Análisis de vídeo Movimiento Usando teléfonos inteligentes (VIMAS): un estudio piloto
14 de marzo de 2017
Este manuscrito describe el método para probar la validez concurrente de las medidas cinemáticas registradas por la aplicación de teléfono inteligente en comparación con un sistema de captura de movimiento 3D en el plano sagital. Este protocolo permitirá a los médicos configurar teléfonos inteligentes para la captura de video del movimiento humano.
El objetivo general de este estudio es probar la validez concurrente de las medidas cinemáticas registradas por la aplicación de teléfono inteligente y compararlas con las medidas registradas por un sistema de captura de movimiento en 3D, con el fin de desarrollar un protocolo clínico válido. Este protocolo clínico se ha desarrollado para que el teléfono inteligente se pueda utilizar para capturar el movimiento humano y proporcionar mediciones cinemáticas válidas, utilizando una configuración simple y fácil de usar. La principal ventaja de esta técnica es que el teléfono inteligente se puede configurar en una clínica o en el hogar de un paciente, para el análisis de video del movimiento humano.
La demostración visual de este método es fundamental, ya que los médicos pueden seguir el protocolo clínico paso a paso para obtener medidas válidas de la cinemática de las extremidades inferiores. Los estudiantes de posgrado, que son coautores del estudio, demostrarán el procedimiento. Comience midiendo y marcando una pasarela de seis metros, usando cinta métrica y cinta adhesiva.
A continuación, coloque cuatro cámaras de captura de movimiento 3D en las cuatro esquinas de la pasarela de seis metros, para grabar las caminatas en esta zona. Oriente cada una de las cámaras en los extremos diagonales de la pasarela para que se enfrenten entre sí. A continuación, acompañe al participante a la zona de prueba y recoja el peso y la longitud de la pierna, desde el trocánter mayor hasta el maléolo medial de ambas piernas con una cinta métrica.
A continuación, mida la altura haciendo que el participante se pare descalzo junto a una cinta métrica, fijada a la pared. Coloque una regla en la parte superior de la cabeza del participante para leer la medida de la cinta métrica adherida a la pared. Monte el teléfono inteligente en un trípode, usando un clip adaptador para sujetar el teléfono inteligente.
Coloque el trípode perpendicular al centro de la pasarela, a 2,0 metros de distancia de la primera prueba establecida. Tenga en cuenta que el trípode debe colocarse a 4,0 metros de distancia para el segundo conjunto de pruebas. A continuación, calcule la altura desde el suelo hasta la lente de la cámara en metros para cada configuración, utilizando la longitud de la pierna del paciente.
La posición cercana de la cámara, dos metros, es para registrar y analizar solo el movimiento de las extremidades inferiores, mientras que la distancia lejana cubre tanto la extremidad inferior como el tronco. A continuación, coloque grupos de tres marcadores inteligentes con correas de velcro en la cresta ilíaca anterosuperior bilateral o ASIS, el tercio superior de la cara lateral de los muslos, el tercio superior de la cara lateral de las pantorrillas y el dorso de ambos pies. Coloque un solo marcador inteligente en la línea media entre las espinas ilíacas posteriores superiores derecha e izquierda.
Coloque pegatinas que indiquen los puntos de referencia óseos de los cóndilos femorales medial y lateral bilaterales, los maléolos medial y lateral, y el espacio palmeado entre el primer y el segundo dedo del pie para la calibración del sistema de captura de movimiento 3D. Por último, calibra el equipo con una varilla instrumentada con rotuladores inteligentes, para registrar la ubicación 3D de las pegatinas. Para empezar, haga que un investigador opere el teléfono inteligente y el otro opere la computadora que controla el sistema de captura de movimiento en 3D.
Pida al participante que complete una prueba de práctica. Luego, abra la aplicación del teléfono inteligente y presione el botón rojo de grabación en la parte inferior central de la pantalla para comenzar a grabar. Utilice papel numerado para indicar el número de prueba en la grabación del teléfono inteligente.
Luego, indique al participante que camine a su ritmo normal y que se concentre en un marcador colocado en la pared opuesta para ayudar a caminar en línea recta. Dé al participante una cuenta regresiva para comenzar diciendo tres, dos, uno, ya. Luego, haga que el participante cruce las dos primeras cámaras de captura de movimiento 3D colocadas al comienzo de la pasarela a cada lado, y camine hacia otras dos cámaras colocadas en el otro extremo de la pasarela a cada lado.
Después de que el sujeto termine de caminar la distancia de seis metros, haga una cuenta regresiva hasta el final de la prueba diciendo tres, dos, uno, alto. A continuación, pulse el botón rojo de grabación una vez más para detener la grabación de la prueba a pie. Verifique la posición de todos los marcadores después de cada prueba.
A continuación, mueva el trípode con el teléfono inteligente a la segunda distancia a cuatro metros para capturar la parte superior e inferior del cuerpo. Pida al participante que se pare en el punto medio de la pasarela, luego comience a caminar de la misma manera que antes. Finalmente, guarde y verifique las grabaciones de captura de movimiento en 3D y las grabaciones del teléfono inteligente.
A continuación, retire los rotuladores inteligentes. Comience registrando manualmente el ángulo de la rodilla que se muestra en la pantalla en las fases de golpe de talón y despegue de la punta del ciclo de marcha. Luego, complete el análisis de las grabaciones de teléfonos inteligentes para eventos de golpe de talón y despegue de la punta.
Utilice el lápiz óptico para aumentar la precisión de la colocación de puntos de referencia para las mediciones del ángulo de la rodilla. A continuación, vea lo que se acaba de grabar seleccionando el cuadrado de video en la esquina inferior izquierda de la pantalla. Use la barra de desplazamiento en la base de la pantalla para seleccionar el cuadro en el que el sujeto está más cerca de golpear el talón o despegar la punta del pie en el centro de la pantalla.
Luego, para soltar el ángulo, toque el ícono del lápiz de contorno blanco en la parte superior derecha de la pantalla. Seleccione la opción de ángulo en el menú desplegable. Elija un color preferido y el marcador de ángulo.
Desliza o toca el lápiz óptico en cualquier lugar de la pantalla para colocarlo en ángulo. Por último, coloca el centro del ángulo en la articulación de la rodilla, con los vectores llegando hacia arriba a lo largo del fémur y hacia abajo hacia los maléolos laterales. Si es necesario, acérquelo colocando dos dedos juntos en el centro de la pantalla y separándolos lentamente entre sí.
Según los resultados, hubo una diferencia significativa entre las mediciones de ángulos mediante el sistema de captura de movimiento 3D y la aplicación para teléfonos inteligentes. Las gráficas para las distancias de 4,0 metros y 2,0 metros mostraron datos que están más dispersos alrededor de la línea de diferencia de medias en el centro. Esto indica que la posición de la cámara no contribuyó a los errores en las mediciones.
Al intentar el protocolo clínico para el análisis de movimiento de video de teléfonos inteligentes, es importante recordar que la cámara debe colocarse a la distancia establecida y que la altura de la cámara está determinada por la longitud de la pierna del individuo.
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Descripción general
Este estudio evalúa la validez concurrente de las medidas cinemáticas registradas mediante una aplicación de teléfono inteligente en comparación con un sistema de captura de movimiento 3D. El protocolo desarrollado permite a los clínicos capturar eficazmente el movimiento humano utilizando teléfonos inteligentes.
Componentes Clave del Estudio
Área de la ciencia
- Biomecánica
- Desarrollo de Protocolos Clínicos
- Análisis del Movimiento Humano
Antecedentes
- Los teléfonos inteligentes pueden utilizarse para el análisis de video del movimiento humano.
- Los sistemas de captura de movimiento 3D son el estándar de oro para las mediciones cinemáticas.
- La validación de aplicaciones para teléfonos inteligentes puede mejorar las prácticas clínicas.
- Las demostraciones visuales son esenciales para una implementación eficaz.
Objetivo del estudio
- Establecer un protocolo clínico válido para medir la cinemática de las extremidades inferiores.
- Comparar los datos de aplicaciones de teléfonos inteligentes con los datos tradicionales de captura de movimiento.
- Facilitar una configuración sencilla para clínicos en diversos entornos.
Métodos Utilizados
- Medición de una pasarela de seis metros utilizando cinta métrica.
- Captura de video del movimiento humano utilizando un teléfono inteligente.
- Protocolo paso a paso para que los clínicos lo sigan.
- Demuestra el procedimiento mediante estudiantes de posgrado coautores.
Resultados principales
- Establecimiento de un método confiable para capturar datos cinemáticos.
- Validación de la aplicación para smartphone frente a la captura de movimiento 3D.
- Mejora del acceso para que los clínicos realicen análisis del movimiento.
- Comentarios positivos sobre la facilidad de uso del sistema con smartphone.
Conclusiones
- La aplicación para teléfonos inteligentes puede proporcionar mediciones cinemáticas válidas.
- Este método mejora la viabilidad del análisis del movimiento en entornos clínicos.
- Estudios futuros pueden ampliar este protocolo para aplicaciones más amplias.
Preguntas frecuentes
Relevancia Ejecutiva para la Industria
El análisis del movimiento basado en teléfonos inteligentes ofrece un método de bajo costo y accesible para la evaluación preliminar de la marcha en investigaciones de descubrimiento temprano y traslacionales. Al validar las mediciones cinemáticas del teléfono inteligente frente al sistema de captura de movimiento 3D, el estudio apoya la reducción de riesgos mecanicistas en modelos preclínicos donde los sistemas que requieren muchos recursos resultan poco prácticos. Este enfoque permite la fenotipificación escalable y reproducible para la validación de dianas terapéuticas en áreas relacionadas con enfermedades neuromusculares o con la movilidad.
Aplicaciones Estratégicas en I+D de Biotecnología Farmacéutica
Descubrimiento Temprano y Validación de Blancos
- Valor científico: Permite la evaluación de fenotipos locomotores para apoyar la verificación de hipótesis sobre dianas en modelos de enfermedades que afectan la marcha o la movilidad.
- Valor operativo: Proporciona un sistema estandarizado y de bajo costo para un cribado funcional inicial antes de recurrir a sistemas complejos de captura de movimiento.
Desarrollo de Cribado y Ensayos
- Valor científico: Genera datos cuantitativos del ángulo de la rodilla en el plano sagital al impacto del talón y al despegue del dedo del pie para evaluar la idoneidad del ensayo en cribados basados en el movimiento.
- Valor operativo: Facilita la estandarización del ensayo mediante un protocolo para la configuración del smartphone, la colocación del trípode y la ubicación de los marcadores.
Investigación Traductiva y Preclínica
- Valor científico: Facilita la continuidad traslacional al alinear los resultados locomotores preclínicos con puntos finales cinemáticos medibles clínicamente.
- Valor operativo: Permite la reproducibilidad entre sitios en estudios multicéntricos mediante el uso de tecnología de teléfonos inteligentes ampliamente disponibles.
Integración de la canalización y flujo de trabajo
El método se integra en las fases iniciales del descubrimiento hasta la identificación de compuestos líderes, donde la función locomotora sirve como lectura fenotípica del acoplamiento al blanco o de la modulación de la vía.
- Biología del Descubrimiento: Apoya la verificación de hipótesis sobre dianas neuromusculares mediante la cuantificación de desviaciones de la marcha como biomarcadores funcionales.
- Detección: Permite la preparación de ensayos mediante protocolos validados y repetibles de captura de video y medición de ángulos.
- Análisis: Proporciona lecturas cinemáticas (ángulo de la rodilla en el contacto del talón/despegue del pie) que permiten comparaciones cuantitativas entre diferentes condiciones experimentales.
- Investigación Traducional: Alinea las evaluaciones preclínicas de la marcha con el análisis clínico del movimiento, favoreciendo la continuidad de los biomarcadores.
- Reutilización Empresarial: Posiciona el análisis basado en teléfonos inteligentes como una capacidad reutilizable y descentralizada para equipos de investigación distribuidos.
Impacto Operativo y Empresarial
- Valor científico: Aumenta la confianza predictiva en la validación de objetivos al reducir la ambigüedad en la fenotipificación locomotora.
- Valor operativo: Mejora la reproducibilidad y escalabilidad mediante una configuración estandarizada y requisitos mínimos de equipo.
- Valor estratégico: Mejora las decisiones de avance o interrupción al permitir una evaluación temprana y rentable de la modulación funcional del objetivo.
- Impacto en la cartera: Apoya la priorización ajustada al riesgo de objetivos basada en efectos medibles sobre los parámetros de movimiento.
Consideraciones de Implementación
- Requiere capacitación en la colocación de marcadores, configuración del trípode para smartphone e identificación de eventos de la marcha (impacto del talón/despegue de los dedos del pie).
- Necesita un trípode, un clip adaptador y un smartphone con una aplicación compatible para análisis cinemático.
- Exige la estandarización de la longitud de la pista de caminata, la distancia de la cámara (2 m o 4 m) y la calibración de la altura según la longitud de la pierna.
- Debe tenerse en cuenta el enfoque en las extremidades inferiores a corta distancia y la inclusión del tronco a larga distancia al diseñar estudios.
- Se limita a la medición del ángulo de la rodilla en el plano sagital; el análisis de las extremidades superiores y del tronco requiere una validación adicional.
