Diseño y validación de un dispositivo para la cuantificación de la lordosis lumbar basado en sensores inerciales

Abstract

El dolor de espalda sigue siendo un problema importante en la actualidad y, la lumbalgia es una de sus consecuencias más directas y habituales. Se puede decir que es un preocupante problema a nivel mundial y no se conocen estrategias de tratamiento que realmente sean eficaces. Es la enfermedad reumática más atendida en centros de salud y clínicas y tiene como resultado un considerable gasto financiero, de mano de obra y de costes sociales. Se ha visto que, si bien numerosas patologías se han asociado al dolor lumbar, a menudo es difícil establecer una causa clara o un factor para determinar el origen de ese dolor en la persona. La mayoría de lumbalgias atendidas se etiquetan como "no específica" debido a la incertidumbre acerca de la exactitud y validez de otro diagnóstico. No obstante, se sabe que el dolor lumbar está relacionado con el control motor de la zona lumbar y la ejecución correcta del movimiento y se ha demostrado que las terapias de actividades preventivas y de readaptación, la realización de actividades deportivas y el control postural en actividades de la vida diaria tiene efectos positivos sobre la mejora del movimiento, la postura, el dolor y, en definitiva, la calidad de vida. Por tanto, se piensa que son las posturas incorrectas, los movimientos repetitivos y sobreesfuerzos alguna de las causas de esta incapacidad. Es en este punto en dónde juega un papel clave la necesidad del control de la estabilidad dinámica del raquis. Se ha de tener en cuenta que el control queda, en última instancia, expenso a criterios puramente subjetivos y arbitrarios, por lo que los especialistas de la prescripción de actividad física, médicos o fisioterapeutas, realizan su trabajo con diversas complicaciones al no existir una tecnología capaz de valorar de una manera precisa, válida y fiable la estabilidad dinámica del raquis. Tradicionalmente, los métodos de observación en el tratamiento de patologías raquídeas utilizaban goniómetros o dispositivos similares. Estas técnicas han demostrado tener variables niveles de fiabilidad y validez. Por otra parte, los sistemas de seguimiento ópticos proporcionan una fuerte fiabilidad y precisión, pero están limitados para su uso en laboratorios. Las técnicas utilizadas desde hace más de 25 años intentaban cuantificar los movimientos de la zona lumbar en tiempo real con una posición estática del usuario o paciente. Muchos de estos estudios demuestran la validez y fiabilidad de los dispositivos de biofeedback con mediciones de los movimientos de la columna vertebral mediante la unión de varios sensores a la columna. Además, gracias al desarrollo de textiles inteligentes confortables con capacidad de reaccionar al medio externo monitorizar distintas variables, se prevé una gran variedad de posibilidades de desarrollo en el ámbito de los sensores integrados frente a otras tecnologías. Por lo tanto, parece apropiado plantear la validación y el desarrollo de un dispositivo tecnológico para medir la curvatura lumbar con sensores inerciales que permita cuantificar los cambios de la lordosis lumbar de forma eficiente, eficaz y objetiva mediante un software específico que permita recibir, procesar, registrar y visualizar los datos generados por el dispositivo para su posterior análisis y, que estos datos se puedan obtener también a través de la telefonía móvil o/y otros dispositivos portátiles como móviles o tablets. A partir del objetivo de estudio, se comenzó la primera fase con el diseño y el desarrollo del dispositivo y del software del mismo, y se llevó a cabo integración del dispositivo en el textil. Para la validación y fiabilidad mecánica se diseñaron unas piezas con curvas predeterminadas, y la fiabilidad dinámica se realizó mediante la realización de los Test de corsé en decúbito prono, Test de corsé en decúbito prono modificado: anteversión y el Test de corsé en decúbito prono modificado: retroversión. Se controlaron además los cambios con una Unidad de Biofeedback de Presión. Por su parte también se midió la percepción subjetiva de confort durante las pruebas experimentales a los participantes. La fase II de validación mecánica evaluó a la vez la validez y fiabilidad técnica del dispositivo para medir, de forma segmentaria, la curvatura del raquis lumbar, a partir de las mediciones estáticas realizadas por cada uno de los sensores en las diferentes condiciones experimentales planteadas. El análisis de los resultados de los test de validez y de fiabilidad absoluta y relativa probaron la validación mecánica del dispositivo, y revelaron que el uso de sensores inerciales es válido y fiable para realizar mediciones que aporten datos objetivos y precisos sobre la medición y cuantificación de una determinada curva del raquis lumbar mediante la utilización de los sensores inerciales (acelerómetros tri-axiales y giroscopios) integrados en el textil del dispositivo. En la fase III se realizó la validación dinámica, que evaluó la fiabilidad del cinturón. Los resultados de los procesos experimentales aprobaron la fiabilidad dinámica del cinturón, y demostraron que el cinturón es capaz de registrar y cuantificar, de forma fiable, los diferentes cambios en la disposición segmentaria de la curvatura del raquis lumbar mediante el uso de los sensores inerciales (acelerómetros tri-axiales y giroscopios) integrados en el textil del dispositivo. Finalmente, los resultados del confort Tal como mostraron los resultados del test de confort realizado por los participantes, en todas las categorías se obtuvieron unas sensaciones de confort bastante elevadas en el uso del dispositivo. En conclusión, los resultados expuestos en los distintos apartados de la tesis demuestran que el cinturón Lumbatex es capaz de medir y cuantificar, de forma válida y fiable, una curvatura específica del raquis lumbar mediante la utilización de los sensores inerciales (acelerómetros tri-axiales y giroscopios) integrados en el textil del dispositivo. Asimismo, los resultados demuestran que el dispositivo es capaz de registrar y cuantificar, de forma fiable, los diferentes cambios en la disposición segmentaria de la curvatura del raquis lumbar mediante el uso de tales sensores inerciales integrados en el textil. Por su parte, los resultados de confort demuestran que, durante el uso del dispositivo para la toma de datos de los test de confort desarrollados en los estudios experimentales, los participantes reportaron unos valores elevados de percepción de confortabilidad, lo cual prueba que el diseño del último prototipo desarrollado resultó cómodo y adecuado para el usuario del mismo.