Uso de sensores inerciales en fisioterapia: Una aproximación a procesos de evaluación del movimiento humano / Use of inertial sensors in physiotherapy: an approach to human movement assessment processes

Resumen Introducción: Los sensores inerciales o unidad de medición inercial (IMU) del inglés Inertial measurement unit, son pequeños dispositivos capaces de medir la aceleración lineal y la velocidad angular, siendo útiles en el área de la salud para la cuantificación y valoración objetiva del movimiento corporal humano. Objetivo: Analizar la información sobre el uso de sensores inerciales como una aproximación a los procesos de evaluación del movimiento corporal humano. Materiales y métodos: Se realizó búsqueda en bases de datos, empleando términos: sensores inerciales, salud, fisioterapia, acelerómetro, actividad física, movimiento y rehabilitación, y sus combinaciones. Como criterios de exclusión se tuvo: artículos exclusivos del campo de ingeniería con información no aplicable a fisioterapia. Resultados: Una IMU es compatible con aplicaciones (APP), con el objetivo de obtener datos de movimiento tridimensionales y como evaluación e intervención, o que permita cuantificar los resultados de la acción motora. Conclusiones: Las IMU tienen amplias posibilidades en áreas afines a la rehabilitación y otras referentes al entrenamiento y el área deportiva; por lo, cual es necesario estandarizar protocolos que permitan la medición de patrones motores que favorezcan los procesos de rehabilitación.

Abstract Introduction: Inertial measurement units (IMU) are small devices capable of measuring linear acceleration and angular velocity. Therefore, they are useful in the health field for the quantification and objective assessment of the human body movement. Objective: To analyze information about the inertial sensors usage, as a way to approach to processes of evaluation of the human body movement. Materials and methods: A database search was performed, using the following terms: inertial sensors, health, physiotherapy, accelerometer physical activity, movement, rehabilitation and their multiple combinations. The exclusion criteria were exclusive articles from the engineering field covering information not relevant for physical therapy. Results: IMUs are devices that are compatible with applications, which can obtain three-dimensional movement data. They can also be used for assessment and intervention to quantify results of motor action. Conclusions: IMUs may have wide applications in fields such as rehabilitation, training and sports. As a result, it is necessary to standardize protocols to measure motor patterns and facilitate rehabilitation processes.

Análisis de la marcha y el equilibrio mediante el uso de sensores inerciales: estudio prospectivo, longitudinal, no aleatorio / Gait and balance analysis through the use of inertial sensors. Prospective, longitudinal, non-randomized study

Antecedentes: la población mundial envejece de manera acelerada. Una tercera parte de los mayores de 65 años se cae por lo menos una vez al año, y esta prevalencia se incrementan a la mitad cuando se superan los 69 años. Objetivo: establecer la sensibilidad del uso de sensores inerciales para determinar la marcha y las rotaciones del tronco en un grupo de individuos sanos. Materiales: utilizamos tres sensores inerciales de nueve ejes, junto a un mismo número de microcontroladores, los cuales enviaron la información vía bluetooth al ordenador, el procesamiento de los datos fue realizado mediante un programa de análisis desarrollado en MATLAB. Para analizar la sensibilidad de los sensores utilizamos el protocolo de Akram et al.,5 modificado, el cual consta de cinco actividades. Resultados: en nuestro estudio participaron seis voluntarios, con una media de edad de 29 años, con un rango de edad de 25 a 33 años. Los sensores fueron capaces de detectar múltiples variables, entre ellas la elevación máxima y mínima de las piernas, número de pasos, el grado de inclinación del tronco, giro, velocidad y cadencia. Conclusión: los resultados hasta ahora obtenidos son prometedores y consideramos que el uso de múltiples sensores inerciales para valorar la marcha y el equilibrio podrían resultar en una nueva herramienta para el diagnóstico y seguimiento de personas con trastorno de la marcha y equilibrio

Introduction: The world population is aging rapidly. A third of those over 65 years of age falls at least once a year, and this prevalence increases by half when they exceed 69 years. Objective: To determine the sensitivity of the use of inertial sensors to determine the gait and rotations of the trunk in a group of healthy individuals. Materials: We use 3 inertial sensors of 9-axis together with the same number of microcontrollers, that sent the information via bluetooth to the computer, the data processing was carried out through an analysis program developed in MATLAB. To analyze the sensitivity of the sensors we use the protocol of Akram et al,5 modified, which consists of 5 activities. Results: In our study 6 volunteers participated, with an average age of 29 years, with an age range 25 to 33 years. The sensors were able to detect multiple variables, including the maximum and minimum elevation of the legs, number of steps, the degree of inclination of the trunk, rotation, speed and cadence. Conclusion: The results obtained are promising and we believe that the use of multiple inertial sensors to assess gait and balance could result in a new tool for the diagnosis and monitoring of people with gait and balance disorder.

Efecto de un entrenamiento deportivo en el compartimiento angular de la extremidad inferior en niños futbolistas de entre 11 y 12 años / Effect of sports training in angular compartment of the lower limbs in children footballers aged 11 to 12 years old

Resumen: La lesión del ligamento cruzado anterior (LCA) constituye una causa importante de reposo en deportistas. En su mayoría, las lesiones del LCA no requieren contacto externo y se asocian con factores de riesgo biomecánicos que aumentan la tensión en el LCA: el aumento del ángulo de valgo de rodilla (VR), flexión de cadera (FC) y una menor flexión de rodilla (FR). El LCA requiere cooperación de los grupos musculares perirrodilla, por lo que la fatiga producida por el ejercicio alteraría el balance y pondría en riesgo a este ligamento. El objetivo del estudio es determinar el comportamiento angular antes y después de una carga física para FC, FR y VR en niños nacidos en los años 2002-2003. Se realizó un estudio clínico no aleatorizado. La muestra consistió en 50 alumnos de escuelas de fútbol nacidos en los años 2002 y 2003. Se comparó el comportamiento angular de FC, FR y VR antes y después de realizar un entrenamiento estandarizado. El comportamiento angular fue medido a través de la realización de la prueba DJ, con datos obtenidos por sensores inerciales. Posterior al ejercicio, aumentaron las tres variables; sólo fue significativo el incremento en la flexión de cadera. Por otra parte, destaca la diferencia encontrada tanto en reposo como postejercicios entre la extremidad de apoyo y la hábil en el peak de valgo angular. Se concluyó que el comportamiento angular de FC aumenta significativamente en ambas extremidades postentrenamiento y que se deben aplicar medidas preventivas para el manejo del valgo en la extremidad de apoyo.

Abstract: Anterior Cruciate Ligament (ACL) injury is an important cause of days lost in athletes. Most ACL injuries are non-contact and are associated with biomechanical risk factors that increase tension in the ACL: increased knee valgus (KV) and hip flexion (HF) and decreased flexion of knee (KF). Muscle around the knee contributes to knee stability, so fatigue produced by exercise could alter knee balance, increasing LCA tension. The aim of the study is to determine the angular behavior before and after a physical load for CF, RR and RV in children born in 2002-2003. A non-randomized clinical trial was conducted. The sample consisted of 50 students from soccer schools born between 2002 and 2003. The angular behavior of CF, RR and VR was compared, before and after performing standardized training. The angular behavior was measured by performing the DJ test with data obtained by inertial sensors. After exercise, the 3 variables increased, but only HF reached significant difference. Other important finding was the difference found in KV between the dominant leg and the support limb, at both times: rest and post exercise. It was concluded that the angular behavior of CF increases significantly in both limbs post-exercise and that preventive measures should be applied for the management of valgus in the supporting limb.

Diseño e implementación de sistema de plantilla para medición de presiones y cinemática del pie / Design and implementation of system for measurement pressures and foot kinematics

Este es un trabajo donde se desarrolló e implementó un sistema integrado que combina una plan-tilla instrumentada con sensores de presión y un módulo de sensores inerciales compuesto por un acelerómetro y un giroscopio, los cuales permitio la medición de variables baropodométricas (presiones plantares) y variables cinemáticas (aceleración, velocidad angular y desplazamiento angular) del pie. El sistema resultante le deja al especialista realizar un estudio biomecánico del pie a través del análisis estático y/o dinámico del movimiento y la visualización en pantalla de da-tos cuantitativos e información cualitativa, para la evaluación e intervención de los deportistas.

This paper presents the development and implementation of an integrated system that combi-nesan insole instrumented with pressure sensors and an inertial sensor module consists of an accelerometer and a gyroscope, which allows measurement of baropodometric variables (plantar pressures) and kinematic variables (acceleration, angular rate, and angular displacement) of the foot. The resulting system allows the specialist to conduct a foot biomechanical study through static and/or dynamic analysis and screen display of quantitative data and qualitative informa-tion, whose analysis allows prevention and intervention programs for musculoskeletal disorders that may affect the performance of athletes.