Sistema biométrico para el análisis de la marcha utilizando unidades de medida inerciales (IMU)
DOI:
https://doi.org/10.33414/rtyc.49.47-67.2024Palabras clave:
Biométrica de la marcha, Análisis multidimensional, Unidades de medición inercial, Valoración de las articulaciones humanasResumen
El movimiento de las personas depende de la acción del sistema nervioso sobre grupos musculares específicos que se apoyan sobre la estructura ósea. Algunos procesos patológicos pueden causar alteraciones de la fuerza y coordinación que debe existir entre las respuestas musculares, causando alteraciones en el movimiento esperado. En su fase inicial, la mayoría de estas alteraciones pasan desapercibidas hasta que los daños físicos afectan notoriamente la actividad humana, y en muchos casos de manera irreparable. Actualmente, el método más utilizado para el análisis de la marcha humana se basa en el estudio fotométrico secuencial en espacio limitado, aunque en menor medida también se utilizan sistemas de posicionamiento digital. Este proyecto aborda el desarrollo de tecnología para la captura biométrica del movimiento humano mediante sensores de medición inercial. La idea es detallar el desplazamiento espacial de secciones específicas del cuerpo a partir de la medición de aceleración y la velocidad angular, con el propósito de valorar la respuesta de las articulaciones involucradas. El objetivo es desarrollar un sistema que permita a los médicos especialistas identificar anomalías en el movimiento del paciente en estudio. Los resultados preliminares demuestran la eficiencia del sensor inercial implementado. Utilizando 7 sensores ubicados estratégicamente en el cuerpo del paciente y con una velocidad de adquisición de 100 muestras por segundo en cada sensor, es posible detallar movimientos de marcha menores a 7,5 milímetros y precisión en velocidad angular de hasta 0,1°/0,01 segundo. Con el desarrollo de este instrumento se consigue la capacidad de visualizar y analizar movimientos que normalmente son imperceptibles para el ojo humano.
Descargas
Citas
hertz online. (2023). ABC del acelerómetro. Tutoriales 5hertz Electrónica. URL: https://www.5hertz.com/index.php?route=tutoriales/tutorial&tutorial_id=2
Albertí, E. (2006). Procesado digital de señales. Edición de la Universidad Politécnica de Catalunya, SL. Barcelona.
Alvarez, J.; Álvarez, D. López A. (2018). Accelerometry-Based Distance Estimation for Ambulatory Human Motion Analysis. MDPI Editorial Sensors, 18, 4441; https://doi.org/10.3390/s18124441.
Britannica. (2020). Hooke’s law. URL: https://www.britannica.com/science/Hookes-law. (Consultado en mayo 2020).
CeReCoN. (2020). Centro Regional de Investigación y Desarrollo en Computación y Neuroingeniería de la Universidad Tecnológica Nacional (UTN), Facultad Regional Mendoza (FRM). URL: http://www.cerecon.frm.utn.edu.ar/. (Consultado febrero, 2021).
Cruz, J.; Cruz, B.; Alfonso, R.; Adsuar, J. (2010). Revisión actual sobre metodología empleada en la valoración de la marcha humana normal y patológica. Revista Digital EFdeportes, Buenos Aires, Año 15, Nº 146. URL: https://www.efdeportes.com/efd146/valoracion-de-la-marcha-humana-normal-y-patologica.htm.
Dugarte, N., Medina, R., Rojas, R. (2015). Open Source Cardiology Electronic Health Record Development for DIGICARDIAC Implementation. 11th International Symposium on Medical Information Processing and Analysis (SIPAIM 2015), Editor: International Society for Optics and Photonics. Vol. 9681, pp: 96810Y-96810Y-11.
Ganong, W. (2020). Fisiología médica, Manual Moderno. 26ª Ed. Editorial McGraw-Hill. Madrid.
García, G., Elvar, H., Arenas, A., Pérez, C., Aguilera, J. (2017). Dispositivos y Técnicas Para la Medición del Rendimiento del Salto Vertical. Journal of Physical Exercise and Health Science for Trainers. URL: https://g-se.com/dispositivos-y-tecnicas-para-la-medicion-del-rendimiento-del-salto-vertical-que-opciones-tenemos-2280-sa-259430c9460ba4.
Guillamón, A. (2014). Biomecánica del movimiento humano: evolución histórica y aparatos de medida. Revista Digital EFDeportes.com, 18 (188). URL: https://www.efdeportes.com/efd188/biomecanica-del-movimiento-humano.htm. (Consultado junio, 2020).
Haro, M. (2014). Laboratorio de análisis de marcha y movimiento. Rev. Med. Clin. Condes, Vol. 25(2): 237-247.
Krzeszowski, T.; Switonski, A.; Kepski, M.; Calafate, C. (2022). Intelligent Sensors for Human Motion Analysis. MDPI Editorial Sensors, 22, 4952. https://doi.org/10.3390/s22134952
Laskakit. (2020). Xm 15B Bluetooth serial module specification. URL: https://www.laskakit.cz/user/related_files/xm-15b.pdf. (Consultado en abril, 2021).
Lefeber, N., Degelaen, M., Truyers, C., Safin, I., and Beckwée, D. (2019). Validity and Reproducibility of Inertial Physilog Sensors for Spatiotemporal Gait Analysis in Patients With Stroke. IEEE Transactions on Neural Systems and Rehabilitation Engineering, vol. 27, no. 9, pp. 1865-1874. https://doi.org/10.1109/TNSRE.2019.2930751.
Lizárraga Chávez, G. (1999). Cuerpo y movimiento: dimensión psicológica. Revista de Psicología Año 3, no. 5, pp. 129-163.
Marin, F. (2020). Human and Animal Motion Tracking Using Inertial Sensors. MDPI Editorial Sensors, 20, 6074; https://doi.org/10.3390/s20216074.
Mittag, C.; Waldheim, V.; Krause, A.; Seel, T. (2022). Using a single inertial sensor to control exergames for children with cerebral palsy. Current Directions in Biomedical Engineering, vol. 8, no. 2, pp. 431-434. https://doi.org/10.1515/cdbme-2022-1110.
Moebs W., Ling S., Sanny J. (2021). Física universitaria, volumen 1. Editorial OpenStax, URL: https://openstax.org/books/f%C3%ADsica-universitaria-volumen-1/pages/3-6-calcular-la-velocidad-y-el-desplazamiento-a-partir-de-la-aceleracion. (Consultado mayo, 2022).
Morris A. (2001). Measurement and Instrumentation Principles. Butterworth-Heinemann Publishing Ltd., third edition, Great Britain.
Nee, C.; Ong, S.; Fong, W. (2008). Methods for in-field user calibration of an inertial measurement unit without external equipment. Measurement Science and Technology, Vol. 19, no 8.
Patel, G.; Mullerpatan, R.; Agarwal, B.; Shetty, T.; Ojha, R.; Shaikh-Mohammed, J.; Sujatha, S. (2022). Validation of wearable inertial sensor-based gait analysis system for measurement of spatiotemporal parameters and lower extremity joint kinematics in sagittal plane. The Journal of Engineering in Medicine, online journal vol. 236 (5).
Pérez, A. (2015). Análisis de movimiento humano: aplicaciones en rehabilitación física. Seminario del Instituto de Ciencias Físicas ICF, Universidad Nacional Autónoma de México. México DF.
Pérez, P. (2015). Un método de calibración de sensores inerciales. Tesis de grado para Máster en Matemáticas, departamento de publicación de la Universidad de Almería, España. URL: https://repositorio.ual.es/bitstream/handle/10835/6262/7327_Trabajo_Paula_Perez.pdf?sequence=1
Raspberry Pi. (2022). Raspberry Pi 3 Model A+. URL: https://www.raspberrypi.com/ products/raspberry-pi-3-model-a-plus/. (Consultado junio, 2022).
SBG Sistems. (2020). ¿Qué es la tecnología MEMS?. URL: https://www.sbg-systems.com/es/soporte/tecnologia/tecnologia-mems-imu-ahrs-ins/. (Consultado enero de 2023).
Uehara, M.; Glez del Tánago, G.; Neag, C.; Del Olmo, P.; Carlavilla, F. (2015). Trastornos del movimiento. Fundación Dialnet, Panorama actual del medicamento, vol. 39 (381): 172-185.
Valladolid, O., Madera, F., Aguayo, A. (2019). Análisis Gráfico del Movimiento Humano para Detectar Alteraciones Biomecánicas. Revista de Ingeniería de la Universidad Autónoma de Yucatán. Mexico DF, 23 (2): 52-67.
Weygers, I.; Kok, M.; De Vroey, H.; Verbeerst, T.; Versteyhe, M.; Hallez, H.; Claeys, K. (2020). Drift-Free Inertial Sensor-Based Joint Kinematics for Long-Term Arbitrary Movements. IEEE Sensors Journal, vol. 20 (14): 7969-7979. Doi: 10.1109/JSEN.2020.2982459.
WitMotion Shenzhen Co. (2022). Bluetooth AHRS IMU sensor BWT901CL. Datasheet v20-0707. URL: www.wit-motion.com. (Consultado mayo 2022).
Publicado
Cómo citar
Número
Sección
Licencia
Derechos de autor 2024 Nelson Dugarte Jerez, Antonio Alvarez Abril, Negman W. Alvarado Riviera, Carlos Marcelo Gómez, Ana Lattuca, Guillermo Martín Sosa Barraco, Edison del Carmen Dugarte Dugarte, German Lombardo
Esta obra está bajo una licencia internacional Creative Commons Atribución-NoComercial 4.0.
