Resumen
Los avances en los acelerómetros portátiles permiten recopilar la biomecánica de la marcha en entornos naturales, fuera del laboratorio. Sin embargo, actualmente no existen estándares para el uso de sensores portátiles para aplicaciones de marcha. El propósito de este estudio fue proporcionar pautas basadas en evidencia para el uso de mejores prácticas de acelerómetros portátiles para estudios de biomecánica de la marcha. Se revisó la literatura para evaluar y establecer procedimientos para seleccionar, calibrar y procesar datos de acelerómetros portátiles para aplicaciones de marcha. Se usaron monitores de actividad basados en acelerómetros disponibles comercialmente para probar la sincronización del tiempo de la señal, la magnitud de la aceleración máxima y el tiempo (para acelerómetros colocados en diferentes ubicaciones del cuerpo durante diferentes condiciones de marcha), y el efecto que tiene la colocación del dispositivo en las estimaciones del modelo de regresión de la fuerza de reacción vertical del suelo ( GRFvert) que se basan en datos de aceleración de la cadera. Con base en la evidencia de la literatura y de estas pruebas, recomendamos que los acelerómetros portátiles sean (1) calibrados por el usuario final para garantizar la precisión y el rango adecuado, (2) sincronizados manualmente en el tiempo si se usan varios acelerómetros, (3) colocados con cuidado y de forma segura al sitio anatómico de interés, y (4) ubicado en el mismo sitio anatómico que se usó para desarrollar un modelo dependiente de la aceleración si el objetivo es usar ese modelo para estimar una cantidad particular (por ejemplo, GRFvert).
Palabras clave
Acelerómetros; Mejores prácticas; Paso; Usables
Introducción
Los avances recientes en tecnología portátil brindan nuevas oportunidades para recopilar datos biomecánicos en tiempo real y en entornos naturales, fuera del laboratorio. Los dispositivos portátiles que se utilizan para evaluar el movimiento humano suelen incluir uno o más acelerómetros triaxiales que se colocan de forma no obstructiva en diferentes ubicaciones anatómicas del cuerpo de una persona. Las aceleraciones se registran mientras la persona realiza sus actividades diarias en entornos naturales. [1-4]. Específicos para las aplicaciones de análisis de la marcha, los datos de aceleración se han combinado con datos antropométricos para estimar varias cantidades cinemáticas y cinéticas de la marcha (p. ej., fuerzas de reacción del suelo) [5]. Sin embargo, actualmente se desconoce el efecto de las variaciones en la ubicación del acelerómetro portátil (WA) en la magnitud y el tiempo de la aceleración, y las cantidades cinemáticas y cinéticas posteriores estimadas a partir de estas aceleraciones. El Instituto de Ingenieros Eléctricos y Electrónicos (IEEE) estableció estándares de rendimiento para el uso de WA para análisis biomecánicos [6], pero actualmente no existen estándares para el uso de mejores prácticas de dispositivos portátiles para aplicaciones de marcha. Con el uso de WA en aumento [7]es importante establecer estándares de desempeño y pautas de mejores prácticas para utilizar esta tecnología y reportar los resultados.
Los objetivos de este estudio fueron (1) evaluar y establecer procedimientos para seleccionar, calibrar y probar WA en preparación para aplicaciones de marcha; (2) cuantificar las diferencias en la magnitud de la aceleración y el tiempo entre los WA colocados cerca del mismo punto de referencia anatómico pélvico y colocados en diferentes puntos de referencia anatómicos de la pierna; (3) evaluar el efecto de la ubicación de WA en modelos de regresión basados en aceleración de métricas de marcha; y (4) en base a la evidencia de 1-3, proporcionar recomendaciones de mejores prácticas para el uso de WA en aplicaciones de biomecánica de la marcha. Las consideraciones de mejores prácticas se presentan en el orden en que ocurren en una aplicación de marcha: selección del dispositivo, calibración, colocación en el cuerpo y recopilación/procesamiento de datos.
Métodos
Los datos se recopilaron utilizando un solo tipo de muestreo WA (Actigraph GT9X) disponible comercialmente a 100 Hz y de un solo sujeto (el autor principal) que caminaba y corría con múltiples GT9X colocados en diferentes lugares del cuerpo. El uso de un WA común y la prueba de un solo sujeto se consideraron suficientes para informar las recomendaciones de mejores prácticas para el uso de WA en aplicaciones de marcha.
Revisión de literatura
Se realizó una revisión de la literatura para determinar (1) el rango del acelerómetro requerido para los WA colocados en varias ubicaciones anatómicas durante las aplicaciones de marcha, (2) métodos para probar la precisión de WA y (3) protocolos de calibración para establecer la orientación de WA en relación con la orientación anatómica. Las bases de datos incluyeron PubMed y ScienceDirect, y las palabras clave utilizadas fueron aceleración, marcha, acelerómetro, usable, caminar/correr y ubicaciones específicas (p. ej., cresta ilíaca, tibia, etc.).
Pruebas de precisión y sincronicidad de tiempo
Se realizó una serie de pruebas de caída de WA para determinar (1) la sincronicidad de tiempo de múltiples WA que se iniciaron al mismo tiempo y (2) la utilidad de evaluar la precisión de WA usando una prueba de caída simple. Tres sensores se iniciaron simultáneamente utilizando una estación de acoplamiento proporcionada por el fabricante que informó la misma marca de tiempo para cada sensor. Los sensores se conectaron a un buje de plástico ubicado en una columna de acero con el mismo eje para cada WA ubicado verticalmente (Figura 1A). Para cada orientación del eje (x, y, z), se permitió que los WA cayeran libremente durante aproximadamente 2 m antes de impactar contra una almohadilla de espuma. Los picos de aceleración que ocurrieron cuando los WA golpearon la almohadilla de espuma (5 intentos en cada eje ortogonal) se usaron para evaluar la sincronización de tiempo de los WA. Se utilizaron análisis de varianza y pruebas t pareadas individuales para probar diferencias significativas en el tiempo en el impacto de los WA. Se usó el promedio de la aceleración durante la caída libre, que debería ser 0, para determinar si se podía usar una prueba de caída simple para evaluar la precisión del WA.
Prueba del efecto de la ubicación del sensor en las señales de aceleración durante la marcha
Se realizaron una serie de pruebas de marcha para cuantificar la diferencia en la magnitud de la aceleración máxima del impacto y el tiempo entre los WA colocados (1) en ubicaciones ligeramente diferentes alrededor de la cadera, un sitio común para la colocación de WA, y (2) en diferentes ubicaciones a lo largo de la pierna. Se realizaron cuatro pruebas de marcha y cuatro de carrera con tres Actigraph GT9X WA colocados primero con una separación de 8 a 12 cm por debajo de la cresta ilíaca derecha, uno lateral, uno anterior y otro posterior (Figura 1B), y asegurados con una gran banda elástica para la cintura (Figura 1B). 1C); y luego se coloca justo debajo de la cresta ilíaca derecha, en el cóndilo femoral lateral y en el maléolo lateral (Figura 1D), y se asegura con correas elásticas (Figura 1E). El sujeto caminó o trotó por un piso nivelado durante aproximadamente diez pasos para cada condición, con solo los seis pasos intermedios incluidos en el análisis. Todas las pruebas se realizaron durante una única sesión de adquisición de datos. Se determinaron la magnitud del vector resultante de las aceleraciones triaxiales y el tiempo de la magnitud de la aceleración máxima. Las señales WA se alinearon temporalmente en función de los resultados de la prueba de caída. Los datos se analizaron para determinar las diferencias en la magnitud de la aceleración y el tiempo entre la ubicación de WA y el tipo de marcha. Las diferencias significativas se determinaron mediante un análisis de varianza y una prueba de significancia honesta de Tukey con significancia establecida en p
Prueba del efecto de la colocación de WA en las estimaciones del modelo de regresión de la fuerza de reacción vertical del suelo
Las aceleraciones máximas obtenidas de los WA asegurados en ubicaciones ligeramente diferentes cerca de la cresta ilíaca derecha, en el cóndilo femoral lateral y en el maléolo lateral derecho se usaron como entrada para un modelo de regresión generalizado desarrollado para estimar la fuerza de reacción vertical del suelo (GRFvert), basado en en las aceleraciones de la cresta ilíaca derecha [5]. Estos valores se compararon para evaluar el efecto que la colocación de WA puede tener en las estimaciones de GRFvert.
Resultados
Una revisión de 20 artículos que midieron las aceleraciones en diferentes ubicaciones anatómicas indicó que las aceleraciones del tobillo y la cadera pueden superar los ±8 g y ±4 g respectivamente al caminar y ±16 g y ±6 g al correr (Tabla 1). Las aceleraciones tibiales y las aceleraciones del pie pueden superar los ±25 g y ±28 g respectivamente al correr.
Los WA se pueden calibrar y evaluar la precisión mediante un sistema centrífugo. Coolbaugh y Hawkins crearon un sistema de este tipo usando una variable…
