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Artículo de método

Caja de herramientas de captura de movimiento multimodal para un análisis mejorado de la coordinación intersegmental en niños con parálisis cerebral y en desarrollo típico

635 visualizaciones

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DOI:

10.3791/69604

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16 de diciembre de 2025

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En este artículo

Resumen

Este estudio presenta una caja de herramientas que combina tecnologías de captura de movimiento para analizar señales cinemáticas y cuantificar patrones coordinativos de cuerpo completo mediante gráficos ángulo-ángulo. Diseñada para superar los desafíos de los sistemas tradicionales basados en marcadores, la caja de herramientas apoya flexibilidad en entornos de investigación, clínica y campo, promoviendo la atención individualizada y las evaluaciones funcionales para niños con discapacidades motoras.

Resumen

Los sistemas de captura de movimiento basados en marcadores tridimensionales son el estándar de oro para evaluar patrones cinemáticos en el movimiento humano, ofreciendo una cuantificación precisa de las posiciones de segmentos y articulaciones. Sin embargo, los sistemas tradicionales basados en marcadores presentan varios desafíos, especialmente para niños con discapacidades neurológicas y anomalías del procesamiento sensorial, como las observadas en niños con parálisis cerebral. Estos desafíos dificultan el uso de marcadores cinemáticos y limitan los análisis detallados de los patrones de movimiento. Los avances recientes en sistemas de captura de movimiento sin marcador que utilizan estimación de poses humanas basada en aprendizaje profundo nos permitieron explorar alternativas rentables a los sistemas ópticos tradicionales y a los enfoques posteriores de procesamiento de datos. Se desarrolló una caja de herramientas integrada, combinando múltiples tecnologías de captura de movimiento: equipos cinemáticos de nivel de investigación, clústeres cinemáticos, unidades de medición inercial, sistemas tridimensionales (3D) sin marcadores y sistemas bidimensionales (2D) sin marcadores con cámaras comercialmente disponibles (a través de MediaPipe). Para este estudio actual, presentamos los resultados de la captura de movimiento basada en marcadores 3D frente a la captura de movimiento sin marcador 2D, el principal problema en los estudios biomecánicos de sujetos humanos, para describir patrones coordinativos mediante gráficos ángulo-ángulo cadera-rodilla. El enfoque del ciclograma fue seleccionado porque ofrece una métrica robusta y un marco fácilmente interpretable para analizar la coordinación mediante el movimiento acoplado entre segmentos del cuerpo. Dos niños con desarrollo típico y dos niños con parálisis cerebral realizaron un patrón de movimiento funcional, la tarea de sentarse para ponerse de pie. Los hallazgos aquí demostraron la viabilidad de integrar sistemas multimodales para análisis cinemáticos, proporcionando flexibilidad tanto para la investigación como para entornos clínicos. Además, el novedoso enfoque de código abierto presentado en este trabajo aborda los retos que plantean muchas poblaciones de pacientes que experimentan problemas de procesamiento sensorial, permitiendo un plan de atención avanzado e individualizado.

Introducción

Las evaluaciones de captura de movimiento cinemática tridimensional han ofrecido información fiable para cuantificar patrones de movimiento esperados y anormales. Esta información es crucial al diseñar los planes derehabilitación 1 y establecer enfoques de seguridad para la interacción del paciente con el equipo clínico (por ejemplo, 2,3). Al considerar niños con discapacidades inducidas por neurología, estas evaluaciones cinemáticas pueden mejorar la atención al abordar cambios en los patrones de coordinación en tareas funcionales distintas como la

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Protocolo

Este estudio se realizó como una serie de casos utilizando resultados representativos de cuatro niños para demostrar la viabilidad del protocolo en lugar de inferencia estadística. En este estudio participaron dos niños con desarrollo típico (varón de 4 años, 100 cm, 14,5 kg; varón de 10 años, 144 cm, 40,8 kg) y dos niños con parálisis cerebral, Sistema de Clasificación de la Función Motora Gruesa III (niña de 4 años, 93 cm, 13,8 kg; varón de 4 años, 102 cm, 16,7 kg). Los padres/tutores legales y los hijos proporcionaron consentimiento informado antes de participar, de acuerdo con nuestro protocolo de estudio aprobado por la Junta de Revisión Institucional (IRB-FY2024....

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Resultados

La caja de herramientas de código abierto basada en Python cuantificó con éxito los patrones de coordinación cadera-rodilla tanto de sistemas basados en marcadores como sin marcadores en participantes pediátricos durante la tarea de sentarse a ponerse de pie. Para proporcionar una comparación cuantitativa junto con los ciclogramas visuales, se presentan métricas resumen clave (rango de movimiento de cadera y rodilla) para los ensayos representativos en la Tabla 1. Los gráficos representativos ángulo-ángu.......

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Discusión

El objetivo de este trabajo fue demostrar la viabilidad y aplicación de una caja de herramientas multimodal de código abierto capaz de integrar sistemas de captura de movimiento basados y sin marcadores para analizar la coordinación corporal total en poblaciones pediátricas. En aplicaciones representativas, el protocolo produjo con éxito ciclogramas cadera-rodilla comparables entre sistemas basados en marcadores y sin marcadores en niños con desarrollo típico, al tiempo que destacaban si.......

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Divulgaciones

Los autores no tienen nada que revelar.

Agradecimientos

Queremos reconocer el apoyo financiero proporcionado (al PI: Cesar) por la Subvención de Investigación en Fisioterapia Pediátrica 2023 de la Fundación para la Investigación en Fisioterapia, el Fondo de Innovación en Investigación MedNexus y la subvención Eunice Kennedy Shriver del Instituto Nacional para la Salud Infantil y el Desarrollo Humano (1R03HD114548-01).

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Materiales

Lista de materiales utilizados en este artículo
NombreEmpresaNúmero de catálogoComentarios
Cámara FLIR BlackflySistemas FLIRModelo: BFS-U3-200S6C-CUsado para captura de movimiento 2D sin marcador (50 Hz, 1980 y épocas; 1200 px)
Cámara Hikvision PoEHikvisionN/AGrabación de vídeo alternativa para captura 2D sin marcador
Disparador hardware LockLabViconLockLabUtilizado para la sincronización temporal
Cámara Logitech C920LogitechCámara web HD Pro C920Cámara alternativa para consumidores para captura sin marcador
MediaPipeInvestigación en Googlev0.10.21Se usa para estimar poses 2D en tiempo real. Disponible en línea en https://ai.google.dev/edge/mediapipe/solutions/guide
Software OpenPoseUniversidad Carnegie Mellon / Comunidad OpenPoseVersión 1.7.0Utilizado para estimación de poses 2D en tiempo real
Modelo entero de paso enchufableViconModelo estándarUtilizado como modelo biomecánico para la colocación de marcadores anatómicos
Cámaras infrarrojas VeroViconSerie VeroUtilizado para captura de movimiento basada en marcadores 3D (100 Hz)

Referencias

  1. Tavernese, E., Paoloni, M., Mangone, M., Castelli, E., Santilli, V. Coordination between pelvis and shoulder girdle during walking in bilateral cerebral palsy. Clin Biomech. 32, 142-149 (2016).
  2. Cesar, G. M., Buster, T. W., Gonabadi, A. M., Burnfield, J. M.

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Reimpresiones y permisos

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