades de medición inercial con sistemas de análisis de movimiento basados en cámaras infrarrojas para el estudio cinemático de la marcha. El estudio se desarrolló mediante la evaluación de marcha a sujetos voluntarios sanos, utilizando simultáneamente el sistema optoelectrónico de referencia y el sistema basado en sensores inerciales, obteniendo las curvas angulares para las articulaciones de cadera, rodilla y tobillo en el plano sagital. Luego de obtener y comparar cuantitativamente las curvas angulares obtenidas con ambos sistemas de medición, se obtuvo valores de error entre 3.5° y 12.9° para las tres articulaciones estudiadas. Los valores promedio de error resultaron ser de 7.8°, 8.0° y 9.3° para cadera, rodilla y tobillo respectivamente. En cuanto al cálculo de la cadencia de pasos a partir de los datos obtenidos de los sensores inerciales, los valores promedio presentan porcentajes de error menores a 0.57% con respecto a los entregados por uno de los sistemas basados en cámaras infrarrojas. Con estos resultados se concluye que, a pesar de que el sistema basado en sensores inerciales aún está en desarrollo, logra describir de manera satisfactoria los ángulos de articulaciones de extremidad inferior y la cadencia de pasos durante la marcha de un individuo a velocidad normal.