Importante

La Optimum Common Shape Technique (OCST, técnica óptima de figura común), la Symmetrical Center of Rotation Estimation (SCoRE, estimación de centro de rotación simétrico) y el Symmetrical Axis of Rotation Analysis (SARA, análisis del eje de rotación simétrico) son métodos basados en investigaciones que pueden ser proporcionados por Vicon bajo petición. Se recomienda utilizar el OCST, SCoRE y SARA con propósitos de investigación, debido a que la investigación y validación de los valores generados por estos métodos es un esfuerzo continuo. Es responsabilidad del usuario revisar las referencias científicas y entender los métodos. El uso de los métodos como parte de una evaluación clínica es estrictamente para el conocimiento del usuario.

Nexus 2 ha introducido una nueva herramienta llamada Biomechanics Workflow (flujo de trabajo Biomecánico). Esta área en la pestaña Data Management (manejo de datos) permite crear una secuencia de pasos personalizados los cuales constituyen un protocolo. Estos pasos pueden seleccionar aspectos de Nexus para recopilación de datos y procesamiento de manera automática, incluyendo tipos de pruebas, nombres de pruebas y pipelines de procesamiento.

El Advanced Gait Workflow (AGW, flujo de trabajo avanzado de caminata) ayuda a calcular la localización repetida del centro de la articulación de la cadera usando el método de SCoRE, y un eje de flexión de rodilla optimizada usando el método de SARA. El AGW también incorpora una aproximación matemática (conocida como OCST) que encuentra la forma promedio o común de un conjunto de marcadores seleccionados. El método OCST permite que arreglos no rígidos de marcadores sean utilizados para cálculos con SCoRE y SARA, incluso cuando estos modelos asumen rigidez. Cada uno de los pasos del AGW tiene una descripción que se muestra en el área de flujo de trabajo Biomecánico, la cual guía al usuario a través de la localización de los marcadores y el procesamiento.

El flujo de trabajo avanzado de caminata te guía a través de una serie de capturas de prueba y procesos automáticos para:

• Calibrar el etiquetado del esqueleto para el sujeto
• Calibrar el OCST de los segmentos de Fémur, Tibia y Pelvis
• Monitorizar el rango de movimiento (ROM) de la articulación de cadera y rodilla para la calibración de SCoRE y SARA.
• Calibrar el centro SCoRE de la articulación de la cadera
• Calibrar los ejes de flexión SARA de la rodilla
• Capturar una prueba dinámica y usar los datos calibrados del OCST, SCoRE y SARA para calcular los centros de la articulación de la cadera y los ejes de flexión de la rodilla para futuros análisis.

El flujo de trabajo permite aceptar el resultado del paso actual y continuar con el siguiente automáticamente o rechazarlo para repetir el paso hasta que el resultado sea satisfactorio. Éste muestra cómo utilizar el flujo de trabajo biomecánico y sus herramientas con el AGW VSTs, pero si se requiere, se puede modificar a sí mismo, a los tipos de pruebas, a los monitores y a los pipelines asociados si estos no cumplen con los requerimientos de cada usuario.

Esta guía describe cada paso en el flujo de trabajo y su resultado. Y concluye describiendo como usar los códigos MATLAB Plug-in Gait con los datos de SCoRE y SARA para futuros análisis.

Archivos por instalar para llevar a cabo la adquisición avanzada de caminata

Por defecto, los archivos de flujo de trabajo avanzado de caminata se encuentran en el siguiente folder de instalación: C:\Program Files (x86)\Vicon\Nexus2.x\ (software de 32 bit) o C:\Program Files\Vicon\Nexus2.x\ (software de 64 bit). Durante la instalación se puede modificar la localización de estos.

Plantilla para el Etiquetado del Esqueleto AGW instalado y los documentos de marcadores

La plantilla de para el etiquetado del esqueleto y los documentos de marcadores están instalados en: <Folder de instalación> \ModelTemplates

• PlugInGait FullBody Ai vst
• PlugInGait FullBody Ai mkr
• PlugInGait LowerBody Ai vst
• PlugInGait LowerBody Ai mkr

Pipelines AGW instalados

Los pipelines están instalados en:

<Folder de instalación> \Configurations\Pipelines

• AGW Static.Pipeline
• AGW LHip.Pipeline
• AGW LKnee.Pipeline
• AGW RHip.Pipeline
• AGW RKnee.Pipeline
• AGW Process.Pipeline

Tipos de pruebas AGW instaladas

Los tipos de pruebas están instalados en:

<Folder de instalación> \Configurations\TrialTypes

• AGW Static.TrialTypes
• AGW LHip.TrialTypes
• AGW LKnee.TrialTypes
• AGW RHip.TrialTypes
• AGW RKnee.TrialTypes
• AGW Process.TrialTypes

Monitores AGW instalados

Los monitores están instalados en:

<Folder de instalación> \Configurations\Monitors

• AGW LHip.Monitors
• AGW LKnee.Monitors
• AGW RHip.Monitors
• AGW RKnee.Monitors

Flujo de trabajo de captura AGW instalado

El flujo de trabajo está instalado en:

<Folder de instalación> \Configurations\CaptureWorkflows

• AGW Lower Body.CaptureWorkflow

Folder y documentos de MATLAB AGW instalados.

El folder y los documentos están instalados en:

<Folder de instalación> \SDK\Matlab

• DynamicPiG.m
• StaticPiG.m

Información acerca de PlugInGait FullBody Ai Functional VST (PluginGait de cuerpo completo Funcional)

El PlugInGait FullBody Ai Functional.vst tiene 4 marcadores adicionales que son utilizados para definir de manera independiente los segmentos del muslo y la tibia para el procesamiento SCoRE y SARA. (Note que este VST es solo un ejemplo de los posibles arreglos de marcadores que se pueden usar con SCoRE y SARA.) Los marcadores adicionales incluyen los L y R THIA, que comúnmente se colocan en la porción anterior del muslo, los cuales se combinan con los marcadores THI y KNE para definir los segmentos OCST del fémur derecho e izquierdo. También, los marcadores L y R TIBA, colocados generalmente en la porción anterior de la Tibia, en combinación con los marcadores TIB y ANK definen los segmentos OCST de la Tibia derecha e izquierda. Aunque la localización exacta de estos marcadores adicionales no corresponde necesariamente con marcas anatómicas, es importante que estos tengan una relación geométrica sólida con los demás marcadores en el segmento para generar segmentos OCST bien definidos y estables, como se muestra en la siguiente figura.

Preparación del sujeto para SCoRE, SARA y el flujo de trabajo avanzado de caminata

1. Tome las medidas antropométricas estándar del Plug-in Gait Full Body.
2. Coloque los marcadores en el sujeto.
3. En la pestaña de Subjects (Sujetos), de clic en Create a new subject from a Labeling Skeleton (Crear nuevo a partir de un esqueleto etiquetado) y selecciones el PlugInGait FullBody Ai Functional (PlugInGait de cuerpo completo Ai Funcional).
4. Introduzca las medidas antropométricas del sujeto en el campo de Properties (Propiedades).

Uso del flujo de trabajo avanzado de caminata

1. Después de colocar los marcadores, haga que los sujetos entren al volumen de
2. En la pestaña Data Management (Manejo de datos), haga clic sobre sobre el ícono File Transfer/Batch Processing Interface (Transferencia de archivo/ interfase para procesamiento de datos por lote) y después haga clic sobre el ícono de Biomechanics Workflow (Flujo de trabajo biomecánico).
3. De la lista desplegable, selecciona AGW Lower Body (AGW de miembros inferiores). Los pasos se despliegan en el área de Biomechanics Workflow (Flujo de trabajo biomecánico).

Complete los pasos descritos en los siguientes procedimientos.

Paso 1: Estático

Este paso calibra el esqueleto etiquetado del sujeto y los segmentos OCST de una prueba estática.

1. Pida al sujeto que se coloque en la pose de motociclista y de clic sobre el primer paso, el cual recibe el nombre de Static (Estático). Cuando haya sido seleccionado, el ícono de Play se posicionará en ese paso.
2. Para iniciar la captura presione Start (Comenzar). La prueba AGW Static (AGW estática) está cargada automáticamente. Está configurado para capturar una prueba de un segundo y correr el pipeline AGW Static después de que la captura esté completa. El resultado es un esqueleto etiquetado calibrado y segmentos OCST calibrados de Pelvis, RFemur, LFemur, RTibia y L Tibia.
3. Revise el sujeto en la perspectiva 3D (3D Perspective) para asegurarse que los resultados son los ejes segmento local OCST se despliegan en el sujeto y también se encuentran escritos en el nodo OCST Bones del sujeto, en el nodo Model Outputs (resultados del modelo).

Recomendación:

Si el resultado parece incorrecto, revise la pestaña de Log para corroborar si se dio cualquier mensaje de error.

Si los resultados son aceptables, presione sobre el botón de Accept (Aceptar) para continuar con el siguiente paso; para repetir el actual presione el botón de Reject (Rechazar).

Al seleccionar Accept (Aceptar) la prueba fuera de línea actual se guarda automáticamente, por lo que el archivo mp del sujeto se actualiza con los datos calibrados.

En caso de no quererlo hacer por medio de file transfer/batch processing, puede seleccionar la pipeline, y correrlo de esa manera (aplica para todos los pasos.)

Paso 2: RHip (Cadera derecha)

En este paso el centro de la articulación de la cadera derecha SCoRE se calibra.

Importante:

Para hacer que los datos de las articulaciones del esqueleto del sujeto estén disponibles para los monitores ponga la propiedad de Processing Output Level (Nivel de la salida del procesamiento) correspondiente al Local Vicon System (Sistema local Vicon) en Kinematic Fit (Ajuste Cinemático).

1. Prepare al sujeto para realizar patrón de movimiento estrella-arco para la cadera.
2. Para iniciar la captura, presione el botón Start (Comenzar).

La prueba tipo AGW RHip y el rango del monitor AGW RHip se cargan automáticamente. El tipo de prueba inicia la captura automáticamente, pero debe de detener la captura después de que la articulación de la cadera se haya movido en los tres ejes a través de los rangos aceptables.

Recomendación:

Los ejes corresponden a las definiciones de los segmentos del esqueleto etiquetado, donde RHip X es flexión/extensión, RHip Y es rotación interna/externa y RHip Z es abducción/aducción. Los valores de los rangos definidos en los monitores sirven como ejemplos, pero pueden ser modificados para que correspondan con las necesidades de la aplicación.

Cuando los rangos de la articulación han sido satisfechos, detenga la captura.

El pipeline AGW RHip se corre de manera automática y el resultado es el centro SCoRE calibrado de la articulación de la cadera derecha. El centro de la articulación de la cadera aparece en la perspectiva 3D como un punto virtual y es incluido al nodo Modeled Markers (Marcadores modelados) del sujeto en el nodo Model Outputs (Resultados del modelo).

1. Revise la localización del punto virtual y la pestaña Log para identificar si se generaron
2. Si los resultados son aceptables, presione el botón Accept (Aceptar) para moverse al siguiente paso; o para repetir el paso actual presione el botón Reject (Rechazar).

Cuando presione el botón Accept (Aceptar) la primera fuera de línea actual se guarda automáticamente, por lo cual el archivo mp del sujeto se guarda automáticamente con los datos calibrados.

Paso 3: LHip (Cadera izquierda)

En este paso se calibra el centro SCoRE de la articulación de la cadera izquierda.

1. Prepare al sujeto para llevar a cabo el patrón de movimiento estrella-arco de la cadera.
2. Siga el mismo procedimiento que realizó con la cadera derecha, pero notw que la prueba tipo AGW LHip y el monitor de rango AGW LHip se cargan automáticamente.

Paso 4: RKnee (Rodilla derecha)

Este paso calibra el eje de flexión SARA de la rodilla derecha.

1. Prepare al sujeto para realizar el patrón de movimiento de flexión de rodilla
2. Para iniciar la captura presione Start (Comenzar).

El tipo de prueba AGW RKnee y el monitor de rango AGW RKnee se cargan automáticamente. El tipo de prueba inicia la captura automáticamente, pero usted debe de detener la captura después de que la articulación de la rodilla se haya movido en su eje de flexión a través del rango aceptable.

• Cuando el rango de la articulación haya sido completado, detenga la captura manual.

El pipeline AGW RKnee corre automáticamente y el resultado es el eje calibrado de flexión SARA de la la rodilla. El centro de la articulación SCoRE de la rodilla aparece en la perspectiva 3D como un punto virtual y se añade al nodo Modeled Markers (Marcadores modelados) del sujeto en el nodo Model Output (Salida de modelo). Ya que el rango de movimiento de la rodilla se da principalmente en el eje de flexión, la localización del centro de la articulación SCoRE no es tan preciso como el de la cadera. En este caso, el centro de la articulación de la rodilla sirve más adecuadamente como un punto terminal del vector del eje de flexión de la rodilla. El eje de flexión SARA de la rodilla aparece en la perspectiva 3D como el punto terminal opuesto del vector formado con el centro de la articulación SCoRE de la rodilla. El eje de la articulación aparece en la perspectiva 3D. La estimación del centro anatómico de la articulación de la rodilla se espera que sea definido por medios más convencionales como Plug-in Gait.

1. Revise la localización del punto virtual y revise la pestaña de Log para corroborar si no se generaron errores.
2. Si los resultados son aceptables, presione el botón Accept (Aceptar) para moverse al siguiente paso; o para repetir el paso actual presione el botón Reject (Rechazar).

Cuando presione el botón Accept (Aceptar) la primera fuera de línea actual se guarda automáticamente, por lo cual el archivo mp del sujeto se guarda automáticamente con los datos calibrados.

Paso 5: LKnee (Rodilla izquierda)

Este paso es para calibrar el eje de flexión SARA de la rodilla izquierda

1. Prepare al sujeto para realizar el patrón de movimiento de flexión de rodilla
2. Siga el mismo procedimiento que realizó con la cadera derecha, pero note que la prueba tipo AGW LKnee y el monitor de rango AGW LKnee se cargan automáticamente.

Paso 6: Proceso

Este paso captura y procesa la prueba dinámica.

1. Prepare al sujeto para llevar a cabo la actividad dinámica.
2. Debido a que las calibraciones SCoRE y SARA han sido completadas y no hay un monitor de rango asociado con el paso de captura dinámica, en esta fase, si se desea, puede cambiar el Processing Output Level (nivel de salida de procesamiento) del Local Vicon System (Sistema Local Vicon) de regreso Labels (Etiquetas).
3. Para iniciar la captura presione Start (Comenzar). El tipo de prueba AGW Process (Proceso AGW) está cargada y comienza automáticamente.
4. Cuando la actividad de la prueba haya sido completada detenga la captura.

El pipeline AGW Process (Proceso AGW) corre automáticamente y el resultado es una prueba reconstruida y etiquetada que incluye los centros procesados SCoRE de la cadera y los ejes de flexión SARA de la rodilla.

Como en los pasos de calibración, estos cálculos se presentan tanto en la perspectiva 3D como en el nodo Modeled Markers (Modelado de marcadores).

Solución de problemas de reconstrucción y etiquetado

Si los datos capturados contienen espacios o etiquetas incorrectas, puede ajustar la configuración de la operación Combined Processing (procesamiento combinado), que se encuentra en cada uno de los pipelines instalados (consulte la sección de Archivos instalados en la presente guía) para mejorar la reconstrucción y el etiquetado de los datos.

Procesamiento un modelo cinemático usando Score y SARA

Las operaciones de SCoRE y SARA únicamente son calibraciones y no son un modelo cinemático completo. Si desea producir resultados cinemáticos (por ejemplo, Joint Angles [Ángulos de las articulaciones]), las ubicaciones de la articulación de la cadera y los ejes de flexión de la rodilla deben introducirse en un modelo cinemático secundario completo como Plug-in Gait.

Cuando se instala la AGW, una versión de Plug-in Gait escrita en MATLAB también es instalada.

El resto de esta guía describe cómo usar este modelo para calcular las variables de Plug-in Gait que utilizan los centros de articulación de cadera SCoRE y los ejes optimizados de la rodilla SARA como fundamento.

Uso de Plug-in Gait Matlab con SCoRE y SARA

Se ha creado Plug-in Gait Matlab para fines de investigación y para permitir la incorporación de SCoRE y SARA dentro del proceso de modelación.

Procesamiento estático con Plug-in Gait

1. Cargue su prueba estática (creada durante el Paso 1).
2. Ejecute el pipeline AGW Process (Proceso AGW) para calcular los centros de articulación de la cadera SCoRE y los ejes de flexión de rodilla SARA para la prueba estática.
3. Haga clic en la pestaña Matlab (vea este video para poder utilizar MATLAB)
4. En el panel script de Matlab, vaya donde esta el script StaticPiG.m.
5. En el campo Arguments (Argumentos) del script, ingrese los siguientes valores como una cadena separada por comas:
   • FirstFrame (un número).
   • LastFrame (un número)
   • MarkerSize (tamaño del marcador en mm)
   • bAntTiltPos ( true (verdadero) o false (falso))
   • bGenerateVSK ( true (verdadero) o false (falso))
   • VSKPath (si bGenerateVSK es falso, ingrese '', o si es verdadero, la ruta del archivo VSK)
   • bLFootFlat ( true (verdadero) o false (falso))
   • bRFootFlat ( true (verdadero) o false (falso))
   • bHeadLevel ( true (verdadero) o false (falso))
   Ejemplo 1, cuando no genera un nuevo vsk:
   1, 206, 14, true, false,'', true, true, true
Ejemplo 2, cuando genera un nuevo vsk:
   1, 206, 14, true, true, 'C:\ProgramData\Vicon\Nexus\ModelTemplates\Colin.vst', true, true, true
6. Después de haber ingresado toda la información requerida haga clic sobre Run Script (Correr código).
   El documento de registro despliega la retroalimentación.
   Un set extra de Model Outputs (salidas del modelo) se crea -
   <AngleName> - _M:
7. Guarde la prueba

Procesamiento dinámico con Plug-in Gait

1. Cargue su prueba dinámica (creada en el Paso 6).
2. Haga clic en la pestaña
3. En el panel script de Matlab, vaya donde se encuentra el script DynamicPiG.m
4. En el campo Argumentos de script, ingrese los siguientes valores como una cadena separada por comas:
   • FirstFrame (un número)
   • LastFrame (un número)
   • MarkerSize (tamaño del marcador en mm)
   • bAntTiltPos ( true (verdadero) o false (falso))
   • PelvisROG (0.31)
   • ThoraxROG (0.31)
   • ReactionFrame (un número: 0 = segmento proximal, 1 = segmento distal, 2 = marco global)
   • PowerOutput (un número: 1 = potencia de valor unico, 3 = potencia de 3 componentes)
   Ejemplo 1:
   1, 277, 14, true, 0.31, 0.31, 1, 1
5. Después de haber ingresado toda la información haga clic sobre Run Script (Correr el código).
   El documento de registro despliega la retroalimentación.
   Un grupo extra de Model Outputs (Salidas del modelo) se crea:
   <AnglesName>_M, <ForcesName>_M, <ModeledMarkers>_M, <MomentsName>_M, <PlugInGaitBonesName>_M, <PowerName>_M
   (<Nombre de los ángulos> _M,<Nombre de las fuerzas> _M, <Marcadores modelados> _M, <Nombre de los momentos> _M, <Nombre de los huesos de PlugInGait> _M, <Nombre de la energía> _M)

Referencias de la investigación

1. Repeatability and reproducibility of OSSCA, a functional approach for assessing the kinematics of the lower limb. W. R. Taylor, E. I. Kornaropoulos, G. N. Duda, S. Kratzenstein, R. M. Ehrig, A. Arampatzis, M. O. Heller. publ. Gait & Posture 32 (2010) 231–236
2. A survey of formal methods for determining functional joint axes. Rainald M. Ehrig, William R. Taylor, Georg N. Duda, Markus O. Heller. Journal of Biomechanics 40 (2007) 2150–2157
3. A survey of formal methods for determining the centre of rotation of ball joints. Rainald M. Ehrig, William R. Taylor, Georg N. Duda, Markus O. Heller. Journal of Biomechanics 39 (2006) 2798–2809