Diseño, implementación y validación del software ADiBAS asociado a un sensor de profundidad para la evaluación de la posición corporal en 3D

Abstract

La desalineació de la postura ortoestàtica s'ha relacionat com un factor de risc per a uns certs trastorns musculoesquelètics (TME). La tridimensionalitat del cos humà suposa un desafiament per a alguns instruments de mesura. La precisió d'aquestes dades resulta essencial per a emetre un bon diagnòstic, proposar una intervenció fonamentada i avaluar la seva efectivitat. Gràcies al desenvolupament de tecnologies basades en sensors de profunditat, és possible obtenir dades de la posició del cos humà en 3D. Concretament, el sensor Kinect™ V2 (SKV2) ha estat utilitzat per a l'anàlisi del control postural i objecte de nombrosos estudis de validació utilitzant-se com a programari creat per Microsoft©. No obstant, existeixen pocs programes informàtics que utilitzin el SKV2 amb un programari propi i que hagin analitzat la seva fiabilitat i validesa per a l'anàlisi la posició corporal en 3D en entorns clínics. En aquesta tesi, es presenta una tecnologia basada en el SKV2 i un programari propi anomenat ADiBAS, dissenyat per a ser utilitzat en entorns clínics per professionals de la salut i l'esport. MÈTODES: s'ha estructurat en quatre fases. 1) es va descriure el procediment per al desenvolupament del sistema ADiBAS definint els requisits, funcionalitats, disseny de la interfície del programari, implementació i testatge; 2) es va determinar la validesa concurrent i fiabilitat comparant el sistema ADiBAS amb un calibrador digital i una mostra de 30 participants (48,3 ± 15,7 anys; 19 dones). Amb tots dos dispositius, es van realitzar mesuraments sobre 24 variables en cinc posicions ortoestáticas. 3) Es va avaluar la usabilitat del sistema ADiBAS comparant-lo amb un sistema multicàmera 3D. Es van realitzar mesuraments sobre 11 variables en tres posicions ortoestàticas de 22 participants (33,5 ± 9,7 anys; 12 homes). Finalment, 4) es va determinar la fiabilitat dels mesuraments realitzats amb el sistema ADiBAS de 18 variables clinimétricas per tres avaluadors fisioterapeutes en 30 participants (48,3 ± 15,7 anys; 19 dones). Es van efectuar captures de la postura en el pla frontal i sagital de pacients amb TME en dues sessions amb un interval d'una setmana aproximadament. RESULTATS: Fase 1) es va dissenyar i va implementar un programari propi vinculat al SKV2 amb capacitat per a mesurar angles i longituds en 3D de la posició corporal humana. Es van incloure eines com: marcadors virtuals, distàncies i angles 3D, visualitzacions de la imatge amb detecció del núvol de punts i mapes de profunditat. Aplicació de protocols per a obtenció automàtica de les dades i eines de calibratge; Fase 2) la fiabilitat relativa va obtenir un coeficient de correlació intraclase excel·lent (CCI2,1>0,99) i un coeficient de variació molt petit (CV%< 0,58%) per a tots els mesuraments. La fiabilitat absoluta va determinar errors petits amb un error estàndard de mesura (SEM< 0,03 mm) i un mínim canvi detectable (MDC< 0,08 mm). Respecte a les proves de validesa, es va obtenir una alta correlació entre el calibrador digital i el sistema ADiBAS per a totes les variables de longitud i angle (r=1,00; p=0,001). Els errors típics de l'estimació van ser molt baixos (TEE≤ 1,32 mm); Fase 3) l'error tècnic de mesura (RMSD) va ser de 0,57 cm per a les variables de longitud i de 2,04° per a les d'angle. Tant el CCI com per al coeficient de correlació de concordança va ser excel·lent (>0,999) i amb un interval de confiança (IC=1,00-1,00) per a totes les variables. En els límits d'acord (LLOA) el 92% de les dades van estar compresos entre 0,79 i 0,37 cm, amb un SE De -0,21 cm per a les variables de longitud. Per a les variables d'angle el 95% (LLOA=-4,26/3,68) amb un SE De -0,29°; Fase 4) es van obtenir fiabilitats molt altes tant intraobservador (CCI2,1>0,95) (IC=0,94-0,97) com a interobservador (CCI2,1>0,99) (IC=0,97-0,99). Per al test-retest, els valors de correlació van ser bons (r>0,78 i p=0,001) i un CCI3,1>0,76 amb un IC=0,70-0,80. CONCLUSIONS: el sistema ADiBAS permet realitzar mesuraments de longitud i angles de manera vàlida i fiable per a l'anàlisi de la posició corporal en 3D en l'àmbit clínic.

La desalineación de la postura ortoestática se ha relacionado como un factor de riesgo para ciertos trastornos musculoesqueléticos (TME). La tridimensionalidad del cuerpo humano supone un desafío para ciertos instrumentos de medida. La precisión de estos datos resulta esencial para emitir un buen diagnóstico, proponer una intervención fundamentada y evaluar su efectividad. Gracias al desarrollo de tecnologías basadas en sensores de profundidad, es posible obtener datos de la posición del cuerpo humano en 3D. Concretamente, el sensor Kinect™ V2 (SKV2) ha sido utilizado para el análisis del control postural y objeto de numerosos estudios de validación utilizándose como software el creado por Microsoft©. Sin embargo, existen pocos programas informáticos que utilicen el SKV2 con un software propio y que hayan analizado su fiabilidad y validez para el análisis la posición corporal en 3D en entornos clínicos. En esta tesis, se presenta una tecnología basada en el SKV2 y un software propio llamado ADiBAS, diseñado para ser utilizado en entornos clínicos por profesionales de la salud y el deporte. MÉTODOS: se ha estructurado en cuatro fases. 1) se describió el procedimiento para el desarrollo del sistema ADiBAS definiendo los requisitos, funcionalidades, diseño del interfaz del software, implementación y testeo; 2) se determinó la validez concurrente y fiabilidad comparando el sistema ADiBAS con un calibrador digital y una muestra de 30 participantes (48,3 ± 15,7 años; 19 mujeres). Con ambos dispositivos, se realizaron mediciones sobre 24 variables en cinco posiciones ortoestáticas. 3) Se evaluó la usabilidad del sistema ADiBAS comparándolo con un sistema multicámara 3D. Se realizaron mediciones sobre 11 variables en tres posiciones ortoestáticas de 22 participantes (33,5 ± 9,7 años; 12 hombres). Por último, 4) se determinó la fiabilidad de las mediciones realizadas con el sistema ADiBAS de 18 variables clinimétricas por tres evaluadores fisioterapeutas en 30 participantes (48,3 ± 15,7 años; 19 mujeres). Se efectuaron capturas de la postura en el plano frontal y sagital de pacientes con TME en dos sesiones con un intervalo de una semana aproximadamente. RESULTADOS: Fase 1) se diseñó e implementó un software propio vinculado al SKV2 con capacidad para medir ángulos y longitudes en 3D de la posición corporal humana. Se incluyeron herramientas como: marcadores virtuales, distancias y ángulos 3D, visualizaciones de la imagen con detección de la nube de puntos y mapas de profundidad. Aplicación de protocolos para obtención automática de los datos y herramientas de calibración; Fase 2) la fiabilidad relativa obtuvo un coeficiente de correlación intraclase excelente (CCI2,1>0,99) y un coeficiente de variación muy pequeño (CV%< 0,58%) para todas las mediciones. La fiabilidad absoluta determinó errores pequeños con un error estándar de medida (SEM< 0,03 mm) y un mínimo cambio detectable (MDC< 0,08 mm). Respecto a las pruebas de validez, se obtuvo una alta correlación entre el calibrador digital y el sistema ADiBAS para todas las variables de longitud y ángulo (r=1,00; p=0,001). Los errores típicos de la estimación fueron muy bajos (TEE≤ 1,32 mm); Fase 3) el error técnico de medida (RMSD) fue de 0,57 cm para las variables de longitud y de 2,04º para las de ángulo. Tanto el CCI como para el coeficiente de correlación de concordancia fue excelente (>0,999) y con un intervalo de confianza (IC=1,00-1,00) para todas las variables. En los límites de acuerdo (LOA) el 92% de los datos estuvieron comprendidos entre 0,79 y 0,37 cm, con un SE de -0,21 cm para las variables de longitud. Para las variables de ángulo el 95% (LOA=-4,26/3,68) con un SE de -0,29º; Fase 4) se obtuvieron fiabilidades muy altas tanto intraobservador (CCI2,1>0,95) (IC=0,94-0,97) como interobservador (CCI2,1>0,99) (IC=0,97-0,99). Para el test-retest, los valores de correlación fueron buenos (r>0,78 y p=0,001) y un CCI3,1>0,76 con un IC=0,70-0,80. CONCLUSIONES: el sistema ADiBAS permite realizar mediciones de longitud y ángulos de forma válida y fiable para el análisis de la posición corporal en 3D en el ámbito clínico.