ES2602458T3 - Evaluación de la marcha - Google Patents

Abstract

Un procedimiento de monitorización o evaluación del movimiento de las extremidades de un cuerpo humano o animal cuando se realiza actividad cíclica repetitiva, que comprende las etapas de asegurar una unidad (10) de medición de sensor correspondiente a cada una de las extremidades (11; 14) que se van a monitorizar, cada unidad de medición de sensor se asocia con un receptor para datos generados de este modo, caracterizado porque el método comprende las etapas de: - Sincronizar la operación de las unidades (10) de medida del sensor; y - Ensamblar y análizar los datos de las unidades (10) de medida del sensor para determinar la fase relativa de los movimientos de las extremidades en el curso de la realización de la actividad cíclica repetitiva utilizando técnicas de correlación cruzada.

Description

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DESCRIPCION

Evaluacion de la marcha

Esta invencion se refiere a un metodo para monitorizar y evaluar el movimiento de las extremidades de un cuerpo humano o animal, cuando se realiza actividad dclica repetitiva, tal como (en el caso de un ser humano) caminar, correr, remar o nadar y (en el caso de un caballo) caminar, trotar, galope ligero y galope.

Aunque esta invencion es aplicable a las actividades dclicas repetitivas de los seres humanos y a una variedad de diferentes animales (pero principalmente mairnferos) la invencion es de particular interes con los caballos y los seres humanos y por lo tanto se describira principalmente con referencia a ellos. Sin embargo, es de entenderse que la invencion no se considera como limitada a su uso con los caballos o humanos.

Hay muchas razones por las que existe un interes en comprender el movimiento de las extremidades de los caballos y los seres humanos. En el caso de los caballos, hay intereses espedficos en si un caballo esta presentando cojera, asf como la ampliacion de la base de conocimientos de los caballos de competicion, que describen aspectos tales como se mueven las diferentes razas, interaccion caballo/jinete y el efecto de las superficies y las condiciones climaticas en el rendimiento de un caballo. El caballo moderno se utiliza principalmente para propositos atleticos y se tiene que desempenar en una variedad de terrenos y superficies. Hay un creciente reconocimiento de que estos son factores importantes en la capacidad de rendimiento y la solidez de un caballo y pueden tener un efecto sobre el patron de marcha de un caballo individual.

La cojera es una de las causas principales de que un caballo no alcance todo su potencial atletico y tiene consecuencias financieras masivas a los propietarios y entrenadores de todo el mundo. Por lo tanto, el reconocimiento temprano de una alteracion de la marcha normal, debido a un trastorno funcional o estructural en el aparato locomotor afectado por la cojera, es de vital importancia para el bienestar del caballo. La observacion de los patrones de la marcha de la cojera por lo general se basan en la comparacion con una referencia normal, comunmente desde el caballo mismo, ya sea al evaluar la simetna o asimetna de la locomocion o la comparacion de los caballos antes y despues del diagnostico de bloqueo de nervios y articulaciones con analgesia local. La evaluacion precisa de los ojos requiere experiencia y se ha documentado que tienen variabilidad entre los evaluadores.

Se han utilizado estudios cineticos y cinematicos para entender la locomocion de las extremidades de un caballo para diferentes condiciones de cojera pero han puesto de manifiesto algunas consistencias. Un estudio describe adaptaciones al trote por cojera de extremidades anteriores mediante una fase de suspension reducida luego de la fase de apoyo del par diagonal afectado comparado con el par no afectado y un mayor arco de vuelo que el normal en la extremidad anterior ipsilateral no afectada. Cambios de adaptacion a la cojera en extremidades posteriores no afectan la fase de suspension en trote, pero resulta en un menor y mas corto arco de vuelo de la extremidad afectada en comparacion con la extremidad ipsilateral no afectada. Se puede afectar la coordinacion de la ubicacion de la extremidad por la suspension asimetrica durante la etapa de cojera hasta que la extremidad alcanza buen estado anterior o una carga reducida en la postura, que resulta posiblemente en una diferencia en la sincronizacion dclica de las extremidades.

Indicadores de desempeno cuantificables son utiles para seleccionar un caballo joven con potencial, o para el desempeno esperado de caballos en entrenamiento. La base de adiestramiento es el desarrollo de la simetna, el ritmo y la regularidad en todas las marchas. Actualmente se conoce poco acerca de como responden los caballos zancada a zancada en sus patrones de marcha y sincronizacion de ciclo de extremidad al dolor, tecnicas de entrenamiento, cambio de terreno y superficies. Las tecnicas actuales empleadas para analizar la marcha de un caballo incluyen: evaluacion precisa visualmente por medicos expertos; camaras opticas y plataformas de fuerza en un “laboratorio de marcha”. Con el avance de los sistemas basados inerciales utilizando acelerometros y giroscopios, durante la ultima decada estos sistemas tambien se han utilizado de forma fiable en aplicaciones de investigacion biomecanica para describir diversos aspectos de la variabilidad entre zancadas, duracion de la zancada y fase de postura y oscilacion.

Se han utilizado acelerometros para evaluar la longitud de la zancada, la frecuencia y los aspectos variables de sincronizacion de zancada de un caballo, asf como las asimetnas en el patron de marcha, como resultado de la cojera. Los acelerometros unidos a la pared del casco de una sola extremidad han demostrado ser lo suficientemente sensibles para detectar la pata encendida y la pata apagada con respecto a una superficie, y variabilidad en la interaccion de superficie de casco en diferentes superficies a velocidad. La alineacion y la fijacion del acelerometro son cnticas y normalmente se han pegado a la pared del casco con el fin de conservar la alineacion y contacto durante todo el ensayo. Adicionalmente, el acelerometro puede estar protegido contra la abrasion con cinta de aislamiento electrico. Los electronicos asociados para el acelerometro se han montado en el canon bajo un vendaje ejercicio.

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Los avances en la tecnologfa de microsistemas y microelectronica han sido significativos y han dado lugar a modulos con luces y lo suficientemente pequenos para ser montados en una extremidad del caballo proporcionando un metodo confiable de evaluacion de caractensticas de marcha de numerosas zancadas continuas derivadas de movimientos dclicos en situaciones de campo. Estos sensores inerciales de segunda generacion incorporan giroscopios con acelerometros y tienen la ventaja de ser capaces de recolectar datos de rotacion y lineales. Por lo tanto, en principio, la trayectoria del punto de montaje del sensor de tambien se puede rastrear con el tiempo. A pesar de que estos sensores son todavfa relativamente nuevos, estudios que combinan acelerometros y giroscopios han probado ser confiables en detectar la cojera de las extremidades anteriores y posteriores. Tambien se han utilizado los sensores para medir la diferencia de fase entre el movimiento asimetrico de la espina ilfaca anterosuperior izquierda y derecha en caballos cojos. El tiempo que transcurre entre cada apoyo medio del casco se ha descrito en el galope los caballos de carreras de pura sangre utilizando la traza de aceleracion dorsoventral de un acelerometro unido al esternon. Tambien se ha utilizado el mismo acelerometro unido al esternon para recolectar datos de trote de caballos de raza estandar de propulsion y distancia media que se apoyan con lo cascos

Ha habido propuestas para utilizar cuatro Unidades de Medicion de Inercia (IMU) montados en los cascos para estudiar el efecto de la velocidad en el parametro de zancada en caballos de carrera, para definir la fase de inicio, fin, duracion y aerea de la zancada. Tal como se ha descrito en el documento US2007/0130893A1. Aqm, los datos generados por los sensores se transmiten a un receptor para analisis en tiempo real o para almacenamiento y posterior descarga y analisis. Sin embargo no es facil de unir IMU a las paredes de cascos suficientemente estables sin pegarlos, lo que resulta poco practico para el uso diario fuera de una situacion de investigacion.

Tambien se hace referencia al documento WO2006/009959, que describe un aparato de diagnostico de bajo coste y metodo para la evaluacion de la marcha de un caballo, utilizando sensores unidos a una extremidad y una unidad de control que recibe senales detectadas para generar una indicacion de la marcha, por ejemplo por comparacion con valores de umbral o de referencia estandar.

Para el ser humano, la evaluacion de la marcha se relaciona directamente con su su capacidad para caminar o correr de forma simetrica y uniforme. Esto es relevante para las personas con un problema en uno o ambos de sus extremidades inferiores o la espalda, que puede causar asimetna en el movimiento, o su sistema nervioso puede afectar a su movimiento de las extremidades inferiores.

Para las personas con una lesion de rodilla, su patron de caminar no es simetrica. Es importante que antes de la cirugfa se conozca y documente la situacion antes del tratamiento. Esto se evalua visualmente por fisioterapeutas experimentados o medicos ortopedicos, o en casos especiales utilizando camaras opticas y placas de fuerza en un “laboratorio de la marcha”.

Las personas con un problema de espalda tienden a caminar con una marcha asimetrica con el fin de aliviar el dolor. Esto pone presion adicional sobre las articulaciones y los musculos particulares, que en ultima instancia puede conducir a la cirugfa.

Algunas personas cambian su paso a medida que envejecen, haciendolos menos estable al caminar. Si este cambio en la marcha no se detecta entonces la persona puede caer, causando malestar y, a menudo requiere intervencion quirurgica. Si se ha detectado el patron de marcha anormal antes de ocurra una cafda entonces se deben presentar ejercicios y lo ideal sena prevenir las cafdas.

Estos son solo algunos de los ejemplos en los que la salud de una persona se relaciona con su perfil de marcha. Hay muchos otros, incluyendo pacientes diabeticos propensos a ulceras en las piernas, pacientes con hidrocefalia, las personas con enfermedad de Parkinson y personas dotadas de una protesis u ortesis.

Tambien hay aplicaciones en las que los deportistas profesionales podnan beneficiarse de una mejora en su perfil de marcha. Sin embargo, con el fin de identificar donde se pueden hacer mejoras, es necesario primero cuantificar la marcha. Convencionalmente, esto se hace usando sistemas opticos y / o placas de fuerza en un entorno controlado. Recientemente, el progreso en la tecnologfa de microsistemas ha permitido que se determine longitud de zancada y frecuencia de zancada para determinar cuando los sensores se montan en el pie, aunque la precision no es lo suficientemente buena para identificar los cambios sutiles en la marcha que introducen asimetnas en movimiento.

Las tecnicas de medicion desarrollados hasta la fecha, determinan la fase de postura y oscilacion en cada extremidad y su fase relativa, se basan en la monitorizacion de eventos y espedficamente pie abajo y fie afuera. Las limitaciones de este metodo cuando se utiliza un sistema optico son la cantidad limitada de datos y el tiempo de procesamiento requerido. Cuando se utiliza un sistema basado en inercia la limitacion es que el modulo de sensor se debe montar en un casco o en el pie. Por lo tanto, ambos metodos no son adecuados para el uso diario.

Es un objetivo principal de esta invencion proporcionar un nuevo metodo para la caracterizacion de la relacion temporal entre los movimientos de las extremidades de una actividad dclica repetitiva humana o animal. En el caso

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de un caballo, el metodo permite el seguimiento de los movimientos de cada canon, en una variedad de marchas. En el caso de un ser humano es el muslo y la pantorrilla el movimiento en cada pierna que puede ser objeto de seguimiento. En sus aspectos preferidos, este metodo se basa en la suposicion de que los movimientos en un caballo de la region del tarso / metacarpo pueden ser representados por formas de onda de forma similar y frecuencia identica. Para el ser humano es el movimiento de la region del muslo / pantorrilla. La funcion de correlacion cruzada se utiliza entonces para determinar el angulo de fase entre una referencia designada y las otras tres regiones.

De acuerdo con el aspecto mas amplio de esta invencion, se proporciona un metodo de vigilancia para evaluar el movimiento de las extremidades de un cuerpo humano o animal cuando se realiza actividad dclica repetitiva, que comprende las etapas de:

- asegurar una unidad de medicion de sensor correspondiente a cada una de las extremidades que se va a controlar, cada unidad de medicion de sensor esta asociada con un receptor para los datos generados de este modo;

- Sincronizar la operacion de las unidades de medida del sensor;

- Ensamblar el analisis de los datos de las unidades de medida del sensor para determinar la fase relativa de los movimientos de las extremidades en el curso de la realizacion de la actividad dclica repetitiva utilizando tecnicas de correlacion cruzada.

El metodo de esta invencion se basa en la hipotesis de que las unidades de medida de los sensores montados en las extremidades pueden ser usadas para medir las relaciones de fase temporales entre los ciclos de extremidades. Para los caballos esto es en diferentes posturas en las superficies de diferentes caractensticas ffsicas. Para los seres humanos es a diferentes velocidades en una variedad de terrenos, incluyendo escaleras. Preferiblemente, cada unidad de medicion del sensor se encuentra en la forma de una unidad de medicion inercial, incluyendo tres giroscopios y acelerometros ortogonales entre sf y, ventajosamente, cada uno comprende un dispositivo de sistemas microelectromecanicos (MEMS), aunque es posible aplicar el metodo con una unidad de medicion inercial en la forma de un unico girocompas del eje z.

Un objetivo particular de esta invencion ha sido desarrollar un metodo robusto de la medicion de las relaciones de fase de extremidad temporal entre los ciclos de las extremidades. En el caso de un caballo, esto puede ser cuando se encuentra en diferentes posturas y en las superficies con diferentes caractensticas ffsicas. En el caso de un ser humano, puede ser a distintas velocidades y terrenos incluyendo escaleras. Como consecuencia de ello, ha sido posible realizar investigaciones experimentales sobre el efecto de la marcha, la superficie y la direccion de las caractensticas de diferencia de fase de la locomocion de los caballos y seres humanos.

En un metodo preferido, los datos reunidos son indicadores de por lo menos una de la rotacion de extremidad y rotacion de articulacion. En el caso de un caballo, las unidades de medida del sensor se pueden fijar para determinar la rotacion de articulacion de menudillo o articulaciones de las rodillas anteriores (en las patas anteriores) y las articulaciones del corvejon trasero (en las patas posteriores). En lugar de determinar la rotacion de articulacion, o quiza ademas de que, los datos reunidos pueden ser indicadores de por lo menos la posicion espacial de la extremidad cuando esa se mueve en el curso de la actividad dclica. En el caso de un ser humano, las unidades de medida de sensor pueden estar en la pantorrilla y / o el muslo o el pie de cada pata y tambien puede medir el angulo de flexion de rodilla o tobillo.

Los datos de cada unidad de medicion de sensor se pueden almacenar localmente en el receptor montado en el cuerpo humano o animal en una ubicacion conveniente, para la carga posterior a un ordenador en el que los datos se analizan para una evaluacion de la eliminacion progresiva de las extremidades durante la actividad dclica. En la alternativa, los datos de cada unidad de medicion de sensor se pueden transmitir en tiempo real a un receptor de datos distante del cuerpo humano o animal, desde en donde se cargan los datos a un ordenador para analisis de una evaluacion de la eliminacion progresiva de los movimientos de las extremidades. La evaluacion puede comprender solo monitorizacion de la marcha, o podna comprender la observacion, el calculo o el registro de la marcha, como se requiere para el proposito pretendido particular.

A modo de ejemplo de diversos aspectos preferidos del metodo de esta invencion cuando se aplica a un caballo y el aparato utilizado en realizar aquellos metodos se describiran ahora en detalle. Se hara referencia en lo siguiente a los dibujos acompanantes, en los que:

Las figuras 1 A y 1 B muestran respectivamente la unidad de sensor y el sensor ubicado en un vendaje para caballos;

La figura 2 muestra la respuesta de frecuencia de filtro de paso alto de ganancia con frecuencia;

La figura 3 muestra la senal de salida de un ensayo de giroscopio, con la senal de salida pre y post que muestra el efecto mmimo de filtrado usando un sistema de filtro de paso alto;

La figura 4 es una representacion esquematica de las senales teoricas a partir de dos extremidades de un caballo de una unidad de medicion inercial;

5 La figura 5 muestra los angulos de canon tomado de fotos Muybridge publicadas en trote tomadas hace mas de 100 anos;

La figura 6 muestra la salida de los giroscopios sin retardo de muestra aplicada;

La figura 7 muestra la salida de los giroscopios con un retardo de 25 muestras aplicadas;

La Figura 8 muestra la salida de los giroscopios con un retardo de 59 muestras aplicadas;

10 La Figura 9 muestra la salida de correlacion cruzada;

Las figuras 10a, 10b, 10c y 10d muestran las senales procesadas de caballo 1 que camina en lmea recta en superficies duras y blandas (a y b) y trote en lmeas rectas sobre superficies duras y blandas (c y d);

Las figuras 11a y 11b muestran senales procesadas de caballo 2 que muestra galope ligero a trotar en drculos izquierda (a) y derecha (b);

15 La figura 12 muestra dos unidades de sensores montados en la pantorrilla y el muslo de una pierna humana, el uso de correas por encargo; y

La Figura 13 muestra la salida procesada para una persona que camina.

Se llevan a cabo ensayos utilizando Unidades de Medicion de Inercia disponibles comercialmente (IMU) que registran en seis grados de libertad (6DOF), en este caso la Unidad de Pegasus 1: ETB, Codicote Reino Unido. 20 Cada IMU se muestra en 10 en la Figura 1A y tema un peso total de 54 gramos, midiendo 73x36x19 mm. Cada IMU contema un acelerometro 5g tri-axial y tres de un solo eje, giroscopios 1200 grados / s seguido de filtros anti distorsion con una frecuencia de corte de aproximadamente 50 Hz, cuyas salidas fueron muestreadas con un conversor analogo a digital de 12bit en una frecuencia de 102.4 Hz.

Cada IMU estaba unido a una extremidad 11 de un caballo (Figura 1 b) por medio de una correa 12 de tela provista 25 de cierres de gancho y sujetador 13, de manera que cada sensor registra la aceleracion y velocidad angular en un marco de referencia que se adjunta a, y se mueve con, la extremidad del caballo. La Figura 12 muestra una IMU similar sujeto a una pierna 14 humana de nuevo por medio de una correa 15 provista con sujetadores 16 tipo gancho, para permitir la grabacion de la aceleracion y la velocidad angular de la extremidad a la que esta unida la IMU. Cada IMU tema una precision de 1 ppm (equivalente a 3,6 milisegundos por hora) de una referencia rastreable 30 a normas nacionales con el objetivo alcanzar menos de 10 milisegundos por hora con relacion desviacion relativa entre las unidades despues de sincronizacion establecido en fabrica. El intervalo de muestra es de 1 / 102.4 o 9.77mS que es mayor que la desviacion relativa entre dos unidades en una hora. Al comienzo de cada dfa de la adquisicion de datos, la IMU se sincroniza con un reloj de la computadora por un pulso simultaneo enviado a cada unidad, y se calibro para grabacion utilizando espedficamente software escrito - version Poseidon 4.0 (ETB, 35 Codicote, RU).

Procesamiento de datos

Una compleja serie de senales que comprenden datos de aceleracion y de rotacion a lo largo de los tres ejes ortogonales del sistema de coordenadas locales de la unidad se muestrearon a 102.4Hz.

Las salidas del convertidor analogico a digital se transformaron en unidades ISO utilizando una tabla de calibracion 40 apropiada para cada dispositivo. Los datos transformados se filtraron usando un filtro digital de paso alto de respuesta de impulso finito con una frecuencia de corte de 0.15 Hz y ganancia de paso de banda de unidad. Esta respuesta de frecuencia se muestra en la Figura 2.

La respuesta de paso de banda plana y la frecuencia extremadamente baja de corte del filtro imponen una minima distorsion en la senal medida (vease Figura 3). Este proceso de filtrado solo sirve para eliminar cualquier desfase de 45 residuo potencial provocado por la temperatura y / o desviacion de sensor de tiempo y no tiene efecto en la salida del sensor debido al movimiento del caballo.

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Se utilizo un metodo de correlacion estad^stica para determinar las relaciones temporales entre las respectivas extremidades, y para evaluar el rendimiento relativo de ambos acelerometros y giroscopios en la medicion de estas relaciones temporales. Esto se baso en la suposicion de que cada extremidad muestra un movimiento dclico o sinusoidal similar. La correlacion cruzada sirve para dos propositos: en primer lugar, la magnitud de su coeficiente da una indicacion de la validez de la hipotesis subyacente de la similitud en el movimiento dclico de las extremidades entre las extremidades; y en segundo lugar, se calculo un cambio temporal entre ciclos de extremidades cuando el coeficiente fue maximo.

Dadas dos senales periodicas de forma similar de la misma frecuencia fue entonces posible utilizar la funcion de correlacion cruzada para determinar la relacion de fase entre dichas senales. La correlacion cruzada es una funcion de un retardo de tiempo, y se define como:

+oo

(/*&)(*)= \ f k)g{t+T.)dx

En donde f * indica el conjugado complejo de f.

La funcion discreta equivalente de correlacion cruzada se define como:

+oo

(f * g)M = £/* [m + m]

moo-oo

Este retardo de tiempo monotonamente creciente se anade a una de las funciones, cambiando efectivamente en el tiempo con respecto a la otra. Para cada valor de tiempo de retardo se integra el producto de las funciones desplazadas y no desplazadas. Entre mas similar lleguen a ser las funciones desplazadas y no desplazadas, mayor sera el valor acumulado. Por el contrario, siempre que una funcione desplazada y no desplazada. Esto es porque siempre que una funcion desplazado o no desplazada tenga el mismo signo su producto sera positivo. Por el contrario, siempre que una funcion desplazada o no desplazada tenga signos opuestos su producto sera negativo y tendera a reducir la integral general. Por lo tanto el desplazamiento de tiempo que corresponde al pico de la funcion de correlacion cruzada representa el punto de coincidencia mas cercano.

Un ejemplo teorico del movimiento ciclico de las extremidades anteriores y posteriores se da en la figura 4. Estos movimientos dclicos pueden ser representados como dos ondas sinusoidales. Se han agregado pequenas perturbaciones (picos menores) que representan posiblemente el punto de contacto del casco. Usando el metodo de correlacion cruzada de la fase entre las dos senales senan 50 muestras, pero si se alinearan las perturbaciones senan 60 muestras.

Ejemplo de caballo

La Figura 5 muestra los angulos de canon para las cuatro patas de un caballo cuando esta en trote, tomada de fotograffas de Muybridge y que son bien conocidas en la tecnica. Utilizando el sistema descrito anteriormente, las Figuras 6 a 8 ralentizan las salidas del giroscopio de una ventana 512 de muestra tomada de un registro de un caballo al trote. El ancho de la ventana es importante. Cuanto mas amplia sea la ventana, mas preciso sera el resultado, debido a que la correlacion cruzada operara durante mas ciclos de las formas de onda. Sin embargo, esto debe equilibrarse con la necesidad de mantener una marcha constante durante un largo penodo de tiempo. El ancho mmimo de la ventana debe ser de al menos un periodo completo de ambas formas de onda, lo que implica al menos una y media zancada en la marcha. Para una marcha lenta a aproximadamente 0.8 Hz requerina casi dos segundos. Un compromiso de 256 muestras, o aproximadamente 2.5 segundos se considero adecuado. Las senales se toman de los giroscopios que miden el eje de rotacion perpendicular a la direccion de movimiento de avance del animal y en el plano tangencial al vector de gravedad. Este eje es de aproximadamente el eje de articulacion de la rodilla o la articulacion del corvejon y por lo tanto proporciona la senal maxima. Las figuras 6 a 8 muestran la correlacion cruzada entre las extremidades posterior izquierda y las extremidades anterior izquierda. El cambio de tiempo se aplica a los seguimientos de la extremidad posterior izquierda, y por lo tanto el resultado es el retardo de fase de la extremidad anterior izquierda con respecto a la extremidad posterior izquierda.

La magnitud de la funcion de correlacion cruzada en un retardo de 25 muestras, como se muestra en la figura 7 se muestra en la Figura 9 por la lmea x = 25 marcado en esa figura, en el que el eje x corresponde al numero de muestras de retardo anadido a la senal posterior izquierda; esa lmea marca el punto en el que el retardo es de 25 muestras y el valor de la funcion de correlacion es de aproximadamente -6. La lmea x = 59 marca el punto en el que

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el retardo es de 59 muestras y el valor de la funcion de correlacion esta en su maximo de casi 11. La magnitud de la funcion de correlacion cruzada en un retardo de 59 muestras, como se muestra en la Figura 8 se muestra tambien en la Figura 9, por la lmea x = 59. De hecho, este es el punto en el que la funcion de correlacion es un maximo y por lo tanto es el punto de coincidencia mas cercano. La salida de correlacion cruzada para este ejemplo se muestra en la figura 9. Por lo tanto, el retardo de fase de la extremidad anterior izquierda con respecto a la extremidad posterior izquierda es de 59 muestras.

Con el fin de convertir el retardo de muestra en una fase, es necesario identificar el penodo del ciclo. Cuando una funcion se correlaciona contra sf misma, la funcion de correlacion cruzada se convierte en la funcion de autocorrelacion. Se debe tener cuidado con la interpretacion de la salida de la funcion de autocorrelacion, ya que un retardo cero debe producir necesariamente el valor maximo debido a que corresponde al cuadrado de la funcion. Sin embargo, el segundo pico se produce cuando el retardo es igual al penodo de la funcion. Como un angulo de fase esta corresponde a radianes, pero aqu es conveniente citar la fase como un porcentaje del penodo de zancada.

Las senales procesadas describen la diferencia de fase temporal de las extremidades con respecto a una extremidad de referencia y se expresan como un porcentaje del ciclo de zancada de extremidad de referencia. En una caminata, los valores de la mediana son 33, 49 y 81%. Al trote sobre la superficie dura, los valores promedio son de 15, 50 y 65%. A galope ligero en la superficie suave de la rienda izquierda, los valores son 25, 30 y 53%.

Como se menciono anteriormente, las figuras 10a y 10b muestran senales procesadas del caballo 1 que camina en lmea recta sobre superficies duras y blandas, respectivamente, y las figuras 10c y 10d son para el mismo caballo que trota en lmeas rectas sobre superficies duras y blandas, respectivamente. Cada ciclo de extremidad individual se representa como el porcentaje del desplazamiento de fase temporal que ocurre en comparacion con el ciclo de zancada de extremidad (extremidad 1) de referencia. La senal procedente de b y d en la superficie blanda muestra claramente que el caballo se detuvo y giro entre cada longitud de la diagonal.

Las figuras 11a y 11b muestran senales procesadas del caballo 2 cuando hace galope ligero a trote en los drculos de la mano izquierda y derecha, respectivamente. Las transiciones entre trote y galope estan claramente indicadas por un cambio en el ciclo de las extremidades, proporcional a la extremidad de referencia (extremidad 2). El caballo 2 comenzo el cfrculo de la izquierda (a) al trote entre los 7 y 16 segundos donde se produjo una transicion a galope ligero. Se mantuvo un trote ligero y ocurrio una transicion a trote a los 50 segundos. El cfrculo de la derecha (b) muestra un galope menos estable con una transicion del trote al galope en 20 segundos, un trote-galope ligero-trote interrumpido entre 39 y 60 segundos, seguido por trote ligero hasta 70 segundos, luego un trote.

La salida del giroscopio alrededor del eje de articulacion (eje z) proporciona un metodo confiable de las senales de correlacion de extremidades del individuo sobre cualquier superficie en cualquier marcha, a partir de las formas claras de senal dclicas obtenidas. Al realizar la funcion de autocorrelacion de las salidas del giroscopio para todos las extremidades se correlacionan para todos las marchas en una variedad de superficies, por lo que es adecuado para una sincronizacion de diferencia de fase.

Los resultados del procesamiento de la senal demuestran la robustez de la tecnica. La funcion de correlacion es un metodo matematico para la determinacion de la relacion de fase entre dos senales. El metodo no requiere ninguna entrada subjetiva, tal como un operador que determina cuando ha sucedido un evento en particular. La integracion del producto de formas de onda de correlacion mejora la relacion senal a ruido y reduce por lo tanto el ruido presente en la zancada individual, en particular a medida que aumenta el ancho de la ventana.

La tecnica es independiente de la amplitud y desfase de desplazamiento y, por lo tanto, es extremadamente tolerante de la unidad de desalineacion y la desviacion de la temperatura. El metodo de medicion no tiene restricciones y es capaz de grabar largos penodos de movimiento que resultan en la posibilidad de perfilar relaciones de diferencia de fase temporal de ciclo de extremidades.

El metodo de medicion es independiente y se puede utilizar para todos los tipos de marcha en cualquier superficie. Explicacion para un humano

En el caso de un humano la fase temporal entre la extremidad izquierda y derecha debe ser del 50% por ciento si la marcha es simetrica. Esto se puede determinar al comparar los datos del sensor de la misma porcion de cada extremidad, por ejemplo, la pantorrilla o el muslo.

La eliminacion progresiva entre la pantorrilla y el muslo sera espedfica para la forma en que un individuo se mueve. Sin embargo, de nuevo por la simetna de la diferencia entre la pantorrilla y el muslo la eliminacion temporal debe ser la misma para ambas extremidades, con un modo de marcha simetrica.

Por lo tanto, las asimetnas se pueden determinar mediante la comparacion de la eliminacion de una o mas unidades en ambas extremidades, por ejemplo,

Pantorrilla izquierda

Referencia de marcha simetrica Referencia de marcha asimetrica

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Muslo izquierdo

20% 18%

Pantorrilla derecha

50% 48%

Muslo derecho

70% 70%

Pantorrilla derecha - pantorrilla izquierda -50%

0% -4%

(Muslo derecho-pantorrilla derecha)-(muslo izquierdo- pantorrilla izquierda)

0% 4%

En el caso de la marcha asimetrica el movimiento temporal de la pantorrilla derecha es mas temprano al 2% de la duracion de la zancada y el muslo derecho se mueve despues sobre la pantorrilla derecha, cuando se compara con el movimiento del muslo izquierdo, pantorrilla izquierda. Esto resultana en un movimiento articular diferente con tiempo entre la pata izquierda y derecha.

Explicacion para un caballo

Para un caballo en una marcha simetrica (caminata o trote) la fase de extremidad temporal entre dos extremidades posteriores y dos extremidades debe ser 50%. Tambien en el trote la fase temporal entre una extremidad posterior y la correspondiente extremidad anterior diagonal debe ser igual. Por lo tanto, al monitorizar el trote como una marcha simetrica se puede determinar cualquier asimetna temporal en el movimiento.

A modo de ejemplo, si se determina la fase de extremidad temporal al colocar una unidad de sensor en la misma parte de cada extremidad, por ejemplo, el hueso metacarpo / carpo entonces se puede determinar la asimetna temporal en la marcha.

Posterior izquierda

Referencia de marcha simetrica Referencia de marcha asimetrica

Anterior izquierda

10% 12%

Posterior derecha

50% 48%

Anterior derecha

60% 58%

Posterior derecha - posterior izquierda -50%

0% -2%

(anterior derecha-posterior

0% -2%

derecha)-(anterior izquierda- posterior izquierda)

En este ejemplo, el movimiento temporal posterior derecho es del 2% antes de lo que deberfa ser y el movimiento anterior derecho tambien es del 2% antes.

Comparacion con otros metodos de fase temporal

La fase de extremidad temporal obtenida utilizando el metodo de correlacion cruzada difiere de otros datos 5 publicados, cuando se han comparado eventos en diferentes extremidades. Esto se puede explicar con referencia a la Figura 4. Las dos ondas sinusoidales pueden tomarse como el movimiento cfclico en las extremidades anterior y posterior. Se pueden tomar pequenas perturbaciones como el punto de contacto de casco. Utilizando el metodo de correlacion cruzada la fase entre dos senales seria 50 muestras, pero si se alinean perturbaciones serfa de 60 muestras

10 con referencia a los datos de movimiento para un caballo en trote, obtenido por el metodo Muybrigde, que se ha traducido en el movimiento del canon en cada extremidad sobre la duracion de la zancada mediante el metodo de esta invencion como se muestra en la figura 5, es claro que las extremidades posteriores se mueven por adelantado a las extremidades anteriores. Las extremidades posteriores gufan a las extremidades anteriores en aproximadamente un 15%, lo que esta en consonancia con los hallazgos en este documento. Por lo tanto el evento 15 de pie abajo, se produce en un punto diferente en el ciclo de movimiento de canon para las extremidades anteriores y posteriores en el trote.

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   Reivindicaciones

   1. Un procedimiento de monitorizacion o evaluacion del movimiento de las extremidades de un cuerpo humano o animal cuando se realiza actividad dclica repetitiva, que comprende las etapas de asegurar una unidad (10) de medicion de sensor correspondiente a cada una de las extremidades (11; 14) que se van a monitorizar, cada unidad de medicion de sensor se asocia con un receptor para datos generados de este modo, caracterizado porque el metodo comprende las etapas de:

   - Sincronizar la operacion de las unidades (10) de medida del sensor; y

   - Ensamblar y analizar los datos de las unidades (10) de medida del sensor para determinar la fase relativa de los movimientos de las extremidades en el curso de la realizacion de la actividad dclica repetitiva utilizando tecnicas de correlacion cruzada.
2. 2. Un metodo como se reivindica en la reivindicacion 1, en el que los datos ensamblados son indicadores por lo menos uno de rotacion de extremidad y rotacion de articulacion.
3. 3. Un metodo como se reivindica en la reivindicacion 1 o la reivindicacion 2, en el que los datos ensamblados son indicadores de por lo menos posicion espacial de extremidad cuando la extremidad (11; 14) se mueve en el curso de la actividad dclica, ya sea en lugar de o de adicion de a por lo menos una de rotacion de extremidad y rotacion de articulacion.
4. 4. Un metodo como se reivindico en una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que los datos de cada unidad (10) de medicion de sensor se almacenan localmente en el receptor para posterior carga a un ordenador en donde se analizan los datos para una evaluacion de las fases de las extremidades durante la actividad dclica.
5. 5. Un metodo como se reivindico en cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, en el que los datos de cada unidad (10) de medicion de sensor se transmiten en tiempo real a un receptor de datos y luego se cargan en un ordenador en el que los datos se analizan para una evaluacion de las fases de los movimientos de extremidad.
6. 6. Un metodo como se reivindico en cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que cada unidad (10) de medicion de sensor comprende por lo menos un giroscopio y por lo menos dos acelerometros, dispuestos para detectar el movimiento con dos grados de libertad.
7. 7. Un metodo como se reivindico en la reivindicacion 6, en el que cada unidad (10) de medicion de sensor incluye un acelerometro triaxial.
8. 8. Un metodo como se reivindico en la reivindicacion 7, en donde cada unidad (10) de medicion del sensor incluye tres giroscopios de un eje con sus ejes de deteccion dispuestos mutuamente ortogonalmente.
9. 9. Un metodo como se reivindico en cualquiera de las reivindicaciones precedentes y adaptado espedficamente para uso en evaluar la marcha de un caballo, en el que cada unidad (10) de medicion del sensor se asegura al canon (11) de una pata de caballo, y preferiblemente cada unidad de medicion de sensor define un giroscopio de eje z y las salidas de los ejes z se utilizan para correlacionar funcion de extremidad rotacional.
10. 10. Un metodo como se reivindica en cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8 y se adapta espedficamente para su uso en evaluar cualquier marcha de un caballo, en el que las unidades (10) de medicion del sensor se disponen para detectar el angulo de articulacion y los angulos detectados se correlacionan para evaluar las fases relativas de las extremidades cuando se realiza actividad dclica.
11. 11. Un metodo como se reivindico en la reivindicacion 10, en el que se hace una evaluacion de fases separada para por lo menos dos marchas diferentes del caballo y se comparan las evaluaciones de fases separadas para obtener los datos de fase relativos de los movimientos de extremidad.
12. 12. Un metodo como se reivindica en la reivindicacion 10 o reivindicacion 11, en el que las unidades (10) de medicion de sensor se aseguran a las extremidades (11) del caballo para determinar uno de la rotacion de articulacion del menudillo o articulaciones de rodilla anteriores (en las patas anteriores) y articulaciones de corvejon posteriores (en las patas posteriores).
13. 13. Un metodo como se reivindico en cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que cada unidad (10) de medicion de sensor comprende un dispositivo MEMS (sistemas microelectromecanicos).
14. 14. Un metodo como se reivindica en cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8 y se adapta para uso en evaluar asimetnas entre la pierna izquierda y derecha de un ser humano.
15. 15. Un metodo como se reivindica en cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que se hace una evaluacion de fase separada para por lo menos una ubicacion en cada extremidad y duracion de zancada y se

    5 determina la fase relativa, per preferiblemente se hace una evaluacion de fase separada para por lo menos dos ubicaciones en cada extremidad para determinar cualquier asimetna en el movimiento temporal entre ubicaciones comparables.