universidad polit ecnica de madrid escuela t ecnica...

Universidad Politecnica de Madrid

Escuela Tecnica Superior de Ingenieros de

Telecomunicacion

Definicion e implementacion de metricas

objetivas para la evaluacion funcional del

miembro superior: aplicacion a poblacion

con lesion medular cervical

Tesis Doctoral

Ana de los Reyes Guzman

Ingeniero de Telecomunicacion

Madrid, Julio 2015

mailto:[email protected]

Departamento de Tecnologıa Fotonica y

Bioingenierıa

E.T.S.I. de Telecomunicacion


Definicion e implementacion de metricas

objetivas para la evaluacion funcional del

miembro superior: aplicacion a poblacion

con lesion medular cervical

Tesis Doctoral

Autor

Ana de los Reyes Guzman

Directores

Angel Manuel Gil Agudo

Felix Monasterio-Huelin Macia

Madrid, Julio 2015




Tribunal nombrado por el Magnıfico y Excelentısimo Sr. Rector de la Universidad

Politecnica de Madrid, el dıa 15 de Junio de 2015.

Presidente: Enrique J. Gomez Aguilera Doctor en Telecomunicacion

Catedratico de Universidad


Vocales: Jose Luis Pons Rovira Doctor en Ciencias Fısicas

Profesor de Investigacion

Instituto Cajal (CSIC)

Elisa Lopez Dolado Doctora en Medicina y Cirugıa

Medico Adjunto de Rehabilitacion y Medicina Fısica

Hospital Nacional de Paraplejicos

Pablo Bustos Garcıa de Castro Doctor en Informatica

Profesor Titular de Universidad

Universidad de Extremadura

Secretario: Alvaro Gutierrez Martın Doctor Ingeniero de Telecomunicacion

Profesor Contratado Doctor


Suplentes: Eduardo Carrasco Alonso Doctor Ingeniero Informatico

Investigador Senior

Vicomtech-IK4

Jaime Miguel Prat Pastor Doctor en Medicina y Cirugıa

Subdirector

Instituto de Biomecanica de Valencia

Realizado el acto de defensa y lectura de Tesis Doctoral el dıa 1 de Julio de 2015.

AgradecimientosEn primer lugar, quiero mostrar mi agradecimiento a todos los pacientes que han par-

ticipado en los estudios experimentales realizados en esta investigacion, porque ellos son

los verdaderos protagonistas en este trabajo. Agradecimiento, tanto por su participacion

de forma desinteresada, como por la ayuda prestada. Sin su colaboracion, la realizacion

esta investigacion no hubiese sido posible.

En segundo lugar, quiero dirigirme a las personas que han dirigido y tutorizado este

trabajo. Primero, al Dr. Angel Gil Agudo, responsable de la Unidad de Biomecanica del

Hospital Nacional de Paraplejicos y, actual Jefe del Servicio de Rehabilitacion. Gracias

por la confianza prestada durante estos anos y por guiar la investigacion, permitiendo su

realizacion y dotandola de sentido dentro de un entorno clınico-asistencial. Tambien, al

Prof. Felix Monasterio-Huelin Macia, Profesor Titular de Universidad en el Departamento

de Tecnologıa Fotonica y Bioingenierıa de la ETSI Telecomunicacion (UPM), por las apor-

taciones y contribuciones tan valiosas que ha realizado a la investigacion. Gracias por la

paciencia durante todo este tiempo. Quiero tambien mostrar mi agradecimiento al Grupo

de Neuro-rehabilitacion del Instituto Cajal (CSIC). En concreto, al Prof. Jose Luis Pons

(responsable de dicho grupo y coordinador del Proyecto HYPER) y al Dr. Diego Torricelli

por apoyar este trabajo.

Pero no menos importantes son mis companeros de trabajo, que tantas veces me han

animado y motivado para sacar adelante este trabajo. En concreto, Iris Dimbwadyo (Tera-

peuta Ocupacional) y Soraya Perez Nombela (Fisioterapeuta) han participado activamente

en los estudios experimentales y han realizado las evaluaciones clınicas a los pacientes. Por

ultimo, mis agradecimientos a Antonio Segura, del Instituto de Ciencias de la Salud de

Talavera de la Reina, por revisar la metodologıa y los metodos estadısticos propuestos,

para el analisis de la validacion clınica realizada en la investigacion.

Por ultimo, mi familia. A mis padres, por su ejemplo, porque les debo todo. A German,

mi marido, que tanto me ha apoyado siempre desde la carrera universitaria. Y, como no, a

las dos personas mas importantes en mi vida: mis hijos, Marcos y Carmen, que me llenan

de orgullo y satisfaccion, y me dan la fuerza necesaria para sacar todo proyecto adelante.

Se que he perdido mucho tiempo de poder estar con vosotros. No dudeis sera compensado.

En definitiva,

A todos, gracias.

ResumenEn personas que padecen una Lesion Medular cervical, la funcion de los miembros

superiores se ve afectada en mayor o menor medida, dependiendo fundamentalmente del

nivel de la lesion y de la severidad de la misma. El deficit en la funcion del miembro supe-

rior hace que la autonomıa e independencia de las personas se vea reducida en la ejecucion

de Actividades de la Vida Diaria.

En el entorno clınico, la valoracion de la funcion del miembro superior se realiza prin-

cipalmente con escalas clınicas. Algunas de ellas valoran el nivel de dependencia o inde-

pendencia en la ejecucion de Actividades de la Vida Diaria, como, por ejemplo, el Indice

de Barthel y la escala FIM (Medida de la Independencia Funcional). Otras escalas, como

Jebsen-Taylor Hand Function, miden la funcion del miembro superior valorando la des-

treza y la habilidad en la ejecucion de determinadas tareas funcionales. Estas escalas son

generales, es decir, se pueden aplicar a distintas poblaciones de sujetos y a la presencia de

distintas patologıas. Sin embargo, existen otras escalas desarrolladas especıficamente para

valorar una patologıa concreta, con el objetivo de hacer las evaluaciones funcionales mas

sensibles a cambios. Un ejemplo es la escala Spinal Cord Independence Measure (SCIM),

desarrollada para valorar Lesion Medular.

Las escalas clınicas son instrumentos de medida estandarizados, validos para su uso en

el entorno clınico porque se han validado en muestras grandes de pacientes. No obstante,

suelen poseer una elevada componente de subjetividad que depende principalmente de la

persona que puntua el test. Otro aspecto a tener en cuenta, es que la sensibilidad de las

escalas es alta, fundamentalmente, a cambios groseros en el estado de salud o en la funcion

del miembro superior, de forma que cambios sutiles en el sujeto pueden no ser detectados.

Ademas, en ocasiones, poseen saturaciones en el sistema de puntuacion, de forma que

mejorıas que se puedan producir por encima de un determinado umbral no son detecta-

das. En definitiva, estas limitaciones hacen que las escalas clınicas no sean suficientes, por

sı mismas, para evaluar estrategias motoras del miembro superior durante la ejecucion

de movimientos funcionales, siendo necesaria la busqueda de instrumentos de medida que

aporten objetividad, complementen las valoraciones y, al mismo tiempo, intenten solventar

las limitaciones que poseen las escalas.

Los estudios biomecanicos son ejemplos de metodos objetivos, en los que diversas tec-

nologıas se pueden utilizar para recoger informacion de los sujetos. Una concrecion de

estos estudios son los estudios cinematicos. Mediante tecnologıa optoelectronica, inercial o

electromagnetica, estos estudios proporcionan informacion objetiva acerca del movimiento

realizado por los sujetos, durante la ejecucion de tareas concretas. Estos sistemas de medi-

da proporcionan grandes cantidades de datos que carecen de una interpretacion inmediata.

Estos datos necesariamente deben ser tratados y reducidos a un conjunto de variables que,

vii

a priori, posean una interpretacion mas sencilla para ser utilizados en la practica clınica.

Estas han sido las principales motivaciones de esta investigacion. El objetivo principal

fue proponer un conjunto de ındices cinematicos que, de forma objetiva, valoren la funcion

del miembro superior; y validar los ındices propuestos en poblaciones con Lesion Medular,

para su uso como instrumentos de valoracion en el entorno clınico.

Esta tesis se enmarca dentro de un proyecto de investigacion: HYPER (Hybrid Neuro-

prosthetic and Neurorobotic Devices for Functional Compensation and Rehabilitation of

Motor Disorders, referencia CSD2009-00067 CONSOLIDER INGENIO 2010). Dentro de

este proyecto se lleva a cabo investigacion en el desarrollo de modelos, para determinar

los requisitos biomecanicos y los patrones de movimiento de los miembros superiores en

sujetos sanos y personas con lesion medular. Ademas, se realiza investigacion en la pro-

puesta de nuevos instrumentos de evaluacion funcional en el campo de la rehabilitacion

de los miembros superiores.

AbstractIn people who have suffered a cervical Spinal Cord Injury, upper limbs function is

affected to a greater or lesser extent, depending primarily on the level of the injury and

the severity of it. The deficit in the upper limb function reduces the autonomy and inde-

pendence of persons in the execution of Activities of Daily Living.

In the clinical setting, assessment of upper limb function is mainly performed based on

clinical scales. Some value the level of dependence or independence in performing activi-

ties of daily living, such as the Barthel Index and the FIM scale (Functional Independence

Measure). Other scales, such as the Jebsen-Taylor Hand Function, measure upper limb

function in terms of the skill and ability to perform specific functional tasks. These scales

are general, so can be applied to different populations of subjects and the presence of

different pathologies. However, there are other scales developed for a specific injury, in

order to make the functional assessments more sensitive to changes. An example is the

Spinal Cord Independence Measure (SCIM), developed for people with Spinal Cord Injury.

The clinical scales are standardized instruments measure, valid for use in the clinical

setting because they have been validated in large patient samples. However, they usually

have a high level of subjectivity which mainly depends on the person who scores the test.

Another aspect to take into account is the high sensitivity of the scales mainly to gross

changes in the health status or upper limb function, so that subtle changes in the sub-

ject may not be detected. Moreover, sometimes, have saturations in the scoring system,

so that improvements which may occur above a certain threshold are not detected. For

these reasons, clinical scales are not enough, by themselves, to assess motor strategies used

during movements. So, it’s necessary to find measure instruments that provide objectivity,

supplement the assessments and, at the same time, solving the limitations that scales have.

Biomechanical studies are examples of objective methods, in which several technolo-

gies can be used to collect information from the subjects. One kind of these studies is the

kinematic movement analysis. By means of optoelectronics, inertial and electromagnetic

technology, these studies provide objective information about the movement performed by

the subjects during the execution of specific tasks. These systems provide large quantities

of data without easy and intuitive interpretation.

These data must necessarily be treated and reduced to a set of variables that, a priori,

having a simpler interpretation for their use in the clinical practice. These were the main

motivations of this research. The main objective was to propose a set of kinematic indices,

or metrics that, objectively, assess the upper limb function and validate the proposed rates

in populations with Spinal Cord Injury, for use as assessment tools in the clinical setting.

This dissertation is framed within a research project: HYPER (Neurorobotic Devices

for Functional Compensation and Rehabilitation of Motor Disorders, grant CSD2009-

00067 CONSOLIDER INGENIO 2010). Within this research project, research is conducted

in relation to the biomechanical models development for determining the biomechanical

requirements and movement patterns of the upper limb in healthy and people with

Spinal Cord Injury. Moreover, research is conducted with respect to the proposed of new

functional assessment instruments in the field of upper limb rehabilitation.

ix

Indice general

1. Introduccion a la lesion medular y a la evaluacion funcional 1

1.1. La medula espinal . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1

1.2. Lesion medular . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2

1.3. Rehabilitacion tras la lesion medular . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5

1.3.1. Rehabilitacion del miembro superior . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6

1.3.2. Evaluacion de la capacidad y la funcion del miembro superior . . . . 7

1.4. Conclusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10

1.5. Marco, objetivos y estructura de la tesis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10

1.5.1. Marco . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10

1.5.2. Objetivos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10

1.5.3. Estructura de la tesis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12

2. Estado del arte en metricas cinematicas 15

2.1. Revision del estado del arte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15

2.2. Limitaciones en los estudios revisados . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26

2.3. Conclusiones . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27

3. Modelo biomecanico del miembro superior 29

3.1. Introduccion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29

3.2. Materiales y metodos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32

3.2.1. Modelo biomecanico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32

3.2.2. Posicion de los marcadores . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40

3.2.3. Determinacion de la geometrıa y orientacion de los segmentos . . . . 42

3.2.4. Secuencia de rotacion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44

3.3. Validacion del modelo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47

3.4. Analisis de la AVD de beber de un vaso . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49

3.4.1. Participantes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50

3.4.2. Protocolo experimental . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51

3.4.3. Procesamiento y extraccion de resultados cinematicos de la AVD de

beber . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53

3.5. Discusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58

3.6. Conclusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59

4. Propuesta de ındices cinematicos para la evaluacion del miembro

superior 61

4.1. Introduccion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61

xi

Indice general

4.2. Indices relacionados con la amplitud del movimiento . . . . . . . . . . . . . 63

4.2.1. Amplitud articular . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63

4.2.2. Amplitud de alcance . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64

4.3. Indices relacionados con la destreza y la habilidad del miembro superior . . 67

4.3.1. Precision . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67

4.3.2. Agilidad . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 76

4.3.3. Eficiencia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 82

4.3.4. Coordinacion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 83

4.3.5. Suavidad . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 84

4.4. Analisis de la relacion/dependencia entre los ındices propuestos . . . . . . . 89

4.5. Conclusiones . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 94

5. Analisis de la capacidad discriminativa de los ındices 97

5.1. Introduccion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 97

5.2. Estudio experimental . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 98

5.2.1. Participantes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 98

5.2.2. Intervencion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 98

5.2.3. Procesamiento y analisis del movimiento . . . . . . . . . . . . . . . . 99

5.3. Resultados . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 100

5.3.1. Indices relacionados con la amplitud del movimiento . . . . . . . . . 100

5.3.2. Indices relacionados con destreza y habilidad del MS . . . . . . . . . 104

5.4. Discusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 112

5.5. Conclusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 116

6. Analisis de la capacidad evaluadora de los ındices 117

6.1. Introduccion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 117

6.2. Estudio experimental . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 118

6.2.1. Participantes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 118

6.2.2. Intervencion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 119

6.2.3. Aspectos analizados . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 120

6.3. Resultados . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 124

6.4. Discusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 144

6.5. Conclusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 149

7. Aplicacion de los ındices cinematicos a otras patologıas del Sistema

Nervioso Central: un caso de estudio 151

7.1. Cuadro clınico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 151

7.2. Valoraciones cinematicas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 152

7.3. Resultados de las valoraciones cinematicas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 152

7.3.1. Indices relacionados con la amplitud del movimiento . . . . . . . . . 152

7.3.2. Indices relacionados con la destreza y la habilidad del MS . . . . . . 153

7.4. Conclusiones . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 155

xii

Indice general

8. Resumen, conclusiones y trabajo futuro 157

8.1. Conclusiones de la investigacion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 162

8.2. Contribuciones de la investigacion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 163

8.2.1. Publicaciones . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 163

8.3. Trabajo futuro . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 164

8.3.1. Difusion cientıfica de los hallazgos encontrados . . . . . . . . . . . . 164

8.3.2. Mejoras en la adquisicion del movimiento . . . . . . . . . . . . . . . 164

8.3.3. Estandarizacion de otras AVD . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 165

8.3.4. Aplicacion de los ındices a otras tecnicas de adquisicion de movimiento165

8.3.5. Inclusion del registro electromiografico en las valoraciones . . . . . . 166

8.3.6. Ampliacion de la muestra . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 167

8.3.7. Aplicacion de los ındices a otras patologıas del SNC . . . . . . . . . 167

A. Escalas clınicas tradicionales utilizadas en esta investigacion 181

A.1. Tests de fuerza . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 181

A.1.1. Indice Motor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 181

A.2. Tests funcionales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 182

A.2.1. Jebsen Taylor Hand Function . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 182

A.2.2. Nine-Hole Peg Test . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 182

A.3. Tests de AVDs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 183

A.3.1. El Indice de Barthel (IB) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 183

A.3.2. Functional Independence Measure (FIM) . . . . . . . . . . . . . . . 184

A.3.3. The Spinal Cord Independende Measure (SCIM) . . . . . . . . . . . 186

B. Documentos adjuntos 191

B.1. Comite de Etica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 191

B.2. Acreditacion Sesion Clınica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 193

xiii

Indice general

xiv

Indice de Figuras

1.1. Estructura de la medula espinal . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2

1.2. Escala usada en el entorno clınico para valorar la funcion del MS. Corresponde a la

escala Jebsen-Taylor Hand Function que consiste en la ejecucion de determinadas tareas

funcionales. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8

2.1. Estrategia y resultados de la busqueda bibliografica . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17

2.2. Clasificacion de las metricas calculadas a partir de la cinematica de la mano segun la

caracterıstica del movimiento que miden . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20

2.3. Clasificacion de las metricas calculadas a partir de la cinematica articular del miembro

superior segun la caracterıstica del movimiento que miden . . . . . . . . . . . . . . . 20

3.1. Entorno de analisis del software Visual3D. Los graficos mostrados corresponden al analisis

del movimiento de un sujeto sano durante un ciclo completo de la AVD de beber.

Empezando por la parte superior la primera grafica corresponde al desplazamiento

articular del hombro en el movimiento de flexion-extension, la segunda al mismo

movimiento del codo (o) y la tercera a la velocidad de la mano en magnitud (m/s). . . . 32

3.2. Movimiento de flexion-extension del hombro . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33

3.3. Movimiento de abduccion del hombro . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34

3.4. Movimiento de aduccion del hombro . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35

3.5. Movimiento de rotacion externa-interna del hombro . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35

3.6. Movimiento de flexion-extension del codo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36

3.7. Movimiento de pronacion-supinacion del codo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37

3.8. Movimiento de flexion-extension de la muneca . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38

3.9. Complejo articular del hombro compuesto por 5 articulaciones: 1. Articulacion glenohu-

meral; 2. Articulacion subdeltoidea; 3. Articulacion escapulotoracica; 4. Articulacion acro-

mioclavicular; 5. Articulacion esternoclavicular. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40

3.10. a)Marcador del equipo Codamotion. b) Baterıa conectada al marcador . . . . . . . . . 40

3.11. Cluster de 3 marcadores utilizados para la estimacion de la orientacion del segmento en

el que estan localizados . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41

3.12. Localizacion real de los marcadores durante un estudio experimental. . . . . . . . . . . 42

3.13. Segmento del brazo en el modelo implementado. La figura muestra los extremos proximal

y distal del segmento, el centro de rotacion del humero estimado a partir de offsets

relativos al marcador ubicado en el acromion, y el cluster de marcadores. . . . . . . . . 43

3.14. a) Brazo en posicion anatomica y representacion de los ejes del brazo. b) Movimiento de

abduccion de 90o (-90o en torno eje X) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47

3.15. Modelo biomecanico de MS desarrollado con OpenSim de 2 DoF y 6 musculos . . . . . 48

xv

Indice de Figuras

3.16. Evolucion temporal del movimiento de flexion-extension del hombro realizado por un

sujeto sano estimado con ambos modelos (OpenSim y Visual3D) . . . . . . . . . . . . 48

3.17. Evolucion temporal de dos movimientos de flexion-extension del codo realizados por un

sujeto sano estimados con ambos modelos (OpenSim y Visual3D) . . . . . . . . . . . 49

3.18. Vista de la configuracion del laboratorio durante una sesion. . . . . . . . . . . . . . . 51

3.19. Escenario real de experimentacion para el analisis de la AVD de beber. . . . . . . . . . 52

3.20. Fases que componen la AVD de beber . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53

3.21. Recorridos articulares de la articulacion del hombro para los movimientos de flexion-

extension, abduccion-aduccion y rotacion externa-interna. Las curvas en lınea continua

corresponden a la curva media de todos los sujetos y la lınea discontinua corresponde a

± la desviacion estandar . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54

3.22. Recorridos articulares de la articulacion del codo para los movimientos de flexion-

extension y pronacion-supinacion, y la flexion-extension de la muneca. Las curvas en

lınea continua corresponden a la curva media de todos los sujetos y la lınea discontinua

corresponde a ± la desviacion estandar . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54

3.23. Informe de resultados graficos en relacion a recorridos articulares (curvas azules),

velocidad angular de las articulaciones (curvas verdes) y velocidad de la mano (curva roja)

creado con Visual3D. Los graficos mostrados corresponden a al analisis del movimiento

de un sujeto sano durante 5 repeticiones de la AVD de beber . . . . . . . . . . . . . . 56

4.1. Trayectorias de la mano de tres sujetos durante un ciclo completo de la AVD de beber.

La curva negra corresponde a un sujeto sano y la verde y roja a dos personas con LM

cervical . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65

4.2. Trayectoria de referencia obtenida como la media de todas las trayectorias realizadas por

el grupo de sujetos sanos que compone el patron de referencia . . . . . . . . . . . . . 66

4.3. Trayectoria media del patron de referencia (lınea continua) y banda de desviacion

considerada aceptable (lınea discontinua) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69

4.4. Parametro α en funcion de la dmed para distintos valores de β entre 0,5 y 6. El decaimiento

de la funcion exponencial es mas rapido a mayor valor del parametro β. . . . . . . . . 71

4.5. Funcion sigmoide para definir el parametro α. Se muestran varias curvas para distintos

valores de β1. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72

4.6. Variacion del parametro α, en la forma sigmoidal, en cada uno de los grupos analizados . 73

4.7. Variacion del parametro ρ (Coeficiente de correlacion de Pearson) en cada uno de los

grupos analizados . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 74

4.8. Analisis de la magnitud de desviacion estandar considerada aceptable. Los valores de

precision se han obtenido, para cada sujeto, para n veces (n=[1, 1’5, 2, 2’5, 3]) la desviacion

estandar (eje de abscisas), con los parametros α y ρ calculados en cada sujeto. El eje de

ordenadas muestra el valor de precision para sujetos sanos y los dos grupos de personas

con LM. En el valor P=100 aparece una lınea horizontal negra, que corresponde a la

puntuacion del patron de referencia. Un sujeto con una precision mayor de 100 indica que

su rendimiento ha sido mejor que el patron de referencia . . . . . . . . . . . . . . . . 75

4.9. Variacion de la metrica BN en los grupos analizados. . . . . . . . . . . . . . . . . . 76

4.10. Perfil de velocidad de la mano de un sujeto sano durante un ciclo completo de la AVD

de beber . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 78

xvi

Indice de Figuras

4.11. Perfil de velocidad de la mano de un sujeto con LM durante un ciclo completo de la AVD

de beber . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 78

4.12. Evolucion del parametro γ en funcion del tiempo (t) de ejecucion de un ciclo completo

de la AVD de beber. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 79

4.13. Evolucion temporal del perfil de velocidad de un sujeto sano (azul) y de una persona con

LM (rojo). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 81

4.14. Evolucion del parametro µ en funcion de vdif . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 82

4.15. Picos del perfil de velocidad v[n] . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 86

4.16. Espectro en frecuencia del perfil de velocidad de un sujeto sano (azul) y de una persona

con LM (rojo). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 88

4.17. Grafico de sedimentacion de las componentes extraıdas . . . . . . . . . . . . . . . . 92

5.1. Diagramas de caja de los resultados de los ındices cinematicos relativos a la amplitud

articular del movimiento. Las figuras (a) y (b) muestran la Amplitud Articular total y

la Amplitud de la articulacion del hombro, respectivamente. Ambos ındices se expresan

normalizados respecto al patron de referencia. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 101

5.2. Diagramas de caja de los resultados de los ındices cinematicos relativos a la amplitud del

movimiento. Las figuras (a) y (b) muestran la amplitud articular de la articulacion del

codo y muneca respectivamente, ambas normalizadas con respecto al patron de referencia. 103

5.3. Diagrama de caja con los resultados del ındice Amplitud Alcance para cada uno de los

grupos analizados. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 104

5.4. Diagrama de caja con los resultados de la segunda formulacion para la metrica precision

para cada uno de los grupos analizados . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 105

5.5. Diagramas de caja de los resultados de los ındices cinematicos relativos a la amplitud del

movimiento. La figura superior e inferior muestran la amplitud articular de la articulacion

del codo y muneca respectivamente, ambas normalizadas con respecto al patron de referencia.107

5.6. Diagrama de caja con los resultados del ındice Agilidad para cada uno de los grupos

analizados . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 108

5.7. Diagrama de caja con los resultados del ındice Eficiencia para cada grupo analizado. . . 109

5.8. Diagrama de caja con los resultados del ındice Coordinacion para las tres poblaciones

analizadas. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 110

5.9. Diagrama de caja con los resultados del ındice Suavidad S1 para cada poblacion analizada.111

5.10. Diagrama de caja con los resultados del ındice Suavidad S2 para cada uno de los grupos

analizados. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 112

6.1. Estudio experimental: Analisis capacidad evaluadora de los ındices cinematicos propues-

tos. Entre ambas evaluaciones, un paciente puede experimentar cambio en la funcion del

MS debido a la evolucion espontanea y/o a los tratamientos terapeuticos recibidos. . . . 120

6.2. Trayectoria de los patrones de movimiento 1 y 2. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 126

6.3. Perfil de velocidad de los patrones de movimiento 1 y 2. . . . . . . . . . . . . . . . . 126

6.4. Trayectoria que ha realizado el sujeto en los patrones de movimiento 1 y 4. . . . . . . . 127






xvii

Indice de Figuras

6.10. Analisis de regresion entre la escala SCIM (ıtems acicalarse y vestido parte superior) con

los ındices cinematicos Suavidad S1 y S2, Agilidad y Eficiencia. . . . . . . . . . . . . 133

6.11. Analisis de regresion. Escala Jebsen-Taylor con Amplitud Articular del hombro y codo. . 134

6.12. Analisis de regresion de los ındices Precision y Agilidad con la escala Nine-Hole. . . . . . 135

6.13. Diagrama de caja con los resultados de la escala Jebsen Taylor en la evaluacion clınica

Pre y Post . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 143

6.14. Grafico de la evolucion experimentada en el sujeto con respecto a los ındices cinematicos

relacionados con destreza y habilidad del MS. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 149

7.1. Resultado grafico de los ındices relacionados con la destreza y habilidad del MS. Los trazos

rojo y verde corresponden a la primera y segunda valoracion del paciente, respectivamente.

Los resultados se muestran relativos al patron de referencia (trazo azul). . . . . . . . . 155

8.1. Escenario clınico de realizacion de la AVD de beber mediante Armeo Spring y aplicacion

de Realidad Virtual. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 166

A.1. Test Jebsen-Taylor Hand Function. Material para realizacion del test. . . . . . . . . . 182

A.2. Test Nine-Hole. Material para realizar el test. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 183

A.3. Estudio experimental: Analisis capacidad evaluadora de los ındices cinematicos propuestos 184

A.4. Formulario escala clınica FIM . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 187

A.5. Niveles de puntuacion escala FIM . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 188

A.6. Formulario escala clınica SCIM . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 189

A.7. Formulario escala clınica SCIM . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 190

B.1. Aprobacion del Comite de Etica. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 192

B.2. Acreditacion Sesion Clınica General del HNP. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 194

xviii

Indice de Tablas

1.1. Musculatura clave en funcion del nivel de lesion medular cervical . . . . . . . . . . . . 2

1.2. Escala de afectacion neurologica de la ASIA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3

1.3. Clasificacion Internacional del Funcionamiento, Discapacidad y la Participacion . . . . . 5

2.1. Clasificacion de los artıculos revisados segun el movimiento del miembro superior que

analizan, la tecnologıa usada para registrar el movimiento y la patologıa del SNC que tratan 18

2.2. Clasificacion de los movimientos del MS en dos categorıas (movimientos funcionales o

AVD), definiciones y ejemplos de las mismas. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19

3.1. Definicion de los segmentos del modelo biomecanico . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38

3.2. Posicion relativa de los centros de rotacion a partir de marcadores ubicados en

prominencias oseas. MCF-Metacarpofalangeal . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42

3.3. Caracterısticas de los segmentos corporales modelados como solidos rıgidos. . . . . . . . 43

3.4. Comparativa de 6 variables cinematicas correspondientes a los dos DoF validados en cada

sujeto (Test t). 6 sujetos sanos participaron en este estudio. Expresados en o se muestran

los resultados para los movimientos de flexion-extension del hombro y del codo: maximo

y mınimo de flexion, y desplazamiento articular (Range of motion (ROM)). . . . . . . . 49

3.5. Caracterısticas demograficas y funcionales de los grupos de sujetos analizados (n=18). a

frecuencia y % para variables categoricas y b media y desviacion estandar para variables

continuas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50

3.6. Criterios de inclusion de los pacientes que participan en el estudio. . . . . . . . . . . . 51

3.7. ROM del movimiento del hombro durante la AVD de beber de un vaso. Los datos se

expresan como mediana (rango intercuartil). En negrita se resaltan las variables en las

que se han encontrado diferencias estadısticamente significativas del test U de Mann-

Whitney (a,b (p < 0, 05), con correccion de Bonferroni) . . . . . . . . . . . . . . . . 55

3.8. ROM del movimiento del codo y muneca durante la AVD de beber de un vaso. Los datos

se expresan como mediana (rango intercuartil). En negrita se resaltan las variables en

las que se han encontrado diferencias estadısticamente significativas del test U de Mann-

Whitney (a,b (p < 0, 05), con correccion de Bonferroni) . . . . . . . . . . . . . . . . 55

3.9. Comparativa de 10 variables cinematicas correspondientes a las dos sesiones realizadas

en cada sujeto (Test t). Un total de 4 sujetos participaron en este estudio . . . . . . . . 57

xix

Indice de Tablas

4.1. Resultados del analisis de regresion. Correlaciones entre los ındices propuestos. Abreviatu-

ras: P (Precision); A (Agilidad); E (Eficiencia); C (Coordinacion); S1 (Propuesta 1 ındice

Suavidad); S2 (Propuesta 2 ındice Suavidad); Aart (Amplitud articular); Aarth (Amplitud

articular hombro); Aartc (Amplitud articular codo); Aartm (Amplitud articular muneca);

Aalc (Amplitud alcance). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 90

4.2. Comunalidades. Metodo de extraccion: Analisis de Componentes Principales (ACP)

aplicado a la muestra formada por el grupo de sujetos sanos que compone el patron

de referencia. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 91

4.3. Componentes o factores extraıdos del analisis factorial: autovalores y variabilidad de los

datos explicada con cada una de las componentes extraıdas. . . . . . . . . . . . . . . 92

4.4. Resultado del analisis factorial realizado sobre los ındices calculados en esta investigacion

aplicados al grupo de sujetos sanos. El procedimiento agrupa los ındices en varias

componentes relacionadas con precision (Componente 1), velocidad (Componente 2),

suavidad (Componente 3) y coordinacion (Componente 4) indicado por los valores en

negrita relacionados con las cargas. Las cargas pueden variar entre 0 (no existe relacion

del ındice con el factor) y 1 (completa afinidad del ındice al factor). . . . . . . . . . . 93

5.1. Caracterısticas demograficas y funcionales de los grupos de sujetos analizados (n=18). a

frecuencia y % para variables categoricas y b media y desviacion estandar para variables

continuas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 98


5.3. Indices Amplitud Articular y Amplitud de Alcance para cada grupo analizado (valor

global de los ındices y normalizados con respecto al patron de referencia). Los resultados

vienen expresados por la mediana y el rango intercuartil. Las letras a,b denotan la

deteccion de significacion entre los grupos analizados (p < 0, 05). . . . . . . . . . . . . 100

5.4. Indice Precision para cada grupo analizado (valor global del ındice propuesto y

normalizado con respecto al patron de referencia. Tambien se incluyen los resultados de

los parametros que influyen en el calculo de la metrica precision). Los resultados vienen

expresados por la mediana y el rango intercuartil. Las letras a,b y c denotan la deteccion

de significacion entre los grupos analizados (a,b (p < 0, 05) y c (p < 0, 01)). . . . . . . . 105

5.5. Indice Agilidad para cada grupo analizado (valor global del ındice y normalizado con

respecto al patron de referencia. Tambien se incluyen los resultados de cada parametro que

influye en el calculo de la metrica agilidad expresados en sus correspondientes unidades).

Los resultados vienen expresados por la mediana y el rango intercuartil. Las letras a,b yc denotan la deteccion de significacion entre los grupos analizados (a,b (p < 0, 05) y c

(p < 0, 01)). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 106

5.6. Indice Eficiencia para cada grupo analizado (valor del ındice global y normalizado con

respecto al patron de referencia). Los resultados vienen expresados por la mediana y

el rango intercuartil. La letra a denota la deteccion de significacion entre los grupos

analizados (p < 0, 05). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 108

xx

Indice de Tablas

5.7. Indice Coordinacion para cada grupo analizado (valor global del ındice para la AVD

completa y normalizado con respecto al patron de referencia. Tambien se incluyen los

resultados de coordinacion para cada fase de la AVD que implica un desplazamiento de la

mano). Los resultados vienen expresados por la mediana y el rango intercuartil. Las letrasa y b denotan la deteccion de significacion entre los grupos analizados (p < 0, 05 y p < 0, 01

respectivamente). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 109

5.8. Indice Suavidad para cada grupo analizado (valor global del ındice y normalizado con

respecto al patron de referencia. Tambien se incluyen los resultados de los parametros

que intervienen en el calculo del ındice global). Los resultados vienen expresados por la

mediana y el rango intercuartil. Las letras a y b,c denotan la deteccion de significacion

entre los grupos analizados (a (p < 0, 05) y b,c (p < 0, 01)). . . . . . . . . . . . . . . 110

5.9. Indice Suavidad S2 para cada grupo analizado. Los resultados vienen expresados por la

mediana y el rango intercuartil y estan normalizados con respecto al patron de referencia.

Las letras a,b denotan la deteccion de significacion entre los grupos analizados (p < 0, 01). 112

6.1. Caracterısticas demograficas y antropometricas de los pacientes en el momento de su

inclusion en el estudio. Abreviaturas: P (Paciente); F (Femenino); M (Masculino); T

(Traumatico); NT (No traumatico); Dcho (Derecho); Izdo (Izquierdo). . . . . . . . . . 118


6.3. Analisis de la validez de los ındices. Resultados de los ındices cinematicos para los patrones

de movimiento 1. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 124


de movimiento 1 y 2. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 125


de movimiento 1 y 3. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 126


de movimiento 1 y 4. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 127


de movimiento 1 y 5. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 128


de movimiento 1 y 6. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 129

6.9. Analisis de la validez de los ındices cinematicos. Correlacion entre los ındices cinematicos

propuestos y las escalas clınicas Indice Motor e Indice de Barthel. Se incluyen los ıtems

del Indice de Barthel en cuanto a alimentacion y autocuidado. ∗ denota p < 0, 05. . . . . 131


propuestos y la escala clınica FIM (Functional Independence Measure). Se incluyen los

ıtems de la escala relativos a alimentacion, cuidado de la apariencia, aseo y vestido de la

parte superior, y el total relativo al cuidado personal. ∗ denota significacion estadıstica

(p < 0, 05). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 131


propuestos y la escala clınica SCIM (Spinal Cord Independence Measure). Se incluyen los

ıtems de la escala relativos a alimentacion, bano y vestido de la parte superior, acicalarse

y el total relativo al cuidado personal. ∗ y ∗∗ denotan significacion estadıstica p < 0, 05 y

p < 0, 01, respectivamente. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 132

xxi

Indice de Tablas


propuestos y la escala clınica Jebsen Taylor Hand Function en los ıtems de la escala

relativos a las tareas de escritura, pasar tarjetas, coger objetos pequenos y simular comer.∗ denota p < 0, 05. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 134


propuestos y las escalas clınicas Jebsen Taylor Hand Function en los ıtems de la escala

relativos a mover fichas, coger objetos ligeros y objetos pesados, y la escala Nine-Hole

Peg Test. ∗ y ∗∗ denotan significacion estadıstica p < 0, 05 y p < 0, 01. . . . . . . . . . 135

6.14. Analisis de la reproducibilidad. Coeficientes de correlacion intraclase (ICC), error estandar

de la medida (SEM) y mınimo cambio detectable (MDC). . . . . . . . . . . . . . . . 136

6.15. Comparacion de los resultados de los ındices cinematicos en las evaluaciones PRE y

POST espaciadas 6 semanas. Los resultados vienen expresados por la mediana y el rango

intercuartil de los resultados de los 9 pacientes que han participado en el estudio. La letraa denota significacion estadıstica p < 0, 05. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 137

6.16. Comparacion de los resultados de los ındices cinematicos que valoran la destreza y la

habilidad del MS en las evaluaciones PRE y POST espaciadas 6 semanas. Los resultados

vienen expresados por la media de las 5 repeticiones del movimiento realizadas en cada

sesion (Pre y Post). Abreviaturas: P (Paciente). En negrita se resaltan los casos en los

que los ındices cinematicos han sido sensibles al cambio. . . . . . . . . . . . . . . . . 137

6.17. Comparacion de los resultados de los ındices cinematicos relacionados con la amplitud

del movimiento en las evaluaciones PRE y POST espaciadas 6 semanas. Los resultados

vienen expresados por la media de las 5 repeticiones del movimiento realizadas en cada

sesion (Pre y Post). Abreviaturas: P (Paciente). En negrita se resaltan los casos en los

que los ındices han sido sensibles al cambio. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 138

6.18. Comparacion de los resultados de las escalas clınicas Indice Motor, Indice de Barthel,

SCIM y FIM en las evaluaciones PRE y POST espaciadas 6 semanas. Los resultados

vienen expresados por la mediana y el rango intercuartil. La letra a denota significacion

estadıstica p < 0, 05. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 139

6.19. Comparacion de los resultados de las escalas clınicas Jebsen-Taylor Hand Function y Nine-

Hole Peg Test en las evaluaciones PRE y POST espaciadas 6 semanas. Los resultados

vienen expresados por la mediana y el rango intercuartil. La letra a denota significacion

estadıstica p < 0, 05. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 139

6.20. Comparacion de los resultados de las escalas clınicas Indice Motor e Indice de Barthel en

las evaluaciones PRE y POST espaciadas 6 semanas. Los resultados vienen expresados

por la media de las 5 repeticiones del movimiento realizadas en cada sesion (Pre y Post).

En negrita se resaltan los casos en que las escalas han sido sensibles al cambio. . . . . . 140

6.21. Comparacion de los resultados de la escala clınica FIM en las evaluaciones PRE y POST

espaciadas 6 semanas. Los resultados vienen expresados por la media de las 5 repeticiones

del movimiento realizadas en cada sesion (Pre y Post). En negrita se resaltan los casos

en que las escalas han sido sensibles al cambio. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 141

6.22. Comparacion de los resultados de la escala clınica SCIM en las evaluaciones PRE y POST

espaciadas 6 semanas. Los resultados vienen expresados por la media de las 5 repeticiones

del movimiento realizadas en cada sesion (Pre y Post) para cada uno de los participantes

en el estudio. En negrita se resaltan los casos en que las escalas han sido sensibles al cambio.141

xxii

Indice de Tablas

6.23. Comparacion de los resultados de la escala clınica Jebsen Taylor Hand Function

(actividades escritura, pasar tarjetas, coger objetos pequenos y simular comer) en las

evaluaciones PRE y POST espaciadas 6 semanas. Los resultados vienen expresados por

la media de las 5 repeticiones del movimiento realizadas en cada sesion (Pre y Post). En

negrita se resaltan los casos en que las escalas han sido sensibles al cambio. . . . . . . . 142

6.24. Comparacion de los resultados de las escalas Jebsen Taylor Hand Function (actividades

coger fichas, mover objetos grandes ligeros y grandes pesados) y Nine-Hole Peg Test en

las evaluaciones PRE y POST espaciadas 6 semanas. Los resultados vienen expresados

por la media de las 5 repeticiones del movimiento realizadas en cada sesion (Pre y Post).

En negrita se resaltan los casos en que las escalas han sido sensibles al cambio. . . . . . 142

7.1. Resultados de los ındices cinematicos relativos a la amplitud del movimiento en las

dos valoraciones realizadas al paciente. Los resultados corresponden a la media de 5

repeticiones de la AVD de beber. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 153

7.2. Resultados de los ındices cinematicos relacionados con la destreza del MS en las

dos valoraciones realizadas al paciente. Los resultados corresponden a la media de 5

repeticiones de la AVD de beber. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 154

8.1. Resumen de los resultados encontrados en el analisis de la capacidad discriminativa de

los ındices cinematicos. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 159

8.2. Resumen de los resultados encontrados en el analisis de la capacidad evaluadora de los

ındices cinematicos. Analisis de la validez: Sı (se ha detectado que el ındice es valido

tras la realizacion de desviaciones en los patrones de movimiento, y/o se ha detectado

correlacion significativa entre el ındice cinematico y las escalas clınicas); No (no se ha

detectado correlacion entre el ındice cinematico y las escalas clınicas). Abreviaturas: MDC

(Mınimo Cambio Detectable) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 160

A.1. Escala de puntuacion del MRC . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 181

xxiii

Nomenclatura

SNC Sistema Nervioso Central

C Cervical

T Toracico

L Lumbar

S Sacro

LM Lesion Medular

LM C6 Lesion Medular a nivel de la 6a vertebra cervical

LM C7 Lesion Medular a nivel de la 7a vertebra cervical

ASIA American Spinal Injury Association

MS Miembro superior

OMS Organizacion Mundial de la Salud

CIF Clasificacion Internacional del Funcionamiento, de la Discapacidad y de la Salud

CIDDM Clasificacion Internacional de Deficiencias, Discapacidades y Minusvalıas

AVD Actividades de la Vida Diaria

EF Evaluacion Funcional

IB Indice de Barthel

FIM Functional Independence Measure

SCIM Spinal Cord Independence Measure

JTHF Jebsen-Taylor Hand Function

DoF Grados de libertad

HNP Hospital Nacional de Paraplejicos

ACV Accidente Cerebro Vascular

PC Paralisis Cerebral

Aart Amplitud Articular

Aarth Amplitud Articular del hombro

Aartc Amplitud Articular del codo

Aartm Amplitud Articular de la muneca

ROM Rango de movimiento (Range of Motion)

ROMDoF Rango de movimiento para un grado de libertad

ROMDoFrefRango de movimiento para un grado de libertad relativo al patron

AROM Active Range of Motion

Aalc Amplitud de Alcance

P Precision

Pref Precision media del patron de referencia

Pnorm Precision normalizada, relativa al patron de referencia

dmax Distancia maxima

dmed Distancia media

A Agilidad

γ Funcion dependiente del tiempo de movimiento

vmax Velocidad maxima

vmed Velocidad media

µ Funcion dependiente de la diferencia entre vmax y vmedAref Agilidad media para el patron de referencia

Anorm Agilidad normalizada, relativa al patron de referencia

E Eficiencia

ls Longitud de la trayectoria de la mano durante el movimiento

lsref Longitud trayectoria media para el patron de referencia

C Coordinacion

Cref Coordinacion media para el patron de referencia

Cnorm Coordinacion normalizada relativa al patron de referencia

Nalc Duracion de la fase de alcance (numero de muestras) de la AVD de beber

Ntp Duracion de la fase de transporte proximal (numero de muestras) de la AVD de beber

Ntd Duracion de la fase de transporte distal (numero de muestras) de la AVD de beber

Nret Duracion de la fase de retorno a la posicion de inicio (numero de muestras) de la

AVD de beber

S1 Suavidad a partir del numero de picos del perfil de velocidad

nmax Numero de maximos del perfil de velocidad

S2 Suavidad a partir del espectro en frecuencia del perfil de velocidad

lespectro Longitud del espectro en frecuencia

lespectroref Longitud media del espectro en frecuencia para el patron de referencia

DTFT Transformada de Fourier en Tiempo Discreto

DFT Transformada Discreta de Fourier

FFT Transformada Rapida de Fourier

ACP Analisis de Componentes Principales

ICC Coeficiente de Correlacion Intraclase

BMS Media cuadratica entre sujetos

EMS Error cuadratico medio

RMS Media cuadratica entre medidas repetidas

SEM Error estandar en la medida

MDC Mınimo Cambio Detectable

Capıtulo 1

Introduccion a la lesion medular y

a la evaluacion funcional

En este capıtulo introductorio se muestra una vision general acerca de las consecuencias

de una lesion medular, incluyendo su impacto fisiologico, funcional, social y economico.

En el contexto de la rehabilitacion, en este capıtulo se resalta la importancia de la eva-

luacion de la funcion del miembro superior en el entorno clınico, que puede permitir la

monitorizacion de la evolucion de un paciente con el transcurso del tiempo y evaluar la

eficacia de tratamientos y terapias. Se incluye una revision en cuanto a los instrumentos

de valoracion que actualmente se usan en el entorno clınico, para evaluar el miembro su-

perior, aplicados a la Lesion Medular.

Existe evidencia de que los instrumentos de medida tradicionales, basados en escalas

clınicas, poseen una serie de deficiencias. Entre ellas, la elevada componente subjetiva

y las saturaciones que presentan en su sistema de puntuacion. Ası, parece que estos

instrumentos no son suficientes por sı solos para hacer una valoracion completa, resaltando

la necesidad de desarrollar elementos de evaluacion mas objetivos. Estos aspectos motivan

la realizacion de esta investigacion. Este capıtulo se cierra con el contexto de desarrollo,

objetivos y estructura de la tesis.

1.1. La medula espinal

La medula espinal forma parte del Sistema Nervioso Central (SNC) y ocupa el

canal raquıdeo de la columna vertebral, extendiendose desde el encefalo hasta la segunda

vertebra lumbar. Su extremo termina en forma de filamento, que se fija en la segunda

vertebra sacra. Rodeando a este filamento hay otras raıces nerviosas, y este conjunto

se llama cola de caballo o cauda equina. La funcion de la medula esta subordinada al

control cerebral y es la encargada de llevar impulsos nerviosos a los 31 pares de nervios

raquıdeos (Figura 1.1). De ellos, 8 son cervicales (C1-C8), 12 dorsales o toracicos (T1-

T12), 5 lumbares (L1-L5), 5 sacros (S1-S5) y 1 coccix [1, 2]. La medula espinal comunica

el encefalo con el cuerpo, mediante dos funciones basicas: la aferente, en la que las senales

sensitivas del tronco, cuello y las cuatro extremidades se transmiten hacia el cerebro, y

la eferente, en la que el cerebro ordena a los organos efectores realizar una determinada

1

1.2. Lesion medular

accion, llevando estos impulsos hacia el tronco, cuello y extremidades. Entre sus funciones

tambien encontramos el control de movimientos inmediatos y vegetativos, como el acto

reflejo, el sistema nervioso simpatico y el parasimpatico.

Figura 1.1: Estructura de la medula espinal

1.2. Lesion medular

Se entiende por Lesion Medular (LM) cualquier alteracion sobre la medula espinal,

que puede producir alteraciones en el movimiento, la sensibilidad o la funcion autonoma

por debajo del nivel de la lesion.

Segun la American Spinal Injury Association (ASIA), se considera tetraplejia la

afectacion de los segmentos cervicales de la medula espinal, que provoca alteracion en

extremidades superiores, tronco, extremidades inferiores y organos pelvicos; la tetraplejia

depende de ventilacion mecanica si se ve implicado el diafragma. La Tabla 1.1 muestra la

musculatura clave de cada nivel cervical a partir de los cuales existe capacidad funcional

del MS.

Nivel de lesion Musculo clave

C5 Flexores del codo (bıceps)

C6 Extensores de la muneca

C7 Extensores del codo (trıceps)

C8 Flexor digital profundo (tercer dedo)

T1 Interoseos

Tabla 1.1: Musculatura clave en funcion del nivel de lesion medular cervical

Por otro lado, se considera paraplejia la afectacion medular de segmentos dorsales,

lumbares y sacros; dependiendo del nivel de lesion, se ven afectados tronco, extremidades

2

Capıtulo 1. Introduccion a la lesion medular y a la evaluacion funcional

inferiores y organos pelvicos [3, 4].

La valoracion neurologica en la lesion medular se lleva a cabo siguiendo las directrices

de ASIA [5], basadas en una exploracion sistematizada de las funciones motora y sensitiva.

El nivel de lesion lo constituye el segmento localizado por encima del segmento mas

rostral afectado. Una misma lesion puede tener distintos niveles motores y sensitivos y

diferir en ambos hemicuerpos. La graduacion ASIA permite determinar la severidad de la

lesion clasificandolas en:

Lesion completa: Se produce cuando por debajo del nivel de lesion no existe funcion

motora ni sensitiva, incluidos los niveles sacros.

Lesion incompleta: en ella persisten sensacion perineal y anal y funcion voluntaria

del esfınter anal, aunque no sean normales.

La ASIA consta de una exploracion motora y sensitiva clasificando la lesion entre A-E

(Tabla 1.2).

A Lesion completa sensitivomotora

B Lesion incompleta sensitiva completa motora

C Lesion incompleta sensitivomotora no funcional (mas de la mitad de los musculos clave

por debajo del nivel de lesion tiene una puntuacion menor que 3)

D Lesion incompleta sensitivomotora funcional (mas de la mitad de los musculos clave

por debajo del nivel de lesion tiene una puntuacion mayor que 3)

E Funcion motora y sensitiva normal

Tabla 1.2: Escala de afectacion neurologica de la ASIA

Impacto socioeconomico de la lesion medular

La lesion medular es una de las situaciones clınicas mas devastadoras, tanto por la

perdida funcional que supone y, consecuentemente, la perdida de independencia del indi-

viduo, como por las limitadas posibilidades de recuperacion espontanea y la carencia de

un tratamiento curativo. Aunque en las ultimas decadas el conocimiento en la asistencia

al lesionado medular ha evolucionado de forma muy importante, la lesion medular sigue

suponiendo un grave problema desde los puntos de vista social, economico y fısico [3].

Las lesiones medulares conllevan asociadas diversas complicaciones secundarias que pue-

den resultar debilitantes e incluso potencialmente mortales, como, por ejemplo, infecciones

urinarias, espasmos musculares, osteoporosis, ulceras por presion, dolores cronicos y com-

plicaciones respiratorias [6].

En cuanto al impacto economico de la LM se ha estimado que el coste economico oscila

entre 92 y 212 millones de euros, dependiendo de las lesiones [7]. El coste medio del cuida-

do medico y la adaptacion, debida a la LM, depende del tiempo desde la lesion y el nivel

de la lesion. Se estima que el coste asociado a la LM en EEUU es de 9,7 millones por ano.

3

1.2. Lesion medular

Estimaciones correspondientes a Espana dan un coste de hospitalizacion medio de entre

60000 a 100000 euros durante el primer ano de la lesion [7]. Esta estimacion incluye todo

el cuidado medico, material, coste administrativo y coste asistencial. Ademas, se asume

que todos los supervivientes a una LM, tras el alta medica, necesitarıan 4 horas diarias

de cuidados especializados (terapia ocupacional, fisioterapia, enfermerıa, logopedia). Estos

costes economicos son solo un indicio de las cargas fısicas, sociales y emocionales, enor-

memente devastadoras, a las que se enfrentan los individuos y las familias despues de una

LM [8].

Segun la OMS no existen estimaciones fiables de la prevalencia mundial de la LM, pero

se calcula que su incidencia mundial anual oscila entre 40 y 80 casos por millon de habi-

tantes. Segun la etiologıa de la lesion, se estima que hasta un 90 % de esos casos se deben a

causas traumaticas, aunque la proporcion de lesiones medulares de origen no traumatico,

debidas a enfermedad o degeneracion, parece ir en aumento [6]. La incidencia de LM de

origen traumatico varıa de 3,6 a 195,4 casos por millon a partir de los datos epidemiologi-

cos en 41 paıses del mundo. Ausatralia, Canada, Estados Unidos y varios paıses europeos

cuentan con estudios para valorar la incidencia de la LM de origen traumatico [9]. Otro

estudio realizado en una muestra de poblacion espanola en el perıodo entre 1972 y 2008,

muestra la incidencia de LM de origen no traumatico. Los resultados son de, aproxima-

damente, 11,4 casos por millon de habitantes. Se encontraron 541 casos (de los cuales el

53 % eran hombres) durante 37 anos revisados. La tasa de incidencia se incrementa con la

edad, con un pico en el grupo de 60 a 69 anos, siendo la tumoral la causa mas frecuente de

LM. La mayor parte de las lesiones eran a nivel toracico, y C y D fueron las clasificaciones

mas frecuentes en la escala ASIA [10].

Las alteraciones en funciones corporales, consecuencia de la LM, producen discapaci-

dad y limitaciones en la realizacion de ciertas actividades de las personas, ası como en su

participacion social. Actualmente se entiende por discapacidad la restriccion de la capaci-

dad funcional del ser humano [11].

La Clasificacion Internacional de Deficiencias, Discapacidades y Minusvalıas (CIDDM)

fue publicada por la OMS en 1980, con caracter experimental (Tabla 1.3). Posteriormen-

te, esta clasificacion ha sufrido revisiones. De esta forma, el modelo de discapacidad de

la OMS, vigente desde 2001 esta representado en la Clasificacion Internacional del Fun-

cionamiento, de la Discapacidad y de la Salud (CIF). Esta nueva clasificacion permite

una vision integradora y explica el hecho polifacetico de la discapacidad. El concepto de

funcionamiento, en la CIF, hace referencia a funciones corporales, actividades y parti-

cipacion; el concepto de discapacidad abarca deficiencias, limitaciones en la actividad o

restricciones en la participacion. Tambien se describen factores ambientales y personales

que interaccionan con los anteriores.

Ası una clasificacion de consecuencias de enfermedad ha evolucionado hacia una

clasificacion de componentes de salud.

4


CIDDM (1980)

Deficiencia Discapacidad Minusvalıa

Toda perdida o anormalidad Restriccion o ausencia de la Situacion de desventaja para

de una estructura o funcion capacidad para realizar una un individuo consecuencia de

psicologica, fisiologica o actividad (debido a una una deficiencia o discapacidad,

anatomica deficiencia) en la forma o que le impide desempenar un rol

dentro del margen que se que es esperado en su caso

considera normal para una

persona

(en un organo) (nivel personal) (nivel social)

CIF (2001)

Condicion de Salud

(trastorno/enfermedad)

Deficiencia Actividad Participacion

(funcion/estructura) limitacion de la actividad restriccion

Factores contextuales

Factores ambientales

Factores personales

Tabla 1.3: Clasificacion Internacional del Funcionamiento, Discapacidad y la Participacion

1.3. Rehabilitacion tras la lesion medular

Para la lesion medular, a dıa de hoy, no existe una curacion completa de forma que los

tratamientos rehabilitadores, se abordan desde varias perspectivas. El objetivo es que una

persona con LM llegue a ser lo mas independiente posible en la realizacion de las funciones

y actividades cotidianas [12].

La rehabilitacion de los pacientes con LM depende de varios factores. Aspectos neu-

rologicos, relacionados con la severidad de la lesion (tetraplejia o pareplejia) y el grado de

afectacion segun la clasificacion ASIA (lesion completa o incompleta, sındrome lesional y

grado de espasticidad), son los mas importantes. Otros factores que influyen en el trata-

miento son el grado de movilidad de las articulaciones y la musculatura que se encuentra

indemne; aspectos generales, como la edad, obesidad, estado cardiorrespiratorio y posibles

complicaciones cutaneas o urologicas; y aspectos psicologicos, el nivel de depresion y mo-

tivacion y apoyo social. Basandose en estos factores, se establecen en cada paciente unos

objetivos especıficos de los que se desprende un programa terapeutico.

La rehabilitacion tras la LM debe comenzar lo antes posible. Es importante para la

prevencion de complicaciones como, por ejemplo, las ulceras por presion y las contracturas.

La disminucion de las complicaciones esta en relacion directa con los cuidados recibidos

inmediatamente despues de la LM, durante la fase aguda.

5


La rehabilitacion en la fase aguda comprende varias etapas:

Fase inicial de encamamiento: se realiza un tratamiento postural para evitar

deformidades y prevenir la aparicion de ulceras por presion. Se movilizan las

articulaciones y se trata la espasticidad. Se realiza rehabilitacion respiratoria, de

lenguaje y deglucion.

Fase de levantamiento: consiste en un tratamiento de levantamiento progresivo en

plano inclinado, antes de la fase de sedestacion.

Fase de sedestacion en silla de ruedas: consiste en tratar la sedestacion y manejo de

la silla y la eleccion de cojın antiescaras.

Fase de posicionamiento en bipedestacion y fase de deambulacion, si es posible.

Las tecnicas de rehabilitacion consisten en metodos clasicos de la rehabilitacion. Pos-

teriormente, a estos se les van incorporando los dispositivos de ayuda tecnologica que

permitan incrementar, mantener o mejorar la capacidad funcional del paciente. Estos

dispositivos pueden ser clave para la independencia de los pacientes con LM. Algunos con-

sisten en dispositivos de ayuda para la alimentacion y otros, por ejemplo, son dispositivos

de adaptacion para el manejo del ordenador (sistemas de reconocimiento de voz, ratones

adaptados, etc). La actuacion conjunta de un equipo multidisciplinar resulta indispensable

para asegurar la mayor independencia posible del paciente.

En el ambito de esta investigacion, merece especial atencion el tratamiento del miembro

superior que, durante la fase aguda de la LM, reciben las personas que padecen tetraplejia.

A continuacion se detalla el tratamiento de los MS.

1.3.1. Rehabilitacion del miembro superior

El miembro superior (MS) constituye en el ser humano un organo de relacion a traves

de sus dos principales funciones: la manipulacion y la prension, y la recepcion de aferencias

sensitivas. Para realizarlas se precisan: una sensibilidad (propioceptiva) correcta en el MS

que, junto con la funcion visual, informe de la postura y de la localizacion de cada parte

del entorno; una cadena cinematica y cinetica libre y un balance muscular adecuado que

permita movilizar todos los segmentos del MS; una suficiente coordinacion visuomanual;

y una adecuada coordinacion de los movimientos analıticos de la mano para hacer todos

los tipos de prension (fundamentalmente grosera, cilındrica y pinza termino-terminal).

En el paciente con lesion medular cervical, los MS suelen estar afectados en mayor

o menor medida dependiendo del nivel neurologico y del grado de deficit segun la escala

ASIA; por ello, el tratamiento del MS en el tetraplejico debe comenzar desde el primer

momento, para evitar complicaciones y asegurar el maximo de independencia funcional.

El tratamiento del MS se puede dividir en tres areas [13]:

Tratamiento postural : tiene un objetivo claramente preventivo para evitar deformi-

dades y alteraciones posturales futuras.

6


Tratamiento funcional : A los pacientes con afectacion en los miembros superiores

y lesiones altas se les realiza un tratamiento de los miembros superiores. Se trata

de conseguir la maxima funcionalidad del paciente en cuanto al uso de sus brazos

y manos, y lograr que llegue a ser lo mas independiente posible en la realizacion

de actividades de la vida cotidiana, como alimentarse, escribir y usar dispositivos

electronicos. Se hacen distintos tipos de actividades para trabajar la pinza gruesa,

la pinza fina, tenodesis o el arco articular del miembro superior.

Tratamiento Actividades de la Vida Diaria (AVD): en pacientes con lesiones

cervicales bajas y lesion dorsal o toracica, se trabajan las AVD relacionadas con

transferencias, el area del vestido, etc.

1.3.2. Evaluacion de la capacidad y la funcion del miembro superior

La capacidad funcional de los miembros superiores depende generalmente del nivel

neurologico de la lesion. De esta forma, cuanto mas alta sea una lesion, mas dependiente

es una persona en la realizacion de AVD.

La evaluacion funcional (EF) es muy importante en el contexto de la rehabilitacion.

La falta de funcion o funcion alterada del miembro superior es una de las secuelas mas

comunes tras lesiones del SNC [14, 15, 16], que produce trastornos del movimiento. De

este modo, la EF del MS puede ser util en el entorno clınico con varios objetivos:

Evaluar la eficacia de tratamientos o terapias.

Monitorizar la evolucion de un paciente en un periodo de tiempo.

Evaluar el estado de salud en cuanto al nivel de dependencia/independencia en la

realizacion de actividades, y en cuanto a la destreza y la habilidad del MS.

Detectar alteraciones en la funcion del MS.

Instrumentos de valoracion usados en el entorno clınico

La EF, dentro del entorno clınico, se realiza mediante una serie de escalas clınicas

tradicionales. Las escalas se basan en formularios o en la realizacion de determinadas tareas

relacionadas con la destreza y la habilidad del MS. Las escalas clınicas, que previamente

se han validado y estandarizado para su uso en entornos clınicos, se clasifican atendiendo

a varios criterios:

Segun la poblacion a la que van dirigidas, las escalas se clasifican en:

• Escalas generales

Estas escalas van dirigidas a la poblacion en general. Es el caso de escalas

como Indice de Barthel (IB) [17], Functional Independence Measure (FIM) [18],

Jebsen-Taylor Hand Function [19], Arm Research Assessment Test (ARAT) [20]

y Nine-Hole Peg Test.

7


• Escalas especıficas

Se trata de escalas disenadas para la valoracion de una patologıa concreta. Es

el caso de la escala Spinal Cord Independence Measure (SCIM) [21] para la

valoracion de personas con LM [22], de las escalas Test of Motor Impairment y

Milani-Comparetti Test para la valoracion de pacientes con Paralisis Cerebral

(PC) [23] o la escala Fugl-Meyer Assessment para la valoracion de personas con

Accidente Cerebro Vascular (ACV) [24].

Segun los aspectos y caracterısticas que miden se clasifican en tres categorıas posibles

[22]:

• Escalas de fuerza

Valoran la fuerza del MS. La escala del Medical Research Council (MRC) valora

la fuerza de cinco grupos musculares del MS [25].

• Escalas funcionales

Las escalas funcionales valoran la funcion del MS. Escalas de este tipo son

Jebsen-Taylor Hand Function [19], Arm Research Assessment Test (ARAT)

[20] y Nine-Hole Peg Test.

• Escalas que valoran el desempeno de AVD

En estas escalas la valoracion consiste en preguntar al paciente por el desempeno

de determinadas actividades, con el objetivo de conocer el nivel de dependencia

o independencia (segun la escala) en el desempeno de las mismas.

Figura 1.2: Escala usada en el entorno clınico para valorar la funcion del MS. Corresponde a la escala

Jebsen-Taylor Hand Function que consiste en la ejecucion de determinadas tareas funcionales.

Existe evidencia acerca de los tests que, frecuentemente, se usan para evaluar el efecto

de una cierta intervencion sobre la funcion del miembro superior en personas con tetra-

plejia [22]. Las escalas usadas en el ambito de esta investigacion, para la valoracion de

8


personas que padecen LM, se describen en el anexo A.

Para seleccionar un instrumento de medida hay que tener en cuenta varios aspectos.

Dos de ellos ya se han mostrado. Son los referentes a la concrecion del objetivo de la inter-

vencion y a la eleccion entre un test de medida especıfico de una patologıa en concreto y

un test general. Otro aspecto de suma importancia es considerar la informacion acerca de

los tests en cuando a reproducibilidad, validez y sensibilidad de las medidas. Una buena

reproducibilidad en los resultados es importante porque, de otro modo, una mejorıa en

la puntuacion del test no se puede atribuir unicamente a la intervencion. La validacion

del test es importante, para saber si el test mide aquel aspecto o concepto para el que se

diseno. Por ultimo, un test ha de ser muy sensible para detectar un posible cambio en la

funcion, con independencia del sentido en el que se produzca el mismo. De otro modo, un

instrumento de medida no serıa util para evaluar una determinada intervencion.

Los instrumentos de medida basados en escalas clınicas, en general, son faciles de

administrar pero poseen una serie de deficiencias:

Elevada componente subjetiva que depende de la persona que puntua el test.

Saturaciones en el sistema de puntuacion, de forma que pueden ser insensibles a

ciertas mejorıas en el estado de salud. Harvey en su estudio detecto saturaciones en

el nivel maximo de puntuacion de la escala de AVD [26].

El sistema de puntuacion puede ser demasiado penalizador. El Indice de Barthel es

una escala criticada por su sistema de puntuacion debido a que los ıtems pueden ser

valorados con un 0 [17].

El ultimo aspecto esta relacionado con la sensibilidad. En ocasiones, las escalas

no son capaces de detectar cambios sutiles en el estado de salud de una persona,

siendo sensibles unicamente a cambios groseros. Como consecuencia, cambios sutiles,

clınicamente significativos, en el estado de salud pueden pasar inadvertidos [27].

Por estas razones, parece que estos instrumentos de medida por sı solos no son sufi-

cientes para evaluar estrategias motoras [28] y hacer una evaluacion funcional completa.

Es necesario buscar medidas mas objetivas que complementen las evaluaciones realizadas

mediante escalas clınicas.

Un ejemplo de objetividad es la que proporcionan los estudios biomecanicos, que

involucran las nuevas tecnologıas, actualmente inmersas en entornos clınicos y centros de

investigacion. Una concrecion de estos estudios son los estudios cinematicos, que analizan

el movimiento humano por medio de distintas tecnicas. En el ambito de esta investigacion,

se han revisado trabajos cuyo objetivo es cuantificar el movimiento del miembro superior

durante AVD completas en sujetos sanos [29, 30, 31, 32, 33, 34, 35] y personas que han

sufrido un ACV [36, 37, 38, 39, 40], PC [41, 42] o LM [43].

9

1.4. Conclusion

1.4. Conclusion

En este capıtulo se ha presentado una breve introduccion a la medula espinal, ası como

a su funcionamiento y danos en la misma, la LM.

Las consecuencias de una LM varıan entre sujetos, dependiendo fundamentalmente del

nivel de la lesion y de la severidad de la misma dentro de un determinado nivel.

La lesion medular, a dıa de hoy, no posee una curacion completa de forma que se

administran tratamientos rehabilitadores en distintos ambitos. El objetivo es que una

persona con LM llegue a conseguir el nivel maximo de independencia en la realizacion de

actividades cotidianas. En concreto, la falta o la alteracion de funcion de los miembros

superiores produce una falta de fuerza y movilidad que afecta a la autonomıa de las

personas para la realizacion de las AVD. La evaluacion de la funcion del miembro superior

y/o desempeno de AVD se valora desde el punto de vista clınico, de acuerdo a un

conjunto de escalas tradicionales. Estas escalas poseen una elevada componente subjetiva

dependiendo de la persona que puntua el test y, a veces, son insensibles a cambios sutiles

en el estado de salud de una persona. Por tanto, es necesario el desarrollo de nuevos

metodos de evaluacion que introduzcan una componente de objetividad, para cuantificar

la calidad del movimiento humano y el desempeno motor del miembro superior durante

determinadas tareas funcionales o AVD completas.

1.5. Marco, objetivos y estructura de la tesis

1.5.1. Marco

Esta investigacion se realiza en el contexto del Proyecto HYPER1, de la convocatoria

Consolider-Ingenio 2010. Concretamente, dentro de las tareas RT1, relacionada con

Biomecanica en lo referente a desarrollo de modelos y definicion de requisitos en la funcion

del MS de los usuarios; y la tarea RT6, relacionada con la busqueda de nuevos metodos

de evaluacion en el entorno clınico.

1.5.2. Objetivos

El objetivo general de la investigacion es proponer un conjunto de metricas o ındices,

definidos a partir de datos cinematicos, como nuevos metodos de evaluacion funcional y

valoracion de la discapacidad del MS que aporten objetividad a las valoraciones. Una vez

definidos y desarrollados, es necesario validar los ındices para su uso en el entorno clınico.

En esta investigacion, se aplican al movimiento realizado por personas con lesion medular

cervical. Alrededor del objetivo principal hay una serie de aspectos a partir de los cuales

se formulan preguntas cientıficas y tecnicas que son tratados en los sucesivos capıtulos y

que constituyen los objetivos secundarios.

1. La extraccion de los datos cinematicos, relativos al movimiento humano del miem-

bro superior, durante la realizacion de una determinada tarea, implica el desarrollo

1Hybrid Neuroprosthetic and Neurorobotic Devices for Functional Compensation and Rehabilitation of

Motor Disorders. Convocatoria CONSOLIDER-INGENIO 2010. Ref: CSD2009-00067

10


de un modelo biomecanico que transforme los datos de posicion de los sensores en

el sistema cartesiano en datos articulares. Una vez procesados los datos, se extraen

una serie de variables cinematicas que cuantifican la velocidad, amplitud articular,

coordinacion y otras caracterısticas del movimiento.

P1: ¿Cuales son las metricas cinematicas que se han aplicado hasta el momento para

cuantificar el movimiento del MS y que caracterısticas del movimiento valoran?

P2: ¿Como transformar los datos cinematicos de posicion de los sensores en el espa-

cio cartesiano en datos articulares?

P3: ¿Existen modelos biomecanicos de MS disponibles a la comunidad cientıfica para

su uso?

2. Las escalas clınicas tradicionales poseen una serie de deficiencias, que se han descri-

to en la seccion 1.3.2. Ademas, los equipos de analisis de movimiento generan una

enorme cantidad de datos. Cada sensor ofrece la evolucion temporal de la posicion

de cada uno de los marcadores, con una resolucion temporal dependiente de la fre-

cuencia de muestreo a la que trabaje el equipo. Como resultado, se genera una masa

de datos considerable correspondiente a cada uno de los movimientos que realiza

el sujeto. A este respecto, el personal clınico y medicos facultativos han expuesto

la necesidad de digerir y metabolizar esta cantidad de datos en terminos de otras

variables, de forma que los resultados posean una interpretacion clınica mas senci-

lla. Estos dos aspectos, las deficiencias en las escalas de valoracion tradicional y las

grandes masas de datos proporcionadas por los equipos de analisis de movimiento,

aportan las motivaciones que apoyan la realizacion de esta investigacion.

Por otro lado, existe evidencia de determinadas variables cinematicas expresadas

en valor absoluto y en las unidades correspondientes del Sistema Internacional

(SI). Estas variables informan acerca del desempeno motor del MS durante una

determinada tarea o movimiento [34, 44, 45], normalmente durante movimientos de

alcance de un objetivo [46]. A partir de estos supuestos:

P4: ¿Como desarrollar nuevas metricas a partir de variables cinematicas que

permitan cuantificar ciertas caracterısticas del movimiento relacionadas con la

destreza y la habilidad del MS?

P5: ¿Como dotar a las metricas de un sistema de puntuacion que no resulte

demasiado penalizante para el sujeto, que sea adimensional y relativo a un patron

de referencia?

P6: ¿Es posible disenar metricas que cuantifiquen el desempeno motor durante AVDs

completas?

3. El diseno de nuevos instrumentos de medida y escalas depende del objetivo para

el que son disenados [23]. Existe evidencia de estudios que han aplicado metricas

cinematicas con un fin predictivo. Consiste en aplicar modelos de regresion para esti-

mar la puntuacion en escalas clınicas a partir de una combinacion lineal de metricas

cinematicas [47]. En esta investigacion, se defiende que el uso de las escalas clınicas

y las metricas sea complementario y no excluyente. A este respecto,

P7: ¿Cual es el nivel de relacion o dependencia entre las metricas propuestas y que ca-

11


racterısticas del movimiento valoran?

P8: Las metricas propuestas, ¿poseen la capacidad de detectar distintos patrones de

comportamiento motor en el MS con respecto a las caracterısticas que miden?

4. Un instrumento de medida es util como herramienta de evaluacion si cumple las

propiedades de reproducibilidad, validez y sensibilidad al cambio [21, 23, 48]. Las

metricas que se proponen, han de ser validadas para su uso en el entorno clınico. Todo

proceso de medicion tiene asociado errores sistematicos en las variables medidas, de

forma que cambios mas pequenos que la magnitud del error no podrıan atribuirse a

cambios en el estado de salud de una persona. En base a este razonamiento:

P9: ¿Como validar las metricas propuestas para su posible uso en el entorno

clınico como herramientas de evaluacion que complementen las actuales evaluaciones

basadas en escalas tradicionales?

P10: ¿Cual es el error asociado a la medicion y el mınimo cambio detectable en cada

metrica que pueda ser atribuido a un cambio real en el sujeto?

P11: ¿Son utiles las metricas propuestas para monitorizar la evolucion de un

paciente?

1.5.3. Estructura de la tesis

La investigacion se organiza en 7 capıtulos. Cada uno de ellos intenta dar respuesta a

alguna/s de las preguntas de investigacion propuestas.

En el capıtulo 2 se presenta la revision del estado del arte en metricas objetivas

a partir de datos cinematicos. Se revisan los movimientos del miembro superior

analizados y las tecnicas usadas para captar el movimiento humano. Se incluyen

artıculos aplicados a distintas patologıas del SNC que, entre sus posibles secuelas,

producen trastornos del movimiento del MS. El contenido de este capıtulo trata de

dar respuesta a la pregunta P1.

En el capıtulo 3 se muestra una vision acerca del estudio del movimiento del miembro

superior, y los retos y desventajas que plantean estos estudios frente a los estudios de

miembro inferior, realizados para analizar la marcha humana. Despues, se describe

el modelo biomecanico de miembro superior desarrollado para estimar la posicion y

orientacion del brazo. Los movimientos articulares se estiman a partir de los datos de

posicion en el espacio cartesiano, correspondientes a marcadores de fotogrametrıa. El

modelo de 6 grados de libertad (DoF) incluye los segmentos corporales del tronco,

brazo antebrazo y mano y se ha aplicado al analisis de la AVD de beber de un

vaso. Se muestran los resultados cinematicos de la misma respecto a un grupo de

sujetos sanos que compone el patron de referencia. Este patron es necesario para la

propuesta de ındices cinematicos como nuevos metodos de evaluacion. Este capıtulo

intenta dar respuesta a las preguntas P2 y P3.

En el capıtulo 4 se trata el tema central de la investigacion, relacionado con la

propuesta de nuevos metodos de evaluacion de la funcion del MS. Se propone un

conjunto de ındices objetivos a partir de los datos cinematicos, extraıdos con el

12


modelo biomecanico desarrollado descrito en el capıtulo 3. Los ındices se desarrollan

con el objetivo de que permitan detectar alteraciones en la funcionalidad del MS en

los sujetos y de que puedan a llegar a ser instrumentos de evaluacion utiles en el

entorno clınico. Se trata de introducir objetividad en los instrumentos de medida y

cuantificar caracterısticas relacionadas con la destreza y la habilidad del miembro

superior. En este capıtulo se intenta dar respuesta a las preguntas P4, P5, P6 y P7.

En el capıtulo 5 se analiza la capacidad de los ındices propuestos para detectar

alteraciones en la funcion del MS. Se incluye el experimento clınico realizado y

los criterios de inclusion de los participantes. Se muestran los resultados obtenidos

a partir de los metodos estadısticos adecuados. En este capıtulo se intenta dar

respuesta a la pregunta P8.

En el capıtulo 6 se analiza la capacidad de los ındices propuestos como herramientas

de evaluacion. El objetivo es que lleguen a ser utiles en el entorno clınico para

evaluar la funcion del MS y monitorizar la evolucion de un paciente. Ademas de

las evaluaciones cinematicas necesarias, un terapeuta realiza evaluaciones clınicas

a los pacientes que participan en el estudio, mediante un conjunto de escalas

tradicionales habitualmente usadas en la clınica. En el capıtulo se presentan los

experimentos clınicos realizados y los criterios de inclusion de los participantes.

Despues, se muestran los resultados incluyendo los metodos estadısticos utilizados.

En este capıtulo se intenta dar respuesta a las preguntas P9, P10 y P11.

En el capıtulo 7 se presenta un caso de estudio prescrito por un medico facultativo

del Hospital Nacional de Paraplejicos (HNP) mostrando los resultados de los ındices

cinematicos en dos evaluaciones distintas del paciente.

En el capıtulo 8 se recogen las conclusiones de la investigacion realizada y la difusion

de los resultados en publicaciones cientıficas, contribuciones a congresos, capıtulos

de libro, etc. Por ultimo, se presenta la lınea de investigacion y trabajos futuros.

13


14

Capıtulo 2

Estado del arte en metricas

cinematicas

En este capıtulo se presenta la revision del estado del arte en cuanto a metricas

objetivas propuestas a partir de datos cinematicos. Se han revisado las tecnicas usadas

para registrar el movimiento del miembro superior, los tipos de movimientos analizados

y las patologıas del Sistema Nervioso Central (SNC) a las que se aplican. Los estudios

realizados en personas con Lesion Medular (LM) son escasos. Por eso, se han incluido

trabajos relacionados con otras patologıas del Sistema Nervioso Central (SNC) que, entre

sus secuelas, producen trastornos en el movimiento del miembro superior, tales como el

Accidente Cerebro Vascular (ACV) o la Paralisis Cerebral (PC). El contenido de este

capıtulo se corresponde parcialmente con un artıculo cientıfico recientemente publicado1.

2.1. Revision del estado del arte

La idea de usar metricas o variables objetivas para cuantificar el desempeno motor de

una persona, durante la realizacion de ciertos movimientos, no es nueva. El movimiento

del miembro superior, de alcance de un objetivo, se esta estudiando desde hace mas de 100

anos. Burdet, en su estudio, expuso que una de las primeras experiencias fue la realizada

por Woodworth en 1899, en un intento de analizar la precision de ciertos movimientos

voluntarios [49]. Posteriormente, Fitts propuso dos metricas objetivas para cuantificar el

ındice de dificultad y de rendimiento durante movimientos de alcance. Estas metricas se

computan a partir del tiempo, de la amplitud del movimiento y del tamano del objeto a

alcanzar [50]. Estas metricas se han revisado despues obteniendo dos metricas modificadas

para evaluar la calidad del movimiento del MS [51].

Un ejemplo de objetividad es la que proporcionan los estudios biomecanicos. En estos

estudios, se utilizan tecnologıas muy diversas para recoger distintos tipos de informa-

cion acerca del desempeno de una persona durante una determinada tarea funcional. Una

1A. de los Reyes-Guzman, I. Dimbwadyo-Terrer, F. Trincado-Alonso, F. Monasterio-Huelin, D.

Torricelli, and A. Gil-Agudo, Quantitative assessment based on kinematic measures of functional

impairments during upper extremity movements: a review, Clinical Biomechanics, no. 7,vol.29, pp.719-

727, 2014.

15


concrecion son los estudios cinematicos, en los que se pueden usar diversas tecnologıas

para proporcionar informacion precisa y objetiva acerca de estrategias motoras asociadas

a tareas funcionales. Durante los ultimos 15 anos, se han realizado numerosos estudios,

en ambitos de laboratorio, con el objetivo de cuantificar los movimientos del miembro

superior durante actividades de la vida diaria (AVD) completas. Los estudios se han rea-

lizado en sujetos sanos [29, 30, 31, 32, 33, 34, 35] y personas que han sufrido un ACV

[36, 37, 38, 39, 40], PC [41, 42] o LM [43]. Por otro lado, los dispositivos roboticos se

estan usando durante tratamientos de rehabilitacion con la idea de proporcionar una eva-

luacion objetiva en personas con ACV [45, 52, 53, 54, 55] y LM [47]. Estos dispositivos

pueden servir como instrumentos de medida precisos y fiables, que, de forma simultanea,

recogen informacion de cinematica y dinamica del miembro superior. Bosecker [54] y Co-

lombo [45, 52] han sido los autores pioneros en aplicar metricas objetivas a partir de la

cinematica del robot para cuantificar la recuperacion motora de pacientes con ACV. Los

datos cinematicos permiten cuantificar rangos de movimiento activos y pasivos, el tiempo

de ejecucion de una tarea y la velocidad de movimiento. Ademas, tambien proporcionan

informacion acerca de la calidad de movimiento con respecto a caracterısticas como la

coordinacion, suavidad y otras caracterısticas funcionales [38].

A este respecto, el objetivo de este capıtulo es presentar la revision del estado del arte

en cuanto a metricas objetivas para evaluar la funcion del miembro superior, con indepen-

dencia de los movimientos analizados del MS y del sistema usado para extraer los datos

cinematicos del movimiento.

Para alcanzar este objetivo, se ha realizado una busqueda electronica para identificar

los estudios sobre evaluacion funcional objetiva del MS. Se han consultado las bases de

datos Medline, Google Scholar e IEEE Explore en el periodo de 2002 hasta diciembre de

2013. Se han utilizado las palabras clave upper extremity, functional assessment, kinema-

tics, robotic rehabilitation, movement quality and objective metrics combinadas mediante

las conjunciones And y Or. Solamente se han considerado artıculos cientıficos completos

escritos en lengua inglesa. Esta busqueda bibliografica se ha completado con una busqueda

manual de estudios a partir de listas de referencias de los artıculos de interes.

Posteriormente se han revisado los tıtulos y abstract de los estudios encontrados y,

como resultado, se han incluido en la revision los estudios que cumplıan los siguientes

criterios: (i) la investigacion que se realiza analiza el MS durante movimientos de alcance

de un objetivo, tareas funcionales o AVDs; (ii) claro y documentado proposito de definir o

aplicar metricas funcionales cuantitativas a partir de datos cinematicos; (iii) los estudios

han de ser artıculos cientıficos completos. La revision se ha completado con artıculos rela-

cionados con dispositivos roboticos si, entre los objetivos o contenido del artıculo, figura

la propuesta o aplicacion de metricas cinematicas.

Aunque el desarrollo de esta tesis se centra en la LM, como patologıa del SNC que

entre sus posibles secuelas puede producir trastornos en el movimiento humano, la busque-

da bibliografica se ha ampliado a otras patologıas del SNC que tambien producen entre

sus posibles secuelas trastornos en el movimiento de los miembros superiores, como por

16

Capıtulo 2. Estado del arte en metricas cinematicas

ejemplo el ACV y la Paralisis Cerebral.

La busqueda propuesta produjo inicialmente 737 resultados. Tras la revision de tıtulos

y abstracts, y rechazar los artıculos duplicados, se seleccionaron 141 artıculos. Despues

se aplicaron los criterios de inclusion y exclusion anteriormente descritos. Siguiendo este

procedimiento, 40 artıculos mas otros 5, a partir de busquedas en listas de referencias, se

seleccionaron para su revision (Figura 2.1).

Fecha de inicio: 2002 Fin: Diciembre 2013

RESULTADOS DE LA BÚSQUEDA (n=737) Bases de datos:

- Medline - IEEE Xplore - Google Scholar

Estudios incluidos en revisión (n=40) - Otros 5 artículos se incluyeron por

búsqueda manual a partir de listas de referencias

Estudios relevantes seleccionados (n=141): - Después de revisar títulos y abstracts. - Rechazar artículos duplicados

Estudios excluidos (n=101) - Criterios de inclusión/exclusión

Figura 2.1: Estrategia y resultados de la busqueda bibliografica

17


De ahora en adelante, el termino artıculos revisados hace referencia a estos 45 artıcu-

los. Los estudios se han clasificado por los movimientos que estudian y analizan, ası como

por la tecnologıa usada para grabar el movimiento, y por la patologıa del SNC que tratan

(Tabla 2.1).

Sanos ACV PC LM Articulos revisados

(n=9) (n=25) (n=8) (n=3) ( %)

Equipo cinematico

Fotogrametrıa 5 10 7 2 53,4

Disp. Robotico 1 12 1 1 11,1

Sensor electromagnetico 3 2 - - 2,2

Sensor inercial - 1 - - 33,3

Mov. Analizado

Mov.Funcionales

Alcance 2 15 6 2 55,6

Trazar trayectorias - 4 - - 8,9

AVD 7 6 2 1 35,5

Tabla 2.1: Clasificacion de los artıculos revisados segun el movimiento del miembro superior que analizan,

la tecnologıa usada para registrar el movimiento y la patologıa del SNC que tratan

De acuerdo a la clasificacion de las escalas clınicas [22], se propone una clasificacion

de los movimientos del miembro superior (Tabla 2.2) en: (i) Movimientos funcionales, que

a su vez pueden ser de dos tipos. Uno de ellos es simplemente el movimiento de alcance o

alcance y agarre; y el otro tipo es el relacionado con movimientos de seguimiento de tra-

yectorias, por ejemplo, seguir una trayectoria circular, un cuadrado, etc; o bien (ii) AVDs,

es decir, actividades funcionales completas representativas de actividades de la vida diaria,

que estan compuestas por varias fases de movimientos funcionales mas sencillos.

En la bibliografıa, los movimientos analizados con mas frecuencia han sido los movi-

mientos funcionales, en concreto el movimiento de alcance de un objetivo (55,6 % de los

estudios revisados) (Tablas 2.1 y 2.2). Sin embargo, en poblacion sana los movimientos

mas frecuentemente analizados son las AVD. En 7 de los estudios revisados (77,8 % de los

estudios realizados en sujetos sanos), se analizan AVD con el objetivo de analizar patrones

de movimiento o definir posibles bandas de normalidad en la ejecucion de una actividad

funcional concreta. En 24 (53,4 %) de los estudios revisados, la tecnologıa usada con mas

frecuencia para analizar el movimiento del miembro superior ha sido la fotogrametrıa,

a partir de marcadores activos o pasivos. 15 estudios (33,3 %) utilizaron un dispositivo

robotico; 5 estudios (11,1 %) usaron sensores electromagneticos y solo uno sensores iner-

ciales.

Segun la patologıa del SNC que estudian, el ACV ha sido la patologıa analizada con

mas frecuencia, en 25 (55,6 %) de los estudios seleccionados; la PC se ha analizado en 8

(17,7 %) de los estudios y solo 3 (6,7 %) estaban relacionados con la LM. El resto de los

18


Movimiento Definicion Ejemplos

Movimientos funcionales

Alcance Movimientos punto a punto - Movimientos punto a punto;

con posiciones de comienzo - Movimientos de alcance (plano horizontal

y fin y vertical);

- Movimientos de alcance y agarre

Trazar trayectorias Movimientos que requieren - Seguir una trayectoria circular;

seguir una trayectoria cerrada. o un cuadrado;

La posicion objetivo coincide - Trayectoria con forma de 8

con la de inicio

AVD Actividades basicas de la vida Beber de un vaso; llevar la mano a la

diaria que incluyen alcanzar boca; llevar la mano a la cabeza para

y manipular objetos; transporte peinarse; higiene personal

proximal y distal; soltar el objeto

y regresar a posicion inicial

Tabla 2.2: Clasificacion de los movimientos del MS en dos categorıas (movimientos funcionales o AVD),

definiciones y ejemplos de las mismas.

trabajos, 9 estudios (20 %), estaban centrados en sujetos sanos.

Los estudios incluidos en la revision han tratado, definido o aplicado metricas objetivas

para cuantificar el movimiento humano del miembro superior calculadas a partir de los

datos cinematicos capturados con diversas tecnologıas (Tabla 2.1). Estas metricas se han

clasificado en varias categorıas atendiendo a la caracterıstica del movimiento que preten-

den cuantificar (Figuras 2.2 y 2.3):

Rango de movimiento funcional

Dos metricas se han clasificado en esta categorıa. Una de ellas cuantifica el rango de

movimiento del MS a partir de datos articulares y la otra valora el desplazamiento

realizado a partir de los datos de posicion de la mano durante el movimiento

analizado.

• Rango de movimiento articular

Dentro de una tarea determinada, esta metrica es una medida del desplaza-

miento de las articulaciones durante movimientos funcionales [55, 56, 57] y AVD

completas [29, 31, 32, 33, 34, 36, 38, 43]. Su resultado se expresa en grados (o).

• Rango de movimiento de alcance

El rango de alcance es una metrica relacionada con el desplazamiento de la mano

en coordenadas cartesianas x,y,z durante el movimiento. En la bibliografıa se

ha aplicado a movimientos de alcance de un objetivo [47]. Otro trabajo ha

propuesto el espacio de trabajo como una medida del volumen maximo que

podrıa alcanzar el sujeto de forma voluntaria [58].

19


Cinemática de la mano

VELOCIDAD

speed

EFICACIA

Índice

movimiento

activo

Tiempo

movimiento

Velocidad

media

Velocidad

máxima

EFICIENCIA

Ratio

trayectoria

Índice de

dificultad y

desempeño

PRECISIÓN

Desviación

del

movimiento

SUAVIDAD

ESTRATEGIA

CONTROL

Tiempo

alcance

velocidad pico

Ratio vel

media y

máxima

Cruces por 0

en perfil

aceleración

Picos

velocidad

Jerk

Ratio

periodo

medio

Longitud

arco

espectral

Límites

espaciales

Error en el

objetivo

ROM

FUNCIONAL

Rango de

movimiento

de alcance

Figura 2.2: Clasificacion de las metricas calculadas a partir de la cinematica de la mano segun la

caracterıstica del movimiento que miden

Cinemática articular

ROM FUNCIONAL

spee

d

COORDINACIÓN DEL

MOVIMIENTO

Correlación entre

articulaciones

Rango de movimiento

articular

PRODUCCIÓN DE PAR

Velocidad angular

máxima del codo

Figura 2.3: Clasificacion de las metricas calculadas a partir de la cinematica articular del miembro

superior segun la caracterıstica del movimiento que miden

Velocidad

Se han encontrado dos metricas que valoran la caracterıstica del movimiento

velocidad :

• Tiempo de movimiento

Mide el tiempo requerido para realizar una tarea funcional de forma satisfacto-

ria, proporcionando una medida inversa de la velocidad del movimiento (Figura

2.2). Esta metrica se aplica en practicamente todos los estudios revisados. Una

mejora en esta metrica, asociada a un tiempo de movimiento menor, se atri-

20


buye a una mejor funcion del miembro superior dentro de una tarea dada. En

movimientos de alcance y agarre se puede aplicar de dos formas distintas: (i)

el tiempo requerido para alcanzar el objeto a manipular [34] y (ii) el tiempo

requerido para estabilizar el brazo alrededor del objetivo y coger el objeto [58].

Esta metrica se aplica fundamentalmente a movimientos funcionales, sobre to-

do a movimientos de alcance [57, 58, 59, 60, 61, 62].

En el analisis de AVD completas, el tiempo total de movimiento se divide en

una serie de fases consecutivas que componen la AVD. Por ejemplo, en la acti-

vidad de beber de un vaso, el movimiento se divide en cinco fases consecutivas

delimitadas por eventos: alcance (incluye agarre), transporte proximal, beber,

transporte distal (incluye soltar el objeto) y regresar a la posicion de inicio.

En estos casos, el tiempo total de movimiento se calcula sumando el tiempo de

movimiento de cada fase del movimiento [38, 43]. Otros estudios han aplicado

esta metrica a AVD completas [34, 37, 42].

Los resultados de esta metrica se expresan en segundos y como porcentaje del

tiempo total del ciclo del movimiento.

• Velocidad maxima y media del movimiento

Estas medidas se calculan a partir del perfil de velocidad de la mano o de la

empunadura del dispositivo que se manipula [46, 58]. El parametro que se usa

con mas frecuencia es la velocidad maxima de la mano [27, 28, 34, 38, 40, 42, 43,

59, 61, 62, 63, 64, 65, 66, 67]. Otros estudios analizan solo la velocidad media

de la mano durante el movimiento [44, 47, 52, 54, 68, 69].

Las personas que poseen trastornos del movimiento tras una lesion neurologica

realizan los movimientos con varios picos en el perfil de velocidad de la mano.

Habitualmente, el primer pico de velocidad y el pico maximo no coinciden. Por

eso, Murphy propuso analizar las caracterısticas del primer pico de velocidad

con el objetivo de cuantificar el esfuerzo inicial en el movimiento [38].

En relacion a los movimientos analizados, el movimiento de alcance de un

objetivo es el movimiento analizado con mas frecuencia, de forma que estos

valores de las metricas velocidad se calculan entre el punto de inicio y alcance

del objeto [27, 28, 40, 42, 44, 46, 47, 52, 58, 59, 61, 62, 63, 64, 65, 66, 67, 68] o

durante tareas de seguimiento o trazado de ciertas trayectorias [54, 69] y AVD

[38, 43].

Eficacia

• Indice de movimiento activo

Dentro de una determinada tarea funcional, la metrica ındice de movimiento

activo se define como el porcentaje de la tarea que el sujeto realiza de forma

voluntaria. Es una medida de la eficacia del movimiento [45, 52, 70] (Figura

2.2). Resulta interesante tener en cuenta que esta metrica se calcula a partir de

la cinematica proporcionada por dispositivos roboticos. En este contexto, una

persona comienza un movimiento de forma voluntaria y, en caso de que este

se interrumpa, el dispositivo asiste a la persona para completar el movimiento.

Por eso, esta metrica se define como el procentaje de movimiento activo que

21


realiza una persona.

Sin embargo, esta metrica se ha aplicado en otro estudio al movimiento de

alcance de un objetivo. La metrica se denomina Fraccion de alcance y mide

el porcentaje del movimiento que logra una persona, calculado a partir de los

datos cinematicos proporcionados por sensores electromagneticos [66].

Eficiencia

• Ratio entre trayectorias de la mano

Esta metrica es una medida de como la mano se mueve hacia el objetivo. Se

calcula como la ratio entre la longitud de la trayectoria real que realiza un

sujeto y la trayectoria teorica o deseada. La metrica ratio entre trayectorias

se ha denominado ındice de curvatura [28, 57, 59], o directamente eficiencia

[45], y cuantifica la eficiencia del movimiento (Figura 2.2). Lang definio un

movimiento eficiente como el movimiento que se realiza directamente hacia el

objetivo sin trayectorias anormales que sigan circuitos extranos [65].

Esta metrica se ha usado frecuentemente en la literatura aplicada a movimientos

de alcance [27, 28, 46, 57, 59, 65, 66]. El movimiento de alcance en sujetos sanos

es un movimiento muy tipificado y coordinado que resulta en una trayectoria

del brazo bien ejecutada. El perfil de velocidad tiene forma de campana y se

compone de un solo pico de velocidad [71]. En este contexto, la trayectoria

deseada se considera la lınea recta entre el punto de comienzo y la localizacion

del objetivo [28, 40, 42, 46, 57, 59, 65, 66, 72]. Ası, un resultado proximo

a 1 en esta metrica es representativo de un patron sano [45]. Sin embargo,

personas que poseen trastornos del movimiento, tienden a realizar trayectorias

mas curvadas que resultan en valores de la metrica mayores que 1. De esta

forma, un incremento en la metrica se relaciona con la realizacion de trayectorias

mas largas para completar el objetivo.

El resultado de esta metrica es adimensional y un estudio lo expresa como

porcentaje [46]. Todos estos estudios han calculado esta metrica a partir de la

trayectoria, es decir, los datos de posicion de la mano. En la literatura se ha

encontrado un estudio que calcula la curvatura de la trayectoria a partir de la

primera y segunda derivadas de los datos de posicion de la mano durante una

AVD completa [39].

• Indice de dificultad y desempeno

Las metricas ındice de dificultad y de desempeno de una tarea se propusieron

inicialmente por Fitts en el ano 1954, como medidas de la calidad de un

cierto movimiento. Se calculan a partir del tiempo requerido para realizar un

movimiento de alcance, la distancia entre los puntos inicial y final y el tamano

del objeto a alcanzar [50]. Posteriormente, estas metricas se han modificado para

calcularse en coordenadas polares aplicadas a movimientos de alcance [51].

Precision

Tres metricas se han encontrado en la literatura que se pueden clasificar en la

caracterıstica del movimiento precision.

22


• Desviacion del movimiento

La metrica desviacion del movimiento es una medida de la calidad del

movimiento, calculada a partir de la desviacion de la trayectoria de la mano,

respecto a una trayectoria deseada que se considera de referencia [58].

Esta metrica se considera una medida del error en la precision [45]. En la

literatura esta metrica se denomina por la caracterıstica del movimiento que

representa, precision [45] (Figura 2.2). Se calcula como la distancia media

de todas las distancias entre puntos de la trayectoria real y la de referencia

[45, 52, 68, 70]. En todos los estudios encontrados en la literatura la metrica

desviacion se ha aplicado a movimientos de alcance. En estos movimientos la

trayectoria de referencia se ha considerado la lınea recta entre los puntos de

comienzo y fin del movimiento.

Ademas de la desviacion espacial, la variabilidad temporal de la trayectoria se

analizo en el estudio realizado por Thies [73].

• Error en el objetivo

Es una medida de la calidad del movimiento en terminos de precision (Figura

2.2) que valora la desviacion en la posicion en torno a la localizacion del objetivo.

Se calcula como la distancia maxima entre el dedo ındice y la localizacion

del objetivo al final del movimiento [65]. Principalmente, se ha aplicado a

movimientos punto a punto y de alcance.

En la literatura, esta metrica tambien se ha encontrado con el nombre de error

en el punto final [65].

• Lımites espaciales

Es una medida del exceso espacial, si ocurre, en alguna direccion del

movimiento, que se considera fuera de los lımites determinados por los puntos

inicial y final del movimiento. Se ha propuesto en la literatura calculada en

las direcciones horizontal y vertical del movimiento, durante movimientos de

alcance a partir de los datos de posicion de la mano [46].

Suavidad

• Ratio entre velocidad maxima y media

Es una medida de la calidad de un movimiento en terminos de suavidad (Figura

2.2). En sujetos sanos, la relacion entre la velocidad maxima y la velocidad

media debe ser proxima a 1. En presencia de trastornos del movimiento,

esta metrica puede detectar alteraciones durante el patron de movimiento,

relacionadas con periodos de aceleracion y deceleracion o la presencia de

movimientos bruscos [46]. Esta metrica se ha propuesto en varios estudios

aplicada a movimientos de alcance [44, 46, 47, 54] y seguimiento de trayectorias

[54].

• Numero de picos de velocidad

Es una medida de la calidad de un movimiento en terminos de suavidad que

analiza el perfil de velocidad de la mano durante el movimiento (Figura 2.2). Se

ha aplicado con mucha frecuencia, principalmente en movimientos de alcance

23


[28, 44, 46, 60, 62] y AVD [37, 38, 42]. En varios estudios, los picos de velocidad

se han llamado unidades de movimiento [37, 38, 44].

Un movimiento de alcance tıpico, propio de un sujeto sano, tiene solo un pico

en el perfil de velocidad de la mano durante el movimiento [60]. En presencia de

trastornos de movimiento, el numero de picos de velocidad se incrementa dando

como resultado un movimiento menos suave. Si se produce alguna recuperacion

motora, el perfil de velocidad del movimiento de la mano debe presentar menos

picos, dando un movimiento mas suave [44].

• Ratio periodo medio

Se trata de otra medida de la suavidad del movimiento. Personas con

trastornos del movimiento, mientras realizan un movimiento hacia un objetivo,

habitualmente realizan varias paradas o interrupciones en el movimiento. Esto

produce un movimiento con varios submovimientos, en los que existen perıodos

de practicamente velocidad cero [44]. Si se produce mejorıa funcional, un

movimiento debe tener menos interrupciones y ser mas suave.

Esta metrica se calcula como la ratio entre el tiempo de movimiento en el

que la mano no se esta moviendo, y el tiempo total de movimiento. La mano

se considera parada si la velocidad de la misma es menor que el 20 % de la

velocidad media durante el movimiento analizado [74].

• Cruces por cero en el perfil de aceleracion

El numero de cruces es la frecuencia con la que se cruza la lınea de base en el

perfil de aceleracion. Supone una medida de la suavidad del movimiento que

no se ha estudiado con frecuencia en la literatura. Solo se tiene evidencia de

dos estudios que aplican esta metrica en movimientos de alcance [31, 67] y uno

durante AVD [75].

• Jerk

La metrica jerk representa la tasa de cambio del perfil de aceleracion durante

un movimiento [44]. Se calcula a partir de la tercera derivada de la posicion de

la mano durante el movimiento y es una medida de no suavidad. Hogan, en uno

de sus estudios, propuso un conjunto de metricas para valorar el jerk [76]. Todas

las metricas que propone, incluso las que incluyen un factor de normalizacion

[44, 46, 60, 72, 76], dependen de la amplitud y del tiempo del movimiento, de

forma que no son metricas adimensionales [76].

• Longitud arco espectral

Es una metrica relacionada con la suavidad del movimiento analizada a partir

del perfil de velocidad en el dominio de la frecuencia.

Un movimiento suave se compone de componentes de baja frecuencia mientras

que movimientos no suaves se componen de frecuencias mas altas. A este

respecto, el uso de la Transformada de Fourier es adecuado para el analisis

de la suavidad del movimiento [77]. Actualmente, no se tiene evidencia de

que esta metrica se haya aplicado en estudios del movimiento humano durante

movimientos de alcance y AVD.

24


Coordinacion

• Correlacion inter-articular

Aplicada al movimiento humano del miembro superior, la metrica coordinacion

tiene sentido en movimientos del brazo, que impliquen el desplazamiento

simultaneo de varias articulaciones. Hasta ahora, se ha calculado mediante

el coeficiente de correlacion de Pearson, aplicado a movimientos de alcance,

para analizar la coordinacion entre los movimientos de flexion-extension de las

articulaciones del hombro y del codo [27, 34, 38, 43, 78]. No obstante, el metodo

usado para calcular la correlacion depende del sentido del movimiento analizado.

Ası, en un movimiento de alcance, hay una relacion practicamente lineal entre

los desplazamientos de las articulaciones del hombro y el codo en el movimiento

de flexion-extension [27, 34, 38, 43]. En este caso, el ındice de correlacion de

Pearson es valido para calcular la coordinacion. Lum ha propuesto esta metrica

dentro de la AVD de beber, aplicada a la fase de transporte. En esta fase, en

la que el vaso se desplaza desde la superficie de la mesa hasta la boca, el ındice

de correlacion se ha calculado a partir de los movimientos de flexion-extension

del codo y abduccion-aduccion del hombro [75].

La interpretacion de esta metrica se corresponde con la del coeficiente de

correlacion de Pearson. Un resultado proximo a 1 indica una elevada correlacion

o relacion entre las variables analizadas y, por tanto, una coordinacion articular

elevada. Un resultado proximo a 0 indica que no hay relacion entre las variables

analizadas.

Estrategia de control

• Tiempo velocidad pico

Un movimiento de alcance bien ejecutado se compone de solo un pico de

velocidad con forma de onda simetrica. Ası, un pico de velocidad desplazado

hacia la izquierda, se relaciona con largos perıodos de deceleracion. En

cambio, un pico de velocidad desplazado hacia la derecha, se relaciona con un

movimiento brusco o interrumpido por algun obstaculo [67]. En cualquier caso,

ambas situaciones se identifican con patrones motores alterados, respecto al que

se considera un patron tıpico o de referencia, propio del desempeno motor de un

sujeto sano. En presencia de trastornos del movimiento, puede ocurrir que los

movimientos de alcance y agarre se planeen de forma secuencial, con grandes

perıodos de deceleracion y picos de velocidad desplazados hacia la izquierda.

Ası, el tiempo en alcanzar el pico de velocidad es una medida de la estrategia

de control usada durante el movimiento (Figura 2.2).

En los estudios revisados, esta medida se expresa en segundos y como porcentaje

de la duracion de la fase de alcance en la que aparece el maximo de velocidad

[34, 42, 43, 57, 61, 62, 63, 67, 72].

Produccion de par

• Velocidad angular maxima del codo

La velocidad angular maxima se calcula por diferenciacion a partir de datos

25

2.2. Limitaciones en los estudios revisados

angulares del codo y es una medida de la capacidad de generacion de fuerza

[38] o produccion de par [60], durante una tarea motora (Figura 2.3).

2.2. Limitaciones en los estudios revisados

En la literatura, se tiene evidencia de una revision respecto a metricas cinematicas,

aplicadas a la evaluacion de la funcion de los miembros superiores en personas con PC

[63] y otra relacionada con la evaluacion del miembro superior mediante el uso de dispo-

sitivos roboticos [58]. Pero no se tiene evidencia, de estudios cuyo objetivo principal sea

la aplicacion de metricas cinematicas para la evaluacion del miembro superior, indepen-

dientemente de la tecnologıa o dispositivo usado para registrar los datos cinematicos y la

lesion neurologica estudiada.

La revision del estado del arte, que se muestra en esta investigacion, se ha centrado

en estudios en poblacion sana y en poblaciones con lesion del SNC que, entre sus posibles

secuelas, producen trastornos del movimiento del miembro superior. En este contexto, la

lesion del SNC estudiada con mas frecuencia en la literatura es el ACV, en un 55,6 % de

los 45 estudios revisados, seguida de la PC (17,7 % de los estudios) y, por ultimo, la LM

en un 6,7 % de los casos. Estos porcentajes tan dispares se deben a que el ACV es una

lesion con mucha incidencia en la poblacion.

Una dificultad que se ha encontrado ha sido que criterio utilizar para clasificar las

metricas cinematicas. En el estudio realizado por Zollo, una serie de metricas se han clasi-

ficado en dos grupos segun las metricas sean relacionadas con caracterısticas biomecanicas

o con aspectos del movimiento [53]. En la revision que se presenta en este capıtulo se ha

optado por clasificar las metricas cinematicas encontradas en la literatura en grupos segun

las caracterısticas del movimiento que analizan (Figuras 2.2 y 2.3). De esta forma, el

conjunto de metricas cinematicas encontradas en la literatura, para evaluar la funcion del

miembro superior, se han clasificado en nueve caracterısticas del movimiento relacionadas

con la calidad y funcionalidad del mismo.

Esta revision se concluye con una serie de limitaciones e inconvenientes detectados

en las metricas encontradas en la literatura, que al mismo tiempo suponen el punto de

partida de esta investigacion y abren paso al contenido de los siguientes capıtulos. Estas

limitaciones son:

Las metricas cinematicas, que evaluan la funcion del miembro superior, a menudo

consisten en las variables cinematicas obtenidas directamente a partir de los equipos

de analisis cinematico. Es decir, la mayor parte de las metricas propuestas son

parametros de velocidad o posicion de la mano, o de la empunadura en caso de

usar un dispositivo robotico para realizar el movimiento.

Las metricas se expresan como valores absolutos, en las unidades que correspondan a

la caracterıstica que miden. El desplazamiento articular aparece expresado en grados

(o); la desviacion entre trayectorias en cm; el tiempo en segundos y velocidades en

mm/s o m/s.

26


A menudo un incremento en una metrica supone un decremento de la caracterıstica

del movimiento que representa. Este, por ejemplo, es el caso de la metrica numero

de picos o unidades de movimiento, como medida de la suavidad del movimiento.

Un incremento del numero de picos supone la realizacion de un movimiento menos

suave. En estos casos, es necesario invertir el sentido de crecimiento de las metricas

para que todas ellas tengan un sentido monotono de crecimiento.

El movimiento que se analiza con mas frecuencia es el movimiento de alcance de

un objetivo. Movimientos funcionales mas complejos, como el caso de las AVD, se

estudian con menos frecuencia. Las AVD se analizan sobre todo en poblaciones de

sujetos sanos.

La falta de estandarizacion en las actividades y movimientos que se estudian, dificulta

el calculo de las metricas cinematicas y la comparacion de los resultados entre los

distintos grupos de investigacion.

2.3. Conclusiones

En este capıtulo se responde a la pregunta P1 formulada en la seccion de objetivos en

el Capıtulo 1. Se muestra la revision del estado del arte, en el campo de la rehabilitacion,

relacionada con metricas o variables cuantitativas que se hayan propuesto, con el proposito

de evaluar la calidad del movimiento y el desempeno motor de los miembros superiores.

En la revision se incluyen los movimientos del MS analizados, la tecnologıa usada para la

captacion del movimiento humano y la lesion del SNC que han estudiado.

Despues, se incluye una seccion en la que se describen las principales limitaciones en-

contradas en los estudios revisados en el estado del arte, que motivan la realizacion de esta

investigacion relacionada con la propuesta de nuevos ındices cinematicos, que evaluen el

desempeno motor de los MS.

En la literatura, se han encontrado los terminos metrica e ındice usados indistinta-

mente. A lo largo de esta investigacion, se pueden encontrar ambos terminos, aunque se

utilizara con mas frecuencia el termino ındice.

Por tanto, esta investigacion se centra en la propuesta de nuevos ındices cinematicos,

que evaluen el desempeno motor del MS.

27

2.3. Conclusiones

28

Capıtulo 3

Modelo biomecanico del miembro

superior

En este capıtulo se muestran los retos y dificultades que presenta el modelado

biomecanico del miembro superior, frente al de miembro inferior aplicado al estudio

de la marcha. La riqueza del movimiento del MS permite una amplia variedad, tanto

en los movimientos analizados y protocolos clınicos como en los modelos biomecanicos

desarrollados. No hay consenso en la metodologıa entre los grupos de investigacion. Este

aspecto dificulta la comparacion de resultados de distintos estudios y la validacion en sı de

los propios modelos. En la seccion de material y metodos, se describe el modelo biomecanico

desarrollado con el software Visual3D, para el analisis cinematico del miembro superior

a partir de marcadores de fotogrametrıa1. Despues, se propone un metodo de validacion

parcial del modelo biomecanico desarrollado en esta investigacion, con un modelo sencillo

implementado con el software OpenSim (modelo arm26.osim). Este modelo, desarrollado

en OpenSim, se encuentra disponible a la comunidad cientıfica. Por ultimo, se ha elegido

la Actividad de la Vida Diaria (AVD) de beber de un vaso, como actividad representativa,

describiendo las fases que la componen. La actividad de beber de un vaso se analiza, con

el modelo biomecanico desarrollado, en un grupo de sujetos sanos y en dos poblaciones

con Lesion Medular (LM) cervical. Los resultados cinematicos obtenidos son importantes

porque suponen el punto de partida para la propuesta de ındices cinematicos, que se propone

en el Capıtulo 4. El grupo de sujetos sanos constituye el patron de referencia para el calculo

de los ındices cinematicos.

3.1. Introduccion

Los estudios biomecanicos se han introducido en el entorno clınico y laboratorios de

investigacion, con el objetivo de dotar a las mediciones y evaluaciones de los pacientes

de una componente de objetividad. Una concrecion de los estudios biomecanicos son los

estudios cinematicos, que abordan el analisis del movimiento desde varias perspectivas

1El contenido de este capıtulo es parte del artıculo cientıfico: A. de los Reyes-Guzman, A. Gil-Agudo, B.

Penasco-Martın, M. Solıs-Mozos, A. del Ama- Espinosa, and E. Perez-Rizo, Kinematic analysis of the daily

activity of drinking from a glass in a population with cervical spinal cord injury, Journal of neuroengineering

and rehabilitation, vol. 7, no. 1, p. 41, 2010.

29

3.1. Introduccion

y con diversas tecnicas. Varios sistemas usan diferentes tecnologıas de sensores que son

capaces de capturar el movimiento humano con precision, clasificados en dos categorıas

dependiendo de si se trata de sistemas de captura visuales o no visuales.

Sistemas de captura visuales

Los sistemas de captura visuales se basan en el uso de sensores opticos (camaras)

para mejorar la precision en la estimacion de la posicion de los distintos segmentos

corporales. Estos sistemas se clasifican en dos categorıas, segun necesiten, o no,

disponer marcadores en distintas localizaciones del cuerpo.

• Sistemas de captura basados en el uso de marcadores

Son sistemas que analizan las imagenes de diferentes camaras para estimar

las coordenadas en el sistema cartesiano de marcadores activos o pasivos.

Los marcadores activos, conectados a unas baterıas, emiten luz infrarroja que

detectan las camaras. Los sistemas basados en marcadores pasivos funcionan

al reves. En este caso, las camaras emiten luz infrarroja que los marcadores

reflejan. Esta tecnica basada en marcadores activos o pasivos es muy precisa,

con errores en el rango de ±1mm [79]. El inconveniente es que los marcadores

pueden sufrir oclusion (estar fuera del campo de visibilidad de las camaras)

durante el analisis de movimientos complejos del MS. El uso de esta tecnica

normalmente esta restringido a entornos de laboratorio.

• Sistemas de captura libres de marcadores

Este tipo de sistemas unicamente usan camaras para capturar el movimiento.

Existen sistemas de camaras de bajo coste, que poseen resolucion de un

millon de pıxeles que permiten capturar el movimiento con elevada precision.

El inconveniente principal de esta tecnica es que requiere mucha carga

computacional para estimar la posicion 3D y minimizar el error. Esta tecnica

requiere el uso de camaras rapidas, debido a que las camaras convencionales

funcionan a una frecuencia de muestreo insuficiente para representar los datos

con la precision necesaria.

Sistemas de captura no visuales

• Los sistemas basados en sensores electromagneticos se han usado frecuente-

mente para capturar el movimiento humano en aplicaciones de realidad virtual.

Aunque estos sistemas no poseen el problema de oclusion de los sistemas de

fotogrametrıa, sin embargo, los campos electromagneticos que usan se ven afec-

tados por interferencias y por la presencia de objetos metalicos.

• Los sensores inerciales son otra alternativa. Son sensores disenados para medir

la orientacion de un objeto en el espacio. Los sensores inerciales pueden estar

dotados de giroscopos, acelerometros y magnetometros con los que estimar la

velocidad angular, aceleracion tangencial y campo magnetico respectivamente.

Como proporcionan medidas precisas sin retardos excesivos (precision estatica

de < 1, 0o RMS y precision dinamica de 3o RMS [79]) estos sensores son utiles

para aplicaciones de analisis de movimiento humano. El inconveniente que posee

esta tecnica es que los sensores sufren derivas que se traducen en un error

30

Capıtulo 3. Modelo biomecanico del miembro superior

acumulativo en las mediciones realizadas. Este problema se puede solucionar

con un filtro de Kalman. No obstante, estos dispositivos son robustos y hay

evidencia de varios ejemplos de aplicacion de estos sensores para analizar el

movimiento humano [80] del MS con propositos de rehabilitacion [81, 82, 83].

En la revision del estado del arte presentada en el capıtulo 2 se han mostrado las tecno-

logıas usadas para capturar el movimiento del MS. Se ha comprobado que, actualmente, la

fotogrametrıa sigue siendo la tecnologıa mas frecuentemente usada en laboratorios (Tabla

2.1), debido a que todavıa se considera la tecnologıa gold standard en analisis de movi-

miento [79]. En el ambito de esta investigacion, el movimiento del MS se captura con un

equipo optico basado en marcadores activos, puesto que se dispone del equipo y la inves-

tigacion se realiza en laboratorio.

Los estudios cinematicos del MS en el entorno clınico no son tan numerosos como los

realizados para el analisis de la marcha por varias razones:

La naturaleza del movimiento.

La marcha es un movimiento cıclico tridimensional en el que los cambios mas

importantes se producen en el plano sagital en el movimiento de flexion-extension

de las articulaciones involucradas [84]. Sin embargo el movimiento del MS es un

movimiento en el espacio en el que la posicion y orientacion de la mano se pueden

conseguir con una amplia variedad de configuraciones articulares, en cada uno de

sus grados de libertad. Esto se traduce en la dificultad para ejecutar un mismo

movimiento con los mismos recorridos articulares en repeticiones sucesivas [85].

Estudios realizados en sujetos sanos han detectado una elevada dispersion en la

ejecucion de los movimientos [32].

La falta de estandarizacion.

Al ser la marcha el movimiento analizado con mas frecuencia, es habitual que los

equipos de analisis de movimiento traigan implementados modelos biomecanicos

del miembro inferior para el analisis de los datos adquiridos. No ocurre ası con

el miembro superior, de forma que no existe consenso en los modelos biomecanicos

desarrollados por los distintos grupos de investigacion y en el software utilizado.

En la literatura hay evidencia de estudios que han escogido distintos sistemas de

coordenadas en los modelos y distinta secuencia de rotacion para la estimacion de

los movimientos articulares, durante la realizacion de distintas tareas funcionales

del MS [33, 86, 87, 88, 89]. Esto dificulta la validacion de los propios modelos, la

comparacion entre sujetos y entre los resultados obtenidos por distintos grupos [32].

En este capıtulo, se describe el modelo biomecanico desarrollado a partir de marcadores

activos de fotogrametrıa para analizar el movimiento del MS, durante la AVD de beber de

un vaso. Existe evidencia de varios estudios que han analizado varias AVD en sujetos sanos

con el objetivo de conocer los requisitos funcionales de cada una de ellas [29, 31, 32]. En

esta investigacion, se ha escogido una unica AVD y se propone un protocolo experimental

para el analisis de la misma que se pueda aplicar a sujetos sanos y a personas con lesion

medular cervical. El motivo de estudiar una unica AVD es porque el objetivo central de la

investigacion es la definicion de nuevos ındices objetivos, calculados a partir de los datos

31

3.2. Materiales y metodos

cinematicos correspondientes a la AVD (Capıtulo 4). Por eso, se ha escogido una AVD

representativa entre las AVD relacionadas con alimentacion.


3.2.1. Modelo biomecanico

Los equipos opticos de analisis de movimiento, normalmente, no disponen de un mode-

lo de miembro superior para el procesamiento de los datos de posicion de los marcadores

utilizados. Este hecho, hace que cada grupo de investigacion tenga que desarrollar un mo-

delo propio, muchas veces con software bajo licencia. Este aspecto, unido a la falta de

estandarizacion y a las diferencias en los protocolos experimentales y en los movimientos

analizados, dificulta que los grupos compartan la metodologıa en los estudios que plantean

y comparen los resultados experimentales.

Para la realizacion de esta investigacion se ha desarrollado un modelo biomecanico con

el software Visual3D (C-Motion,Inc) [90], que permite el analisis biomecanico con inde-

pendencia del equipo optico utilizado para capturar el movimiento siempre que el fichero

de movimiento se pueda exportar en formato c3d (Coordinate 3D Data). Actualmente,

algunos equipos de analisis de movimiento traen incorporado este software de analisis [91].

Visual3D permite el modelado biomecanico para transformar datos de posicion 3D de los

marcadores de fotogrametrıa en variables articulares (Figura 3.1) y permite exportar re-

sultados a otras herramientas software como OpenSim [92] y Matlab.

Figura 3.1: Entorno de analisis del software Visual3D. Los graficos mostrados corresponden al analisis

del movimiento de un sujeto sano durante un ciclo completo de la AVD de beber. Empezando por la

parte superior la primera grafica corresponde al desplazamiento articular del hombro en el movimiento de

flexion-extension, la segunda al mismo movimiento del codo (o) y la tercera a la velocidad de la mano en

magnitud (m/s).

32


El modelo biomecanico desarrollado consta de 4 segmentos (tronco y brazo, antebrazo y

mano derechos), cuyos sistemas de coordenadas locales se usan para calcular el movimiento

del MS (Tabla 3.1), en los 6 grados de libertad (DoF) que se describen a continuacion:

Articulacion del hombro

El hombro es la articulacion proximal del MS y la articulacion del cuerpo humano que

posee mas movilidad. Tiene 3 DoF, lo que le permite orientar el MS en relacion a los

tres planos del espacio, en torno a tres ejes, que dan como resultado tres movimientos

principales:

• Movimiento de flexion-extension

Son los movimientos realizados en el plano sagital, en torno al eje transversal

(medio-lateral) incluido en el plano frontal. El movimiento de extension es de

poca amplitud, 45 a 50o (Figura 3.2(a)), mientras que el movimiento de flexion

es un movimiento de gran amplitud que puede variar de 0 a 180o (Figura 3.2(b)).

(a) Extension hombro

(b) Flexion hombro

Figura 3.2: Movimiento de flexion-extension del hombro

33


• Movimiento de abduccion-aduccion

La abduccion es el movimiento que aleja el MS del tronco y se realiza en el

plano frontal, en torno al eje anteroposterior. La amplitud de la abduccion al-

canza los 180o y el brazo queda vertical por encima del tronco (Figuras 3.3(a)

y 3.3(b)).

Los movimientos de aduccion se llevan a cabo desde la posicion anatomica

(maxima aduccion) en el plano frontal, pero son mecanicamente imposibles

debido a la presencia del tronco. De hecho, desde la posicion anatomica la

aduccion no es factible si no se asocia con: i) una extension de hombro

produciendose una aduccion muy leve (Figura 3.4(a)); o ii) una flexion de

hombro en la que la aduccion puede alcanzar entre 30 y 45o (Figura 3.4(b)).

Desde cualquier posicion de abduccion, la aduccion denominada entonces

aduccion relativa siempre es posible, en el plano frontal, hasta la posicion

anatomica.

(a) Posicion anatomi-

ca

(b) Movimiento abduccion completa

180o

Figura 3.3: Movimiento de abduccion del hombro

34


(a) Movimiento aduccion con ex-

tension de hombro

(b) Movimiento aduccion

con flexion hombro

Figura 3.4: Movimiento de aduccion del hombro

• Movimiento de rotacion externa-interna

Este movimiento consiste en la rotacion del brazo sobre su eje longitudinal y

puede realizarse en cualquier posicion del hombro (Figuras 3.5(a) y 3.5(b)).

Generalmente, esta rotacion se mide en la posicion anatomica del brazo que

pende verticalmente a lo largo del cuerpo (rotacion interna-externa 0o) con el

codo flexionado 90o de forma que el antebrazo esta en el plano sagital.

La amplitud del movimiento de rotacion externa es de 80o (Figura 3.5(a)). En

el caso de la rotacion interna, la amplitud es de 100 a 110o y para alcanzarla

se requiere necesariamente que el antebrazo pase por detras del tronco, unido

a un cierto grado de extension del hombro.

(a) Movimiento de rotacion externa del

hombro

(b) Movimiento de rotacion interna

del hombro

Figura 3.5: Movimiento de rotacion externa-interna del hombro

35


En la practica, la posicion de partida mas utilizada es la que corresponde a 30o

de rotacion interna en relacion a la posicion anatomica y que situa la mano por

delante del tronco. Esta posicion se denomina posicion anatomica fisiologica.

De este modo, la rotacion externa mas comun es la que se produce desde la

posicion anatomica fisiologica (rotacion interna 30o) a la posicion anatomica

clasica (rotacion externa-interna 0o) (Figura 3.5(b)).

Articulacion del codo


La flexion es el movimiento que dirige el antebrazo hacia delante, de tal forma

que la cara anterior del antebrazo contacta con la cara anterior del brazo. La

amplitud de este movimiento es de 140-145o (Figura 3.6(a)).

La extension es el movimiento que dirige el antebrazo hacia atras. La posicion

anatomica corresponde a la extension completa. Por definicion no existe

amplitud en el caso de la extension del codo, excepto en algunos sujetos que

poseen una gran laxitud ligamentosa, como las mujeres y los ninos que pueden

en ocasiones alcanzar una hiperextension de 5 a 10o de codo (Figura 3.6(b)).

(a) Movimiento flexion codo

(b) Movimiento hiperextension codo

180o

Figura 3.6: Movimiento de flexion-extension del codo

• Movimiento de pronacion-supinacion

La pronacion-supinacion es el movimiento de rotacion del antebrazo en

torno a su eje longitudinal. Este movimiento necesita la intevencion de

dos articulaciones mecanicamente unidas: la articulacion radicubital proximal

que pertenece anatomicamente a la articulacion del codo; y la articulacion

radiocubital distal, que difiere anatomicamente de la articulacion radiocarpiana.

36


Esta rotacion longitudinal del antebrazo introduce un tercer grado de libertad

en el complejo articular de la muneca. De este modo, la mano, como extremo

efector del miembro superior, puede situarse en cualquier angulo para poder

coger o sostener un objeto. La pronacion-supinacion solo puede analizarse con

el codo flexionado 90o y pegado al cuerpo (Figuras 3.7(a) y 3.7(b)). De hecho,

si el brazo esta extendido, el antebrazo se halla en la prolongacion del brazo y

a la rotacion longitudinal del antebrazo se anade la rotacion del brazo en torno

a su eje longitudinal gracias a los movimientos de rotacion externa-interna del

hombro.

Con el codo en 90o de flexion, la posicion anatomica o neutra de prono-

supinacion coincide con aquella que mantienen la direccion del pulgar hacia

arriba y la palma de la mano hacia dentro. A partir de esta posicion el

movimiento de supinacion se realiza cuando la palma de la mano se dirige hacia

arriba con el pulgar hacia fuera (amplitud del movimiento 90o); y la posicicion

de pronacion cuando la palma de la mano mira hacia abajo y el pulgar hacia

dentro (amplitud hasta 85o).

(a) Movimiento pronacion antebrazo

(b) Movimiento supinacion antebrazo

180o

Figura 3.7: Movimiento de pronacion-supinacion del codo

Articulacion de la muneca

La muneca, articulacion distal del MS, permite que la mano adopte la posicion

optima para la prension. De hecho, el complejo articular de la muneca posee dos

grados de libertad. Con la pronacion-supinacion, rotacion del antebrazo sobre su eje

longitudinal, que anade un tercer grado de libertad a la muneca, la mano se puede

orientar en cualquier angulo para coger o sujetar un objeto.


Con la mano en posicion anatomica (maxima supinacion) (Figura 3.8(a)), el

movimiento de flexion-extension es el movimiento realizado en el plano sagital

en torno al eje transversal.

En el movimiento de flexion la cara anterior o palmar de la mano se aproxima

37


a la cara anterior del antebrazo. Su amplitud es de 85o (Figura 3.8(b)).

En el movimiento de extension la cara posterior o dorsal de la mano se aproxi-

ma a la cara posterior del antebrazo. Su amplitud es de 85o (Figura 3.8(c)).

(a) Posicion anatomi-

ca

(b) Flexion muneca

(c) Extension muneca

Figura 3.8: Movimiento de flexion-extension de la muneca

Segmento Segmento de referencia Movimiento articular

Brazo derecho Tronco Hombro derecho

Antebrazo derecho Brazo derecho Codo derecho

Mano derecha Antebrazo derecho Muneca derecha

Tronco Global (Laboratorio) Inclinacion lateral

Flexion-extension

Tabla 3.1: Definicion de los segmentos del modelo biomecanico

38


El modelado del movimiento de las articulaciones del codo y de la muneca es

relativamente simple, puesto que se consideran articulaciones de dos grados de libertad. En

cambio, el mecanismo del hombro, articulacion proximal del miembro superior que

conecta el brazo al tronco, posee una complejidad extraordinaria siendo la articulacion que

posee mas movilidad del cuerpo humano. En la posicion anatomica, el MS superior pende

a lo largo del cuerpo, verticalmente, de forma que el eje longitudinal del humero coincide

con el eje vertical. El hombro esta constituido por cinco articulaciones que, clasificadas en

dos grupos, conforman el complejo articular del hombro (Figura 3.9):

El primer grupo consta de dos articulaciones:

• Articulacion glenohumeral: entre la escapula y el humero, es la articulacion mas

importante del grupo.

• Articulacion subdeltoidea. Anatomicamente no constituye una articulacion,

pero sı desde el punto de vista fisiologico, puesto que se trata de dos superficies

que deslizan entre sı. Esta mecanicamente unida a la articulacion glenohumeral

de forma que cualquier movimiento en la articulacion glenohumeral conlleva un

movimiento de la articulacion subdeltoidea.

El segundo grupo consta de 3 articulaciones:

• Articulacion escapulotoracica: entre la escapula y el torax, se trata de nuevo

de una articulacion fisiologica y no anatomica que se encuentra mecanicamente

unida a las otras dos de este grupo.

• Articulacion acromioclavicular: localizada en la porcion externa de la clavıcula.

• Articulacion esternoclavicular: localizada en la porcion interna de la clavıcula.

En la practica los dos grupos articulares funcionan simultaneamente, segun proporcio-

nes variables en el transcurso de los movimientos. Al medir los arcos de movimiento, se

esta valorando la suma de todas ellas [93, 94].

La estimacion del movimiento de la escapula es complicado sin tecnicas invasivas uni-

camente a partir de marcadores de superficie. La complejidad en la tecnica carece muchas

veces de utilidad practica en los estudios experimentales por lo que muchos de ellos des-

estiman el movimiento de la escapula en los modelos utilizados [86, 95].

En esta investigacion se realiza esta simplificacion, estimando el movimiento de la

articulacion glenohumeral relativo al tronco.

39


Figura 3.9: Complejo articular del hombro compuesto por 5 articulaciones: 1. Articulacion glenohumeral;

2. Articulacion subdeltoidea; 3. Articulacion escapulotoracica; 4. Articulacion acromioclavicular; 5.

Articulacion esternoclavicular.

3.2.2. Posicion de los marcadores

En esta investigacion, el movimiento realizado por el sujeto se ha adquirido utilizando

el equipo de fotogrametrıa Codamotion (Charnwood Dynamics Ltd, UK) [96], disponible

en la Unidad de Biomecanica del Hospital Nacional de Paraplejicos. Este equipo esta ba-

sado en marcadores activos que, conectados a unas baterıas (Figura 3.10), emiten luz

infrarroja que dos unidades de escaner detectan. Codamotion tiene una resolucion de 0,1

mm y puede trabajar a fmuestreo de hasta 800 Hz. Con el numero de marcadores utilizados

en esta investigacion, la fmax = 200Hz [96].

Figura 3.10: a)Marcador del equipo Codamotion. b) Baterıa conectada al marcador

40


Se necesitan 20 marcadores para componer el modelo biomecanico del MS y determinar

la posicion y orientacion en el espacio de los segmentos modelados. No obstante, se han

ubicado 21 marcadores activos, repartidos entre el tronco y el brazo:

8 marcadores se ubican en prominencias oseas del MS porque son puntos facilmente

localizables y reproducibles. En estos puntos, el tejido subcutaneo es delgado,

minimizando el error debido al movimiento del marcador sobre la superficie de la

piel. Estos marcadores se han ubicado en acromion derecho e izquierdo, cresta ilıaca

derecha,y en los epicondilos lateral y medial, estiloides radial y ulnar y cabeza del

tercer metacarpiano del MS derecho.

De los 13 marcadores restantes, 3 se han ubicado en la parte dorsal de la mano sobre

la superficie de la piel; 9 en 3 clusters de 3 marcadores cada uno y uno adicional en

el tronco, lateralizado al brazo analizado. Los clusters son piezas rıgidas disenadas

especıficamente para esta aplicacion (Figura 3.11). En ellas, los marcadores estan

dispuestos de forma que la distancia entre ellos es invariante durante la ejecucion

de los movimientos y estan ubicados de forma que no se encuentran alineados entre

sı. Los clusters se ubican en la parte superior anterior del tronco, en el brazo y el

antebrazo (proximo al extremo distal (la muneca)).

Figura 3.11: Cluster de 3 marcadores utilizados para la estimacion de la orientacion del segmento en el

que estan localizados

Las figuras 3.12(a) y 3.12(b) muestran la localizacion real de los marcadores durante

un estudio experimental.

41


(a) Plano sagital (b) Plano frontal

Figura 3.12: Localizacion real de los marcadores durante un estudio experimental.

3.2.3. Determinacion de la geometrıa y orientacion de los segmentos

Cada segmento del modelo se define por un extremo proximal y uno distal y un clus-

ter de marcadores para estimar su orientacion en el espacio. Cada segmento se considera

un solido rıgido formado por una estructura de 6 grados de libertad (DoF) (3 DoF para

posicion y otros 3 para orientacion en el espacio), independiente del resto de segmentos

modelados. Para formar la cadena cinematica, los segmentos se unen entre sı mediante

centros de rotacion (Tabla 3.1) en torno a los cuales se calculan los movimientos articula-

res. Los centros de rotacion se calculan como offsets a partir de los marcadores ubicados

en las prominencias oseas (Tabla 3.2). Para cada segmento definido en el modelo el centro

de rotacion se ubica en el extremo proximal (Figura 3.13).

Articulacion Marcador de Segmento de Desplazamiento al centro de rotacion

referencia referencia ML AP Axial

Hombro Acromion Acromion derecho- 0 0 -17 %

Acromion izquierdo

Codo Epicondilo lateral Epicondilo-lateral 0 0 50 %

Epicondilo medial

Muneca Estiloide ulnar Estiloide ulnar- 0 0 50 %

Estiloide radial

Mano 3er MCF MCF-Muneca 0 30 % 0

Tabla 3.2: Posicion relativa de los centros de rotacion a partir de marcadores ubicados en prominencias

oseas. MCF-Metacarpofalangeal

Las caracterısticas y propiedades inerciales de cada segmento modelado en el software

Visual3D [90] dependen de la figura geometrica que lo modela (Tabla 3.3). Para

la aplicacion real en un sujeto, se hace un escalado del modelo con las medidas

antropometricas del sujeto, como la talla y el peso. Cada segmento corporal modelado

es una fraccion del peso total del sujeto. El tronco supone un 35,5 % del peso total; el

brazo un 2,8 %; el antebrazo un 1,6 % y la mano un 0,6 % [97].

42


Figura 3.13: Segmento del brazo en el modelo implementado. La figura muestra los extremos proximal

y distal del segmento, el centro de rotacion del humero estimado a partir de offsets relativos al marcador

ubicado en el acromion, y el cluster de marcadores.

Segmento Masa Figura Valores inerciales

( % masa corporal) Ixx Iyy Izz

Tronco 35,5 Cilindro 0,609 0,321 0,462

Brazo derecho 2,8 Cono 0,020 0,001 0,020

Antebrazo derecho 1,6 Cono 0,008 0,000 0,008

Mano 0,6 Elipsoide 0,002 0,000 0,002

Tabla 3.3: Caracterısticas de los segmentos corporales modelados como solidos rıgidos.

Los modelos biomecanicos son aproximaciones en las que hay que tener presentes las

posibles fuentes de error:

Una de ellas son los errores instrumentales. Son errores sistematicos y aleatorios

debidos al proceso de medicion como la calibracion de las camaras, el filtrado y

suavizado de los datos de posicion de los marcadores [98].

Otra fuente de error es el desplazamiento de los marcadores sobre la superficie de la

piel y el movimiento relativo entre marcadores debido a la deformacion de los tejidos

blandos [99].

Otra consiste en las imprecisiones en la forma de obtener los centros de rotacion

[100]. Existe un estudio en el que han introducido perturbaciones de ±1cm en torno

a cada uno de los ejes del marcador del acromion y las diferencias que han detectado

en la estimacion de los angulos es < 5o en todos los ejes [86].

No se tiene evidencia de datos estadısticos acerca del espesor del tejido subcutaneo.

No obstante, al ubicarse los marcadores en prominencias oseas, este tejido es muy delgado

43


y se considera despreciable. La posicion relativa de los centros de rotacion con respecto a

determinados marcadores se muestran en la Tabla 3.2. La magnitud de los offsets cuando

es posible se calcula como un porcentaje de la distancia entre marcadores. Esto facilita los

calculos y evita la necesidad de tomar medidas especıficas en cada sujeto [86].

Cada segmento modelado posee un sistema de referencia local localizado en el extremo

proximal del mismo. Ademas, cada segmento posee otro sistema de referencia adicional

para describir el movimiento del segmento, definido a partir de tres marcadores no co-

lineales entre sı que forman un cluster [101]. En este estudio se ha optado por el uso de

clusters de tres marcadores (Figura 3.11) porque su uso, como marcadores de movimiento

del segmento donde esten localizados, minimiza el desplazamiento relativo entre marca-

dores y minimiza los artefactos debidos a la deformacion de los tejidos blandos [99, 102].

Existe evidencia de estudios que han optado por esta practica [32] y otros que la han

rechazado [86].

3.2.4. Secuencia de rotacion

El sistema de referencia global se ha tomado en el suelo del laboratorio. Para la elec-

cion de los ejes se ha tenido en cuenta las recomendaciones de la ISB (International

Society of Biomechanics) en cuanto al modelado de MS [103]. Los ejes elegidos son: X

antero-posterior, positivo en sentido anterior; Z medio-lateral, positivo en sentido lateral;

Y axial, positivo en sentido proximal. Estos ejes no se corresponden con los que forman el

sistema de coordenadas por defecto de los equipos Codamotion [96] y Visual3D [90].

El metodo matricial es la herramienta matematica basica usada para calcular la po-

sicion, y el movimiento y orientacion del cuerpo con respecto a un sistema de referencia.

Cuando un sistema de referencia se relaciona con otro mediante una traslacion y rotacion,

y ademas, las coordenadas del punto P en el sistema de referencia local son conocidas

(Px, Py, Pz), las coordenadas del punto P con respecto al sistema de referencia global se

obtienen segun las formulas 3.1 y 3.2.

[PG] = [LG] + [R]P (3.1)

PXPYPZ

=

LXLYLZ

+

cosXx cosXy cosXz

cosYx cosYy cosYzcosZx cosZy cosZz

Px

PyPz

(3.2)

Sin embargo, este metodo no posee una interpretacion inmediata del movimiento re-

lativo entre dos cuerpos. Nueve cosenos directores son redundantes porque la posicion y

orientacion de un cuerpo en el espacio se puede describir con un numero menor de angulos.

Basta con determinar tres angulos independientes, correspondientes a tres angulos rota-

cionales, que se denominan angulos de Euler.

44


Este metodo se ha utilizado en varios estudios de analisis del movimiento del MS

[32, 86, 104].

En esta investigacion, el movimiento de cada DoF en las articulares involucradas se

calcula mediante descomposicion de los angulos de Tait-Bryan, a partir de una secuencia

de rotacion en torno a los ejes definidos. La ISB ha publicado recomendaciones a este

respecto aunque, a menudo, no poseen una interpretacion intuitiva [103]. En la literatura

no hay consenso en la eleccion de la secuencia de rotacion [86] quedando a eleccion del

investigador en funcion del movimiento analizado y los resultados obtenidos, teniendo en

cuenta que, las rotaciones en el espacio tridimensional no son conmutativas, y el resultado

global depende del orden seguido.

Los estudios realizados para analizar la marcha humana sugieren una secuencia de

rotaciones, practica desde el punto de vista clınico. En la marcha humana los cambios

mas importantes se producen en el movimiento de flexion-extension (plano sagital) por

lo que la primera rotacion se produce en torno a este eje (plano sagital). Posteriormente,

se tiene en cuenta el movimiento de acercarse o alejarse con respecto al plano sagital

(movimiento de abduccion-aduccion) y, por ultimo, la rotacion en torno al eje longitudinal.

Parece razonable que en los estudios de MS se pudiese seguir una secuencia similar. En esta

investigacion, esta secuencia se corresponde con los ejes ZX’Y” que estimarıa, por ejemplo,

el movimiento del humero con respecto al tronco. La secuencia de rotacion se traduce en

una matriz de 3x3 formada por expresiones matematicas que son una combinacion de los

cosenos directores entre los ejes de los dos sistemas de referencia (Ecuacion 3.3).

[R] = RZRXRY =

cosα − sinα 0

sinα cosα 0

0 0 1

1 0 0

0 cosβ − sinβ

0 sinβ cosβ

cos γ 0 sin γ

0 1 0

− sin γ 0 cos γ

(3.3)

[R] =

R11 R12 R13

R21 R22 R23

R31 R32 R33

=

=

cosα cos γ − sinα sinβ sin γ − sinα cosβ cosα sin γ + sinα sinβ cos γ

sinα cos γ + cosα sinβ sin γ cosα cosβ sinα sin γ − cosα sinβ cos γ

− cosβ sin γ sinβ cosβ cos γ

(3.4)

De esta matriz de cosenos directores se pueden extraer los angulos independientes

α, β y γ en torno a los ejes Z, X e Y respectivamente.

El termino mas simple por el que empezar es:

R32 = sinβ ⇒ β = asin(R32) (3.5)

Hay 3 casos posibles:

Caso 1: Si β ∈ (−π/2, π/2), entonces cosβ 6= 0

45


R31 = − sin γ cosβ

R33 = cos γ cosβ

}⇒ γ = atan2(−R31, R33) (3.6)

R12 = − cosβ sinα

R22 = cosβ cosα

}⇒ α = atan2(−R12, R22) (3.7)

Caso 2: Si β = −π/2, entonces cosβ = 0 y sinβ = −1

La matriz de rotacion queda como:

R =

R11 R12 R13

R21 R22 R23

R31 R32 R33

=

cosα cos γ + sinα sin γ 0 cosα sin γ − sinα cos γ

sinα cos γ − cosα sin γ 0 sinα sin γ + cosα cos γ

0 −1 0

(3.8)

A partir de las propiedades trigonometricas basicas, la matriz R queda:

R =

cos(γ − α) 0 sin(γ − α)

− sin(γ − α) 0 cos(γ − α)

0 −1 0

⇒ γ − α = atan2(R13, R11) (3.9)

Caso 3: Si β = π/2, entonces cosβ = 0 y sinβ = 1

La matriz de rotacion queda como:

R =

R11 R12 R13

R21 R22 R23

R31 R32 R33

=

cosα cos γ − sinα sin γ 0 cosα sin γ + sinα cos γ

sinα cos γ + cosα sin γ 0 sinα sin γ − cosα cos γ

0 1 0

(3.10)

A partir de las propiedades trigonometricas basicas, la matriz R queda:

R =

cos(γ + α) 0 sin(γ + α)

sin(γ + α) 0 − cos(γ + α)

0 1 0

⇒ γ + α = atan2(R13, R11) (3.11)

Debido a las expresiones matematicas, puede darse una particularidad que afecta a la

estabilidad del sistema e invalida la secuencia de rotacion de los angulos de Tait-Bryan en

determinadas aplicaciones. Si desde la posicion anatomica se abduce el brazo 90o (supone

una rotacion de -90o alrededor del eje X), el eje longitudinal Y queda alineado con el de

flexion inicial Z (Figura 3.14). Si con la secuencia de rotacion elegida se descompone el mo-

vimiento en sus proyecciones sobre los ejes, el movimiento de flexion queda indeterminado

por el efecto conocido como gimbal lock, que consiste en una serie de posiciones singula-

res. El gimbal lock supone la perdida de un grado de libertad cuando dos ejes se quedan

alineados. Por esta razon, el orden a elegir para realizar las rotaciones de los angulos de

Euler depende de la aplicacion concreta y el movimiento que se quiere analizar.

46


Figura 3.14: a) Brazo en posicion anatomica y representacion de los ejes del brazo. b) Movimiento de

abduccion de 90o (-90o en torno eje X)

3.3. Validacion del modelo

La riqueza de movimiento que permite el MS, influye en que estos estudios resulten

escasos frente a los realizados para el analisis de la marcha. Ademas, condiciona aspectos

concretos de los modelos biomecanicos como los referentes a la secuencia de rotacion para

la estimacion de los movimientos articulares. Este aspecto, unido a que muchas de las

herramientas software de analisis requieren licencia, dificulta la posibilidad de encontrar

un modelo con el que poder validar los modelos desarrollados.

OpenSim es una herramienta software open source que permite hacer simulaciones

mediante algunos modelos musculoesqueleticos que estan disponibles a la comunidad

cientıfica [92]. En relacion al modelado de MS existen en OpenSim dos modelos que se

pueden usar:

Un modelo extremadamente complejo desarrollado en la universidad de Stanford en

el que se han modelado 15 DoF para analizar la cinematica del hombro, codo, muneca

y dedos pulgar e ındice; y, 50 grupos musculares involucrados en el movimiento de

estas articulaciones [105]. Este modelo no esta desarrollado a partir de marcadores

de superficie con lo que no se puede usar en esta investigacion, teniendo en cuenta

que con OpenSim no es posible editar los modelos y hacer modificaciones en ellos.

Para ello es necesario el software SIMM que requiere licencia.

Modelo arm26 de OpenSim. Se trata de un modelo muy simple en el que se han

modelado 2 DoF correspondientes a la flexion-extension del hombro y del codo,

y 6 grupos musculares involucrados en estas articulaciones (Figura 3.15). Aunque

este modelo tampoco se puede editar ni modificar, esta desarrollado a partir de 3

marcadores de superficie que precisamente son 3 de los marcadores que se usan

en el modelo biomecanico desarrollado en esta investigacion. Los datos crudos

del movimiento adquiridos con el equipo de fotogrametrıa Codamotion se pueden

47

3.3. Validacion del modelo

importar a este modelo de OpenSim y al desarrollado con Visual3D y validar ası los

2 DoF (flexion-extension del hombro y del codo).

Figura 3.15: Modelo biomecanico de MS desarrollado con OpenSim de 2 DoF y 6 musculos

En el estudio experimental de validacion han participado 6 sujetos sanos en los que se

han analizado los movimientos analıticos de flexion-extension del codo. Las figuras 3.16

y 3.17 muestran la simulacion de 3 movimientos para un sujeto sano elegido de forma

aleatoria.

Figura 3.16: Evolucion temporal del movimiento de flexion-extension del hombro realizado por un sujeto

sano estimado con ambos modelos (OpenSim y Visual3D)

Para comparar los resultados de los dos modelos se ha aplicado un Test-T. Este test

compara una unica muestra de sujetos analizando si las medias de las dos pruebas reali-

zadas (modelo Visual3D y OpenSim) son iguales con una confiabilidad del 95 %. En caso

de que p < 0, 05, se rechaza la hipotesis nula de igualdad de las medias asumiendo que los

resultados de ambos modelos son distintos. Los resultados se muestran en la Tabla 3.4 en

la que aparecen la diferencia media entre las variables analizadas, el valor del estadıstico

T, la significacion p y la correlacion entre las curvas simuladas con ambos modelos.

48


Figura 3.17: Evolucion temporal de dos movimientos de flexion-extension del codo realizados por un

sujeto sano estimados con ambos modelos (OpenSim y Visual3D)

Diferencia media(std) Valor t p Correlacion

Hombro (o)

Flexion max. -2,97(5,90) -1,596 0,145 0,810

Flexion mın. 2,97(7,02) 1,338 0,214 0,392

ROM -5,95(6,15) -3,05 0,014 0,883

Codo (o)

Flexion max. 1,43(13,60) 0,333 0,747 0,982

Flexion mın. -1,17(12,36) -0,300 0,771 -0,114

ROM 2,60(5,62) 1,464 0,177 0,981

Tabla 3.4: Comparativa de 6 variables cinematicas correspondientes a los dos DoF validados en cada sujeto

(Test t). 6 sujetos sanos participaron en este estudio. Expresados en o se muestran los resultados para los

movimientos de flexion-extension del hombro y del codo: maximo y mınimo de flexion, y desplazamiento

articular (Range of motion (ROM)).

En el movimiento de flexion-extension del hombro los resultados obtenidos sugieren

que las simulaciones con ambos modelos son estadısticamente distintas (p < 0, 05). La

correlacion entre la simulacion con Visual3D y con OpenSim es elevada para el maximo

de flexion y ROM, mientras que es baja en el caso del valor mınimo de flexion.

Para el movimiento de flexion-extension del codo no se han detectado diferencias es-

tadısticamente significativas entre las comparaciones para las variables analizadas. En

cuanto a las correlaciones, estas son muy elevadas en el maximo de flexion y ROM, mien-

tras que no hay correlacion entre la simulacion de Visual3D y OpenSim para el mınimo de

flexion. En la figura 3.17 se aprecia una hiperextension del codo que no se observo durante

la realizacion del movimiento.

Los resultados de ambas simulaciones son satisfactorios. La tendencia entre las curvas

es coincidente practicamente en el movimiento completo (Figuras 3.16 y 3.17).

3.4. Analisis de la AVD de beber de un vaso

Los estudios cinematicos aplicados al analisis del movimiento del MS permiten co-

nocer los requisitos funcionales de determinadas tareas y AVD aplicados a sujetos sanos

49


[29, 30, 31, 32, 33, 34] y a patologıas del SNC que entre sus secuelas producen trastornos

en el movimiento del MS como el ACV [36, 37, 38, 39, 73, 75], PC [41, 42] y LM [43].

En esta investigacion, se ha analizado la AVD de beber de un vaso para conocer los

requisitos funcionales de esta tarea, ası como la desviacion estandar en los movimientos

articulares. Aunque existe evidencia de estudios que analizan varias AVD en sujetos sanos

[29, 31, 33], en esta investigacion se ha elegido la AVD de beber porque es la que, con la

instrumentacion y tecnologıa disponibles, minimiza los errores debidos a la tecnica.

Otro aspecto a tener en cuenta es que el analisis de varias AVD no es el objetivo central

de esta investigacion.

3.4.1. Participantes

El analisis de la AVD de beber se ha realizado en una muestra de 18 sujetos divididos

en 3 grupos: uno de sujetos sanos (n=7) y en dos grupos de personas con LM cervical de

nivel metamerico C6 (n=7) y C7 (n=4). El objetivo es identificar patrones de movimiento

en los tres grupos de sujetos y tener conocimiento de en que medida los desplazamientos

articulares en los grupos de LM difieren del patron de movimiento realizado por el grupo

de sujetos sanos. La Tabla 3.5 muestra las caracterısticas demograficas y funcionales de las

muestras analizadas y la Tabla 3.6 muestra los criterios de inclusion que debıan cumplir

los pacientes que participan en el estudio.

Variables Patron referencia LM C6 LM C7

(n=7) (n=7) (n=4)

Sexo (V)a 3 (42,8) 4 (57,4) 4 (100)

Edad (anos)b 28,0 (5,0) 34,0 (5,0) 30,5 (10,0)

Estatura (cm)b 168,0 (20,0) 175,0 (10,0) 184,0 (10,0)

Peso (Kg)b 65,0 (21,1) 90,2 (7,1) 79,0 (9,1)

Meses lesionb - 8,5 (2,2) 7,5 (1,8)

ASIA (A)a - 3 (33,3) 2 (50)

ASIA (B)a - 4 (66,6) 2 (50)

Indice Motorb 25,0 (0) 13,0 (3,0) 14,5 (2,0)

Tabla 3.5: Caracterısticas demograficas y funcionales de los grupos de sujetos analizados (n=18). a

frecuencia y % para variables categoricas y b media y desviacion estandar para variables continuas

A partir de esta muestra de sujetos, sanos y personas con LM, se hace la propuesta

de los ındices cinematicos, que se presenta en el Capıtulo 4, y se analiza la capacidad dis-

criminativa de los ındices propuestos en el Capıtulo 5. Ademas, el grupo de sujetos sanos

compone el patron de referencia que servira para relativizar el resultado de los ındices

cinematicos (Capıtulos 4-6).

50


Criterios de inclusion

- Edad comprendida entre 16 y 65 anos

- Antiguedad de la lesion medular mayor de 6 meses

- Tener nivel de lesion medular clasificado por la escala ASIA como A o B

- Tener un nivel de LM de los niveles C6 o C7

Criterios de exclusion

- Presentar deformidad, restriccion articular o haber sufrido intervencion quirurgica en alguno de los

miembros superiores antes de la LM

- Presentar alteraciones del equilibrio o dismetrıas por alteraciones neurologicas antes de la LM, o

presentar deficit de agudeza visual

- Presentar un cuadro de polineuropatıa del paciente crıtico en su probable estancia en UCI

- Presentar deficit cognitivo o haber sufrido TCE asociado a la LM

- No firmar el correspondiente consentimiento informado

Tabla 3.6: Criterios de inclusion de los pacientes que participan en el estudio.

3.4.2. Protocolo experimental

El protocolo experimental que se describe en esta seccion, se sigue en todos los estudios

experimentales que se realizan a lo largo de esta investigacion. Para el analisis de la AVD de

beber, se utilizan dos unidades de escaner del equipo Codamotion. La figura 3.18 muestra

la colocacion de cada camara y la ubicacion del sujeto durante las sesiones experimentales.

La ubicacion de las dos unidades de escaner del equipo de fotogrametrıa Codamotion es

aquella que optimiza la realizacion del ensayo evitando la oclusion de marcadores durante

el movimiento. Una de las camaras se posiciona lateralmente y otra en posicion frontal,

ligeramente lateralizada al lado contrario al de experimentacion. La figura 3.19 muestra

el escenario real.

+x

+z

Escaner

Escaner Posición vaso

Figura 3.18: Vista de la configuracion del laboratorio durante una sesion.

51


Figura 3.19: Escenario real de experimentacion para el analisis de la AVD de beber.

Una vez instrumentado con sensores Codamotion, el sujeto realiza la prueba en sedes-

tacion frente a una mesa de dimensiones 120x60 cm regulable en altura. Los sujetos con

lesion medular cervical realizan la actividad en su propia silla de ruedas y los sujetos del

grupo control realizan la actividad en una silla de ruedas convencional, Action3 Invacare,

de configuracion similar a la de los pacientes. Los pies han de estar sobre el reposapies

con un angulo de 90o. El angulo entre el respaldo y el asiento ha de ser de 90-100o. La

distancia del sujeto a la mesa es de 20cm. La mesa ha de ser regulada en altura, de forma

que todos los sujetos partan de la misma posicion de inicio: el brazo ha de estar pegado

al tronco, con el codo flexionado 90o en posicion de pronacion-supinacion neutra y con la

palma de la mano apoyada sobre la superficie de la mesa.

Una vez que el sujeto se encuentra frente a la mesa, se coloca el vaso que ha de mani-

pular a una distancia igual al 75 % del alcance maximo que puede realizar. El objetivo es

evitar posibles compensaciones de tronco durante la realizacion del movimiento solicitado.

El movimiento solicitado en todos los estudios ha sido el de la Actividad de la Vida

Diaria de beber. Dicha actividad esta compuesta de 5 fases de movimiento consecutivas,

delimitadas por eventos, de forma que el evento que marca el fin de una fase se corresponde

con el inicio de la siguiente (Figura 3.20).

De cada sujeto se graban 5 repeticiones completas de la AVD de beber, validas en

cuanto a la visibilidad de los marcadores del equipo Codamotion.

52


Inicio ciclo

Vaso llega boca

Termina beber

Suelta vaso Coge vaso

Fase 1: Alcance

Fase 2: Transporte proximal

Fase 5: Retorno inicio

Fase 4: Transportedistal

Fase 3: Beber

FASES AVD DE BEBER

Figura 3.20: Fases que componen la AVD de beber

3.4.3. Procesamiento y extraccion de resultados cinematicos de la AVD

de beber

El procesamiento de la AVD de beber se realiza mediante el modelo desarrollado en

Visual3D descrito en este capıtulo.

Las Figuras 3.21 y 3.22 muestran la evolucion temporal de los recorridos articulares

del hombro, del codo y la flexion-extension de la muneca para el grupo de sujetos sanos

considerado patron de referencia. En ambas figuras se aprecia mucha dispersion en la eje-

cucion de los movimientos [31, 32, 57].

53


0 20 40 60 80 100−20

0

20

40

60

80ROM: Flexión−extensión hombro

0 20 40 60 80 1000

10

20

30

40ROM: Abducción−aducción hombro

0 20 40 60 80 100−80

−60

−40

−20

0ROM: Rotación externa−interna

Duración ciclo AVD (%)

grados (º)

Duración ciclo AVD (%) Duración ciclo AVD (%)

grados (º)grados (º)

ARTICULACIÓN HOMBRO

Figura 3.21: Recorridos articulares de la articulacion del hombro para los movimientos de flexion-

extension, abduccion-aduccion y rotacion externa-interna. Las curvas en lınea continua corresponden a

la curva media de todos los sujetos y la lınea discontinua corresponde a ± la desviacion estandar

0 20 40 60 80 1000

50

100

150ROM: Flexión−extensión codo

0 20 40 60 80 1000

20

40

60

80ROM: Pronación−supinación antebrazo

0 20 40 60 80 100−40

−30

−20

−10

0

10ROM: flexión−extensión muñeca


grados (º)


ARTICULACIÓN CODO Y MUÑECA

grados (º)grados (º)


Figura 3.22: Recorridos articulares de la articulacion del codo para los movimientos de flexion-extension

y pronacion-supinacion, y la flexion-extension de la muneca. Las curvas en lınea continua corresponden a

la curva media de todos los sujetos y la lınea discontinua corresponde a ± la desviacion estandar

En las Tablas 3.7 y 3.8 se muestra el rango de movimiento (ROM) funcional de la

articulacion del hombro, codo y muneca, correspondiente a la AVD de beber. Los resultados

se muestran para el grupo de sujetos sanos y los dos grupos de pacientes con LM cervical

54


completa motora a nivel de las vertebras C6 y C7, respectivamente. Para detectar posibles

diferencias entre los grupos se ha aplicado el test de Kruskal-Wallis que compara las

medianas de cada una de las variables asumiendo la igualdad de las mismas. En caso de

que p < 0, 05 se rechaza la hipotesis de igualdad pasando a realizar una comparacion por

pares mediante el test U de Mann-Whitney.

Variables cinematicas Patron referencia LM C6 LM C7

(n=7) (n=7) (n=4)

Angulos articulares (o)

Hombro

Flexion max. 63,79(10,59) 66,83(14.28) 69,24(13,37)

Flexion mın. -3,28(15,21) -10,45(8,62) -1,49(4,77)

ROM flexion 68,16(19,27) 78,00(17,41) 68,85(15,32)

Abduccion max. 34,52(7,48) 28,34(10,03) 31,86(10,31)

Abduccion mın. 11,76(11,81) 4,14(7,96) 10,78(9.13)

ROM abduccion 24,08(2,24) 23,04(8,16) 23,83(12,21)

Rot. ext. max. -26,27(23,75) -16,20(28,92) -19,04(36,64)

Rot. ext. min. 47,72(25,52) 53,20(12,36) 49,79(40,28)

ROM rotacion 26,78(9,57) 34,40(22,72) 33,48(6,37)

Tabla 3.7: ROM del movimiento del hombro durante la AVD de beber de un vaso. Los datos se expresan

como mediana (rango intercuartil). En negrita se resaltan las variables en las que se han encontrado

diferencias estadısticamente significativas del test U de Mann-Whitney (a,b (p < 0, 05), con correccion de

Bonferroni)

Variables cinematicas Patron referencia LM C6 LM C7

(n=7) (n=7) (n=4)

Angulos articulares (o)

Codo

Flexion max. 125,39(23,99) 115,73(7,88) 104,92(27,33)

Flexion mın. 39,48(40,46) 42,09(36,11) 11,77(51,34)

ROM 85,90(25,12) 71,00(40,86) 91.87(75,22)

Pronacion max. 62,97(26,99) 68,60(37,08) 62,94(26,78)

Pronacion mın. 27,16(19,56) 15,25(29,47) 24,63(64,57)

ROM 36,43(9,81) 52,29(26,49) 38,87(47,57)

Muneca

Flexion max. -3,65(19,08)a,b 26,03(19,99)a 32,21(32,76)b

Flexion mın. -22,20(14,12) -42,46(41,63) -32,92(41,18)

ROM 17,46(6,91)a,b 56,77(28,45)a 69,80(39,53)b

Tabla 3.8: ROM del movimiento del codo y muneca durante la AVD de beber de un vaso. Los datos

se expresan como mediana (rango intercuartil). En negrita se resaltan las variables en las que se han

encontrado diferencias estadısticamente significativas del test U de Mann-Whitney (a,b (p < 0, 05), con

correccion de Bonferroni)

55


Las diferencias mas importantes entre los grupos analizados se producen en el movi-

miento de flexion-extension de la muneca siendo el desplazamiento articular mayor en los

dos grupos de pacientes debido a que personas con LM realizan estrategias de compensa-

cion para completar la AVD de forma satisfactoria.

Una vez analizada la AVD, el software Visual3D permite la creacion de informes

graficos con los desplazamientos articulares, las curvas de velocidad, etc durante la

realizacion de una determinada tarea (Figura 3.23).

Figura 3.23: Informe de resultados graficos en relacion a recorridos articulares (curvas azules), velocidad

angular de las articulaciones (curvas verdes) y velocidad de la mano (curva roja) creado con Visual3D. Los

graficos mostrados corresponden a al analisis del movimiento de un sujeto sano durante 5 repeticiones de

la AVD de beber

56


La repetibilidad del protocolo experimental propuesto en esta investigacion, se ha ana-

lizado con un estudio en el que han participado 4 sujetos del grupo de sujetos sanos antes

descrito.

Se ha instrumentado a cada sujeto con los marcadores en el tronco y brazo derecho.

Todos los sujetos han realizado 5 repeticiones de la actividad funcional completa (AVD

de beber) siguiendo el protocolo experimental descrito en este capıtulo. Posteriormente,

se han quitado los marcadores y, 10 min despues, se ha vuelto a instrumentar a la misma

persona y se repiten los movimientos. Finalmente, se analizan los datos y la media de las

dos sesiones se compara para ver las diferencias entre ellas. Se ha aplicado un Test-T. Este

test compara una unica muestra de sujetos, analizando si las medias de las dos pruebas

realizadas son iguales con una confiabilidad del 95 %. En caso de que p < 0, 05 se rechaza

la hipotesis nula, de igualdad de las medias, asumiendo que los resultados de ambas prue-

bas 1 y 2 son distintos. Los resultados se muestran en la Tabla 3.9 en la que aparecen la

diferencia media entre las variables analizadas, los lımites del intervalo de confianza (IC),

el valor del estadıstico T y la significacion p.

Diferencia media IC 95( %) Valor T p

Hombro (o)

Flexion max. -2,60 -19,37;13,95 -0,50 0,65

Abduccion max. -1,02 -7,54;5,50 -0,49 0,65

Rotacion externa max. -4,34 -12,87;18,20 -1,62 0,20

Codo (o)

Flexion max. -2,48 -19,37;14,40 -0,46 0,67

Pronacion max. 2,53 -12,33;17,40 0,54 0,62

Muneca (o)

Flexion max. -0,90 -10,30;8,49 -0,30 0,77

Tronco (o)

Flexion max. -1,67 -5,41;2,06 -1,42 0,25

Inclinacion lateral max. -0,49 -3,11;2,12 -0,60 0,59

Tiempo de movimiento (s) -0,21 -0,65;0,22 -1,54 0,22

Velocidad pico alcance (m/s) -0,03 -0,09;0,03 -1,70 0,19

Tabla 3.9: Comparativa de 10 variables cinematicas correspondientes a las dos sesiones realizadas en

cada sujeto (Test t). Un total de 4 sujetos participaron en este estudio

Como resultado del analisis estadıstico, no se han detectado diferencias estadıstica-

mente significativas en las variables analizadas (p > 0, 05) y, como consecuencia, se puede

afirmar que el protocolo experimental y las estimaciones a partir del modelo biomecanico

propuesto son reproducibles.

57

3.5. Discusion

3.5. Discusion

En este capıtulo se ha aportado una vision acerca de las desventajas y retos que po-

seen los estudios de analisis del movimiento del MS frente a los estudios de la marcha.

Los estudios cinematicos del MS resultan, en general, mas complejos que los de la marcha

por varios motivos [88]: (i) la variabilidad del movimiento hace necesaria la seleccion de

tareas funcionales especıficas; (ii) al ser el movimiento del MS de naturaleza no cıclica,

es necesario normalizar la duracion de los movimientos y protocolizar los mismos; (iii) la

complejidad de la articulacion del hombro, hace que la mayor parte de los estudios no

tengan en cuenta el movimiento de la escapula y la clavıcula, por ser localizaciones practi-

camente inaccesibles a partir de marcadores colocados sobre la superficie de la piel.

Se ha descrito el modelo biomecanico de MS desarrollado para el analisis del movi-

miento durante la AVD de beber de un vaso. Numerosos estudios de MS han analizado

varias AVD, normalmente en sujetos sanos, con el objetivo de caracterizar desde el punto

de vista biomecanico los desplazamientos articulares necesarios para realizar de forma sa-

tisfactoria estas actividades [29, 30, 31, 32, 33, 35]. En el contexto de esta investigacion, se

ha escogido solo una AVD porque el objetivo principal consiste en el desarrollo de nuevas

metricas funcionales, que seran aplicadas a esta AVD completa y seran validadas para su

posible uso en el entorno clınico; y, en concreto, se ha elegido la AVD de beber de un

vaso porque con los equipos e instrumentos de medida disponibles, esta actividad es la que

minimiza el error cometido debido a la tecnica, sobre todo, con respecto a la oclusion de

los marcadores de fotogrametrıa [106, 107, 108, 109].

A pesar de las recomendaciones hechas por la Sociedad Internacional de la Biomecani-

ca, por aunar esfuerzos y buscar estandares con respecto al modelado [103], la riqueza

de movimientos del MS dificulta el uso de modelos estandar entre los distintos grupos

de investigacion. El modelo desarrollado para llevar a cabo esta investigacion se ha va-

lidado parcialmente mediante un modelo desarrollado en OpenSim. Pero los estandares

no se deben desarrollar unicamente en torno a los modelos utilizados. Practicamente, no

hay consenso en la comunidad cientıfica en cuanto a los movimientos analizados y a los

protocolos experimentales utilizados. En esta investigacion, se propone un protocolo ex-

perimental para el analisis de la AVD de beber aplicable a sujetos sanos y personas con

LM. La posicion de partida de los sujetos que participan en los estudios experimentales y

fases que componen la AVD de beber es similar a la que propone Murphy en sus estudios

[34, 38], con la excepcion de la distancia a la que esta situado el vaso. En esta investigacion,

el vaso se encuentra ubicado al 75 % del alcance maximo que puede realizar la persona [110].

Los resultados experimentales del analisis de la AVD de beber en sujetos sanos han

mostrado mucha dispersion entre sujetos, debido a la riqueza de los movimientos del MS

[32]. Los recorridos articulares representados graficamente (Figuras 3.16 y 3.17) muestran

que el rango de movimiento funcional de cada una de las articulaciones requerido para

la ejecucion de la AVD de beber es mucho menor que el rango de movimiento fisiologico

[111]. Parece que los desplazamientos articulares medidos no invalidan la aplicacion del

metodo de los angulos de Tait-Bryan, puesto que con la secuencia de rotacion utilizada no

58


aparece el efecto del gimbal lock.

La magnitud de los desplazamientos articulares medidos son bastante parecidos a los

obtenidos por autores que han seguido el mismo protocolo experimental [34, 110]. En esta

investigacion, el grupo de sujetos sanos ha realizado la AVD de beber con, practicamente, el

mismo desplazamiento articular en el movimiento de abduccion-aduccion que los 20 sujetos

sanos del estudio realizado por Murphy [34]. El movimiento maximo de flexion del hombro

ha sido mayor en esta investigacion (aproximadamente 15o mas) siendo esta diferencia

tambien detectada en el recorrido articular para este movimiento (aproximadamente 20o).

El movimiento del codo ha sido muy parecido en el movimiento de flexion-extension,

entre 80 y 90o de recorrido para este movimiento [34, 110]. La forma de las curvas para

los movimientos de flexion-extension y abduccion-aduccion del hombro y para la flexion-

extension del codo son coincidentes con las que presenta Murphy en su estudio (Figuras

3.21 y 3.22). Los movimientos de pronacion-supinacion del antebrazo y flexion-extension

de muneca son parecidos en magnitud a los encontrados por Butler, 30 ± 20o y 20 ± 15o

respectivamente [110] (Tabla 3.8).

3.6. Conclusion

En este capıtulo se ha dado respuesta a las preguntas P2 y P3 formuladas en el capıtulo

1. La transformacion de los datos de posicion en el sistema cartesiano, de cada uno de los

marcadores usados con Codamotion, en datos articulares se realiza con un modelo bio-

mecanico desarrollado con el software Visual3D. Actualmente, este software esta integrado

en algunos equipos opticos de captura de movimiento.

Se tiene evidencia de dos modelos biomecanicos disponibles a la comunidad cientıfica

desarrollados en SIMM/OpenSIM, pero no se adecuan a los requerimientos de esta inves-

tigacion. No obstante, uno de ellos consiste en un modelo bastante simple con el que se

ha podido hacer una validacion parcial del modelo desarrollado.

El modelo desarrollado ha permitido analizar desde el punto de vista cinematico la

AVD de beber de un vaso. Los resultados, en un grupo de sujetos sanos, supone el punto

de partida para la definicion de los ındices cinematicos propuestos en el Capıtulo 4.

59

3.6. Conclusion

60

Capıtulo 4

Propuesta de ındices cinematicos

para la evaluacion del miembro

superior

En este capıtulo se presenta un conjunto de ındices cinematicos que, de forma obje-

tiva, permitan cuantificar el desempeno motor del miembro superior durante la ejecucion

de una tarea especıfica relacionada con Actividades de la Vida Diaria, como es beber de

un vaso. Estos ındices se computan a partir de trayectorias cinematicas y desplazamientos

articulares obtenidos a partir del modelo biomecanico que se ha presentado en el capıtulo

3. Esta investigacion se ha hecho con el proposito de aportar objetividad a las evaluaciones

clınicas actuales. Ademas, el conjunto de ındices complementa y enriquece las evaluaciones

basadas en escalas tradicionales. Los ındices tienen por objetivo cuantificar caracterısticas

del movimiento, que son abstractas y que estan relacionadas con la destreza y la habilidad

del miembro superior (MS), como, por ejemplo, la precision, agilidad o coordinacion del

movimiento.

Los ındices propuestos se disenan con el objetivo principal de que lleguen a ser

herramientas discriminativas de la patologıa, en cuanto a la deteccion de alteraciones en

la funcion del miembro superior (MS) en terminos de las caracterısticas del movimiento

que valoran.

4.1. Introduccion

En el Capıtulo 1 de introduccion se presentaron una serie de deficiencias que se han

detectado en las escalas, que habitualmente se utilizan como instrumento evaluador en el

entorno clınico. En el Capıtulo 2 de revision del estado del arte se presento una revision

del estado del arte en cuanto a metricas objetivas utilizadas para evaluar la funcion del MS.

Las deficiencias detectadas en las escalas clınicas y las caracterısticas de las metricas

funcionales encontradas en la literatura, suponen el punto de partida de esta investigacion

en la que, a partir de reuniones mantenidas con personal clınico, se propone un conjun-

to de metricas o ındices cinematicos que complementan las evaluaciones clınicas actuales

61

4.1. Introduccion

intentando solventar algunas limitaciones de las mismas (Capıtulo 1). Los ındices valoran

caracterısticas del movimiento que en principio no es sencillo cuantificar, como puede ser

la precision o la agilidad en un determinado movimiento.

Los ındices cinematicos propuestos en este capıtulo son empıricos, puesto que su for-

mulacion matematica es el resultado de la observacion de los resultados de estudios expe-

rimentales, y los resultados son relativos a un patron de referencia, obtenido a partir de

mediciones realizadas en sujetos sanos. Los ındices propuestos se desarrollan con el obje-

tivo principal de ser instrumentos capaces de detectar alteraciones en la funcion motora

del MS, aplicados a priori a la LM. Para ello, en este estudio experimental, ha participado

un grupo de sujetos sanos (n=7) que compone el patron de referencia y dos grupos de

personas con LM cervical a nivel de la 6a (n=7) y 7a (n=4) vertebra, respectivamente.

Las caracterısticas demograficas y funcionales de la muestra analizada se presentaron en

el Capıtulo 3.

Ademas, a los ındices se les exige el cumplimiento de ciertos requisitos, definidos a

partir de las limitaciones detectadas en el estado del arte (Capıtulo 2). Balasubramanian

hizo un analisis exhaustivo de la metrica suavidad y expuso que para que una metrica

sea util debe ser valida, consistente, sensible y robusta [77]. En esta investigacion las

propiedades que han de cumplir los ındices desarrollados son:

Ser adimensionales y relativos a un patron de referencia formado por un grupo de

sujetos sanos.

Ser uniformes en el sistema de puntuacion. En todos los ındices propuestos, el valor

100 corresponde a la puntuacion media obtenida para el patron de referencia.

Ser monotonos en cuanto al sentido de crecimiento del sistema de puntuacion.

Una mayor puntuacion en un determinado ındice se asocia a una mayor destreza

o habilidad del MS en la caracterıstica del movimiento medida.

No poseer acotacion en la puntuacion maxima. Es decir, los ındices se definen para

poder obtener una puntuacion superior al 100 %. En este caso, la puntuacion obtenida

indicarıa que el sujeto ha superado al patron de referencia en el ındice concreto en

cuanto a la caracterıstica del movimiento que mide. De esta forma, se evitan las

saturaciones existentes en algunas escalas clınicas [26] que impiden detectar cambios

en la funcion del MS.

No ser costosos desde el punto de vista computacional.

Los ındices propuestos en esta investigacion se dividen en dos grupos:

Indices relacionados con la amplitud del movimiento.

Indices relacionados con la destreza y la habilidad del MS.

Se hace esta distincion porque los ındices relacionados con la amplitud del movimiento,

se calculan, de forma directa, a partir de la cinematica articular obtenida mediante la

aplicacion del modelo biomecanico desarrollado (Capıtulo 3). En cambio, los resultados

62

Capıtulo 4. Propuesta de ındices cinematicos para la evaluacion del miembro superior

para los ındices relacionados con la destreza y la habilidad del MS son producto de un

nuevo procesamiento y tratamiento de los datos cinematicos.

A lo largo de este capıtulo, se proponen las definiciones y las funciones matematicas

para computar los ındices cinematicos.

4.2. Indices relacionados con la amplitud del movimiento

4.2.1. Amplitud articular

El ındice Amplitud Articular (Aart) valora el desplazamiento de las articulaciones del

hombro, codo y muneca, durante la ejecucion de la AVD de beber completa. Namdari ha

definido el rango de movimiento articular funcional como el mınimo rango de movimiento

(ROM) para realizar de forma confortable y efectiva las AVD [29]. En el estudio, se propuso

un analisis del movimiento del hombro en sujetos sanos durante varias AVD. Concluye que

las AVD se realizan de forma satisfactoria con menos rango de movimiento articular que

el movimiento maximo fisiologico permitido [29, 111]. Se han realizado estudios similares

para las articulaciones del codo [112] y la muneca [113].

El ındice Amplitud Articular, (Aart), da informacion cuantitativa acerca del desplaza-

miento articular total, obtenido como el sumatorio del desplazamiento articular realizado

por el sujeto durante el movimiento. Se calcula para todos los 6 grados de libertad del MS

analizados (Capıtulo 3):

Articulacion del hombro. Se computan los movimientos de flexion-extension, abduc-

cion-aduccion y rotacion externa-interna.

Articulacion del codo. Se computan los movimientos de flexion-extension y prona-

cion-supinacion.

Articulacion de la muneca. Se calcula el movimiento de flexion-extension.

Los resultados son relativos al patron de referencia formado por el grupo de sujetos

sanos (n=7) (formula 4.1).

Aart =

N∑DoF=1

ROMDoF

N∑DoF=1

ROMDoFref

100, N = 1 . . . 6 (4.1)

Con el objetivo de conocer como contribuye cada articulacion (hombro, codo y muneca)

a la realizacion de la AVD completa, este ındice se descompone en tres subındices que

expresan el resultado por articulaciones, respecto al patron de referencia, para los grados

de libertad (DoF) que poseen cada una de ellas.

63


Aarth =

N∑DoFh=1

ROMDoFh

N∑DoFh=1

ROMDoFrefh

100, N = 3 (4.2a)

Aartc =

N∑DoFc=1

ROMDoFc

N∑DoFc=1

ROMDoFrefc

100, N = 2 (4.2b)

Aartm =ROMm

ROMrefm

100 (4.2c)

Ası, Aarth , Aartc y Aartm son los ındices Amplitud Articular particularizados para las

articulaciones del hombro, codo y muneca, respectivamente.

4.2.2. Amplitud de alcance

Esta metrica se ha encontrado en la literatura denominada como el rango de movimien-

to activo (AROM, Active Range of Motion en ingles). Se ha descrito en algunos estudios

como una medida de la amplitud espacial de la capacidad del movimiento voluntario de

un sujeto. Esta metrica, normalmente, se computa para movimientos de alcance de un

objetivo y movimientos analıticos [58].

El ındice Amplitud de alcance, (Aalcance), que se propone en esta investigacion es una

medida que cuantifica el alcance maximo realizado por un sujeto durante la ejecucion de

la AVD de beber. De esta forma, se obtiene el alcance maximo funcional realizado por el

sujeto respecto al patron de referencia para el movimiento analizado.

Se calcula a partir del marcador localizado en la cabeza del tercer metacarpiano que

define la trayectoria que sigue la mano durante el movimiento.

Debido a que cada persona tarda un tiempo determinado en completar la actividad,

las trayectorias se han interpolado a una duracion de un numero determinado de muestras

(N). El valor de N ha de ser mayor que el tamano muestral que compone el movimiento

analizado, con el objetivo de poder comparar todas las trayectorias entre sı.

Se ha escogido un valor N=5000, porque a la frecuencia de muestreo del equipo Coda-

motion, 200 Hz, esta N supone 25 s de movimiento que es un tiempo superior al requerido

por las personas con LM para realizar un ciclo completo de la AVD de beber.

Si sx[n], sy[n] y sz[n] son los vectores que contienen la evolucion temporal de la posicion

de la mano durante el movimiento en las coordenadas X, Y y Z respectivamente, el modulo

de la posicion de la mano durante el movimiento, se calcula con la ecuacion 4.3:

64


s[n] =√s2x[n] + s2y[n] + s2z[n], 0 ≤ n ≤ N (4.3)

A lo largo de esta investigacion, el modulo de la posicion de la mano durante el

movimiento sera llamado trayectoria del movimiento. En la Figura 4.1 se muestra la

trayectoria de la mano de varios sujetos durante la realizacion de un ciclo completo de la

AVD de beber.

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 1000

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

Tiempo normalizado (%)

Tra

yect

ori

a d

e la

man

o (

m)

Trayectoria de la mano de distintos sujetos durante un ciclo de la AVD de beber

Figura 4.1: Trayectorias de la mano de tres sujetos durante un ciclo completo de la AVD de beber. La

curva negra corresponde a un sujeto sano y la verde y roja a dos personas con LM cervical

A partir de la trayectoria de un sujeto se calcula el ındice Amplitud de Alcance,Aalcance,

determinando el maximo de esta trayectoria medido en m (Figura 4.2). El resultado final

del ındice es relativo al maximo de la trayectoria media del patron de referencia (Formula

4.4).

Aalcance =max {s[n]}max {sref [n]}

100 (4.4)

65


0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 1000

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

X: 52.83Y: 0.5385

Trayectoria media del patrón de referencia


Tra

yect

oria

de

la m

ano

(m)

Figura 4.2: Trayectoria de referencia obtenida como la media de todas las trayectorias realizadas por el

grupo de sujetos sanos que compone el patron de referencia

66


4.3. Indices relacionados con la destreza y la habilidad del

miembro superior

4.3.1. Precision

Definicion

El ındice Precision (P) debe valorar la desviacion de la trayectoria real de la mano

realizada por un sujeto durante el movimiento completo de la AVD de beber, respecto a

la trayectoria de referencia que corresponde a la media de las trayectorias realizadas por

un grupo de sujetos sanos, que se ha considerado patron de referencia (Figura 4.2).

La metrica precision se ha aplicado, en estudios previos, a movimientos de alcance

de un objetivo en los que se considera como trayectoria de referencia la lınea recta entre

los puntos de inicio y fin del movimiento de la mano. Estos estudios valoran la precision

como la desviacion entre ambas trayectorias muestra a muestra [45, 46]. El valor final de

precision es la desviacion media a lo largo de la trayectoria medida en m [45].

El ındice Precision que se propone en esta investigacion se calcula a partir de la tra-

yectoria real que realiza una persona (Figura 4.1) y la media correspondiente al patron de

referencia (Figura 4.2), mostradas en la definicion de la metrica Aalcance. Todas las trayec-

torias se interpolan a la misma duracion (N = 5000 muestras), acordada en la descripcion

de los ındices relativos a la amplitud del movimiento.

El ındice Precision se calcula a partir del vector de distancias (d[n]) entre la trayectoria

real realizada por el sujeto (s[n]) y la trayectoria media relativa al patron de referencia

(sref [n]) (formula 4.5).

d[n] = |s[n]− sref [n]| 0 ≤ n ≤ N (4.5)

A partir del vector de distancias (d[n]) se calcula la distancia media (dmed) entre ambas

trayectorias (ecuacion 4.6):

dmed =

N∑n=1

d[n]

N(4.6)

Partiendo de estas premisas para el calculo de la metrica Precision, se presentan dos

propuestas que se enuncian a continuacion:

Formulacion matematica: propuesta 1

El ındice Precision, P, se obtiene a partir de la ecuacion 4.7:

P = 100− Perror (4.7)

67

4.3. Indices relacionados con la destreza y la habilidad del miembro superior

donde Perror es una combinacion lineal de los parametros dmed (ecuacion 4.6) y dmax(ecuacion 4.9):

Perror = dmed

(1 +

dmeddmax

)(4.8)

dmax = max {d[n]} (4.9)

Esta formulacion del ındice Precision no cumple el requisito de ser adimensional,

puesto que el resultado final de la misma sigue expresado en unidades de distancia (m).

Ademas, resultarıa posible encontrar trayectorias muy diferentes entre sı, que difieran en

magnitud y forma con respecto a la trayectoria media del patron de referencia (Figura

4.2), que tuviesen igual o muy parecidas dmax y dmed. En estos casos, se pueden obtener

resultados similares para la metrica global Precision. Como consecuencia es difıcil poder

detectar diferencias entre sujetos, en el ındice Precision, a partir de esta formulacion. Estos

tres aspectos sugieren la propuesta de una formulacion alternativa para el ındice global

Precision.

Formulacion matematica: propuesta 2

Esta propuesta alternativa, ademas de considerar la trayectoria media del patron de

referencia, tiene en cuenta una banda de dispersion que se considera aceptable en torno

a la trayectoria media (Figura 4.3). Se incluye la banda de dispersion en la formulacion

del ındice porque la ejecucion de tareas funcionales del MS esta sujeta a una elevada

variabilidad, incluso en poblacion sana [32].

68


0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100−0.1

0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7T

raye

cto

ria

de

la m

ano

(m

)Trayectoria referencia de la mano


Figura 4.3: Trayectoria media del patron de referencia (lınea continua) y banda de desviacion considerada

aceptable (lınea discontinua)

La nueva formulacion propuesta tiene en cuenta la magnitud de la desviacion entre

trayectorias, dmed, y la forma de las mismas, componiendose de la combinacion de tres

parametros, α, ρ y BN (ecuacion 4.10):

P = α · ρ ·BN (4.10)

α es una funcion dependiente de la distancia media entre trayectorias; ρ valora la

tendencia entre la trayectoria real que realiza el sujeto y la media del patron de referencia,

en terminos del coeficiente de correlacion de Pearson; y BN se calcula a partir del numero

de muestras de la trayectoria, n, en que la trayectoria real cae dentro de la banda de

dispersion que se considera aceptable (ecuacion 4.11).

BN =n

N100 (4.11)

El calculo del ındice Precision a partir de la formula 4.10 es adimensional. El

resultado final del ındice, Pnorm, se expresa normalizado segun el valor de referencia,

Pref correspondiente a la precision media obtenida para el grupo de sujetos sanos:

Pnorm =P

Pref100 (4.12)

A continuacion se detalla cada parametro, α, ρ y BN, a partir de los cuales se calcula

el ındice Precision:

69


α es una funcion dependiente de la magnitud de la distancia media (dmed), medida

en m, entre la trayectoria real y la de referencia. Se define con el objetivo de

conseguir un ındice global adimensional eliminando las unidades de distancia (m).

El parametro α toma valores en el intervalo [0′25, 1] y, se proponen dos posibles

funciones para su calculo, teniendo en cuenta que han de ser funciones decrecientes

a medida que aumenta dmed. Ası, una dmed mayor, debida a una mayor desviacion

entre trayectorias, se corresponde con una menor puntuacion en el ındice Precision:

• La primera funcion del parametro α que se propone, se define como una funcion

exponencial decreciente en funcion de dmed entre la trayectoria real de un sujeto

y la de referencia:

α = αmin + (1− αmin)e−β·dmed (4.13)

El valor αmin se ha acotado en 0,25 para evitar que el resultado global del ındi-

ce resulte demasiado penalizador. De acuerdo a la formula propuesta, cuando

dmed tiende a 0 el parametro α es 1; y, cuando dmed tiende a ∞ el parametro α

es αmin.

Estos valores del parametro α son independientes del valor que adopte β. La

funcion α se termina de definir con la eleccion del parametro β (constante de

decaimiento), que dependiendo del valor que adopte, hara que el decrecimiento

de la funcion exponencial sea mas o menos rapido.

Teniendo en cuenta la ecuacion 4.13, la figura 4.4 representa la funcion α en

funcion de dmed, para distintos valores de β.

En la figura 4.4 se observa que cuanto mayor es la constante de decaimiento,

β, mas rapido decrece la funcion exponencial. Con los valores β = 5 y β = 6 la

funcion decrece muy rapido para desviaciones muy pequenas entre las trayec-

torias real y de referencia. Estos dos valores de β no resultan adecuados porque

el parametro α se convierte en un termino muy penalizador para la puntuacion

global del ındice. Se ha escogido β = 3 para que el decaimiento de la funcion

α sea mas lento, pero con efectos apreciables en los resultados del ındice global

Precision.

70


0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 0.35 0.4 0.45 0.50.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

1

Distancia media (dmed

) (m)

αEvolución de α en función de la distancia media

β=3

β=2

β=1

β=6β=4β=5

Figura 4.4: Parametro α en funcion de la dmed para distintos valores de β entre 0,5 y 6. El decaimiento

de la funcion exponencial es mas rapido a mayor valor del parametro β.

• La segunda funcion que se propone del parametro α, se define a partir de

una funcion sigmoide en funcion de dmed. La funcion se ha acotado para que

αmin = 0, 25 y se ha desplazado para que el valor α = 1 corresponda a valores

de distancias en torno a dmed = 0 (Figura 4.5). La funcion esta definida en el

intervalo [0,∞) por la siguiente ecuacion:

α = αmin + (1− αmin)1

1 + eβ1(dmed−θ)(4.14)

donde θ es el valor central o sesgo.

La expresion de α como una funcion exponencial (β = 3) muestra un decaimiento de

dicho parametro incluso en valores pequenos de dmed (dmed < 0, 05m) entre ambas

trayectorias, la real del sujeto respecto a la trayectoria de referencia.

Sin embargo, la expresion de α como una funcion sigmoide muestra un decaimien-

to muy suave para valores pequenos de dmed, (dmed < 0, 1m) que progresivamente,

a medida que aumenta dmed, se hace mas abrupto para luego converger al valor

αmin = 0, 25 en torno a valores dmed ≈ 0, 5m (Figura 4.5). Para el calculo de la

metrica Precision se propone la formulacion de α a partir de la funcion sigmoide

porque resulta menos penalizadora para valores pequenos de dmed entre trayectorias.

Para un valor β1 = 20 se obtiene un valor central, θ = 0, 25. Considerando θ fijo, en

la Figura 4.5 se muestran varias funciones sigmoide para distintos valores de β1. Para

71


0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 0.35 0.4 0.45 0.50

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

1

Distancia media (dmed

) (m)

α

Parámetro α en función de β1

β1=10

β1=15

β1=20

β1=25

β1=30

αmin=0,25

Figura 4.5: Funcion sigmoide para definir el parametro α. Se muestran varias curvas para distintos valores

de β1.

72


valores mas pequenos de β1, por ejemplo, β1 = 10, la funcion sigmoide practicamente

es una funcion lineal. En cambio, a medida que aumenta β1, el decaimiento de la

funcion es mas abrupto. Se ha elegido el valor β1 = 20 para definir el parametro α

porque, para este valor, un aumento en dmed queda reflejado en un menor α que no

resulta demasiado penalizador.

En la Figura 4.6 se muestra el rango de valores que ha tomado el parametro α,

aplicado a la muestra de sujetos analizada (un grupo de sujetos sanos y dos de

personas con Lesion Medular (Capıtulo 3)), definido a partir de la funcion sigmoide.

El diagrama de caja en el grupo de Lesion Medular C6 es mas ancho y no se solapa

con los diagramas de caja correspondientes al patron de referencia y al grupo de LM

C7. De esta forma, se refleja el caracter discriminativo del parametro α entre los

sujetos sanos y LM C7 con el grupo de LM C6.

Figura 4.6: Variacion del parametro α, en la forma sigmoidal, en cada uno de los grupos analizados

La segunda componente de la formula para el calculo del ındice Precision es la funcion

ρ correspondiente al coeficiente de correlacion entre ambas curvas. Este parametro

proporciona sensibilidad al ındice Precision en su conjunto, detectando desviaciones

respecto al patron de referencia en la forma de la trayectoria. Se calcula mediante el

coeficiente de Pearson definido de la siguiente formula:

73


ρ =

N

N∑n=1

s[n]sref [n]−N∑

n=1

s[n]

N∑n=1

sref [n]

√√√√N

N∑n=1

s2[n]−

(N∑

n=1

s[n]

)2√√√√N

N∑n=1

sref2[n]−

(N∑

n=1

sref [n]

)2(4.15)

donde s[n] es la trayectoria real y sref [n] la trayectoria correspondiente al patron de

referencia.

El valor de ρ oscila entre 0 y 1 dando informacion acerca de la tendencia de creci-

miento/decrecimiento entre ambas curvas.

La variacion del coeficiente de correlacion de Pearson en cada muestra de sujetos

analizada queda reflejada en la figura 4.7. El diagrama de caja es mas ancho en

el grupo de Lesion Medular C6. El diagrama de caja para el grupo de los sujetos

sanos y de Lesion Medular C7 es mas estrecho y ambos, no se encuentran totalmente

solapados. En este caso, queda reflejada la capacidad discriminativa del parametro

ρ.

Figura 4.7: Variacion del parametro ρ (Coeficiente de correlacion de Pearson) en cada uno de los grupos

analizados

La tercera componente del ındice Precision es el parametro BN que adopta valores

en el intervalo [0, 100] indicando el porcentaje de la duracion del movimiento en el

que la trayectoria real de la mano durante un ciclo completo de la AVD de beber

se encuentra dentro de la banda de dispersion considerada aceptable en torno a la

trayectoria media.

74


La figura 4.8 muestra el estudio realizado para la eleccion de la anchura de la banda

de dispersion en torno a la trayectoria de referencia sref [n].

0 0.5 1 1.5 2 2.5 30

20

40

60

80

100

120

Número de veces la desviación estándar en torno a la trayectoria media

Pre

cisi

ón (

P)

(%)

Índice Precisión para varias bandas de dispersión

Precisión patrónreferencia

Figura 4.8: Analisis de la magnitud de desviacion estandar considerada aceptable. Los valores de precision

se han obtenido, para cada sujeto, para n veces (n=[1, 1’5, 2, 2’5, 3]) la desviacion estandar (eje de abscisas),

con los parametros α y ρ calculados en cada sujeto. El eje de ordenadas muestra el valor de precision para

sujetos sanos y los dos grupos de personas con LM. En el valor P=100 aparece una lınea horizontal negra,

que corresponde a la puntuacion del patron de referencia. Un sujeto con una precision mayor de 100 indica

que su rendimiento ha sido mejor que el patron de referencia

En dicha figura, el eje de abscisas se corresponde con el numero de veces la desviacion

estandar en torno a la trayectoria media. El eje de ordenadas representa la precision

obtenida en % segun el patron de referencia. Se puede apreciar que la precision se

ha calculado para cada sujeto en cada uno de los valores 1, 1’5, 2, 2’5 y 3 veces la

desviacion estandar para un grupo de sanos (azul), personas con lesion medular C6

(rojo) y de momento un C7 (negro). Una lınea negra marca el valor 100 del ındice

precision como lo ideal a conseguir teoricamente en un sujeto sano. Analizando la

grafica se extraen conclusiones interesantes:

• Aumentando la banda de desviacion el valor del ındice precision aumenta en

todos los sujetos analizados, sanos y pacientes.

• Con una desviacion tıpica σ = 2 en el grupo de sujetos sanos se consigue un

valor de precision proximo a 100 e incluso superior y la desviacion dentro del

grupo de sanos es menor.

75


• Con valores σ > 2, los resultados de la metrica Precision se saturan para el

grupo de sujetos sanos. En el caso de los grupos de sujetos con tetraplejia estos

valores son mas elevados que en el caso σ = 2 adoptando la metrica global unos

valores que resultan cuantitativamente demasiado grandes teniendo en cuenta

los deficits funcionales que estas personas poseen por las caracterısticas del tipo

de LM.

Por estas razones en el calculo de la precision se considera aceptable una desviacion

de 2 veces la desviacion estandar.

Los resultados para el parametro BN obtenidos para cada uno de los grupos

analizados se muestran en la Figura 4.9:

Figura 4.9: Variacion de la metrica BN en los grupos analizados.

El diagrama de caja en el grupo LM C6 es mas ancho que los diagramas de los otros

dos grupos (sanos y LM C7). En la Figura 4.9, se observa que este parametro es capaz

de discriminar entre las tres poblaciones analizadas. Los diagramas de caja no aparecen

solapados entre sı. Ademas, se trata del parametro que mas penaliza al ındice global

Precision, puesto que se llegan a obtener resultados proximos al 40% en el grupo LM C6.

4.3.2. Agilidad

Definicion

La agilidad en el movimiento se puede definir como la facilidad para ejecutarlo de forma

rapida. No obstante, en el contexto de la rehabilitacion, desde el punto de vista de evaluar

la funcion motora de MS durante una cierta tarea como la AVD de beber, en reuniones

76


mantenidas con personal clınico se ha decidido que no basta con que un movimiento sea

rapido. El movimiento ha de realizarse con una cierta calidad en cuanto a precision. Por

tanto, el ındice Agilidad que se propone en esta investigacion, exige requisitos de velocidad

y precision al movimiento realizado.

El ındice para un sujeto concreto se computa a partir del perfil de velocidad de la

mano en modulo durante el movimiento y del valor obtenido en el ındice Precision antes

descrito. La Figura 4.10 muestra el perfil de velocidad de un sujeto sano durante un ciclo

completo de la AVD de beber. En la curva, se aprecian 4 maximos bien diferenciados

correspondientes al maximo de velocidad en cada una de las fases de la actividad que

conllevan un desplazamiento de la mano (AVD descrita en el Capıtulo 3): fase de alcance,

transporte proximal, transporte distal y retorno a la posicion de inicio.

Formulacion

La formulacion matematica que se propone para el ındice Agilidad (A) tiene en cuenta

requisitos de velocidad (parametros γ y µ) y precision (P) (ecuacion 4.16).

A = γ µ P (4.16)

El parametro γ es funcion del tiempo de movimiento (γ ≡ γ(t)); µ que es funcion de la

diferencia (vdif ) entre la velocidad maxima (vmax) y la velocidad media (vmed) del perfil

de velocidad (ecuacion 4.17). Por tanto vdif ≡ ∆v y µ(∆v).

vdif = vmax − vmed (4.17)

El resultado global del ındice Agilidad se expresa normalizado respecto al patron de

referencia (ecuacion 4.18)

Anorm =A

Aref100 (4.18)

Teniendo en cuenta que para el patron de referencia, Aref = Pref , por ser los

parametros γ y µ iguales a 1, se deduce la ecuacion 4.19:

Anorm = γ µ Pnorm (4.19)

En definitiva,

Anorm(t,∆v) = γ(t) µ(∆v) Pnorm (4.20)

Las Figuras 4.10 y 4.11 muestran ambos parametros, vmax y vmed para un sujeto

sano y uno con LM, respectivamente. Las diferencias observadas entre el perfil sano y el

patologico, motivan a usar los parametros de velocidad para el calculo del ındice Agilidad.

77


0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 1000

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9Perfil de velocidad de un sujeto sano

vmax

Duración del movimiento (%)

v (m/s)

vmed

Figura 4.10: Perfil de velocidad de la mano de un sujeto sano durante un ciclo completo de la AVD de

beber

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 1000

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

1.4

vmax

v (m/s)

Perfil de velocidad de un paciente con LM


vmed

Figura 4.11: Perfil de velocidad de la mano de un sujeto con LM durante un ciclo completo de la AVD

de beber

78


El parametro γ es un termino adimensional que contribuye de forma positiva o nega-

tiva al ındice Agilidad en funcion de que su valor sea mayor o menor que 1. Adopta

un valor γ(t) ∈ [0, 1′2) que es mas pequeno cuanto mayor es el tiempo que tarda un

sujeto en realizar un ciclo completo de la AVD de beber. El valor γ = 1 corresponde

al caso en el que el tiempo que ha tardado el sujeto es igual al tiempo de ejecucion

de la tarea correspondiente al patron de referencia, tref . Se permite la posibilidad

de γ > 1 para premiar a aquella persona que realice la actividad correctamente en

menos tiempo que el patron de referencia.

La funcion γ se define mediante la siguiente ecuacion lineal en funcion del tiempo

(ecuacion 4.21) donde β2 es un parametro cuyo valor hay que seleccionar.

γ(t) = 1 + β2

(1− t

tref

)(4.21)

La funcion γ se representa en la Figura 4.12 para distintos valores de β2.

0 5 10 15 20 25 30 35 40 450

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

1.4

1.6

1.8

2

γ(t)

Parámetro γ en funcion de β2

β2=1/20

β2=1/10

β2=1/5

β2=2/5

β2=4/5

tref Tiempo (s)

Figura 4.12: Evolucion del parametro γ en funcion del tiempo (t) de ejecucion de un ciclo completo de

la AVD de beber.

γ ha de ser mayor que 0. Por tanto, de la ecuacion 4.21 se deduce la ecuacion 4.22

79


t < tref

(1 + β2β2

)(4.22)

Para valores pequenos de β2, por ejemplo, β2 =1

20o β2 =

1

10, la recta que define

γ(t) tiene muy poca pendiente. Teniendo en cuenta que personas con LM han llegado

a tardar hasta 20 s en ejecutar un ciclo completo de la AVD, para estos valores de

β2, el termino γ(t) es muy poco penalizador.

Para β2 =4

5, como γ ha de ser mayor que 0, el tiempo maximo de ejecucion de la

tarea es aproximadamente 15s. En ocasiones, personas con trastornos motores de los

MS requieren mas tiempo para ejecutar un ciclo del movimiento. Por tanto, β2 =4

5no es valido.

Si β2 =2

5, el tiempo maximo es aproximadamente 24s, tiempo suficiente para que

personas con LM completen la tarea. Sin embargo, para t = 20s, γ es demasiado

penalizador.

Por tanto, se ha escogido β2 =1

5.

El parametro µ ∈ (0, 1], es tambien adimensional y penaliza el ındice Agilidad.

Valora una especie de aceleracion durante el movimiento, puesto que es funcion del

parametro vdif definido como la diferencia entre la velocidad maxima, vmax y la

velocidad media, vmed (ecuacion 4.17, figura 4.13).

El parametro µ se representa en la figura 4.14. Experimentalmente se ha obtenido

vdifref = 0, 65. µ ≥ 1 cuando vdif ≤ vdifref que es el valor de referencia estimado

de forma empırica a partir de la muestra de sujetos analizada: un grupo de sujetos

sanos y dos grupos de personas con LM cervical (Capıtulo 3). Se usa vdif porque en

los experimentos realizados, en muchos casos adopta un valor representativo entre

sujetos sanos y sujetos con LM. Los sujetos con LM a menudo realizan movimientos

bruscos que se traducen en elevados picos de velocidad, pero por sus caracterısticas

funcionales realizan la actividad completa a velocidad mas lenta (menor vmed), lo que

se traduce en un valor mas grande para la variable vdif . En cambio, los sujetos sanos

realizan movimientos mas suaves, con menos picos de velocidad y mas pequenos;

tardan menos tiempo en realizar la actividad completa (vmed mayor) y se traduce en

un valor menor para la variable vdif . Este efecto se aprecia en las figuras anteriores

del perfil de velocidad del sujeto sano y paciente que se pueden ver en la figura 4.13.

µ(vdif ) =

1 , vdif ≤ vdifref

1 + β3

(1−

vdifvdifref

), vdif ≥ vdifref

(4.23)

El parametro µ se termina de definir con la eleccion del parametro β3. La Figura

4.14 muestra el parametro µ para distintos valores de β3. El valor β3 =1

10hace

80


0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 1000

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

1.4

vmax

vmax

Evolución de la magnitud en velocidad

vmed

vmed


v (m/s)

Figura 4.13: Evolucion temporal del perfil de velocidad de un sujeto sano (azul) y de una persona con

LM (rojo).

que el parametro µ no sea apreciable en la agilidad teniendo en cuenta la diferencia

entre vmax y vmed. Se ha escogido β3 =1

20, que no es demasiado penalizador, pero

sı suficiente para que su efecto se aprecie en el ındice global Agilidad. En este caso,

el valor µ = 0 se obtiene para vdif = 1, 5, aproximadamente, que nunca se va a

alcanzar.

Las funciones que definen ambos parametros, γ y µ, se han formulado con idea de que

ambos terminos no resulten demasiado penalizadores para el ındice agilidad, teniendo en

cuenta que el otro termino que compone agilidad, que es precision, puede adoptar cual-

quier valor entre 0 y 100.

81


0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.50

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

µ(v di

f)Parámetro µ en función de β

3

vdif

ref

β3=4/5

β3=2/5

β3=1/5

β3=1/10

β3=1/20

vdif

(m/s)

Figura 4.14: Evolucion del parametro µ en funcion de vdif .

4.3.3. Eficiencia

La metrica Eficiencia analiza el eje temporal de la trayectoria de la mano realizada por

un sujeto durante el movimiento. Esta metrica se ha encontrado en la literatura aplicada

a movimientos de alcance de un objetivo, llamada HPR (Hand Path Ratio en ingles) y

computada como la relacion entre la longitud de la trayectoria realizada por una persona

y la considerada ideal. En un movimiento de alcance de un objetivo la trayectoria ideal

la aproximan a la lınea recta entre los puntos de inicio del movimiento y localizacion del

objetivo [46]. En otro estudio esta metrica se ha denominado por la caracterıstica del mo-

vimiento que representa, Eficiencia. Esta metrica da como resultado valores proximos a

1 para movimientos bien dirigidos y controlados hacia el objetivo y se incrementa con la

curvatura de la trayectoria y en presencia de trastornos de movimiento. No se tiene evi-

dencia de estudios que hayan aplicado esta metrica a la evaluacion del desempeno motor

durante una AVD completa.

El ındice Eficiencia (E) que se propone en esta investigacion evalua el desempeno

motor para esta caracterıstica aplicada al ciclo completo de la AVD de beber. Se computa

como la ratio entre la longitud de la trayectoria tomada como referencia correspondiente

a la media de las trayectorias realizadas por un grupo de sujetos sanos, lsref , y la longitud

82


de la trayectoria real realizada por el sujeto, ls (formula 4.24).

E =lsrefls

100 (4.24)

La Eficiencia sera menor que 100, cuanto mayor sea la longitud de la trayectoria

realizada por el sujeto y mayor que 100 en aquellos casos en que la trayectoria real sea

de longitud menor que la de referencia. En este ultimo caso el desempeno motor, desde el

punto de vista de la Eficiencia, sera mayor. Ası, se consigue que el ındice global cumpla

los requisitos que se han expuesto en la introduccion de este capıtulo, en lo referente al

sentido de crecimiento y a la eliminacion de la saturacion en el sistema de puntuacion que

poseen algunas escalas clınicas.

4.3.4. Coordinacion

Definicion

La metrica Coordinacion, C, debe valorar la correspondencia existente entre los mo-

vimientos de las articulaciones del hombro y codo durante el movimiento completo de la

AVD de beber de un vaso.

La coordinacion temporal del desplazamiento de los movimientos de flexion del hombro

y extension del codo se ha cuantificado mediante la correlacion entre la evolucion temporal

de ambas variables [34, 43] aplicado a movimientos de alcance de un objetivo. La correla-

cion se ha obtenido mediante el coeficiente de correlacion de Pearson que puede adoptar

valores entre -1 y 1. La correlacion es muy elevada y positiva cuando el desplazamiento o

tendencia de ambas variables esta muy relacionada y ademas ocurre en la misma direccion.

El coeficiente de correlacion adopta el valor 0 cuando el movimiento de ambas articula-

ciones es completamente independiente. En cambio, una correlacion elevada y negativa

ocurre cuando el movimiento de ambas articulaciones sigue la misma tendencia pero en

direcciones opuestas.

El ındice coordinacion que se propone en esta investigacion pretende valorar la AVD

de beber completa. Para ello se propone una adaptacion de la metrica coordinacion entre

hombro y codo encontrada en la literatura [34, 78]. No se tiene evidencia de estudios que

valoren la coordinacion en los terminos que se propone en esta investigacion. Su calculo

se computa a partir de las fases que componen la AVD de beber que realmente implican

un desplazamiento articular del miembro superior con respecto a las articulaciones del

hombro y el codo: fase de alcance, transporte proximal, transporte distal y retorno (Figura

3.20 Capıtulo 3). En las fases de alcance y retorno, la coordinacion se evalua entre los

movimientos de flexion-extension del hombro y flexion-extension del codo; y en las fases

de transporte proximal y distal entre los movimientos de flexion-extension de codo y

abduccion-aduccion de hombro.

83


Propuesta formulacion

La coordinacion se computa a partir del coeficiente de correlacion de Pearson, igual

que en estudios previos encontrados en la literatura [34, 43]. La formula del coeficiente de

Pearson se ha mostrado para la metrica Precision.

ρxy =n∑xiyi −

∑xi∑yi√

n∑xi2 − (

∑xi)

2√n∑yi2 − (

∑yi)

2∀i = 1 . . . N (4.25)

donde x e y son las variables de interes.

En el caso de la metrica Coordinacion, x corresponde a la evolucion temporal del mo-

vimiento de flexion-extension del codo, e y a la evolucion temporal del movimiento de

flexion-extension del hombro para la fase de alcance [34, 78]. En el resto de las fases de la

AVD, para obtener la coordinacion en cada una de ellas, se aplica el coeficiente de Pearson

a los movimientos correspondientes.

El ındice global Coordinacion se computa como una media ponderada de los coeficientes

de correlacion (coeficiente de correlacion de Pearson) correspondientes a cada una de

las fases de la AVD que implican un desplazamiento articular del miembro superior con

respecto al hombro y codo (fase de alcance, transporte proximal, transporte distal y retorno

a inicio) (ecuacion 4.26). Se escoge la media ponderada porque cada fase que compone

la AVD tiene una duracion distinta en numero de muestras (Nalc, Ntp, Ntd, Nret) siendo

NAVD la suma de la duracion de las cuatro fases.

C =ρalcNalc + ρtpNtp + ρtdNtd + ρretNret

NAVD(4.26)

Una vez obtenida la metrica global coordinacion para la AVD completa, se normaliza

el resultado teniendo en cuenta el coeficiente de correlacion obtenido para el patron de

referencia.

Cnorm =C

Cref100 (4.27)

4.3.5. Suavidad

Definicion

La metrica Suavidad debe valorar lo bien coordinado o dirigido que se realiza un movi-

miento, calculada a partir del perfil de velocidad de la mano, v[n], durante el movimiento

completo de la AVD de beber. Un movimiento suave es un movimiento bien dirigido que

presenta pocos picos de velocidad. Cada pico corresponde a un periodo de aceleracion y

deceleracion.

Esta metrica se ha encontrado en la literatura aplicada a movimientos de alcance y

entendida como el numero de picos (maximos del perfil de velocidad), denominados uni-

dades de movimiento [38]. Otros estudios proponen como metrica Suavidad la ratio entre

84


la velocidad maxima y velocidad media durante el movimiento (vmax/vmed) [44, 46, 47, 54]

o el jerk como medida de no suavidad [44, 76]. La metrica jerk no posee la caracterıstica

de ser adimensional.

La medida de suavidad en terminos de la ratio entre ambas velocidades no se ha con-

templado en esta investigacion debido a que se ha propuesto la metrica Agilidad que para

su calculo tiene en cuenta, entre otras, las diferencias entre la velocidad maxima y media

durante el movimiento.

Balasubramanian ha propuesto varios metodos para determinar la metrica Suavidad,

que son alternativos a su estimacion mediante el numero de maximos debido a que la

metrica Suavidad obtenida por esta vıa es muy poco robusta frente al ruido. A este res-

pecto, propone metricas basadas en el uso de la Transformada de Fourier [77].

Teniendo en cuenta estas consideraciones, la metrica Suavidad que se propone se basa

en el analisis del perfil de velocidad de la mano, mediante la determinacion del numero de

maximos, introduciendo un proceso de filtrado para descartar maximos debidos a ruido

en la senal. Alternativamente se propone una segunda formulacion basada en el analisis

espectral del perfil de velocidad.

Ambas metricas, S1 y S2, se proponen para el desempeno motor del sujeto en terminos

de Suavidad durante la realizacion de la AVD de beber expresando los resultados con

respecto al patron de referencia formado por el grupo de sujetos sanos. No se tiene evidencia

de estudios que propongan estas metricas para la evaluacion de AVD.

Suavidad a partir del numero de maximos (S1)

La metrica Suavidad se calcula para la AVD completa como el numero de maximos,

nmax, que posee el perfil de velocidad de la mano durante el movimiento de un ciclo com-

pleto de la AVD de beber.

Cada pico en el perfil de velocidad corresponde con un periodo de aceleracion y de-

celeracion [44, 46, 60, 62]. Cuanto mayor sea el numero de maximos de velocidad, nmax,

mas fragmentado esta el movimiento en submovimientos y menos suave es el movimiento

realizado y como consecuencia menor ha de ser el resultado de la metrica suavidad. Bala-

subramanian expone que la suavidad del movimiento obtenida de esta forma es muy poco

robusta frente al ruido. Para ello el numero de picos encontrados se somete a un proceso

de filtrado de forma que picos consecutivos espaciados menos de 150 ms o que no superen

un cierto umbral de amplitud son descartados. Este efecto se observa en la Figura 4.15

que muestra el numero de maximos encontrado en el perfil de velocidad v[n] para cada

uno de los grupos analizados (figura 4.15(a)) y tras el proceso de filtrado (figura 4.15(b)).

El filtrado realizado consiste en descartar aquellos picos del perfil de velocidad que no

superan el umbral del 10 % de vmax.

En las Figuras 4.15(a) y 4.15(b) se observa que se conserva la capacidad discriminativa

85


Figura 4.15: Picos del perfil de velocidad v[n]

del numero de picos tras el proceso de filtrado, en los tres grupos analizados. Ademas,

en el grupo de sujetos sanos, el proceso de filtrado ofrece una mejor aproximacion a la

situacion ideal en la que se obtendrıa un maximo de velocidad, en cada fase de la AVD

que conlleva un desplazamiento de la mano.

Algunos autores han optado por presentar el resultado de la metrica con signo negativo

para que un incremento en la metrica se corresponda con un menor numero de picos en

el perfil de velocidad [45, 58]. Esta forma de expresar el resultado hace que la metrica

no cumpla el requisito de homogeneidad en el sistema de puntuacion. Como consecuencia

para nuestra metrica S1 (ecuacion 4.28) el numero de maximos se normaliza con respecto

al numero de maximos obtenido para el grupo de referencia, nmaxref.

S1 =nmaxref

nmax100 (4.28)

Suavidad a partir del analisis en frecuencia del perfil de velocidad (S2)

La metrica suavidad a partir del analisis espectral del perfil de velocidad se propone

como alternativa tras el analisis del estudio propuesto por Balasubramanian [77].

Este nuevo metodo consiste en calcular el espectro en frecuencia del perfil de velocidad

de la mano durante el ciclo completo de la AVD de beber y proponer una metrica que

valore la Suavidad a partir del analisis de la complejidad de la forma del espectro de

Fourier. La obtencion del espectro de frecuencia del perfil de velocidad muestreado v[n] se

obtiene mediante la DTFT (Discrete-Time Fourier Transform en ingles) (formula 4.29)

86


que es una funcion continua en el intervalo [−π, π] [114].

F {v[n]} = V (ejw) =∞∑

n=−∞v[n]e−jwn, n ∈ [−∞,∞] y w ∈ [−π, π] (4.29)

En la implementacion practica el espectro de frecuencia se obtiene a partir de la DFT

(Discrete Fourier Transform) que es una version muestreada de la DTFT en la que los

valores n = 0 y n = N − 1 corresponden a los instantes de inicio y fin del movimiento.

V [k] =N−1∑n=0

v[n]e−j

2πkn

N , n ∈ [0, N − 1] y k ∈ [0, N − 1] (4.30)

Se propone una metrica basada en el espectro de frecuencia para cuantificar la suavi-

dad, que analiza la complejidad en la forma del espectro de Fourier. Balasubramanian ha

propuesto esta metrica para cuantificar suavidad en personas con ACV [77]. Se plantea

aplicar este metodo en esta investigacion teniendo en cuenta que un movimiento suave

con pocos maximos en el perfil de velocidad de la mano en magnitud tiene un espectro

mas sencillo centrado en frecuencias mas bajas, mientras que un movimiento no suave con

un perfil de velocidad con mas picos tendra un espectro de Fourier mas complicado y a

menudo con componentes de frecuencia mas elevadas.

Con Matlab se calcula la DFT a traves de la FFT (Fast Fourier Transform en ingles)

que es una version mas rapida que toma aproximadamente K log2K operaciones mientras

que la DFT toma K2. El requisito para su aplicacion es que el numero de muestras de la

senal (K) sea potencia de 2. Para ello se cambia el numero de muestras de la senal v[n]

mediante zero-padding (formula 4.32). Cuanto mayor sea el efecto de zero-padding mayor

sera la resolucion en frecuencia al disminuir el intervalo entre muestras ∆f .

V [k] = |fft(vzp[n])| , k ∈ [0,K − 1] (4.31)

vzp[n] =

{v[n], 0 ≤ n ≤ N − 1

0, N ≤ n ≤ K − 1(4.32)

Se ha estudiado el ancho de banda del espectro para el grupo de sujetos sanos y los dos

grupos de pacientes con lesion medular cervical. La maxima frecuencia observada ha sido

en torno a los 16 Hz. Por tanto, se ha elegido un valor de fc = 20Hz (w = 40π rad), como

aquella que abarca todo el contenido en frecuencia de las alteraciones en el movimiento

que poseen los sujetos analizados (Capıtulo 3).

Despues se normaliza la magnitud del espectro de Fourier con respecto a su componente

continua (valor del espectro en f = 0 Hz) (ecuacion 4.33):

V [k] =V [k]

V [0](4.33)

87


La figura 4.16 muestra el espectro en frecuencia normalizado correspondiente a un su-

jeto sano (curva azul) y a un paciente con LM (curva roja).

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 200

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

|Vmano

(f)|

f (Hz)

FFT del perfil de velocidad de la mano (v[n])

Figura 4.16: Espectro en frecuencia del perfil de velocidad de un sujeto sano (azul) y de una persona

con LM (rojo).

A partir del espectro en frecuencia normalizado se obtiene la longitud espectral segun

la formula 4.34 propuesta por Balasubramanian [77] incluyendo un factor adicional que

depende de la frecuencia maxima a la que se extiende el espectro. Este factor se incluye

para mejorar la sensibilidad de la metrica. La metrica se calcula como:

lespectro =fc

fc − fmax

Kc−1∑k=1

√(1

Kc − 1

)2

+(

∆V [k])2

(4.34)

∆V [k] = V [k]− V [k − 1], k ∈ [1,K − 1] (4.35)

La constante Kc corresponde al ındice o muestra del espectro de Fourier correspon-

diente a la frecuencia maxima a la que se extiende el espectro.

Un mayor resultado en la longitud del espectro, lespectro, se asocia a un perfil de

velocidad mas complejo en cuanto a la forma de la senal. A este respecto Balasubramanian

en su estudio opta por expresar el resultado de esta metrica anteponiendo a la formula

4.34 un signo negativo con el objetivo de que un incremento en la metrica se corresponda

con un menor valor en la longitud del espectro que se corresponderıa con un movimiento

mas suave. En esta investigacion, con el objetivo de que el resultado vaya en sintonıa con el

resto de metricas propuestas y para que se cumplan los requisitos inpuestos a las mismas,

88


se ha optado por comparar la longitud espectral para un sujeto con la obtenida para el

patron de referencia, de forma que una longitud espectral mayor que la correspondiente

al patron se corresponda con un peor resultado en la metrica global S2 (formula 4.36):

S2 =lespectroreflespectro

100 (4.36)

4.4. Analisis de la relacion/dependencia entre los ındices

propuestos

En las secciones anteriores de este capıtulo se ha propuesto una serie de ındices que

a partir de datos cinematicos pueden informar acerca de la funcion del MS. Estos ındices

aplicados a una poblacion de sujetos dan como resultado una masa de datos generalmente

grande no solo porque proceda de las mediciones realizadas en muchos individuos, sino

tambien porque sobre cada uno de ellos se suele medir un numero considerable de va-

riables. En tal situacion para poder estudiar el nivel de relacion o dependencia entre los

ındices cinematicos propuestos se recurre al Analisis Multivariante de datos que en esta

investigacion se realiza con el paquete estadıstico SPSS (SPSS 12.0 para Windows). En el

ambito de esta investigacion este estudio se ha realizado en el grupo de sujetos sanos que

compone el patron de referencia aplicado a la propuesta de formulacion de los ındices.

En este contexto el punto de partida es un espacio de 11 dimensiones (11 ındices

cinematicos propuestos) en el que a priori resulta complicado analizar cualquier posible

relacion entre ellos. Parece razonable intentar reducir el espacio dimensional, por ejemplo

a tres dimensiones, de forma que se pueda abordar el analisis de relacion entre los ındices

propuestos. En cualquier caso con los 11 ındices propuestos en esta investigacion se pueden

construir 165 proyecciones tridimensionales diferentes (formula 4.37). En este punto surge

inmediatamente la necesidad de simplificar este enfoque. A priori no se sabe que proyeccion

refleja mejor la realidad global ni cuanta informacion se pierde. Ademas, parece que tres

proyecciones es lo deseable pero no se sabe si tres son suficientes para reflejar la realidad

con cierta precision.

proyecciones =11!

3!(11− 3)!= 165 (4.37)

La informacion procedente del conjunto de variables (ındices cinematicos) puede ser

redundante si se presentan entre ellas multiples relaciones de dependencia manifestadas por

la existencia de correlaciones considerables. La tabla 4.1 muestra el analisis de regresion

entre los ındices propuestos aplicado al grupo de sujetos sanos que compone el patron de

referencia. Los resultados vienen expresados por el coeficiente de correlacion entre cada

par de ındices propuestos.

A partir de la tabla 4.1 se pueden extraer varias observaciones:

Los ındices Agilidad y Eficiencia estan altamente correlacionados con el ındice

Precision (r=0,831 y r=-0,753 respectivamente). Ademas el ındice Eficiencia

esta correlacionado de forma negativa con Precision. Un movimiento mas eficiente

89

4.4. Analisis de la relacion/dependencia entre los ındices propuestos

P A E C S1 S2 Aart Aarth Aartc Aartm Aalc

P 1,000 0,831 -0,753 -0,081 -0,118 -0,496 -0,259 0,053 -0,486 -0,204 0,844

A 1,000 -0,432 -0,270 0,060 0,174 -0,711 -0,290 -0,697 -0,699 0,511

E 1,000 -0,570 -0,020 -0,444 -0,214 -0,583 0,362 -0,202 -0,852

C 1,000 -0,116 0,016 0,493 0,723 -0,021 0,374 0,202

S1 1,000 -0,347 -0,318 -0,554 -0,520 0,204 -0,270

S2 1,000 0,375 0,417 0,343 0,193 0,713

Aart 1,000 0,799 0,716 0,856 0,239

Aarth 1,000 0,359 0,513 0,547

Aartc 1,000 0,454 -0,077

Aartm 1,000 0,099

Aalc 1,000

Tabla 4.1: Resultados del analisis de regresion. Correlaciones entre los ındices propuestos. Abreviaturas:

P (Precision); A (Agilidad); E (Eficiencia); C (Coordinacion); S1 (Propuesta 1 ındice Suavidad); S2

(Propuesta 2 ındice Suavidad); Aart (Amplitud articular); Aarth (Amplitud articular hombro); Aartc

(Amplitud articular codo); Aartm (Amplitud articular muneca); Aalc (Amplitud alcance).

producto de la realizacion de una trayectoria corta, puede resultar en una trayectoria

que queda fuera de la banda de tolerancia permitida considerada como banda de

normalidad (BN) implicada en el computo del ındice Precision.

El ındice Eficiencia guarda una correlacion muy debil con la Amplitud Articular

(Aart) (r=-0,214). Sin embargo la correlacion de Eficiencia con el ındice Coordinacion

y Amplitud Articular del hombro es moderada y negativa (r=-0,570 y r=-0,583

respectivamente). Una mejora en el ındice Eficiencia podrıa deberse a un movimiento

del hombro mas restringido en el recorrido de flexion-extension del mismo.

Existe una correlacion muy debil o no relacion entre el ındice Suavidad estimado a

partir del numero de picos del perfil de velocidad y los ındices Precision (r=-0,118),

Agilidad (r=0,060), Eficiencia (r=-0,020) y Coordinacion (r=-0,116).

Igualmente no existe correlacion entre ambos ındices de suavidad, S1 (a partir del

numero de picos) y S2 (a partir del analisis de Fourier) del perfil de velocidad (r=-

0,347).

Existe una correlacion elevada entre el ındice global Amplitud Articular con el ındice

especıfico para cada una de las articulaciones: hombro (Aarth) (r=0,799), codo (Aartc)

(r=0,716) y muneca (Aartm) (r=0,856).

Merlo ha realizado un analisis similar entre varias variables cinematicas aplicadas en

movimientos de alcance realizados por sujetos sanos, encontrando ciertas correlaciones

entre ellas [46]. No obstante a partir de los resultados mostrados en la Tabla 4.1 resulta

complicado establecer relaciones entre los ındices propuestos.

Por este motivo, se ha aplicado el Analisis de Componentes Principales a los resultados

de los ındices para el grupo de sujetos sanos analizado. Se trata de una tecnica de analisis

90


estadıstico Multivariante que se clasifica entre los metodos de simplificacion o reduccion

de la dimension y que se aplica cuando se dispone de un conjunto elevado de variables

con datos cuantitativos persiguiendo obtener un numero menor de variables, combinacion

lineal de las primitivas llamadas factores o componentes principales y cuya posterior in-

terpretacion permitirıa un analisis mas simple del problema estudiado.

El objetivo es llegar a comprender de una forma sencilla y simplificada a que se debe

la diversidad de los valores observados en los ındices con respecto a ciertas caracterısticas

del movimiento. Con este razonamiento, probablemente, existan unas variables llamadas

factores o componentes, no observadas directamente y que, de forma casual o no, permiten

facilitar la explicacion de los comportamientos observados.

En esta investigacion, se ha realizado un analisis factorial basado en la aplicacion

del Analisis de Componentes Principales al conjunto de ındices cinematicos. La tabla 4.2

muestra las comunalidades con unos valores muy elevados (cercanos a 1) indicando que

las variables analizadas (los ındices cinematicos) quedan muy bien explicados a partir de

las componentes extraıdas.

Indice Inicial Extraccion

Precision (P) 1,00 0,99

α 1,00 0,98

ρ 1,00 0,98

BN 1,00 0,97

Agilidad (A) 1,00 0,99

µ 1,00 0,99

γ 1,00 0,76

Eficiencia (E) 1,00 0,99

Coordinacion (C) 1,00 0,95

Suavidad (num.picos) S1 1,00 0,90

Suavidad (Fourier) S2 1,00 0,95

Amplitud articular (Aart) 1,00 0,99

Amplitud hombro (Aarth) 1,00 0,97

Amplitud codo (Aartc) 1,00 0,96

Amplitud muneca (Aartm) 1,00 0,99

Amplitud alcance (Aalc) 1,00 0,99

Tabla 4.2: Comunalidades. Metodo de extraccion: Analisis de Componentes Principales (ACP) aplicado

a la muestra formada por el grupo de sujetos sanos que compone el patron de referencia.

Con la aplicacion del ACP se han extraıdo cuatro componentes (aquellas con autovalor

mayor que 1) en las que se agrupan los ındices. Entre las cuatro componentes extraıdas

se acumula el 96,05 % de la variabilidad de las variables originales. Ası de la totalidad del

fenomeno estudiado, la componente 1 explica dicho fenomeno en un 47,27 %, la compo-

nente 2 lo explica en un 29,33 %, la componente 3 en un 10,55 % y la componente 4 en un

91

4.4. Analisis de la relacion/dependencia entre los ındices propuestos

8,89% (Tabla 4.3).

Componente Autovalor Varianza (%) Varianza acumulada (%)

1 9,92 47,27 47,27

2 6,16 29,33 76,60

3 2,21 10,55 87,15

4 1,86 8,89 96,05

5 0,62 2,96 99,01

6 0,20 0,98 100,00

Tabla 4.3: Componentes o factores extraıdos del analisis factorial: autovalores y variabilidad de los datos

explicada con cada una de las componentes extraıdas.

En el grafico de sedimentacion de la figura 4.17 se aprecia que la seleccion de 4 com-

ponentes parece ser adecuada, pues a partir de la quinta componente el correspondiente

autovalor es menor que 1 y su representacion grafica muestra una pendiente no muy acu-

sada.

Figura 4.17: Grafico de sedimentacion de las componentes extraıdas

Otro resultado del metodo de ACP es la matriz de componentes que se denomina ma-

triz de cargas o saturaciones factoriales que muestra la tabla 4.4. Las componentes que

92


poseen unas cargas mas elevadas en terminos absolutos indican una relacion mas estrecha

con las correspondientes variables.

Componentes

Indices 1 2 3 4

Precision (P) 0,94 0,14 -0,06 0,28

α 0,98 -0,08 -0,10 -0,02

ρ 0,96 -0,20 0,11 -0,08

BN 0,83 0,29 -0,14 0,42

Agilidad (A) 0,89 -0,39 0,06 0,17

µ 0,28 -0,91 0,27 -0,09

γ -0,27 0,64 -0,50 0,10

Eficiencia (E) -0,78 -0,54 0,11 0,27

Coordinacion (C) 0,08 0,46 -0,01 -0,85

Suavidad (num.picos) (S1) 0,04 -0,19 -0,92 0,11

Suavidad (Fourier) (S2) 0,35 0,56 0,42 0,40

Amplitud articular (Aart) -0,37 0,90 0,12 -0,11

Amplitud hombro (Aarth) 0,09 0,82 0,31 - 0,43

Amplitud codo (Aartc) -0,64 0,47 0,50 0,24

Amplitud muneca (Aartm) -0,37 0,83 -0,39 0,00

Amplitud alcance (Aalc) 0,77 0,57 0,21 0,14

Tabla 4.4: Resultado del analisis factorial realizado sobre los ındices calculados en esta investigacion

aplicados al grupo de sujetos sanos. El procedimiento agrupa los ındices en varias componentes relacionadas

con precision (Componente 1), velocidad (Componente 2), suavidad (Componente 3) y coordinacion

(Componente 4) indicado por los valores en negrita relacionados con las cargas. Las cargas pueden variar

entre 0 (no existe relacion del ındice con el factor) y 1 (completa afinidad del ındice al factor).

Como resultado del analisis factorial realizado en la muestra de sujetos sanos, los ındi-

ces cinematicos propuestos en esta investigacion se pueden agrupar en 4 grupos (Tabla

4.4). De los ındices relacionados con destreza y habilidad del miembro superior, los ındices

Precision (P) y Eficiencia (E) estan relacionados con la precision de la tarea (componente

1) valorada a partir de la trayectoria del movimiento. Aunque dos de los terminos que

componen el ındice Agilidad (A), µ y γ, son parametros relacionados con la velocidad de

la tarea (componente 2), el ındice global Agilidad (A) al que tambien se le exigen requi-

sitos de precision mantiene una relacion mas estrecha con la componente 1 identificada

con la precision de la tarea. El ındice Suavidad calculado a partir del numero de picos

del perfil de velocidad (S1), se relaciona con la componente 3 relacionada con la suavidad

de la trayectoria, que coincide con los resultados del estudio realizado por Merlo [46]. En

cambio, el ındice Suavidad estimado a partir del analisis de Fourier del perfil de veloci-

dad, que Balasubramanian propone como una metrica para medir la suavidad [77], en

esta investigacion se relaciona de forma mas estrecha con la componente 2 de velocidad.

No obstante, en el contexto de esta investigacion, este ındice se referencia y denomina

como Suavidad S2. Por ultimo, el ındice Coordinacion (C) esta relacionado con la cuarta

componente denominada, por tanto, coordinacion.

93

4.5. Conclusiones

Estos resultados del ACP corresponden a los ındices disenados para valorar la destreza

y la habilidad del MS. Existen otros ındices que simplemente informan acerca de como ha

sido el movimiento realizado en cuanto a la amplitud del movimiento. Estos ındices, segun

muestra el ACP, guardan una estrecha relacion con la precision de la tarea (Amplitud

articular del codo), con la velocidad de realizacion de la misma como es el caso de la Am-

plitud articular global, y la especıfica de la articulacion del hombro y muneca; o guardan

relacion con ambas como es el caso de la Amplitud de alcance.

4.5. Conclusiones

En este capıtulo se ha presentado un conjunto de ındices cinematicos, novedosos, por

las formulaciones propuestas relativas a un patron de referencia, y por evaluar la funcion

motora del miembro superior durante una AVD completa. Los ındices cinematicos valoran

caracterısticas relacionadas con la destreza y la habilidad del MS durante la AVD de beber

de un vaso.

El conjunto de ındices se ha dividido en dos grupos: a) Indices relacionados con la am-

plitud del movimiento que informan acerca de como distintos sujetos realizan la actividad

con respecto a desplazamientos articulares y amplitud de alcance, y b) Indices relacionados

con caracterısticas del movimiento en cuanto a la destreza y la habilidad del MS.

Los ındices que valoran la destreza y la habilidad del MS son homogeneos en cuanto al

sistema de puntuacion propuesto, tanto en la magnitud como en el sentido de crecimiento

del mismo. Una mayor puntuacion en los ındices corresponde siempre a un mejor estado

en la funcion del MS, en cuanto a la caracterıstica del movimiento que valoran. Normal-

mente, la puntuacion en cada ındice estara comprendida entre 0 y 100 %, siendo el valor

100 la puntuacion obtenida para el patron de referencia. Se ha evitado en todos ellos el

0 puntos para evitar resultados muy penalizantes que pudiesen resultar desmotivadores

para personas con funcion del MS alterada, y se ha eliminado la saturacion en el maxi-

mo de puntuacion presente en algunas escalas clınicas. Ası, en caso de que una persona

supere al patron de referencia en un determinado ındice, este lo va a detectar ofreciendo

una puntuacion superior a los 100 puntos. Ademas, los resultados que ofrecen todos los

ındices son relativos a un patron de referencia obtenido a partir de las mediciones realiza-

das a un grupo de sujetos sanos. De esta forma se puede monitorizar la evolucion de una

persona para cada ındice, respecto al patron de referencia en distintos instantes de tiempo.

Se ha podido estudiar la relacion o dependencia entre los ındices cinematicos propues-

tos mediante la aplicacion del Analisis de Componentes Principales a los resultados de los

ındices cinematicos, calculados para el patron de referencia. Como resultado, parece que

el conjunto de ındices cinematicos propuesto permite valorar distintas caracterısticas del

movimiento realizado, como son la precision, velocidad, suavidad y coordinacion.

Por tanto, el contenido de este capıtulo en su conjunto da respuesta a las preguntas

94


P4, P5, P6 y P7 formuladas inicialmente en el Capıtulo 1.

En el capıtulo 5 se incluyen los resultados de cada ındice en la muestra de sujetos

analizada (sanos y personas con LM cervical), y se analiza la capacidad discriminante de

los ındices. La capacidad de los ındices para su uso como herramientas de evaluacion, en

el entorno clınico, se analiza en el capıtulo 6.

95

4.5. Conclusiones

96

Capıtulo 5

Analisis de la capacidad

discriminativa de los ındices

En este capıtulo se presenta un analisis para validar, desde el punto de vista clınico, la

capacidad de los ındices cinematicos propuestos. El objetivo es analizar si son capaces de

detectar alteraciones en la funcion del miembro superior respecto a las caracterısticas que

miden, relacionadas con la destreza y la habilidad. Para lograr tal objetivo se ha realizado

un estudio experimental, aplicado a la Actividad de la Vida Diaria (AVD) de beber de un

vaso, siguiendo el protocolo experimental descrito en el Capıtulo 3. En este estudio han

participado un grupo de sujetos sanos y dos grupos de personas que padecen una lesion

medular cervical a nivel de la 6a y 7a vertebra cervical respectivamente. Los resultados

obtenidos en los tres grupos se analizan estadısticamente con el paquete SPSS (SPSS 12.0

para Windows) [115].

5.1. Introduccion

El Capıtulo 4 ha presentado un conjunto de ındices cinematicos para evaluar de forma

objetiva la funcion del miembro superior en terminos de destreza y habilidad. Los ındices

se han definido y formulado matematicamente con el objetivo principal de que sean capa-

ces de detectar distintos patrones de comportamiento motor, respecto a las caracterısticas

medidas.

En este capıtulo se presenta el estudio experimental realizado en sujetos sanos y en po-

blacion con lesion medular cervical completa motora, con respecto a los ındices cinematicos

propuestos durante la realizacion de la AVD de beber de un vaso. Se muestran los resul-

tados obtenidos para cada ındice cinematico en cada grupo analizado.

El objetivo de este capıtulo es analizar la capacidad de los ındices cinematicos para

detectar alteraciones en la funcion del miembro superior.

97

5.2. Estudio experimental



En el estudio de la capacidad discriminativa de los ındices ha participado la misma

muestra de sujetos presentada en el Capıtulo 3, para determinar los requisitos biomecanicos

de la AVD de beber. No obstante, resulta de interes recordar cual es la muestra analizada,

sus caracterısticas y criterios de inclusion que debıan cumplir los participantes. La muestra

esta formada por un patron de referencia formado por el grupo de sujetos sanos (n=7), y

personas con lesion medular completa motora de los niveles metamericos C6 (n=7) o C7

(n=4), con capacidad para realizar la actividad propuesta con/sin ayudas tecnicas (ferulas,

adaptaciones) pero sin ayuda de asistencia fısica de una persona. Las caracterısticas

demograficas y funcionales de cada grupo analizado se recogen en la tabla 5.1.

Variables Patron referencia LM C6 LM C7

(n=7) (n=7) (n=4)

Sexo (V)a 3 (42,8) 4 (57,4) 4 (100)

Edad (anos)b 28,0 (5,0) 34,0 (5,0) 30,5 (10,0)

Estatura (cm)b 168,0 (20,0) 175,0 (10,0) 184,0 (10,0)

Peso (Kg)b 65,0 (21,1) 90,2 (7,1) 79,0 (9,1)

Meses lesionb - 8,5 (2,2) 7,5 (1,8)

ASIA (A)a - 3 (33,3) 2 (50)

ASIA (B)a - 4 (66,6) 2 (50)

Indice Motorb 25,0 (0) 13,0 (3,0) 14,5 (2,0)

Tabla 5.1: Caracterısticas demograficas y funcionales de los grupos de sujetos analizados (n=18). a

frecuencia y % para variables categoricas y b media y desviacion estandar para variables continuas

Criterios de inclusion/exclusion

La tabla 5.2 muestra los criterios que tenıan que cumplir las personas con LM para ser

incluidas en el estudio.

Todos los pacientes con LM cervical incluidos en este estudio poseen una LM completa

motora con clasificacion en la escala ASIA de A o B. Ası, las personas que poseen LM

del mismo nivel metamerico (C6 o C7 en esta investigacion) poseen unas caracterısticas

y deficits similares en la funcion del MS. Los criterios de inclusion se imponen, con el

objetivo de analizar la capacidad de los ındices cinematicos propuestos, para detectar

distintos patrones de comportamiento motor, cuando sabemos a priori que los deficits

funcionales existen.

5.2.2. Intervencion

1. Anamnesis. Consiste en la recogida de datos del sujeto y firma del consentimiento

informado; tipo y periodo de tratamiento que recibe; nivel de lesion y clasificacion

escala ASIA.

98

Capıtulo 5. Analisis de la capacidad discriminativa de los ındices




- Tener nivel de lesion medular clasificado por la escala ASIA como A o B

- Tener un nivel de LM de los niveles C6 o C7










2. Sesion experimental. Este estudio requiere una unica sesion de cada sujeto. El sujeto,

una vez instrumentado con los sensores del Codamotion [96], realiza el gesto de la

AVD de beber siguiendo el protocolo experimental que se ha mostrado en el Capıtulo

3. Al sujeto se le dan las indicaciones para a partir de la posicion de inicio alcanzar y

coger el vaso; llevar el vaso a la boca, simular un trago, dejar el vaso en la superficie de

la mesa y regresar a la posicion de inicio. La prueba finaliza cuando se hayan grabado

5 repeticiones validas en cuanto al logro de ejecucion de la tarea e idoneidad en la

visibilidad de los marcadores. En caso de fatiga o cansancio, se interrumpe la prueba

el tiempo necesario.

5.2.3. Procesamiento y analisis del movimiento

Los ciclos del movimiento correspondientes a la AVD de beber, grabados para cada

sujeto del estudio, se analizan mediante el software Visual3D y el modelo biomecanico

previamente desarrollado descrito en el Capıtulo 3. Posteriormente, se calculan los ındices

cinematicos propuestos en el Capıtulo 4. El valor final de cada ındice cinematico para cada

sujeto es la media de los resultados obtenidos en las 5 repeticiones realizadas de la AVD

de beber.

Analisis estadıstico

Se ha realizado un analisis descriptivo de las variables clınicas y funcionales calculando

la mediana y el rango intercuartil de las variables cuantitativas y la frecuencia y porcentaje

de las variables categoricas.

Dado el tamano muestral del estudio realizado, se han aplicado metodos no parametri-

cos al no poder asegurar que la muestra de datos posea una distribucion normal. Se ha

aplicado el test de Kruskal-Wallis para detectar posibles diferencias en cada ındice ci-

nematico entre los tres grupos analizados; el test de Kruskal-Wallis empieza por probar la

99

5.3. Resultados

hipotesis de igualdad entre los grupos por comparacion de las medianas. Si la significacion

de este test es p < 0, 05, se rechaza la hipotesis de igualdad de comportamiento entre

grupos y se realiza una comparacion por pares aplicando el test U de Mann-Whitney. En

este caso, al comparar los resultados de 3 grupos, se aplica la correccion de Bonferroni que

tiene en cuenta la aleatoriedad debida a las comparaciones multiples.

Todos los datos se han analizado estadısticamente mediante el software estadıstico

SPSS para Windows (version 20.0) (SPSS Inc, Chicago, IL, USA) [115].

5.3. Resultados

En esta seccion se muestran los resultados obtenidos en los ındices cinematicos, compu-

tados para los tres grupos analizados con el objetivo de analizar su capacidad discrimina-

tiva.

5.3.1. Indices relacionados con la amplitud del movimiento

En la tabla 5.3 se muestran los resultados de los ındices cinematicos relativos a la

amplitud del movimiento durante la realizacion de la AVD de beber de un vaso.

Amplitud Articular (Aart)

Los resultados del desplazamiento articular total durante la ejecucion del movimiento y

desglosados por articulaciones (hombro, codo y muneca), expresados en o y en %, respecto

al patron de referencia se expresan en la Tabla 5.3.

Indices cinematicos Patron referencia LM C6 LM C7

(n=7) (n=7) (n=4)

Aart (o) 256,25 (25,93)a 312,31 (20,74) 322,64 (30,37)a

Aarth 130,62 (21,98) 139,31 (17,69) 134,29 (21,09)

Aartc 121,90 (17,76) 131,09 (11,39) 130,35 (18,53)

Aartm 17,79 (6,01)a,b 56,77 (19,92)a 62,60 (10,37)b

Aalc (cm) 56,72 (2,39) 55,37 (4,47) 55,91 (3,80)

Aart ( % patron) 96,05 (11,91)a 123,50 (29,19) 133,85 (12,30)a

Aarth 100,70 (11,25) 112,85 (24,21) 108,93 (12,51)

Aartc 99,82 (9,28) 112,05 (38,80) 114,13 (24,44)

Aartm 100,12 (44,52)a,b 235,56 (52,72)a 272,81 (29,50)b

Aalc ( % patron) 102,63 (4,43) 100,19 (10,79) 101,16 (10,81)

Tabla 5.3: Indices Amplitud Articular y Amplitud de Alcance para cada grupo analizado (valor global

de los ındices y normalizados con respecto al patron de referencia). Los resultados vienen expresados por

la mediana y el rango intercuartil. Las letras a,b denotan la deteccion de significacion entre los grupos

analizados (p < 0, 05).

100


Las personas sin afectacion del MS que componen el patron de referencia realizaron

el gesto completo de la AVD de beber con un total de 256, 25± 25, 93o entre las articula-

ciones del hombro, codo y muneca. En cambio, las personas con LM cervical necesitaron

un desplazamiento articular del MS mayor que los sujetos sanos. Esta diferencia se en-

contro estadısticamente significativa (p < 0, 05) entre los sujetos sanos y las personas con

LM de nivel C7 (Tabla 5.3). Graficamente, no existe solapamiento entre los diagramas de

caja pertenecientes a ambos grupos (Figura 5.1(a)).

(a) Amplitud Articular

(b) Amplitud Articular hombro

Figura 5.1: Diagramas de caja de los resultados de los ındices cinematicos relativos a la amplitud articular

del movimiento. Las figuras (a) y (b) muestran la Amplitud Articular total y la Amplitud de la articulacion

del hombro, respectivamente. Ambos ındices se expresan normalizados respecto al patron de referencia.

Las diferencias mas importantes entre las tres poblaciones de sujetos se han encontrado

en la articulacion de la muneca. Esta diferencia contribuye a un mayor desplazamiento

101

5.3. Resultados

articular global del MS en las personas con LM que en los sujetos sanos. Los sujetos

sanos realizaron la AVD de beber con un recorrido articular en el movimiento de flexion-

extension de la muneca de 17, 79±6, 01o, mientras que las personas con LM a nivel C7 y C6

realizaron la AVD con un movimiento de muneca significativamente mayor, en concreto de

de 62, 60±10, 37o y 56, 77±19, 92o respectivamente. Estas diferencias en la articulacion de

la muneca se pueden observar graficamente en la Figura 5.2(b). La amplitud del diagrama

de caja es mayor en ambas poblaciones con LM indicando que la dispersion en estos

dos grupos es significativamente mayor que en el patron de referencia. Se aprecia que el

diagrama de caja correspondiente al grupo de LM C6 se solapa totalmente con el diagrama

de caja del grupo de los C7. De esto se deduce que ambos grupos se consideran iguales

en cuanto a su desempeno en el ındice Amplitud Articular de la muneca, no detectando

significacion estadıstica entre ellos.

En las articulaciones del hombro y del codo los resultados han sido similares entre los

tres grupos analizados no detectandose significacion entre ellos (Tabla 5.3 y Figuras 5.1(b)

y 5.2(a)).

102


(a) Amplitud Articular codo

(b) Amplitud Articular muneca

Figura 5.2: Diagramas de caja de los resultados de los ındices cinematicos relativos a la amplitud del

movimiento. Las figuras (a) y (b) muestran la amplitud articular de la articulacion del codo y muneca

respectivamente, ambas normalizadas con respecto al patron de referencia.

Amplitud de Alcance (Aalc)

El ındice Amplitud de Alcance se computa a partir del movimiento de la mano en

coordenadas cartesianas, en concreto a partir del marcador de la mano ubicado en la ca-

beza del tercer metacarpiano. Desde la posicion de inicio, correspondiente a la palma de

la mano apoyada sobre la superficie de la mesa, este ındice cinematico valora la maxima

distancia alcanzada por la mano durante la ejecucion de un ciclo completo de la AVD de

beber.

Los resultados se expresan en cm y en% respecto al patron de referencia (Tabla 5.3).

En cuanto al alcance maximo de la mano realizado durante el ciclo completo de

103

5.3. Resultados

Figura 5.3: Diagrama de caja con los resultados del ındice Amplitud Alcance para cada uno de los grupos

analizados.

la AVD de beber, no se han encontrado diferencias significativas entre los tres grupos

analizados (56,72 cm en los sujetos sanos y 55,37 y 55,91 cm en los sujetos con LM C6 y

C7 respectivamente (Tabla 5.3)). Graficamente los diagramas de caja son muy parecidos

entre los tres grupos (Figura 5.3).

5.3.2. Indices relacionados con destreza y habilidad del MS

En esta seccion, se muestran los resultados para los ındices cinematicos propuestos en

el Capıtulo 4, que valoran aspectos motores y caracterısticas del movimiento relativos a

la destreza y la habilidad del MS.

Indice Precision

El ındice Precision es una medida de la desviacion entre la trayectoria realizada por

un sujeto y la trayectoria media correspondiente al patron de referencia durante un ciclo

completo de la AVD de beber.

Los resultados del ındice Precision ası como de los tres parametros que lo componen,

se muestran en la Tabla 5.4. El parametro α se obtiene a partir de la dmed entre ambas

trayectorias; ρ es el coeficiente de correlacion entre ambas curvas y BN el% del ciclo com-

pleto de la AVD en el que la trayectoria real, que realiza el sujeto se encuentra dentro de

la banda de dispersion considerada aceptable. Se detectaron diferencias estadısticamente

significativas entre el grupo de LM C6 con el patron y grupo de LM C7 (p < 0, 05 y

p < 0, 01, respectivamente) para los parametros α (tambien en dmax y dmed) y el coefi-

ciente de correlacion ρ. En cuanto al parametro relacionado con la banda de normalidad,

BN, se detectaron diferencias entre el patron de referencia y ambos grupos de LM C6 y

C7 (p < 0, 01 y p < 0, 05, respectivamente) (Tabla 5.4).

104



(n=7) (n=7) (n=4)

Precision (0-100) 94,41 (7,66)a,c 59,12 (19,63)b,c 78,85 (3,26)a,b

α (0-1) 0,98 (0,00)a 0,94 (0,04)a,c 0,98 (0,00)c

ρ (0-1) 0,97 (0,02)a 0,84 (0,08)a,c 0,94 (0,27)c

BN (0-100) 95,92 (4,23)a,c 65,69 (16,79)c 87,48 (4,48)a

dmax (cm) 10,37 (2,77)a 21,35 (5,52)a,c 14,18 (3,25)c

dmed(cm) 3,73 (1,29)a 8,86 (3,63)a,c 4,99 (0,27)c

Precision (% patron) 104,22 (6,29)a,c 70,79 (19,49)b,c 90,13 (6,89)a,b

Tabla 5.4: Indice Precision para cada grupo analizado (valor global del ındice propuesto y normalizado

con respecto al patron de referencia. Tambien se incluyen los resultados de los parametros que influyen en

el calculo de la metrica precision). Los resultados vienen expresados por la mediana y el rango intercuartil.

Las letras a,b y c denotan la deteccion de significacion entre los grupos analizados (a,b (p < 0, 05) y c

(p < 0, 01)).

En cuanto al ındice global Precision, se puede decir que el ındice posee capacidad para

detectar distintos patrones de comportamiento motor entre las tres poblaciones analizadas.

Concretamente, se ha detectado significacion entre el grupo de LM C7 con los grupos de

LM C6 y el patron de referencia (p < 0, 05), y entre el patron de referencia y el grupo

de LM C6 (p < 0, 01) (Tabla 5.4). La Figura 5.4 muestra los diagramas de caja de cada

grupo analizado en los que se aprecian las diferencias observadas entre los tres grupos. El

diagrama de caja en el caso del grupo LM C6 es el de mayor amplitud y mayor dispersion

entre los sujetos.

Figura 5.4: Diagrama de caja con los resultados de la segunda formulacion para la metrica precision para

cada uno de los grupos analizados

105

5.3. Resultados

Indice Agilidad

El ındice Agilidad mide la velocidad del movimiento exigiendole ciertos requisitos

de Precision. En la Tabla 5.5 se muestran los resultados de los parametros µ y γ que

contribuyen al calculo de la Agilidad del MS, ası como las velocidades vmax y vmed, durante

el ciclo completo de la AVD de beber en los tres grupos analizados. Los resultados detectan

diferencias entre el grupo de LM C6 y el patron de referencia en cuanto a vmax y los

parametros µ y γ en todos ellos con una significacion p < 0, 05.


(n=7) (n=7) (n=4)

Agilidad (0-100) 95,37 (13,78)a,c 51,32 (19,42)b,c 74,86 (3,84)a,b

µ (0-1) 1,00 (0,01)a 0,92 (0,02)a 0,98 (0,01)

γ (0-1,2) 1,01 (0,00)a 0,98 (0,02)a 0,95 (0,07)

vmed (m/s) 0,30 (0,02) 0,29 (0,04) 0,27 (0,07)

vmax (m/s) 0,86 (0,15)a 0,98 (0,08)a 0,87 (0,16)

Agilidad ( % patron) 105,76 (8,08)a,c 64,18 (19,31)b,c 85,56 (8,04)a,b

Tabla 5.5: Indice Agilidad para cada grupo analizado (valor global del ındice y normalizado con respecto

al patron de referencia. Tambien se incluyen los resultados de cada parametro que influye en el calculo de

la metrica agilidad expresados en sus correspondientes unidades). Los resultados vienen expresados por la

mediana y el rango intercuartil. Las letras a,b y c denotan la deteccion de significacion entre los grupos

analizados (a,b (p < 0, 05) y c (p < 0, 01)).

Aunque no se han detectado diferencias estadısticamente significativas en cuanto a

vmed del movimiento de la AVD de beber (Tabla 5.5), en el grafico del diagrama de caja se

observa que esta variable es menor en personas con LM cervical (Figura 5.5). Sin embargo,

en los grupos de personas con LM, aun siendo la vmed menor, la velocidad pico durante la

ejecucion del movimiento, vmax, es mayor que en el patron de referencia (Figuras 5.5(a) y

5.5(b)).

En cuanto al valor global del ındice Agilidad, se ha encontrado significacion entre los

tres grupos analizados. Concretamente, se ha detectado significacion entre el grupo LM

C7 con el patron de referencia y con el grupo de LM C6 (p < 0, 05) y entre el patron de

referencia y el grupo LM C6 (p < 0, 01) (Tabla 5.5). Numericamente, los resultados del

ındice Agilidad son menores en el caso de las personas con LM. El ındice global fue de

95,37 puntos para el patron de referencia; 74,86 para el grupo de LM C7 y y 51,32 para el

grupo de personas con LM a nivel C6. En el grafico de los diagramas de caja se aprecian

las diferencias detectadas en el analisis estadıstico entre los tres grupos analizados (Figura

5.6).

106


(a) Velocidad maxima

(b) Velocidad media

Figura 5.5: Diagramas de caja de los resultados de los ındices cinematicos relativos a la amplitud del

movimiento. La figura superior e inferior muestran la amplitud articular de la articulacion del codo y

muneca respectivamente, ambas normalizadas con respecto al patron de referencia.

El ındice Agilidad tiene la capacidad de ser discriminante entre los tres grupos

analizados y permite detectar diferencias entre ellos en la funcion del MS.

107

5.3. Resultados

Figura 5.6: Diagrama de caja con los resultados del ındice Agilidad para cada uno de los grupos analizados

Indice Eficiencia

El ındice Eficiencia valora la desviacion entre la trayectoria realizada por un sujeto y

la trayectoria media del patron de referencia en terminos de las longitudes de ambas.

Este ındice permite detectar diferencias en la funcion del MS entre el grupo de sujetos

sanos y el grupo de personas con LM cervical de nivel C6 (p < 0, 05) (Tabla 5.6).


(n=7) (n=7) (n=4)

Eficiencia (0-100) 99,73 (4,85)a 97,52 (18,85)a 96,89 (4,40)

Eficiencia (%) 100,52 (5,83)a 99,29 (10,45)a 97,75 (6,72)

Tabla 5.6: Indice Eficiencia para cada grupo analizado (valor del ındice global y normalizado con respecto

al patron de referencia). Los resultados vienen expresados por la mediana y el rango intercuartil. La letraa denota la deteccion de significacion entre los grupos analizados (p < 0, 05).

En el grafico, que muestra el diagrama de caja, se puede comprobar que el valor del

ındice global en el caso de los grupos con LM suele ser menor que en los sujetos que forman

el patron de referencia. Ademas, la dispersion dentro del grupo analizado es mayor en el

caso del grupo LM C6 (10,45) que en el patron de referencia (5,83) (Figura 5.7).

108


Figura 5.7: Diagrama de caja con los resultados del ındice Eficiencia para cada grupo analizado.

Indice Coordinacion

El ındice Coordinacion valora la relacion entre el movimiento de la articulacion del

hombro y del codo durante la realizacion de la AVD completa. La Tabla 5.7 muestra los

resultados numericos para cada grupo analizado. Se dan los resultados del ındice global

Coordinacion y de cada fase del movimiento que implica un desplazamiento de la mano (%

coeficiente de correlacion de Pearson). El valor global del ındice, normalizado con respecto

al patron de referencia, se muestra en la Tabla 5.7.


(n=7) (n=7) (n=4)

Coordinacion (0-100) 90,75 (9,69)a 72,63 (6,42)a 82,92 (12,65)

Calcance (Pearson%) 87,88 (5,91) 87,13 (12,86) 74,78 (24,27)

Ctransporte−proximal (Pearson%) 96,66 (1,90)a,b 65,17 (24,79)a 87,18 (6,33)b

Ctransporte−distal (Pearson%) 88,03 (12,39) 73,93 (18,55) 79,42 (14,16)

Cretorno (Pearson%) 84,66 (20,02) 82,85 (25,97) 74,66 (29,18)

Coordinacion (% patron) 115,31 (7,28)a 92,85 (8,88)a 102,12 (13,47)

Tabla 5.7: Indice Coordinacion para cada grupo analizado (valor global del ındice para la AVD completa

y normalizado con respecto al patron de referencia. Tambien se incluyen los resultados de coordinacion

para cada fase de la AVD que implica un desplazamiento de la mano). Los resultados vienen expresados

por la mediana y el rango intercuartil. Las letras a y b denotan la deteccion de significacion entre los grupos

analizados (p < 0, 05 y p < 0, 01 respectivamente).

Los coeficientes de correlacion > 0, 70 se consideran elevados; 0,60-0,70 buenos; 0,50-

0,60 moderados; 0,40-0,50 razonables y < 0, 40 debiles entre las variables valoradas [116].

La correlacion obtenida en la AVD de beber completa y en cada una de las fases que lo

componen, en general, es elevada en los tres grupos analizados (Tabla 5.7). La coordinacion

global ha sido significativamente mayor en el patron de referencia que en el grupo LM C6

109

5.3. Resultados

(p < 0, 05) (Figura 5.8) y, concretamente, en la fase de transporte proximal entre el patron

de referencia y ambos grupos de pacientes (p < 0, 05).

Figura 5.8: Diagrama de caja con los resultados del ındice Coordinacion para las tres poblaciones

analizadas.

Indice Suavidad (S1) a partir del numero de picos del perfil de velocidad

El ındice Suavidad, S1, valora esta caracterıstica del movimiento analizando el perfil

de velocidad de la mano durante la realizacion de la AVD de beber. El perfil de velocidad,

en modulo, se analiza en base al numero de maximos (picos) de la curva. Se obtiene, en

cada grupo analizado, el numero de picos durante la ejecucion de la AVD completa y,

particularmente, para la fase de alcance de la misma. Se obtiene el valor global del ındice

Suavidad y normalizado respecto al patron de referencia (Tabla 5.8).


(n=7) (n=7) (n=4)

Suavidad (S1) (0-100) 91,43 (7,25)b,c 72,56 (11,61)c 81,27 (8,71)b

picos alcance 1,48 (0,42)a 2,28 (0,78)a 1,85 (0,19)

picos AVD 6,97 (0,53)b,c 12,45 (2,21)c 13,70 (4,63)b

Suavidad (S1)(% patron) 100,20 (6,79)b,c 54,91 (12,17)c 60,53 (15,24)b

Tabla 5.8: Indice Suavidad para cada grupo analizado (valor global del ındice y normalizado con respecto

al patron de referencia. Tambien se incluyen los resultados de los parametros que intervienen en el calculo

del ındice global). Los resultados vienen expresados por la mediana y el rango intercuartil. Las letras a yb,c denotan la deteccion de significacion entre los grupos analizados (a (p < 0, 05) y b,c (p < 0, 01)).

En ambos grupos de personas con LM el numero de picos durante la AVD completa

fue el doble (12,45 picos en el grupo LM C6 y 13,70 picos en el grupo LM C7) que en el

patron de referencia (6,97 picos) siendo significativa esta diferencia entre el patron de refe-

rencia y ambos grupos de pacientes. El resultado del ındice global Suavidad, normalizado

110


respecto al patron de referencia, es menor en los grupos de personas con LM (60,53% y

54,91% (p < 0, 01) en los grupos LM C6 y C7 respectivamente) que en el grupo de sujetos

sanos (100,20%). La dispersion en ambos grupos de pacientes es mayor que en el patron

de referencia.

El grafico de los diagramas de caja muestra la capacidad del ındice Suavidad para

detectar diferentes patrones de comportamiento motor entre sujetos sanos y personas con

LM a nivel C6 o C7 (Figura 5.9).

Figura 5.9: Diagrama de caja con los resultados del ındice Suavidad S1 para cada poblacion analizada.

Indice Suavidad (S2) a partir del analisis espectral del perfil de velocidad

El ındice Suavidad, S2, propuesto en esta investigacion valora, la velocidad del mo-

vimiento, analizando el perfil de velocidad de la mano durante la ejecucion de un ciclo

completo de la AVD de beber. El analisis se realiza mediante la aplicacion de la Transfor-

mada de Fourier para obtener el espectro en frecuencia del perfil de velocidad.

En la Tabla 5.9 se muestran los resultados del ındice Suavidad S2, para cada grupo

analizado, normalizados respecto al patron de referencia. Los resultados obtenidos son

significativamente menores en los grupos de LM que en el grupo de sujetos sanos

(p < 0, 05). Graficamente, se aprecia la capacidad del ındice para distinguir diferencias

en el comportamiento motor entre los sujetos sanos y personas con LM. El grupo LM C6

muestra mayor dispersion en los sujetos analizados (Figura 5.10).

111

5.4. Discusion


(n=7) (n=7) (n=4)

Suavidad (S2) 8,49 (0,47)a,b 15,16 (5,16)b 14,00 (1,53)a

Suavidad (S2) (%) 100,68 (4,71)a,b 69,47 (14,01)b 67,27 (6,11)a

Tabla 5.9: Indice Suavidad S2 para cada grupo analizado. Los resultados vienen expresados por la

mediana y el rango intercuartil y estan normalizados con respecto al patron de referencia. Las letras a,b

denotan la deteccion de significacion entre los grupos analizados (p < 0, 01).

Figura 5.10: Diagrama de caja con los resultados del ındice Suavidad S2 para cada uno de los grupos

analizados.

5.4. Discusion

Los resultados del analisis de la capacidad discriminativa de los ındices cinematicos

propuestos en esta investigacion, parecen satisfactorios. Se muestran indicios que, en prin-

cipio, permiten afirmar que los ındices propuestos pueden detectar deficits en la funcion del

MS. Mayor puntuacion en los ındices propuestos se corresponde con un mejor desempeno

motor en cuanto a la caracterıstica del movimiento analizada. En general, las poblaciones

con LM a nivel C6 o C7 han obtenido peor puntuacion, debido a los deficits funcionales

que estas poblaciones poseen.

Resulta complicado comparar los resultados con los de otros investigadores porque,

o bien han analizado otros movimientos funcionales, el mas frecuente el de alcance de

un objetivo, o incluso, han utilizado dispositivos roboticos para captar el movimiento del

brazo cambiando el entorno experimental [45]. No obstante, existe un estudio en el que

han utilizado un equipo de fotogrametrıa para analizar la AVD de beber de un vaso en

poblacion con ACV. Este estudio se va a utilizar para comparar los resultados de esta

investigacion, aunque las variables cinematicas se han calculado fundamentalmente para

la fase de alcance [38].

112


Se tiene evidencia de estudios cuyo objetivo principal ha sido analizar la capacidad

de una serie de variables cinematicas para encontrar diferencias entre varias poblaciones

analizadas. Estos estudios han analizado el movimiento de alcance de un objetivo en ninos

con PC [57, 59] y la AVD de beber en personas que han padecido un ACV [38]. Hasta la

fecha no se tiene evidencia de estudios similares en poblaciones con LM.

Los ındices cinematicos propuestos en esta investigacion poseen la originalidad de va-

lorar una AVD completa y de expresar los resultados relativos a un patron de referencia.

Los ındices cinematicos valoran la amplitud del movimiento realizado y caracterısticas

relacionadas con la destreza y la habilidad del MS.

En los ındices cinematicos que informan sobre la amplitud del movimiento, se han en-

contrado diferencias estadısticamente significativas en el desplazamiento articular global

del MS (ındice Amplitud Articular (Aart)) y en el especıfico de la articulacion de la muneca

correspondiente al movimiento de flexion-extension de la misma. Sin embargo, en el ındi-

ce Amplitud de Alcance, correspondiente al punto maximo de la trayectoria de la mano

durante el movimiento a partir de la posicion de inicio, no se han encontrado diferencias

significativas entre los tres grupos analizados. Estos resultados sugieren que las personas

con LM cervical necesitan mas recorrido articular, en general, que los sujetos sanos para

realizar de forma satisfactoria el movimiento solicitado. Probablemente, se debe al exce-

sivo desplazamiento de la articulacion de la muneca, por la realizacion de estrategias de

compensacion, que habitualmente realizan los pacientes. La mas importante es el efecto

tenodesis, que consiste, por definicion, en la accion anatomica por la cual a medida que

la muneca se extiende los dedos se flexionan de forma natural y pasiva cayendo contra

el pulgar en posicion de pinza lateral. Personas con LM cervical de nivel metamerico C6

consiguen la funcion de agarre mediante la contraccion de los flexores de los dedos por

medio de la extension de muneca [117]. Estos resultados coinciden con estudios cinemati-

cos previos en LM [28].

Respecto a los ındices cinematicos relacionados con la destreza y la habilidad del MS,

el ındice Precision se ha encontrado en la literatura referido a la desviacion entre trayec-

torias [45], a la desviacion en torno al objetivo o como la distancia excedida a unos ciertos

lımites espaciales impuestos al movimiento [46]. En esta investigacion, el ındice Precision

se ha calculado como la desviacion entre trayectorias. Normalmente, en la literatura ha

sido aplicado al movimiento de alcance de un objetivo y se ha calculado como la distancia

media de las distancias muestra a muestra entre la trayectoria real realizada por un sujeto

y la considerada trayectoria referencia. La trayectoria referencia se ha considerado la lınea

recta entre el objetivo y el punto de inicio del movimiento. Se trata de una medida del

error en precision. En el estudio publicado por Colombo, se han obtenido valores de dis-

tancia media entre 20, 98± 15, 53 mm y 32, 94± 13, 51 mm [45]. El ındice Precision que se

propone en esta investigacion considera como trayectoria referencia la media de todas las

trayectorias realizadas por el patron de referencia, formado por un grupo de sujetos sanos.

Las distancias medias entre ambas trayectorias son mayores en el grupo de pacientes con

LM C6 (88, 6±36, 30 mm) que en el grupo de sujetos sanos (37, 30±12, 90 mm) y en el de

113

5.4. Discusion

LM C7 (49, 90± 27, 00 mm). Estas distancias medidas en la AVD completa, son mayores

que las encontradas en el movimiento de alcance [45].

No se tiene evidencia de estudios que hayan valorado la precision de un movimiento

con un ındice global como el que se ha propuesto en esta investigacion. Cada parametro

del ındice Precision ha detectado diferencias entre los grupos analizados de forma que el

ındice global ha sido capaz de detectar diferencias entre los tres grupos analizados.

El ındice Agilidad no se ha encontrado descrito en la literatura. Se ha calculado a par-

tir de la velocidad durante el movimiento, exigiendo al ındice requisitos de precision. Los

sujetos sanos que forman el patron de referencia tardaron una media de 6,76 s en realizar

la AVD de beber. Este resultado es similar al de un grupo de sujetos sanos de otro estudio

que ha seguido el mismo protocolo experimental (6,49 s) [38]. En esta investigacion, los

grupos de personas con LM han requerido mas tiempo para completar el movimiento. La

velocidad media, vmed, durante la AVD completa ha sido menor en las poblaciones con

LM C6 y C7 que en los sujetos sanos, pero sin significacion estadıstica entre los grupos

analizados. Sin embargo, la velocidad pico, vmax, fue mayor en los grupos con LM que

en los sanos debido a la realizacion de movimientos bruscos. En este ındice se calcula el

parametro µ en funcion de vdif , igual a la diferencia entre vmax y vmed. Esta diferencia es

mayor y significativa en los pacientes con LM C6 que en los sanos. En pacientes con ACV

se ha observado el efecto contrario, en los que la vmax fue menor que en los sanos durante

la fase de alcance dentro de la AVD de beber [38] y en un estudio en poblacion con LM

analizando el movimiento de alcance de un objetivo [28]. Las diferencias observadas en

estos parametros de velocidad y aceleracion hacen que el ındice global Agilidad sea capaz

de discriminar entre las tres poblaciones de sujetos.

El ındice Eficiencia hace referencia al analisis de la trayectoria de la mano durante el

movimiento, teniendo en cuenta la componente temporal de la misma. Se computa a partir

de la longitud de la trayectoria calculada a partir de la distancia Euclıdea entre muestras

consecutivas, y normalizando dicha longitud respecto a la longitud de la trayectoria media

correspondiente al patron de referencia. Esta metrica se ha encontrado en la literatura

aplicada al movimiento de alcance de un objetivo [28, 46, 59, 65, 66]. El movimiento

de alcance es un movimiento estereotipado y coordinado que consiste en una trayecto-

ria bien ejecutada [71], normalmente, con un pico de velocidad [60]. En estos estudios la

trayectoria de referencia se ha considerado la lınea recta entre objetivo y punto de inicio

[28, 42, 46, 59, 65, 66, 72]. En esta investigacion, la longitud media de las trayectorias

realizadas por los sujetos sanos durante la ejecucion de la AVD de beber ha sido de 2,03

m. En la literatura no se han encontrado valores para la longitud de la trayectoria real

realizada por los sujetos. Simplemente, se muestran valores de la ratio entre la longitud

de la trayectoria real y la de referencia siendo la eficiencia del movimiento mayor cuanto

mas proxima a 1 sea esta ratio [45]. Valores mayores que 1 corresponden a movimientos

menos eficientes correspondientes a la ejecucion de trayectorias mas largas [28, 59]. En

esta investigacion se ha invertido el sentido del ındice de forma que resultados mayores

corresponden a movimientos mejor ejecutados desde el punto de vista de la eficiencia.

114


Respecto al ındice Coordinacion, este se ha encontrado en la literatura siempre apli-

cado al movimiento de alcance de un objetivo y calculado a partir de los desplazamientos

articulares entre el movimiento de flexion-extension de hombro y flexion-extension de co-

do [27, 34, 38, 78]. Otro estudio propone el calculo de la coordinacion para la fase del

transporte proximal entre el movimiento de flexion-extension del codo y el de abduccion-

aduccion en el hombro [75]. En esta investigacion se ha propuesto un ındice Coordinacion

para medir esta caracterıstica del movimiento en la AVD completa. La correlacion en la

fase de alcance ha sido elevada en los tres grupos analizados. En un estudio, publicado

previamente, la coordinacion ha sido mayor para los sujetos sanos que en nuestro patron

de referencia y menor en pacientes con ACV moderado [38] que en los pacientes con LM

que han participado en esta investigacion. En esta investigacion se han encontrado diferen-

cias entre el patron de referencia con ambos grupos de pacientes dando como resultado un

ındice global Coordinacion capaz de diferenciar entre la condicion sana y las personas con

LM a nivel de la 6a vertebra cervical. Sin embargo, tampoco se encontraron diferencias

significativas entre los sujetos sanos y los pacientes con ACV [38].

En la literatura se ha analizado la suavidad del movimiento, normalmente duran-

te el movimiento de alcance, a partir de la ratio entre la velocidad media y maxima

[44, 46, 47, 54]; el numero de cruces por cero del perfil de aceleracion durante movimiento

de alcance [31, 67] o AVD [75]; o calculando el jerk [44]. El jerk representa la tasa de

cambio del perfil de aceleracion durante el movimiento analizado. En esta investigacion

se ha descartado el computo de esta metrica porque hay que obtener la 3a derivada de la

posicion de la mano, dando lugar a imprecisiones. En esta investigacion, el ındice Suavidad

S1 valora esta caracterıstica del movimiento analizando el perfil de velocidad de la mano

durante la AVD de beber. El perfil de velocidad se analiza en base al numero de maximos

(picos) de la curva, igual que estudios previos, que analizan el movimiento de alcance de

un objetivo [28, 44, 46, 60, 62] o AVD [37, 38, 42]. Murphy calcula el numero de picos

del perfil de velocidad de la AVD para las fases de alcance y transporte proximal siendo

2 el numero mınimo de picos encontrados. El perfil de velocidad en cada fase analizada

en sujetos sanos es continuo, suave, con forma de campana y con un pico predominante

[38]. Los pacientes muestran perfiles de velocidad oscilatorios, mas irregulares que los de

los sujetos sanos y con mayor numero de picos. Pacientes con ACV realizan la AVD con

perfiles de velocidad (fases alcance y transporte proximal) con 8, 4±4, 2 picos mientras que

los sanos exhiben 2, 3±0, 3 picos encontrando significacion entre sujetos sanos y pacientes

con ACV [38]. En otro estudio, en el grupo de sujetos sanos se encontraron 4, 8±1, 2 picos

frente a 17, 5±24, 8 picos encontrados en los perfiles de velocidad de personas hemiplejicas

detectando tambien significacion entre ambos grupos de sujetos [42]. En esta investigacion

se han encontrado diferencias significativas entre el patron de referencia (6, 97±0, 53 picos)

y los dos grupos con LM C6 (12, 45± 2, 21) y C7 (13, 70± 4, 63). El resultado global es un

ındice Suavidad con capacidad para discriminar entre sujetos sanos y ambos grupos de LM.

Por ultimo, con el ındice Suavidad S2 se hace un analisis del espectro de frecuencia del

perfil de velocidad de la mano durante la AVD de beber. Este analisis parte de la hipotesis

de que un perfil de velocidad mas irregular con mayor numero de picos tendra un espectro

en frecuencia mas complicado. Balasubramanian propone este ındice como una medida de

115

5.5. Conclusion

suavidad con idea de poder discriminar entre distintos grados de afectacion en personas

que padecen un ACV [77]. En esta investigacion el ındice Suavidad S2 muestra capacidad

para distinguir entre los sujetos sanos y las personas con LM C6 y C7.

5.5. Conclusion

En este capıtulo se ha analizado la capacidad discriminativa de los ındices para de-

tectar alteraciones en la funcion del MS. El analisis se ha realizado en poblaciones de

sujetos en las que se sabe, a priori, que esas alteraciones existen. Los pacientes incluidos

en este estudio padecen una LM cervical completa desde el punto de vista motor. Por

tanto, personas con lesiones clasificadas en el mismo nivel metamerico (C6 o C7 en esta

investigacion) poseen unos deficits funcionales similares.

Los ındices cinematicos propuestos para valorar la AVD de beber de un vaso han

mostrado capacidad para, en mayor o menor medida, distinguir entre las poblaciones ana-

lizadas dando respuesta a la pregunta P8 propuesta en el Capıtulo 1.

Respecto a los ındices relacionados con la destreza y la habilidad del MS, los ındices

Precision y Agilidad han sido discriminativos entre las tres poblaciones analizadas; entre

los sujetos sanos con los dos grupos de pacientes y, entre los dos niveles de afectacion de

personas con LM. Sin embargo, Eficiencia y Coordinacion han sido capaces de discriminar

entre los sanos y las personas con LM a nivel de la 6a vertebra cervical. Por ultimo, los

ındices Suavidad, S1 y S2 han mostrado capacidad para detectar que el grupo de sujetos

sanos es distinto a los dos grupos de pacientes con LM en cuanto a esta caracterıstica del

movimiento.

116

Capıtulo 6

Analisis de la capacidad

evaluadora de los ındices

En este capıtulo se presenta la metodologıa desarrollada para validar, desde el punto

de vista clınico, la capacidad de los ındices cinematicos como herramientas de evaluacion.

Se trata de analizar si sirven para evaluar la funcion del miembro superior con respecto

a las caracterısticas que miden. Para lograr tal objetivo, se ha realizado un estudio

experimental aplicado al analisis de la Actividad de la Vida Diaria (AVD) de beber de

un vaso, siguiendo el protocolo experimental descrito en el Capıtulo 3. En este estudio han

participado personas con lesion medular cervical incompleta motora que, en principio,

presentan pronostico de experimentar cambios en la funcion del miembro superior. A

cada persona se le han realizado dos evaluaciones completas espaciadas 6 semanas. Cada

evaluacion consta de una sesion cinematica, para obtener los ındices propuestos en el

Capıtulo 4, y una evaluacion clınica, mediante un conjunto de escalas clınicas (Anexo A).

El objetivo es analizar si los ındices cinematicos pueden detectar cambios longitudinales

en los sujetos y comparar estos resultados con los proporcionados por las escalas clınicas.

6.1. Introduccion

Una medida evaluadora puede ser de utilidad para identificar cambios en los individuos

en un periodo de tiempo, para determinar la efectividad de un tratamiento o monitorizar

la evolucion espontanea de una cierta condicion de salud [23].

En este capıtulo se presenta el estudio experimental realizado con el objetivo principal

de validar los ındices cinematicos como herramientas de evaluacion en el entorno clınico.

Del objetivo principal derivan tres objetivos especıficos:

1. Analizar la validez de los ındices cinematicos con respecto a un elemento externo

previamente validado (escalas clınicas), estudiando la correlacion de los resultados

obtenidos en cada ındice con las escalas clınicas.

2. Analizar la reproducibilidad de los resultados de los ındices. Para ello se analizan

medidas repetidas consecutivas dentro de una sesion y entre dos sesiones distintas del

117


mismo sujeto, realizadas en un intervalo de tiempo corto como para poder considerar

que no se ha producido un cambio clınico significativo.

3. Estudiar la sensibilidad al cambio de los ındices. Para ello, a los participantes en el

estudio se les realiza dos evaluaciones completas espaciadas 6 semanas. Durante este

tiempo, los pacientes pueden experimentar cambios en la funcion del MS, debido a la

evolucion espontanea y/o a los tratamientos terapeuticos recibidos. Cada evaluacion

se compone de una sesion cinematica para obtener los ındices y una sesion con un

conjunto de escalas clınicas.



El analisis de los aspectos de validez, reproducibilidad de las medidas y sensibilidad al

cambio se va a realizar en una nueva muestra de pacientes.

En este estudio experimental participan personas con lesion medular cervical

incompleta motora, que puedan realizar la AVD de beber con/sin ayudas tecnicas (ferulas,

adaptaciones) pero sin ayuda fısica de una persona y que presenten pronostico de

experimentar cambios en su estado funcional, medidos en distintos instantes de tiempo.

La Tabla 6.1 muestra las caracterısticas demograficas y funcionales de los participantes.

P Sexo Edad Estatura Peso Meses Nivel ASIA Etiologıa Indice Motor

(anos) (cm) (Kg) lesion lesion Dcho Izdo

1 F 67 165 60 7 C3 D NT 11 16

2 M 38 175 72 5 C6 C T 14 14

3 F 68 155 55 5 C4 C T 13 12

4 M 42 185 85 6 C4 D NT 25 20

5 M 63 185 80 4 C5 C T 13 13

6 M 39 180 75 3 C4 C T 6 10

7 F 44 158 72 5 C4 C NT 25 16

8 M 29 185 82 4 C7 C T 19 23

9 M 51 172 90 5 C4 D T 14 7

Tabla 6.1: Caracterısticas demograficas y antropometricas de los pacientes en el momento de su inclusion

en el estudio. Abreviaturas: P (Paciente); F (Femenino); M (Masculino); T (Traumatico); NT (No

traumatico); Dcho (Derecho); Izdo (Izquierdo).

Criterios de inclusion/exclusion

Todos los participantes han de cumplir los criterios de inclusion mostrados en la Tabla

6.2.

118

Capıtulo 6. Analisis de la capacidad evaluadora de los ındices




- Tener nivel de lesion medular clasificado por la escala ASIA como C o D

- Estar recibiendo tratamiento funcional del miembro superior en Terapia Ocupacional










Excepcionalmente, se vera a lo largo de este capıtulo que, para abordar uno de los

estudios de la validez de los ındices cinematicos, se ha pedido colaboracion a una persona

con LM de nivel metamerico C8-T1, usuario habitual de silla de ruedas, pero que no posee

afectacion en la funcion del MS.

6.2.2. Intervencion

La intervencion consiste en 2 evaluaciones completas del paciente (Figura 6.1). En cada

una de ellas se repiten los siguientes pasos:

1. Anamnesis. Consiste en la recogida de datos del sujeto y firma del consentimiento

informado; tipo y periodo de tratamiento que recibe; nivel de lesion y clasificacion

escala ASIA.

2. Sesion experimental. El sujeto, una vez instrumentado con los sensores del

Codamotion, se situa en sedestacion frente a la mesa segun el protocolo experimental

descrito en el Capıtulo 3 (Figura 3.18). Al sujeto se le dan las indicaciones de a partir

de la posicion de inicio alcanzar y coger el vaso; llevar el vaso a la boca, simular un

trago, dejar el vaso en la superficie de la mesa y regresar a la posicion de inicio. La

prueba finaliza cuando se hayan grabado 5 repeticiones validas en cuanto al logro de

ejecucion de la tarea y visibilidad de los marcadores. En caso de fatiga o cansancio,

se interrumpe la prueba el tiempo necesario.

3. Evaluacion clınica. Dentro del periodo de ± 2 semanas a la realizacion de las sesiones

experimentales con Codamotion [47] se realiza una evaluacion clınica del paciente

segun las escalas descritas en el Anexo A. Las evaluaciones clınicas las realiza siempre

el mismo terapeuta.

119


Evaluación 1

Pre

Evaluación 2

Post

6 semanas

- Escalas clínicas - Cinemática

- Escalas clínicas - Cinemática

Figura 6.1: Estudio experimental: Analisis capacidad evaluadora de los ındices cinematicos propuestos.

Entre ambas evaluaciones, un paciente puede experimentar cambio en la funcion del MS debido a la

evolucion espontanea y/o a los tratamientos terapeuticos recibidos.

6.2.3. Aspectos analizados

Los criterios o propiedades que un instrumento de medida ha de cumplir para que

sea valido como herramienta de evaluacion son: validez, fiabilidad o reproducibilidad y

sensibilidad al cambio [23].

Validez

Un instrumento de medida es valido si mide aquello para lo que fue disenado [23].

En el contexto de esta investigacion, los ındices cinematicos propuestos serviran como

instrumento de evaluacion si muestran un cambio en su puntuacion cuando se produce un

cambio real en el desempeno motor del sujeto. Para alcanzar este objetivo, el analisis del

criterio de la validez se aborda desde dos puntos de vista:

El primero de ellos consiste en la realizacion de desviaciones controladas con respecto

al patron de movimiento bien ejecutado. Este aspecto de la validez se ha realizado

bajo la hipotesis de que patrones de movimiento modificados adrede, deberıan ofrecer

peores resultados en los ındices cinematicos respecto al patron bien ejecutado. Peores

resultados en los ındices se corresponden con valores mas bajos en la escala de

puntuacion.

Para llevar a cabo este analisis, como excepcion, se ha pedido colaboracion a otra

persona que no va a formar parte del resto de estudios propuestos en este capıtulo.

120


En este caso, se trata de un hombre de 57 anos, que posee una LM a nivel C8-T1

de etiologıa no traumatica tras una operacion quirurgica. Por tanto, se trata de una

persona que es usuario habitual de silla de ruedas pero que no posee afectacion en la

funcion del MS. El estudio experimental con este paciente se ha realizado siguiendo

el protocolo experimental descrito en el Capıtulo 3, para el analisis de la AVD de

beber. A la persona se le ha solicitado la realizacion de 6 patrones de movimiento

distintos con 5 repeticiones de cada uno de ellos:

• Patron 1 . Consiste en la ejecucion de un ciclo completo de la AVD de beber a

velocidad libre.

• Patron 2 . Consiste en la ejecucion de un ciclo completo de la AVD de beber en

el que se ha modificado el patron de movimiento en la fase de alcance y retorno

a la posicion de inicio. En esta modalidad, las fases de alcance y retorno se

realizan en dos tramos desviando el brazo lateralmente hacia la derecha durante

el camino hacia el vaso.

• Patron 3 . Consiste en la ejecucion de un ciclo completo de la AVD de beber

en el que se ha modificado el patron de movimiento en la fase de alcance y

retorno a la posicion de inicio. En este caso, las fases de alcance y retorno se

realizan con una trayectoria con repetidas desviaciones en el plano horizontal

(plano XZ).


el que se ha modificado el patron de movimiento en la fase de alcance y retorno

a la posicion de inicio. En esta modalidad, las fases de alcance y retorno se

realizan con una trayectoria con repetidas desviaciones en el plano vertical

(plano XY).



retorno a la posicion de inicio. En este caso, las fases de alcance y retorno se

realizan con una trayectoria mas larga describiendo un bucle. La fase de alcance

se realiza a mayor velocidad que de forma habitual.


solicitandole al sujeto que realice la actividad a velocidad muy lenta.

El segundo metodo para evaluar el criterio de la validez, consiste en analizar

la correlacion entre los ındices cinematicos y la evaluacion realizada al paciente

mediante una serie de escalas clınicas. Se ha calculado la correlacion entre los ındices

y las escalas en la evaluacion (pre). Las escalas clınicas con las que se ha evaluado

al paciente son:

• Indice Motor (Balance muscular): valora la fuerza de 5 grupos musculares del

miembro superior entre 0 (ausencia de fuerza) y 5 (funcion normal) puntos.

Cada brazo se puntua con un maximo de 25 puntos.

• Indice de Barthel (IB) [17]: la escala valora la capacidad de una persona para

realizar de forma dependiente o independiente 10 actividades basicas de la vida

121


diaria: comer, banarse, vestirse, arreglarse, deposicion, miccion, ir al servicio,

traslado al sillon/ cama, deambulacion y subir escaleras. Cada ıtem posee

una puntuacion (0, 5, 10 o 15 puntos) en funcion del tiempo empleado en

su realizacion y la necesidad de ayuda para llevarla a cabo. La puntuacion final

varıa de 0 a 100 puntos. La puntuacion total de maxima independencia es 100

y la de maxima dependencia es 0.

• Functional Independence Measure (FIM) [18]: la escala consiste en 18 ıtems

organizados en 6 categorıas, 4 corresponden a funciones motoras (autocuidado,

control de esfınteres, aspectos de movilidad y locomocion) y 2 corresponden a

funciones cognitivas. La puntuacion maxima es de 126 puntos.

• Spinal Cord Independence Measure (SCIM) [21]: esta escala es especıfica para

valorar LM y tiene 16 ıtems divididos en 3 areas funcionales: autocuidado,

respiracion y control de esfınteres, y movilidad. La puntuacion total puede variar

entre 0 y 100 puntos.

• Jebsen-Taylor Hand Function (JTHF) [19]: es una escala general que valora la

funcion de la mano solicitando a la persona la realizacion de ciertas actividades

puntuandolas como el tiempo necesario para realizarlas medido en segundos.

Las actividades consisten en escribir, coger objetos pequenos, pasar tarjetas,

simular comer, apilar fichas, mover latas ligeras y mover latas pesadas.

• Nine-Hole Peg Test): es una escala que valora la destreza manual. No evalua

calidad de movimiento ni modelos de prension. Valora el tiempo necesario para

completar la tarea.

Una descripcion mas detallada y los formularios de estas escalas se pueden consultar

en el Anexo A.

El analisis de la correlacion se realiza mediante el coeficiente de correlacion de

Pearson. Para aquellas correlaciones que resulten significativas se puede mostrar

el grafico de dispersion lineal de ambas variables correlacionadas.

Reproducibilidad de las medidas

La reproducibilidad o fiabilidad (reliability en ingles) se puede definir como la capa-

cidad de una medida para dar respuestas consistentes, en medidas repetidas, en ausencia

de cambio en el sujeto en cuanto a las caracterısticas que se analizan [23].

En esta investigacion, el estudio de la reproducibilidad de las medidas es imprescindi-

ble para determinar cuanta diferencia se necesita en los ındices para detectar un cambio

atribuible al desempeno motor del sujeto. Se tienen en cuenta efectos aleatorios y el error

inherente al proceso de medicion.

Hasta ahora se tiene evidencia de haber realizado este estudio, aplicado al movimiento

de alcance de un objetivo, para analizar un conjunto de metricas obtenidas en 14 personas

que padecen ACV [27].

122


La reproducibilidad de las medidas se analiza con el ICC (Intraclass Correlation

Coeficient) calculado a partir de la relacion entre dos o mas conjuntos de medidas

repetidas. En el contexto de esta investigacion, hay que analizar los resultados de 2

sesiones cinematicas distintas realizadas al paciente dentro de la evaluacion 1 (pre).

Cada sesion consta de 5 repeticiones del movimiento completo de la AVD de beber. Se

hace un analisis de la varianza de medidas repetidas con la sesion experimental como

variable independiente. La varianza total en cada variable se divide en efectos atribuibles

a diferencias entre los sujetos que participan en el estudio, las sesiones experimentales y

posibles fuentes de error. Ası, si BMS representa la media cuadratica entre sujetos, EMS

el error cuadratico medio, RMS la media cuadratica entre las medidas repetidas y n el

numero de participantes en el estudio, el ICC para cada ındice cinematico propuesto se

calcula como:

ICC =BMS − EMS

BMS +RMS − EMS

n

(6.1)

La variabilidad dentro del sujeto atribuida a las medidas repetidas se obtiene por medio

del Error estandar de la medida (SEM).

SEM = SD√

1− ICC (6.2)

SD es la desviacion estandar de todas las repeticiones de las sesiones cinematicas 1 y

2 dentro de la evaluacion 1 (pre). A partir de la medida SEM se puede obtener el mınimo

cambio detectable (Minimal Detectable Change (MDC)). El MDC representa la magnitud

de cambio necesaria para exceder el error en la medida de una serie de medidas repetidas

calculado para el 95 % del intervalo de confianza.

MDC95 = SEM · 1, 96 ·√

2 (6.3)

El parametro 1,96 es el valor z en la tabla de distribucion normal para el 95 % de con-

fiabilidad y 5 % de error, y el parametro√

2 tiene en cuenta la varianza entre las 2 sesiones.

El analisis de la reproducibilidad de las medidas se encuentra en la literatura deno-

minado consistencia test-retest, refiriendose tambien al analisis de las medidas repetidas

en un corto periodo de tiempo [34]. La estabilidad de las medidas es una propiedad muy

importante de las medidas evaluadoras porque, de otro modo, un cambio en la puntuacion

obtenida no se puede atribuir a un cambio en el comportamiento motor del sujeto.

Las estimaciones SEM y MDC permiten a los clınicos determinar si un cambio

observado entre las evaluaciones 1 y 2 en los ındices cinematicos corresponde a un cambio

real en el sujeto.

Sensibilidad al cambio

La sensibilidad al cambio se ha identificado como la caracterıstica clave que un ins-

trumento de medida debe poseer para determinar si sera util como medida evaluadora [23].

123

6.3. Resultados

La sensibilidad al cambio de una medida de desempeno motor se evidencia, si la me-

dida es capaz de detectar un cambio clınicamente relevante en la calidad del movimiento,

con independencia de la magnitud del cambio y la direccion del mismo.

En el contexto de esta investigacion, el analisis de la sensibilidad al cambio se realiza

entre las evaluaciones Pre y Post realizadas al paciente en un periodo de 6 semanas. Se

analizan las posibles diferencias entre ambas sesiones en cuanto a los ındices cinematicos

propuestos y la baterıa de escalas clınicas pasadas a los pacientes.

Dado el tamano muestral del estudio realizado se han aplicado metodos estadısticos no

parametricos al no poder asegurar que los resultados posean distribucion normal. Se ha

aplicado el test de Wilcoxon para detectar posibles diferencias en cada ındice cinematico

y en las escalas clınicas entre las evaluaciones Pre y Post; el test de Wilcoxon empieza por

probar la hipotesis de igualdad entre los grupos. Si la significacion de este test es p < 0, 05

se rechaza la hipotesis de igualdad de comportamiento entre ambas evaluaciones.

Todos los datos se han analizado estadısticamente mediante el software estadıstico

SPSS para Windows (version 12.0) (SPSS Inc, Chicago, IL, USA) [115].

6.3. Resultados

Validez

El analisis del criterio de la validez se aborda desde dos puntos de vista:

Realizacion de desviaciones controladas con respecto al patron de movimiento bien

ejecutado. Este experimento se ha realizado bajo la hipotesis de que patrones de

movimiento modificados adrede, deberıan ofrecer peores resultados en los ındices

cinematicos propuestos con respecto al patron bien ejecutado. Peores resultados en

los ındices se corresponden con valores mas bajos en la escala 0-100.

En los patrones de movimiento analizados, se comparan los resultados de los

ındices cinematicos relativos a destreza y habilidad del MS con los resultados

correspondientes al ciclo de la AVD de beber bien ejecutado (Patron 1).

• Patron 1. Consiste en la ejecucion de un ciclo completo de la AVD de beber a

velocidad libre. La Tabla 6.3 muestra los resultados de los ındices cinematicos

expresados como la media y desviacion estandar de las 5 repeticiones realizadas.

Patron Indices cinematicos

mov Precision Agilidad Eficiencia Coordinacion Suavidad S1 Suavidad S2

1 87,20 (8,60) 91,74 (9,41) 110,68 (5,11) 97,20 (10,59) 97,43 (7,11) 90,79 (11,97)

Tabla 6.3: Analisis de la validez de los ındices. Resultados de los ındices cinematicos para los patrones

de movimiento 1.

124


• Patron 2 . Consiste en la ejecucion de un ciclo completo de la AVD de beber en el

que se ha modificado el patron de movimiento en la fase de alcance y retorno.

En esta modalidad las fases de alcance y retorno se realizan en dos tramos,

desviando el brazo lateralmente hacia la derecha durante el camino hacia el vaso.

La Tabla 6.4 muestra los resultados para este patron de movimiento comparado

con el patron de movimiento bien ejecutado.



1 87,20 (8,60) 91,74 (9,41) 110,68 (5,11) 97,20 (10,59) 97,43 (7,11) 90,79 (11,97)

2 39,52 (12,85) 27,89 (7,52) 38,07 (1,95) 83,84 (10,69) 68,38 (9,03) 61,99 (8,49)


de movimiento 1 y 2.

Las desviaciones realizadas en la trayectoria que sigue la mano se ven reflejadas

en un peor resultado en todos los ındices cinematicos. El porcentaje del ciclo

de la AVD de beber, en el que la trayectoria queda fuera de la banda de

dispersion considerada aceptable, es mayor y como consecuencia el ındice global

Precision es menor (Figura 6.2(b)). En este patron de movimiento, el ındice

Agilidad (27, 89 ± 7, 52 %) es menor que la puntuacion del ındice Precision

(39, 52± 12, 85 %), al contrario que en el patron 1.

La desviacion en la trayectoria se traduce en la realizacion de una trayectoria

mas larga que la realizada en el patron 1 (Figuras 6.2(a) y 6.2(b)) y ,por tanto,

menos eficiente ofreciendo un resultado peor en el ındice Eficiencia. La diferencia

en la trayectoria del segmento distal (la mano) afecta a la coordinacion entre los

movimientos de las articulaciones del hombro y del codo. Los submovimientos

realizados en la trayectoria producen mas cambios direccionales en la misma y

como consecuencia mas picos en el perfil de velocidad (Figuras 6.3(a) y 6.3(b)).

La curva del perfil de velocidad es mas complicada en la forma por la aparicion

de mas picos, y posee un espectro en frecuencia mas complejo. Esto se traduce

en peores resultados de los ındices Suavidad S1 y S2 en el patron 2 que en el

patron 1.

125

6.3. Resultados

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100−0.1

0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7Trayectoria de la mano


(m)

(a) Trayectoria patron 1

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100−0.1

0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6



(m)

(b) Trayectoria patron 2

Figura 6.2: Trayectoria de los patrones de movimiento 1 y 2.

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 1000

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

1Magnitud en velocidad de la mano durante la AVD completa (m/s)

Vmano

(m/s)


(a) Perfil velocidad patron 1

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 1000

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

1.4

1.6

1.8


Vmano

(m/s)


(b) Perfil velocidad patron 2

Figura 6.3: Perfil de velocidad de los patrones de movimiento 1 y 2.

• Patron 3 . Consiste en la ejecucion de un ciclo completo de la AVD de beber en el

que se ha modificado el patron de movimiento en la fase de alcance y retorno.

En este caso las fases de alcance y retorno se realizan con una trayectoria

con repetidas desviaciones en el plano horizontal (plano XZ). En la Tabla 6.5

se muestran los resultados para este patron de movimiento comparado con el

patron de movimiento bien ejecutado.



1 87,20 (8,60) 91,74 (9,41) 110,68 (5,11) 97,20 (10,59) 97,43 (7,11) 90,79 (11,97)

3 62,91 (12,94) 51,29 (14,57) 42,53 (5,50) 59,02 (27,10) 38,50 (3,37) 35,75 (10,95)





retorno. En esta modalidad las fases de alcance y retorno se realizan con una

trayectoria con repetidas desviaciones en el plano vertical (plano XY) (Figura

126


6.4). En la Tabla 6.6 se muestran los resultados para este patron de movimiento

comparado con el patron de movimiento bien ejecutado.



1 87,20 (8,60) 91,74 (9,41) 110,68 (5,11) 97,20 (10,59) 97,43 (7,11) 90,79 (11,97)

4 66,57 (1,26) 54,88 (10,46) 40,38 (2,71) 92,82 (9,23) 40,46 (4,31) 33,58 (11,97)



En los patrones de movimiento 3 y 4 se obtienen resultados similares en los

ındices cinematicos salvo en el ındice Coordinacion. Su valor fue mas elevado

en el patron 4 (92, 82±9, 23) que en el 3 (59, 02±27, 10). En el resto de los ındices

cinematicos se obtuvieron resultados peores que en el patron 1. Las figuras 6.4

y 6.5 muestran la trayectoria y el perfil de velocidad que ha realizado el sujeto

en el patron 4 respecto al patron 1.

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100−0.1

0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6



(m)


0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100−0.1

0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6


(m)



Figura 6.4: Trayectoria que ha realizado el sujeto en los patrones de movimiento 1 y 4.

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 1000

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9


Vmano

(m/s)



0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 1000

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

1.4

1.6

1.8Magnitud en velocidad de la mano durante la AVD completa (m/s)

Vmano

(m/s)




127

6.3. Resultados


el que se ha modificado el patron de movimiento en la fase de alcance y retorno.

En este caso las fases de alcance y retorno se realizan con una trayectoria mas

larga describiendo un bucle. La fase de alcance se realiza a mayor velocidad que

de forma habitual. En la Tabla 6.7 se muestran los resultados para este patron

de movimiento comparado con el patron de movimiento bien ejecutado.



1 87,20 (8,60) 91,74 (9,41) 110,68 (5,11) 97,20 (10,59) 97,43 (7,11) 90,79 (11,97)

5 33,34 (5,57) 33,35 (5,34) 44,51 (2,43) 78,22 (7,17) 65,86 (9,39) 99,29 (5,01)



La trayectoria mas larga (Figura 6.6(b)) se traduce en un peor resultado

del ındice Eficiencia (44, 51 ± 2, 43). La trayectoria, desviada en exceso con

respecto al patron bien ejecutado, produce peores resultados de todos los ındices

cinematicos en relacion al patron 1. En este caso, los resultados obtenidos para

los ındices Precision y Agilidad son similares, 33, 34 ± 5, 57 y 33, 35 ± 5, 34,

respectivamente. La figura 6.7(b) muestra el perfil de velocidad para este patron

de movimiento.

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100−0.1

0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6



(m)


0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100−0.1

0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6



(m)



128


0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 1000

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9


Vmano

(m/s)



0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 1000

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2



Vmano

(m/s)




solicitandole al sujeto que realice la actividad a velocidad muy lenta. En la Tabla

6.8, se muestran los resultados para este patron de movimiento comparado con

el patron de movimiento bien ejecutado. La trayectoria es muy parecida a la

del patron 1 y a la media del patron de referencia (Figura 6.8).



1 87,20 (8,60) 91,74 (9,41) 110,68 (5,11) 97,20 (10,59) 97,43 (7,11) 90,79 (11,97)

6 92,23 (6,36) 82,30 (10,31) 90,56 (9,20) 93,10 (17,64) 22,17 (7,57) 64,42 (22,60)



En este caso los ındices tienen valores elevados salvo el ındice Suavidad

(22, 17 ± 7, 57) que se ve tambien afectado por la velocidad de realizacion de

la tarea. El hecho de realizar la tarea mas despacio produce segmentacion del

movimiento apareciendo mas picos en el perfil de velocidad (Figura 6.8). En

este patron de movimiento el resultado del ındice Precision ha sido superior

que en el patron 1 y el ındice Precision ha sido mayor (92, 23 ± 6, 36) que el

ındice Agilidad (82, 30± 10, 31), al contrario que en el patron de movimiento 1.

129

6.3. Resultados

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100−0.1

0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6



(m)


0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100−0.1

0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7TRAYECTORIA DE LA MANO


(m)



0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 1000

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9


Vmano

(m/s)



0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 1000

0.05

0.1

0.15

0.2

0.25

0.3

0.35

0.4

0.45



Vmano

(m/s)



El segundo metodo para evaluar el criterio de la validez consiste en analizar la corre-

lacion entre los ındices cinematicos y la evaluacion realizada al paciente mediante una

serie de escalas clınicas (Indice Motor, Indice de Barthel, FIM, SCIM, Jebsen-Taylor

Hand Function y Nine-Hole Peg Test). La correlacion se ha analizado mediante el

coeficiente de correlacion de Pearson. Los coeficientes de correlacion > 0, 70 se con-

sideran elevados; 0,60-0,70 buenos; 0,50-0,60 moderados; 0,40-0,50 pobre y < 0, 40

correlacion debil o no asociacion [116].

En la Tabla 6.9 se muestran los coeficientes de correlacion entre los ındices cinemati-

cos propuestos y las evaluaciones clınicas correspondientes al Indice Motor y el Indice

de Barthel (puntuacion total de la escala, ıtem de alimentacion y total de autocuida-

do). No se han encontrado correlaciones importantes en estos ıtems con los ındices

cinematicos salvo entre el ındice Eficiencia y la puntuacion total del Indice de Bart-

hel donde la correlacion es buena (r=0,68 (p < 0, 05)). Este resultado coincide entre

este ındice con las escalas FIM y FIM cuidado personal (Tabla 6.10).

En cuanto a la escala FIM, se obtuvo buena correlacion entre el ındice Agilidad con

el ıtem de cuidado de la apariencia (r=0,67). Una correlacion similar se ha obtenido

130


Indice Indice Motor Indice Barthel

Total Alimentacion Cuidado

Precision (P) 0,59 0,44 0,39 0,46

Agilidad (A) 0,64 0,51 0,48 0,56

Eficiencia (E) -0,03 0,68∗ 0,14 0,64

Coordinacion (C) 0,18 -0,05 -0,23 0,10

Suavidad (num.picos) S1 0,34 0,42 0,54 0,58

Suavidad (Fourier) S2 0,56 0,53 0,57 0,57

Amplitud articular (Aart) -0,46 -0,12 -0,24 -0,19

Amplitud hombro (Aarth) -0,03 0,60 0,19 0,59

Amplitud codo (Aartc) -0,17 -0,31 -0,02 -0,37

Amplitud muneca (Aartm) -0,24 0,02 -0,38 -0,04

Amplitud alcance (Aalc) 0,28 0,14 0,44 0,20

Tabla 6.9: Analisis de la validez de los ındices cinematicos. Correlacion entre los ındices cinematicos

propuestos y las escalas clınicas Indice Motor e Indice de Barthel. Se incluyen los ıtems del Indice de

Barthel en cuanto a alimentacion y autocuidado. ∗ denota p < 0, 05.

para la Suavidad S2 con el ıtem de alimentacion y vestido de la parte superior. To-

das estas correlaciones son significativas con p < 0, 05 (Tabla 6.10). Por otro lado,

se han obtenido correlaciones elevadas entre el ındice Suavidad S1 con el ıtem de

alimentacion y entre la Suavidad S2 con el ıtem de cuidado de la apariencia con

p < 0, 05.

Indice FIM

Total Alimentacion Apariencia Aseo Vestido Cuidados

Precision (P) 0,41 0,47 0,56 0,29 0,49 0,47

Agilidad (A) 0,47 0,59 0,67∗ 0,31 0,62 0,57

Eficiencia (E) 0,68∗ 0,32 0,50 0,64 0,64 0,68∗Coordinacion (C) -0,01 -0,01 0,09 0,01 0,25 0,10

Suavidad S1 0,34 0,70∗ 0,51 0,08 0,66 0,48

Suavidad (Fourier) S2 0,48 0,66∗ 0,76∗ 0,25 0,65∗ 0,58

Ampl. Articular (Aart) -0,04 -0,34 -0,23 0,08 -0,26 -0,13

Ampl. Hombro (Aarth) 0,65∗ 0,26 0,29 0,66 0,54 0,60

Ampl. Codo (Aartc) -0,33 -0,19 -0,25 -0,32 -0,39 -0,37

Ampl. Muneca (Aartm) 0,15 -0,38 -0,08 0,34 -0,06 0,08

Ampl. Alcance (Aalc) 0,16 0,37 0,49 -0,02 0,24 0,24


propuestos y la escala clınica FIM (Functional Independence Measure). Se incluyen los ıtems de la escala

relativos a alimentacion, cuidado de la apariencia, aseo y vestido de la parte superior, y el total relativo al

cuidado personal. ∗ denota significacion estadıstica (p < 0, 05).

Las correlaciones de los ındices cinematicos con la escala SCIM han sido mas

131

6.3. Resultados

elevadas y frecuentes (Tabla 6.11). El ıtem del vestido de la escala FIM solo

mostro correlacion con el ındice Suavidad S2, mientras que el mismo ıtem de la

escala SCIM mostro correlacion moderada con Agilidad y Suavidad S1 y elevada

con Eficiencia y Suavidad S2. La correlacion entre el ındice Eficiencia y las escalas

FIM y SCIM fue moderada y elevada, respectivamente. La correlacion entre el ıtem

acicalarse de SCIM fue moderada con el ındice Suavidad (r=0,67) y elevada para los

ındices Agilidad (r=0,77 (p < 0, 05)) y Suavidad S2 (r=0,83 (p < 0, 01)).

Indice SCIM

Total Alimentacion Bano Vestido Acicalarse Cuidados

Precision (P) 0,48 0,48 0,48 0,57 0,66 0,53

Agilidad (A) 0,53 0,59 0,47 0,68∗ 0,77∗ 0,63

Eficiencia (E) 0,71∗ 0,42 0,51 0,71∗ 0,55 0,71∗Coordinacion (C) 0,05 0,00 -0,10 0,28 0,12 0,12

Suavidad S1 0,33 0,66∗ 0,01 0,69∗ 0,67∗ 0,53

Suavidad (Fourier) S2 0,54 0,66 0,44 0,71∗ 0,83∗∗ 0,64

Ampl. Articular (Aart) -0,11 -0,30 -0,11 -0,36 -0,40 -0,22

Ampl. Hombro (Aarth) 0,52 0,36 0,36 0,48 0,26 0,57

Ampl. Codo (Aartc) -0,37 -0,23 -0,22 -0,47 -0,32 -0,40

Ampl. Muneca (Aartm) 0,11 -0,29 0,14 -0,13 -0,27 -0,00

Ampl. Alcance (Aalc) 0,15 0,34 0,04 0,16 0,39 0,19


propuestos y la escala clınica SCIM (Spinal Cord Independence Measure). Se incluyen los ıtems de la

escala relativos a alimentacion, bano y vestido de la parte superior, acicalarse y el total relativo al cuidado

personal. ∗ y ∗∗ denotan significacion estadıstica p < 0, 05 y p < 0, 01, respectivamente.

La Figura 6.10 muestra el analisis de regresion entre ıtems de la escala SCIM con los

ındices Agilidad, Eficiencia y Suavidad S1 y S2. En las figuras a) y b) se observa que

el nivel de independencia con adaptacion (puntuacion 3) en el ıtem acicalarse de la

escala SCIM, se alcanza para valores > 65 % en Agilidad y para valores ≥ 60 % en

Suavidad S2. Las figuras c) y d) muestran el analisis de regresion entre el ıtem del

vestido de la parte superior de la escala SCIM con los ındices Eficiencia y Suavidad

S1. Se puede comprobar como resultados muy variados e incluso elevados en el ındice

Eficiencia se han correspondido con un 0 (dependencia total) en el ıtem del vestido.

Lo mismo se aprecia con el ındice Suavidad para el que algunos valores entre 15 y

60 % se corresponden con un 0 en este ıtem.

132


(a) Item acicalarse - Agilidad

(b) Item acicalarse - Suavidad S2

(c) Item vestido - Eficiencia

(d) Item vestido - Suavidad S1

Figura 6.10: Analisis de regresion entre la escala SCIM (ıtems acicalarse y vestido parte superior) con

los ındices cinematicos Suavidad S1 y S2, Agilidad y Eficiencia.

Las tablas 6.12 y 6.13 muestran los resultados de las correlaciones de los ındices ci-

nematicos con las tareas de las escalas Jebsen-Taylor Hand Function y Nine-Hole. De

los ındices relacionados con la destreza y la habilidad del MS, solamente los ındices

Precision y Agilidad mostraron correlacion moderada (r=-0,68) y elevada (r=-0,73),

respectivamente, con la escala Nine-Hole. Estas correlaciones son negativas porque

una puntuacion mayor en el ındice cinematico se corresponde con menos tiempo

requerido para completar la actividad propuesta por la escala Nine-Hole. Las corre-

laciones tambien son negativas con la escala Jebsen Taylor Hand Function. No se

han encontrado correlaciones significativas entre los ındices cinematicos que valoran

destreza con la escala Jebsen-Taylor.

En cuanto a los ındices relacionados con la amplitud del movimiento, las correlacio-

nes normalmente son positivas con las escalas Jebsen-Taylor y Nine-Hole, indicando

que mayor puntuacion en el ındice corresponde a mayor tiempo requerido para com-

pletar las tareas que solicitan las escalas. La correlacion es elevada entre el ındice

133

6.3. Resultados

Amplitud Articular y la Amplitud del Hombro con algunas actividades del Jebsen-

Taylor.

Indice Jebsen-Taylor

Escritura Tarjetas Objetos pequenos Comer

Precision (P) -0,21 -0,40 -0,68 -0,65

Agilidad (A) -0,22 -0,37 -0,62 -0,60

Eficiencia (E) 0,58 -0,14 -0,72 -0,41

Coordinacion (C) -0,35 -0,50 -0,60 -0,61

Suavidad S1 0,07 -0,40 -0,56 -0,37

Suavidad S2 -0,18 -0,38 -0,49 -0,40

Amp. Articular (Aart) 0,45 0,70 0,78∗ 0,80∗Ampl.Hombro (Aarth) 0,43 0,82∗ 0,44 0,34

Ampl.Codo (Aartc) -0,50 0,39 0,91∗∗ 0,70

Ampl.Muneca (Aartm) 0,11 0,62 0,49 0,42

Ampl.Alcance (Aalc) -0,44 0,18 0,43 0,59


propuestos y la escala clınica Jebsen Taylor Hand Function en los ıtems de la escala relativos a las tareas

de escritura, pasar tarjetas, coger objetos pequenos y simular comer. ∗ denota p < 0, 05.

Las Figuras 6.11(a) y 6.11(b) muestran el analisis de regresion entre tareas de la

escala Jebsen-Taylor con los ındices Amplitud Articular Hombro y Codo, respecti-

vamente. Tiempos de ejecucion menores en la tarea de coger objetos pequenos se

corresponden con una menor Amplitud Articular del Codo, mientras que valores

atıpicos en la Amplitud del codo se corresponde con un tiempo excesivo para com-

pletar la tarea del Jebsen.

(a) Jebsen Taylor- Amplitud Articular Hombro

(b) Jebsen Taylor- Amplitud Articular Codo

Figura 6.11: Analisis de regresion. Escala Jebsen-Taylor con Amplitud Articular del hombro y codo.

La Figura 6.12 muestra los valores mas elevados de los ındices a) Agilidad y b)

Precision se corresponden con tiempos menores de ejecucion de la escala.

134


Indice Jebsen-Taylor Nine-Hole

Fichas Objetos ligeros Objetos pesados

Precision (P) -0,64 -0,20 -0,17 -0,68∗Agilidad (A) -0,63 -0,15 -0,21 -0,73∗Eficiencia (E) -0,59 0,17 0,20 -0,19

Coordinacion (C) -0,64 -0,27 -0,45 0,19

Suavidad S1 -0,65 -0,25 -0,34 -0,47

Suavidad S2 -0,62 -0,18 -0,32 -0,76

Amp. Articular (Aart) 0,83∗∗ 0,60 0,59 0,41

Ampl.Hombro (Aarth) 0,48 0,84∗∗ 0,77∗ 0,07

Ampl.Codo (Aartc) 0,73 0,13 0,09 0,10

Ampl.Muneca (Aartm) 0,58 0,65∗ 0,47 0,47

Ampl.Alcance (Aalc) 0,21 0,17 -0,37 -0,44


propuestos y las escalas clınicas Jebsen Taylor Hand Function en los ıtems de la escala relativos a mover

fichas, coger objetos ligeros y objetos pesados, y la escala Nine-Hole Peg Test. ∗ y ∗∗ denotan significacion

estadıstica p < 0, 05 y p < 0, 01.

(a) Nine-Hole - Agilidad

(b) Nine-Hole - Precision

Figura 6.12: Analisis de regresion de los ındices Precision y Agilidad con la escala Nine-Hole.

Reproducibilidad de las medidas

La reproducibilidad de las medidas se ha analizado con el coeficiente de correlacion

intraclase (ICC). En la tabla 6.14 se muestran los valores de este ındice de correlacion.

Los valores en el rango 0,51-0,70 se consideran moderados; buenos en el rango 0,71-0,90 y

muy buenos si son > 0, 90 [118].

Los valores obtenidos en el ICC para los ındices cinematicos son buenos e incluso

muy elevados para los ındices Precision, Agilidad, Eficiencia, Suavidad S1 y S2, Amplitud

Articular del codo y muneca, y Amplitud de Alcance. Para estos ındices los valores oscilan

entre 0,939 y 0,985. A partir del ICC, se ha obtenido el error estandar en la medida (SEM)

siendo los valores mas elevados los de los ındices Amplitud Articular y Amplitud de la

135

6.3. Resultados

Indice ( %) ICC (0-1) SEM ( %) MDC ( %)

(n=9) (n=9) (n=9)

Precision (P) 0,958 3,79 ≈ 10

Agilidad (A) 0,964 2,89 ≈ 8

Eficiencia (E) 0,951 5,51 ≈ 15

Coordinacion (C) 0,815 6,56 ≈ 18

Suavidad S1 0,985 2,25 ≈ 6

Suavidad S2 0,930 7,57 ≈ 21

Amp. Articular (Aart) 0,877 12,39 ≈ 34

Ampl.Hombro (Aarth) 0,803 7,85 ≈22

Ampl.Codo (Aartc) 0,939 7,94 ≈ 22

Ampl.Muneca (Aartm) 0,939 50,93 ≈ 140

Ampl.Alcance (Aalc) 0,954 4,00 ≈11

Tabla 6.14: Analisis de la reproducibilidad. Coeficientes de correlacion intraclase (ICC), error estandar

de la medida (SEM) y mınimo cambio detectable (MDC).

muneca. Por ultimo, se ha obtenido en cada ındice cinematico el mınimo cambio detectable

(MDC). Consiste en la mınima cantidad de cambio que se tiene que producir en un ındice

para que pueda atribuirse el cambio al sujeto. Los resultados oscilan entre el 6 % para el

ındice Suavidad y 140 % para el ındice Amplitud de Muneca.

Sensibilidad al cambio

El analisis de la sensibilidad al cambio se han comparado los resultados de los ındices

en las evaluaciones pre y post y, por otro lado, los resultados de las escalas clınicas en las

evaluaciones pre y post, realizadas a los 9 pacientes con LM cervical incompleta motora

que han participado en el estudio.

Se ha realizado un analisis con el objetivo de detectar las diferencias significativas en

los resultados de los ındices cinematicos entre las evaluaciones pre y post. Los resultados

de este analisis se muestran en la tabla 6.15.

Los ındices cinematicos Eficiencia y Suavidad S1 y S2 son sensibles al cambio entre las

evaluaciones pre y post (p < 0, 05 en los tres casos). No obstante, es posible que existan

diferencias entre las evaluaciones pre y post y que no se hayan detectado debido a la hete-

rogeneidad de la muestra analizada. En base a este supuesto, se ha optado por presentar

los resultados de cada paciente en ambas evaluaciones (Tablas 6.16 y 6.17) y analizar el %

de la muestra en que cada ındice cinematico ha sido sensible al cambio.

Segun el analisis de la reproducibilidad de las medidas, se necesita un cambio de un 8 %

en el ındice Precision, para poder afirmar que un cambio en este ındice se debe realmente

a un cambio en el sujeto con independencia de la direccion en la que se produzca el cambio

(Tabla 6.14). Tomando este dato como referencia, a partir de la Tabla 6.15 se deduce que

el ındice Precision es sensible al cambio en un 55,56 % de los casos. Este dato corresponde

a 5 de los 9 pacientes que han participado en el estudio. Procediendo de igual forma para

136


Indice PRE POST

(n=9) (n=9)

Precision (P) 73,19 (63,51) 55,41 (51,25)

Agilidad (A) 63,39 (55,80) 52,78 (54,61)

Eficiencia (E) 98,55 (23,93)a 116,46 (12,28)a

Coordinacion (C) 82,43 (17,11) 91,37 (13,08)

Suavidad S1 35,97 (30,54)a 47,74 (42,08)a

Suavidad S2 50,13 (44,01)a 65,06 (41,29)a

Ampl. Articular (Aart) 110,91(22,90) 108,89 (31,26)

Ampl. Hombro (Aarth) 72,13 (25,59) 67,43 (36,63)

Ampl. Codo (Aartc) 138,72 (239,82) 138,67 (130,87)

Ampl. Muneca (Aartm) 263,81 (302,68) 171,56 (181,45)

Ampl. Alcance (Aalc) 77,57 (23,88) 80,46 (21,07)

Tabla 6.15: Comparacion de los resultados de los ındices cinematicos en las evaluaciones PRE y POST

espaciadas 6 semanas. Los resultados vienen expresados por la mediana y el rango intercuartil de los

resultados de los 9 pacientes que han participado en el estudio. La letra a denota significacion estadıstica

p < 0, 05.

P Precision Agilidad Eficiencia Coordinacion Suavidad (S1) Suavidad (S2)

Pre Post Pre Post Pre Post Pre Post Pre Post Pre Post

1 85,39 44,18 69,64 34,22 72,92 115,90 80,58 90,79 24,99 23,95 24,16 46,10

2 23,86 52,45 26,62 41,17 66,86 97,77 70,34 66,58 13,62 26,04 25,20 42,75

3 23,97 26,75 18,51 23,29 96,85 121,37 72,23 91,37 21,39 25,12 26,20 32,31

4 102,81 100,39 105,02 104,62 109,99 116,46 98,50 95,81 98,96 104,98 94,40 91,75

5 73,19 96,48 63,39 90,05 102,32 119,74 85,43 98,22 46,42 47,74 53,24 45,36

6 64,55 60,53 56,10 56,52 101,85 114,87 82,43 97,80 58,94 70,14 50,13 76,60

7 82,97 50,19 78,71 47,64 127,05 121,61 87,04 83,90 48,52 60,78 59,22 78,94

8 103,10 104,73 92,22 94,55 98,55 101,68 79,10 83,58 35,97 65,17 78,15 93,63

9 37,20 55,41 32,71 52,78 91,53 117,85 112,96 93,17 26,86 45,87 13,84 65,06

Tabla 6.16: Comparacion de los resultados de los ındices cinematicos que valoran la destreza y la habilidad

del MS en las evaluaciones PRE y POST espaciadas 6 semanas. Los resultados vienen expresados por

la media de las 5 repeticiones del movimiento realizadas en cada sesion (Pre y Post). Abreviaturas: P

(Paciente). En negrita se resaltan los casos en los que los ındices cinematicos han sido sensibles al cambio.

los demas ındices, a partir de las Tablas 6.14 y 6.16, se extrae que el ındice Suavidad S1ha sido sensible al cambio en un 66,67 % de los pacientes; seguido de los ındices Precision,

Agilidad y Eficiencia que han sido sensibles al cambio en 55,56 % de los casos; el ındice

Suavidad S2 ha detectado cambio en el 33,3 % de los participantes y, por ultimo, el ındice

Coordinacion en un 22,22 % de los participantes.

Este procedimiento se aplica a los ındices relacionados con la amplitud del movimiento.

El ındice Amplitud Articular global ha sido sensible al cambio en uno de los pacientes,

concretamente el 5 (Tabla 6.17). Los ındices Amplitud Articular del hombro y Amplitud

137

6.3. Resultados

P Aart Aarth Aartc Aartm AalcPre Post Pre Post Pre Post Pre Post Pre Post

1 110,91 108,89 73,81 57,65 107,67 95,97 325,96 551,69 77,02 72,74

2 154,26 122,99 87,36 67,43 318,34 231,98 512,63 229,43 110,95 98,57

3 121,78 118,90 72,13 31,94 452,03 368,81 263,81 364,75 48,83 53,87

4 84,74 95,89 71,73 78,6 86,59 173,47 85,54 171,56 88,21 95,44

5 99,06 142,08 80,00 73,14 187,71 133,49 185,65 132,02 45,59 80,73

6 108,19 91,06 53,28 64,37 138,72 86,42 137,20 85,47 82,17 77,49

7 120,17 120,06 104,68 103,51 72,22 138,67 450,67 137,15 73,80 69,88

8 98,64 82,13 62,90 93,27 221,86 100,38 219,40 99,27 81,88 89,33

9 121,72 89,47 48,38 40,96 128,86 226,11 477,54 223,62 77,57 80,46

Tabla 6.17: Comparacion de los resultados de los ındices cinematicos relacionados con la amplitud del

movimiento en las evaluaciones PRE y POST espaciadas 6 semanas. Los resultados vienen expresados por

la media de las 5 repeticiones del movimiento realizadas en cada sesion (Pre y Post). Abreviaturas: P

(Paciente). En negrita se resaltan los casos en los que los ındices han sido sensibles al cambio.

Alcance han sido sensibles al cambio en el 22,22 % de los casos, siendo el cambio en sentido

decreciente en un 50 % de los casos detectados. La Amplitud Articular del codo y de la

muneca ha sido sensible al cambio en el 88,89 y el 44,44 %, respectivamente. El cambio se

produce en sentido decreciente en un 62,5 y un 75 % de los casos detectados, respectiva-

mente.

El procedimiento para analizar la sensibilidad al cambio de los ındices cinematicos se

ha repetido para las escalas clınicas en las evaluaciones pre y post realizadas al paciente.

En las tablas 6.18 y 6.19 se muestran los resultados de las diferencias significativas

encontradas entre las evaluaciones pre y post en las escalas clınicas analizadas en el

grupo total de pacientes analizados. Este analisis ha detectado diferencias entre ambas

evaluaciones en las escalas Indice Motor, Indice de Barthel, SCIM y el ıtem relativo al

cuidado personal, FIM y el ıtem de autocuidado (p < 0, 05). Tambien se ha detectado

significacion en la escala Jebsen-Taylor en la tarea de escritura (p < 0, 05).

138


Escalas clınicas Pre Post

(n=9) (n=9)

Indice Motor (IM) 16,50 (7,0)a 20,50 (8,0)a

Indice Barthel (IB) 35,00 (44,00)a 55,00 (40,00)a

Alimentacion 5,00 (8,00) 7,50 (9,00)

Lavado 0,00 (4,00) 0,00 (4,00)

Vestido 2,50 (9,00) 7,50 (9,00)

Aseo 2,50 (5,00) 5,00 (4,00)

Autocuidado 12,50 (23,00) 22,50 (20,00)

SCIM 38,00 (32,00)a 52,50 (29,00)a

Alimentacion 1,50 (3,00) 2,50 (3,00)

Bano (sup) 0,50 (1,00) 0,00 (2,00)

Vestido (sup) 2,50 (4,00) 4,00 (3,00)

Acicalarse 3,00 (3,00) 3,00 (2,00)

Cuidado personal 8,50 (3,00)a 13,50 (15,00)a

FIM 73,00 (45,00)b 89,00 (44,00)b

Alimentacion 3,50 (5,00) 5,50 (4,00)

Apariencia 7,00 (4,00) 7,00 (5,00)

Aseo 1,50 (4,00) 1,00 (5,00)

Vestido 4,50 (6,00) 7,00 (5,00)

Bano 1,00 (4,00) 2,50 (5,00)

Autocuidado 20,00 (24,50)a 29,50 (24,25)a

Tabla 6.18: Comparacion de los resultados de las escalas clınicas Indice Motor, Indice de Barthel, SCIM

y FIM en las evaluaciones PRE y POST espaciadas 6 semanas. Los resultados vienen expresados por la

mediana y el rango intercuartil. La letra a denota significacion estadıstica p < 0, 05.

Escalas clınicas Pre Post

(n=9) (n=9)

Jebsen Taylor Hand Function(JTHF)

Escritura 36,76 (47,53)a 27,28 (5,57)a

Pasar tarjetas 6,50 (15,47) 6,94 (5,57)

Objetos pequenos 14,89 (26,93) 15,78 (15,19)

Simular comer 14,93 (21,37) 11,31 (6,62)

Apilar fichas 11,48 (30,39) 8,07 (13,22)

Objetos ligeros 6,50 (31,19) 5,68 (28,26)

Objetos pesados 5,59 (24,15) 5,01 (29,40)

Nine-Hole Peg Test 67,48 (104,05) 42,38 (34,33)

Tabla 6.19: Comparacion de los resultados de las escalas clınicas Jebsen-Taylor Hand Function y Nine-

Hole Peg Test en las evaluaciones PRE y POST espaciadas 6 semanas. Los resultados vienen expresados

por la mediana y el rango intercuartil. La letra a denota significacion estadıstica p < 0, 05.

En este estudio la muestra analizada es muy heterogenea en cuanto a las caracterısticas

funcionales del MS. Debido a esto es posible que el analisis de global de los 9 pacientes

139

6.3. Resultados

no resulte el mas adecuado para detectar posibles diferencias entre ambas evaluaciones

clınicas. Igual que para los ındices cinematicos, se ha optado por presentar los datos indi-

viduales en las escalas clınicas.

En la tabla 6.20 se muestran los resultados del Indice Motor y el Indice de Barthel

en cada paciente del estudio. El ındice Motor es sensible al cambio fundamentalmente en

el 33,33 % de los casos (pacientes 4, 8 y 9). Los resultados del ındice de Barthel se han

mostrado para el total de la escala (0-100) puntos, el ıtem relacionado con la alimentacion

y el vestido que se pueden puntuar entre 0 (dependencia total en esa tarea), 5 (necesita

alguna ayuda) o 10 (independencia total). Tambien se muestra la puntuacion total de los

ıtems relacionados con el autocuidado. La puntuacion global de la escala tiene varias cla-

sificaciones: < 20 significa dependencia total; 20-35 dependencia grave; 40-55 dependencia

moderada; ≥ 60 dependencia leve y 100 independencia total. Los ıtems de alimentacion y

vestido son sensibles al cambio en un 33,33 % de los casos y el total de autocuidado y el

total de Barthel es sensible en un 44,44 % de los participantes entre las evaluaciones pre y

post.

P Indice Motor Indice Barthel

Total Alimentacion Vestido Autocuidado

Pre Post Pre Post Pre Post Pre Post Pre Post

1 16 17 20 15 5 0 0 0 5 0

2 14 13 20 25 5 5 0 0 5 5

3 13 14 25 25 5 5 0 0 5 5

4 20 22 40 60 10 10 5 10 20 25

5 13 13 10 25 0 5 0 5 0 10

6 10 10 25 30 5 5 0 0 5 5

7 13 14 65 65 5 5 10 10 25 25

8 19 24 30 50 5 10 0 5 5 20

9 14 19 10 15 0 0 0 0 0 0

Tabla 6.20: Comparacion de los resultados de las escalas clınicas Indice Motor e Indice de Barthel en las

evaluaciones PRE y POST espaciadas 6 semanas. Los resultados vienen expresados por la media de las 5

repeticiones del movimiento realizadas en cada sesion (Pre y Post). En negrita se resaltan los casos en que

las escalas han sido sensibles al cambio.

En la escala FIM (Functional Independence Measure) cada ıtem se puntua entre 1 y

7: las puntuaciones 1 y 2 corresponden a dependencia completa; de 3 a 5 dependencia

modificada; y 6,7 independencia. La escala FIM es sensible en el 33,33 % de los casos. La

tabla 6.21 muestra los resultados de esta escala para cada paciente en cada evaluacion. El

ıtem mas sensible ha sido el relacionado con la alimentacion. En este ıtem se ha detectado

cambio en el 55,56 % de los pacientes, sensibilidad mayor que la escala global.

En la tabla 6.22 se muestran los resultados de la escala SCIM, especıfica para valora-

cion de la LM, y los ıtems en los que interviene el MS (alimentacion, bano, vestido parte

superior, acicalarse) y el total relativo al cuidado de la apariencia. Cada ıtem se puntua

140


P Functional Independence Measure (FIM)

Total Alimentacion Apariencia Aseo Vestido Bano Cuidado

Pre Post Pre Post Pre Post Pre Post Pre Post Pre Post Pre Post

1 58 59 3 2 1 1 1 1 1 1 1 1 8 7

2 63 65 3 6 4 1 1 3 2 2 1 1 12 14

3 59 60 3 4 1 1 1 1 1 1 1 1 8 9

4 75 95 7 7 7 7 1 1 7 7 1 4 24 33

5 54 57 1 3 1 2 1 1 1 2 1 1 6 10

6 65 66 3 3 3 3 1 1 1 1 2 2 11 11

7 112 114 4 4 7 7 6 7 7 7 6 6 37 38

8 71 83 3 7 7 7 2 1 2 7 1 1 16 26

9 53 59 1 3 2 1 1 1 1 1 1 1 7 8

Tabla 6.21: Comparacion de los resultados de la escala clınica FIM en las evaluaciones PRE y POST

espaciadas 6 semanas. Los resultados vienen expresados por la media de las 5 repeticiones del movimiento

realizadas en cada sesion (Pre y Post). En negrita se resaltan los casos en que las escalas han sido sensibles

al cambio.

desde 0 (requiere asistencia total) hasta 3 (independiente con alguna adaptacion) o 4 (in-

dependiente). La escala global es sensible en el 55,56 % frente al 33,33 % de la escala FIM

(Tabla 6.21). En cuanto a los ıtems individuales de la escala SCIM, el ıtem total relativo al

cuidado es sensible en un 55,56 %; los ıtems de alimentacion, bano y vestido son sensibles

en un 33,33 % y acicalarse en un 11,11 %.

P Spinal Cord Independence Measure (SCIM)

Total Alimentacion Bano Vestido Acicalarse Cuidado

Pre Post Pre Post Pre Post Pre Post Pre Post Pre Post

1 21 19 1 1 0 0 0 0 0 0 1 1

2 25 26 1 1 0 1 0 0 1 1 2 3

3 22 30 1 1 0 0 0 1 0 0 1 2

4 35 58 3 3 0 0 4 4 3 3 11 14

5 21 27 0 1 0 0 0 1 0 1 0 3

6 29 31 1 2 0 0 0 0 1 1 2 3

7 63 66 2 2 1 3 4 4 3 3 17 19

8 41 47 1 3 1 0 1 4 3 3 6 13

9 23 31 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0

Tabla 6.22: Comparacion de los resultados de la escala clınica SCIM en las evaluaciones PRE y POST


realizadas en cada sesion (Pre y Post) para cada uno de los participantes en el estudio. En negrita se

resaltan los casos en que las escalas han sido sensibles al cambio.

141

6.3. Resultados

Por ultimo, las escalas Jebsen-Taylor y Nine-Hole valoran la funcion del MS en cuanto

a la destreza en la realizacion de determinadas tareas valorando el tiempo (s) requerido

para realizarlas (Tablas 6.23 y 6.24). Las tareas de la escala Jebsen correspondientes a la

escritura, coger objetos pequenos y simular comer son sensibles en un 44,44 % de los casos.

La actividad de pasar fichas y la escala Nine-Hole han sido sensibles en un 55,56 % de los

participantes.

P Jebsen-Taylor Jebsen-Taylor Jebsen-Taylor Jebsen-Taylor

Escritura Tarjetas Objetos Comer

Pre Post Pre Post Pre Post Pre Post

1 - - 16,1 19,6 - - 28,9 71,1

2 - - 24,5 51,3 250,6 110,7 85,9 22

3 - - - 10,8 - 62,6 - -

4 37,03 30,06 6,13 7,44 10,03 12,13 14,21 10,93

5 43,28 13,91 18,15 95,72 62,53 21,35 19,97 18,51

6 88,34 76,6 10,32 9,97 32,59 27,75 55,59 41,16

7 87,88 57,22 24,53 11,5 41,63 27,19 39,68 16,91

8 24,68 19,59 4,16 4,41 8,96 9,37 11,4 8,34

9 36,5 24,5 6,88 6,44 19,75 19,43 15,65 11,69

Tabla 6.23: Comparacion de los resultados de la escala clınica Jebsen Taylor Hand Function (actividades

escritura, pasar tarjetas, coger objetos pequenos y simular comer) en las evaluaciones PRE y POST


realizadas en cada sesion (Pre y Post). En negrita se resaltan los casos en que las escalas han sido sensibles

al cambio.

P Jebsen-Taylor Jebsen-Taylor Jebsen-Taylor Nine-Hole

Fichas Latas Ligeras latas Pesadas Nine-Hole

Pre Post Pre Post Pre Post Pre Post

1 62,20 85,20 14,20 15,40 25,30 - - 165,80

2 101,70 63,30 29,00 13,50 - 11,00 108,20 234,90

3 72,10 15,70 14,00 8,60 25,30 - - -

4 7,00 7,50 5,16 5,21 5,00 4,13 35,34 26,91

5 20,34 22,16 10,16 16,97 14,56 16,25 159,65 121,78

6 19,71 14,47 8,85 8,60 11,81 8,00 - -

7 42,66 22,06 44,63 41,69 36,66 43,28 99,62 57,85

8 5,13 4,82 3,94 4,32 4,85 4,94 25,84 24,97

9 15,97 8,65 7,85 6,15 6,19 5,09 143,15 60,43

Tabla 6.24: Comparacion de los resultados de las escalas Jebsen Taylor Hand Function (actividades coger

fichas, mover objetos grandes ligeros y grandes pesados) y Nine-Hole Peg Test en las evaluaciones PRE

y POST espaciadas 6 semanas. Los resultados vienen expresados por la media de las 5 repeticiones del

movimiento realizadas en cada sesion (Pre y Post). En negrita se resaltan los casos en que las escalas han

sido sensibles al cambio.

142


Las Figura 6.13(a) y 6.13(b) muestra los diagramas de caja de las actividades del test

Jebsen-Taylor y Nine-Hole en las evaluaciones pre y post. En general, la amplitud de los

diagramas de caja es mas pequena en la evaluacion post debido a que los pacientes han

necesitado menos tiempo para completar las actividades y la dispersion es menor que en

la evaluacion pre.

(a) Evaluacion Pre

(b) Evaluacion Post

Figura 6.13: Diagrama de caja con los resultados de la escala Jebsen Taylor en la evaluacion clınica Pre

y Post

143

6.4. Discusion

6.4. Discusion

Los hallazgos encontrados en los estudios mostrados en este capıtulo permiten afirmar

que los ındices cinematicos parecen utiles para evaluar y cuantificar la funcion del MS.

En este capıtulo, se ha analizado la capacidad de los ındices cinematicos propuestos

como herramientas de evaluacion con idea de que puedan llegar a aplicarse en el entorno

clınico, como complemento a las evaluaciones clınicas. Para que un instrumento de medida

sea util con propositos de evaluacion, ha de cumplir las propiedades de ser valido, repro-

ducible y sensible al cambio. Estos tres aspectos se han analizado en esta investigacion.

Como resultado, se han detectado indicios que permiten afirmar que los ındices cinemati-

cos pueden llegar a ser utiles como instrumentos de evaluacion y valoracion de la destreza

y la habilidad del MS.

El primer aspecto analizado ha sido la validez de los ındices cinematicos. El analisis se

ha abordado desde dos perspectivas. La primera ha sido realizar desviaciones adrede en

las fases de alcance y retorno de la AVD entorno al patron de movimiento bien ejecutado.

Para ello se ha pedido participacion a una persona con LM cervical usuario habitual de

silla de ruedas pero sin afectacion del MS. Se ha confirmado la hipotesis de partida. Se han

observado peores resultados en practicamente todos los ındices. Se pensaba que los ındices

cinematicos Precision y Agilidad podıan ser redundantes por calcularse la Agilidad a partir

de la Precision. Sin embargo, al hacer este analisis de la validez, se han analizado patrones

de movimiento en los que la Agilidad ha sido menor que la Precision (patrones 2, 3, 4 y

6); otros patrones en los que la Agilidad del movimiento ha sido mayor que la Precision

(patron 1) y otro en que han sido practicamente similares (patron 5). Estos resultados

sugieren que ambos ındices son necesarios para informar acerca del desempeno motor del

sujeto durante la AVD de beber. Concretamente, en el patron 6 se le ha pedido a la per-

sona que realice el movimiento siguiendo el patron bien ejecutado pero a velocidad muy

lenta. En los resultados se ha observado un incremento en el ındice Precision acompanado

de un decremento en Agilidad con respecto al patron 1, al disminuir la velocidad dando

idea del compromiso entre velocidad y precision que requiere la ejecucion de una tarea [50].

El otro aspecto de la validez, se ha analizado introduciendo instrumentos de medida

externos, usados habitualmente en el entorno clınico. Estos instrumentos son validos para

su uso porque previamente han sido validados y estandarizados en muestras muy grandes

de pacientes. En este caso la validez se estudia mediante el analisis de regresion que analiza

la correlacion de los ındices cinematicos con las escalas clınicas Indice Motor, Indice de

Barthel, FIM, SCIM, Jebsen-Taylor y Nine-Hole. Algunas de ellas han mostrado correla-

cion elevada y significativa, visible en el diagrama de dispersion lineal. Se tiene evidencia

de estudios que han analizado la correlacion entre medidas cinematicas y clınicas. Colom-

bo analizo la correlacion entre 7 medidas cinematicas con las escalas clınicas Fugl-Meyer

Assessment y Motor Power Score, entre otras [45]. Solo 5 medidas cinematicas mostraron

correlacion significativa con las escalas clınicas. Sin embargo, las correlaciones encontradas

fueron debiles o moderadas entre (r=0,36 y 0,58) [45]. Chang realizo un estudio en el que

analizo el movimiento de alcance en personas con ACV, utilizando un sistema de fotogra-

144


metrıa, para calcular una serie de variables cinematicas a partir de los datos medidos [119].

Como en el estudio realizado por Colombo, encontraron correlaciones debiles o moderadas

entre dos escalas clınicas y 4 variables cinematicas (picos del perfil de velocidad, velocidad

media, tiempo de movimiento y jerk). Ellos concluyeron que el hecho de encontrar corre-

laciones moderadas, podıa deberse a que las variables cinematicas no tenıan la capacidad

suficiente de expresar informacion relativa a los deficits que presentaban los sujetos. Un

estudio mas reciente analizo la correlacion entre escalas y variables cinematicas con el

objetivo de desarrollar modelos de regresion lineal para predecir la puntuacion en deter-

minadas escalas clınicas a partir de medidas cinematicas [54]. Cacho encontro correlacion

elevada y negativa entre la escala FIM y el numero de picos del perfil de velocidad [28].

En esta investigacion, se ha analizado la correlacion entre los ındices cinematicos y escalas

clınicas obteniendo bastantes correlaciones significativas con resultados buenos o elevados

(r= 0,68-0,86). La correlacion entre el ındice de Barthel y el ındice Eficiencia fue buena

(r=0,68 p < 0, 05). Tambien la correlacion entre la escala FIM y los ındices Agilidad, Efi-

ciencia y Suavidad S1 y S2 fue buena o elevada, siendo mayores aun entre los ındices y la

escala SCIM. La escala SCIM mostro correlacion elevada con Eficiencia (r=0,71 p < 0, 05);

el ıtem relativo al vestido mostro correlacion buena con Suavidad S1 a partir del numero

de picos de velocidad (r=0,69 p < 0, 05) y elevada con Eficiencia (r=0,71 p < 0, 05); y el

ıtem de acicalarse mostro correlacion elevada con los ındices Agilidad (r=0,77 p < 0, 05) y

Suavidad S2 a partir del analisis de Fourier (r=0,86 p < 0, 01). De la misma forma, buena

y elevada fue la correlacion de los ındices Precision y Agilidad con la escala Nine-Hole

(r=-0,68 y r=-0,73 respectivamente). Ademas, estas correlaciones fueron negativas debido

a que mayor puntuacion en los ındices cinematicos se corresponden con menor tiempo en

completar la tarea que propone la escala. La fuerza de estas ultimas correlaciones sugieren

que los ındices Precision y Agilidad muestran capacidad suficiente para valorar destreza

del MS como la escala Nine-Hole.

Se ha analizado la reproducibilidad de las medidas entre dos sesiones cinematicas den-

tro de la evaluacion 1 (pre). Para el caso de variables cuantitativas es frecuente que el

analisis de la reproducibilidad se aborde mediante tecnicas estadısticas inapropiadas. El

coeficiente de correlacion lineal de Pearson valora la tendencia entre dos mediciones. Sin

embargo, este coeficiente no resulta una medida adecuada del grado de acuerdo entre dos

mediciones, ya que si dos medidas miden cantidades distintas de forma sistematica, es

posible que entre ellas haya una correlacion perfecta aunque la concordancia sea nula.

Desde el punto de vista matematico, el ındice mas apropiado para cuantificar la re-

producibilidad entre diferentes medidas de una variable es el Coeficiente de Correlacion

Intraclase (ICC) [118]. Este coeficiente estima la media de todas las correlaciones entre

todos los pares de observaciones posibles. No obstante, tambien presenta ciertas limita-

ciones en su calculo. Una limitacion se debe a que se trata de un metodo parametrico, y

su uso queda condicionado a aquellos casos en los que la muestra analizada cumpla las

condiciones de una distribucion normal. Pese a las limitaciones de uso, se tiene evidencia

de un estudio que analiza el movimiento de alcance de un objetivo en el que han partici-

pado 14 personas que han padecido ACV [27]. El tamano muestral no permite asegurar

que los datos sigan una distribucion normal y el ICC se ha aplicado. La otra limitacion

145

6.4. Discusion

que posee el ICC radica en la forma de calculo. La formula empleada depende del diseno

del estudio [120]. La forma mas habitual es a partir de una tabla ANOVA de medidas

repetidas o directamente con programas estadısticos como el SPSS [115]. La idea es que la

variabilidad total de las mediciones se puede descomponer en dos componentes: (i) la va-

riabilidad debida a las diferencias entre los sujetos que han participado en el estudio y, (ii)

la variabilidad debida a las diferencias entre las medidas repetidas dentro de cada sujeto,

que a su vez depende de la variabilidad entre las 5 repeticiones y de la variabilidad residual

o aleatoria asociada al error de medicion. En el contexto de esta investigacion el ICC se

ha aplicado en una muestra de 9 personas con LM cervical incompleta motora, por ser

el ındice de correlacion apropiado para valorar el nivel de acuerdo entre medidas repetidas.

La interpretacion del cambio en la medida es un aspecto clave antes de analizar la sen-

sibilidad al cambio [37]. Su conocimiento es particularmente importante para la propuesta

de nuevas medidas evaluadoras, como es el caso de esta investigacion, o cuando el signifi-

cado del cambio en el sistema de puntuacion de la medida no es facilmente interpretable.

Se tiene evidencia de tres estudios previos que han analizado el MDC (Minimal Detectable

Change) en una serie de medidas cinematicas [27, 121]. El primero de ellos analiza el ICC y

el MDC en movimientos de alcance realizados a distintas velocidades y a diferentes alturas

en personas que han padecido un ACV. Obtienen que los ICC son variables dentro del

mismo movimiento siendo mayores y el MDC menor en aquellos movimientos realizados a

velocidad libre y a una altura comoda [27]. En otro estudio se obtienen, para las variables

cinematicas analizadas, valores pequenos para el MDC con excepcion del desplazamiento

de tronco en el que este valor fue mas elevado [121]. Merlo en su estudio realizo un analisis

de regresion analizando la correlacion entre varias medidas cinematicas obtenidas con el

Armeo en un grupo de sujetos sanos, sugiriendo que proximos pasos estarıan centrados

en el analisis de la reproducibilidad de las medidas en un grupo de pacientes [46]. Actual-

mente no se tiene evidencia de que ese estudio se haya realizado. En el contexto de esta

investigacion la AVD de beber se ha realizado a velocidad libre. Los valores obtenidos pa-

ra el ICC han sido elevados para practicamente todos los ındices cinematicos propuestos.

Posteriormente con la desviacion estandar entre las repeticiones del movimiento realizadas

entre las sesiones 1 y 2 en dıas distintos se ha obtenido el MDC. El MDC aporta conoci-

miento sobre la cantidad de cambio necesaria en el ındice en cuestion para que pueda ser

atribuido a un cambio en el desempeno motor del sujeto y no a un cambio en la medida.

Pero el MDC no se puede confundir con el cambio clınicamente significativo para lo cual es

necesario incorporar el juicio clınico. Los valores del MDC son pequenos en el caso de ındi-

ces como la Suavidad, Precision y Agilidad y mas elevados en el caso de la Coordinacion.

Contrastar los resultados de esta investigacion es complicado, practicamente imposible,

porque los estudios encontrados en la literatura no analizan ındices cinematicos como los

que se proponen en esta investigacion que tratan de evaluar la destreza y la habilidad del

miembro superior durante una AVD completa y ofreciendo resultados comparativos con

respecto a un patron de referencia medido previamente.

El ultimo aspecto analizado para comprobar la idoneidad de los ındices como herra-

mientas de evaluacion es la sensibilidad al cambio. Se tiene evidencia de un estudio que ha

hecho este analisis en pacientes con ACV entre dos evaluaciones espaciadas 3 meses [37].

146


Para comprobar la validez clınica se han comparado los resultados con la escala clınica

ARAT (Action Research Arm Test) [20]. El estudio realizado por Murphy sugiere que los

cambios encontrados en las variables cinematicas (desplazamiento de tronco, picos del per-

fil de velocidad y tiempo de movimiento) se corresponden con cambio en la escala ARAT

determinando que esos cambios son clınicamente significativos en personas con afectacion

del MS tras sufrir un ACV [37].

En esta investigacion, los ındices cinematicos se han comparado con los resultados de

las escalas Indice Motor, Indice de Barthel, FIM, SCIM, Jebsen-Taylor y Nine-Hole. Este

trabajo aporta conocimiento acerca de los cambios longitudinales en las medidas cinemati-

cas del MS con respecto a los cambios en la evaluacion clınica del individuo. El criterio

de inclusion de los participantes fue que tuviesen LM cervical incompleta motora y que

pudiesen realizar el movimiento solicitado por la AVD de beber con ayudas tecnicas pero

sin asistencia o ayuda de una persona. Se hizo un tanteo del grupo completo de parti-

cipantes con idea de buscar diferencias entre las evaluaciones pre y post realizadas a los

pacientes. La heterogeneidad de la muestra considerada hace que se tengan que analizar

los resultados individuales de cada participante. En general, los ındices cinematicos han

mostrado mas sensibilidad al cambio que el conjunto de las escalas clınicas. De los ındices

cinematicos relacionados con la destreza y la habilidad del MS, el mas sensible ha sido

el ındice Suavidad S1 (66,67 %), seguido de Precision, Agilidad y Eficiencia (55,56 %); el

ındice Suavidad S2 fue sensible en un 33,33 % y la Coordinacion en un 22,22 %. Con res-

pecto a los ındices que informan acerca de la amplitud del movimiento, el mas sensible

fue la Amplitud Articular del codo y de la muneca (88,89 % y 44,44 % respectivamente).

De los cambios observados en estos dos ındices, el 62,5 y el 75 %, respectivamente se pro-

dujeron en sentido decreciente aproximandose mas al desempeno del patron de referencia.

En cuanto a las escalas clınicas, la escala SCIM, especıfica de LM, parece ser mas sensible

que la escala FIM que se trata de una escala general. Pero incluso dentro de las escalas

clınicas utilizadas para evaluar al paciente, es necesario distinguir entre aquellas que basan

su sistema de puntuacion en una escala ordinal (Indice Motor, Indice de Barthel, FIM,

SCIM) y que, en general, poseen una elevada componente subjetiva dependiendo de la

persona que evalua el test [28] y las que valoran ciertas tareas funcionales del miembro

superior valorando el tiempo requerido para realizarlas. Estas dos escalas, Jebsen Taylor

y Nine-Hole son escalas clınicas objetivas que han mostrado mas sensibilidad que las an-

teriores.

Analizando un caso de estudio, por ejemplo el paciente 1, se trata de una mujer con un

SLM a nivel de la 3a vertebra cervical, con clasificacion D en la escala ASIA (lesion incom-

pleta motora e incompleta sensitiva) de etiologıa no traumatica tras operacion quirurgica.

En el momento de la inclusion en el estudio, habıan transcurrido 7 meses desde la lesion.

A este paciente se le han realizado las dos evaluaciones completas espaciadas 6 semanas.

Cada una de ellas consta de una baterıa de escalas clınicas y una prueba cinematica que

valora la AVD de beber. Los resultados de los ındices cinematicos en la primera evalua-

cion realizada el 10 de abril de 2014 se muestran en la Figura 6.14 con trazado rojo. Estos

resultados se comparan con el hexagono regular correspondiente al patron de referencia

medido previamente. Posteriormente, con el transcurso del tiempo el paciente tenıa una

147

6.4. Discusion

percepcion subjetiva de empeoramiento a nivel motor que pudo ser contrastado con los

resultados en la segunda evaluacion clınica. El resultado del Indice Motor no mostro cam-

bio importante (16 puntos en la evaluacion pre y 17 en la post para el brazo valorado). El

Indice de Barthel detecto regresion funcional, pasando la valoracion global de dependencia

grave (20 puntos) a dependencia completa (15 puntos). El ıtem relativo a la alimentacion

paso de 5 puntos (necesita ayuda) a 0 puntos (dependencia completa). La escala FIM y

SCIM no experimento cambio en los resultados entre la evaluacion pre y post realizadas a

este paciente. En cambio, la escala Jebsen-Taylor mostro mayor tiempo de ejecucion de la

tarea simular comer y coger fichas en la evaluacion post. Sin embargo, el paciente no pudo

realizar el Nine-Hole en la evaluacion pre y sı en la evaluacion post, aunque tardo mucho

tiempo en realizarlo (165,80 s). La percepcion del paciente con respecto a su estado de

salud quedo tambien reflejada en los resultados de los ındices cinematicos en la segunda

evaluacion realizada el 23 de mayo de 2014 (Figura 6.14 trazado verde). En la segunda

evaluacion el paciente obtuvo peores resultados en los ındices Precision y Agilidad acom-

panados de una mejorıa en Eficiencia debido a la realizacion de una trayectoria mas corta,

por una menor movilidad del hombro. En cuanto a la Coordinacion y Suavidad no se pudo

afirmar que las diferencias observadas entre ambas evaluaciones se debiesen a un cambio en

su estado funcional debido a que la magnitud del cambio fue menor que el MDC obtenido

para esos ındices. Por tanto, en este caso el paciente experimento una regresion que fue

detectada tanto por los ındices cinematicos como por las escalas clınicas. No obstante, este

comportamiento no es el habitual, es decir, los pacientes reciben tratamiento y lo normal

es que experimenten una evolucion positiva en el estado de salud que se traduzca en una

mejorıa en el comportamiento motor y funcional del MS.

Se puede apreciar que existe una correspondencia entre los cambios longitudinales

detectados por los ındices cinematicos y las escalas clınicas, hallando indicios de mas sen-

sibilidad en los ındices cinematicos.

No se tiene evidencia de estudios similares que hayan probado conjuntamente los

aspectos de validez, reproducibilidad y sensibilidad al cambio de un conjunto de ındices

cinematicos como los propuestos en esta investigacion.

148


0

20

40

60

80

100

120Eficiencia

Precisión

Agilidad

Coordinación

Suavidad 1

Suavidad 2

MÉTRICAS DE VALORACIÓN FUNCIONAL

PATRÓN

P024B1: 10Abril2014

P024B2: 23May2014

Figura 6.14: Grafico de la evolucion experimentada en el sujeto con respecto a los ındices cinematicos

relacionados con destreza y habilidad del MS.

6.5. Conclusion

En este capıtulo se han identificado y analizado los aspectos que ha de cumplir una

medida, para que resulte util como herramienta de evaluacion en el entorno clınico, en res-

puesta a la pregunta P9 propuesta en el Capıtulo 1. En esta investigacion, los aspectos de

validez, reproducibilidad y sensibilidad al cambio se han analizado para todos los ındices

cinematicos propuestos, relacionados con la amplitud del movimiento y con la destreza y

habilidad del MS.

En respuesta a la pregunta P10 (Capıtulo 1), se ha podido cuantificar el mınimo cam-

bio necesario en los ındices para poder atribuir el cambio a uno real en el sujeto. Ademas,

el analisis de la correlacion de los ındices con las escalas clınicas y el analisis de la sen-

sibilidad al cambio muestra indicios sobre la utilidad de los ındices para monitorizar la

evolucion de pacientes en distintas evaluaciones (pregunta P11 Capıtulo 1).

Aunque los resultados obtenidos resultan motivadores para seguir trabajando en esta

direccion, es necesario ser cauto con la interpretacion de los mismos. El potencial clınico

de los ındices cinematicos queda visible con los resultados obtenidos pero, para que estos

cambios sean clınicamente significativos, es necesario acompanarlos de un juicio clınico.

Por tanto, se resalta la necesidad del perfil multidisciplinar que ha de estar presente en

149

6.5. Conclusion

este trabajo. Por otro lado, aunque 9 participantes sean bastantes tratandose de LM que

es una patologıa del SNC con menor prevalencia en la poblacion que, por ejemplo, el ACV,

se tiene intencion de seguir ampliando la muestra con idea de que los indicios detectados

se conviertan en conclusiones mas solidas que permitan confirmar la idoneidad de los

ındices cinematicos propuestos para evaluar la funcion del MS como complemento a las

evaluaciones por medio de escalas clınicas.

150

Capıtulo 7

Aplicacion de los ındices

cinematicos a otras patologıas del

Sistema Nervioso Central: un caso

de estudio

En este capıtulo se muestra un caso clınico. El objetivo es analizar el desempeno

motor del sujeto, en distintos instantes de tiempo, en terminos de los ındices cinematicos

descritos en esta investigacion. Se trata de un paciente que padece afectacion neurologica,

distinta a la Lesion Medular, que no ha participado en los estudios experimentales

presentados en el desarrollo de esta investigacion. Al paciente se le han realizado dos

valoraciones, que han sido prescritas por el medico facultativo del Hospital Nacional de

Paraplejicos (HNP) que le atiende. Como resultado, se muestran los valores de los ındices,

en ambas valoraciones cinematicas, relativos al patron de referencia. Los resultados

obtenidos sugieren que las valoraciones por medio la tecnica presentada, sirven para

evaluar la eficacia de tratamientos y para monitorizar los cambios en la funcion del

miembro superior (MS) del paciente.

7.1. Cuadro clınico

Se trata de un paciente de 16 anos que padece una lesion neurologica distinta a la LM.

El paciente tiene diagnosticada una tetraparesia coreodistonica. El sındrome de corea,

como la LM, produce entre sus consecuencias trastornos del movimiento de los MS. Los

movimientos coreicos son movimientos irregulares, no predictibles, de duracion breve, que

cambian de una zona corporal a otra sin una secuencia definida [122].

En febrero de 2014 le implantaron un estimulador electrico para controlar los movi-

mientos coreicos. La tecnica consiste en la implantacion en el cerebro de dos cables muy

finos con cuatro puntos de estimulacion en el extremo. Los dos electrodos se conectan a la

baterıa mediante un cable muy fino y aislado que va por debajo de la piel. La baterıa es

un dispositivo parecido a un marcapasos, que emite los impulsos electricos para la estimu-

lacion. Se implanta por debajo de la piel, debajo de la clavıcula, mediante una pequena

151

7.2. Valoraciones cinematicas

incision quirurgica.

Despues de la intervencion, periodicamente, el medico ajusta el estımulo electrico a las

necesidades individuales del paciente.

7.2. Valoraciones cinematicas

El objetivo de este caso fue valorar el cambio funcional del paciente tras la aplicacion

de una terapia consistente en la modificacion de los parametros electricos del estimulador.

Los ajustes del estimulador se traducen en cambios en el desempeno motor del MS del

paciente que es necesario cuantificar.

Para lograr este objetivo, se hicieron dos valoraciones cinematicas con los ındices

propuestos, realizadas antes y despues de la intervencion. Se ha valorado el desempeno

motor del MS durante la realizacion de la AVD de beber de un vaso.

Las dos valoraciones cinematicas fueron prescritas por el medico facultativo que le tra-

ta en el HNP y se realizaron en octubre de 2014 y marzo de 2015 respectivamente.

Entre ambas valoraciones cinematicas, al paciente le han ajustado los parametros

electricos del estimulador, que se traduce en un desempeno motor de los MS distinto.

Como consecuencia, el paciente ha experimentado una cierta mejorıa en el desempeno de

las AVD, aunque con una percepcion subjetiva de rigidez en el MS.

7.3. Resultados de las valoraciones cinematicas

7.3.1. Indices relacionados con la amplitud del movimiento

En la tabla 7.1 se muestran los resultados de las dos valoraciones cinematicas realizadas

al paciente, para los ındices de amplitud del movimiento.

Los resultados de los ındices de Amplitud Articular se expresan en grados (o); en

porcentaje respecto a la amplitud articular total del MS que ha realizado el sujeto, para

conocer la contribucion de cada articulacion al movimiento global del brazo; y, en porcen-

taje respecto a la amplitud articular media calculada para el patron de referencia formado

por el grupo de sujetos sanos (Capıtulo 3).

El paciente ha realizado un patron de movimiento distinto en las valoraciones 1 y 2.

En la segunda, se ha realizado la AVD de beber con mayor desplazamiento articular del

hombro y del codo, y menor de la muneca.

Si se analizan los resultados de los ındices relativos al patron de referencia (Tabla 7.1),

entre ambas valoraciones, el patron de movimiento experimenta una evolucion pareciendo-

se mas al patron sano. Ademas, el cambio mas importante se produce en la articulacion

de la muneca. La amplitud del movimiento pasa de un 280,37 % a un 110,76 % relativa al

152

Capıtulo 7. Aplicacion de los ındices cinematicos a otras patologıas del Sistema NerviosoCentral: un caso de estudio

Indice 1a VALORACION 2a VALORACION

Unidades: o

Ampl. Articular (Aart) 277,62 290,42

Ampl. Hombro (Aarth) 95,77 118,33

Ampl. Codo (Aartc) 115,62 145,93

Ampl. Muneca (Aartm) 66,22 26,16

Unidades: % Amp. Articular Total

Ampl. Articular (Aart) 100 100




Unidades: % Patron referencia

Ampl. Articular (Aart) 101,80 106,49




Ampl. Alcance (Aalc)

cm 36,21 50,99

%Patron referencia 66,81 94,07

Tabla 7.1: Resultados de los ındices cinematicos relativos a la amplitud del movimiento en las dos

valoraciones realizadas al paciente. Los resultados corresponden a la media de 5 repeticiones de la AVD de

beber.

patron de referencia.

Esta evolucion favorable se refleja tambien en la amplitud de alcance calculada a partir

de la trayectoria de la mano durante el movimiento. La amplitud de alcance es del 66,81 %

y 94,07 % en las valoraciones 1 y 2, respectivamente, relativa al patron de referencia.

7.3.2. Indices relacionados con la destreza y la habilidad del MS

En la tabla 7.2 se muestran los resultados de las dos valoraciones cinematicas realizadas

al paciente, antes y despues del tratamiento, para los ındices relacionados con la destreza

y la habilidad del MS.

Entre ambas evaluaciones, el paciente ha experimentado evolucion en los ındices Preci-

sion y Agilidad. En la segunda evaluacion, el paciente ha obtenido una puntuacion un 13 %

mayor que en la valoracion 1 para el ındice Precision. Sin embargo, aunque la puntuacion

del ındice Agilidad tambien ha sido mayor, la evolucion (un 7 %) no ha sido tan grande

con respecto a la valoracion 1.

En cambio, la puntuacion en Eficiencia ha sido menor, un 78,33 %, debido a la realiza-

153

7.3. Resultados de las valoraciones cinematicas

cion de una trayectoria mas larga, que se evidencia por una mayor Amplitud de Alcance

y mayor amplitud de la articulacion del hombro (Tabla 7.1).

Los ındices cinematicos Suavidad 1 (a partir del numero de picos) y 2 (a partir del

analisis de Fourier), y Coordinacion experimentan un cambio de pequena magnitud, relati-

vas al patron de referencia, entre ambas valoraciones. Sin embargo, el ındice Coordinacion

merece mayor atencion. La coordinacion del movimiento, expresada en % del coeficiente de

correlacion de Pearson, para cada fase de la AVD, ha sido mayor en la segunda valoracion.

La coordinacion ha sido moderada en la fase de alcance (C=58,96 %) y elevada (C > 70 %)

en el resto de las fases (Tabla 7.2).

Indice 1a VALORACION 2a VALORACION

% Patron referencia

Precision (P) 39,56 52,07

Agilidad (A) 36,69 43,57

Eficiencia (E) 101,68 78,33

Suavidad S1 28,88 24,06

Suavidad S2 52,02 53,45

Coordinacion (C) 83,64 87,52

% Coeficiente Pearson

Calcance 47,86 58,96

Ctproximal 75,45 74,27

Ctdistal 55,51 75,28

Cretorno 88,03 77,49

CAVD 65,72 71,24

Tabla 7.2: Resultados de los ındices cinematicos relacionados con la destreza del MS en las dos

valoraciones realizadas al paciente. Los resultados corresponden a la media de 5 repeticiones de la AVD de

beber.

La evolucion experimentada en los ındices, relacionados con la destreza y la habilidad

del MS, queda expresada graficamente en la Figura 7.1. En la figura, el hexagono regular

corresponde al desempeno motor del patron de referencia.

154

Capıtulo 7. Aplicacion de los ındices cinematicos a otras patologıas del Sistema NerviosoCentral: un caso de estudio

0

20

40

60

80

100

120

Eficiencia

Precisión

Agilidad

Coordinación

Suavidad 1

Suavidad 2

ÍNDICES DE VALORACIÓN FUNCIONAL

PATRÓN

P032B2: 2ªValoración

P032B1:1ªValoración

Figura 7.1: Resultado grafico de los ındices relacionados con la destreza y habilidad del MS. Los trazos

rojo y verde corresponden a la primera y segunda valoracion del paciente, respectivamente. Los resultados

se muestran relativos al patron de referencia (trazo azul).

7.4. Conclusiones

En este capıtulo se ha presentado un caso de estudio. La aplicacion de los ındices en

un entorno clınico-asistencial ha permitido evaluar la eficacia del tratamiento que recibe

el paciente, en cuanto a la evolucion experimentada en la funcion del MS.

En este caso de estudio, los ındices cinematicos se han aplicado a una patologıa distinta

a la Lesion Medular, con afectacion de los MS, con un resultado satisfactorio. El resultado

grafico de ambas valoraciones ha permitido mostrar, de forma objetiva, la evolucion del

paciente en terminos de los ındices cinematicos descritos.

No obstante, la interpretacion de los resultados obtenidos requiere un juicio clınico

en funcion del cuadro clınico del paciente. A este respecto, queda visible la necesidad de

perfiles multidisciplinares para llevar a cabo estos estudios.

Proximas lıneas de actuacion consisten en incorporar mas casos de estudio por medio

de esta tecnica.

155

7.4. Conclusiones

156

Capıtulo 8

Resumen, conclusiones y trabajo

futuro

En personas que padecen una Lesion Medular cervical, la funcion de los miembros

superiores se ve afectada en mayor o menor medida, dependiendo fundamentalmente del

nivel de la lesion y de la severidad de la misma. El deficit en la funcion del miembro supe-

rior hace que la autonomıa e independencia de las personas se vea reducida en la ejecucion

de Actividades de la Vida Diaria.

En el entorno clınico, la valoracion de la funcion del miembro superior se realiza prin-

cipalmente con escalas clınicas. Algunas de ellas valoran el nivel de dependencia o inde-

pendencia en la ejecucion de Actividades de la Vida Diaria, como, por ejemplo, el Indice

de Barthel y la escala FIM (Medida de la Independencia Funcional). Otras escalas, como

Jebsen-Taylor Hand Function, miden la funcion del miembro superior valorando la des-

treza y la habilidad en la ejecucion de determinadas tareas funcionales. Estas escalas son

generales, es decir, se pueden aplicar a distintas poblaciones de sujetos y a la presencia de

distintas patologıas. Sin embargo, existen otras escalas, llamadas especıficas, porque valo-

ran una patologıa en concreto. Es el caso de la escala SCIM (Spinal Cord Independence

Measure), equivalente a la escala FIM para valoracion de la Lesion Medular.

Las escalas clınicas son instrumentos de medida estandarizados, validos para su uso en

el entorno clınico porque se han validado en muestras grandes de pacientes. No obstante,

suelen poseer una elevada componente de subjetividad que depende principalmente de la

persona que puntua el test. Otro aspecto a tener en cuenta, es la sensibilidad de las escalas

fundamentalmente a cambios groseros en el estado de salud o en la funcion del miembro

superior, de forma que cambios sutiles en el sujeto pueden no ser detectados. Ademas, en

ocasiones, poseen saturaciones en el sistema de puntuacion, de forma que mejorıas que se

puedan producir por encima de un determinado umbral no son detectadas. En definitiva,

estas limitaciones hacen que las escalas clınicas no sean suficientes, por sı mismas, para

realizar una valoracion completa del paciente, siendo necesaria la busqueda de instrumen-

tos de medida que aporten objetividad, complementen las valoraciones y, al mismo tiempo,

intenten solventar las limitaciones que poseen las escalas.

157

Los estudios biomecanicos son ejemplos de metodos objetivos, en los que diversas tec-

nologıas se pueden utilizar para recoger informacion de los sujetos. Una concrecion de

estos estudios son los estudios cinematicos. Mediante tecnologıa optoelectronica, inercial o

electromagnetica, estos estudios proporcionan informacion objetiva acerca del movimiento

realizado por los sujetos, durante la ejecucion de tareas concretas. Estos sistemas de me-

dida proporcionan grandes masas de datos que carecen de una interpretacion inmediata.

Estos datos necesariamente deben ser tratados y reducidos a un conjunto de variables que,

a priori, posean una interpretacion mas sencilla para su uso en la practica clınica.

Estas han sido las principales motivaciones de esta investigacion. El objetivo principal

fue proponer un conjunto de ındices cinematicos que, de forma objetiva, valoren la funcion

del miembro superior y validar los ındices propuestos en poblaciones con Lesion Medular,

para su uso como instrumentos de valoracion en el entorno clınico.

En el capıtulo 1 se presenta una introduccion a la Lesion Medular y sus consecuencias

en la salud. Se detallan los objetivos y el contexto de realizacion de esta investigacion.

El analisis del estado del arte en metricas cinematicas ha proporcionado informacion

respecto a los requisitos de definicion de los ındices y los retos especıficos que se tratan

en esta investigacion (Capıtulo 2). A partir de este analisis, se establecieron los criterios o

propiedades que han de cumplir los ındices para ser utiles como herramientas de evalua-

cion en el entorno clınico.

La naturaleza no cıclica de los movimientos del miembro superior obliga a estandarizar

los movimientos analizados. En el Capıtulo 3 se ha propuesto un protocolo experimental

que estandariza la AVD de beber de un vaso. El seguimiento de este protocolo, junto con

la aplicacion del modelo biomecanico desarrollado, ha proporcionado informacion respec-

to a los requisitos biomecanicos de la AVD, analizada en sujetos sanos y dos grupos de

personas con lesion medular cervical completa motora. Las caracterısticas funcionales de

las poblaciones con lesion medular cervical se identificaron desde una perspectiva clınica.

Las mismas poblaciones de sujetos han participado en la propuesta de los ındices

cinematicos presentada en el Capıtulo 4. Los ındices cinematicos propuestos valoran la

amplitud del movimiento, como son los ındices Amplitud Articular y Amplitud de Alcan-

ce, y la destreza y la habilidad del MS, como los ındices Precision, Agilidad, Eficiencia,

Coordinacion y Suavidad. Los ındices cinematicos se han disenado con el objetivo principal

de que sean instrumentos discriminantes, capaces de detectar alteraciones en la funcion

del miembro superior entre las tres poblaciones de sujetos. Asimismo, en el Capıtulo 5 se

muestra el analisis de la capacidad discriminativa de los ındices propuestos.

La idoneidad de los ındices como instrumentos de evaluacion, que puedan ser utiles en

el entorno clınico, se ha analizado en el Capıtulo 6. Este estudio se ha realizado en otra

poblacion diferente de personas con Lesion Medular. En este caso se trata de personas

que padecen una lesion cervical incompleta desde el punto de vista motor, que presentan

pronostico de experimentar cambios en su estado funcional. A cada paciente se le han

158

Capıtulo 8. Resumen, conclusiones y trabajo futuro

realizado dos valoraciones cinematicas espaciadas 6 semanas. Los resultados computados

para los ındices cinematicos se han contrastado con los resultados de las valoraciones por

medio de las escalas clınicas utilizadas en esta investigacion.

En el Capıtulo 7 se presenta un caso de estudio. Se trata de un paciente que padece

Sındrome de Corea, una afectacion neurologica que, entre sus secuelas, produce trastor-

nos del movimiento del MS. Al paciente se le han realizado dos valoraciones cinematicas,

que han sido prescritas por el medico facultativo que le trata en el Hospital Nacional de

Paraplejicos.

Indice Capacidad Discriminativa

Patron referencia LM C6 LM C7

(n=7) (n=7) (n=4)

Precision (P) Sı

x x x

Agilidad (A) Sı

x x x

Eficiencia (E) Sı

x x

Coordinacion (C) Sı

x x

Suavidad S1 Sı

x x x

Suavidad S2 Sı

x x x

Ampl. Articular (Aart) Sı

x x

Ampl. Hombro (Aarth) No

Ampl. Codo (Aartc) No

Ampl. Muneca (Aartm) Sı

x x x

Ampl. Alcance (Aalc) No

Tabla 8.1: Resumen de los resultados encontrados en el analisis de la capacidad discriminativa de los

ındices cinematicos.

En la Tabla 8.1 se muestra el resumen del analisis de la capacidad discriminativa de

los ındices cinematicos propuestos. Por ejemplo, el ındice Precision mostro capacidad para

detectar un patron de comportamiento distinto entre los sujetos sanos y las poblaciones

con LM cervical completa motora. Ademas, fue capaz de detectar distinto nivel de se-

veridad en la afectacion del miembro superior (LM C6 y LM C7). Resultados similares

se han obtenido en los ındices Agilidad y Suavidad. Sin embargo, los ındices Eficiencia

y Coordinacion detectaron distinto comportamiento motor entre los sujetos sanos y los

pacientes con LM C6, no mostrando capacidad para diferenciar entre los sujetos sanos y

159

las personas con LM C7, entre las que existen diferencias funcionales. Con respecto a los

ındices relacionados con la amplitud del movimiento, las diferencias mas importantes se

detectaron en el desplazamiento articular de la muneca (AArtm) entre las tres poblacio-

nes analizadas (Tabla 8.1). En cambio, en las articulaciones del hombro y del codo no se

encontraron distintos patrones de comportamiento entre los sujetos analizados. Lo mis-

mo sucedio con la Amplitud de Alcance (Aalc). Estos resultados sugieren que los ındices

propuestos, a partir de los datos cinematicos, son utiles para detectar diferencias en los

sujetos en cuanto a la destreza y la habilidad del MS.

Indice Capacidad Evaluadora (n=9)

Validez Reproduc. Sensibilidad

(MDC)( %) ( %)

Precision (P) Sı 10 55,56

r=-0,68 Nine-Hole

Agilidad (A) Sı 8 55,56

r=-0,73 Nine-Hole

r=0,77 SCIM (ıtem acicalarse)

Eficiencia (E) Sı 15 55,56

r=0,68 Indice Barthel, FIM

Coordinacion (C) Sı 18 22,22

No corr. con escalas

Suavidad S1 Sı 6 66,67

r=0,69 SCIM vestido


Suavidad S2 Sı 21 33,30


Ampl. Articular (Aart) Sı 34 11,11

r=0,80 Jebsen-Taylor Simular comer

r=0,83 Jebsen-Taylor Fichas

Ampl. Hombro (Aarth) Sı 22 22,22

r=0,82 Jebsen-Taylor Pasar Tarjetas

r=0,84 Jebsen-Taylor Objetos Ligeros

Ampl. Codo (Aartc) Sı 22 88,89

r=0,91 Jebsen-Taylor Objetos Pequenos

Ampl. Muneca (Aartm) Sı 140 44,44

r=0,65 Jebsen-Taylor Objetos Ligeros

Ampl. Alcance (Aalc) No 11 22,22

Tabla 8.2: Resumen de los resultados encontrados en el analisis de la capacidad evaluadora de los

ındices cinematicos. Analisis de la validez: Sı (se ha detectado que el ındice es valido tras la realizacion de

desviaciones en los patrones de movimiento, y/o se ha detectado correlacion significativa entre el ındice

cinematico y las escalas clınicas); No (no se ha detectado correlacion entre el ındice cinematico y las escalas

clınicas). Abreviaturas: MDC (Mınimo Cambio Detectable)

160


En la Tabla 8.2 se muestra el resumen del analisis de la capacidad evaluadora de los

ındices cinematicos propuestos. Parece que los ındices y su formulacion matematica poseen

validez de concepto, puesto que alterando de forma exagerada el patron de movimiento el

desempeno motor en los ındices propuestos ha sido peor. Ademas, los ındices cinematicos,

a excepcion de Coordinacion y Amplitud de Alcance, mostraron correlaciones significati-

vas con escalas clınicas o algunos ıtems concretos de las mismas. Por ejemplo, los ındices

Precision y Agilidad mostraron correlacion moderada y elevada, respectivamente, con la

escala Nine-Hole Peg Test. Esta escala valora la destreza y la habilidad del MS, de forma

que el hallazgo encontrado sugiere que ambos ındices parecen validos para valorar la des-

treza del MS.

Por otro lado, el analisis de la reproducibilidad de las medidas ha permitido cuantificar

que, por ejemplo, en el ındice Precision, es necesario un cambio de un 10 % para poder

afirmar que el cambio observado se debe a un cambio en el sujeto.

Por ultimo, en la Tabla 8.2 se muestra la sensibilidad al cambio de los ındices

cinematicos cuantificando el porcentaje de casos en los que cada ındice ha detectado cambio

en el sujeto entre las evaluaciones pre y post. Todos los ındices cinematicos han mostrado

sensibilidad en un determinado numero de casos. En concreto el ındice Precision ha sido

sensible en 5 casos que corresponde a un 55,56 % de los casos analizados (n=9).

161

8.1. Conclusiones de la investigacion

8.1. Conclusiones de la investigacion

Las principales conclusiones que se extraen de esta investigacion son las siguientes:

1. El modelo biomecanico desarrollado proporciona una estimacion de los movimientos

basicos del miembro superior en torno a las articulaciones del hombro, codo y

muneca.

2. Se ha definido la formulacion matematica de un conjunto de ındices funcionales,

relacionados con la amplitud del movimiento como, por ejemplo, el ındice Amplitud

Articular y Amplitud de Alcance, y con la destreza y la habilidad del miembro

superior, como los ındices Precision, Agilidad, Eficiencia, Coordinacion y Suavidad.

3. Las valoraciones cinematicas, basadas en el computo de los ındices cinematicos

propuestos, aportan objetividad y complemento a las valoraciones clınicas.

4. Los ındices cinematicos permiten valorar distintas caracterısticas del movimiento

relativas a la precision, la velocidad, la suavidad y la coordinacion.

5. El analisis de la capacidad discriminativa de los ındices ha permitido comprobar

la idoneidad de los mismos para detectar alteraciones en la funcion del miembro

superior, entre sujetos sanos y patologicos y, entre personas con distinto nivel de

afectacion del miembro superior.

6. Los ındices cinematicos son utiles como herramientas evaluadoras en el entorno

clınico.

La correlacion detectada entre los ındices y las escalas clınicas es moderada o

elevada mostrando la validez de los ındices.

El analisis de la reproducibilidad de los resultados de los ındices propuestos

permite el computo del Mınimo Cambio Detectable en cada ındice. Este

parametro permite identificar la cantidad de cambio necesaria para atribuir

un cambio en la funcion del MS a un cambio real en el sujeto.

Los ındices cinematicos son sensibles al cambio en mayor numero de casos que

las escalas clınicas.

7. La aplicacion de estos ındices, realizada en un entorno clınico-asistencial, permite

establecer la tecnica propuesta como nuevo instrumento de valoracion funcional

objetiva de los trastornos motores de los miembros superiores.

8. La utilidad clınica del nuevo instrumento de valoracion funcional propuesto, depende

de la interpretacion de los resultados realizada por personal clınico, quedando

reflejada la necesidad de un equipo multidisciplinar en estas aplicaciones.

162


8.2. Contribuciones de la investigacion

La investigacion aporta conocimiento cientıfico en torno a varios aspectos:

Esta investigacion ha proporcionado la primera revision completa en cuanto a

metricas cinematicas, para evaluar la funcion del miembro superior. Se han analizado

las tecnicas empleadas para recoger la informacion del movimiento, el tipo de

movimiento analizado y la patologıa del SNC estudiada.

Los ındices cinematicos propuestos en esta investigacion son los primeros que se

han validado en poblacion con lesion medular cervical para evaluar la funcion del

miembro superior, en el entorno clınico, durante la ejecucion de una AVD completa.

Los ındices cinematicos son novedosos por la capacidad que poseen de ofrecer

resultados relativos a un patron de referencia.

El sistema de puntuacion de los ındices no posee acotaciones en la puntuacion

maxima permitiendo que una persona pueda superar el desempeno motor del patron

de referencia.

Los hallazgos encontrados en el analisis de la validacion clınica ha dejado visible el

potencial que puede alcanzar la aplicacion de estos ındices cinematicos en el entorno

clınico.

Esta tecnica de valoracion se ha aplicado de forma satisfactoria a otra patologıa

neurologica que, entre las secuelas, produce trastornos del movimiento.

8.2.1. Publicaciones

Artıculos cientıficos

A. de los Reyes-Guzman, A. Gil-Agudo, B. Penasco-Martın, M. Solıs-Mozos, A.

del Ama-Espinosa, and E. Perez-Rizo, Kinematic analysis of the daily activity of

drinking from a glass in a population with cervical spinal cord injury, Journal of

neuroengineering and rehabilitation, vol. 7, no. 1, p. 41, 2010.

A. de los Reyes-Guzman, I. Dimbwadyo-Terrer, F. Trincado-Alonso, F. Monasterio-

Huelin, D. Torricelli, A. Gil-Agudo. Quantitative assessment based on kinematic

measures of functional impairments during upper extremity movements: A review.

Clinical Biomechanics, 2014, 29(7), 719-727.

Contribuciones a congresos internacionales

A. de los Reyes-Guzman, A. Gil-Agudo, A. del Ama-Espinosa, B. Penasco-Martın,

M. Solıs-Mozos, E. Perez-Rizo. Kinematic analysis of drinking from a glass in a

population with tetraplegia. Oral presentation in 17th European Congress of Physical

Medicine and Rehabilitation. Venice, Italy. 23-27 May 2010.

A. De los Reyes-Guzman, I. Dimbwadyo-Terrer, S. Perez-Nombela, F. Trincado, D.

Torricelli and A. Gil-Agudo. Objective metrics for functional evaluation of upper limb

163

8.3. Trabajo futuro

during the ADL of drinking: application in SCI. In XIII Mediterranean Conference

on Medical and Biological Engineering and Computing 2013, 2014 January (pp.

1751-1754). Springer International Publishing.

Capıtulos de libro

A. Gil-Agudo, A. Bernal-Sahun, A. de los Reyes-Guzman, A. del Ama-Espinosa and

E. Rocon. Applications of upper limb biomechanical models in spinal cord injury pa-

tients. INTECH Open Access Publisher. 2011 http://cdn.intechopen.com/pdfs/

19655/InTech-Applications_of_upper_limb_biomechanical_models_in_spinal_

cord_injury_patients.pdf

A. de los Reyes-Guzman, S. Perez-Nombela, I. Dimbwadyo-Terrer, D. Torricelli, A.

Gil-Agudo. Functional Upper Limb Evaluation of Activities of Daily Living in people

with Neurological Disorders. In Activities of Daily Living: Performance, Impact on

Life Quality and Assistance. Editors: Jean Baptiste Giroux and Charlotte Vallee,

2013 April, (pp. 55-76). https://www.novapublishers.com/catalog/product_

info.php?products_id=36983&osCsid=f99d2c05615b66b1a36ca5dc2aca8fc8

Otras actividades de difusion

La metodologıa para desarrollar esta investigacion se expuso en la Sesion Clınica

General del Hospital Nacional de Paraplejicos (HNP) el 6 de Marzo de 2014 (Anexo B

Figura B.2). El desarrollo de la investigacion ha contado con el apoyo del personal clınico

del HNP.

8.3. Trabajo futuro

El trabajo presentado en esta investigacion deja abiertas varias lıneas de investigacion

que marcan las proximas acciones:

8.3.1. Difusion cientıfica de los hallazgos encontrados

Es prioritario difundir cientıficamente la nueva propuesta de valoracion presentada,

consistente en los ındices cinematicos, y los principales resultados obtenidos en la

investigacion. Dar a conocer estos resultados a la comunidad cientıfica puede suponer

el inicio de nuevas lıneas de investigacion.

8.3.2. Mejoras en la adquisicion del movimiento

En esta investigacion se ha utilizado un equipo optoelectronico para adquirir el mo-

vimiento del MS. Esta tecnologıa es el gold standard en analisis de movimiento, pero

tambien presenta algunos inconvenientes. Entre ellos, el mas importante es la oclusion de

los marcadores por parte de las camaras cuando hay algun objeto u obstaculo entre ambos.

En los estudios de analisis de la marcha, los resultados son muy satisfactorios con dos

unidades de escaner. La marcha humana es un movimiento cıclico, en el que los cambios

164

http://cdn.intechopen.com/pdfs/19655/InTech-Applications_of_upper_limb_biomechanical_models_in_spinal_cord_injury_patients.pdf



https://www.novapublishers.com/catalog/product_info.php?products_id=36983&osCsid=f99d2c05615b66b1a36ca5dc2aca8fc8

https://www.novapublishers.com/catalog/product_info.php?products_id=36983&osCsid=f99d2c05615b66b1a36ca5dc2aca8fc8


mas importantes se producen en el plano sagital, en el movimiento de flexion-extension de

las articulaciones involucradas.

En los estudios del movimiento del MS, conseguir una buena tasa de visibilidad de

los marcadores es mas complicado porque el movimiento del MS no es cıclico. La configu-

racion que puede adoptar cada articulacion permite posicionar y orientar la mano en el

espacio de la forma correcta para manipular cualquier objeto. Debido a la complejidad del

movimiento del MS, es comun que la tasa de oclusion de los marcadores sea mas elevada

que en el analisis de la marcha.

Esta investigacion se ha realizado con dos unidades de escaner del equipo de

fotogrametrıa Codamotion. Actualmente, es posible incorporar a estos estudios un tercer

escaner, que mejorarıa sin duda la tasa de visibilidad de los marcadores minimizando los

errores debidos a la tecnica. Incluso, con esta nueva configuracion, se pueden localizar

marcadores en la parte posterior del tronco. De esta forma, se puede investigar en la

mejora del modelo biomecanico, en la parte del complejo articular del hombro, yendo

hacia aproximaciones de modelado biomecanico mas precisas que la mostrada en esta

investigacion.

8.3.3. Estandarizacion de otras AVD

Esta lınea se relaciona con el punto anterior. Mejorando el setup experimental con

un escaner mas, se consigue mejorar la visibilidad de los marcadores incluso cuando la

mano va hacia la parte posterior de la cabeza. De esta forma, el analisis de otras AVD,

relacionadas con el cuidado personal, es viable.

8.3.4. Aplicacion de los ındices a otras tecnicas de adquisicion de

movimiento

Se trata de una lınea de investigacion ya abierta. Los pacientes que han participado

en el estudio experimental propuesto en el Capıtulo 6, han realizado la AVD de beber

en un entorno distinto mediante una aplicacion de Realidad Virtual (RV). La aplicacion

de RV ha sido desarrollada por Vicomtech [123], socio del Proyecto HYPER. Para ad-

quirir el movimiento del MS se utiliza el brazo robotico ARMEO Spring [124] que, a su

vez, sirve como senal de control para manipular el brazo virtual y simular la AVD de beber.

Este nuevo escenario experimental es interesante por varios motivos:

La oportunidad de aplicacion de los ındices cinematicos propuestos en esta

investigacion a un dispositivo comercial, Armeo Spring.

Por otro lado, resulta de interes el analisis de las posibles diferencias entre la

estimacion de los movimientos articulares del MS con el Armeo y con el equipo

de fotogrametrıa Codamotion. Con el Armeo se podrıan estimar desplazamientos

articulares menos precisos y probablemente con mayor desviacion estandar debido a

la no utilizacion de sensores localizados en referencias oseas del miembro superior.

165

8.3. Trabajo futuro

Figura 8.1: Escenario clınico de realizacion de la AVD de beber mediante Armeo Spring y aplicacion de

Realidad Virtual.

En la realizacion de la AVD de beber de forma real, mediante el equipo de

fotogrametrıa Codamotion, el entorno experimental esta mejor controlado. Hay

menos variables influyendo en el desempeno motor del sujeto. Sin embargo, con

la simulacion de la AVD de beber mediante RV, se estan introduciendo variables

adicionales que influyen sobre el sujeto. Se trata de aspectos relacionados con

funciones cognitivas, y con el entendimiento y familiarizacion con entornos virtuales y

tecnologıa en general. Estas diferencias en el entorno se pueden traducir en diferencias

en los resultados cinematicos que pueden no ser apreciables en la ejecucion de la AVD

de forma real.

8.3.5. Inclusion del registro electromiografico en las valoraciones

En las personas que padecen LM cervical se ve afectada en mayor o menor medida

la fuerza de los miembros superiores. Cuanto mas alta sea la lesion a nivel cervical, mas

musculos poseen alterada su funcion. Esto se debe a la interrupcion en la transmision del

166


impulso nervioso desde el cerebro a las extremidades. Debido a los deficits funcionales, es

comun que los lesionados medulares desarrollen estrategias de compensacion para realizar

las Actividades de la Vida Diaria.

El registro de la actividad muscular mediante EMG de superficie puede proporcionar

informacion fisiologica respecto al desarrollo de estas estrategias. Ademas, la monitoriza-

cion de cambios en la activacion muscular permitirıa estudiar la eficacia de tratamientos.

En definitiva, la definicion y propuesta de nuevos ındices funcionales a partir del

registro electromiografico enriquecerıa los estudios cinematicos actuales.

8.3.6. Ampliacion de la muestra

Los resultados de esta investigacion han detectado indicios acerca del potencial clınico

que la aplicacion de los ındices cinematicos puede tener como instrumentos de evaluacion.

Ası, los primeros pasos de continuidad de esta investigacion estarıan centrados en ampliar

la muestra analizada con el objetivo de poder extraer resultados mas concluyentes. La

ampliacion de la muestra se puede realizar de dos formas:

Incluir en el estudio nuevos pacientes ingresados en HNP con LM cervical incompleta

motora que posean afectacion de miembro superior y presenten pronostico de

experimentar cambios en su estado funcional y desempeno motor.

Realizar un estudio multicentrico, que implicarıa la necesidad de validar los

equipos de analisis de movimiento disponibles en cada centro y aplicar el protocolo

experimental descrito en esta investigacion. El inconveniente de los estudios

multicentricos radica en la dificultad de encontrar financiacion para llevarlos a cabo.

8.3.7. Aplicacion de los ındices a otras patologıas del SNC

La ultima de las futuras lıneas de trabajo, y quizas la mas importante, consiste en

aplicar los ındices cinematicos a valoraciones de pacientes, prescritas por medicos faculta-

tivos del HNP. En el Capıtulo 7 se presento un caso de estudio, de un paciente que padece

patologıa del SNC, distinta a la LM. La idea es ampliar el numero de casos atendidos

segun las peticiones realizadas por medicos del Servicio de Rehabilitacion del hospital.

De la misma forma, se puede ampliar el estudio a otras patologıas con mas incidencia

en la poblacion, como el ACV.

167

8.3. Trabajo futuro

168

Bibliografıa

[1] L. Guttmann, Lesiones medulares. Tratamiento global e investigacion. Editorial

Jims, 1981.

[2] A. Castro Sierra and P. Bravo Payno, Paraplejia otra forma de vida. Ed. SANRO

Madrid, 1993.

[3] M. Alcobendas Maestro, Lesion medular. Enfoque multidisciplinario, ch. Conceptos

generales sobre el sındrome de lesion medular, pp. 3–10. Editorial Medica

Panamericana, 2009.

[4] H. N. Sapru, Spinal cord medicine, ch. Spinal Cord: Anatomy, Physiology and

Pathophysiology., pp. 5–26. Lippincott Williams & Wilkins, 2002.

[5] F. M. Maynard Jr, M. B. Bracken, G. Creasey, J. F. Ditunno Jr, W. H. Donovan,

T. B. Ducker, S. L. Garber, R. J. Marino, S. L. Stover, C. H. Tator, et al.,

“International standards for neurological and functional classification of spinal cord

injury. american spinal injury association.,” Spinal cord, vol. 35, no. 5, p. 266, 1997.

[6] “World health organization: Spinal cord injury. fact sheet no 384..” http://www.

who.int/mediacentre/factsheets/fs384/es/, November 2013.

[7] A. Garcıa-Altes, K. Perez, A. Novoa, J. M. Suelves, M. Bernabeu, J. Vidal,

V. Arrufat, E. Santamarina-Rubio, J. Ferrando, M. Cogollos, et al., “Spinal cord

injury and traumatic brain injury: a cost-of-illness study.,” Neuroepidemiology,

vol. 39, no. 2, pp. 103–108, 2011.

[8] J. E. Joy, B. M. Altevogt, C. T. Liverman, R. T. Johnson, et al., Spinal Cord Injury::

Progress, Promise, and Priorities. National Academies Press, 2005.

[9] S. B. Jazayeri, S. Beygi, F. Shokraneh, E. M. Hagen, and V. Rahimi-Movaghar,

“Incidence of traumatic spinal cord injury worldwide: a systematic review,” European

Spine Journal, pp. 1–14, 2014.

[10] M. E. van den Berg, J. M. Castellote, I. Mahillo-Fernandez, and J. de Pedro-Cuesta,

“Incidence of nontraumatic spinal cord injury: A spanish cohort study (1972–2008),”

Archives of physical medicine and rehabilitation, vol. 93, no. 2, pp. 325–331, 2012.

[11] C. Villarino Dıaz-Jimenez, M. Hernandez Milagro, and A. Dıaz Garcıa, Manual

SERMEF de rehabilitacion y medicina fısica, ch. Fundamentos de la especialidad.

La discapacidad: concepto y modelos, pp. 7–12. Sociedad Espanola de Rehabilitacion

y Medicina Fısica, 2006.

169

http://www.who.int/mediacentre/factsheets/fs384/es/

http://www.who.int/mediacentre/factsheets/fs384/es/

Bibliografıa

[12] M. Alcaraz Rousselet, Lesion medular. Enfoque multidisciplinario, ch. Rehabilitacion

de la lesion medular, pp. 37–48. Editorial Medica Panamericana, 2009.

[13] A. Oliva Jimenez, Lesion medular. Enfoque multidisciplinario, ch. Terapia Ocupa-

cional: posicionamiento, adaptaciones y ayudas tecnicas segun el nivel de lesion,

pp. 37–48. Editorial Medica Panamericana, 2009.

[14] H. Nakayama, H. S. Jorgensen, H. O. Raaschou, and T. S. Olsen, “Compensation

in recovery of upper extremity function after stroke: the copenhagen stroke study,”


[15] V. Parker, D. Wade, and R. L. Hewer, “Loss of arm function after stroke:

measurement, frequency, and recovery,” Disability & Rehabilitation, vol. 8, no. 2,

pp. 69–73, 1986.

[16] D. T. Wade, “Measurement in neurological rehabilitation,” Current Opinion in

Neurology, vol. 5, no. 5, pp. 682–686, 1992.

[17] F. I. Mahoney, “Functional evaluation: the barthel index,” Maryland state medical

journal, vol. 14, pp. 61–65, 1965.

[18] R. A. Keith, “The functional independence measure: a new tool for rehabilitation,”

Advances in clinical rehabilitation, vol. 2, pp. 6–18, 1987.

[19] R. H. Jebsen, N. Taylor, R. Trieschmann, M. Trotter, and L. Howard, “An

objective and standardized test of hand function.,” Archives of physical medicine

and rehabilitation, vol. 50, no. 6, p. 311, 1969.

[20] C. E. Lang, J. M. Wagner, A. W. Dromerick, and D. F. Edwards, “Measurement

of upper-extremity function early after stroke: properties of the action research arm

test,” Archives of physical medicine and rehabilitation, vol. 87, no. 12, pp. 1605–1610,

2006.

[21] A. Catz, M. Itzkovich, E. Agranov, H. Ring, and A. Tamir, “The spinal cord

independence measure (scim): Sensitivity to functional changes in subgroups of

spinal cord lesion patients,” Spinal Cord, vol. 39, pp. 97–100, 2001.

[22] J. Van Tuijl, Y. Janssen-Potten, and H. Seelen, “Evaluation of upper extremity

motor function tests in tetraplegics.,” Spinal Cord, vol. 40, no. 2, pp. 51–64, 2002.

[23] W. F. Boyce, C. Gowland, P. L. Rosenbaum, M. Lane, N. Plews, C. Goldsmith, D. J.

Russell, V. Wright, and S. Zdrobov, “Measuring quality of movement in cerebral

palsy: a review of instruments,” Physical Therapy, vol. 71, no. 11, pp. 813–819,

1991.

[24] A. R. Fugl-Meyer, L. Jaasko, I. Leyman, S. Olsson, and S. Steglind, “The post-

stroke hemiplegic patient. 1. a method for evaluation of physical performance.,”

Scandinavian journal of rehabilitation medicine, vol. 7, no. 1, pp. 13–31, 1974.

170

Bibliografıa

[25] M. A. James, “Use of the medical research council muscle strength grading system

in the upper extremity,” The Journal of hand surgery, vol. 32, no. 2, pp. 154–156,

2007.

[26] L. Harvey, J. Batty, R. Jones, and J. Crosbie, “Hand function of c6 and c7

tetraplegics 1-16 years following injury:,” Spinal Cord, vol. 39, pp. 37–43, 2001.

[27] J. M. Wagner, J. A. Rhodes, and C. Patten, “Reproducibility and minimal detectable

change of three-dimensional kinematic analysis of reaching tasks in people with

hemiparesis after stroke,” Physical Therapy, vol. 88, no. 5, pp. 652–663, 2008.

[28] E. W. A. Cacho, R. de Oliveira, R. L. Ortolan, R. Varoto, and A. Cliquet, “Upper

limb assessment in tetraplegia: clinical, functional and kinematic correlations,”

International Journal of Rehabilitation Research, vol. 34, no. 1, pp. 65–72, 2011.

[29] S. Namdari, G. Yagnik, D. D. Ebaugh, S. Nagda, M. L. Ramsey, G. R. Williams Jr,

and S. Mehta, “Defining functional shoulder range of motion for activities of daily

living,” Journal of Shoulder and Elbow Surgery, vol. 21, no. 9, pp. 1177–1183, 2012.

[30] A. Murgia, P. Kyberd, and T. Barnhill, “The use of kinematic and parametric

information to highlight lack of movement and compensation in the upper extremities

during activities of daily living,” Gait & posture, vol. 31, no. 3, pp. 300–306, 2010.

[31] J. Aizawa, T. Masuda, T. Koyama, K. Nakamaru, K. Isozaki, A. Okawa, and

S. Morita, “Three-dimensional motion of the upper extremity joints during various

activities of daily living,” Journal of biomechanics, vol. 43, no. 15, pp. 2915–2922,

2010.

[32] C. J. van Andel, N. Wolterbeek, C. A. Doorenbosch, D. H. Veeger, and J. Harlaar,

“Complete 3d kinematics of upper extremity functional tasks,” Gait & posture,

vol. 27, no. 1, pp. 120–127, 2008.

[33] K. Petuskey, A. Bagley, E. Abdala, M. A. James, and G. Rab, “Upper extremity

kinematics during functional activities: three-dimensional studies in a normal

pediatric population,” Gait & posture, vol. 25, no. 4, pp. 573–579, 2007.

[34] M. A. Murphy, K. S. Sunnerhagen, B. Johnels, and C. Willen, “Three-dimensional

kinematic motion analysis of a daily activity drinking from a glass: a pilot study,”

Journal of neuroengineering and rehabilitation, vol. 3, no. 1, p. 18, 2006.

[35] D. Magermans, E. Chadwick, H. Veeger, and F. Van Der Helm, “Requirements for

upper extremity motions during activities of daily living,” Clinical Biomechanics,

vol. 20, no. 6, pp. 591–599, 2005.

[36] K. Kim, W.-K. Song, J. Lee, H.-Y. Lee, D. S. Park, B.-W. Ko, and J. Kim,

“Kinematic analysis of upper extremity movement during drinking in hemiplegic

subjects,” Clinical Biomechanics, 2014.

[37] M. A. Murphy, C. Willen, and K. S. Sunnerhagen, “Responsiveness of upper

extremity kinematic measures and clinical improvement during the first three months

after stroke,” Neurorehabilitation and neural repair, vol. 27, no. 9, pp. 844–853, 2013.

171

Bibliografıa

[38] M. A. Murphy, C. Willen, and K. S. Sunnerhagen, “Kinematic variables quantifying

upper-extremity performance after stroke during reaching and drinking from a

glass,” Neurorehabilitation and neural repair, vol. 25, no. 1, pp. 71–80, 2011.

[39] R. Osu, K. Ota, T. Fujiwara, Y. Otaka, M. Kawato, M. Liu, et al., “Quantifying the

quality of hand movement in stroke patients through three-dimensional curvature,”

Journal of neuroengineering and rehabilitation, vol. 8, no. 1, p. 62, 2011.

[40] C. E. Lang, J. M. Wagner, D. F. Edwards, S. A. Sahrmann, and A. W.

Dromerick, “Recovery of grasp versus reach in people with hemiparesis poststroke,”

Neurorehabilitation and neural repair, vol. 20, no. 4, pp. 444–454, 2006.

[41] M. Klotz, L. Kost, F. Braatz, V. Ewerbeck, D. Heitzmann, S. Gantz, T. Dreher, and

S. Wolf, “Motion capture of the upper extremity during activities of daily living in

patients with spastic hemiplegic cerebral palsy,” Gait & posture, 2012.

[42] E. E. Butler, A. L. Ladd, L. E. LaMont, and J. Rose, “Temporal–spatial parameters

of the upper limb during a reach & grasp cycle for children,” Gait & posture, vol. 32,

no. 3, pp. 301–306, 2010.

[43] A. de los Reyes-Guzman, A. Gil-Agudo, B. Penasco-Martın, M. Solıs-Mozos, A. del

Ama-Espinosa, and E. Perez-Rizo, “Kinematic analysis of the daily activity of

drinking from a glass in a population with cervical spinal cord injury,” Journal

of neuroengineering and rehabilitation, vol. 7, no. 1, p. 41, 2010.

[44] B. Rohrer, S. Fasoli, H. I. Krebs, R. Hughes, B. Volpe, W. R. Frontera, J. Stein, and

N. Hogan, “Movement smoothness changes during stroke recovery,” The Journal of

Neuroscience, vol. 22, no. 18, pp. 8297–8304, 2002.

[45] R. Colombo, F. Pisano, S. Micera, A. Mazzone, C. Delconte, M. Carrozza,

P. Dario, and G. Minuco, “Assessing mechanisms of recovery during robot-aided

neurorehabilitation of the upper limb,” Neurorehabilitation and neural repair, vol. 22,

no. 1, pp. 50–63, 2008.

[46] A. Merlo, M. Longhi, E. Giannotti, P. Prati, M. Giacobbi, E. Ruscelli, A. Mancini,

M. Ottaviani, L. Montanari, and D. Mazzoli, “Upper limb evaluation with robotic

exoskeleton. normative values for indices of accuracy, speed and smoothness,”

NeuroRehabilitation, 2013.

[47] J. Zariffa, N. Kapadia, J. L. Kramer, P. Taylor, M. Alizadeh-Meghrazi, V. Ziva-

novic, U. Albisser, R. Willms, A. Townson, A. Curt, et al., “Relationship between

clinical assessments of function and measurements from an upper-limb robotic reha-

bilitation device in cervical spinal cord injury,” Neural Systems and Rehabilitation

Engineering, IEEE Transactions on, vol. 20, no. 3, pp. 341–350, 2012.

[48] S. Kalsi-Ryan, A. Curt, M. Verrier, and M. Fehlings, “Development of the graded

redefined assessment of strength, sensibility and prehension (grassp): reviewing

measurement specific to the upper limb in tetraplegia,” J Neurosurg Spine (Suppl),

vol. 17, pp. 65–76, 2012.

172

Bibliografıa

[49] E. Burdet and T. E. Milner, “Quantization of human motions and learning of

accurate movements,” Biological cybernetics, vol. 78, no. 4, pp. 307–318, 1998.

[50] P. M. Fitts, “The information capacity of the human motor system in controlling the

amplitude of movement.,” Journal of experimental psychology, vol. 47, no. 6, p. 381,

1954.

[51] N. Yang, M. Zhang, C. Huang, and D. Jin, “Motion quality evaluation of upper limb

target-reaching movements,” Medical engineering & physics, vol. 24, no. 2, pp. 115–

120, 2002.

[52] R. Colombo, I. Sterpi, A. Mazzone, C. Delconte, and F. Pisano, “Taking a lesson from

patients’recovery strategies to optimize training during robot-aided rehabilitation,”

Neural Systems and Rehabilitation Engineering, IEEE Transactions on, vol. 20,

no. 3, pp. 276–285, 2012.

[53] L. Zollo, L. Rossini, M. Bravi, G. Magrone, S. Sterzi, and E. Guglielmelli,

“Quantitative evaluation of upper-limb motor control in robot-aided rehabilitation,”

Medical & biological engineering & computing, vol. 49, no. 10, pp. 1131–1144, 2011.

[54] C. Bosecker, L. Dipietro, B. Volpe, and H. I. Krebs, “Kinematic robot-based

evaluation scales and clinical counterparts to measure upper limb motor performance

in patients with chronic stroke,” Neurorehabilitation and neural repair, vol. 24, no. 1,

pp. 62–69, 2010.

[55] M. D. Ellis, T. Sukal, T. DeMott, and J. P. Dewald, “Augmenting clinical evaluation

of hemiparetic arm movement with a laboratory-based quantitative measurement of

kinematics as a function of limb loading,” Neurorehabilitation and neural repair,

vol. 22, no. 4, pp. 321–329, 2008.

[56] L. Ronnqvist and B. Rosblad, “Kinematic analysis of unimanual reaching and gras-

ping movements in children with hemiplegic cerebral palsy,” Clinical Biomechanics,

vol. 22, no. 2, pp. 165–175, 2007.

[57] E. Jaspers, K. Desloovere, H. Bruyninckx, K. Klingels, G. Molenaers, E. Aertbelien,

L. Van Gestel, and H. Feys, “Three-dimensional upper limb movement characteristics

in children with hemiplegic cerebral palsy and typically developing children,”

Research in developmental disabilities, vol. 32, no. 6, pp. 2283–2294, 2011.

[58] S. Balasubramanian, R. Colombo, I. Sterpi, V. Sanguineti, and E. Burdet, “Robotic

assessment of upper limb motor function after stroke,” American Journal of Physical

Medicine & Rehabilitation, vol. 91, no. 11, pp. S255–S269, 2012.

[59] J. C. Van Der Heide, J. M. Fock, B. Otten, E. Stremmelaar, and M. Hadders-Algra,

“Kinematic characteristics of reaching movements in preterm children with cerebral

palsy,” Pediatric research, vol. 57, no. 6, pp. 883–889, 2005.

[60] J.-J. Chang, T.-I. Wu, W.-L. Wu, and F.-C. Su, “Kinematical measure for spastic

reaching in children with cerebral palsy,” Clinical Biomechanics, vol. 20, no. 4,

pp. 381–388, 2005.

173

Bibliografıa

[61] M. C. J. Volman, A. L. Wijnroks, and A. Vermeer, “Effect of task context on reaching

performance in children with spastic hemiparesis,” Clinical Rehabilitation, vol. 16,

no. 6, pp. 684–692, 2002.

[62] S. E. Fasoli, C. A. Trombly, L. Tickle-Degnen, and M. H. Verfaellie, “Effect

of instructions on functional reach in persons with and without cerebrovascular

accident,” The American journal of occupational therapy, vol. 56, no. 4, pp. 380–

390, 2002.

[63] E. Jaspers, K. Desloovere, H. Bruyninckx, G. Molenaers, K. Klingels, and H. Feys,

“Review of quantitative measurements of upper limb movements in hemiplegic

cerebral palsy,” Gait & posture, vol. 30, no. 4, pp. 395–404, 2009.

[64] J. M. Wagner, C. E. Lang, S. A. Sahrmann, D. F. Edwards, and A. W. Dromerick,

“Sensorimotor impairments and reaching performance in subjects with poststroke

hemiparesis during the first few months of recovery,” Physical Therapy, vol. 87, no. 6,

pp. 751–765, 2007.

[65] C. E. Lang, J. M. Wagner, A. J. Bastian, Q. Hu, D. F. Edwards, S. A. Sahrmann,

and A. W. Dromerick, “Deficits in grasp versus reach during acute hemiparesis,”

Experimental Brain Research, vol. 166, no. 1, pp. 126–136, 2005.

[66] D. G. Kamper, A. N. McKenna-Cole, L. E. Kahn, and D. J. Reinkensmeyer,

“Alterations in reaching after stroke and their relation to movement direction and

impairment severity,” Archives of physical medicine and rehabilitation, vol. 83, no. 5,

pp. 702–707, 2002.

[67] C. A. Trombly and C.-Y. Wu, “Effect of rehabilitation tasks on organization of

movement after stroke,” The American Journal of Occupational Therapy, vol. 53,

no. 4, pp. 333–344, 1999.

[68] O. Celik, M. K. O’Malley, C. Boake, H. S. Levin, N. Yozbatiran, and T. A. Reistetter,

“Normalized movement quality measures for therapeutic robots strongly correlate

with clinical motor impairment measures,” Neural Systems and Rehabilitation

Engineering, IEEE Transactions on, vol. 18, no. 4, pp. 433–444, 2010.

[69] R. Colombo, F. Pisano, S. Micera, A. Mazzone, C. Delconte, M. C. Carrozza,

P. Dario, and G. Minuco, “Robotic techniques for upper limb evaluation and

rehabilitation of stroke patients,” Neural Systems and Rehabilitation Engineering,

IEEE Transactions on, vol. 13, no. 3, pp. 311–324, 2005.

[70] R. Colombo, F. Pisano, A. Mazzone, C. Delconte, S. Micera, M. C. Carrozza,

P. Dario, and G. Minuco, “Design strategies to improve patient motivation during

robot-aided rehabilitation,” Journal of NeuroEngineering and Rehabilitation, vol. 4,

p. 3, 2007.

[71] M. Rand, Y. Shimansky, G. Stelmach, V. Bracha, and J. Bloedel, “Effects of accuracy

constraints on reach-to-grasp movements in cerebellar patients,” Experimental brain

research, vol. 135, no. 2, pp. 179–188, 2000.

174

Bibliografıa

[72] P. R. Culmer, M. C. Levesley, M. Mon-Williams, and J. H. Williams, “A new tool for

assessing human movement: the kinematic assessment tool,” Journal of neuroscience

methods, vol. 184, no. 1, pp. 184–192, 2009.

[73] S. B. Thies, P. A. Tresadern, L. P. Kenney, J. Smith, D. Howard, J. Y. Goulermas,

C. Smith, and J. Rigby, “Movement variability in stroke patients and controls

performing two upper limb functional tasks: a new assessment methodology,”

Journal of neuroengineering and rehabilitation, vol. 6, p. 2, 2009.

[74] E. Vergaro, M. Casadio, V. Squeri, P. Giannoni, P. Morasso, and V. Sanguineti,

“Self-adaptive robot training of stroke survivors for continuous tracking movements,”

Journal of neuroengineering and rehabilitation, vol. 7, no. 13, pp. 1–12, 2010.

[75] P. S. Lum, S. Mulroy, R. L. Amdur, P. Requejo, B. I. Prilutsky, and A. W. Dromerick,

“Gains in upper extremity function after stroke via recovery or compensation:

Potential differential effects on amount of real-world limb use,” Topics in stroke

rehabilitation, vol. 16, no. 4, pp. 237–253, 2009.

[76] N. Hogan and D. Sternad, “Sensitivity of smoothness measures to movement

duration, amplitude, and arrests,” Journal of motor behavior, vol. 41, no. 6, pp. 529–

534, 2009.

[77] S. Balasubramanian, A. Melendez-Calderon, and E. Burdet, “A robust and sensitive

metric for quantifying movement smoothness,” Biomedical Engineering, IEEE

Transactions on, vol. 59, no. 8, pp. 2126–2136, 2012.

[78] L. Dipietro, H. I. Krebs, S. E. Fasoli, B. T. Volpe, J. Stein, C. Bever, and N. Hogan,

“Changing motor synergies in chronic stroke,” Journal of neurophysiology, vol. 98,

no. 2, pp. 757–768, 2007.

[79] H. Zhou and H. Hu, “Human motion tracking for rehabilitation - a survey,”

Biomedical Signal Processing and Control, vol. 3, no. 1, pp. 1–18, 2008.

[80] R. Zhu and Z. Zhou, “A real-time articulated human motion tracking using tri-axis

inertial/magnetic sensors package,” Neural Systems and Rehabilitation Engineering,


[81] Y. Tao, H. Hu, and H. Zhou, “Integration of vision and inertial sensors for 3d

arm motion tracking in home-based rehabilitation,” The International Journal of

Robotics Research, vol. 26, no. 6, pp. 607–624, 2007.

[82] A. Gil-Agudo, A. de Los Reyes-Guzman, I. Dimbwadyo-Terrer, B. Penasco-Martın,

A. Bernal-Sahun, P. Lopez-Monteagudo, A. del Ama-Espinosa, J. L. Pons, et al., “A

novel motion tracking system for evaluation of functional rehabilitation of the upper

limbs,” Neural Regeneration Research, vol. 8, no. 19, p. 1773, 2013.

[83] R. Perez, U. Costa, M. Torrent, J. Solana, E. Opisso, C. Caceres, J. M. Tormos,

J. Medina, and E. J. Gomez, “Upper limb portable motion analysis system based

on inertial technology for neurorehabilitation purposes,” Sensors, vol. 10, no. 12,

pp. 10733–10751, 2010.

175

Bibliografıa

[84] J. Sanchez-Lacuesta, “Biomecanica de la marcha humana normal,” Biomecanica de

la marcha humana normal y patologica. Valencia: Generalitat Valenciana, pp. 19–

112, 1993.

[85] D. R. Lametti, G. Houle, and D. J. Ostry, “Control of movement variability and the

regulation of limb impedance,” Journal of neurophysiology, vol. 98, no. 6, pp. 3516–

3524, 2007.

[86] G. Rab, K. Petuskey, and A. Bagley, “A method for determination of upper extremity

kinematics,” Gait & Posture, vol. 15, pp. 113–119, 2002.

[87] A. H. Mackey, S. E. Walt, and N. S. Stott, “Deficits in upper-limb task performance

in children with hemiplegic cerebral palsy as defined by 3-dimensional kinematics,”


[88] F. Fitoussi, A. Diop, N. Maurel, E. M. Laassel, and G. F. Pennecot, “Kinematic

analysis of the upper limb: a useful tool in children with cerebral palsy,” Journal of

Pediatric Orthopaedics B, vol. 15, no. 4, pp. 247–256, 2006.

[89] T. Mosqueda, M. A. James, K. Petuskey, A. Bagley, E. Abdala, and G. Rab,

“Kinematic assessment of the upper extremity in brachial plexus birth palsy,”

Journal of Pediatric Orthopaedics, vol. 24, no. 6, pp. 695–699, 2004.

[90] “Visual 3d. c-motion research biomechanics..” http://www.c-motion.com/

products/visual3d/, November 2014.

[91] “Qualisys motion capture systems..” http://www.qualisys.com/, November 2014.

[92] S. L. Delp, F. C. Anderson, A. S. Arnold, P. Loan, A. Habib, C. T. John,

E. Guendelman, and D. G. Thelen, “Opensim: open-source software to create

and analyze dynamic simulations of movement,” Biomedical Engineering, IEEE

Transactions on, vol. 54, no. 11, pp. 1940–1950, 2007.

[93] F. C. van der Helm and G. M. Pronk, “Three-dimensional recording and description

of motions of the shoulder mechanism,” Journal of biomechanical engineering,

vol. 117, no. 1, pp. 27–40, 1995.

[94] V. Marimon Hoyos, I. Manez Anon, V. Inigo Huarte, M. Jorda Llona, L. Ruız jareno,

I. Dıaz Llopis, and I. Serralta Davia, Manual SERMEF de rehabilitacion y medicina

fısica, ch. Evaluacion clınica del sistema musculoesqueletico, pp. 17–41. 2006.

[95] A. Gil-Agudo, A. Del Ama-Espinosa, E. Perez-Rizo, S. Perez-Nombela, and

L. Pablo Rodrıguez-Rodrıguez, “Upper limb joint kinetics during manual wheelchair

propulsion in patients with different levels of spinal cord injury,” Journal of

biomechanics, vol. 43, no. 13, pp. 2508–2515, 2010.

[96] “Codamotion solutions..” http://www.codamotion.com/, November 2014.

[97] V. M. Zatsiorsky, ed., Kinematics of human motion, ch. Kinematic geometry of

human motion: body position and displacement, pp. 1–74. Human Kinetics, 1998.

176

http://www.c-motion.com/products/visual3d/

http://www.c-motion.com/products/visual3d/

http://www.qualisys.com/

http://www.codamotion.com/

Bibliografıa

[98] L. Chiari, U. D. Croce, A. Leardini, and A. Cappozzo, “Human movement analysis

using stereophotogrammetry: Part 2: Instrumental errors,” Gait & posture, vol. 21,

no. 2, pp. 197–211, 2005.

[99] A. Leardini, L. Chiari, U. D. Croce, and A. Cappozzo, “Human movement

analysis using stereophotogrammetry: Part 3. soft tissue artifact assessment and

compensation,” Gait & posture, vol. 21, no. 2, pp. 212–225, 2005.

[100] U. Della Croce, A. Leardini, L. Chiari, and A. Cappozzo, “Human movement

analysis using stereophotogrammetry: Part 4: assessment of anatomical landmark

misplacement and its effects on joint kinematics,” Gait & posture, vol. 21, no. 2,

pp. 226–237, 2005.

[101] A. Cappozzo, U. Della Croce, A. Leardini, and L. Chiari, “Human movement analysis

using stereophotogrammetry: Part 1: theoretical background,” Gait & posture,

vol. 21, no. 2, pp. 186–196, 2005.

[102] A. Cappozzo, A. Cappello, U. D. Croce, and F. Pensalfini, “Surface-marker cluster

design criteria for 3-d bone movement reconstruction,” Biomedical Engineering,


[103] G. Wu, F. van der Helm, H. Veeger, M. Makhsous, P. V. Roy, C. Anglin,

J. Nagels, A. Karduna, K. McQuade, X. Wang, F. Werner, and B. Bucholz, “Isb

recommendation on definitions of joint coordinate systems of varius joints for the

reporting of human joint motion- part ii: shoulder, elbow, wrist and hand.,” J

Biomechanics, vol. 38, pp. 981–992, 2005.

[104] E. Biryukova, A. Roby-Brami, A. Frolov, and M. Mokhtari, “Kinematics of

human arm reconstructed from spatial tracking system recordings,” Journal of

Biomechanics, vol. 33, pp. 985–995, 2000.

[105] K. R. Holzbaur, W. M. Murray, and S. L. Delp, “A model of the upper extremity for

simulating musculoskeletal surgery and analyzing neuromuscular control,” Annals

of biomedical engineering, vol. 33, no. 6, pp. 829–840, 2005.

[106] A. Cappozzo, U. Della Croce, A. Leardini, and L. Chiari, “Human movement analysis

using stereophotogrammetry: Part 1: theoretical background,” Gait & posture,

vol. 21, no. 2, pp. 186–196, 2005.

[107] L. Chiari, U. D. Croce, A. Leardini, and A. Cappozzo, “Human movement analysis

using stereophotogrammetry: Part 2: Instrumental errors,” Gait & posture, vol. 21,

no. 2, pp. 197–211, 2005.

[108] A. Leardini, L. Chiari, U. D. Croce, and A. Cappozzo, “Human movement

analysis using stereophotogrammetry: Part 3. soft tissue artifact assessment and

compensation,” Gait & posture, vol. 21, no. 2, pp. 212–225, 2005.

[109] U. Della Croce, A. Leardini, L. Chiari, and A. Cappozzo, “Human movement

analysis using stereophotogrammetry: Part 4: assessment of anatomical landmark

177

Bibliografıa

misplacement and its effects on joint kinematics,” Gait & posture, vol. 21, no. 2,

pp. 226–237, 2005.

[110] E. E. Butler, A. L. Ladd, L. E. LaMont, and J. Rose, “Three-dimensional kinematics

of the upper limb during a reach and grasp cycle for children,” Gait & Posture,

vol. 32, pp. 72–77, 2010.

[111] A. Kapandji, “Fisiologıa articular,,” Editorial Medica Panamericana. Maloine.

Miembro superior y Miembro inferior, vol. 1.

[112] B. Morrey, L. Askew, E. Chao, et al., “A biomechanical study of normal functional

elbow motion,” J Bone Joint Surg Am, vol. 63, no. 6, pp. 872–7, 1981.

[113] A. K. Palmer, F. W. Werner, D. Murphy, and R. Glisson, “Functional wrist motion:

a biomechanical study,” The Journal of hand surgery, vol. 10, no. 1, pp. 39–46, 1985.

[114] A. V. Oppenheim, A. S. Willsky, and S. H. Nawab, Signals and systems, vol. 2.

Prentice-Hall Englewood Cliffs, NJ, 1983.

[115] M. F. Aranaz, SPSS para Windows. McGraw-Hill Interamericana de Espana, 2002.

[116] D. E. Hinkle, W. Wiersma, and S. G. Jurs, “Applied statistics for the behavioral

sciences,” 2003.

[117] V. W. Lin and C. M. Bono, Spinal Cord Medicine: Principles & Practice. Demos

medical publishing, 2010.

[118] J. Fleiss, “The design and analysis of clinical experiments,” 1986.

[119] J.-J. Chang, Y.-S. Yang, W.-L. Wu, L.-Y. Guo, F.-C. Su, et al., “The constructs of

kinematic measures for reaching performance in stroke patients,” Journal of Medical

and Biological Engineering, vol. 28, no. 2, pp. 65–70, 2008.

[120] H. C. de Vet, C. B. Terwee, D. L. Knol, and L. M. Bouter, “When to use

agreement versus reliability measures,” Journal of clinical epidemiology, vol. 59,

no. 10, pp. 1033–1039, 2006.

[121] T. S. Patterson, M. Bishop, T. McGuirk, A. Sethi, and L. Richards, “Reliability

of upper extremity kinematics while performing different tasks in individuals with

stroke,” Journal of motor behavior, vol. 43, no. 2, pp. 121–130, 2011.

[122] F. Jimenez-Jimenez, H. Alonso-Navarro, M. L. Piudo, and J. B. Hernandez,

“Trastornos del movimiento (iii): sındromes coreicos y distonıa,” Medicine-Programa

de Formacion Medica Continuada Acreditado, vol. 9, no. 74, pp. 4741–4752, 2007.

[123] “Vicomtech- visual interaction & communication technologies.” http://www.

vicomtech.org/.

[124] Hocoma, “Armeo spring- functional arm and hand therapy.” http://www.hocoma.

com/products/armeo/armeospring/.

178

http://www.vicomtech.org/

http://www.vicomtech.org/

http://www.hocoma.com/products/armeo/armeospring/

http://www.hocoma.com/products/armeo/armeospring/

Bibliografıa

[125] S. Spaulding, J. McPherson, E. Strachota, M. Kuphal, and M. Ramponi, “Jebsen

hand function test: performance of the uninvolved hand in hemiplegia and of right-

handed, right and left hemiplegic persons.,” Archives of physical medicine and

rehabilitation, vol. 69, no. 6, pp. 419–422, 1988.

[126] R. A. Colyer and B. Kappelman, “Flexor pollicis longus tenodesis in tetraplegia at

the sixth cervical level,” J Bone Joint Surg A, vol. 63, p. 376, 1981.

[127] M. Mulcahey, B. T. Smith, R. R. Betz, and A. A. Weiss, “Outcomes of tendon

transfer surgery and occupational therapy in a child with tetraplegia secondary

to spinal cord injury,” American Journal of Occupational Therapy, vol. 49, no. 7,

pp. 607–617, 1995.

[128] J. Noronha, A. Bundy, and J. Groll, “The effect of positioning on the hand function

of boys with cerebral palsy,” American Journal of Occupational Therapy, vol. 43,

no. 8, pp. 507–512, 1989.

[129] M. Kellor, J. Frost, N. Silberberg, I. Iversen, and R. Cummings, “Hand strength and

dexterity.,” The American journal of occupational therapy: official publication of the

American Occupational Therapy Association, vol. 25, no. 2, p. 77, 1971.

[130] A. Catz, M. Itzkovich, E. Agranov, H. Ring, and A. Tamir, “Scim–spinal cord

independence measure: a new disability scale for patients with spinal cord lesions.,”

Spinal Cord, vol. 35, no. 12, 1997.

179

Bibliografıa

180

Apendice A

Escalas clınicas tradicionales

utilizadas en esta investigacion

Este anexo incluye una breve descripcion de escalas clınicas tradicionales que

habitualmente se utilizan para evaluar a pacientes con Lesion Medular (LM). Se presentan

clasificadas, segun los aspectos que valoran, en tests de fuerza, tests funcionales y tests de

AVD. A su vez, las escalas funcionales se dividen por la poblacion a la que se dirigen en

escalas generales, dirigidas a la poblacion en general; y especıficas segun esten dirigidas a la

valoracion de una patologıa en concreto, en esta investigacion la LM. Las escalas clınicas

que se incluyen en este anexo son aquellas con las que se ha evaluado clınicamente a los

pacientes para la realizacion de esta investigacion.

A.1. Tests de fuerza

Los tests de fuerza valoran la fuerza de los MS.

A.1.1. Indice Motor

Esta escala valora la fuerza de cinco grupos musculares del miembro superior

puntuando cada uno de ellos segun la escala del Medical Research Council (MRC) entre

0 y 5 puntos (0 (ausencia de funcion)- 5 (funcion completa)) (Tabla A.1), con un total de

25 puntos en cada brazo [25]. Siempre se valoran ambos miembros superiores.

0 - No hay contraccion

1 - Contraccion debil

2 - Movimiento activo a favor de la gravedad

3 - Movimiento activo contra gravedad

4 - Movimiento activo contra gravedad y resistencia

5 - Fuerza normal

Tabla A.1: Escala de puntuacion del MRC

181

A.2. Tests funcionales

A.2. Tests funcionales

A.2.1. Jebsen Taylor Hand Function

El objetivo de esta escala es evaluar la discapacidad de la mano y mejorıas en su fun-

cion despues de ciertos tratamientos terapeuticos [19].

Va dirigida a pacientes con discapacidad en la mano, incluyendo pacientes hemiplejicos

[125], con artritis reumatoide, pacientes con LM C6-C7 [126, 127] y personas con CP [128].

El test se compone de 7 tareas unilaterales como la escritura, pasar tarjetas, simular

comer, coger objetos pequenos, coger objetos grandes ligeros y coger objetos grandes pe-

sados. En sujetos sanos ambas manos se pueden valorar en 15 min.

Figura A.1: Test Jebsen-Taylor Hand Function. Material para realizacion del test.

El metodo de puntuacion es el tiempo de ejecucion de cada una de las tareas.

Se pueden consultar los resultados acerca de la reproducibilidad de las tareas [22].

A.2.2. Nine-Hole Peg Test

La escala Nine-Hole [129] va dirigida a la valoracion de personas con alteracıones en

la destreza y habilidad de la mano.

Consiste en una tarea unilateral en la que 9 clavijas han de ser ubicadas en una tabla

y luego quitadas. La tarea se realiza con ambas manos y el sistema de puntuacion es el

tiempo requerido para completar la tarea.

182

Apendice A. Escalas clınicas tradicionales utilizadas en esta investigacion

Figura A.2: Test Nine-Hole. Material para realizar el test.

A.3. Tests de AVDs

En este tipo de escalas se le pregunta al paciente por el desempeno de determinadas

AVD, normalmente con el objetivo de conocer el nivel de dependencia o independencia en

el desempeno de las mismas.

El inconveniente que poseen estas escalas es que muchas no son apropiadas para valorar

a personas con tetraplejia, puesto que poseen ıtems de valoracion que no pueden ser

realizados por personas con LM cervical, como por ejemplo caminar.

Se describen tres escalas clasificadas en esta categorıa.

A.3.1. El Indice de Barthel (IB)

El Indice de Barthel (IB) [17] mide la independencia funcional en cuidado personal y

movilidad.

Fue creado para observar la evolucion de los pacientes cronicos antes y despues del tra-

tamiento y para cuantificar los cuidados de enfermerıa que se necesitasen. Esta indicado

en pacientes de larga estancia en condiciones de paralisis y ha sido utilizado con individuos

en rehabilitacion para predecir el tiempo de permanencia y anticipar el resultado del alta,

ası como instrumento evaluativo y de pronostico. El Indice de Barthel ha sido criticado

fundamentalmente por su sistema de puntuacion; de hecho, su principal limitacion radica

en la interpretacion de las puntuaciones intermedias de las categorıas de la escala. Analo-

gamente esta limitado en su extension, por lo que no detecta grados bajos de discapacidad.

Consta de 10 ıtems relacionados con: alimentacion (si la comida necesita ser cortada

es sinonimo de ayuda); transferencias; aseo personal (lavarse la cara, peinarse, etc); tareas

183

A.3. Tests de AVDs

domesticas (colgar ropa, limpiar); banarse; caminar por una superficie lisa o inclinada;

subir y bajar escaleras; vestirse (incluye atarse los zapatos) y control de esfınteres. La

figura A.3 muestra el formulario del ındice de Barthel relativo a las tareas del MS.INDICE DE BARTHEL. Actividades básicas de la vida diaria

Parámetro Situación del paciente Puntuación

Total:

Comer

- Totalmente independiente 10

- Necesita ayuda para cortar carne, el pan, etc. 5

- Dependiente 0

Lavarse - Independiente: entra y sale solo del baño 5

- Dependiente 0

Vestirse

- Independiente: capaz de ponerse y de quitarse la ropa, abotonarse,

atarse los zapatos 10

- Necesita ayuda 5

- Dependiente 0

Arreglarse

- Independiente para lavarse la cara, las manos, peinarse, afeitarse,

maquillarse, etc. 5

- Dependiente 0

Deposiciones (valórese la

semana previa)

- Continencia normal 10

- Ocasionalmente algún episodio de incontinencia, o necesita ayuda

para administrarse supositorios o lavativas 5

- Incontinencia 0

Micción (valórese la semana

previa)

- Continencia normal, o es capaz de cuidarse de la sonda si tiene una

puesta 10

- Un episodio diario como máximo de incontinencia, o necesita ayuda

para cuidar de la sonda 5

- Incontinencia 0

Usar el retrete - Independiente para ir al cuarto de aseo, quitarse y ponerse la ropa… 10

Figura A.3: Estudio experimental: Analisis capacidad evaluadora de los ındices cinematicos propuestos

La puntuacion total puede variar entre cero y cien, sumando de cinco en cinco

puntos por categorıa, de tal manera que puntuaciones altas indican un mayor grado de

independencia.

A.3.2. Functional Independence Measure (FIM)

La escala FIM o Medida de la Independencia Funcional [18] surge de la necesidad

de documentar la severidad de las incapacidades de los pacientes y los progresos de la

rehabilitacion medica, con una escala de valoracion fiable y uniforme. A pesar de no ser

especıfica para la valoracion de la lesion medular, es una herramienta util, que se emplea

de forma creciente en las unidades de lesionados medulares. Mide el nivel de independencia

en actividades encuadradas en 6 areas de funcionalidad comunes: autocuidado, control de

esfınteres, factores de movilidad (transferencias), locomocion, comunicacion y reacciones

sociales, puntuando un total de 18 ıtems (Figura A.4).

184


En cada una de ellas se valoran 7 niveles de independencia funcional, con una escala

ordinal de 1 (dependencia completa) a 7 (totalmente independiente) (Figura A.5), de tal

forma que el maximo obtenido sera de 126 y el mınimo de 18.

La correlacion entre la escala FIM y el IB ha sido elevada (r=0,84).

185

A.3. Tests de AVDs

A.3.3. The Spinal Cord Independende Measure (SCIM)

La escala SCIM [130], especıfica de LM, se ha desarrollado para hacer las evaluaciones

funcionales mas sensibles a cambios cuando se aplica a la valoracion de la LM.

Valora las areas correspondientes a autocuidado (0-20 puntos); respiracion y control

de esfınteres (0-40 puntos) y movilidad (0-40 puntos). La escala posee una puntuacion

maxima de 100 puntos. En las figuras A.6 y A.7 se muestran los formularios usados para

esta escala. El tiempo necesario para la evaluacion es de 10 min.

186


Figura A.4: Formulario escala clınica FIM

187

A.3. Tests de AVDs

Figura A.5: Niveles de puntuacion escala FIM

188


Anexo 3. Escala SCIM

SCIM - 2001 APELLIDO Y NOMBRE: EDAD SEXO TOTAL

Autocuidado

Subtotal (0-20)

1) Alimentación

(Cortado, apertura de

recipientes, llevar

comida a la boca,

levantar un vaso con

liquido)

0- Requerimiento de alimentación parenteral, gastrostomía, o

asistencia para la alimentación oral.

1- Come la comida cortada usando diversos dispositivos de

adaptación para la mano y los cubiertos, no puede levantar un

vaso.

2- Come la comida cortada usando solo un dispositivo de

adaptación para la mano. Puede levantar un vaso adaptado.

3- Come la comida cortada sin el uso de adaptaciones. Levanta

un vaso regular y necesita asistencia para abrir recipientes.

4- Independiente en todas las áreas sin adaptaciones.

2) Higiene

(Enjabonado, manejo

de la tapa del inodoro,

lavado)

A-Parte superior del cuerpo

0- Requiere asistencia total.

1- Requiere asistencia parcial.

2-Se lava en forma

independiente pero usando

alguna adaptación ó silla

especial.

3- Se lava en forma

independiente y no requiere

ninguna adaptación ó silla

especial.

B- Parte inferior del cuerpo



2- Se lava en forma

independiente pero usando

alguna adaptación ó silla

especial.

3- Se lava en forma

independiente y no requiere

ninguna adaptación ó silla

especial.

3) Vestido

(Preparar la ropa,

vestirse, desvestirse)

A-Parte superior del cuerpo



2- Se viste en forma

independiente con alguna

Figura A.6: Formulario escala clınica SCIM

189

A.3. Tests de AVDs

adaptación ó silla especial.


independiente sin adaptaciones

ó silla especial.

B- Parte inferior del cuerpo




independiente ó requiere silla

especial.


independiente, no requiere silla

especial.

4) Acicalado

(Lavado de manos y

cara, maquillarse,

arreglarse el pelo,

afeitarse)


1. Realiza solo una tarea.

2. Realiza alguna tarea usando adaptación, necesita

ayuda para poner ó sacar la adaptación.

3. Independiente con alguna adaptación.

4. Independiente sin adaptación.

Figura A.7: Formulario escala clınica SCIM

190

Apendice B

Documentos adjuntos

B.1. Comite de Etica

Esta seccion recoge la aprobacion del Comite de Etica (Figura B.1) para la realizacion

de los estudios experimentales descritos en esta investigacion entre los Capıtulos 3-6.

191

B.1. Comite de Etica

Figura B.1: Aprobacion del Comite de Etica.

192

Apendice B. Documentos adjuntos

B.2. Acreditacion Sesion Clınica

Esta seccion aporta la acreditacion de la Sesion Clınica general del HNP en la que se

presento la metodologıa para desarrollar esta investigacion (Figura B.2).

193

B.2. Acreditacion Sesion Clınica

Figura B.2: Acreditacion Sesion Clınica General del HNP.

194

universidad polit ecnica de madrid escuela t ecnica...

Documents