D1 Análisis Cinemático Avanzado

Tópico

El análisis cinemático avanzado describe el movimiento de los segmentos corporales en el espacio y en el tiempo, sin hacer referencia explícita a las fuerzas que lo causan. Esta descripción se construye reconstruyendo en tres dimensiones las trayectorias de marcadores o puntos anatómicos, a partir de imágenes capturadas simultáneamente por varias cámaras sincronizadas entre sí. La reconstrucción se apoya en la geometría proyectiva: cada cámara define un rayo óptico que va desde el plano de la imagen hacia el espacio tridimensional donde ocurre el movimiento, y la posición tridimensional de cada marcador queda determinada por el punto donde se cruzan al menos dos de esos rayos ópticos correspondientes al mismo marcador, visto desde dos cámaras distintas.

La posición tridimensional de cada marcador, una vez reconstruida cámara a cámara, se expresa como una trayectoria de coordenadas cartesianas en el tiempo, y esa trayectoria se filtra para eliminar el ruido de alta frecuencia introducido por el propio proceso de medición, conservando al mismo tiempo el rango de frecuencias bajas —hasta unos veinte ciclos por segundo— donde se concentra la información biomecánica relevante del movimiento. A partir de esas posiciones ya filtradas se obtienen la velocidad y la aceleración de cada marcador mediante diferenciación numérica sucesiva en el tiempo: la aceleración resulta especialmente sensible al ruido que pueda quedar en la señal, razón por la cual el filtrado previo de la posición es un paso crítico antes de derivar.

A partir de las trayectorias filtradas de los marcadores ubicados sobre segmentos corporales adyacentes, la cinemática articular describe cómo cambia en el tiempo la orientación relativa de un segmento corporal respecto del segmento vecino con el que forma la articulación. Esa orientación relativa se puede representar de dos maneras: mediante una secuencia de tres ángulos de rotación sucesivos, o mediante una representación alternativa que evita un problema propio de esos ángulos, en el cual ciertas combinaciones de orientación hacen que dos de los tres ejes de rotación queden alineados entre sí y el sistema pierda temporalmente la capacidad de distinguir una rotación de otra.

De esas mismas trayectorias de los marcadores se derivan directamente los parámetros espacio-temporales de la marcha: la frecuencia con que se repite cada paso, la longitud de cada paso, la velocidad de desplazamiento y la cadencia con que se suceden los pasos. Para comparar la velocidad de marcha entre especies de tamaño corporal muy distinto, esa velocidad se combina con el tamaño del animal en un número adimensional que permite juzgar si dos animales de tamaños diferentes se están moviendo, en términos relativos a su propio cuerpo, de forma equivalente o no.

El análisis cinemático avanzado con el que se abrió esta descripción encuentra en la marcha normal un comportamiento característico: la energía potencial y la energía cinética del cuerpo se intercambian de forma suave a lo largo de cada paso, y la variabilidad temporal de un paso a otro es muy baja, con un coeficiente de variación inferior al tres por ciento. En presencia de patología, en cambio, aparecen asimetrías espacio-temporales entre un lado del cuerpo y el otro, y esa variabilidad temporal aumenta de forma marcada; ambos cambios —la asimetría y el aumento de variabilidad— son, dentro del análisis cinemático avanzado, los marcadores diagnósticos fundamentales de una alteración del movimiento.

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