Uses of inertial measurement units for healthcare
Myriam Sainz-Ramos1, Maitane Gantxegi2, Nicolas Nazar3 & Sebastián Armijos L.4
Dentro del área de la salud es importante la cuantificación y valoración objetiva del movimiento corporal humano. Es decir, la objetivación del análisis de los movimientos corporales, incluyendo la medición y monitorización de los parámetros y variables influyentes dentro de la marcha. Para ello, se hace uso de sensores inerciales (IMUs, por sus siglas en inglés Inertial Meauserement Units), dispositivos capaces de medir la aceleración lineal y la velocidad angular gracias al acelerómetro y al giroscopio triaxiales que los conforman. En otras palabras, son pequeños dispositivos que, colocados debidamente, son capaces de medir y registrar información correspondiente a la postura y al movimiento corporal.
Los IMUs presentan tamaño reducido, peso ligero y consumo energético bajo, por lo que aumenta con creces su portabilidad. Además, la medición de los movimientos la realizan sin puntos de referencia lo que les permite funcionar en espacios abiertos, es decir, pueden portarse en la vida real y no solamente en laboratorios. Otra de las características que presentan estos dispositivos es que realizan las medidas con una buena sensibilidad. Todas las ventajas citadas convergen en la practicidad de la integración de los IMUs en la vida diaria del/de la paciente.
Las aplicaciones que derivan del uso de los IMUs son numerosas. Dentro del área sanitaria podemos destacar su uso en el deporte, tanto para el movimiento humano en marcha o cálculo de posición, como para el movimiento de algún elemento utilizado en estos, por ejemplo, un palo de golf o un bate de beisbol. Por otro lado, también pueden utilizarse para el diagnóstico de desórdenes del movimiento, normalmente asociados a enfermedades neurodegenerativas, como la enfermedad de Parkinson, enfermedad de Alzheimer y tumores cerebrales, entre otros. También son útiles para la monitorización de dichas enfermedades, incluyendo el seguimiento y la eficacia del tratamiento. Además, como consecuencia de la pérdida de agilidad en el envejecimiento, estos IMUs puede ser de ayuda en el caso de alertas de pérdida de equilibrio en personas de avanzada edad.
Otra de las aplicaciones de los IMUs es su utilización en los procesos de rehabilitación. La rehabilitación engloba los cuidados que reciben los/las pacientes para recuperar, mantener o mejorar las capacidades que se necesita en la vida diaria. Normalmente, dicha rehabilitación se ofrece a personas que han perdido alguna capacidad necesaria, especialmente producida tras lesiones, intervenciones quirúrgicas o enfermedades. La importancia de la rehabilitación radica en la reducción de los efectos de multitud de problemas de salud, así como su complementación a otras intervenciones sanitarias.
En los programas de rehabilitación física se siguen una serie de pautas que, normalmente, constan de programas de ejercicios y seguimiento en consulta. Estos ejercicios son realizados diariamente por el/la paciente en casa con una intensidad progresiva en el tiempo. En los encuentros con el/la profesional de la salud en consulta, este/a evalúa los indicadores de mejora profiriendo un seguimiento puntual. Las desventajas de estos programas de seguimiento aparecen debido a que, por una parte, la información del desarrollo de los ejercicios en casa depende de la opinión subjetiva del paciente y, por otra parte, el seguimiento puntual de la rehabilitación en la consulta por parte del/de la profesional es limitado, ya que únicamente de forma puntual existe la posibilidad de intervención en caso de que el paciente no evolucione como es esperado. Para hacer frente a estas limitaciones, la tele-rehabilitación ha emergido en los últimos años proporcionando una monitorización en remoto del movimiento del/de la paciente durante el programa de ejercicios. Para llevarlo a cabo es indispensable el uso de IMUs, ya que estos permiten un seguimiento continuo por parte del/de la profesional de la salud, pudiendo intervenir y modificar la intensidad y/o frecuencia de los ejercicios según la progresión individual del/de la paciente.
Una de las cirugías en la que es de extrema importancia la rehabilitación es la artroplastia total de rodilla (TKR, por sus siglas en inglés Total Knee Replacement), una de las operaciones ortopédicas más comunes que sigue aumentando su incidencia en los últimos años. Tras la realización de la cirugía es indispensable la rehabilitación en las primeras semanas para aumentar la función articular y realizar una marcha adecuada, permitiendo así al paciente recuperar su autonomía e independencia.
Con el objetivo de implantar la tele-rehabilitación postquirúrgica en la TKR, en E PROCESS MED se está evaluando el uso de IMUs para la medición de los parámetros necesarios en la evaluación y monitorización de la evolución de los/las pacientes. Uno de estos parámetros es el rango de movimiento (ROM, por sus siglas en inglés Range Of Motion) de la rodilla: mide el ángulo de flexión-extensión, siendo habitual su medición durante los ejercicios de flexión y extensión de rodilla. Sin embargo, no es suficiente para la obtención de información sobre la recuperación de la movilidad, esta monitorización ha de realizarse mientras el paciente se esté moviendo: durante las fases de apoyo y balanceo. Además del ROM, la estabilidad de la articulación es otro de los parámetros críticos que se mide en la rehabilitación. Dicha estabilidad puede cuantificarse mediante la medición de ángulos específicos y desplazamientos relativos.
En esta misma línea, mirando hacia el futuro, la tele-rehabilitación principalmente optaría por un sistema de captura y registro de movimiento que puede ser colocado por los/las pacientes durante la sesión de ejercicios en casa, teniendo acceso a la plataforma digital de seguimiento e interacción con el personal clínico. De esta manera, se individualizarían los ejercicios de una manera más rápida, permitiendo un seguimiento mucho más controlado y realista de la evolución del/de la paciente. Por ello, E PROCESS MED junto con STT y Vicomtech están desarrollando dicha plataforma con la especialización en tele-rehabilitación postquirúrgica en la artroplastia total de rodilla, permitiendo obtener parámetros como el ROM y la estabilidad de rodilla durante el desempeño de los ejercicios funcionales prescritos y el análisis de la calidad de la marcha.
Financiación
Proyecto SMARTKNE: cofinanciado por la Unión Europea y Gobierno Vasco con Fondos Europeos de Desarrollo Regional 2021-2027 (FEDER). Gobierno Vasco, Departamento de Desarrollo Económico, Sostenibilidad y Medio Ambiente, convocatoria HAZITEK, proyecto expediente ZL-2022/00629.
PROGRAMA DE AYUDAS DE APOYO A LA I+D EMPRESARIAL – HAZITEK
ACTUACIÓN COFINANCIADA POR EL GOBIERNO VASCO Y LA UNION EUROPEA A TRAVÉS DEL FONDO EUROPEO DE DESARROLLO REGIONAL 2021-2027 (FEDER)
Autores y afiliación
1 MSR: biomed researcher, MSc, PhD.
2 MG: biomed technician, MSc.
3 FNN: e-Health researcher, MSc, PhD.
4 SAL: CEO, MD, PhD.
e-PROCESSMED
www.e-processmed.com
Parque Tecnológico de Álava, Edificio BIC C/ Albert Einstein 15 01510, Vitoria-Gasteiz, Álava, España.
Referencias
Bedoya-Vargas, Marlon E.; Vásquez-Correa, Juan C.; Orozco-Arroyave, Juan R. (2018). Representaciones tiempo-frecuencia basadas en sensores inerciales para caracterizar la marcha en la enfermedad de Parkinson. TecnoLógicas, 21(43), 53-69. https://doi.org/10.22430/22565337.1056
Castellanos-Ruíz, Julialba; Montealegre-Mesa, Lina María; Martínez-Toro, Brahian D.; Gallo-Serna, Juan J.; Fuentes, Osvaldo A. (2021). Uso de sensores inerciales en fisioterapia: Una aproximación a procesos de evaluación del movimiento humano. Universidad y Salud, 23(1), 55-63. Epub January 01, 2021.https://doi.org/10.22267/rus.212301.214
Castellanos-Ruíz, J., Montealegre-Mesa, L., Martínez-Toro, B., Gallo-Serna, J., & Almanza-Fuentes, O. (2020). Uso de sensores inerciales en fisioterapia: Una aproximación a procesos de evaluación del movimiento humano. Universidad Y Salud, 23(1), 55 – 63. https://doi.org/10.22267/rus.212301.214
Organización Mundial de la Salud. https://www.who.int/es/news-room/fact-sheets/detail/rehabilitation
Yáñez Arias, Stephania A.; Aqueveque Navarro, Pablo (2018). Estudio comparativo de sistemas de análisis de marcha basados en sensores inerciales y cámaras infrarrojas. Tesis pregrado Ingeniería Civil Biomédica, Universidad de Concepción. Facultad de Ingeniería. Departamento de Ingeniería Eléctrica. Chile. http://repositorio.udec.cl/jspui/handle/11594/359