ES2432228B1 - Procedimiento e instalación para caracterizar el patrón de apoyo de un sujeto - Google Patents

Procedimiento e instalación para caracterizar el patrón de apoyo de un sujeto Download PDF

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Abstract

La presente invención consiste en un procedimiento e instalación para caracterizar el patrón de apoyo de un sujeto que realiza movimientos de carrera, estando el sujeto instrumentado con dos marcas fiduciales, una en el talón del calzado y la otra en la parte posterior de la pierna. Un ordenador recibe y analiza los movimientos del tobillo del sujeto en las tres dimensiones, partiendo de una secuencia de imágenes adquiridas por una cámara de video digital, dando como resultado la clasificación del sujeto al comparar las curvas de los ángulos del tobillo del sujeto con la de sujetos corredores pronadores, neutros y supinadores almacenadas en una base de datos.

Description



DESCRIPCION
Procedimiento e instalación para caracterizar el patrón de apoyo de un sujeto
OBJETO DE LA INVENCION 5
La presente invención se refiere a un procedimiento para la caracterización de un sujeto, según su patrón de apoyo, en supinador, neutro o pronador.
El procedimiento está basado en el análisis cinemático en las tres dimensiones del movimiento articular del tobillo 10 del sujeto, cuando este último realiza movimientos de carrera, y su comparación con patrones de apoyos previamente clasificados de sujetos supinadores, neutros y pronadores.
Es también objeto de la presente invención, una instalación para llevar a cabo dicho procedimiento de caracterización. 15
ANTECEDENTES DE LA INVENCION
Como se conoce, la correcta selección del calzado para la práctica de un deporte es determinante para reducir el riesgo de lesión. Por tal razón, en mucho de los lugares de venta de calzado, se brindan servicios de asesoramiento 20 para la elección del calzado adecuado, basados en estudios biomecánicos.
Actualmente, existen procedimientos sencillos de clasificación de los sujetos que consisten en estudiar, ya sea, el pie del sujeto (estático, caminando o corriendo), el desgaste del calzado, la huella plantar, o basados en sistemas de medidas. 25
Por ejemplo, el documento de patente US 2006213090, publicado el 28 de septiembre de 2006, da a conocer un procedimiento de clasificación de un pie, que comprende los siguientes pasos:
- visualizar el pie, 30
- evaluar una pluralidad de características en dicho pie, y
- clasificar dicho pie en un tipo de pie, en donde, la clasificación es basada en la visualización de dicho pie y en la evaluación de la pluralidad de características exhibidas por dicho pie.
Se ha comprobado que estos procedimientos conocidos son pocos fiables pues dependen mayoritariamente del 35 criterio y experiencia de la persona que lleva a cabo el procedimiento. En muchas ocasiones, dependientes o encargados del lugar de venta de calzado sin la formación adecuada.
Estudios realizados demuestran que un elevado porcentaje de los corredores que se autoproclaman como pronadores no muestran rasgos excesivos de eversión durante la carrera, en cambio, otros dados como normales o 40 neutros, presentan una eversión excesiva cuando efectúan una carrera.
Esto demuestra que la percepción personal y el rango de eversión pueden responder a fenómenos distintos. Es decir, la clasificación personal puede responder a criterios que no son lo suficientemente robustos.
45
En cuanto al análisis o evaluación del tipo de pie estando el sujeto parado, en muchas ocasiones, un pie en posición estática puede comportarse de manera distinta a cuando está en movimiento al desplazarse durante una carrera.
En algunos casos, unos pies que se muestran normales en posición estática pueden comportarse como pies planos durante la carrera, de igual manera, unos pies cavos en posición estática, pueden comportarse como pies normales, 50 e incluso, como pies planos durante la carrera.
De igual manera, la huella plantar nos ofrece una visión incompleta de lo que puede esperarse del mismo pie en movimiento.
55
Por tanto, la valoración de los pies de un atleta debe realizarse en movimiento, imprescindible, si se pretende recomendar un tipo de calzado para correr.
Otro aspecto importante, es valorar los tres ejes de giro de la articulación del tobillo. La correcta clasificación del sujeto como pronador, neutro o supinador depende del análisis del giro combinado en los tres ejes. 60
Una clasificación del patrón de apoyo de un sujeto basado solo en la valoración del ángulo proyectado en el plano antero-posterior, es decir, el plano frontal del pie, no sería una clasificación del todo correcta, pues, en primer lugar, el ángulo proyectado sobre el plano antero-posterior varía en gran medida por un aumento de la flexo-extensión del tobillo durante la rotación de la pierna del sujeto. 65
En segundo lugar, la alta dependencia funcional de las articulaciones que componen el tobillo y la dirección de los ejes de movimiento de las mismas hace muy complicado aislar los distintos movimientos que desarrolla el pie. Un movimiento de flexión-extensión, implica movimientos de eversión/inversión y de abducción/aducción. Por ejemplo, un movimiento de un pie tipo pronador, es la suma de movimientos de flexión dorsal, abducción y eversión; y un movimiento de un pie tipo supinador, conlleva sumar movimientos de flexión plantar, aducción e inversión. 5
Existen sistemas diseñados para el análisis en tres dimensiones de la cinemática articular basados en el análisis de imágenes que requieren el empleo de al menos dos cámaras, utilizando marcadores puntuales, activos o pasivos, situados en diferentes puntos de cada uno de los segmentos corporales a medir en el sujeto, mientras este camina o desarrolla una carrera. 10
Por ejemplo, el documento de patente US 4631676, publicado el 23 de diciembre de 1986, divulga un sistema para el análisis de marcha o movimiento de una porción del cuerpo de un sujeto que comprende marcadores reflectantes adjuntados al sujeto, dichos marcadores están formados por cintas reflectantes y son relativamente pequeños y ligeros que no impiden al sujeto efectuar sus movimientos con normalidad. 15
El sistema también comprende un par de medios de grabación de video para visionar y grabar en video los movimientos del sujeto durante un predeterminado periodo de tiempo. Los medios de grabación de video están conectados a un ordenador, el cual recibe plano a plano las vistas de los movimientos del sujeto, en donde son apreciados los marcadores reflectantes. El ordenador incluye medios de análisis de video para digitalizar cada plano 20 del video grabado localizando, mediante coordenadas X, Y y Z, el centro de cada marcador, las cuales son analizadas por el ordenador dando como salida una figura de líneas o palos que describe los movimientos del sujeto objeto de estudio.
El documento de patente US 4813436, publicado el 21 de marzo de 1989, describe un sistema de análisis de 25 movimiento que comprende marcadores fijados a distintas articulaciones del cuerpo de un sujeto, así como, calzando zapatos o plantillas sensibles a la presión.
El sujeto es puesto a caminar o correr y mientras lo hace, su movimiento es captado por dos cámaras de video. La señal de video de dichas cámaras es almacenada por medios de grabación de video y luego se digitaliza. 30
Los zapatos o plantillas sensibles a la presión proporcionan señales que son procesadas para convertir la señal analógica a digital y es mostrada, en una pantalla, la presión aplicada al pie del paciente mientras camina o corre.
Las señales captadas por las cámaras, que fueron digitalizadas, se presentan en diversas pantallas que muestran el 35 modo de andar del sujeto, la posición angular de sus articulaciones e información indicativa de las características particulares de la marcha del sujeto. Los datos producidos y procesados por el sistema permiten evaluar la marcha del sujeto en comparación con un sujeto normal.
Por su parte, el documento de patente US 2007275830, publicado el 29 de noviembre de 2007, muestra un sistema 40 de entrenamiento de la marcha mediante el análisis de movimiento de un sujeto que marcha sobre un tapiz rodante.
El sistema incluye un tapiz rodante cuya velocidad de rotación de sus rodillos es ajustable en respuesta a la velocidad de marcha del sujeto, y unos medios de medición, fijados al cuerpo del sujeto, transfieren las señales asociadas con un movimiento del cuerpo del sujeto a una unidad de control. Dicha unidad de control analiza los 45 movimientos del sujeto, basados en los datos transferidos por los medios de medición, y una unidad de visualización, muestra los datos al sujeto.
Aun cuando, en estas soluciones conocidas, se tienen en cuenta los movimientos de giro que desarrolla la articulación en los tres ejes, la valoración sigue siendo basada en el criterio y la experiencia de la persona que lleva 50 a cabo el procedimiento de clasificación.
Además, el empleo de más de dos cámaras para lograr captar los movimientos que desarrolla la articulación en los tres ejes mientras el sujeto lleva a cabo una carrera, requiere disponer de un gran espacio para llevar a cabo el procedimiento de clasificación. Sin embargo, en la mayoría de los casos, los establecimientos de venta de calzado 55 cuentan con espacios muy reducidos.
Entonces, se requiere diseñar un procedimiento e instalación para caracterizar el patrón de apoyo de un sujeto de manera automática, es decir, que no dependa del criterio y la experiencia de la persona que lleva a cabo dicho procedimiento; así como, que ocupe un espacio reducido dentro del local del establecimiento de venta de calzado. 60
DESCRIPCION DE LA INVENCION
A la vista de lo anteriormente enunciado, la presente invención se refiere a un procedimiento para caracterizar el patrón de apoyo de un sujeto. 65
El procedimiento comprende los siguientes pasos:
a) instrumentar al sujeto con dos marcas fiduciales, en el talón del calzado y en la parte posterior de la pierna del sujeto respectivamente,
b) realizar movimientos de carrera, por parte del sujeto, sobre una zona de medición, 5
c) captar los movimientos de carrera por medio de una cámara de video digital de un módulo de registro,
d) adquirir secuencia de imágenes para al menos un número de apoyos del sujeto mayor que un mínimo de números de apoyos previamente establecido,
e) almacenar las imágenes en un fichero de video de la secuencia de carrera,
f) segmentar por imagen el fichero de video de la secuencia de carrera, 10
g) detectar e identificar el punto característico del centro de cada marca fiducial en cada imagen segmentada,
h) registrar la posición, en coordenadas de pantalla, de cada centro de marca fiducial en cada imagen segmentada,
i) calcular la posición y orientación espacial de cada centro de marca fiducial en cada imagen segmentada, a partir de la reconstrucción en tres dimensiones de las coordenadas de pantalla de cada centro de marca 15 fiducial,
j) identificar, en base a la posición absoluta y relativa de su centro, la marca fiducial que corresponde al talón del calzado y la que corresponde a la pierna del sujeto,
k) obtener las variables cinemáticas de los centros de las marcas fiduciales en cada imagen segmentada,
l) obtener unas curvas representativas de los ángulos de rotación, flexión/extensión e inversión/eversión de la 20 articulación del tobillo para cada apoyo del sujeto, cuyos valores responden a las variables cinemáticas de los centros de las marcas fiduciales obtenidas en el paso k),
m) segmentar y normalizar en el tiempo los valores de las curvas obtenidas en el paso l) para cada apoyo del sujeto,
n) puntuar la media de los valores de las curvas segmentadas y normalizadas en el paso m) en función de un 25 grupo de componentes principales observadas previamente en una muestra de sujetos pronadores, neutros y supinadores,
o) aplicar unas ecuaciones de clasificación a las puntuaciones obtenidas en el punto n) para identificar el grupo al que pertenece el sujeto, y
p) visualizar, en una pantalla de un módulo de salida de la información, los resultados sobre la clasificación del 30 patrón de apoyo correspondiente al sujeto.
Es también objeto de la presente solicitud una instalación para llevar a cabo el procedimiento descrito anteriormente.
La instalación comprende unas marcas fiduciales instrumentadas sobre un sujeto que realiza movimientos de 35 carrera sobre una zona de medición, un módulo de registro, un ordenador y un módulo de salida de información que actúa conjuntamente con dicho ordenador.
Por su parte, el módulo de registro comprende una cámara de video digital que capta los movimientos de carrera del sujeto. La cámara de video digital está conectada al ordenador, el cual recibe y analiza la secuencia de imágenes 40 captadas.
Así mismo, el módulo de registro está soportado por una columna inclinada dispuesta hacia la zona de medición, y comprende además una fuente de leds de luz blanca con control estroboscópico que maximiza el nivel de iluminación de la zona de medición. 45
Los ejes ópticos de la cámara de video digital y de la fuente de leds son coaxiales entre sí y están orientados, hacia la zona de medición, de forma perpendicular a la columna vertical.
El procedimiento y la instalación permiten caracterizar el patrón de apoyo de un sujeto de manera automática, en 50 donde, la clasificación del sujeto no depende del criterio y la experiencia de la persona que lleva a cabo dicho procedimiento. De hecho, el propio sujeto, sin tener estudios biomecánicos, es quien realiza el procedimiento de caracterización, siguiendo las indicaciones de un software, el cual manipula a nivel de usuario, que corre en el ordenador de la instalación.
55
Como resultado se obtiene, con rapidez y efectividad, una caracterización más exacta del patrón de apoyo del sujeto, empelándose para ello, un espacio reducido al tamaño de la zona donde se realiza la medición, favoreciendo al aprovechamiento eficiente del espacio del establecimiento de venta de calzado donde se encuentra dispuesta la instalación.
60
DESCRIPCION DE LAS FIGURAS
Se complementa la presente memoria descriptiva, con un juego de figuras, ilustrativas del ejemplo preferente y nunca limitativas de la invención.
65
La figura 1 representa una vista lateral en perspectiva de la instalación, que muestra un tapiz rodante como zona de medición.
La figura 2 representa una vista lateral en perspectiva de la instalación, que muestra un pasillo acondicionado para realizar movimientos de carrera como zona de medición. 5
La figura 3 representa un diagrama en bloques de la instalación mostrada en la figura 1 ó 2.
La figura 4A representa un ejemplo de curva normalizada del ángulo de rotación de la articulación del tobillo.
10
La figura 4B representa un ejemplo de curva normalizada del ángulo de flexión/extensión de la articulación del tobillo.
La figura 4C representa un ejemplo de curva normalizada del ángulo de inversión/eversión de la articulación del tobillo. 15
La figura 5 representa una vista lateral en perspectiva de la instalación mostrada en la figura 1 ó 2 que muestra cómo se realiza el ajuste de la cámara de video digital del módulo de registro con respecto a la zona de medición.
EXPOSICION DETALLADA DE LA INVENCION 20
A la vista de lo anteriormente enunciado, la presente invención se refiere a un procedimiento e instalación para caracterizar el patrón de apoyo de un sujeto.
Como puede verse en las figuras 1 y 2, el procedimiento parte de instrumentar a un sujeto (1), el cual desea conocer 25 su patrón de apoyo, con dos marcas fiduciales (2). Una de las marcas fiduciales (2) es dispuesta en el talón del calzado del sujeto (1), y la otra, en la parte posterior de la pierna del mismo.
Las marcas fiduciales (2) pueden ser marcadores planos autoadhesivos y desechables, o marcadores reutilizables. Estos últimos, son removibles y se fijan al talón del calzado y a la pierna del sujeto (1) por medio de sistemas 30 mecánicos no adhesivos. Por ejemplo, el marcador del talón puede fijarse mediante un sistema tipo clip en la talonera del calzado y el marcador de la pierna, mediante una cincha elástica con cierre tipo velcro.
Seguidamente, se hace que el sujeto (1) lleve a cabo movimientos de carrera sobre una zona de medición (3). Como muestra la figura 1, dicha zona de medición puede tratarse de un tapiz rodante, o un pasillo acondicionado para que 35 el sujeto (1) realice movimientos de carrera, como el que se aprecia en la figura 2.
Los movimientos de carrera que realiza el sujeto (1) sobre la zona de medición (3) se captan por una cámara de video digital (4.1) dispuesta en un módulo de registro (4).
40
El módulo de registro (4) está soportado por una columna inclinada (7) dispuesta hacia la zona de medición (3). Preferentemente, dicha columna inclinada (7) conforma un ángulo de 74o ± 2o con respecto al plano horizontal. Tal inclinación permite ajustar el campo de visión de la cámara de video digital (4.1) hacia el movimiento de carrera que lleva a cabo el sujeto (1).
45
El módulo de registro (4) también comprende una fuente de leds (4.2) de luz blanca con control estroboscópico que maximiza el nivel de iluminación de la zona de medición (3). Los ejes ópticos de la cámara de video digital (4.1) y de la fuente de leds (4.2) son coaxiales entre sí y están orientados, hacia la zona de medición (3), de forma perpendicular a la columna inclinada (7).
50
Se prefiere que la columna inclinada (7) sea telescópica, comprendiendo un elemento telescópico superior (7.1) y un elemento telescópico inferior (7.2) dispuestos sobre una base (7.3), en donde, la altura de dicha columna inclinada (7) es ajustada según el tipo de zona de medición (3).
Así mismo, preferentemente, la cámara de video (4.1) y la fuente de leds (4.2) están dispuestas en el extremo superior del elemento telescópico superior (7.1) de la columna inclinada (7). 55
La cámara de video digital (4.1), accionando sobre los elementos telescópicos (7.1, 7.2), puede ser situada a 50 cm del suelo en la variante del pasillo, o a 50 cm ± 5 cm de la superficie superior del tapiz si se emplea un tapiz rodante como zona de medición (3).
60
Estos valores de altura y el ángulo de inclinación de dicha columna inclinada (7) permiten detectar las marcas fiduciales (2) en todas las posiciones de interés, así como, maximizan el área efectiva de imagen de la cámara de video digital (4.1).
El elemento telescópico superior (7.1) de la columna inclinada (7) puede también alojar otros componentes del módulo de registro (4), como son y no limitados a, un control por microprocesador (4.3) y un control de potencia (4.4) de la fuente de leds (4.2), un sistema de jumpers (4.5) que permiten utilizar la alimentación de un convertidor de voltaje (4.6) para alimentar la cámara de video digital (4.2) y al control por microprocesador (4.3), etc.
5
Por su parte, el elemento telescópico inferior (7.2) puede alojar, por ejemplo y no limitado a, protecciones (4.7) del módulo de registro (4), una fuente de alimentación (4.8), un switch USB (4.9) que permite conectar un segundo módulo de registro (8) a un ordenador (5), conectores de entrada y salida, etc.
Como puede verse en la figura 3, la cámara de video digital (4.1) del módulo de registro (4) está conectada al 10 ordenador (5), en donde se llevan a cabo el resto de los pasos del procedimiento.
En el caso de emplearse el tapiz rodante como zona de medición (3), se prefiere detectar que el sujeto (1) lleve a cabo una carrera de cadencia estable antes de pasar al próximo paso.
15
El criterio para determinar si el sujeto (1) ha alcanzado una carrera de cadencia estable se basa en que se capte, por la cámara de video digital (4.1), la altura del centro de la marca fiducial (2) del talón del calzado del sujeto (1) durante un intervalo de tiempo determinado. Preferiblemente, dicho intervalo de tiempo es de 10 segundos.
Las condiciones que debe cumplir la altura del centro de dicha marca fiducial (2) del talón para considerar que la 20 carrera es de cadencia estable son:
- la curva de la altura se identifica como cíclica durante el intervalo de tiempo determinado,
- el periodo medio en dicho intervalo de tiempo es superior a un umbral mínimo (Tmax=0’95 segundos), y
- la diferencia entre el periodo máximo y el periodo mínimo de la muestra es inferior a 0’06 segundos. 25
Una vez lograda dichas condiciones, es decir, el sujeto (1) mantiene una carrera de cadencia estable, se pasa a adquirir una secuencia de imágenes para al menos un número de apoyos del sujeto (1) mayor que un mínimo de apoyos previamente establecido.
30
Preferiblemente, el número mínimo de apoyos previamente establecido son tres apoyos.
Por su parte, cuando se emplea un pasillo acondicionado como zona de medición (3), se prefiere que los pasos de captar los movimientos de carrera por medio de la cámara de video digital (4.1) y de adquirir la secuencia de imágenes para al menos un número de apoyos del sujeto (1), se repitan mientras que el número de apoyos 35 realizados por el sujeto (1) sea menor que dicho mínimo de número de apoyos previamente establecido.
Así mismo, se prefiere que dichos pasos mencionados anteriormente se repitan mientras el número de apoyos de la muestra sea mayor o igual que el número de apoyos mínimo y menor que un número de apoyos máximo previamente establecidos, siempre que la desviación estándar de las clasificaciones obtenidas en la muestra sea 40 mayor que un máximo de desviación estándar previamente establecido. En cualquier caso, la captación de movimientos de carrera y la adquisición de la secuencia de imágenes finalizarán al alcanzarse el número de apoyos máximo.
Se prefiere que el máximo de número de apoyos previamente establecido sea de seis apoyos. 45
De igual forma, se prefiere que el máximo de desviación estándar previamente establecido sea de 0’8.
En ambas variantes de zona de medición (3), una vez adquiridas la secuencia de imágenes, se pasa a almacenar dichas imágenes en un fichero de video de la secuencia de carrera desarrollada por el sujeto (1). 50
Seguidamente, se segmenta por imagen el fichero de video de la secuencia de carrera almacenado en el paso anterior.
Posteriormente, se detecta e identifica el punto característico del centro de cada marca fiducial (2) en cada imagen 55 segmentada.
Luego, se registra la posición, en coordenadas de pantalla, de cada centro de marca fiducial (2) en cada imagen segmentada.
60
Una vez obtenida las coordenadas de pantalla de cada centro de marca fiducial (2), se calcula la posición y orientación espacial de dichos centros en cada imagen segmentada. Para ello, se aplican algoritmos de reconstrucción en tres dimensiones de las coordenadas de pantalla de cada centro de marca fiducial (2), empleándose además, los datos de ajuste de la cámara de video digital (4.1).
65
Seguidamente, se identifica, en base a la posición absoluta y relativa de su centro, la marca fiducial (2) que corresponde al talón del calzado y la que corresponde a la pierna de sujeto (1).
Luego, se pasa a obtener las variables cinemáticas de los centros de las marcas fiduciales (2) en cada imagen segmentada. Para ello, preferiblemente, se llevan a cabo las siguientes acciones: 5
- calcular las coordenadas espaciales (X,Y,Z) del centro de cada marca fiducial (2) respecto a un sistema de referencia absoluto,
- calcular los ángulos absolutos (Α,Β,Γ) del centro de cada marca fiducial (2) con respecto al sistema de referencia absoluto, y 10
- calcular los ángulos relativos (α,β,γ) del centro de la marca fiducial (2) de la pierna del sujeto (1) con respecto a las del centro de la marca fiducial (2) del talón del calzado.
Entiéndase como sistema de referencia absoluto un sistema de referencia fijo el cual está ligado al suelo del local donde se encuentra ubicada la instalación. 15
Seguidamente, con los valores de las variables cinemáticas de los centros de las marcas fiduciales (2) obtenidas en el paso anterior, se obtienen unas curvas representativas de los ángulos de rotación, flexión/extensión e inversión/eversión de la articulación del tobillo para cada apoyo del sujeto (1).
20
Aun cuando, el paso de adquisición de secuencia de imágenes para al menos un número de apoyos del sujeto (1) estuvo condicionado a que el sujeto (1) alcanzara un régimen de carrera estable, las duraciones de los diferentes apoyos, y con ello, la de las variables cinemáticas obtenidas, tienen ligeras diferencias para cada apoyo adquirido.
Con vistas a poder comparar entre sí y con valores de curvas representativas de los ángulos de la articulación del 25 tobillo de sujetos (1) pronadores, neutros y supinadores almacenados en una base de datos, los valores de las curvas obtenidas en el paso anterior, para cada apoyo del sujeto (1), se segmentan y normalizan en el tiempo.
Este paso de segmentar y normalizar en el tiempo, preferiblemente, incluye las siguientes etapas:
30
- identificar el inicio de cada apoyo del sujeto (1),
El valor que define el inicio de cada apoyo (ti) puede ser identificado como el primer máximo relativo (tM1), de los dos (tM1,tM2) que contiene un apoyo completo, en la curva de ángulo de flexión/extensión. Dicho punto (ti=tM1) coincide con el instante del contacto del pie con el suelo. 35
- identificar el intervalo de apoyo total del pie del sujeto (1),
Este intervalo es considerado como el comprendido entre el primer mínimo relativo (tm1) y el segundo máximo relativo (tM2) de la curva de ángulo de flexión/extensión. La mediana de los valores del ángulo del vector orientación 40 de talón respecto al suelo en este intervalo se tomará como referencia (Ao) para la etapa siguiente.
- identificar el final del apoyo del sujeto (1),
El punto final (tf) se detecta durante la fase de despegue y es el instante en el que el ángulo del vector orientación 45 del talón respecto al suelo se incrementa en relación al de referencia (Ao) por encima de un umbral prefijado (Ad). Preferentemente, 15º.
- eliminar los valores anteriores al inicio del apoyo y los posteriores al final del apoyo,
50
En esta etapa, como se plantea, se eliminan, para cada apoyo, los valores que anteceden al valor que define el inicio del apoyo analizado (t<ti) y los que preceden al que define el final de dicho apoyo analizado (t>tf).
- interpolar los valores comprendidos entre el inicio y final del apoyo de forma que queden 100 valores.
55
Ejemplos de curvas de ángulos, con sus valores segmentados y normalizados según las etapas anteriormente descritas, pueden ser vistos en las figuras 4A, 4B y 4C.
El siguiente paso consiste en puntuar la media de los valores de las curvas segmentadas y normalizadas en el paso anterior, en función de un grupo de componentes principales observadas previamente en una muestra de sujetos (1) 60 pronadores, neutros y supinadores.
De manera preferente, las puntuaciones se realizan sobre la media de un mínimo de tres valores.
Así mismo, se prefiere que dicho grupo de componentes principales sea obtenido mediante un análisis de componentes principales funcional (ACPF) de una muestra de curvas representativas de los ángulos de rotación, flexión/extensión e inversión/eversión de la articulación del tobillo de dichos sujetos (1) pronadores, neutros y supinadores.
5
Estas componentes principales explican la variabilidad observada en dicha muestra de sujetos (1) corredores.
De esta forma, se logra explorar el conjunto de curvas de ángulos de la articulación del tobillo de dichos sujetos (1) con el fin de extraer su característica principal común.
10
Al final, se reduce la cantidad de valores originales mediante la expresión de cada función como una combinación lineal de un conjunto reducido de nuevas curvas llamadas funciones de componentes principales.
El grupo de componentes principales (PC) obtenido puede expresar cualquier valor (i) del conjunto de curvas observadas como: 15
imagen1
mi(ƒ) = M(ƒ) + sik PCk(ƒ)
20
en donde:
mi(f) es cualquiera de las curvas del conjunto de la muestra,
M(f) es la media funcional del conjunto de curvas,
n es el número de componentes principales utilizadas, 25
PC1…n(f) son las n componentes principales, y
sik es la puntuación de la componente principal k para la curva i.
De esta forma, para cada sujeto (1) corredor de la muestra se obtiene un vector de puntuaciones (S) que se relacionan con la manera individual de ejecutar sus movimientos. 30
S = (s1, s2,…, sn)
Entonces, dado que cualquier valor puede expresarse en función del grupo de componentes principales (PC), halladas anteriormente, como: 35
observación(t) = M(t)+s1PC1(t)+s2PC2(t)+…+snPCn(t)
Resolviendo la ecuación, con los valores de las curvas del ángulo del tobillo del sujeto (1) que se analiza, se obtienen las puntuaciones s1…sn que caracterizan dicha observación, en base a la muestra de curvas de sujetos (1) 40 corredores de referencia.
Obtenido el vector de puntuaciones, realizadas a la media de los valores de las curvas segmentadas y normalizadas para cada apoyo del sujeto (1), se pasa al siguiente paso que consiste en aplicar unas ecuaciones de clasificación a dichas puntuaciones para identificar el grupo al que pertenece el sujeto (1). 45
Preferentemente, las ecuaciones de clasificación son obtenidas aplicando un análisis discriminante que comprende, como factor de clasificación, el diagnóstico de un experto, y como variables predictivas, los vectores de puntuaciones (S) obtenidos para los sujetos (1) pronadores, neutros y supinadores de la muestra, quedando expresada como: 50
Clasificación = f(s1, s2, …, sn).
Finalmente, los resultados sobre la clasificación del patrón de apoyo correspondiente al sujeto (1) son visualizados en una pantalla (6.1) de un módulo de salida de la información (6) acoplado al ordenador (5). 55
Preferiblemente, el módulo de salida de la información (6) comprende otras formas de compartir los resultados de la clasificación del patrón de apoyo del sujeto (1), como son:
- conexión Ethernet (6.2) para una impresora (9), 60
- conexión de Dongle Bluetooth (6.3) para enviar los resultados a dispositivos móviles que tengan conexión Bluetooth habilitada, por ejemplo, un teléfono móvil (10), y
- conexión de Dongle WiFi (6.4) para permitir la conexión a un router y que los resultados puedan ser consultados a través de una web (11) en Internet, o para la conexión con accesorios externos, por ejemplo, la impresora (9). 65
Como puede verse, se ha logrado caracterizar el patrón de apoyo del sujeto (1) de manera automática y fiable, pues la clasificación obtenida no depende del criterio y la experiencia de la persona que realiza dicho procedimiento. De hecho, es el propio sujeto (1) quien lleva a cabo el procedimiento siguiendo las indicaciones de un software, el cual es manipulado a nivel de usuario, que corre en el ordenador (5).
5
Por otra parte, como puede verse en la figura 5, antes de comenzar a aplicar el procedimiento, se recomienda llevar a cabo un ajuste de la posición de la cámara de video digital (4.1) del módulo de registro (4) con respecto a la zona de medición (3).
El ajuste comprende los siguientes pasos: 10
- ajustar en altura la cámara de video digital (4.1) del módulo de registro (4) según sea el tipo de zona de medición (3), un tapiz rodante o un pasillo,
- situar una plantilla de centrado (12) sobre la zona de medición (3),
- reconocer unas marcas de centrado (12.1) de la plantilla de centrado (12), visualizadas en la pantalla (6.1) 15 del módulo de salida de información (6),
- reconocer unas marcas de referencia (6.11) vistas inmóviles en la pantalla (6.1) del módulo de salida de información (6), y
- ajustar la posición de la cámara de video digital (4.1), haciendo coincidir las marcas de centrado (12.1) de la plantilla de centrado (12) con las marcas de referencia (6.11) vistas inmóviles en la pantalla (6.1) del 20 módulo de salida de información (6).

Claims (25)



  1. REIVINDICACIONES
    1.- Procedimiento para caracterizar el patrón de apoyo de un sujeto (1) que comprende los siguientes pasos:
    a) instrumentar al sujeto (1) con dos marcas fiduciales (2), en el talón del calzado y en la parte posterior de la pierna del sujeto (1) respectivamente, 5
    b) realizar movimientos de carrera, por parte del sujeto (1), sobre una zona de medición (3),
    c) captar los movimientos de carrera por medio de una cámara de video digital (4.1) de un módulo de registro (4),
    d) adquirir secuencia de imágenes para al menos un número de apoyos del sujeto (1) mayor que un mínimo de números de apoyos previamente establecido, 10
    e) almacenar las imágenes en un fichero de video de la secuencia de carrera,
    f) segmentar por imagen el fichero de video de la secuencia de carrera,
    g) detectar e identificar el punto característico del centro de cada marca fiducial (2) en cada imagen segmentada,
    h) registrar la posición, en coordenadas de pantalla, de cada centro de marca fiducial (2) en cada imagen 15 segmentada,
    i) calcular la posición y orientación espacial de cada centro de marca fiducial (2) en cada imagen segmentada, a partir de la reconstrucción en tres dimensiones de las coordenadas de pantalla de cada centro de marca fiducial (2),
    j) identificar, en base a la posición absoluta y relativa de su centro, la marca fiducial (2) que corresponde al 20 talón del calzado y la que corresponde a la pierna del sujeto (1),
    k) obtener las variables cinemáticas de los centros de las marcas fiduciales (2) en cada imagen segmentada,
    l) obtener unas curvas representativas de los ángulos de rotación, flexión/extensión e inversión/eversión de la articulación del tobillo para cada apoyo del sujeto (1), cuyos valores responden a las variables cinemáticas de los centros de las marcas fiduciales (2) obtenidas en el paso k), 25
    m) segmentar y normalizar en el tiempo los valores de las curvas obtenidas en el paso l) para cada apoyo del sujeto (1),
    n) puntuar la media de los valores de las curvas segmentadas y normalizadas en el paso m) en función de un grupo de componentes principales observadas previamente en una muestra de sujetos (1) pronadores, neutros y supinadores, 30
    o) aplicar unas ecuaciones de clasificación a las puntuaciones obtenidas en el punto n) para identificar el grupo al que pertenece el sujeto (1), y
    p) visualizar, en una pantalla (6.1) de un módulo de salida de la información (6), los resultados sobre la clasificación del patrón de apoyo correspondiente al sujeto (1)
    35
  2. 2.- Procedimiento según la reivindicación 1 en el que la zona de medición (3) donde se realiza el paso b) es un tapiz rodante.
  3. 3.- Procedimiento según la reivindicación 2 en el que antes del paso d) se detecta una carrera de cadencia estable. 40
  4. 4.- Procedimiento según la reivindicación 1 en el que la zona de medición (3) donde se realiza el paso b) es un pasillo acondicionado para que el sujeto (1) realizase movimientos de carrera.
  5. 5.- Procedimiento según la reivindicación 1 en el que el mínimo de número de apoyos previamente establecido 45 para el paso d) son tres apoyos.
  6. 6.- Procedimiento según las reivindicaciones 4 y 5 en el que los pasos c) y d) se repiten mientras que el número de apoyos realizados por el sujeto (1) sea menor que el mínimo de número de apoyos previamente establecido.
    50
  7. 7.- Procedimiento según las reivindicaciones 4 y 5 en el que los pasos c) y d) se repiten mientras que el número de apoyos realizados por el sujeto (1) sea mayor o igual al mínimo de número de apoyos y menor que un máximo de número de apoyos previamente establecidos, siempre que la desviación estándar de las clasificaciones de la muestra de apoyos realizados por el sujeto (1) sea mayor que un máximo de desviación estándar previamente establecido. 55
  8. 8.- Procedimiento según la reivindicación 7 en el que el máximo de número de apoyos previamente establecido es de seis apoyos.
  9. 9.- Procedimiento según la reivindicación 7 en el que el máximo de desviación estándar previamente establecido 60 es de 0’8.
  10. 10.- Procedimiento según la reivindicación 1 en el que el paso k) incluye las siguientes acciones:
    - calcular las coordenadas espaciales (X,Y,Z) del centro de cada marca fiducial (2) respecto a un sistema de referencia absoluto,
    - calcular los ángulos absolutos (Α,Β,Γ) del centro de cada marca fiducial (2) con respecto al sistema de referencia absoluto, y
    - calcular los ángulos relativos (α,β,γ) del centro de la marca fiducial (2) de la pierna del sujeto (1) con 5 respecto a las del centro de la marca fiducial (2) del talón del calzado.
  11. 11.- Procedimiento según la reivindicación 1 en el que el paso (m) incluye las siguientes etapas:
    - identificar el inicio de cada apoyo del sujeto (1), 10
    - identificar el intervalo de apoyo total del pie del sujeto (1),
    - identificar el final del apoyo del sujeto (1),
    - eliminar los valores anteriores al inicio del apoyo y los posteriores al final del apoyo, e
    - interpolar los valores comprendidos entre el inicio y final del apoyo de forma que queden 100 valores.
    15
  12. 12.- Procedimiento según la reivindicación 1 en el que el grupo de componentes principales empleado en el paso n) es obtenido mediante un análisis de componentes principales funcional (ACPF) de una muestra de curvas representativas de los ángulos de rotación, flexión/extensión e inversión/eversión de la articulación del tobillo de sujetos (1) pronadores, neutros y supinadores.
    20
  13. 13.- Procedimiento según la reivindicación 12 en el que para cada sujeto (1) se obtienen un vector de puntuaciones que se relacionan con la manera individual de ejecutar sus movimientos.
  14. 14.- Procedimiento según las reivindicaciones 1 y 13 en el que las ecuaciones de clasificación del paso o) se obtienen mediante un análisis discriminante que comprende, como factor de clasificación, el diagnostico de un 25 experto, y como variables predictivas, los vectores de puntuaciones obtenidos para los sujetos (1) pronadores, neutros y supinadores.
  15. 15.- Procedimiento según la reivindicación 1 en el que las puntuaciones del paso n) se realizan sobre la media de un mínimo de tres valores. 30
  16. 16.- Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones anteriores en el que antes del paso a) se lleva a cabo un ajuste de la posición de la cámara de video digital (4.1) del módulo de registro (4) con respecto a la zona de medición (3), el ajuste comprende los siguientes pasos:
    35
    - ajustar en altura la cámara de video digital (4.1) del módulo de registro (4) según sea el tipo de zona de medición (3), un tapiz rodante o un pasillo,
    - situar una plantilla de centrado (12) sobre la zona de medición (3),
    - reconocer unas marcas de centrado (12.1) de la plantilla de centrado (12), visualizadas en la pantalla (6.1) del módulo de salida de información (6), 40
    - reconocer unas marcas de referencia (6.11) vistas inmóviles en la pantalla (6.1) del módulo de salida de información (6), y
    - ajustar la posición de la cámara de video digital (4.1), haciendo coincidir las marcas de centrado (12.1) de la plantilla de centrado (12) con las marcas de referencia (6.11) vistas inmóviles en la pantalla (6.1) del módulo de salida de información (6). 45
  17. 17.- Instalación para llevar a cabo el procedimiento de las reivindicaciones anteriores que comprende unas marcas fiduciales (2) instrumentadas sobre un sujeto (1) que realiza movimientos de carrera sobre una zona de medición (3), un módulo de registro (4) que comprende a su vez una cámara de video digital (4.1) que capta los movimientos de carrera del sujeto (1), un ordenador (5) conectado a dicha cámara de video digital (4.1) que 50 recibe y analiza una secuencia de imágenes, captadas por la cámara de video digital (4.1), de los movimientos de carrera que desarrolla el sujeto (1) sobre la zona de medición (3), y un módulo de salida de información (6) que actúa conjuntamente con el ordenador (5), caracterizado por que el módulo de registro (4) está soportado por una columna inclinada (7) dispuesta hacia la zona de medición (3), el módulo de registro (4) comprende una fuente de leds (4.2) de luz blanca con control estroboscópico que maximiza el nivel de 55 iluminación de la zona de medición (3), los ejes ópticos de la cámara de video digital (4.1) y de la fuente de leds (4.2) son coaxiales entre sí y están orientados, hacia la zona de medición (3), de forma perpendicular a la columna inclinada (7).
  18. 18.- Instalación según la reivindicación 10 en el que la zona de medición (3) es un tapiz rodante. 60
  19. 19.- Instalación según la reivindicación 10 en el que la zona de medición (3) es un pasillo acondicionado para que el sujeto (1) realizase movimientos de carrera.
  20. 20.- Instalación según las reivindicaciones 18 ó 19 en el que la columna inclinada (7) conforma un ángulo de 74o ± 2o con respecto al plano horizontal.
  21. 21.- Instalación según las reivindicaciones 18, 19 ó 20 en el que la columna inclinada (7) es telescópica, comprendiendo un elemento telescópico superior (7.1) y un elemento telescópico inferior (7.2) dispuestos sobre 5 una base (7.3), en donde, la altura de dicha columna inclinada (7) es ajustada según el tipo de zona de medición (3).
  22. 22.- Instalación según la reivindicación 21 en el que la cámara de video digital (4.1) y la fuente de leds (4.2) están dispuestas en el extremo superior del elemento telescópico superior (7.1) de la columna inclinada (7). 10
  23. 23.- Instalación según las reivindicaciones 18 y 22 en el que la cámara de video digital (4.1) está situada a 50 cm ± 5 cm de la superficie superior del tapiz rodante.
  24. 24.- Instalación según las reivindicaciones 19 y 22 en el que la cámara de video digital (4.1) está situada a 50 cm 15 del suelo.
  25. 25.- Instalación según la reivindicación 1 en el que el módulo de salida de información (6) incluye una pantalla (6.1).
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