ELECCIÓN, IMPLEMENTACIÓN Y EVALUACIÓN DE UN …

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ELECCIÓN, IMPLEMENTACIÓN Y EVALUACIÓN DE UN MÉTODO PARA LA MEDICIÓN DEL

MOVIMIENTO DE ABDUCCIÓN Y ADUCCIÓN DE LA ARTICULACIÓN ESCAPULO HUMERAL

Por

Nicolás Barrera Bateman

Profesor Asesor

Juan Carlos Briceño

Profesor Co Asesor

Daniel Suarez Venegas

Tesis presentada a la Universidad de Los Andes

en cumplimiento del requerimiento

de tesis para el título de

Ingeniero Mecánico

Universidad de Los Andes, Bogotá, Colombia, 2013

©Nicolás Barrera Bateman 2013

2

DECLARACIÓN DEL AUTOR

Por medio de la presente declaro que soy el único autor de esta tesis. Esta es una copia fiel de

la tesis, incluyendo cualquier revisión final aceptada por mis Asesores.

Entiendo que mi tesis puede digitalizarse para estar disponible para el público.

3

ABSTRACT

El análisis de miembros superiores es un tema de investigación que en la actualidad aún se

encuentra en desarrollo. La complejidad del tema radica en que el hombro constituye un

complejo de múltiples articulaciones: Escapulohumeral, Acriomioclavicular, Esternoclavicular,

Escapulotorácica y Subacromial. Es debido a esto que el hombro constituye el complejo

articular con más grados de libertad del cuerpo humano. El movimiento del brazo está dado

principalmente por las articulaciones Escapulohumeral y Escapulotorácica, por lo que poder

medir el comportamiento de los cuerpos que constituyen estas articulaciones se hace

importante para comprender el correcto movimiento del brazo.

El estudio presentado en esta tesis está enfocado en la articulación escapulo humeral en el

movimiento de abducción y aducción del húmero. Específicamente se estudiará el aporte del

movimiento de la articulación, correspondiente al ángulo de inclinación humero escapular. La

estimación de las orientaciones de los huesos de la articulación es un requerimiento para el

desarrollo de modelos biomecánicos los cuales pueden ser usados como indicadores de

anomalías y disconfort en pacientes.

Las orientaciones de la escápula son difíciles de medir por la ubicación subcutánea de éste

hueso. En esta tesis se evaluarán dos métodos invivo para para predecir estas orientaciones en

función del movimiento de abducción y aducción del húmero: Método del palpador (Bull, 2011)

de escápula y modelo biomecánico desarrollado en la Universidad de Stanford (Holzbaur,

Murray, & Delp, 2005), ( Ajay, Sherman, Reinbolt, & Delp, 2011). Se midieron ocho personas sanas

en el rango de 18 a 25 años, a los cuales se les realizaron pruebas estáticas en el rango de 0° a

175° de elevación del ángulo axial humeral sin rotación axial (movimiento de abducción y

aducción).

En los dos métodos se utilizó el sistema de adquisición de datos “phaseEspace Image

Caputure”. Para el método del palpador se utilizaron 3 marcadores activos ubicados sobre el

palpador para medir la posición de los puntos anatómicos: raíz de la espina escapular, ángulo

inferior y ángulo acromial. A partir de la información cinemática se calcularon las orientaciones

escapulares usando métodos de algebra lineal.

Para el modelo biomecánico se usaron 6 marcadores activos ubicados en cinco puntos

anatómicos del brazo. A partir de la información cinemática se obtuvieron las posiciones

anatómicas de los 3 puntos escapulares directamente del programa, y con esta información se

calcularon las orientaciones con el mismo método del palpador. Se compararon los resultados

obtenidos con información reportada de estudios similares en la literatura.

Con el método del modelo biomecánico se obtuvieron modelos lineales para las 3

orientaciones escapulares en función del ángulo de elevación humero torácico y predicciones

de orientaciones en posición de descanso muy similares a los reportados en la literatura en todo

el rango del movimiento.

4

Con el método del palpador, se obtuvieron resultados con bastante error después de los 40° de

inclinación del húmero respecto al tórax. Las inconsistencias obtenidas por el método del

palpador aumentaron significativamente con mayores grados de inclinación, sin embargo las

orientaciones en posición de descanso obtenidas si fueron similares a las reportadas en estudios

similares.

Para detectar las inconsistencias obtenidas usando el método del palpador, se planteó una

hipótesis la cual sugería que los errores obtenidos se debían en su mayoría a errores asociados a

la palpación física de la escápula. Por eso se realizó una toma adicional de datos en donde se

midió 5 veces al mismo participante con el objetivo de identificar el error asociado a la precisión

de cada modelo. En este caso la palpación física la llevo a cabo un estudiante de medicina a

diferencia de las primeras, en dónde la palpación la realicé yo mismo. Los resultados

permitieron identificar el error de precisión asociado a cada modelo y adicionalmente

permitieron corroborar la hipótesis que planteaba que los errores del método del palpador se

debían en su mayoría a error de la toma de datos en sí.

La información obtenida a partir del modelo biomecánico predijo satisfactoriamente las

orientaciones escapulares de descanso y en todo el rango de movimiento, sin embargo

presenta leves diferencias entre los resultados de los diferentes individuos medidos.

En cuanto a la protracción y retracción escapular, el modelo biomecánico reporta 32° +/- 3° en

la posición de descanso en comparación con valores reportados en entre 30° y 35°, y reporta

un rango de 10° de protracción escapular cuando el húmero se eleva desde 0° a 180°, igual al

reportado en la literatura.

En la rotación lateral y medial escapular el modelo reporta 0° +/- 2° en la posición de descanso

en comparación con valores entre -5° y 0° y reporta un rango de rotación medial de 45° +/- 3°

cuando el húmero se eleva desde 0° a 180°, en comparación con rangos reportados entre 35°

y 40°.

Y en la inclinación posterior y anterior escapular el modelo reporta -8° +/- 3° en la posición de

descanso en comparación con valores reportados de -10° y reporta un rango de movimiento

de 57° +/- 2°, cuando el húmero se eleva desde 0° a 180°, en comparación con rangos

reportados entre 45° y 55°.

Esta información puede ser incorporada en los modelos actuales para mejorar sus predicciones.

5

AGRADECIMIENTOS

Quiero agradecer a mis asesores por su ayuda en el desarrollo del proyecto ya que con su

experiencia profesional me guiaron durante todo el proceso.

Quiero agradecer también a las personas voluntarias por su ayuda y durante las pruebas

realizadas.

Y ante todo quiero agradecer a mi padre y abuelo ya que con su ayuda y paciencia

incondicional me aportaron significativamente en el desarrollo del proyecto y durante toda mi

carrera.

A mis padres y hermana por ser una fuente constante de apoyo, y por su sacrificio día a día. Sin

ustedes, esto no hubiera sido posible.

6

TABLA DE CONTENIDO

DECLARACIÓN DEL AUTOR ..................................................................................................................................... 2

ABSTRACT ..................................................................................................................................................................... 3

AGRADECIMIENTOS ................................................................................................................................................... 5

LISTA DE FIGURAS ...................................................................................................................................................... 10

LISTA DE TABLAS ........................................................................................................................................................ 12

LISTA DE GRÁFICAS .................................................................................................................................................. 13

1.1. JUSTIFICACIÓN DEL PROBLEMA ............................................................................................................ 14

1.2. RITMO ESCAPULOHUMERAL .................................................................................................................. 14

1.3. APLICACIONES DEL RITMO ESCAPULOHUMERAL ............................................................................ 15

1.4. MEDICIÓN DEL RITMO ESCAPULOHUMERAL ..................................................................................... 15

1.5. OBJETIVOS .................................................................................................................................................. 15

1.6. HIPÓTESIS .................................................................................................................................................... 16

2. MARCO TEÓRICO ............................................................................................................................................ 17

2.1. ANATOMÍA DEL HOMBRO ...................................................................................................................... 17

2.1.1. HUESOS ................................................................................................................................................ 17

2.1.1.1. Clavícula .................................................................................................................................... 18

2.1.1.2. Escápula ..................................................................................................................................... 18

2.1.1.3. Húmero ....................................................................................................................................... 19

2.1.2. ARTICULACIONES ............................................................................................................................. 20

2.1.3. MOVIMIENTO DEL HOMBRO .......................................................................................................... 20

2.1.3.1. Flexión y extensión ................................................................................................................... 20

2.1.3.2. Abducción y Aducción ......................................................................................................... 21

2.1.3.3. Rotación Externa e Interna ................................................................................................... 21

2.1.3.4. Ángulo Húmero Torácico ...................................................................................................... 22

2.2. ARTICULACIÓN ESCAPULOHUMERAL ................................................................................................. 22

2.2.1. HUESOS ................................................................................................................................................ 23

2.2.2. EJES LOCALES .................................................................................................................................... 23

2.2.3. MOVIMIENTO DE LA ARTICULACIÓN ........................................................................................... 24

2.2.3.1. Protracción y Retracción ....................................................................................................... 24

7

2.2.3.2. Rotación Medial y Lateral ..................................................................................................... 25

2.2.3.3. Inclinación Posterior y Anterior ............................................................................................. 26

2.3. MÉTODOS DE MEDICIÓN DE LA CINEMÁTICA ESCÁPULAR .......................................................... 26

2.3.1. MÉTODOS INVIVO Y CADAVÉRICOS ........................................................................................... 26

2.3.2. MÉTODOS INVASIVOS ..................................................................................................................... 26

2.3.3. MÉTODOS NO INVASIVOS .............................................................................................................. 27

2.4. LITERATURA DEL MOVIMIENTO ESCAPULOHUMERAL ...................................................................... 27

2.4.1. MODELOS MATEMÁTICOS .............................................................................................................. 27

2.4.2. CINEMÁTICA ESCAPULAR .............................................................................................................. 28

2.4.2.1. Protracción/Retracción ......................................................................................................... 28

2.4.2.1.1. Rango de Movimiento ....................................................................................................... 28

2.4.2.1.2. Posición de Descanso ........................................................................................................ 28

2.4.2.2. Rotación Lateral/Medial ........................................................................................................ 29


2.4.2.2.2. Posición de descanso ........................................................................................................ 29

2.4.2.3. Inclinación Posterior/anterior ................................................................................................ 29


2.4.2.3.2. Posición de descanso ........................................................................................................ 30

3. MÉTODOS ........................................................................................................................................................... 31

3.1. PARTICIPANTES .......................................................................................................................................... 31

3.2. INSTRUMENTACIÓN .................................................................................................................................. 31

3.2.1. EQUIPO DE ADQUISISCIÓN DE DATOS PHASESPACE .............................................................. 31

3.2.2. PALPADOR ESCAPULAR .................................................................................................................. 32

3.2.2.1. CRITERIOS DE DISEÑO .............................................................................................................. 32

3.2.2.2. RENDERS DEL MECANISMO.................................................................................................... 33

3.2.2.3. PROCESO DE MANUFACTURA .............................................................................................. 34

3.2.3. MECANISMO DE POSTURAS ESTÁTICAS DEL BRAZO ................................................................ 35

3.2.3.1. CRITERIOS DE DISEÑO .............................................................................................................. 36

3.2.3.2. PROTOTIPO 1.............................................................................................................................. 36

3.2.3.3. PROTOTIPO 2.............................................................................................................................. 37

3.2.3.4. PROTOTIPO FINAL ..................................................................................................................... 39

8

3.2.3.5. PROCESO DE MANUFACTURA .............................................................................................. 40

3.2.4. MODELO BIOMECÁNICO ............................................................................................................... 42

3.2.4.1. DESCRIPCIÓN ............................................................................................................................ 42

3.2.4.2. AMBIENTE DE PROGRAMACIÓN E INTERFAZ ..................................................................... 44

3.2.5. OPENSIM ............................................................................................................................................. 44

3.2.5.1. Descripción ................................................................................................................................ 44

3.2.5.2. Requerimientos técnicos ....................................................................................................... 44

3.2.5.3. Herramientas de Análisis ........................................................................................................ 45

3.2.5.3.1. Escalamiento del Modelo ................................................................................................. 45

3.2.5.3.2. Herramienta de Cinemática Inversa ............................................................................. 48

3.2.5.3.3. Otras herramientas de interés ......................................................................................... 48

3.3. PROTOCOLO EXPERIMENTAL ................................................................................................................ 49

3.3.1. POSICIONAMIENTO DE CAMARAS .............................................................................................. 49

3.3.2. CONEXIÓN DEL EQUIPO ................................................................................................................. 49

3.3.3. CALIBRACIÓN DEL SISTEMA ........................................................................................................... 50

3.3.4. POSICIONAMIENTO DE MARCADORES ...................................................................................... 52

3.3.4.1. MARCADORES ANATÓMICOS .............................................................................................. 52

3.3.4.2. MARCADORES PALPADOR ESCAPULAR ............................................................................ 54

3.3.5. MONTAJE DEL BRAZO AL MECANISMO DE POSTURAS ESTÁTICAS ...................................... 54

3.3.6. TOMA DE DATOS .............................................................................................................................. 55

3.3.6.1. PRUEBAS DE PRECISIÓN .............................................................................................................. 55

3.3.6.2. PRUEBAS EXPERIMENTALES ......................................................................................................... 56

3.4. PROCESAMIENTO DE DATOS ................................................................................................................. 57

3.4.1. REQUERIMIENTOS DEL FORMATO PARA OPENSIM ................................................................... 59

3.4.2. PROGRAMAS DE TRATAMIENTO DE DATOS ............................................................................... 60

3.5. OBTENCIÓN DE ORIENTACIONES ESCAPULARES ............................................................................. 64

4. PRESENTACIÓN DE RESULTADOS .................................................................................................................. 66

4.1. ORIENTACIONES ESCAPULARES ............................................................................................................ 66

4.1.1. MODELO BIOMECÁNICO ................................................................................................................... 66

4.1.2. MÉTODO DEL PALPADOR ................................................................................................................... 69

4.2. DIFERENCIAS .............................................................................................................................................. 70

9

4.3. ERROR DE PRECISIÓN .............................................................................................................................. 71


4.3.2. MÉTODO DEL PALPADOR ............................................................................................................... 74

5. DISCUSIÓN DE RESULTADOS .......................................................................................................................... 79

5.1. ORIENTACIONES ESCAPULARES ............................................................................................................ 79


5.1.2. MÉTODO DEL PALPADOR ............................................................................................................... 81

5.2. DIFERENCIAS .............................................................................................................................................. 82

5.3. ERROR DE PRECISIÓN .............................................................................................................................. 82

5.4. DISMINUCIÓN DEL ERROR HUMANO EN LA PALPACIÓN .............................................................. 83

5.5. SELECCIÓN DEL MODELO A VALIDAR ................................................................................................ 83

5.6. VALIDACIÓN DEL MODELO ................................................................................................................... 84

6. CONCLUSIONES ................................................................................................................................................ 89

7. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS ..................................................................................................................... 90

8. APÉNDICES ......................................................................................................................................................... 92

8.1. CÓDIGO DE LOS PROGRAMAS DE TRATAMIENTO DE DATOS ..................................................... 92

8.2. PLANOS DE CONSTRUCCIÓN DEL PALPADOR ESCAPULAR ....................................................... 154

8.3. PLANOS DE CONTRSUCCIÓN PROTOTIPO POSTURAS ESTÁTICAS ............................................. 154

10

LISTA DE FIGURAS

Figura 1 Planos anatómicos del cuerpo humano ......................................................................................... 17

Figura 2 Clavícula .................................................................................................................................................... 18

Figura 3 Escápula ..................................................................................................................................................... 19

Figura 4 Húmero ....................................................................................................................................................... 19

Figura 5 Ubicación anatómica de los huesos del hombro ......................................................................... 20

Figura 6 Movimiento de Flexión y Extensión Humeral ................................................................................... 21

Figura 7 Movimiento de Abducción y Aducción Humeral ......................................................................... 21

Figura 8 Movimiento de Rotación Externa e Interna ..................................................................................... 22

Figura 9 Corte Transversal de la Articulación Escapulohumeral ................................................................ 23

Figura 10 Puntos Anatómicos Escapulares ....................................................................................................... 23

Figura 11 Ejes Locales Escapulares ..................................................................................................................... 24

Figura 12 Movimiento de Protracción/Retracción vista en el plano transversal (vista superior) ..... 25

Figura 13 Movimiento de Rotación Medial/Lateral vista en el plano coronal (vista anterior) ......... 25

Figura 14 Movimiento de Inclinación Posterior y Anterior visto en el plano Sagital (vista derecha)

....................................................................................................................................................................................... 26

Figura 15 Render del Mecanismo Palpador Escapular ................................................................................ 33

Figura 16 Mecanismo Palpador Escapular presentado por (Bull, 2011) .................................................. 34

Figura 17 Nivelación de los Pines del Palpador Escapular .......................................................................... 35

Figura 18 Palpador Terminado ............................................................................................................................. 35

Figura 19 Render Prototipo 1 ................................................................................................................................ 36

Figura 20 Render 2 Prototipo 1 Ranuras para ajuste de altura................................................................... 37

Figura 21 Render 3 Prototipo 1 Manija de para diferentes ángulos de inclinación ............................. 37

Figura 22 Render 1 del segundo prototipo propuesto ................................................................................ 38

Figura 23 Render 2 del segundo prototipo. Sistema para Ajuste de diferentes Ángulos de

Elevación .................................................................................................................................................................... 38

Figura 24 Render del Prototipo Final ................................................................................................................. 39

Figura 25 Render de los cambios realizados sobre el segundo prototipo .............................................. 39

Figura 26 Prototipo Final Terminado ................................................................................................................... 40

Figura 27 Detalles 1 del prototipo Final Terminado ........................................................................................ 41

Figura 28 Detalles 2 del prototipo Final terminado ........................................................................................ 41

Figura 29 Detalles 3 del prototipo Final Terminado ........................................................................................ 42

Figura 30 Interfaz del Modelo Biomecánico en diferentes posturas ........................................................ 43

Figura 31 Diferentes tipos de modelos de libre descarga disponibles para la comunidad SIMTK .. 44

Figura 32 Protocolo de Marcadores Experimentales para movimiento del tren superior .................. 46

Figura 33 Error de posicionamiento entre el set virtual y el experimental ............................................... 47

Figura 34 Reposicionamiento del set de marcadores virtual ..................................................................... 48

Figura 35 Configuración Circular de Cámaras ............................................................................................... 49

Figura 36 Cámaras del sistema Phase Space ................................................................................................. 50

11

Figura 37 Conexión entre las cámaras y el servidor ...................................................................................... 50

Figura 38 Espacio de Muestreo Captado por un sistema de 30 cámaras ............................................. 51

Figura 39 Captación de los sensores de la barra para la calibración de las cámaras...................... 51

Figura 40 Espacio correctamente calibrado .................................................................................................. 52

Figura 41 Posicionamiento de los marcadores anatómicos ....................................................................... 53

Figura 42 Posicionamiento de los marcadores sobre el palpador ........................................................... 54

Figura 43 Posicionamiento del brazo al mecanismo de posturas estáticas en una de las tomas .. 54

Figura 44 Posicionamiento del brazo al mecanismo de posturas estáticas en una de las tomas .. 55

Figura 45 Palpación Escapular para las pruebas de precisión .................................................................. 56

Figura 46 Interfaz del programa "RECAP" ......................................................................................................... 57

Figura 47 Exportación del archivo a formato de texto plano *.OWL ....................................................... 58

Figura 48 Archivo en Formato *.OWL ................................................................................................................. 58

Figura 49 Descripción de cada uno de los campos del archivo *.OWL ................................................. 59

Figura 50 Estructura del Archivo *.TRC requerido por el programa OpenSim ...................................... 59

Figura 51 Interfaz del programa de concatenación de archivos ............................................................ 61

Figura 52 Finalización del proceso de Concatena ....................................................................................... 61

Figura 53 Relación de los dos sistemas de referencia a partir de un marcador .................................. 63

Figura 54 Interfaz del programa "Conversor OWL's" ...................................................................................... 64

12

LISTA DE TABLAS

Tabla 1 Secuencias de Rotación Estándar para la predicción cinemática de diferentes cuerpos

....................................................................................................................................................................................... 28

Tabla 2 Características de los individuos que realizaron las pruebas ...................................................... 31

Tabla 3 Características de la población que realizó las pruebas ............................................................. 31

Tabla 4 Características técnicas del sistema PhaseSpace Image Motion Capture ........................... 32

Tabla 5 Características Mecánicas del Palpador Escapular ...................................................................... 33

Tabla 6 Marcadores Propuestos .......................................................................................................................... 46

Tabla 7 Set de Marcadores Usados .................................................................................................................... 52

Tabla 8 Descripción del set de marcadores anatómicos usados ............................................................. 53

Tabla 9 Regresiones de Movimiento Escapulares y Posiciones de Descanso ....................................... 68

Tabla 10 Regresión de Movimientos Escapulares Promedio ....................................................................... 68

Tabla 11 Rangos de Movimiento......................................................................................................................... 68

Tabla 12 Incertidumbres de precisión de cada modelo para cada orientación escapular ........... 76

Tabla 13 Tabla Comparativa de Resultados ................................................................................................... 88

13

LISTA DE GRÁFICAS

Gráfica 1 Resultado de trasladar realizar una suma vectorial sobre un set de marcadores ........... 62

Gráfica 2 Rotación Medial/Lateral en función del Ángulo de Inclinación Húmero Torácico

obtenidas con el modelo ...................................................................................................................................... 66

Gráfica 3 Protracción/Retracción en función del Ángulo de Inclinación Húmero Torácico


Gráfica 4 Inclinación Posterior/Interior en función del Ángulo de Inclinación Húmero Torácico



obtenidas con método del palpador. .............................................................................................................. 69


obtenidas con el método del palpador ........................................................................................................... 69


obtenidas con el método del palpador. ......................................................................................................... 70

Gráfica 8 Diferencias entre los dos métodos de las rotaciones laterales y mediales de la

escápula .................................................................................................................................................................... 70

Gráfica 9 Diferencias entre los dos métodos de la protracción y retracción escapular................... 71

Gráfica 10 Diferencias entre los dos métodos de las inclinaciones posterior y anterior de la

escápula .................................................................................................................................................................... 71

Gráfica 11 Resultados de precisión de las rotaciones mediales y laterales de la escápula

obtenidas por el modelo biomecánico ........................................................................................................... 72

Gráfica 12 Resultados de precisión de la protracción y retracción escapular obtenidas por el

modelo biomecánico ............................................................................................................................................ 73

Gráfica 13 Resultados de precisión de las inclinaciones posterior y anterior de la escápula

obtenidas por el modelo biomecánico ........................................................................................................... 73


obtenidas por el método del palpador............................................................................................................ 74


método del palpador. ........................................................................................................................................... 75


obtenidas por el método del palpador............................................................................................................ 75


escápula; palpación llevada a cabo por un estudiante de medicina. ................................................. 77

Gráfica 18 Diferencias entre los dos métodos de la protracción y retracción escapular;

palpación llevada a cabo por un estudiante de medicina ...................................................................... 77


escápula; palpación llevada a cabo por un estudiante de medicina .................................................. 78

Gráfica 20 Orientaciones Escapulares Comparativas ................................................................................. 84

Gráfica 21 Inclinaciones Posterior/Anterior Comparativas. ........................................................................ 85

Gráfica 22 Rotaciones Lateral/Medial Comparativas ................................................................................. 85

Gráfica 23 Protracción y Retracción Escapular Comparativas. ............................................................... 86

14

1. INTRODUCCIÓN

1.1. JUSTIFICACIÓN DEL PROBLEMA

Entender el comportamiento del sistema músculo esquelético del hombro del cuerpo

humano es de vital importancia en el campo de la medicina para poder predecir e

identificar de manera adecuada anomalías en las personas. Para esto es necesario

identificar el correcto funcionamiento de la articulación; es decir que se requiere de

evidencia experimental para poder desarrollar modelos que presenten de manera

acertada las relaciones de movimiento de la articulación. En las últimas décadas se

han desarrollado diversos métodos para medir el movimiento de la articulación del

hombro, cada uno con sus ventajas y desventajas.

Los factores más importantes en el momento de analizar los diferentes métodos

existentes son el costo, la precisión y exactitud de los datos obtenidos y si el método es

invasivo o no. Actualmente no existe un método que obtenga un buen resultado en

todas las variables mencionadas, por lo que dependiendo de los recursos disponibles o

del tipo de estudio a realizar se podrá elegir aquel que sea de mejor conveniencia.

Actualmente se cuenta con poca evidencia estadística del ritmo escapulo humeral,

sin embargo ya existen algunos patrones bien definidos para algunos movimientos.

Como se mencionó anteriormente, el problema principal radica en la obtención de los

datos y de cómo una mala interpretación de resultados puede conllevar a decisiones

perjudícales para un paciente a la hora de ser sometido a alguna intervención o

tratamiento.

1.2. RITMO ESCAPULOHUMERAL

En el complejo articular del hombro intervienen varias articulaciones y es de interés

conocer cómo el movimiento de cada una de estas incide sobre el movimiento del

brazo.

El ritmo Escapulohumeral hace referencia a la relación que existe entre el movimiento

de la articulación, la cual une la escápula y el húmero, y el movimiento del húmero

relativo al tórax. El movimiento de esta articulación es descrito completamente en el

momento de identificar las rotaciones tridimensionales de ésta. Estas rotaciones son

llamadas orientaciones escapulares, ya que los rangos de traslación de la articulación

son muy bajas para ser tenidos en cuenta.

15

1.3. APLICACIONES DEL RITMO ESCAPULOHUMERAL

Una vez se conoce la cinemática de la articulación es posible desarrollar modelos

cinéticos para predecir las fuerzas requeridas por la articulación para producir el

movimiento. Así entonces la información cinética proporciona información acerca de

las fuerzas musculares, donde estas últimas son un factor decisivo para identificar

problemas de disconfort y cansancio excesivo de las personas.

Además de predecir las fuerzas musculares, las diferencias el ritmo Escapulohumeral de

una persona, y en general el ritmo de cualquier otra articulación, con los modelos de

cinemática “correcta”, son herramientas potenciales para diagnosticar terapias o

procedimientos médicos a las personas.

1.4. MEDICIÓN DEL RITMO ESCAPULOHUMERAL

El problema de la medición de la cinemática escapular, y en general de las demás

articulaciones del hombro, es que debido a su ubicación anatómica, la cual presenta

una cantidad substancial de tejido suave cubriéndola, y su rango de movimiento,

obtener información con métodos convencionales como goniometría por ejemplo, se

hacen muy difíciles. La escápula tiene un movimiento de rotación tridimensional, y a

partir de los 40° de inclinación del húmero respecto al tórax aproximadamente, ésta

no solo rota en el plano frontal, sino que empieza a rotar con mayor incidencia en los

planos sagital y transversal, haciendo que captar la información con métodos no

invasivos o métodos de rayos x, electromagnéticos o termografías sea una tarea

bastante difícil.

1.5. OBJETIVOS

El objetivo general es poder seleccionar al menos un método que pueda ser

implementado en las condiciones disponibles, (presupuestales y disponibilidad de

equipos), para poder medir el movimiento articular en función del movimiento de

abducción y aducción del brazo. Se realizará una comparación de los rangos de

movimiento obtenidos del modelo seleccionado, con información proporcionado por

otros autores disponibles en la bibliografía.

La variable más importante a tener en cuenta en cuanto a la elección del método

será la facilidad de implementación, ya que el problema está siendo abordado desde

la perspectiva de un proyecto de pregrado, cuya restricción presupuestal es de 1

salario mínimo vigente en Colombia en el año 2013, el cual es de 589.500 Pesos

Colombianos, según lo ha establecido el gobierno nacional mediante decreto 2738

de diciembre 28 de 2012.

16

Además de la restricción presupuestal, no podrán seleccionarse métodos invasivos, ya

que estos constituyen métodos con posibles consecuencias legales. Una vez

seleccionado el método, o los métodos a usar, se realizará una validación de éstos,

utilizando información reportada en la literatura con el fin de establecer si este o estos

presentan resultados acertados.

1.6. HIPÓTESIS

Es posible medir con buena exactitud y precisión el movimiento escapular sin usar

métodos invasivos y con métodos invivo de baja complejidad y sin equipos altamente

sofisticados.

17

2. MARCO TEÓRICO

2.1. ANATOMÍA DEL HOMBRO

El hombro constituye el complejo articular que más grados de libertad tiene en el

cuerpo humano. Es gracias a este que se producen los movimientos del brazo relativos

al tórax. Los movimientos se catalogan como: flexión/extensión, abducción/ aducción

y rotación externa/interna. Para poder entender de forma adecuada estos 3 sentidos

de movimiento, se hará referencia a los planos anatómicos del cuerpo: Plano coronal

o frontal, plano sagital y plano transversal o axial, de acuerdo con la Figura 1.

(Jota, 2012)

Figura 1 Planos anatómicos del cuerpo humano

2.1.1. HUESOS

El hombro está conformado por tres huesos distales: la clavícula, la escápula y el

húmero. Estos huesos se mueven relativamente entre ellos para producir los 3

rangos de movimiento humero torácicos, mencionados anteriormente.

18

2.1.1.1. Clavícula

La clavícula es un hueso en forma de “S” situado en la parte anterosuperior

del Tórax y junto con la escápula forman la cintura escapular. Su extensión

va desde el esternón hasta el acromion de la escápula, ( Rockwood Jr. &

Frederich A., 2004), como se observa en la Figura 2.

La funcionalidad de éste hueso es proporcionar un lugar de sujeción

muscular. 6 músculos están sujetos a este hueso.

(Salamanca, 2013)

Figura 2 Clavícula

2.1.1.2. Escápula

La escápula es un hueso triangular situado en la parte dorso lateral del

tórax. En el cuerpo humano se encuentra localizada entre la segunda y la

séptima costilla. La escápula articula con la cabeza del húmero, con la

clavícula y con el tórax. Tiene 18 músculos que actúan sobre ésta (

Rockwood Jr. & Frederich A., 2004).

La escápula presenta 3 grados de rotación: Inclinación posterior/anterior,

protracción/retracción y rotación Lateral/medial. Junto con el húmero

conforma la articulación escapulohumeral; junto con la clavícula conforma

la articulación acriomioclavicular y con el junto con el tórax conforma la

19

articulación escapulotorácica. La Figura 3 presenta una imagen de la

escápula.

(Bridgeman, 2010)

Figura 3 Escápula

2.1.1.3. Húmero

La Figura 4 muestra la anatomía del húmero. Este hueso es el más largo de

las extremidades superiores. Está articulado en la parte superior con la

escápula en la articulación escapulo humeral y en la parte inferior con el

cúbito y el radio en la articulación humero radio ulnar ( Rockwood Jr. &

Frederich A., 2004).

(Gray, 1918)

Figura 4 Húmero

20

En Figura 5 se observa la ubicación anatómica de los 3 huesos que

conforman el hombro, como se mencionó anteriormente.

(Bridgeman, 2010)

Figura 5 Ubicación anatómica de los huesos del hombro

2.1.2. ARTICULACIONES

Las articulaciones que conforman el hombro son: la escapulohumeral y

subacromial, donde articulan el húmero y la escápula; la acromioclavicular,

donde articulan la clavícula y la escápula; la esternoclavicular, donde articulan en

el esternón y la clavícula y la escapulotorácica, donde articulan la escápula y el

tórax.

2.1.3. MOVIMIENTO DEL HOMBRO

Como se introdujo anteriormente, el complejo articular del hombro proporciona

varios movimientos al húmero respecto al tórax:

2.1.3.1. Flexión y extensión

En el movimiento de flexión se rota hacia adelante alrededor del eje radial

del húmero mientras que en la extensión se rota hacia atrás como se

muestra en la

Figura 6.

21

(Nordin, 2001)

Figura 6 Movimiento de Flexión y Extensión Humeral

2.1.3.2. Abducción y Aducción

En el movimiento de abducción se rota alrededor del eje radial del humero

hacia afuera mientras que en la aducción se rota hacia adentro como se

muestra en la Figura 7.

(Nordin, 2001)

Figura 7 Movimiento de Abducción y Aducción Humeral

2.1.3.3. Rotación Externa e Interna

En el movimiento de rotación externa se gira hacia afuera alrededor del eje

longitudinal del húmero mientras que en la interna se gira hacia adentro

como se observa en Figura 8.

22

(Nordin, 2001)

Figura 8 Movimiento de Rotación Externa e Interna

En cuanto a movimiento de traslación, los rangos son muy reducidos en

comparación con los de rotación, por lo que no se tienen en cuenta en el

aporte del movimiento del brazo. Y por supuesto que los diferentes tipos de

movimiento se pueden llevar a cabo simultáneamente, produciendo un

conjunto de múltiples tipos de movimiento.

2.1.3.4. Ángulo Húmero Torácico

Este término hace referencia al ángulo de inclinación del húmero respecto

al tórax con su eje de rotación en la articulación escapulohumeral. Los

rangos normales de este ángulo son desde 0°, denominado posición de

descanso, hasta aproximadamente 175°.

2.2. ARTICULACIÓN ESCAPULOHUMERAL

Aunque la articulación escapulotorácica también contribuye al movimiento del

humero, su contribución es muy baja en comparación a la de la articulación

escapulohumeral. La articulación escapulohumeral, también conocida como

articulación glenohumeral, pertenece al género de las diartrosis por ser una

articulación móvil, y dentro de estas pertenece al género de la enartrosis por tener

geometría de esfera y receptáculo, caracterizada por poseer un rango de

movimientos en todas las direcciones (3 traslaciones y 3 rotaciones). Sus superficies

articulares son la cabeza del húmero y la cavidad glenoidea de la escápula las cuales

están rodeadas por tejido cartilaginoso, ( Rockwood Jr. & Frederich A., 2004). La Figura

9 presenta una imagen de un corte transversal de esta articulación.

23

(Valparaiso, 1999)

Figura 9 Corte Transversal de la Articulación Escapulohumeral

2.2.1. HUESOS

Esta articulación une el hueso del húmero con la escápula, como se observa en la

Figura 9.

2.2.2. EJES LOCALES

Para poder medir el movimiento de la articulación es necesario identificar los ejes

locales escapulares. Los ejes locales están definidos por 3 puntos anatómicos

llamados ángulo acromial, ángulo inferior y raíz de la espina escapular,

denominados AA, AI, y TS o RSS, respectivamente por sus nombres en inglés. El

origen de estos puntos anatómicos es debido a que constituyen relieves

protuberantes que son fáciles de palpar. La Figura 10 muestra la ubicación

anatómico de estos puntos:

(Grewal, 2011)

Figura 10 Puntos Anatómicos Escapulares

24

A partir de estos 3 puntos se conforman los ejes de referencia locales de la

escápula, cuyo origen está situado generalmente sobre el ángulo acromial. Sin

embargo diversos autores sitúan el origen en cualquiera de estos puntos por lo que

es necesario usar algún estándar para definir los ejes locales. Van der Helm

propone usar la estandarización de ejes locales, aceptada por el “International

Shoulder Group”, (Van der Helm, 2010). De acuerdo a este estándar el origen está

situado en el ángulo acromial. El vector unitario que une el ángulo acromial y el

ángulo inferior constituyen el eje Z’. El vector unitario que une el ángulo acromial

con la raíz de la espina escapular conforman el eje X’. Y un vector ortogonal a

estos dos últimos constituyen el eje Y’. La Figura 11, muestra como estarán definidos

los ejes locales escapulares en el presente documento de acuerdo al estándar

dado por el grupo internacional del hombro (ISG). El plano formado por el eje X’ y

el eje Z’ es un plano coronal; el plano conformado por el eje X’ y el eje Y’ es un

plano transversal y el plano formado por el eje Z’ y el eje Y’ es un plano sagital.

(Van der Helm, 2010)

Figura 11 Ejes Locales Escapulares

2.2.3. MOVIMIENTO DE LA ARTICULACIÓN

A partir del eje de referencia local escapular (Figura 11), se definen las 3 rotaciones

escapulares.

2.2.3.1. Protracción y Retracción

Se le denomina protracción y retracción escapular a la rotación de la

escápula en el eje Z’ (rotación en el plano transversal), como se observa en

la Figura 12. La protracción también es conocida con el nombre de rotación

interna y hace referencia al giro en sentido negativo sobre el eje Z’ definido

25

en la Figura 11. Por otro lado la retracción es también conocida con el

nombre de rotación externa, y hace referencia al giro en sentido positivo

sobre el eje Z’ escapular.

(Grewal, 2011)

Figura 12 Movimiento de Protracción/Retracción vista en el plano transversal (vista superior)

2.2.3.2. Rotación Medial y Lateral

Se le denomina rotación medial y lateral a la rotación escapular en el eje Y’,

(rotación en el plano coronal), del sistema local mostrado en la Figura 11. A

la rotación medial también se le conoce como rotación descendente y

hace referencia a rotar en el sentido positivo del eje Y’ local escapular. Por

otro lado la rotación lateral, también llamada con el nombre de rotación

ascendente hace referencia al sentido de giro de la escapula en el sentido

negativo del eje local Y’, como se observa en la Figura 13.

(Grewal, 2011)

Figura 13 Movimiento de Rotación Medial/Lateral vista en el plano coronal (vista anterior)

26

2.2.3.3. Inclinación Posterior y Anterior

Se le denomina inclinación posterior y anterior a la rotación escapular sobre

el eje local X’, (rotación sobre el plano sagital), definido en la Figura 11. La

inclinación posterior es la rotación escapular cuyo sentido de giro es en el

sentido positivo del eje X’, mientras que la inclinación anterior hace

referencia a la rotación en el sentido negativo del eje X’ local escapular,

como se observa en la Figura 14.

(Grewal, 2011)

Figura 14 Movimiento de Inclinación Posterior y Anterior visto en el plano Sagital (vista derecha)

2.3. MÉTODOS DE MEDICIÓN DE LA CINEMÁTICA ESCÁPULAR

Existen múltiples métodos para medir la orientación de la escápula en función del

ángulo de elevación humero torácico. Los diversos métodos se pueden dividir en

varios grupos, los cuales serán presentados a continuación:

2.3.1. MÉTODOS INVIVO Y CADAVÉRICOS

Los métodos de medición cadavéricos requieren el acceso a centros

especializados para experimentación con cadáveres. En general han mostrado

evidencia estadística muy pobre en comparación con los rangos dinámicos reales

de una persona viva (Hill, Bull, Dallalana, Wallace, & Johnson, 2007). Por otro lado

los métodos invivo, están divididos en diferentes subgrupos:

2.3.2. MÉTODOS INVASIVOS

Dentro de los métodos invivo, los métodos invasivos consisten en la inserción de

pines en el hueso (humero, escápula y tórax) comúnmente. Esta invasividad

27

puede crear movimientos que no son anatómicamente naturales y predecir

patrones de comportamiento muy diferentes a los reales. Generalmente este tipo

de métodos tiene un alto costo y no son viables para la medición del ritmo

escapulo humeral en el momento de un examen de control. (Hill, Bull, Dallalana,

Wallace, & Johnson, 2007). Y dentro de los métodos no invasivos se pueden dividir

en más subgrupos:

2.3.3. MÉTODOS NO INVASIVOS

En esta clase es donde se encuentra la mayor cantidad de métodos. Dentro de

los más comunes se encuentran métodos de marcadores en la piel, métodos de

goniometría convencional, métodos de análisis estático y extrapolación dinámica

(fotografía), métodos usando radiación y métodos usando equipos

electromagnéticos y métodos de termografía, (Hill, Bull, Dallalana, Wallace, &

Johnson, 2007)

Generalmente existe una relación entre el la precisión requerida y el costo, ya que

una mayor precisión, indica una mayor sofisticación, en la mayoría de los casos,

del método a utilizar. Para evaluar la efectividad de un método se utiliza

generalmente la relación precisión/costo, la cual es un indicador más objetivo del

método utilizado.

2.4. LITERATURA DEL MOVIMIENTO ESCAPULOHUMERAL

2.4.1. MODELOS MATEMÁTICOS

Dentro de la literatura sobre la medición del ritmo escapulohumeral se encuentran

diversos modelos matemáticos que predicen las orientaciones escapulares en

función del ángulo de inclinación humero torácico. En general la mayoría de los

métodos existentes, usan matrices de rotación de Euler para encontrar los ángulos

de rotación. Michener publicó una artículo sobre la implicación de alterar las

rotaciones de Euler sobre la cinemática escapular. (Michener, 2000). En este

artículo se concluye que el orden de secuencia de las rotaciones influye de

manera significativa en la predicción cinemática del movimiento. Debido a esto se

ha estandarizado la secuencia de rotación a tener en cuenta en el momento de

realizar modelos que predigan la cinemática escapular. La Tabla 1 presenta las

secuencias estandarizadas por el grupo internacional del hombro (ISG) para

diferentes cuerpos.

28

(Van der Helm, 2010)

Tabla 1 Secuencias de Rotación Estándar para la predicción cinemática de diferentes cuerpos

2.4.2. CINEMÁTICA ESCAPULAR

La información disponible en la literatura presenta regresiones lineales para las 3

rotaciones escapulares en función del ángulo de elevación humero torácico.

Además de estas regresiones, también se encuentra disponible información

acerca de la posición de descanso de la escapula, es decir con un ángulo de

inclinación humero torácico de 0°.

2.4.2.1. Protracción/Retracción

La protracción y retracción como se indicó en el numeral 2.2.3.1 será

descrita negativamente para protracción y positivamente para retracción.

Por ejemplo un ángulo positivo de ésta orientación escapular indica que la

escapula se encuentra retraída.

2.4.2.1.1. Rango de Movimiento

El rango de movimiento reportado en la literatura es de -10 ° con

respecto a todo el rango de inclinación del ángulo humero torácico,

generalmente 175°. En otras palabras la escápula presenta una

protracción de alrededor de 10° cuando el humero se eleva 175° con

respecto al Tórax y se retrae 10° cuando el humero se devuelve hasta

la posición de descanso, (van Andel, van Hutten, Eversdijk, Veeger, &

Harlaar, 2009).

2.4.2.1.2. Posición de Descanso

La posición de descanso reportada por la mayoría de autores está

entre -30° y -35°, es decir que cuando el ángulo de inclinación del

29

húmero respecto al Tórax es de 0°, la escápula presenta una

protracción entre 30° y 35°.

2.4.2.2. Rotación Lateral/Medial

La rotación Lateral/medial, como se indicó en el numeral 2.2.3.2, será

descrita positivamente para la rotación medial y negativamente para la

rotación lateral. Es decir que un valor negativo de ésta rotación indicará

que la escápula se encuentra rotada lateralmente.


El rango de movimiento reportado en la literatura esta entre -35° y -

40° con respecto a todo el rango de inclinación del ángulo humero

torácico. En otras palabras la escápula presenta una rotación lateral

entre 35° y 40° cuando el humero se eleva 175° con respecto al Tórax

y rota medialmente entre 35° y 45° cuando el humero se devuelve

hasta la posición de descanso, (van Andel, van Hutten, Eversdijk,

Veeger, & Harlaar, 2009).

2.4.2.2.2. Posición de descanso

La posición de descanso reportada por la mayoría de autores está

entre -0° y -5°, es decir que cuando el ángulo de inclinación del

húmero respecto al Tórax es de 0°, la escápula presenta una rotación

lateral entre 0° y 5°.

2.4.2.3. Inclinación Posterior/anterior

La inclinación posterior/anterior, como se indicó en el numeral 2.2.3.3, será

descrita positivamente para la inclinación posterior y negativamente para la

inclinación anterior. Es decir que un valor negativo de ésta rotación indicará

que la escápula se encuentra inclinada en el sentido anterior, mientras que

un valor positivo indica que la escápula se encuentra inclinada en el sentido

posterior.


El rango de movimiento reportado en la literatura está entre 40° y 55°

con respecto a todo el rango de inclinación del ángulo humero

torácico. En otras palabras la escápula se inclina posteriormente

entre 40° y 55° cuando el humero se eleva 175° con respecto al Tórax

y se inclina anteriormente entre 40° y 55° cuando el humero se

devuelve hasta la posición de descanso, (van Andel, van Hutten,

Eversdijk, Veeger, & Harlaar, 2009).

30

2.4.2.3.2. Posición de descanso

La posición de descanso reportada por la mayoría de autores es de -

10°, es decir que cuando el ángulo de inclinación del húmero

respecto al Tórax es de 0°, la escápula presenta una inclinación

anterior de 10°.

31

3. MÉTODOS

3.1. PARTICIPANTES

8 personas derechas participaron en este estudio. Todos los individuos que participaron

en el estudio nunca habían tenido ningún accidente o dolor crónico del hombro

derecho en el último año. Todos los participantes dieron su consentimiento informado

para realizar las pruebas. Las características de cada individuo se muestran en la Tabla

2 y las características de la población medida se presentan en la Tabla 3.

Tabla 2 Características de los individuos que realizaron las pruebas

Tabla 3 Características de la población que realizó las pruebas

3.2. INSTRUMENTACIÓN

3.2.1. EQUIPO DE ADQUISISCIÓN DE DATOS PHASESPACE

El sistema PhaseSpace Image Motion Capture, de la universidad de los Andes es un

equipo de adquisición de datos cinemáticos perteneciente al laboratorio “Colibri”

de análisis de movimiento.

Dentro de sus características principales se encuentra que el sistema permite la

captura de movimientos realizados en tiempo real en un computador. Las

Individuo Género Edad [Años] Peso [kg] Estatura [m]

1 Masculino 24 73 1.72

2 Femenino 18 54 1.56

3 Femenino 19 57 1.54

4 Masculino 23 68 1.78

5 Femenino 22 61 1.7

6 Femenino 21 61 1.73

7 Femenino 20 62 1.65

8 Femenino 21 54 1.65

Edad [Años] Peso [kg] Estatura [m]

21 61.25 1.67

Edad [Años] Peso [kg] Estatura [m]

2 6.63 0.08

Promedios

Desv. Est

32

cámaras que captan los marcadores tienen una frecuencia variable que va desde

los 30 fps hasta los 480 fps, lo que permite la adquisición de diferentes tipos de

movimientos dependiendo de la aplicación requerida. Por ejemplo una frecuencia

alta de muestreo permite el análisis de movimientos rápidos como movimientos

deportivos, por ejemplo un golpe, una patada o un swing de golf. Por otro lado

una frecuencia baja será la más adecuada para pruebas estáticas y cuasi

estáticas como las realizadas en el presente estudio. La Tabla 4 presenta las

características principales del sistema:

Tabla 4 Características técnicas del sistema PhaseSpace Image Motion Capture

El sistema consta de unas cámaras marca “impulse” que pueden ser conectadas

en diferentes configuraciones para proporcionar una área de muestreo de hasta

7.5 metros por 7.5 metros.

Este sistema puede adquirir la señal de un máximo de 72 marcadores activos “LED”

al mismo tiempo, lo que proporciona una herramienta de medición para casi

cualquier tipo de movimiento imaginable.

Esta herramienta utiliza un servidor en línea y un programa que permite la

digitalización de los datos en tiempo real a un computador. El programa

mencionado anteriormente proporciona una interfaz gráfica que permite la

visualización de los marcadores en la pantalla del computador.

3.2.2. PALPADOR ESCAPULAR

El palpador escapular es un mecanismo que permite la palpación física de los

puntos anatómicos escapulares (AI, AA y RSS), (Bull, 2011)

3.2.2.1. CRITERIOS DE DISEÑO

El mecanismo debe permitir el posicionamiento de 3 marcadores

activos.

El mecanismo debe poder ajustarse para diferentes tamaños

escapulares.

El mecanismo debe poder manipularse fácilmente por una persona

para la ubicación en tiempo real de los puntos anatómicos

mencionados.

33

3.2.2.2. RENDERS DEL MECANISMO

La Figura 15 presenta el render del mecanismo que se utilizará para la

palpación escapular. Este mecanismo se diseñó en base al mecanismo

presentado por (Bull, 2011).

Figura 15 Render del Mecanismo Palpador Escapular

Tabla 5 Características Mecánicas del Palpador Escapular

La Figura 16 muestra el mecanismo original presentado por (Bull, 2011).

Tipo de Mecanismo

Traslación del pin 1 Traslación Pin 2 Rotación Eje RSS

Características Mecánicas del Palpador Escapular

Rangos de Movimiento

Descripción

Permite la ubicación

del marcador AI en

diferentes posiciones

Permite la ubicación

del marcador AA en

diferentes posiciones

Permite la apertura del

mecanimos para diferentes

anatomías escapulares

Mecanismo de

Ranuras Articulado

34

(Bull, 2011)

Figura 16 Mecanismo Palpador Escapular presentado por (Bull, 2011)

3.2.2.3. PROCESO DE MANUFACTURA

Se compraron dos platinas de aluminio de 3 milímetros de espesor por 25 cm

de largo y 5 centímetros de ancho. A cada una de éstas se le perforaron las

ranuras utilizando una fresadora y se les realizaron los radios de curvatura en

las esquinas usando el esmeril. Posteriormente se abrió un agujero en cada

una para posicionar el pin que permitiría la ubicación del marcador RSS y la

unión entre las dos platinas.

Se compraron los 3 pines y 6 tuercas que permitieran ajustar los pines AI, RSS

y AA en diferentes posiciones de las ranuras. Para la unión de todas las

piezas era indispensable que los pines quedaran a nivel. La Figura 17 y

Figura 18 muestra el palpador terminado con los pines a nivel:

35

Figura 17 Nivelación de los Pines del Palpador Escapular

Figura 18 Palpador Terminado

Los planos de construcción se encuentran anexos en el Apéndice 8.2

3.2.3. MECANISMO DE POSTURAS ESTÁTICAS DEL BRAZO

El desarrollo de un mecanismo que permitiera la acomodación del brazo en

diferentes posiciones estáticas era indispensable para permitir tomas con baja

incertidumbre experimental.

36

3.2.3.1. CRITERIOS DE DISEÑO

El mecanismo debe permitir el ajuste del brazo derecho en diferentes

ángulos de inclinación del húmero respecto al tórax.

El mecanismo debe dar soporte al brazo de la persona de tal forma que

ésta no pueda mover el brazo durante la toma de datos.

El mecanismo debe poder ajustarse para diferentes alturas y anatomías

de las personas a medir

3.2.3.2. PROTOTIPO 1

El primero prototipo propuesto era un tubo doblado con una ranura que por

medio de una manija les permitiera a las personas ubicar el brazo en

diferentes ángulos de inclinación del húmero respecto al tórax. La Figura 19,

Figura 20 y Figura 21 muestran los Renders del primer prototipo propuesto.

Figura 19 Render Prototipo 1

37

Figura 20 Render 2 Prototipo 1 Ranuras para ajuste de altura

Figura 21 Render 3 Prototipo 1 Manija de para diferentes ángulos de inclinación

El problema principal de éste prototipo es que solo cuenta con un único

radio de giro, por lo que personas con diferentes longitudes del brazo

tendrían problemas para usar el dispositivo. Además de esto, el mecanismo

como tal no proporciona un sistema que asegure que la persona no mueva

el brazo durante la toma de datos.

3.2.3.3. PROTOTIPO 2

Para solucionar el problema de un único radio de giro, se diseñó un

segundo prototipo en base al mecanismo de un reloj. La Figura 22 y Figura

23 muestran los Renders del segundo prototipo propuesto:

38

Figura 22 Render 1 del segundo prototipo propuesto

Figura 23 Render 2 del segundo prototipo. Sistema para Ajuste de diferentes Ángulos de

Elevación

Este segundo prototipo solucionaba el problema del único radio de giro. Sin

embargo para permitir 170° grados de rotación, el tubo con los agujeros

debía ser un tubo macizo de un radio muy grande, lo que constituía un

mecanismo extremadamente pesado. Para solucionar esto se incorporó

una pieza más al diseño, como se observará en el prototipo final.

39

3.2.3.4. PROTOTIPO FINAL

Se realizaron 2 cambios básicamente sobre el prototipo 2. El primero fue la

incorporación de un disco agujerado para no tener que usar un tubo

macizo. Y el segundo cambio fue utilizar uniones de codos a 90° en vez de

doblar el tubo. La Figura 24 y Figura 25, presentadas a continuación

muestran los Renders del prototipo Final.

Figura 24 Render del Prototipo Final

Figura 25 Render de los cambios realizados sobre el segundo prototipo

40

3.2.3.5. PROCESO DE MANUFACTURA

Para el proceso de manufactura se utilizaron tubos de acero galvanizado

de 1 pulgada y media, una unión de codo de 90°, una platina de acero

para la sujeción del mecanismo a una base, una platina de aluminio para la

sujeción del brazo derecho de las personas al mecanismo, correas de velcro

para la inmovilización del brazo a la platina de aluminio y se mandó a

manufacturar el disco. Los planos de construcción del mecanismo se

presentan en el apéndice 8.3.

A continuación se presentan las ilustraciones del mecanismo terminado:

Figura 26 Prototipo Final Terminado

41

Figura 27 Detalles 1 del prototipo Final Terminado

Figura 28 Detalles 2 del prototipo Final terminado

42

Figura 29 Detalles 3 del prototipo Final Terminado

3.2.4. MODELO BIOMECÁNICO

El modelo biomecánico que será validado lleva el nombre “Upper Extremity

Model”. Es un modelo que fue desarrollado en la Universidad de Stanford,

California en Junio de 2005, (Holzbaur, Murray, & Delp, 2005). Es un modelo de la

extremidad superior derecha, y cuenta con representaciones musculares, uniones

de huesos e interacción entre éstos.

3.2.4.1. DESCRIPCIÓN

El modelo cuenta con 15 grados de libertad representando el hombro, el

codo, el antebrazo, la muñeca, el pulgar y 50 músculos actuadores. Fue

publicado en 2005 y actuablemente pertenece a la biblioteca del centro

nacional para la computación biomédica de simulaciones de estructuras

biológicas basadas en física. (NIH, 2005). Esta institución nació con el

objetivo de crear un lugar accesible al público interesado en investigación

en computación biomédica y ha tenido una gran acogida a nivel

internacional.

43

El modelo tiene incorporado las soluciones de las ecuaciones diferenciales

que gobiernan la cinemática del tren superior, además de solución a las

ecuaciones que gobiernan la cinética muscular y de las articulaciones.

Entre los objetivos con los cuales el modelo fue creado, se encuentran:

Incorporar los músculos principales en la interacción del movimiento del

tren superior.

Proveer información precisa sobre los momentos de fuerza musculares.

Derivar propiedades cinéticas a partir de datos experimentales.

Representar la máxima capacidad de momento de fuerza muscular.

Representar la interacción de los diferentes huesos en las articulaciones.

Estar disponible al público para experimentación.

(Holzbaur, Murray, & Delp, 2005)

En cuanto al hombro (tema de interés del presente estudio), el modelo

cuenta con 3 grados de libertad: plano de Elevación, ángulo de elevación,

rotación del hombro.

En cuanto al modelado de la articulación Escapulohumeral, esta fue

modelada como una unión de esfera receptáculo, al igual que lo es en la

vida real, y las ecuaciones utilizadas para solucionar la cinemática

escapular son las presentadas por Groot y Brand en 2001, (Groot & Brand,

2001).

A continuación se presenta algunas imágenes de la interfaz del modelo:

(Holzbaur, Murray, & Delp, 2005)

Figura 30 Interfaz del Modelo Biomecánico en diferentes posturas

44

3.2.4.2. AMBIENTE DE PROGRAMACIÓN E INTERFAZ

El modelo fue diseñado para poder ser utilizado originalmente para la

plataforma SIMM. Sin embargo en 2007 se desarrolló la herramienta

OpenSim (Delp, y otros, 2007), la cual presentaba una interfaz mucho más

amable con el usuario.

3.2.5. OPENSIM

3.2.5.1. Descripción

OpenSim provee una plataforma donde la comunidad de investigación

biomédica puede crear bibliotecas de simulaciones, las cuales pueden ser

intercambiadas, probadas y analizadas a través de la colaboración de los

diferentes usuarios. (Delp, y otros, 2007). El desarrollo del programa pretendía

crear una comunidad donde cualquier persona pueda tener acceso a los

modelos pertenecientes a la comunidad.

3.2.5.2. Requerimientos técnicos

El software es de libre descarga y se encuentra disponible para descargar

por cualquier persona en el sitio web de la comunidad SIMTK. La dirección

del sitio web está disponible en la referencia (NIH, 2005).

Los modelos también se encuentran disponibles para descargar. Existen

modelos biológicos de todo tipo, no únicamente humanos.

La Figura 31 muestra imágenes de algunos de los modelos disponibles de

libre descarga:

Figura 31 Diferentes tipos de modelos de libre descarga disponibles para la comunidad SIMTK

45

Una vez descargados los modelos y el programa, los usuarios pueden usar

información experimental captada a través de algún sistema de captura de

movimiento para analizar los comportamientos del modelo.

Aunque el uso de algún tipo de sistema de captura de movimiento

específico no es un requerimiento, el formato de los datos que recibe el

programa si es algo de vital importancia.

La guía disponible para el usuario, también disponible en el sitio web (NIH,

2005), proporciona toda la información necesaria para comprender los

requerimientos exigidos por el programa para su correcto uso.

3.2.5.3. Herramientas de Análisis

El programa tiene varias herramientas de análisis de datos, donde para la

utilización de todas se requiere de datos experimentales y la creación de un

set de marcadores virtuales.

3.2.5.3.1. Escalamiento del Modelo

El escalamiento del modelo es una herramienta que se utiliza para

modificar las relaciones anatómicas del modelo original y poder

ajustarlo al individuo del que se obtuvieron los datos experimentales.

A partir del set de marcadores virtuales creado en el programa y la

información experimental en una pose estática, el modelo realiza un

proceso minimización de error de las distancias entre marcadores

variando las relaciones anatómicas del modelo.

El set de marcadores a utilizar puede ser cualquiera, sin embargo

existe un protocolo para construir el set de marcadores para algunos

movimientos estándar. La Figura 32 y la Tabla 6 muestran el set

propuesto para mediciones de movimiento del tren superior.

46

(Andriacchi TP, 1995)

Figura 32 Protocolo de Marcadores Experimentales para movimiento del tren superior

(Andriacchi TP, 1995)

Tabla 6 Marcadores Propuestos

Sin embargo, dependiendo del movimiento que se desea analizar se

pueden variar, es decir que no es una obligación utilizar todos los

47

marcadores presentados en la Tabla 6 ni tampoco incluir aquellos

que el experimentador considere necesarios.

Una vez el programa termina de realizar este procedimiento, arroja el

resultado del error máximo encontrado. La guía del usuario

recomiendo que este error sea de máximo 2 puntos en la escala

mostrada. (NIH, 2005). Si el error máximo supera este valor se debe

reposicionar el marcador virtual para ajustarlo con el marcador

experimental (ambos mostrados en la interfaz).

La Figura 33 muestra un ejemplo de un set de marcadores (esferas

rosadas) y el set de marcadores experimentales (esferas azules), en

una de las pruebas estáticas realizadas. Se puede observar la

diferencia de posición de los dos sets de marcadores. En este

momento se modifica la posición del set virtual. La Figura 34 muestra

el reposicionamiento de los marcadores virtuales para la minimización

del error reportado.

Figura 33 Error de posicionamiento entre el set virtual y el experimental

48

Figura 34 Reposicionamiento del set de marcadores virtual

3.2.5.3.2. Herramienta de Cinemática Inversa

La herramienta de cinemática inversa se usa una vez se terminó el

escalamiento del modelo a el individuo específico. Esta herramienta

utiliza la información experimental dinámica y utiliza el mismo

procedimiento de disminución de error que el utilizado en el

escalamiento. Sin embargo en este caso, el programa no minimiza la

distancia entre marcadores modificando las relaciones anatómicas

del modelo, sino ajustando la pose del modelo que mejor ajuste la

posición de todos los marcadores en cada instante produciendo al

final un modelo dinámico, en otras palabras al finalizar el proceso de

cinemática inversa, el modelo produce un movimiento en el modelo.

3.2.5.3.3. Otras herramientas de interés

En el estudio presente, las dos herramientas mencionadas

anteriormente permiten la obtención de las orientaciones

escapulares. Sin embargo existen otras herramientas de interés como

lo son: la herramienta de control muscular, la herramienta de

dinámica directa, la herramienta de optimización estática y la

herramienta de reducción de residuos. Cada una de estas

herramientas, requieren el uso previo del escalamiento del modelo y

de la cinemática inversa. En el manual del usuario, disponible en

línea, se encuentra la descripción detallada de cada una de éstas.

49

3.3. PROTOCOLO EXPERIMENTAL

3.3.1. POSICIONAMIENTO DE CAMARAS

El posicionamiento de cámaras se realiza con el objetivo de configurar y limitar el

espacio donde será realizado el movimiento. Son necesarias al menos 3 cámaras

con el fin de realizar la triangulación y poder obtener la posición tridimensional de

los marcadores.

Las cámaras son ubicadas formando diferentes geometrías, desde círculos, como

se observa en la Figura 35, que encierran todo el espacio, configuración que

permite registrar un movimiento con 6 grados de libertad; hasta semicírculos, para

registrar movimientos que se puedan observar desde un solo plano por ejemplo.

(Phase Space Image Capture System, 2008)

Figura 35 Configuración Circular de Cámaras

Como las pruebas a realizar son pruebas estáticas, es mejor ubicar las 8 cámaras

disponibles en un semicírculo para poder captar todos los marcadores sin perderlos

en ningún momento, ya que es posible observar el movimiento desde un solo

plano.

3.3.2. CONEXIÓN DEL EQUIPO

Cada cámara tiene 2 puertos, ya que la conexión entre todas las cámaras debe

ser realizada de manera secuencial, de tal forma que se forme una cadena entre

todas.

50


Figura 36 Cámaras del sistema Phase Space

Además de las cámaras, el sistema cuenta con un servidor, el cual debe ser

conectado a la primera cámara, como se ilustra en la Figura 37.


Figura 37 Conexión entre las cámaras y el servidor

3.3.3. CALIBRACIÓN DEL SISTEMA

Una vez realizada la conexión entre las cámaras y el servidor en la configuración

deseada se procede a calibrar el sistema. La calibración consiste en captar la

información de 8 sensores conectados a una barra, denominada “calibration

Wand”, en el espacio deseado. Además en el proceso de calibración se deben

definir el origen de referencia y la dirección de los ejes. Todo el proceso de

calibración se realiza a través de la interfaz del programa visto desde la pantalla

del computador que accede al servidor. El programa muestra primero el espacio

detectado por las cámaras, como se ilustra en la Figura 38:

51


Figura 38 Espacio de Muestreo Captado por un sistema de 30 cámaras

Posteriormente, al usar la barra de calibración se empieza a detectar el área por

todas las cámaras:


Figura 39 Captación de los sensores de la barra para la calibración de las cámaras

Como se puede ver en la Figura 39. Los recuadros verdes indican el espacio

captado. Una vez cada recuadro negro se vuelve verde se procede a identificar

el eje de referencia y las direcciones de sus ejes. Para hacer esto se usa la barra de

calibración y se debe desplazar en el sentido que se desea cuando en el

momento que el programa indica para cada uno de los ejes.

Al terminar esto se puede observar el proceso de calibración del sistema en la

pantalla de computador, como se observa en la Figura 40:

52


Figura 40 Espacio correctamente calibrado

En este momento se guarda la configuración y el sistema se encuentra listo para

registrar los movimientos.

3.3.4. POSICIONAMIENTO DE MARCADORES

Una vez se calibró el sistema se deben posicionar los marcadores requeridos para

la toma de datos.

3.3.4.1. MARCADORES ANATÓMICOS

De acuerdo al protocolo presentado en la sección 3.2.5.3.1, se definió el

siguiente set de marcadores a utilizar:

Tabla 7 Set de Marcadores Usados

Nombre Segmento Real Segmento Modelo

HOMBD Acromion Escapular Derecho Escápula

CODD Cabeza superior de la Ulna (cúbito) derecha Ulna

RADMD Radio derecho Radius

MUDMD Cabeza inferior del radio derecho Radius

CUBMD Inicio antebrazo Cúbiro

NUDMD Nudillo Medio Derecho 3proxph

Set de Marcadores Utilizado

53

Tabla 8 Descripción del set de marcadores anatómicos usados

Para posicionar estos marcadores a la piel de los individuos medidos se

usaron parches para electrodos médicos. A estos parches se pegaron los

marcadores con cinta doble faz, y para asegurar que no se despegaran se

recubrieron con cinta pegante. La Figura 41 muestra el posicionamiento de

los marcadores a uno de los individuos medidos:

Figura 41 Posicionamiento de los marcadores anatómicos

Nombre Vista

Frontal y PosteriorHOMBD

PosteriorCODD

Posicionado aproximadamente en la mitad

del radio derechoPosteriorRADMD

Posicionado en el nudillo del dedo medio

derechoFrontalNUDMD

Posicionado en la unión del húmero con

cúbito y radioFrontalCUBMD

Posicionado en la protuberancia inferior del

radio derecho (muñeca)FrontalMUDMD

Descripción

Posicionado en la protuberancia de la ulna

derecha (Codo)

Posicionado en el hombro derecho (Acromión

derecho)

54

3.3.4.2. MARCADORES PALPADOR ESCAPULAR

Para posicionar los marcadores del palpador se utilizó cinta doble faz en la

punta de los pines y se recubrieron con cinta transparente para evitar que

se despegaran como se puede apreciar en la Figura 42.

Figura 42 Posicionamiento de los marcadores sobre el palpador

3.3.5. MONTAJE DEL BRAZO AL MECANISMO DE POSTURAS ESTÁTICAS

Una vez posicionados los marcadores se procedió a posicionar el brazo con las

correas de velcro al mecanismo de posturas estáticas. Los primero fue ajustar la

altura del mecanismo dependiendo del individuo y posteriormente ajustar el brazo

con las correas. A continuación se presentan imágenes de dos individuos con el

brazo ajustado al mecanismo:

Figura 43 Posicionamiento del brazo al mecanismo de posturas estáticas en una de las tomas

55

Figura 44 Posicionamiento del brazo al mecanismo de posturas estáticas en una de las tomas

3.3.6. TOMA DE DATOS

3.3.6.1. PRUEBAS DE PRECISIÓN

Para determinar el error de precisión de cada modelo se realizaron 5

pruebas al mismo individuo. Los datos obtenidos en estas 5 pruebas se

usaron en los dos modelos con el fin de determinar la diferencia de

resultados arrojados por cada modelo. En el caso del palpador escapular, la

palpación fue realizada por un estudiante de medicina de la Universidad

Javeriana de Bogotá con ayuda de un profesor de biomédica de la

Universidad de los Andes de Bogotá.

56

Figura 45 Palpación Escapular para las pruebas de precisión

3.3.6.2. PRUEBAS EXPERIMENTALES

Se realizaron 18 tomas estáticas para cada individuo. Cada toma consistía

en registrar la posición de los marcadores para cada uno de los ángulos

ajustados por medio del pin del disco del mecanismo de posturas estáticas.

Como se especifica en los planos de manufactura del mecanismo de

posturas estáticas (apéndice 8.2), los orificios debían presentar aumentos de

10° entre uno y otro, sin embargo en el momento de recibir la pieza

manufacturada se encontró que estaban espaciados 9.7° entre uno y otro.

Por falta de tiempo no se exigió volver a manufacturar toda la pieza.

Por lo tanto para cada individuo se extrajeron 18 archivos para su posterior

procesamiento, cada uno correspondiente a la posición cinemática de los

marcadores del brazo y los marcadores del palpador para cada 10° grados

de elevación del húmero con respecto al tórax, comenzando en 0°.

La razón para realizar tomas estáticas fue por la utilización del palpador, ya

que poder ubicar los puntos escapulares en un toma dinámica con el

palpador era una tarea imposible, ya que el palpador es manipulado por

una persona externa a la que realiza la prueba y se toma alrededor de 40

57

segundos y 2 minutos ubicar correctamente los puntos anatómicos en una

posición estática.

3.4. PROCESAMIENTO DE DATOS

La información extraída del programa de captura de movimiento es una archivo

codificado de extensión *C3D. Este archivo debe ser exportado a un archivo de texto

plano para poder realizar la conversión al formato requerido por el programa

OpenSim.

Para realizar esta exportación se requiere el uso del software “RECAP II” el cual, es un

programa que permita la visualización de los marcadores, como se ve en la Figura 46.

El programa fue proporcionado por el técnico del laboratorio.

Figura 46 Interfaz del programa "RECAP"

En la Figura 46 se observa la posición de los marcadores en una de las tomas. A partir del

programa se usa la opción exportar en la pestaña “file” y selecciona exportar como

archivo de extensión *.owl como se puede apreciar en la Figura 47.

58

Figura 47 Exportación del archivo a formato de texto plano *.OWL

El formato extensión *.OWL es un formato de texto plano que contiene la información

captada para cada marcador. La Figura 48 muestra el archivo obtenido y la Figura 49

muestra la descripción de cada uno de los campos.

Figura 48 Archivo en Formato *.OWL

59

Figura 49 Descripción de cada uno de los campos del archivo *.OWL

El campo de validación indica si el marcado fue captado por al menos uno de las

cámaras en el frame mostrado. Valores de -1 indican que el frame no fue captado, y

cualquier otro valor positivo indica que si fue captado.

3.4.1. REQUERIMIENTOS DEL FORMATO PARA OPENSIM

El formato que requiere el programa OpenSim para utilizar los datos experimentales

en los modelos lleva la extensión *.TRC. Este tipo de archivo al igual que el *.OWL es

un formato de texto plano. Sin embargo la estructura es muy diferente a la del

archivo *.OWL. La Figura 50 muestra la estructura del archivo requerido por el

programa:

Figura 50 Estructura del Archivo *.TRC requerido por el programa OpenSim

60

Como se puede observar en la Figura 50, la estructura es muy diferente al archivo

tipo *.OWL. El programa muestra más campos como los mostrados en las primeras

dos filas. Además requiere tener los nombres de los marcadores con los que serán

asociados el set de marcadores virtuales. Y la diferencia principal radica en el

ordenamiento de los datos. Mientras que en el formato *.OWL el archivo presenta

los marcadores en columnas, el archivo *.TRC requiere los marcadores en filas.

Al tratar con archivo de extensiones grandes se requiere crear un programa que

permita la trasformación desde el formato *.OWL al formato *.TRC.

3.4.2. PROGRAMAS DE TRATAMIENTO DE DATOS

De acuerdo a lo mencionado anteriormente, se presentó la necesidad de crear un

programa que transformara la estructura de los datos para poder utilizarlos de

forma adecuada en el programa OpenSim.

Además de realizar la transformación matricial de filas por columnas, agregar el

nombre de los marcadores del set virtual, y agregar los campos del inicio, el

programa OpenSim presentaba un error cuando no detectaba un frame, por lo

que surgió la necesidad de eliminar el frame si el campo de validación era de -1.

El programa se desarrolló como una macro para utilizar desde el programa “Excel”

y la programación se realizó en el ambiente de “visual Basic”.

Para agregar los nombres a los marcadores es necesario identificar el número del

marcador experimental que corresponde al marcador virtual. Esto se realizó

usando el programa “RECAP”, que como se mencionó anteriormente, permite la

visualización de la ubicación de cada marcador.

Otro problema que se presentó se dio a causa de que al utilizar la herramienta de

cinemática inversa en el programa “OpenSim”, este solo admite un archivo

dinámico para crear el movimiento del modelo. Y como las pruebas realizadas a

cada individuo se realizaron de forma estática, surgió la necesidad de crear un

programa adicional que permitiera juntar todas las tomas estáticas y crear un solo

archivo dinámico.

Por lo tanto se crearon dos programas independientes. El programa utilizado para

crear el archivo dinámico es llamado “Concatena OWL’s” y como su nombre lo

indica, parte de los archivos de cada toma estática, en formato *.OWL, y crea un

solo archivo de la misma extensión, como se muestra en la Figura 51:

61

Figura 51 Interfaz del programa de concatenación de archivos

Al correr el programa, este muestra una ventana que pide la ubicación de la

carpeta donde se encuentran los archivos que se desean juntar.

Una vez seleccionada la carpeta, el programa comienza a procesar los archivos y

al final muestra la información total y crea un archivo dinámico, en la misma

carpeta donde se seleccionaron los archivos a unir, como se puede observar en la

Figura 52.

Figura 52 Finalización del proceso de Concatena

Una vez terminado este proceso se usa el programa llamado “Conversor OWL”.

62

Debido a la diferencia de marcos de referencia experimental y del modelo, el

programa debía además de los requerimientos mencionados anteriormente,

poder transformar los datos de un sistema de referencia a otro.

La transformación del sistema de referencia experimental al sistema de referencia

del modelo es una traslación simple de ejes, ya que se parte del supuesto de que

los ejes no presentan ninguna rotación.

Sin embargo es importante destacar que sí es necesario que los ejes coincidan en

los dos modelos, es decir que el eje X del modelo corresponda al eje X

experimental y de igual manera que con los ejes Y y Z. La Gráfica 1 muestra cómo,

para un set de marcadores de prueba, con valores de posición inicialmente

referenciados a un marco de referencia posicionada en algún lugar, su eje de

referencia fue trasladado hasta un marcador realizando una suma vectorial

únicamente.

Gráfica 1 Resultado de trasladar realizar una suma vectorial sobre un set de marcadores

Para poder determinar el vector de traslación de ejes se realizó el siguiente

procedimiento:

Para obtener la relación entre un eje de referencia y otro, fue necesaria la

ubicación a priori de uno de los marcadores. En este caso se usó el marcador

“HOMBD” situado en el hombro derecho. Una vez se conocen las coordenadas de

éste vector en los dos marcos de referencia de interés, (experimental y del

modelo), se puede calcular el vector de traslación para pasar del sistema a otro.

La Figura 53 presenta la relación vectorial para poder determinar el vector de

traslación de un sistema a otro.

63

Figura 53 Relación de los dos sistemas de referencia a partir de un marcador

Por lo tanto cada marcador tendrá las siguientes coordenadas en el sistema de

referencia del modelo:

Donde el subíndice SRM hace referencia al sistema de referencia del modelo

mientras que el subíndice SRE hace referencia al sistema de referencia

experimental. Consecuentemente el vector de traslación que debe ser sumado a

los datos de los marcadores en el sistema de referencia experimental es:

Una vez determinado el vector de traslación, habiendo identificado las

equivalencias de los nombres de los marcadores y habiendo creado el archivo

dinámico, usando el programa de concatena de archivos estáticos, se puede usar

el programa “conversor OWL’s”.

Al iniciar el programa, este muestra una opción para modificar la tabla de

equivalencias de los marcadores y la tabla para agregar el vector de traslación de

ejes como se observa en la Figura 54.

64

Figura 54 Interfaz del programa "Conversor OWL's"

Una vez llanadas estas dos tablas, se utiliza la opción “cargar OWL y Generar TRC”.

Esta pestaña pide la ruta de acceso al archivo dinámico. Si el programa detecta

algún marcador con valor de “-1” en el campo de validación, elimina todo el

frame. Al finalizar la labor, el programa muestra una tabla con los frames

eliminados y crea el archivo en formato *.TRC en la misma carpeta donde se

encontraba el archivo dinámico inicialmente.

El código fuente de los programas se encuentra anexo en el apéndice 8.1.

3.5. OBTENCIÓN DE ORIENTACIONES ESCAPULARES

En el caso de la validación del modelo biomecánico, se usó el programa para

obtener la información cinemática de los 3 puntos anatómicos escapulares con

base a la información cinemática de los marcadores sobre el brazo.

Se obtuvo la información de los tres vectores de los puntos anatómicos (AA, AI y RSS)

y con esta información se calcularon las orientaciones escapulares en función del

ángulo de inclinación humero torácico.

El cálculo se realizó siguiendo el siguiente procedimiento:

Al tener 3 vectores haciendo referencia a los 3 puntos anatómicos sobre la

escápula, estos forman un plano en el espacio (plano escapular). Por lo tanto es

posible obtener un vector ortogonal al plano que forman los 3 vectores en cada

instante del tiempo. El vector ortogonal al plano formado por los 3 puntos es

llamado vector director y es un vector unitario. Así mismo para cada instante del

65

tiempo el vector director va cambiando su dirección, por lo tanto es posible

calcular los ángulos que determinan su dirección en cada instante.

Las siguientes fórmulas fueron usadas para el cálculo del vector director y de sus

direcciones para cada instante del tiempo:

Dados los vectores anatómicos AA, AI y RS de coordenadas

, respectivamente, se forman los

vectores que forman el plano, llamados V1 y V2 de la forma:

Estos dos vectores se encuentran sobre el plano formado por los 3 puntos

anatómicos, llámese plano escapular. Por lo tanto es posible calcular un vector

ortogonal, (vector director), a éste plano como el producto cruz del vector V1 y el

vector V2. Este vector director tiene las siguientes coordenadas:

Estas son las coordenadas del vector director, y para hacerlo unitario, cada una

de sus coordenadas se divide por su magnitud, definida como:

√

Una vez divididas sus coordenadas por su magnitud se obtiene el vector director

unitario .

Y para encontrar las orientaciones, basta encontrar las direcciones del vector

director unitario, en cada instante del tiempo las cuales se pueden obtener como:

Para la obtención de las orientaciones usando el método del palpador, se usa el

mismo procedimiento, ya que se cuenta con la información cinemática de los

puntos anatómicos directamente.

66

4. PRESENTACIÓN DE RESULTADOS

4.1. ORIENTACIONES ESCAPULARES

Esta sección presenta las orientaciones escapulares que fueron obtenidas por medio de

los dos métodos y las diferencias entre ambos.


La Gráfica 2, Gráfica 3 y Gráfica 4 presentan las orientaciones escapulares

obtenidas a partir de la información de los puntos anatómicos:


obtenidas con el modelo

67





68

Tabla 9 Regresiones de Movimiento Escapulares y Posiciones de Descanso

Tabla 10 Regresión de Movimientos Escapulares Promedio

Tabla 11 Rangos de Movimiento

Individuo Rango [°] Movimiento Escapular Rango Máximo [°] Regresión R^2

Rotación Lateral -46 y=-0.27 x + 1.83 0.994 Rotación Lateral 2

Protracción 11 y=0.064 x + 35.9 0.966 Protracción 36

Inclinación Posterior 61 y=0.36 x - 5.3 0.999 Inclinación Posterior -5


Protracción 11 y=0.061 x +31.14 0.961 Protracción 31

Inclinación Posterior 61 y=0.36 x -1.15 0.999 Inclinación Posterior -1



Inclinación Posterior 63 y=0.36 x -1.15 0.999 Inclinación Posterior -1
















1638

7

6

5

4

Abducción Humeral Con Ángulo de Elevación 0°

172

179

178

170

169

173

3

1 172

2

Posición de Descanzo [°]

Rotación Medial -0.27 0.002 3 2

Protracción 0.06 0.002 32 3

Inclinación Posterior 0.36 0.001 -5 3

REGRESIÓN PROMEDIO

Desv. Est

Intercepto

Promedio

Intercepto

Desv. Est

Pendiente

Promedio

PendienteMovimiento Escapular

Rotación Medial -47 3

Protracción 11 32

Inclinación Posterior 63 -5

Movimiento Escapular

Rango de

Movimiento [°]

Posición de

Descanzo [°]

69

4.1.2. MÉTODO DEL PALPADOR

A partir de la información cinemática de los marcadores posicionados sobre el

palpador escapular se hallaron las orientaciones escapulares en los 3 planos de

movimiento. La Gráfica 5, Gráfica 6 y Gráfica 7presentan los resultados:


obtenidas con método del palpador.


obtenidas con el método del palpador

70


obtenidas con el método del palpador.

4.2. DIFERENCIAS

En esta sección se presentan las diferencias obtenidas entre los dos métodos para

cada una de las 3 orientaciones escapulares.


escápula

71

Gráfica 9 Diferencias entre los dos métodos de la protracción y retracción escapular


escápula

4.3. ERROR DE PRECISIÓN

A raíz de las diferencias tan grandes que se obtuvieron por medio de los dos métodos

en las orientaciones se decidió en realizar una toma adicional de precisión para poder

72

determinar si el error se fue debido al proceso de palpación física o la incertidumbre

de precisión de cada modelo.

Se realizaron 5 pruebas en las mismas condiciones para un solo individuo con el fin de

determinar el error asociado a la precisión de cada método. La palpación física fue

realizada en conjunto por el estudiante de medicina Santiago Chaverra de la

Universidad Javeriana de Bogotá y el profesor de biomecánica Daniela Suarez de la

Universidad de los Andes de Bogotá a diferencia de las primeras tomas, en donde la

palpación escapular la realicé yo mismo.


A partir de los datos cinemáticos de los marcadores sobre el brazo obtenidos por el

sistema de captura de movimiento, se hallaron las orientaciones escapulares en los

3 planos. La Gráfica 11, Gráfica 12 y Gráfica 13 muestran los resultados obtenidos.


obtenidas por el modelo biomecánico

73


modelo biomecánico


obtenidas por el modelo biomecánico

74


A partir de los datos cinemáticos de los marcadores ubicados sobre el palpador,

obtenidos por medio del sistema de captura de movimiento, se calcularon las

orientaciones de la escápula en los tres planos para encontrar la precisión de éste

método. La Gráfica 14, Gráfica 15 y Gráfica 16 muestran los resultados obtenidos:


obtenidas por el método del palpador.

75


método del palpador.


obtenidas por el método del palpador.

76

Por lo tanto la precisión de cada modelo es la máxima diferencia obtenida para

las 5 mediciones para cada una de las orientaciones escapulares. La Tabla 12

muestra los resultados de precisión de cada modelo para cada orientación:

Tabla 12 Incertidumbres de precisión de cada modelo para cada orientación escapular

En la Tabla 12, la columna que indica el rango de movimiento hace referencia a la

máxima cantidad de rotación que presenta la escápula en cada uno de sus

planos cuando el húmero se mueve con respecto al tórax desde 0° a 180°. Por

ejemplo la escápula rota lateralmente alrededor de 50° cuando el húmero se

eleva desde 0° a 180° con respecto al tórax.

Además se calculó la diferencia entre los dos métodos de los resultados obtenidos

para éste individuo en particular, esto con el objetivo de observar si existía mucha

diferencia en los resultados por efecto de la palpación física de la escápula como

tal. La Gráfica 17, Gráfica 18 y Gráfica 19 muestran las diferencias obtenidas:

77


escápula; palpación llevada a cabo por un estudiante de medicina.

Gráfica 18 Diferencias entre los dos métodos de la protracción y retracción escapular;

palpación llevada a cabo por un estudiante de medicina

78


escápula; palpación llevada a cabo por un estudiante de medicina

79

5. DISCUSIÓN DE RESULTADOS

Esta sección estará dividida en los mismos numerales presentados en la sección 4 y una

sección adicional de comparación de resultados con la literatura.

5.1. ORIENTACIONES ESCAPULARES

Todas las gráficas presentadas presentan la información con respecto a los ejes de

referencia globales del modelo. Es necesario tener presente que por facilidad, los

ejes llamados X, Y y Z en las gráficas hacen referencia a los ejes anatómicos como se

muestra en la Figura 11.


La Gráfica 2,

Gráfica 3, y Gráfica 4 muestran las orientaciones escapulares que se obtuvieron

usando el modelo biomecánico.

Adicionalmente se observa que el modelo predijo satisfactoriamente el ángulo de

inclinación húmero torácico en base a la información cinemática de los

marcadores de los brazos. En todos los casos el rango observado del ángulo de

inclinación del húmero con respecto al Tórax está entre 0° y 175°.

En cuanto a la información presentada en la Gráfica 2, se observa una tendencia

bien definida para todos los individuos. La Gráfica 2, presenta una tendencia

inversamente proporcional. Sin embargo hay que tener en cuenta que valores

80

negativos, como lo indica el eje Y de la gráfica, indican valores positivos de

rotación lateral. Por lo tanto, la gráfica indica que la escápula rota lateralmente en

un rango entre 0° y 45° cuando el húmero se eleva desde 0° a 175° grados

aproximadamente y de forma lineal.

La presenta la información de la protracción y retracción escapular. Al igual que

con las rotaciones laterales y mediales, se puede observar una tendencia en todos

los individuos medidos. Como lo indica el eje Y de la gráfica, valores positivos

indican protracción, esto quiere decir que la escápula se protrae aproximadamente

10° cuando el húmero rota desde 0° hasta 175° y se retrae la misma cantidad en el

momento de devolver el brazo a la posición de descanso. Los datos presentan un

buen ajuste lineal, no tan bueno como en el caso de las rotaciones laterales y

mediales, pero igual sigue siendo muy bueno, como se puede observar en la Tabla

9.

En el caso de las inclinaciones posterior e interior, la Gráfica 4 permite observar una

tendencia lineal directamente proporcional entre la inclinación posterior escapular

y el ángulo de elevación humero torácico. Se observa que el rango de orientación

posterior predicho por el modelo es de aproximadamente 55° con respecto a todo

el rango de movimiento del húmero (de 0° a 175°).

La Tabla 9, resume los valores importantes de estas 3 gráficas. Muestra las

regresiones halladas para cada serie de datos junto con su coeficiente de

correlación. Además también muestra las posiciones de descanso escapulares, que

son el valor del intercepto con el Y observaros en la Gráfica 2,

81

Gráfica 3 y Gráfica 4.

La Tabla 10 muestra los valores promedio de las regresiones y las posiciones de

descanso obtenidos a partir de la información de los 8 individuos. Se puede ver que

para la rotación lateral, la escápula tiene una pendiente de -0.27 grados de

rotación medial con respecto al ángulo de inclinación humero torácico y una

orientación medial promedio de 3° +/-2° en su posición de descanso.

En cuanto a la protracción y retracción escapular, la Tabla 10 indica una pendiente

de 0.06 ° de protracción con respecto al rango de movimiento del ángulo del

húmero con respecto al Tórax . Además indica una protracción promedio de 32° +/-

3° en la posición de descanso del húmero.

Y por el lado de las orientaciones posteriores e interiores, la Tabla 10 muestra una

pendiente de 0.36° con respecto al rango de movimiento del húmero con respecto

al Tórax y una posición de descanso de 5° +/- 3 de inclinación anterior.


La Gráfica 5, Gráfica 6 y Gráfica 7 muestran las orientaciones escapulares de los 8

individuos obtenidas por medio del método del palpador escapular.

La Gráfica 5 muestra la relación entre las rotaciones laterales y mediales de la

escápula en función del ángulo de elevación del húmero con respecto al Tórax . Es

posible notar que al igual que lo predicho por el modelo, existe una relación

inversamente proporcional entre las dos variables mencionadas. Se puede ver que

los resultados obtenidos por la palpación física muestran que la escápula rota

medialmente desde 0° hasta 35° cuando el húmero se eleva desde 0° hasta180°

aproximadamente.

La Gráfica 6 muestra la relación entre la protracción y retracción escapular y el

ángulo de elevación del húmero con respecto al tórax. Al igual que los resultados

obtenidos por el modelo biomecánico, se observa una relación positiva entre la

protracción de la escápula y el movimiento del húmero. En este caso no es posible

observar una relación lineal, ya que las curvas se asemejan más a relaciones

potenciales. Las curvas muestran un rango de protracción de alrededor de 15°, es

decir que el método de la palpación muestra que la escápula se protrae

aproximadamente 15° cuando el húmero se eleva desde 0° a 180°

aproximadamente.

La Gráfica 7 muestra la relación entre las inclinaciones posteriores y anteriores de la

escápula en función del movimiento del húmero. En este gráfica, al igual que en los

resultados obtenidos por el método del modelo biomecánico, se puede observar

82

una tendencia positiva entre la inclinación posterior de la escápula y el movimiento

ascendente del húmero. El rango de movimiento de las inclinaciones posterior y

anterior está entre los 30° y 45°, es decir que la escápula se inclina posteriormente

entre 30° y 45° cuando el húmero se eleva desde 0° a 180° con respecto al Tórax .

5.2. DIFERENCIAS

La Gráfica 8, Gráfica 9 y Gráfica 10 muestran las diferencias obtenidas por cada

método para cada una de las orientaciones escapulares. Este error tiende a aumentar

a medida que el humero asciende. Esto sucede que a medida que el brazo se eleva,

la escapula rota hasta hacia posiciones donde la dificultad de la palpación aumenta.

Por su parte la Gráfica 8 presenta una diferencia máxima de alrededor de 23° para la

rotación lateral/medial de la escápula, obtenida en las pruebas del individuo 5. Estos

23° en comparación con el rango de movimiento de rotación lateral y medial de la

escápula constituye un error de aproximadamente 50% de precisión.

La gráfica 9 presenta una diferencia máxima de alrededor de 15°, en la

protracción/retracción de la escápula, obtenida en las pruebas del individuo 2. Con

respecto al rango de movimiento de ésta orientación (protracción/retracción) un error

de 15° constituye un error de más del 100°. Esto se debe a que el rango de movimiento

en este plano escapular es bastante pequeño.

La Gráfica 10 muestra una diferencia máxima de aproximadamente 35° en la

inclinación posterior/anterior de la escápula, obtenida en las pruebas del individuo 6.

Con respecto al rango de movimiento en este plano, un error de 35° constituye un error

de aproximadamente 60%.

Estas diferencias tan marcadas son evidencia que posiblemente la palpación de la

escápula no fue llevada a cabo de la mejor manera.

5.3. ERROR DE PRECISIÓN

La Gráfica 11, Gráfica 12 y Gráfica 13 muestran los resultados obtenidos por el modelo

biomecánico para el mismo individuo. Es posible ver que el modelo arrojó resultados

diferentes para cada una de las 5 tomas en cada una de las orientaciones de la

escápula.

Así mismo la Gráfica 14, Gráfica 15 y Gráfica 16 muestran los resultados obtenidos

usando el palpador escapular para un mismo individuo. Al igual que las 3 gráficas

anteriores, se observa que para cada una de las 5 mediciones los resultados variaron.

La Tabla 12 muestra las diferencias máximas entre las 5 mediciones para cada una de

las rotaciones escapulares para cada modelo. En esta tabla se puede observar que el

83

modelo biomecánico tiene una precisión más alta que la palpación física como tal. En

otras palabras, la palpación física es mucho más susceptible a errores pequeños.

El error relativo se calculó como la magnitud del error, con respecto al rango de

movimiento de la variable que se quiere medir. Ya que no es lo mismo un error de 2° en

un movimiento de 60° a un error de 2° en un movimiento de 10°.

La Tabla 12 muestra que el modelo biomecánico tiene un error de precisión máximo

del 13% en el cálculo de la protracción y retracción escapular. Y por otro lado, el

método de la palpación tiene un error de precisión máximo de 60% en este mismo

movimiento.

Se puede decir entonces que el palpador no es un método adecuado para calcular

la protracción y retracción escapular por su baja precisión en este rango de

movimiento. Sin embargo el error de precisión en las otras 2 orientaciones (rotaciones

lateral/medial e inclinación posterior/anterior) si puede ser llegar a ser un método

adecuado.

5.4. DISMINUCIÓN DEL ERROR HUMANO EN LA PALPACIÓN

Aunque lo discutido en la sección anterior indica que el método del palpador tiene

una incertidumbre de precisión muy baja para el rango de movimiento que se desea

medir, al mejorar la forma de llevar a cabo la palpación física, las diferencias

disminuyeron hasta en un 50%.

La Gráfica 17 muestra una diferencia máxima de 7° en la rotación lateral/medial de la

escápula, en comparación con la diferencia de 23° obtenida en la primera toma. Es

decir que el error disminuyó en un 70% al incorporar una persona con experiencia en el

momento de palpar la escápula de los individuos.

La Gráfica 18 muestra una diferencia máxima de alrededor de 8° en la

protracción/retracción de la escápula, en contraste con los 15° obtenidos en las

primeras mediciones. En otras palabras el error disminuyó un 50% al incorporar una

persona con experiencia en el momento de palpar la escápula de los individuos.

Y por último, la Gráfica 19 muestra una diferencia máxima de aproximadamente 21°

en la inclinación posterior/anterior de la escápula, en comparación con la diferencia

de 35°, obtenida en las primeras mediciones. En este caso el error disminuyó un 40% al

incorporar una persona con experiencia en el momento de palpar la escápula de los

individuos.

5.5. SELECCIÓN DEL MODELO A VALIDAR

84

Por todo lo mencionado en las secciones anteriores, el modelo del palpador no será

validado con la literatura. En cambio el modelo computacional sí. Para esto se

compararán los resultados de las orientaciones escapulares obtenidas con resultados

de la literatura.

5.6. VALIDACIÓN DEL MODELO

Para validar el modelo, se compararán los resultados obtenidos en este documento,

con los presentados por (van Andel, van Hutten, Eversdijk, Veeger, & Harlaar, 2009) y

por (Grewal, 2011). Cada de ellos usó diferentes métodos. A continuación se presentan

sus resultados:

(Grewal, 2011)

Gráfica 20 Orientaciones Escapulares Comparativas

“Ilustra las rotaciones Medidas Usad el AMC (Rosado) y el localizador de escápula

(Azul) durante el presente estudio”1

"Las medidas obtenidas usando el STYLUS (Rojo), AMC (Azul) y el localizador (verde) son

graficados en 0°, 45° y 90° planos de elevación con el húmero rotado axialmente 45°

externo (ER), Neutro y 45° Interno (IR)2

1 (Grewal, 2011)

2 (van Andel, van Hutten, Eversdijk, Veeger, & Harlaar, 2009)

85

(van Andel, van Hutten, Eversdijk, Veeger, & Harlaar, 2009)

Gráfica 21 Inclinaciones Posterior/Anterior Comparativas.


Gráfica 22 Rotaciones Lateral/Medial Comparativas

86


Gráfica 23 Protracción y Retracción Escapular Comparativas.

Resultados Presentados (Grewal, 2011):

Protracción/Retracción:

Rango de Movimiento del Ángulo Humero Torácico: 180°

Rango de Movimiento de Protracción (+)/Retracción (-): 5°-8° (Protracción)

Posición de Descanso: 30°-38°

Rotación Lateral/Medial:


Rango de Movimiento Lateral (+)/Medial (-): 40°-45°

Posición de Descanso: (-10°)-(3°)

87

Inclinación Posterior/Interior:


Rango de Movimiento Posterior (+)/Anterior(-): 50°-55°

Posición de Descanso: (-10°): Inclinación Anterior

Resultados Presentados por (van Andel, van Hutten, Eversdijk, Veeger, & Harlaar,

2009):

Protracción/Retracción:


Rango de Movimiento de Protracción (+)/Retracción (-): 5°-10° (Protracción)

Posición de Descanso: 30°-35°

Rotación Lateral/Medial:


Rango de Movimiento Lateral (+)/Medial (-): 45°-50°

Posición de Descanso: (-10°)-(0°)

Inclinación Posterior/Interior:


Rango de Movimiento Posterior (+)/Anterior (-): 45°-50°

Posición de Descanso: (-5°)-(-10°): Inclinación Anterior

La Tabla 11 muestra los rangos de movimiento y posiciones de descanso halladas.

Es posible ver que los resultaos obtenidos en el presente estudio son muy similares a

los reportados por los autores citados.

88

La siguiente tabla resume los resultados obtenidos en el presente estudio y trabajos

comparativos:

Tabla 13 Tabla Comparativa de Resultados

Con respecto a las rotaciones laterales y mediales, la orientación en la posición de

descanso se encuentra dentro del rango reportado por las Grewal (2011) pero se

pasa por 3° del rango reportado por Van Andel (2011). El rango de movimiento

está dentro del rango reportado por Van Andel (2011) pero en comparación con

Grewal (2011) lo sobreestima por 2°.

En la protracción/retracción la posición de descanso se encuentra dentro del

rango reportado por ambos autores, sin embargo el rango de movimiento es sobre

estimado 3° con respecto a Grewal (2011) y 1° con respecto a Van Andel (2009).

Y finalmente en las inclinaciones Posterior e interior, la posición de descanso se

encuentra dentro del rango reportado por van Andel (2011) pero se subestima por

5 ° con respecto a los rangos reportados por Grewal (2011).

Aunque los datos no se encuentran dentro del rango en todos los casos, las

diferencias son muy bajas, por lo que se puede decir que el modelo si predice las

orientaciones escapulares de manera efectiva.

Movimiento Escapular Rango de Movimiento [°] Posición de Descanso [°]


Protracción 11 32


Rotación Medial (40-45) (-10/3)

Protracción (5 /8) (30 /38)

Inclinación Posterior (50/ 55) -10


Protracción 11 32


Estudio Actual

Grewal (2011)


Comparación de Resultados

89

6. CONCLUSIONES

El método del palpador escapular es muy poco preciso, sobre todo en ángulo de inclinación

humero torácicos donde la escápula rota en los planos sagital y transversal. Además fue

posible validar con éxito el modelo computacional desarrollado en Universidad de Stanford

(Holzbaur, Murray, & Delp, 2005). Además se pudo ver que si es posible medir las

orientaciones escapulares con buena precisión sin usar métodos invasivos o métodos no

invasivos muy sofisticados como métodos electromagnéticos, de rayos x o termografías.

Aunque el modelo predice de forma adecuada las orientaciones escapulares, es necesario

un conocimiento previo para manejar el programa y poder obtener la información

cinemática escapular. En el ámbito de un examen de protocolo, el método no proporciona

la información directamente, ya que es necesario manipular la información obtenida

(extraerla del programa) y tratarla para poder hallar las orientaciones con métodos

matemáticos. Esto hace que el método sea poco productivo en el ámbito de un examen de

rutina, pero funciona muy bien para propósitos de investigación.

El modelo sin embargo requiere el uso de algún sistema de captura de imágenes. Estos

equipos no son tan caros como equipos que electromagnéticos, sin embargo si constituyen

una fuerte inversión por las cámaras, sensores y demás equipo necesario. El método de la

palpación física permite medir con buena precisión la rotación lateral/medial y la inclinación

posterior/anterior de la escápula. Sin embargo no es un método adecuado para medir la

protracción/retracción escapular, ya que el rango de movimiento de la escápula en este

plano es muy bajo.

Los errores entre los dos métodos disminuyeron significativamente al incorporar un estudiante

de medicina para llevar a cabo la palpación de la escápula, se recomienda fuertemente,

que para trabajos futuros, la palpación la lleve a cabo una persona con experiencia en

palpación física.

90

7. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS

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Gray, H. (1918). Anatomy of the Human Body. Philadelphia: Lea & Febiger. Grewal, T.-J. (2011). Quantifying the Shoulder Rhythm and Comparing Non-Invasive Methods of Scapular

Tracking for Overhead and Axially Rotated Humeral Postures. Waterloo, Ontario, Canada. Groot, J., & Brand, R. (2001). A three-dimensional regression model of the shoulder rhythm. Clin.

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91

NIH, S. &. (2005). National Center for Biomedical Computing focusing on Physics-based Simulation of Biological Structures. Recuperado el 15 de Diciembre de 2013, de https://simtk.org/xml/index.xml

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Van der Helm, F. (2010). A standardized protocol for the description of shoulder motions. International Shoulder Group.

92

8. APÉNDICES

8.1. CÓDIGO DE LOS PROGRAMAS DE TRATAMIENTO DE DATOS

Se definieron y desarrollaron dos módulos principales, denominados Concatena OWLs y

Conversor OWL a TRC. El software está desarrollado en Excel y macros de Visual Basic. A

continuación se incluye una descripción de su funcionamiento, así como el código fuente.

1) Concatena OWLs.

Figura 1.

Hoja de Excel que contiene las macros, en Visual Basic, necesarias para concatenar los

archivos generados en cada una de las tomas realizadas por las cámaras del laboratorio de

la Universidad de los Andes. Este módulo genera un único archivo, en formato OWL, que

servirá de entrada para el módulo Conversor OWL a TRC.

93

Al abrir la hoja Excel Concatena OWLs, aparece la imagen de la figura 1 y al dar click en

aceptar aparece la ventana de la figura 2.

Figura 2

Al dar click en Seleccionar Carpeta OWLs, se muestra la ventana de la figura 3, que permite

buscar y escoger la carpeta que contiene los archivos OWL, obtenidos en las pruebas

experimentales de laboratorio.

Figura 3

94

Una vez seleccionada la carpeta y dar click en aceptar, aparece la figura 4, con la lista de

los archivos encontrados en la carpeta escogida. En caso de no existir archivos OWL en la

carpeta, el software mostrará un mensaje informándolo.

Figura 4

95

Figura 5

Al seleccionar la respuesta afirmativa, aparece la figura 5, donde se muestra el total de

frames del nuevo archivo OWL, la ruta y el nombre del archivo unido y generado.

A continuación se incluye el código correspondiente a cada uno de los módulos, formularios

y subrutinas que componen el programa Concatena OWLs.

1.1 Módulo AutoOpen.

Contiene la subrutina Auto_Open que se inicia de manera automática al abrir la hoja de

Excel Concatena OWLs y muestra las imágenes de las figuras 1 y 2.

96

1.2 Módulo SeleccionaCarpeta.

Contiene la función Buscar_Carpeta, que muestra la ventana de la figura 3.

Esta función es invocada desde el formulario FrmCmd, que corresponde a la figura 2.

Attribute VB_Name = "AutoOpen"

'

' Subrutina que se ejecuta automáticamente al abrir la hoja de excel

(Concatena OWLs)

' Muestra el menú de opciones (formulario FrmCmd)

'Option Private Module

Option Explicit

Public ct As String, clf As String, cr As String, ruta As String

Sub Auto_Open()

' ct = Chr(9)

clf = Chr(10)

cr = Chr(13)

' MsgBox "Bienvenido al Unificador de archivos OWL", _

vbInformation, "FORMATEADOR OWL a TRC"

FrmCmd.show

'End Sub

97

Attribute VB_Name = "SeleccionaCarpeta"

'

' Función para abrir ventana de dialogo y retornar la ruta de la

carpeta seleccionada

'

Option Private Module

Option Explicit

'

Function Buscar_Carpeta(Optional Titulo As String, _

Optional Path_Inicial As Variant) As String

On Local Error GoTo errFunction

Dim objShell As Object

Dim objFolder As Object

Dim o_Carpeta As Object

'

Set objShell = CreateObject("Shell.Application")

'

On Error Resume Next

'Abre el cuadro de diálogo para seleccionar

Set objFolder = objShell.BrowseForFolder( _

0, _

98

Titulo, _

0, _

Path_Inicial)

' Devuelve solo el nombre de carpeta

Set o_Carpeta = objFolder.Self

' Devuelve la ruta completa seleccionada en el diálogo

Buscar_Carpeta = o_Carpeta.Path

Exit Function

'Error

errFunction:

MsgBox Err.Description, vbCritical

Buscar_Carpeta = vbNullString

End Function

1.3 Módulo ListaOWLs.

Contiene las subrutinas Listar_Archivos, Ordena_Lista, Procesa_Primero y Procesa_Resto,

encargadas de ordenar la lista de archivos OWL encontrados, mostrarlos en la pantalla,

procesarlos, calcular el número total de frames y generar un archivo temporal

concatenado.

La subrutina Listar_archivos es invocada desde el formulario FrmCmd. Las demás son

invocadas dentro del módulo.

99

Attribute VB_Name = "ListaOWLs"

'

Public PathRuta As String, nombre As String

Public resp As Variant

Public n As Long, nc As Long, nb As Long

Public lenmax As Integer

'

Public Array_Archivos() As String

Public Array_len() As Integer

'

Public El_Archivo As String

'

Public crclf As String

Public nframes As Integer, nf As Integer

Public Freq_Fin As String, freq As String, cpr As String

Public NombreCarpeta As String, filetmp As String, fileout As String

Public rec As String, sp As String, nho As String

'


Option Explicit

'Subrutinas que buscan, retornan la lista de archivos OWLs ordenados y los

procesan.

'*****************************************************************************

Sub Listar_Archivos()

100

'

' cpr: control de proceso correcto de todos los owls

' n: Numero de archivos encontrados

' Array_archivos: lista de archivos encontrados

' Array_len: longitudes de los nombres de archivos encontrados

' lenmax longitud maxima de los nombres de archivos encontrados

' el_archivo: Cada archivo encontrado

' nombre: nombre de archivo alineado a la derecha con blancos a la

izquierda _

con la longitud ajustada a la longitud maxima de los nombres.

' nframes: Contador de total de frames.

' Utilizado para generar el número de frame correcto _

' de los registros individuales en el archivo unido y para _

' el número de frames del encabezado

' freq: frecuancia extraida de cada archivo owl

' Freq_Fin: Frecuencia utilizada para controlar que todos los owls _

' contengan la misma frecuencia y es la generada en el archivo

concatenado

' filetmp: nombre de archivo temporal

' fileout: nombre de archivo concatenado

'

If Right$(ruta, 1) <> "\" Then

ruta = ruta & "\"

End If

PathRuta = ruta

'

101

ruta = ruta & "*.owl"

'Busca el primero

El_Archivo = Dir$(ruta)

'Busca los demás

lenmax = 0

n = 0

'

Do While Len(El_Archivo) > 0

El_Archivo = Left(El_Archivo, InStr(El_Archivo, ".") - 1)

'

n = n + 1

'

If Len(El_Archivo) > lenmax Then

lenmax = Len(El_Archivo)

End If

'

ReDim Preserve Array_Archivos(1 To n)

ReDim Preserve Array_len(1 To n)

Array_Archivos(n) = El_Archivo

Array_len(n) = Len(El_Archivo)

El_Archivo = Dir$()

Loop

'

Cells(2, 5) = PathRuta

Select Case n

102

Case Is = 0

ReDim Listar_Archivos(0)

MsgBox "No se encontraron archivos OWL en la ruta dada", _

vbInformation, "Busqueda de OWLs"

Sheets("Hoja1").Cells(2, 5) = ""

Case Is = 1

nc = 1

Sheets("Hoja1").Cells(nc + 3, 3) = nc

Sheets("Hoja1").Cells(nc + 3, 4) = nombre & Array_Archivos(nc) & ".owl"

Range("D1").Activate

resp = MsgBox _

("Se procesará el único archivo OWL encontrado. Está de acuerdo?", _

vbYesNo, "Lista de archivos OWL")

If resp = 6 Then

Call procesa_primero

Sheets("Hoja1").Cells(nc + 3, 4) = "Total Frames"

Sheets("Hoja1").Cells(nc + 3, 6) = nframes

Call Generate_File

MsgBox "Se generó el archivo OWL con éxito" & clf & clf & fileout,

vbInformation, "OWL OK"

Range(Sheets("Hoja1").Cells(4, 3), _

Sheets("Hoja1").Cells(n + 4, 7)).ClearContents


Erase Array_Archivos

Erase Array_len

103

nombre = ""

Else




End If


Case Else

Call ordena_lista

End Select

End Sub

Sub ordena_lista()

nc = 1

While nc <= n

nombre = ""

If lenmax > Array_len(nc) Then

nb = Array_len(nc)

Do Until nb = lenmax

nombre = nombre & " "

nb = nb + 1

Loop

End If

Sheets("Hoja1").Cells(nc + 3, 3) = nc

Sheets("Hoja1").Cells(nc + 3, 4) = nombre & Array_Archivos(nc) & ".owl"

nc = nc + 1

104

Wend

Sheets("Hoja1").Range(Cells(4, 4), Cells(n + 3, 4)).Select

Selection.Sort key1:=Range("d4"), Order1:=xlAscending, _

Header:=xlGuess, OrderCustom:=1, MatchCase:=False, _

Orientation:=xlTopToBottom


'

resp = MsgBox _

("Se procesará la lista de OWLs en el orden mostrado. Está de

acuerdo?", _

vbYesNo, "Lista de archivos OWL")

' retorna en resp 6 o 7 dependiendo de la respuesta afirmativa o negativa

If resp = 6 Then

Call procesa_primero

cpr = "OK"

Call procesa_resto

If cpr = "OK" Then

Sheets("Hoja1").Cells(nc + 3, 4) = "Total Frames"

Sheets("Hoja1").Cells(nc + 3, 6) = nframes

Call Generate_File

MsgBox "Se generó el archivo OWL con éxito" & clf & clf & fileout,

vbInformation, "OWL OK"

' Range(Sheets("Hoja1").Cells(4, 3), _

' Sheets("Hoja1").Cells(n + 4, 7)).ClearContents

' Sheets("Hoja1").Cells(2, 5) = ""

' Erase Array_Archivos

105

' Erase Array_len

' nombre = ""

Else

Close #3

Kill filetmp

End If




Erase Array_Archivos

Erase Array_len

nombre = ""

Else

Range(Sheets("Hoja1").Cells(4, 3), Sheets("Hoja1").Cells(n + 3,

4)).ClearContents



End If

End Sub

'

' Subrutina que procesa el primer o único archivo OWL encontrado.

'

Sub procesa_primero()

'

Dim yy As String, mm As String, dd As String, ho As String

106

Dim mi As String, se As String

'

' Worksheets("Hoja1").Activate

'

NombreCarpeta = "NEW_OWL"

'Verificamos si la carpeta existe ya...

If Dir(PathRuta & NombreCarpeta, vbDirectory) = "" Then

MkDir PathRuta & NombreCarpeta

End If

'

yy = Year(Now)

mm = Month(Now)

If Len(mm) = 1 Then

mm = "0" & mm

End If

'

dd = Day(Now)

If Len(dd) = 1 Then

dd = "0" & dd

End If

'

ho = Hour(Now)

If Len(ho) = 1 Then

ho = "0" & ho

End If

107

'

mi = Minute(Now)

If Len(mi) = 1 Then

mi = "0" & mi

End If

'

se = Second(Now)

If Len(se) = 1 Then

se = "0" & se

End If

'

sp = " "

filetmp = PathRuta & NombreCarpeta & _

"\concat_" & yy & mm & dd & "_" & ho & mi & se & ".tmp"

fileout = PathRuta & NombreCarpeta & _

"\concat_" & yy & mm & dd & "_" & ho & mi & se & ".owl"

'

Open filetmp For Output As #3

'

' ColNdx = 1

' RowNdx = 1

'

nc = 1

nframes = 0

108

'

nombre = Mid(Sheets("Hoja1").Cells(nc + 3, 4), _

InStrRev(Sheets("Hoja1").Cells(nc + 3, 4), " ") + 1)

'

Call Lee_Owl

Freq_Fin = freq

Sheets("Hoja1").Cells(nc + 3, 5) = freq

Sheets("Hoja1").Cells(nc + 3, 6) = nf

Sheets("Hoja1").Cells(nc + 3, 7) = "Procesado"

nc = nc + 1

End Sub

'

' Subrutina que procesa el resto de archivos OWLs encontrados.

'

Sub procesa_resto()

While nc <= n

nombre = Mid(Sheets("Hoja1").Cells(nc + 3, 4), _

InStrRev(Sheets("Hoja1").Cells(nc + 3, 4), " ") + 1)

Call Lee_Owl

If freq = Freq_Fin Then

Sheets("Hoja1").Cells(nc + 3, 7) = "Procesado"



Else

Sheets("Hoja1").Cells(nc + 3, 7) = "Frecuencia Inválida"

109



MsgBox _

"Archivo OWL con diferente FRECUENCIA del primero. NO puedo

continuar." _

& clf & "Las frecuencias de todos los OWLs debe ser la misma.", _

vbCritical, "OWL inválido."

cpr = "ERROR"

nc = n

End If

nc = nc + 1

Wend

End Sub

1.4 Módulo LeeOWL.

Contiene las subrutinas Lee_Owl e ImportOWL, encargadas de leer cada uno de los

archivos OWL encontrados y generar el archivo temporal unido.

La subrutina Lee_Owl es llamada desde el módulo ListaOWLs.

Attribute VB_Name = "LeeOWL"

' Subrutina para leer cada uno de los archivos OWL encontrados y

generar un OWL sin encabezados.

'


Option Explicit

110

Sub Lee_Owl()

Dim FName As String

'

FName = PathRuta & nombre

'

ImportOWL (FName)

End Sub

'

Public Sub ImportOWL(FName As String)

'

Dim wholeline As String, wl As String, _

c1 As String, c2 As String, c3 As String, c4 As String, c5 As String

Dim pss As Integer, psf As Integer

Dim frames As Integer

'

' frames: Numero de frames extraido del primer registro del archivo

' nf: Contador de frames por archivo.

'

' nframes: Contador de total de frames. Definido en ListaOWLs.

' freq: frecuencia extraida del archivo OWL

' c1 a c5: datos escritos en el nuevo owl

'

Application.ScreenUpdating = False

'

nf = 0

111

Open FName For Input Access Read As #1

'

Line Input #1, wholeline

'

While Not EOF(1)

wl = Left(wholeline, 1)

'

Select Case wl

Case Is = ""

rec = cr & clf

Print #3, rec;

Case Is = "f"

rec = wl & sp & nframes & cr & clf

Print #3, rec;

pss = InStr(1, wholeline, " ")

nf = nf + 1

nframes = nframes + 1

Case Is = "m"

c1 = Mid(wholeline, 3, 7)





rec = wl & sp & c1 & c2 & c3 & c4 & c5 & cr & clf

Print #3, rec;

112

Case Is = "#"


psf = InStr(1, wholeline, "f") - 1

frames = Mid(wholeline, pss + 1, psf - pss)

Case Is = "q"


freq = Mid(wholeline, pss + 1, Len(wholeline) - pss)

End Select

Line Input #1, wholeline

Wend

'

EndMacro1:

Application.ScreenUpdating = True

Close #1

End Sub

1.5 Módulo Generatefile.

Contiene la subrutina Generate_file, la cual adiciona los encabezados al nuevo archivo

OWL y termina su generación. Esta subrutina es invocada desde el módulo listaOWLs.

Attribute VB_Name = "Generatefile"

' Subrutina que genera el OWL concatenado

'

Option Explicit


113

Sub Generate_File()

Close #3

Dim rectmp As String

Open fileout For Output As #2

'

rec = "#" & sp & nframes & sp & "frames" & cr & clf

Print #2, rec;

rec = "q" & sp & Freq_Fin & cr & clf

Print #2, rec;

'

Open filetmp For Input Access Read As #3

While Not EOF(3)

Line Input #3, rectmp

rec = rectmp & cr & clf

Print #2, rec;

Wend

'

Close #2

Close #3

Kill filetmp

'

End Sub

1.6 Formulario FrmCmd.

114

Formulario o menú correspondiente a la figura 2. Invoca la función Buscar_Carpeta y la

subrutina Listar_archivos.

Attribute VB_Name = "FrmCmd"

Attribute VB_GlobalNameSpace = False

Attribute VB_Creatable = False

Attribute VB_PredeclaredId = True

Attribute VB_Exposed = False

'

' Subrutinas ejecutadas en el formulario

'

Sub CmdSel_Click()

' Permite seleccionar carpeta y muestra la lista de OWLS encontrada

'

' Le pasa la leyenda del cuadro de diálogo y el path inicial

ruta = Buscar_Carpeta(" ... Seleccione una carpeta ")

If ruta <> "" Then

Call Listar_Archivos

End If

'

End Sub

Sub CmdSal_Click()

Unload Me

End Sub

115

Private Sub UserForm_Click()

'

End Sub

Private Sub UserForm_Deactivate()

'

End Sub

'

Private Sub UserForm_QueryClose(cancel As Integer, closemode As Integer)

'Cierra excel

'closemode: Es 0 si cierra el formulario con click sobre la x

' 1 si es con unload

'

' If closemode = 1 Then

If Workbooks.Count = 1 Then

Application.DisplayAlerts = False

Application.Quit

Else

ActiveWorkbook.Close (False)

End If

' End If

End Sub

116

2) Conversor OWL a TRC.

Figura 6

Hoja de Excel que contiene las macros, en Visual Basic, necesarias para convertir archivos en

formato OWL a formato TRC, tal como lo requiere el sistema OpenSim.

Al abrir la hoja Excel CONVERSOR OWL a TRC, aparece la imagen de la figura 6 y al dar click

en aceptar aparece la ventana de la figura 7.

117

Figura 7

Al seleccionar el botón Marcadores y Desplazamientos, aparece la ventana de la figura 8 y

se habilita la edición de los campos de nombres de marcadores y desplazamiento de ejes. En

la columna de marcador OWL se debe incluir el nombre del marcador obtenido en las

pruebas experimentales del laboratorio y en la columna de Marcador OPENSIM, el nombre

de dicho marcador definido en el modelo usado en OpenSim. Al generarse el archivo TRC,

que es la entrada para la simulación en OpenSim , el programa conversor reemplaza los

nombres de los marcadores del archivo OWL por los nombres de los marcadores definidos en

OpenSim. El archivo TRC contendrá solamente la información de los marcadores OWL que

aparezcan en la tabla.

No deben existir celdas en blanco entre los nombres de marcadores incluidos en la tabla.

En los campos de desplazamiento se puede incluir un valor numérico para cada eje. Con

estos valores se realiza una suma algebraica sobre cada valor correspondiente (x, y, z) de

todos los frames del archivo OWL y el nuevo valor calculado es el generado en el archivo TRC

para OpenSim. Con estos valores se puede definir, por ejemplo el punto (0, 0, 0) equivalente

entre las coordenadas del laboratorio y las coordenadas OpenSim. Es necesario aclarar que

la orientación de los ejes en el laboratorio debe ser la misma que la orientación de los ejes en

OpenSim.

Solo están habilitadas las celdas que pueden ser modificadas. En caso de intentar modificar

una celda no habilitada, el programa mostrará un mensaje informando la imposibilidad de

hacerlo.

118

Figura 8

Al terminar la edición se debe dar click en regresar y se muestra de nuevo la figura 7.

Al seleccionar la opción Cargar OWL y Generar TRC, de la figura 7, aparece en pantalla la

ventana de la figura 9, que permite buscar y seleccionar el archivo OWL a convertir.

Figura 9

119

Una vez buscado y seleccionado el archivo, al dar click en abrir, el Conversor OWL a TRC,

inicia el proceso y genera el archivo en el formato requerido por OpenSIM. Al terminar la

conversión se muestra el mensaje de la figura 10.

Figura 10

El archivo TRC se genera con el mismo nombre y en la misma carpeta donde se encuentra el

archivo OWL, pero con extensión TRC.

Es posible que al dar click sobre el botón aceptar, aparezca un mensaje informativo como el

de la figura 11. Esto solo se presenta si se incluyen solo algunos de los marcadores del archivo

OWL y no todos.

Figura 11

120

Si por alguna razón los datos (x, y, z) del archivo OWL en uno o varios de los marcadores

incluidos en la tabla es inválida (por ejemplo las cámaras no detectaron el marcador), el

frame completo es rechazado y no es incluido en el archivo TRC. El conversor informará de

dicha situación con un mensaje como el de la figura 12.

Figura 12

A continuación se incluye el código correspondiente a cada uno de los módulos, formularios

y subrutinas que componen el programa Conversor OWL a TRC.

2.1 Módulo AutoOpen.

Contiene la subrutina Auto_Open que se inicia de manera automática al abrir la hoja de

Excel Conversor OWL a TRC y muestra las imágenes de las figuras 6 y 7 (formulario

FrmCmd).

Attribute VB_Name = "AutoOpen"


Public changesheet1 As String

Sub Auto_Open()

MsgBox " Bienvenido al formateador de OWL a TRC" & Chr(13) & Chr(13) & _

"A continuación, incluya o modifique los nombres de los marcadores," &

Chr(13) & _

"así como los valores de desplazamientos de ejes." & Chr(13) & Chr(13) & _

"El Archivo TRC será generado SOLO con los marcadores incluídos en la

121

tabla." & Chr(13) & Chr(13) & _

"Si la tabla está vacía, el archivo TRC contendrá los marcadores del archivo

OWL.", _

vbInformation, "FORMATEADOR OWL a TRC"

'

FrmCmd.show

'

End Sub

2.2 Módulo LeeOwl.

Contiene las subrutinas Impo e ImportTextFie, que permiten seleccionar , leer y cargar el

archivo OWL que va a ser procesado en la conversión.

La subrutina Impo es invocada desde el formulario FrmCmd.

Attribute VB_Name = "LeeOWL"


Option Explicit

Public resp As String, xyzok As String, bookowl As String, bookxlsm As String

Public name_pro As String, name_pro_new As String, Freq_str As String

Public fname As String

Public fileout As String

'

Public frame_str As String, frame_str_align As String, nm As String, ntm_str As String

Public xyz_str As String, nli_str As String, tim_str As String, enc_xyz As String

122

'

Public frame_int As Integer, nmd As Integer, nli As Integer, freq_int As Integer,

ctrl_nombre_marcador As Integer

Public existe As Integer

Public vxs As Double, vys As Double, vzs As Double

Public tim As Single

'

' ctrl_nombre_marcador: Indica si se encontro no, en la tabla de equivalencias de

nombre,

' el marcador que viene en el owl. Termina con el numero de marcadores

no encontrados

' en la tabla de equivalencias

'

' existe: controla si el marcador se encontro en la tabla y de esta manera tener en

cuenta los valores x, y, y z

' vxs, vys, vzs valores entrados para translacion de ejes X, Y y Z.

' xykok: Controla que los valores para translacion sean numericos

' bookowl: Nombre del libro correspondiente al archivo owl

' bookxlsm: Nombre del libro correspondiente al conversor

' name_pro_new: Para insertar el campo del nombre de archivo generado, en la

celda del archivo trc

' fileout: archivo trc generado

'

Public ct As String, clf As String, cr As String

Public nho As String, nhm As String

'

Sub impo()

123

'

ct = Chr(9)

clf = Chr(10)

cr = Chr(13)

'

nhm = ActiveSheet.Name

'

' Metodo para seleccionar archivo OWL

'

fname = Application.GetOpenFilename("Archivos OWL (*.owl),*.owl")

'

If fname <> "Falso" Then

Worksheets.Add

nho = ActiveSheet.Name

ImportTextFile (fname)

End If

'

End Sub

Sub ImportTextFile(fname As String)

Dim RowNdx As Long

Dim ColNdx As Integer

Dim TempVal As Variant

Dim WholeLine As String, car As String, wl As String, MarcadorOwl As String

Dim Pos As Integer, ps As Integer

124

Dim NextPos As Integer, i As Integer

Dim np As String, crclf As String

'

np = Mid(fname, InStrRev(fname, "\") + 1)

name_pro_new = Left(np, InStr(np, ".owl") - 1) & ".trc"

fileout = Left(fname, InStr(fname, ".owl") - 1) & ".trc"

'

crclf = cr & clf

'

Application.ScreenUpdating = False

'

ColNdx = 1

RowNdx = 1

Open fname For Input Access Read As #1

' lee encabezado

Line Input #1, WholeLine

Cells(RowNdx, ColNdx) = Left(WholeLine, 1)

ps = InStr(1, WholeLine, " ")

Cells(RowNdx, ColNdx + 1) = Mid(WholeLine, ps + 1, Len(WholeLine) - ps)

RowNdx = RowNdx + 1

'


125

'

Cells(RowNdx, ColNdx) = Left(WholeLine, 1)



RowNdx = RowNdx + 1

'

While Not EOF(1)


wl = Left(WholeLine, 2)

'

Select Case wl

Case Is = "f "

Cells(RowNdx, ColNdx) = Left(wl, 1)



Case Is = "m "

Cells(RowNdx, ColNdx) = Left(wl, 1)

MarcadorOwl = Mid(WholeLine, 3, 7)

ps = InStr(1, MarcadorOwl, ",")

If ps > 0 Then

Cells(RowNdx, ColNdx + 1) = Mid(MarcadorOwl, 1, ps - 1)

Else

Cells(RowNdx, ColNdx + 1) = MarcadorOwl

End If

'

126

Cells(RowNdx, ColNdx + 3) = Mid(WholeLine, 26, 15)



End Select

RowNdx = RowNdx + 1

Wend

'

EndMacro1:

Application.ScreenUpdating = True

Close #1

''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''

' END ImportTextFile

''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''

End Sub

2.3 Módulo Principal.

Contiene la subrutina proceso_generacion, invocada desde el formulario FrmCmd, que

realiza validaciones sobre la estructura del archivo OWl, cargar la tabla de equivalencias

e iniciar la generación del archivo TRC.

Attribute VB_Name = "Principal"


Option Explicit

'Public resp As String, xyzok As String, bookowl As String, bookxlsm As String

'Public name_pro As String, name_pro_new As String, Freq_str As String

'Public frame_str As String, frame_str_align As String, nm As String, ntm_str As String

'Public xyz_str As String, nli_str As String, tim_str As String, enc_xyz As String

127

''

'Public frame_int As Integer, nmd As Integer, nli As Integer, freq_int As Integer,

ctrl_nombre_marcador As Integer

'Public existe As Integer

'Public vxs As Double, vys As Double, vzs As Double

'Public tim As Single

'

' ctrl_nombre_marcador: Indica si se encontro no, en la tabla de equivalencias de

nombre,

' el marcador que viene en el owl. Termina con el numero de marcadores

no encontrados

' en la tabla de equivalencias

'

' existe: controla si el marcador se encontro en la tabla y de esta manera tener en

cuenta los valores x, y, y z

' vxs, vys, vzs valores entrados para translacion de ejes X, Y y Z.

' xykok: Controla que los valores para translacion sean numericos

' bookowl: Nombre del libro correspondiente al archivo owl

' bookxlsm: Nombre del libro correspondiente al conversor

' name_pro_new: Para insertar el campo del nombre de archivo generado, en la

celda del archivo trc

'

Sub proceso_generacion()

'

Dim char1 As String, spaces As String

Dim mybook As Workbook

Dim posi As Long, lenf As Long

128

'

bookowl = ""

For Each mybook In Workbooks

If LCase(Mid(mybook.Name, InStr(mybook.Name, ".") + 1, 3)) = "owl" Then

bookowl = mybook.Name

name_pro_new = Left(bookowl, InStr(bookowl, ".") - 1) & ".trc"

Else

If LCase(Mid(mybook.Name, InStr(mybook.Name, ".") + 1, 4)) = "xlsm" Then

bookxlsm = mybook.Name

End If

End If

Next mybook

'

' nho = ActiveSheet.Name

posi = InStr(Worksheets(nho).Cells(1, 2), "f")

If posi > 0 Then

If Left(Worksheets(nho).Cells(1, 2), posi - 1) = " " Then

frame_str = Left(Worksheets(nho).Cells(1, 2), posi - 2)

Else

frame_str = Left(Worksheets(nho).Cells(1, 2), posi - 1)

End If

If IsNumeric(frame_str) Then

frame_int = frame_str

' spaces = " "

' lenf = Len(frame_str)

129

' frame_str_align = Left(spaces, 10 - lenf) & frame_str

'

If Left(Worksheets(nho).Cells(1, 1), 1) = "#" Then

If Left(Worksheets(nho).Cells(2, 1), 1) = "q" Then

If IsNumeric(Worksheets(nho).Cells(2, 2)) Then

Freq_str = Worksheets(nho).Cells(2, 2) & ".00"

freq_int = Freq_str

If Left(Worksheets(nho).Cells(4, 1), 1) = "f" Then

If Worksheets(nho).Cells(4, 2) = 0 Then

Call cargamarc

If xyzok = 1 Then

If resp = 1 Then

Call Inicialtab ' inicia generacion de archivo trc, con tabla de

equivalencias

If ctrl_nombre_marcador = 1 Then

MsgBox "Hay marcador(es) del archivo OWL, " & clf & _

"que no está(n) en la tabla de equivalencias", vbInformation, _

"Tabla de Equivalencias"

End If

End If

Else

resp = 7

End If

Else

MsgBox "Número de primer frame inválido: " _

130

& Worksheets(nho).Cells(4, 2), vbCritical, _

"Estructura de OWL inválida."

End If

Else

MsgBox "Indicador f de número de frame Inválido: " _



End If

Else

MsgBox "Frecuencia Inválida : " & Worksheets(nho).Cells(2, 2), vbCritical, _


End If

Else

MsgBox "Indicador q de Frecuencia Inválida: " _



End If

Else

MsgBox "Indicador # de cantidad de frames inválido: " _



End If

Else

MsgBox "Cantidad de frames Inválido: " & frame_str, vbCritical, _


131

End If

Else

MsgBox "Celda de frames inválida." & clf & _

"La celda de cantidad de frames ha sido modificada de manera

incorrecta", vbCritical, _


End If

End Sub

Módulo CargaMarcadores.

Contiene la subrutina cargamarc que carga la tabla de marcadores y los valores de

desplazamiento en memoria. Es invocada desde el módulo Principal.

Attribute VB_Name = "CargaMarcadores"


Public mar_owl(80) As String, mar_ope(80) As String

Public nmt As Integer

'

' nmt: numero de marcadores en la tabla de equivalencias

'

Sub cargamarc()

final_marc = 0

nmt = 1

'

' Workbooks(bookxlsm).Activate

132

Worksheets(nhm).Activate

Cells(5, 3).Select '( selecciona el inicio del rango)

Do While Not IsEmpty(ActiveCell.Value)

mar_owl(nmt) = ActiveCell.Value

mar_ope(nmt) = ActiveCell.Offset(0, 1)

ActiveCell.Offset(1, 0).Select ' busca por fila la primera celda vacia

nmt = nmt + 1

Loop

'

If nmt = 1 Then

MsgBox "Tabla con nombres de Marcadores VACÍA" & clf & _

"Incluya los nombres equivalentes de marcadores", vbInformation, "Tabla

de Equivalencias"

resp = 0

Else

resp = 1

End If

'

xyzok = 0

If Not IsNumeric(Cells(5, 7)) Then

MsgBox "Valor para desplazar eje X, es inválido: " & Cells(5, 7), _

vbCritical, "Desplazamiento de Ejes"

Else


MsgBox "Valor para desplazar eje Y, es inválido: " & Cells(6, 7), _

133

vbCritical, "Desplazamiento de Ejes"

Else


MsgBox "Valor dado para transladar eje Z, es inválido: " _

& Cells(7, 7), vbCritical, "Desplazamiento de Ejes"

Else

vxs = Cells(5, 7)

vys = Cells(6, 7)

vzs = Cells(7, 7)

xyzok = 1

End If

End If

End If

End Sub

2.4 Módulo InicioTab.

Este módulo inicia la generación del archivo TRC a través de la subrutina IncialTab,

invocada desde el módulo Principal, reemplazando los nombres de los marcadores OWL

por los nombres de los marcadores OpenSim.

Attribute VB_Name = "InicioTab"


Option Explicit

Sub Inicialtab()

' Worksheets(nho).Activate

134

'

Dim tim_str_full As String, cms As String

Dim vxi As Double, vyi As Double, vzi As Double

Dim vxidec As String, vyidec As String, vzidec As String

Dim vxiok As String, vyiok As String, vziok As String

Dim framenumber As Long

Dim ind_marcador As String

Dim nh As Long

Dim MarcaInactivo As Long

Dim fef As Long, fm As Long, cim As Long, cnm As Long, cvm As Long, cxi As Long,

cyi As Long, czi As Long

Dim final As Integer

Dim xn As String, yn As String, zn As String

Dim con_mar As Long, pos_coma As Long

Dim lenx As Long

Dim spaces As String

'

' tim_str: Time frame para el archivo de salida (.trc)

' cms: numero de marcador para encabezado de Xn, Yn, Zn

' vxi, vyi, vzi: Valores en X, Y y Z del archivo owl

' vxidec, vyidec, vzidec string para conversion de notacion cientifica a decimal

' vxiok, vyiok, vziok valores x, y, z de salida con longitud máxima de decimales de

11, si el dato de entrada trae mas de 11 decimales.

' framenumber: Numero de frame activo

' ind_marcador: indicador del marcador del archivo owl.

'

135

' fef: fila de encabezado de frame

' fm: fila de los marcadores y frames

' cim: Columna indicador marcador

' cnm: Columna Nombre Marcador

' cvm: Columna de validez de marcador

' cxi: Columna eje x input

' cyi: Columna eje y input

' cyz: Columna eje z input

' ff: fila para los frames formateados horizontalmente

' cf: columna para los frames formateados horizontalmente

' ntm_str: string con el nombre de todos los marcadores, separados con tab

' nli, nli_str: Numero de linea de frame de salida (.trc)

' nm: nombre marcador

' ntm_str: string con el nombre de todos los marcadores, separados con tab

' usado para generar la linea en el archivo .trc

' xyz_str: string con numero de frame, tiempo y valores xyz ordenados

Horizontalmente

' vxyx_strt: string solo con los valores xyx ordenados horizontalmente

' vxidec, vyidec, vzidec valores en X, Y y Z en formato decimal, para evitar

notacion cientifica.

' vxiok, vyiok, vziok valores x, y, z de salida con longitud máxima de decimales de

11, si el dato de entrada trae mas de 11 decimales.

' ff: fila para los frames formateados horizontalmente

' cf: columna para los frames formateados horizontalmente

' nli, nli_str: Numero de linea de frame de salida (.trc)

' tim: Time frame calculado (.trc)

136

'

' num_mar: numero marcadores

' cms: numero de marcador para encabezado de Xn, Yn, Zn

'

fef = 4

fm = fef + 1

cim = 1

cnm = 2

cvm = 3

cxi = 4

cyi = 5

czi = 6

'

ntm_str = ""

nli = 1

tim_str = "0.000000"

nli_str = nli

xyz_str = nli_str & ct & tim_str & ct

'

framenumber = Worksheets(nho).Cells(fef, 2) + 1

'

ind_marcador = Left(Worksheets(nho).Cells(fm, cim), 1)

'

nmd = 0

MarcaInactivo = 0

137

ctrl_nombre_marcador = 0

final = 0

'

vxyz_str = ""

Do While ind_marcador = "m"

If MarcaInactivo = 0 Then

nm = Worksheets(nho).Cells(fm, cnm)

' busca equivalencia de nombre de marcador

Call Buscarmarca

If existe = 1 Then

If Worksheets(nho).Cells(fm, cvm) <> -1 Then

vxi = Worksheets(nho).Cells(fm, cxi)

vxidec = CDec(vxi + vxs)

If Len(vxidec) > 11 Then

vxiok = Mid(vxidec, 1, 11)

Else

vxiok = vxidec

End If

'

vyi = Worksheets(nho).Cells(fm, cyi)

vyidec = CDec(vyi + vys)

If Len(vyidec) > 11 Then

vyiok = Mid(vyidec, 1, 11)

Else

vyiok = vyidec

138

End If

'

vzi = Worksheets(nho).Cells(fm, czi)

vzidec = CDec(vzi + vzs)

If Len(vzidec) > 11 Then

vziok = Mid(vzidec, 1, 11)

Else

vziok = vzidec

End If

vxyz_str = vxyz_str & vxiok & ct & vyiok & ct & vziok & ct

'

' ntm_str = ntm_str & nm & ct & ct & ct

' nmd = nmd + 1

Else

MsgBox "Valor de Marcador Inválido. " & clf & _

"El frame con todos su marcadores será eliminado" & clf & _

"Marcador: " & nm & " Valor: " & Worksheets(nho).Cells(fm, cvm), _

vbInformation, "Marcadores Inactivos OWL"

MarcaInactivo = 1

End If

'

' Arma string con la lista de marcadores para Opensim

'

ntm_str = ntm_str & nm & ct & ct & ct

139

nmd = nmd + 1

End If

End If

'

fm = fm + 1


Loop

'

Call abrir ' abre


'

xyz_str = xyz_str & vxyz_str

Call escribir ' escribe primer frame archivo .tmp

'

' calcula tiempo y siguiente frame (nli)

tim = nli / freq_int

tim_str_full = CDec(tim)

tim_str = Mid(tim_str_full, 1, 5) & "000"

nli = nli + 1

nli_str = nli

'


'

End If

140

'

Do Until final = 1

If framenumber < frame_int Then

fef = fm + 1

fm = fef + 1

If Left(Worksheets(nho).Cells(fef, 1), 1) = "f" Then

framenumber = Worksheets(nho).Cells(fef, 2) + 1

'


'

MarcaInactivo = 0

vxyz_str = ""

Do While ind_marcador = "m"


pos_coma = InStr(Worksheets(nho).Cells(fm, cnm), ",")

If pos_coma > 0 Then

nm = Left(Worksheets(nho).Cells(fm, cnm), pos_coma - 1)

Else

nm = Worksheets(nho).Cells(fm, cnm)

End If

'

Call Buscarmarca

If existe = 1 Then

If Worksheets(nho).Cells(fm, cvm) <> -1 Then

vxi = Worksheets(nho).Cells(fm, cxi)

141

vxidec = CDec(vxi + vxs)

If Len(vxidec) > 11 Then

vxiok = Mid(vxidec, 1, 11)

Else

vxiok = vxidec

End If

'

vyi = Worksheets(nho).Cells(fm, cyi)

vyidec = CDec(vyi + vys)

If Len(vyidec) > 11 Then

vyiok = Mid(vyidec, 1, 11)

Else

vyiok = vyidec

End If

'

vzi = Worksheets(nho).Cells(fm, czi)

vzidec = CDec(vzi + vzs)

If Len(vzidec) > 11 Then

vziok = Mid(vzidec, 1, 11)

Else

vziok = vzidec

End If

'

vxyz_str = vxyz_str & vxiok & ct & vyiok & ct & vziok & ct

'

142

Else

MsgBox "Valor de Marcador Inválido. " & clf & _

"El frame con todos su marcadores será eliminado" & clf & _

"Marcador: " & nm & " Valor: " & Worksheets(nho).Cells(fm, cvm), _

vbInformation, "Marcadores Inactivos OWL"

' final = 1

MarcaInactivo = 1

End If

End If

End If

'

fm = fm + 1


Loop

'


xyz_str = xyz_str & vxyz_str

Call escribir ' escribe registro en archivo .tmp

tim = nli / freq_int

tim_str_full = CDec(tim)

tim_str = Mid(tim_str_full, 1, 5) & "000"

nli = nli + 1

nli_str = nli

'


143

End If

'

Else

MsgBox _

"ERROR..No se encontraron los " & frame_str & _

" frames del encabezado del archivo OWL", vbCritical, _


Call cerrar

Kill filetmp

final = 1

End If

Else

Call cerrar ' cierra archivo .tmp

Call abrir_trc 'abre trc

xn = "X"

yn = "Y"

zn = "Z"

con_mar = 1

enc_xyz = ct & ct

'

Do Until con_mar > nmd

cms = con_mar

enc_xyz = enc_xyz & xn & cms & ct & yn & cms & ct & zn & cms & ct

con_mar = con_mar + 1

Loop

144

'

nli_str = nli - 1

lenx = Len(nli_str)

spaces = " "

frame_str_align = Left(spaces, 10 - lenx) & nli_str

Call EscribeEncabezado_trc ' genera encabezados archivo .trc

Call escribir_trc

'

Call cerrar_trc ' cierra archivo .tmp

MsgBox "Termine la conversión con éxito", vbInformation, _

"Conversor OWL a TRC"

final = 1

End If

Loop

End Sub

2.5 Módulo BuscaMarcadores.

Contiene la subrutina Buscamarca, encargada de buscar la equivalencia del marcador

OWL, con el marcador OpenSim. Invocada desde el módulo IncioTab

Attribute VB_Name = "BuscaMarcadores"


Sub Buscarmarca()

'

' nmt: numero de marcadores en la tabla. Viene de cargamarc

'

145

iowl = 1

indfind = 0

existe = 0

Do Until indfind = 1

If iowl < nmt Then

If mar_owl(iowl) = nm Then

nm = mar_ope(iowl)

indfind = 1

existe = 1

Else

iowl = iowl + 1

End If

Else

indfind = 1

ctrl_nombre_marcador = 1

End If

Loop

'

End Sub

2.6 Módulo Generatefile.

Contiene las subrutinas abrir, escribir y cerrar, las cuales producen un archivo temporal

necesario para la generación completa del archivo TRC. Son invocadas desde el módulo

InicioTab.

146

Attribute VB_Name = "Generatefile"


Sub abrir()

Open filetmp For Output As #1

End Sub

'

Sub escribir()

rec = xyz_str & clf

Print #1, rec;

End Sub

Sub cerrar()

Close #1

End Sub

2.7 Módulo Generatefiletrc.

Contiene las subrutinas abrir_trc, EscribeEncabezado_trc, escribir_trc y cerrar_trc,

encargadas de producir el archivo TRC final. Invocadas desde el módulo InicioTab.

Attribute VB_Name = "Generatefiletrc"


Sub abrir_trc()

Open filetrc For Output As #2

End Sub

'

Sub EscribeEncabezado_trc()

Dim rec As String

147

Dim cuatro As Integer

'

cuatro = 4

'

rec = "PathFileType" & ct & cuatro & ct & "(X/Y/Z)" & ct & name_pro_new & clf

Print #2, rec;

rec = "DataRate" & ct & "CameraRate" & ct & "NumFrames" & ct & "NumMarkers" &

ct & "Units" & ct & "OrigDataRate" & ct & "OrigDataStartFrame" & ct &

"OrigNumFrames" & clf

Print #2, rec;

rec = Freq_str & ct & Freq_str & ct & frame_str_align & ct & nmd & ct & "mm" & ct &

Freq_str & ct & "1" & ct & frame_str_align & clf

Print #2, rec;

rec = "Frame#" & ct & "Time" & ct & ntm_str & clf

Print #2, rec;

rec = enc_xyz & clf

Print #2, rec;

rec = clf

Print #2, rec;

' rec = xyz_str & clf

' Print #1, rec;

End Sub

'

Sub escribir_trc()

Dim rectmp As String

Open filetmp For Input Access Read As #1

148

While Not EOF(1)

Line Input #1, rectmp

Print #2, rectmp;

Wend

Close #1

Kill filetmp

'

End Sub

'

Sub cerrar_trc()

Close #2

End Sub

2.8 Formulario FrmCmd y FrmOk.

Formularios o correspondientes a las figura 7 y 8. El formulario FrmCmd invoca a las

subrutinas Impo y proceso_generacion, así como al formulario FrmOk, utilizado para

habilitar la edición de la tabla de marcadores.

Attribute VB_Name = "FrmCmd"





Public Sub DisableXbutton(ByVal frmHwnd As Long)

Dim hMenu As Long

149

hMenu = GetSystemMenu(frmHwnd, 0&)

If hMenu Then

Call DeleteMenu(hMenu, SC_CLOSE, MF_BYCOMMAND)

DrawMenuBar (frmHwnd)

End If

End Sub

Sub CmdEqu_Click()

RFrmCmd = "B1"

Unload Me

FrmOk.show

End Sub

Sub CmdGen_Click()

Call impo

If fname <> "Falso" Then

Call proceso_generacion

If resp <> 7 Then


Sheets(nho).Delete

Application.DisplayAlerts = True

End If

End If

RFrmCmd = "B2"

' Unload Me

End Sub

150

Sub CmdSal_Click()

RFrmCmd = "B3"

Call closemode0

'

End Sub


'

End Sub


'

End Sub

'

Private Sub UserForm_QueryClose(Cancel As Integer, CloseMode As Integer)

'closemode: Es 0 si cierra el formulario con click sobre la x

' 1 si es con unload

If CloseMode = 0 Then

Call closemode0

End If

End Sub

Sub closemode0()


If changesheet1 = "si" Then

rp = MsgBox("Desea Salvar los cambios de la tabla de equivalencias?", _

151

vbYesNo, "Tabla de Equivalencias")

If rp = 6 Then

ThisWorkbook.Save

Application.Quit

Else


Application.Quit

End If

Else


Application.Quit

End If

Else




If rp = 6 Then

ActiveWorkbook.Close (True)

Else


End If

Else


End If

End If

152

End Sub

Attribute VB_Name = "FrmOk"





Private Sub Cmdok_Click()

Unload Me

FrmCmd.show

'

End Sub

Private Sub UserForm_Activate()

' MsgBox "activate"

End Sub


' MsgBox "click en area diferente al boton"

End Sub


' MsgBox "deact"

153

End Sub

Private Sub UserForm_QueryClose(Cancel As Integer, CloseMode As Integer)

Cancel = True

End Sub

Private Sub userform_terminate()

' MsgBox "term"

End Sub

Sub FrmOkclosemode0()

'





If rp = 6 Then

ThisWorkbook.Save

Application.Quit

Else


Application.Quit

End If

Else


154

Application.Quit

End If

Else




If rp = 6 Then

ActiveWorkbook.Close (True)

Else


End If

Else


End If

End If

End Sub

8.2. PLANOS DE CONSTRUCCIÓN DEL PALPADOR ESCAPULAR

8.3. PLANOS DE CONTRSUCCIÓN PROTOTIPO POSTURAS ESTÁTICAS

Título Plano: Explosionado Palpador Escapular

PROYECTO DE GRADO

Profesor Asesor: Juan Carlos Briceño Triana

Profesor CoAsesor: Daniel Suarez Venegas

Autor: Nicolás Barrera Bateman

��Escala: 1:2 No. de Plano: 1/3

Fecha: Mayo 10, 2013

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Título Plano: Platina Palpador Escapular

PROYECTO DE GRADO


Profesor CoAsesor: Daniel Suarez Venegas

Autor: Nicolás Barrera Bateman

��Escala: 1:1 No. de Plano: 2/3

Fecha: Mayo 10, 2013

Salvo indicación contrariacotas en milímetros,ángulos en grados ytolerancias 0.5 mm y

±1º

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Título del plano: Pin Marcadores

PROYECTO DE GRADO


Profesor Co Asesor: Daniel Suarez Venegas

Proyecto Corto 1: Planos de Ingeniería

��Escala: 1:1 No. de Plano: 3 de 3

Fecha: Mayo 10 de 2013

Salvo indicación contrariacotas en milímetros,ángulos en grados ytolerancias ±1 mm y

±1º

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ELECCIÓN, IMPLEMENTACIÓN Y EVALUACIÓN DE UN …

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