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Universidad de Monterrey
División de Ciencias de la Salud
“Diseño de un Sistema de Análisis de Movimiento para Detección
Temprana de Riesgo de Parálisis Cerebral en Lactantes Menores”
Artículo Técnico
Alumno:
Alonso Cárdenas de la Parra Mat: 254176 Carrera: IBI
Asesora:
Ivett Quiñones Urióstegui
Viernes, 29 de noviembre de 2013
San Pedro Garza García, N.L.
Diseño de un Sistema de Análisis de Movimiento para Detección Temprana de Riesgo de Parálisis Cerebral en Lactantes Menores
Autor: Alonso Cárdenas de la Parra Matrícula: 25417 Carrera: IBI Asesora: Ivett Quiñones Urióstegui
Resumen
La Parálisis Cerebral (PC) es una alteración frecuente en el desarrollo neurológico de los infantes
que al ser diagnosticada en etapas tempranas permite la intervención oportuna, mejorando el
posterior desarrollo del individuo. Actualmente una de las mejores herramientas de diagnóstico
temprano es el método de Prechtl basado en la observación de los Movimientos Generales (GM), sin
embargo es una evaluación subjetiva y en México son pocos los médicos certificados para aplicarlo.
El análisis de movimiento es una herramienta que puede ayudar a evaluar objetivamente los GM y
mejorar las posibilidades de diagnóstico. El objetivo de este proyecto es diseñar un sistema de
análisis de movimiento que permita la detección temprana de riesgo de PC al evaluar los GM.
Palabras clave
Parálisis Cerebral; Análisis de Movimiento; Movimientos Generales
Introducción
El desarrollo neurológico es un tema complejo que se ve influenciado por factores fisiológicos,
ambientales y socioeconómicos. La predicción temprana de alteraciones neurológicas de recién
nacidos y niños es importante para proporcionar atención oportuna y prevenir complicaciones [1], [2].
Uno de las alteraciones más frecuentes en el desarrollo neurológico del infante es la parálisis
cerebral (PC). La PC es un problema de limitación funcional del cerebro, no progresivo, que se
adquiere en los periodos prenatal, perinatal y posnatal [3]. PC es la causa más frecuente de
discapacidad en niños. Mundialmente uno de cada 400 niños nacidos vivos se ve afectado por PC [4].
Los síntomas clínicos de PC incluyen disfunciones en el tono, fuerza, coordinación muscular, y puede
acompañarse de trastornos asociados a la capacidad mental, entre otros [2]. El grado de afectación
de cada niño es muy variable y las dificultades experimentadas por el individuo pueden ser desde
imperceptibles hasta muy ostentosas [1], [3], [5]. Hoy en día se cuenta con los avances en las
técnicas de imagen, pero estas son insuficientes por si mismas para explicar o predecir
completamente la función cerebral [6].
Diagnóstico
Actualmente el diagnóstico de PC se basa en la valoración clínica que proporciona información sobre
un posible riesgo, con base en observación visual del médico de los movimientos espontáneos del
lactante menor (edad entre 28 días y 12 meses), pero el diagnóstico definitivo se obtiene a los cuatro
años de vida, cuando el lactante menor manifiesta retraso en su desarrollo, perdiendo así la
posibilidad de proporcionar intervención o estimulación temprana, lo que aumenta la frustración de los
padres y el costo del tratamiento [4], [5], [7]. Dentro de los movimientos observados por el médico se
incluyen a los Movimientos Generales (GM) descritos por Prechtl [8].
Método de Prechtl
El método de Prechtl valora los GM, que constituyen el “paisaje de fondo” de la actividad motora
espontánea del lactante menor. Los GM son un conjunto de movimientos de cabeza tronco y
extremidades complejos, fluidos, espontáneos, prominentes, frecuentes y con la duración suficiente
para ser observados desde la edad fetal hasta el cuarto mes post término. Tienen su origen en
generadores de movimiento troncoencefálicos y talamoestriados que reciben modulación desde el
telencéfalo. La calidad de su ejecución constituye el indicador del estado neurológico del neonato y
del lactante menor. Si existe daño en el sistema nervioso, los GM pierden sus características y
adoptan patrones patológicos [8], [9]. Durante las primeras 60 semanas de vida el infante presenta y
sustituye movimientos para lograr un neurodesarrollo completo. Estos movimientos de acuerdo a sus
características son nombrados como: movimientos serpenteantes (WM) que aparecen durante las
primeras 5 semanas para dar paso después a los movimientos enredadores (F) que permanecen
hasta la semana 20, ya que a partir de la semana 15 el infante comienza a presentar movimientos
voluntarios y antigravedad. El método de Prechtl asocia un alto grado de riesgo de PC a la presencia
de movimientos espasmódicos sincrónicos (CS) durante la etapa de los WM y a la ausencia de F [9].
Las etapas de cada tipo de movimiento, así como la forma de calificarlos se aprecia en la Fig. 1.
Fig. 1. Se muestran los tipos de Movimientos Generales y la edad en la que se presentan. En los recuadros encontramos los
criterios de calificación de los mismos de acuerdo al Método de Prechtl. CS indica movimientos espasmódicos sincrónicos[9].
La apreciación de los GM requiere una actitud contemplativa por parte del examinador y cierto
entrenamiento [8]. Este método es confiable y capaz de predecir el desarrollo posterior de PC [10]. Se
requiere la grabación en video de los GM del niño de donde se extraen 2 o 3 min para ser evaluados
posteriormente por el experto. Para alcanzar mejores niveles de precisión en el pronóstico es
necesario tomar cursos certificados para obtener una exactitud del 88%, y es necesario hacer una
recalibración del sujeto observador (viendo videos de niños sanos), pero no deja de ser un método
subjetivo, sujeto a la experiencia y estado anímico del médico que lo realiza. Además, en México
existen muy pocos profesionales capacitados para ello [6], [8], [9].
Análisis de Movimiento
El análisis de movimiento es un método capaz detectar parámetros esenciales, seleccionados con
base en parámetros utilizados por los clínicos, dejando de lado impresiones subjetivas del
examinador, sin embargo, aplicarlo en niños recién nacidos es difícil debido a que los sistemas
desarrollados tienen que ser capaces de detectar una gran gama de movimientos en un espacio
reducido, sin limitar o entorpecer el movimiento y sin estimular o molestar al sujeto bajo estudio [7].
Diferentes estudios han demostrado la utilidad de estos sistemas en la evaluación cuantitativa de los
movimientos de los lactantes menores. Estudios han encontrado diferencias en la coordinación intra-
miembros y entre-miembros de los pies durante el pataleo instantáneo de recién nacidos de término y
pre-término utilizando análisis de movimiento bidimensional con dos cámaras infrarrojas, así como
diferencias en el comportamiento postural de los lactantes menores pre-término mediante el cálculo
de variables a partir del Centro de Presiones (COP) utilizando plataformas de fuerzas [11], [12], [13].
En otro estudio se desarrolló un método para determinar el riesgo de desarrollar espasticidad en
neonatos y lactantes menores usando un sistema óptico de análisis de movimiento tridimensional
para obtener la cinemática del movimiento del infante. Sin embargo, debido a problemas de oclusión
de marcadores, únicamente fue posible obtener la cinemática de las extremidades inferiores, tronco y
cabeza de los neonatos [5].
Posteriormente fue desarrollado un sistema simple de bajo costo para determinar el riesgo de
desarrollar PC en neonatos y lactantes menores basado en 4 acelerómetros colocados en las manos
y pies del infante. Este sistema obtuvo razones de detección de superiores al 88%, sin embargo, en
su validación solo se incluyeron 4 infantes con PC [4].
Las diferentes tecnologías proveen información útil, sin embargo presentan a su vez ciertas
limitaciones, como es la oclusión de marcadores en el sistema óptico, por lo cual sólo se pudieron
obtener datos de los miembros inferiores, o la poca confiabilidad en la obtención de datos de posición
mediante el uso de acelerometría [4].
Unidades de Medición Inercial
Otra alternativa es el uso de Unidades de Medición Inercial o IMU (Inertial Measurement Unit). Los
IMU combinan acelerómetros y giroscopios para obtener información acerca de la aceleración y
velocidad de giro de un cuerpo. Esta es una tecnología que se encuentra en constante desarrollo y
tiene suficiente calidad y confiabilidad. Los IMU son baratos y lo suficientemente pequeños para
utilizarse en valoraciones portables. Los IMU ya tienen aplicación exitosa en el análisis de movimiento
humano tridimensional [14]. A través del uso de modelos biomecánicos adecuados es posible obtener
de los datos de estos sistemas información sobre la goniometría articular (ángulos de las
extremidades del cuerpo), velocidad y aceleraciones de los segmentos corporales.
Objetivos
Desarrollar un sistema y una metodología que permita la descripción objetiva y cuantitativa de
movimientos espontáneos del recién nacido de forma no intrusiva. La metodología permitirá
establecer a largo plazo el riesgo de un recién nacido de presentar PC en base a variables de
movimiento que reflejen los parámetros usados por los clínicos durante la valoración visual del
movimiento del recién nacido y lactante menor.
Por otro lado el sistema y metodología permitirá encontrar y extraer una serie de parámetros del
movimiento de los lactantes menores capaces de describir las diferencias entre los participantes sin
riesgo y en riesgo. Este sistema deberá poder ser usado a largo plazo en el monitoreo del desarrollo
motor del infante.
Metodología
Diseño
El diseño de este sistema se realizó a partir de la recopilación de los requisitos del sistema y
selección tecnológica. Una vez definido lo anterior se diseñaron cada una de las partes que integran
al sistema: adquisición de señales, protocolo de instrumentación y software para adquisición y
procesamiento de señales.
A continuación se describe las principales características de cada una de ellas.
Requerimientos Técnicos
Se realizó una revisión de la literatura y consulta de un experto en neuropediatría certificado en el
método de Prechtl y cuatro expertos en rehabilitación pediátrica acerca de las características de los
lactantes menores, los fundamentos de la actividad motora espontánea del lactante menor y del
método de Prechtl, las características de los GM normales y anormales presentes desde el
nacimiento hasta las 20 semanas de vida, la metodología para registrar y evaluar los GM, el
seguimiento del desarrollo del individuo y el poder predictivo de alteraciones neurológicas posteriores.
De acuerdo al método de Prechtl, las mediciones deben realizarse durante las primeras 20 semanas
de vida, por lo tanto se recabaron las características físicas y del movimiento del infante tanto de
término (nacido a partir de las 38-40 semanas de gestación) y el de pre-término (nacido antes de las
38 semanas de gestación). El infante de término presenta poco riesgo de daño neurológico, mientras
que el de pre-término tiene un riesgo mayor [9]. Sin embargo a la fecha existe poca información
cuantitativa que describa los movimientos del neonato y lactante menor. A la fecha únicamente se
encuentran descritas algunas características del pataleo del infante [4], [5], [12], [13]. Las
características físicas y del movimiento del infante recabadas se muestran en la Tabla I.
A la fecha no existe una caracterización objetiva de los movimientos CS del infante. Estos son
movimientos de tipo tremor, es decir, movimientos involuntarios, rítmicos y oscilatorios. El tremor
puede ser evaluado mediante plataformas de fuerzas o acelerometría. Existen diferentes tipos de
tremor y su frecuencia dominante se relaciona con su naturaleza variando desde los 2.5 Hz en
individuos con alteraciones cerebelosas hasta 16 Hz en pacientes con tremor ortostático. Por lo tanto
se requiere que el sistema de captura de movimiento del infante tenga a una frecuencia de muestreo
mayor a 32 Hz [15]. La plataforma de fuerzas es capaz de detectar el tremor sin limitar o entorpecer el
movimiento del infante y sin estimularlo o molestarlo. Por otro lado se debe ser cuidadoso de que los
sensores inerciales no tengan un peso mayor al que puede soportar el infante sin entorpecer su
movimiento. Tampoco existe caracterización objetiva de los movimientos del lactante menor, sin
embargo movimientos como el pataleo proporcionan una idea sobre la duración y rangos de
movimiento del infante. Por lo tanto los sensores inerciales deben tener un rango de medición de
velocidad angular mayor a los 600°/s.
Tabla I. Características físicas y de movimiento del recién nacido y lactante menor
Normal o
término
Pre-termino o
en riesgo de
daño
neurológico
Rango de peso al nacera
3.06-3.48 kg 1.05-2.97 kg
Rango de peso a la semana 20b
6.3-8.2 kg 4.3-6.2 kg
Rango de talla al nacerb
48.2-52.8 cm 43.6-48 cm
Rango de talla a la semana 20b
63.2-68.6 cm 57.8-63 cm
Rango de peso que pueden cargar por extremidad sin alterar el movimientoc
140 g 140 g
Tiempo de pataleo, medido en caderad (X±D.E.) 0.9 ± 0.6 s 1.1 ± 0.7 s
Tiempo de la fase de flexión en el pataleo, medido en caderad (X±D.E.)
0.4 ± 0.3 s 0.5 ± 0.4 s
Tiempo de la fase de extensión, medido en caderad (X±D.E.)
0.3 ± 0.3 s 0.4 ± 0.4 s
Velocidad angular pico de patada, medido en extensión de rodillad(X±D.E.)
383.2 ± 238.5
°/s
287.9 (217.5)°/s
a.Tomado de Flores Huerta [18]
b.Tomado de WHO [19]
c. Tomado de Prechtl [9].
d. Tomado de Fetters [12].
X:media
D.E. desviación
estándar
El entrenamiento del sistema será un proceso realizado en un futuro, durante el cual la evaluación de
los GM será realizada por el único médico especialista en neuropediatría certificado en el método de
Prechtl en nuestro país. El sistema captura simultáneamente datos provenientes de diferentes
sensores inerciales, una plataforma de fuerzas y una cámara de video. Para realizar su evaluación el
médico requiere de una filmación de video de una hora. A partir de esta filmación el médico evaluará
y etiquetará los GM que presente el lactante menor lo que permitirá caracterizar cuantitativamente los
GM y finalmente contrastar el diagnóstico del médico con información de las variables cuantitativas
calculadas a partir de los datos de los diferentes sensores. El sistema desarrollado es capaz de
recolectar la información generada en estudios de una hora de duración, así como el posterior
procesamiento de los datos para la obtención de variables cuantitativas de interés.
El sistema mide la frecuencia cardiaca del lactante menor para poder determinar cuantitativamente
los estados de vigilia del mismo, permitiendo relacionar los datos del movimiento con datos de
frecuencia cardiaca que muestren que el lactante está despierto y sin llorar ni otras alteraciones.
Selección Tecnológica
Después de realizar una evaluación de las tecnologías de análisis de movimiento disponibles, se
decidió realizar un sistema mixto que permita obtener información acerca del comportamiento postural
del lactante menor mediante el uso de una plataforma de fuerzas inalámbrica Wii Balance Board
(Nintendo, Kyoto, Japón), las aceleraciones y velocidades angulares en los pies y manos, así como
una referencia en el pecho, utilizando 5 IMUs MTx (Xsens, Enschede, Países Bajos) con un peso de
30 g y medidas de 38 x 53 x 21 mm y una duración de pila de 3.5 h, así como la captura de video
mediante el uso de una cámara Logitech HD Pro Webcam C910 con capacidad de video Full HD
1080p a 25 cuadros por segundo(Logitech, Morges, Suiza). La frecuencia cardiaca es medida
utilizando un Zephyr HXM (Zephyr Technology, Annapolis, USA) basado en tecnología
electrocardiográfica y con una frecuencia de muestreo de 1 Hz. La Wii Balance Board es una
plataforma que calcula el centro de presiones a partir de la medición de la fuerza vertical aplicada en
cada una de los cuatro extremos, registrada por medio de galgas extensiométricas [16]. Ya en
trabajos anteriores se ha reportado que la Wii Balance Board puede ser usada en estudios de
posturografía [17].
Adquisición de señales
Los IMUs MTx muestrean los datos de aceleración y las velocidades angulares en los 3 ejes a una
frecuencia de 50 Hz, por lo que en cada paquete de datos leído se tendrán 6 datos por sensor.
La plataforma Wii Balance Board obtiene a partir de las fuerzas y momentos en sus 4 esquinas las
coordenadas X y Y del COP y tiene una frecuencia máxima de muestreo de 100 Hz, sin embargo,
para poder procesar los datos de manera conjunta a los de los MTx se decidió tomar los datos con
una frecuencia de 50 Hz sincronizada con el muestreo de los MTx.
El Zephyr adquiere la frequencia cardiaca del lactante menor cada segundo, mediante un
electrocardiograma simplificado. Los datos del Zephyr son leídos cada segundo, independientemente
de las demás partes del sistema.
Finalmente, la cámara captura imágenes con una resolución de 1280x720 pixeles y un total de 25
cuadros por segundo. Cada cuadro recibe una estampa de tiempo que permite relacionarlo con los
datos recibidos de los MTx y de la Wii Balance Board.
Protocolo de instrumentación
El montaje del sistema se encuentra en una plataforma de madera de 10 cm de alto colocada sobre el
piso. Esta plataforma cuenta con un nicho para colocar la Wii Balance Board de manera que su
superficie queda al nivel de la plataforma de madera en la que se coloca al lactante menor. El eje X
de la plataforma va alineado con la línea sagital del lactante menor, ver Fig. 2. El sistema se ubica en
un lugar en el que se minimizan las distracciones para el sujeto, lo cual permite una mejor
observación de los GM [8], [9].
La cámara de video se coloca en un punto superior al lactante menor, de manera que permita una
observación completa de sus movimientos, procurando alinearla con el centro del cuerpo del bebé [8],
[9].
Los sensores MTx son colocados en las 4 extremidades del lactante menor y 1 en el pecho. Los MTx
colocados en las extremidades superiores deben de ir en la parte frontal de las muñecas del lactante
menor, con el eje X del sensor alineado con el radio. En el caso de los sensores de las extremidades
inferiores, deben colocarse en la parte frontal del tobillo, con el eje X del sensor alineado con la tibia.
El sensor del pecho será colocado sobre el esternón, con el eje X del sensor alineado con el mismo.
A diferencia de los estudios previos, no es posible colocar los sensores inerciales en las manos y pies
del lactante menor debido a su tamaño.
El Zephyr es colocado en la misma cintilla que sostiene al MTx del pecho sólo un poco más arriba. El
lactante menor se coloca sobre una manta colocada sobre la plataforma que contiene la Wii Balance
Board.
Software
El software del sistema fue desarrollado en el lenguaje C# utilizando Windows 7. El lenguaje C# fue
elegido debido a la existencia de librerías de licencia abierta que permiten el control de hardware de
bajo nivel como la Webcam y la Wii Balance Board, así como la compatibilidad necesaria con C++
para poder interactuar y obtener los datos de los sensores MTx.
Por otra parte, C# proporciona la versatilidad necesaria para desarrollar un programa con una interfaz
de usuario clara y un manejo de eventos que permite la sincronización adecuada al obtener los datos
de los distintos dispositivos. Podemos observar la interfaz en la Fig. 2.
La adquisición de datos de los sensores MTx se realiza utilizando las librerías proporcionadas en el
MTx Software Development Kit (Xsens, Enschede, Países Bajos). Esta librería permite realizar la
conexión con los sensores MTx, así como leer los paquetes de datos enviados por ellos.
Para la conexión y adquisición de datos de la Wii Balance Board se utiliza la librería de licencia
abierta Wiimotelib (Brian Peek), la cual permite establecer la conexión mediante Bluetooth con la
plataforma, así como su configuración y la lectura de los datos registrados por ella.
Por otra parte, la conexión y adquisición de datos del Zephyr se realiza utilizando código propio,
simplemente mediante el manejo de puertos.
En cuanto a la captura de video, se utilizó la librería de licencia abierta Aforge (AForge.NET),
mediante la cual se despliega el video en tiempo real en la interfaz del programa mientras se guarda
el video en un archivo.
El programa consta de dos partes, aquella encargada de la captura de los datos y la encargada del
procesamiento de los mismos. Se decidió hacer de esta manera debido al enorme volumen de datos,
por lo que un procesamiento en tiempo real no sería ideal y podría afectar la adecuada adquisición de
los datos.
La fase de captura de datos comienza al escanear los puertos de la computadora en busca de los
MTx, la Wii Balance Board, el Zephyr y la webcam. En caso de que el programa no encuentre alguno
de ellos, el usuario no puede proseguir. Una vez detectados los miembros necesarios, el programa se
conecta con ellos, desplegando en tiempo real datos de los MTx y las coordenadas del COP en
gráficas, así como un cuadro con el video de la webcam y un pequeño texto con la frecuencia
cardiaca. Una vez que el usuario verifica el funcionamiento de todos los miembros, puede comenzar
la grabación de los datos.
Fig. 2. Interfaz de usuario. En la parte superior izquierda se muestra el panel de control para inicializar el sistema, grabar,
detener y procesar los datos de una sesión de medición. El despliegue de las gráficas de las señales obtenidas por los
sensores inerciales, videocámara y Balance Board se muestran en las secciones inferior izquierda, superior derecha e inferior
derecha respectivamente. En la parte inferior derecha se encuentra el despliegue de frecuencia cardiaca. En la imagen de la
cámara se puede apreciar la configuración para la medición sin el sujeto de prueba pero con los sensores en posición.
Como se mencionó anteriormente, los datos de la Wii Balance Board y de los MTx son obtenidos
simultáneamente de manera que puedan ser pareados. Para lograr esto, el programa lee los datos de
ambas fuentes cada que los MTx activan un evento de un nuevo dato recibido, lo que equivale a una
frecuencia de 50 Hz. Cada vez que se leen datos de estas fuentes se asigna una estampa de tiempo
y se escriben línea por línea en un archivo de texto (.txt).
La cámara captura cuadro por cuadro, anexando cada cuadro a un archivo de video (.avi). A cada
cuadro se le asigna a su vez una estampa de tiempo, que permite relacionar los datos obtenidos de la
Wii Balance Board y de los MTx con la información obtenida en el video.
El procesamiento se realiza una vez finalizada la captura de los datos. El programa lee línea por línea
el archivo de texto en ventanas de 0.5 segundos y realiza los cálculos necesarios para acondicionar
los datos, previo al cálculo de las variables de interés. El tamaño de la ventana fue definido como un
compromiso para contener información representativa de un gesto motor del movimiento del lactante
menor, sin ser una carga en el procesamiento de la señal debido al número de operaciones o
cantidad de variables generadas.
Debido a que los acelerómetros de los MTx registran todas las aceleraciones aplicadas a ellos, es
necesario eliminar el vector de la aceleración causada por la gravedad, de manera que se obtengan
sólo aquellas aceleraciones generadas por el movimiento del lactante menor. Para lograr esto se
realiza un filtrado de los datos de aceleración, utilizando un filtro Butterworth pasa altas de segundo
orden, con una frecuencia de corte de 0.16 Hz [4].
Al finalizar el procesamiento, el usuario cuenta con variables calculadas para cada ventana de 0.5
segundos, incluyendo información en el dominio de la frecuencia del COP, medidas de suavidad del
movimiento basadas en tirón, picos de velocidad en las extremidades, periodicidad en los
movimientos, entre otras [4], [5]. Se cuenta también con la información de la frecuencia cardiaca del
lactante menor, por lo que se pueden seleccionar las ventanas de tiempo que correspondan con
frecuencias cardiacas de vigilia y en tranquilidad. Con dicha información se puede conocer si los
movimientos realizados por el lactante menor se ajustan a las características de los GM y, por lo
tanto, mediante la presencia o ausencia de los GM determinar si el lactante menor es catalogado
como en riesgo de PC.
Prueba Técnica
Para verificar el funcionamiento adecuado del sistema se desarrolló una prueba sencilla en la que los
resultados obtenidos pudieran ser comparados con un modelo conocido. La prueba consistió en
colocar los sensores en una vara rígida de madera sujeta a un tubo y dejarlos caer desde una
posición paralela al suelo, de esta forma la vara, y por tanto los sensores, seguirían un movimiento
pendular amortiguado.
El centro del primer sensor fue colocado a 8 cm del centro de giro de la vara, y el centro de cada
sensor sucesivo fue colocado a 17 cm del centro del anterior a lo largo de la vara. Podemos observar
la instrumentación de la prueba en la Fig. 3.
La ecuación utilizada para describir la velocidad angular del sistema es:
���� � 0.8394 � ���.�������.����� � cos��3.8480 � 0.0158��� � 1.5150� � 0.0098 (1)
Con los datos obtenidos de la prueba se calcularon todas las variables que obtiene el sistema para el
modelo y para los datos medidos. Posteriormente se compararon los resultados utilizando la prueba
de Kolmogorov-Smirnov y la prueba U de Mann-Whitney, ambas con un nivel de significación α=0.05.
Fig. 3. Se muestra la vara de madera con los sensores colocados para la realización de la prueba con movimiento pendular.
Pruebas con lactantes menores
Se realizaron pruebas del sistema con 3 lactantes menores diferentes, siguiendo el protocolo de
instrumentación antes detallado. Cada prueba buscó tener una duración de entre 30 y 60 minutos,
pero si el lactante menor pasó de un estado de vigilia tranquila a estar alterado y no se logró
tranquilizarlo, la prueba fue detenida. Las descripciones de los lactantes menores que participaron en
las pruebas se dan a continuación.
• Sujeto 1.- Paciente femenino con 18 semanas de edad, talla de 53 cm, peso de 3.600 kg,
perímetro cefálico de 36.8 cm y perímetro torácico de 40.5 cm. El paciente nació a las 33 semanas de
gestación con una talla de 40 cm y un peso de 1.348 kg, presentando un Apgar de 8/9. Se considera
paciente con potencial riesgo de daño neurológico.
• Sujeto 2.- Paciente masculino con 18 semanas de edad, talla de 53 cm, peso de 4.600 kg,
perímetro cefálico de 37.8 cm y perímetro torácico de 40.6 cm. El paciente nació a las 33 semanas de
gestación con una talla de 35 cm y un peso de 1.090 kg, presentando un Apgar de 8/9. Se considera
paciente sin potencial riesgo de daño neurológico.
• Sujeto 3.- Paciente femenino con 18 semanas de edad, talla de 47 cm, peso de 2.800 kg,
perímetro cefálico de 35.2 cm y perímetro torácico de 33.5 cm. El paciente nació a las 33 semanas de
gestación con una talla de 37 cm y un peso de 1.060 kg, presentando un Apgar de 4/9. Se considera
paciente con potencial riesgo de daño neurológico.
Resultados
Los datos medidos por los sensores en la prueba técnica fueron los esperados. Los sensores sólo
registraron mediciones significativas de velocidad angular en su eje z, el cual corresponde con el eje
de giro del péndulo. Dicha velocidad angular no mostró diferencias significativas con la calculada por
el modelo. De igual manera, las curvas de aceleración y velocidad, una vez filtradas para eliminar el
efecto de la gravedad, mostraron un buen ajuste, como se puede apreciar en las Fig. 4 y 5.
Fig. 4. Comparación entre la aceleración calculada por el modelo y la obtenida por los sensores. Las curvas muestran gran
similitud.
-6
-4
-2
0
2
4
6
8
10
0 5 10 15 20 25Ace
lera
ció
n (
m/s
²)
Tiempo (s)
Resultados de la prueba técnica (Aceleración)
Modelo
Sensores
Fig. 5. Comparación entre la velocidad calculada por el modelo y la obtenida por los sensores. Las curvas muestran gran
similitud.
En cuanto a las pruebas con lactante menor, se encontró lo siguiente:
• Sujeto 1.- Se consiguieron alrededor de 45 minutos de grabación, de los cuales se consideró
que durante aproximadamente 30 minutos el lactante menor se encontró en el estado de ánimo
correcto para que los datos sean de utilidad, quitando algunos momentos dónde fue necesario
recolocar el IMU de la pierna izquierda, ya que constantemente salía de su posición, y momentos
donde se tuvo que recolocar al lactante menor en la plataforma. Por otra parte, se observó que el IMU
colocado en el pecho no mantenía una posición correcta y que el Zephyr no lograba hacer contacto
correcto para obtener la frecuencia cardiaca. Se decidió modificar el brazalete de la pierna izquierda
para evitar la salida del IMU en los siguientes dos sujetos.
• Sujeto 2.- Se consiguieron solamente 14 minutos de grabación, de los cuales sólo alrededor
de 4 minutos fueron considerados útiles, pues el lactante menor mostró desesperación y llanto
durante la mayor parte de la prueba.
• Sujeto 3.- Se lograron obtener alrededor de 30 minutos de grabación, durante los cuales el
lactante menor mostró un estado de vigilia adecuado. Los IMUs permanecieron en su lugar durante la
prueba, exceptuando el del pecho, el cual debido al diseño de la cinta en la que se coloca no permite
que se encuentre en una posición correcta durante la medición. El Zephyr no logró hacer contacto
adecuado para poder obtener la frecuencia cardiaca. Por otra parte, el lactante menor no tuvo que ser
recolocado, pues nunca se movió del área de la plataforma.
Se puede observar a los sujetos de las pruebas con lactantes menores en la Fig. 6.
-0.1
-0.05
0
0.05
0.1
0.15
0.2
0 5 10 15 20 25
Ve
loci
da
d (
m/s
)
Tiempo (s)
Resultados de la prueba técnica (Velocidad)
Modelo
Sensores
Fig. 6.- Se muestra a los sujetos de las pruebas con lactantes menores. De izquierda a derecha, el sujeto 1, el sujeto 2 y el
sujeto 3.
Discusión
El análisis de movimiento muestra un potencial interesante en el diagnóstico temprano de PC. El
presente trabajo muestra el desarrolló un sistema y una metodología que permiten la descripción
objetiva y cuantitativa de movimientos espontáneos del recién nacido de forma no intrusiva.
El sistema y la metodología desarrollada permiten calcular parámetros objetivos que reflejan
parámetros subjetivos usados por los clínicos durante la valoración visual del movimiento del recién
nacido y lactante menor, para encontrar las diferencias y comparar los GM de sujetos con alto riesgo
y sin riesgo. Al ser un sistema mixto, permite obtener información acerca de los cambios posturales
del infante mediante el análisis del COP, al mismo tiempo que se registran los movimientos de sus
extremidades. El sistema mide parámetros de aceleración, velocidad angular y COP, junto con la
captura de video de manera sincronizada y puede ser usado a largo plazo en el monitoreo del
desarrollo motor del infante.
La prueba técnica muestra que el sistema mide correctamente los parámetros de aceleración y
velocidad angular, así como que el cálculo de la velocidad a partir de las aceleraciones es a su vez
correcto. Por lo tanto, sabemos que el sistema obtiene datos correctos, dejando como siguiente paso
simplemente la evaluación de los parámetros y su función en la detección de PC.
El objetivo general de este proyecto a futuro requiere de una validación clínica del sistema mediante
pruebas en sujetos sanos y en riesgo y su posterior monitoreo a largo plazo para determinar el
desarrollo de PC.
Como se mencionó anteriormente el principal problema a vencer de cualquier método para detección
temprana de PC es el tiempo necesario para obtener el diagnóstico clínico contra el cual comparar los
resultados y poder evaluar la sensibilidad y especificidad del sistema. El diagnóstico clínico se obtiene
entre los 2 y 4 años de edad del infante. Sin embargo, el potencial beneficio de este sistema radica en
poder evaluar el riesgo de PC en el lactante menor, 2 años antes de lo que los métodos actuales lo
hacen, permitiendo una mejor rehabilitación gracias a la intervención y estimulación temprana.
Trabajo a Futuro
La primera cuestión a atacar a partir de este punto sería el mejoramiento de los brazaletes de
sujeción de los IMUs y, en especial, la modificación del diseño de la banda del pecho, de forma que el
Zephyr logre obtener datos de la frecuencia cardiaca del lactante menor y el IMU colocado en el
pecho permanezca en una posición adecuada.
El siguiente paso en el desarrollo del sistema es la validación. Actualmente se cuenta con un sistema
que permite recabar datos de los lactantes menores y calcular parámetros objetivos de interés. Ahora
es necesario realizar mediciones y el seguimiento de dos grupos de lactantes menores a término y
lactantes menores pre-término para realizar una comparación entre los parámetros obtenidos de
ambos grupos.
Referencias
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