Development of a new methodology for the assessment of cervical mobility based on photogrammetry techniques

Desarrollo de una nueva metodología para la valoración de la movilidad cervical basada en técnicas de fotogrametría

Development of a new methodology for the assessment of cervical mobility based on photogrammetry techniques

JM Baydal-Bertomeu ^a, MP Serra-Añó ^b, D Garrido-Jaén ^c, J López-Pascual ^d, F Matey ^e, C Gimeno ^f, C Soler ^g, R Dejoz <sup>h

a</sup> Investigador de la sección de tecnología para la autonomía personal.
^b Fisioterapeuta especialista en valoración del daño corporal.
^c Responsable de la sección de transferencia de tecnología.
^d nvestigador de la sección de transferencia de tecnología.
^e Ingeniero de desarrollo de la sección de tecnologías para información y comunicación.
^f Responsable de la sección de servicio y mantenimiento técnico.
^g Responsable del área de aplicaciones tecnológicas.
^h Responsable del área de gestión. Instituto de Biomecánica de Valencia. Universidad Politécnica de Valencia.

Palabras Clave

movilidad cervical, valoración funcional, rehabilitación cervical, fotogrametría.

Keywords

cervical spine mobility, functional valuation, cervical rehabilitation, photogrammetry.

Resumen

Introducción. La inexistencia de métodos objetivos, fiables y precisos de valoración funcional de la movilidad de la columna cervical dificulta la elección de un adecuado tratamiento rehabilitador y posterior control de su evolución en pacientes afectados de dolor cervical. Todo esto ha planteado la necesidad de desarrollar una nueva metodología de valoración de la movilidad cervical a partir de técnicas de vídeo-fotogrametría y de definición de los patrones de movilidad en función de las variables edad y género. Material y métodos. Para la realización del estudio se ha seleccionado una muestra de 50 personas de edades comprendidas entre 20 y 79 años, con ausencia de patología cervical. También se ha realizado un estudio piloto con 14 personas afectadas de dolor cervical. El equipo de medida está basado en un sistema de video-fotogrametría. Los movimientos que se registraron fueron el de flexo-extensión, inclinación lateral y el de rotación de la cabeza. Resultados. Cabe destacar la alta influencia de las variables edad y sexo en los rangos de movimiento, además de la disminución de los rangos de movilidad en los pacientes aquejados de latigazo cervical cuya significación también es muy alta. Discusión. Se ha demostrado que la metodología presentada en el siguiente trabajo resulta una herramienta muy útil para la valoración funcional de la movilidad de la columna cervical, mejorando la precisión y la fiabilidad de los resultados obtenidos y permitiendo realizar un tratamiento rehabilitador de un modo más eficaz y controlado.

Abstract

Introduction. The non-existence of objective, reliable and precise methods of functional valuation of the cervical spine mobility makes difficult the election of a suitable rehabilitation treatment and subsequent control of its evolution in affected patients of cervical pain. All this has raised the need of developing a new methodology of cervical mobility valuation based on video-photogrammetry techniques and to define the patterns of mobility based on the parameters age and gender. Material and methods. For the accomplishment of the study a sample of 50 people aged between 20 and 79 years with absence of cervical pathology has been selected. Besides, a pilot study was made with 14 affected people of cervical pain. The measuring equipment is based on a video-photogrammetry system. The movements that were registered were flexo-extension, lateral flexion and rotation of the head. Results. It is possible to emphasize the high influence of the variables age and sex in the movement ranges, in addition to the diminution of the ranges of mobility in patients affected of whiplash injury whose meaning also is very high. Discusion. The methodology presented in the present work has been demonstrated as a useful tool for the functional valuation of the cervical spine mobility, improving the accuracy and the reliability of the obtained results and allowing making a rehabilitation treatment in a more effective and controlled way.

Artículo

INTRODUCCION
La conservación del estado funcional de la columna cervical es de gran importancia para la realización de la mayoría de actividades de la vida diaria. Se estima que, en nuestro país, alrededor de un tercio de las mujeres (34 %) y uno de cada cuatro hombres (25 %) han padecido alguna vez episodios de cervicalgias, y que aproximadamente la mitad de la población padece dolores en la zona cervical en algún momento de su vida, permaneciendo los síntomas más de seis meses o incluso con carácter permanente en la tercera parte de las consultas ¹. Esta situación plantea un gran problema socioeconómico que supone la intervención de diversos estamentos como el de la sanidad pública, entidades aseguradoras, juzgados, clínicas médico-forenses, etc.
Al mismo tiempo, existen muchas dificultades desde el punto de vista médico para llevar a cabo una correcta valoración del estado funcional de pacientes afectados de dolor cervical. Por lo general, la sintomatología cede en pocos días o semanas, pero en ocasiones se originan síntomas persistentes, en cuya etiología se barajan factores psicológicos, neurológicos y económicos ². Todo ello afecta en la toma de una decisión sobre la elección de un tratamiento de rehabilitación, la resolución de una alta médica tras un proceso evolutivo controlado o la decisión de asignar al paciente una prestación económica, social o laboral.

Algunos de los problemas actuales asociados al diagnóstico de las cervicalgias son:
1. Dificultad en la valoración funcional. Es difícil objetivar la sintomatología de dolor cervical, hecho que favorece el empleo de pruebas complementarias que, en ocasiones, no son suficientes para detectar el verdadero estado funcional del paciente, ya que actualmente se basan, en su mayoría, en técnicas de imagen radiográfica o magnética u otras técnicas de estudio "estático".

2. Subjetividad en la valoración. La exploración médica de la alteración funcional del sistema músculo-esquelético realizada hoy en día está basada en diversos métodos de cuantificación, bien sea mediante instrumentos de medida o mediante escalas de dolor y/o cuestionarios que el paciente responde, obteniéndose resultados claramente subjetivos.

3. Exageración o simulación del cuadro doloroso o de la limitación funcional por parte del paciente. La magnificación supone un problema para el médico, ya que dificulta la determinación de la capacidad funcional del paciente de manera objetiva.
Todos estos motivos han potenciado la investigación sobre métodos objetivos de valoración de la columna cervical. Así, en las últimas décadas se ha intentado hacer una cuantificación objetiva de la movilidad. Los primeros trabajos publicados utilizaban técnicas basadas en secuencias de rayos X ^3,4, que más adelante fueron descartadas por la dificultad que conllevaba obtener información adecuada y por la grave alteración que sufrían las células. Posteriormente, se empezaron a usar instrumentos de medida como goniómetros o inclinómetros para registrar la movilidad de la columna cervical ⁵, pero este tipo de técnicas suponen un problema ya que introducen un gran error en la medida por la imposibilidad de definir claramente una posición de referencia y por la gran variabilidad intraobservador que aparece con su uso ⁶.
Actualmente existen nuevas técnicas biomecánicas de medida basadas en vídeo-fotogrametría que permiten obtener información de la movilidad de la columna cervical de un modo más sencillo, permitiendo el cálculo de un mayor número de parámetros biomecánicos que facilitan el análisis y las valoraciones funcionales del estado de la columna cervical.
Aunque ya existen estudios que definen nuevas metodologías de análisis de la movilidad cervical con este tipo de técnicas ^7,8, no existe ningún trabajo que publique los rangos de movilidad de la columna cervical, utilizando técnicas de vídeo-fotogrametría, en personas sanas.
La medida de los rangos de movilidad ha suscitado mucha controversia entre los clínicos debido a que, aunque se haya demostrado rigurosamente que el rango de movilidad viene determinado por las variables individuales de edad y género ⁹, la mayoría de tablas usadas en las guías de valoración funcional, como la American Medical Association y la American Academy of Orthopaedic Surgeons ¹⁰, han publicado los rangos de normalidad de movimiento cervical sin estratificar por estos factores. Incluso, la actual versión de las guías AMA (5.ª edición) Guides to Evaluation of Permanent Impairment¹¹ continúa sin considerar el efecto del género y de la edad.
El presente trabajo tiene como principal objetivo definir una nueva metodología de análisis y valoración de la movilidad de la columna cervical basada en técnicas de vídeo-fotogrametría y demostrar su sensibilidad y validez mediante un estudio piloto con un grupo de pacientes afectados de traumatismo por "latigazo cervical". Además, también se pretende proporcionar los patrones de normalidad de los rangos de movilidad cervical en los movimientos de flexo-extensión, flexión lateral y rotación, en una muestra de personas sanas en función de su edad y género, así como demostrar estadísticamente la influencia de estas variables en cada uno de los rangos de movilidad medidos.

MATERIAL Y MÉTODOS

Muestra de estudio
Se seleccionaron 50 pacientes a partir de una base de datos del Instituto de Biomecánica de Valencia teniendo en cuenta los siguientes criterios de inclusión: rango de edad comprendido entre los 20 y 79 años; rasgos antropométricos representativos de la población estándar, es decir, en la muestra de control se descartó la presencia de personas muy obesas, muy altas o muy bajas; ausencia de patología de origen cervical; ausencia de trastornos agudos o crónicos que alteraran de cualquier forma el movimiento cervical (p. ej. artrosis, artritis, lumbalgias, diabetes, vértigos, etc.); ausencia de antecedentes neurológicos u osteoarticulares de relevancia.
Además de los criterios básicos de selección, y con anterioridad a la toma de medidas, una médico rehabilitador, perteneciente al Instituto de Biomecánica de Valencia, realizó una exploración clínica con objeto de confirmar la inexistencia de patología de origen cervical. Todos los participantes en el estudio rellenaron una hoja de consentimiento y de conformidad en la realización de las medidas.
La muestra seleccionada se estratificó en rangos de edad y género, para poder estudiar las diferencias existentes entre estas dos variables. La tabla 1 muestra las características y el tamaño de la muestra seleccionada para el presente estudio.

Para el estudio piloto un médico rehabilitador seleccionó a 14 pacientes con clínica de latigazo cervical provenientes de la mutua ASEPEYO de Sant Cugat del Vallés. La tabla 2 muestra la distribución del grupo de personas con dicha patología.

Sistema de medida
Para la realización de las medidas y obtención de la información cinemática, objeto del presente estudio, se utilizó un sistema de vídeo-fotogrametría diseñado en el Instituto de Biomecánica de Valencia. La localización de las cámaras fue rigurosamente estudiada, para que a lo largo de todo el movimiento producido en las pruebas de rotación, flexión lateral y flexo-extensión, no se ocultasen marcadores en ningún caso, en más de dos cámaras.

Equipamiento general
El equipamiento utilizado consta de una silla, especialmente diseñada para fijar la posición del sujeto y limitar la movilidad de su tronco mediante correas sujetas a un respaldo regulable en altura. La silla asegura que el sujeto pueda realizar movimientos de la cabeza moviendo la columna cervical exclusivamente (fig. 1).

Fig. 1.--Silla de fijación de hombros y columna vertebral.

Con el fin de asegurar que el movimiento que se le solicite al paciente parta siempre de la misma posición, se diseñó un sistema para fijar la posición de referencia de la cabeza. Se utilizó un espejo situado a 2,5 m de distancia del sujeto (fig. 2). Las dimensiones del espejo son de 3 x 8 cm, siendo totalmente regulable en altura, el espejo dispone de un inclinómetro de burbuja para asegurar la verticalidad del mismo.

Fig. 2.--Espejo de fijación de la posición de referencia.

Con el fin de analizar el movimiento de la columna cervical se diseñó un casco que integra los marcadores reflectantes necesarios para poder registrar medidas de movimientos humanos con el sistema de fotogrametría (fig. 3). El casco fue diseñado para que se pudiese regular con facilidad y conseguir así una buena adaptación a personas con características antropométricas diferentes.

Fig. 3.--Casco utilizado en la medida del movimiento de la cabeza.

Además del casco, se diseñó un sistema para la calibración de la posición de referencia de cada sujeto. Dicho sistema se compone de dos varillas de 15 cm de longitud cada una, con los marcadores integrados en sus extremos exteriores. En los lados de sujeción se adaptaron tapones de oído desechables con el fin de garantizar la higiene durante la medida.
Para la caracterización antropométrica de los sujetos se utilizó una báscula electrónica, con una escala métrica vertical para la medida de la estatura.

Protocolo de medida usado en la metodología de análisis de la movilidad cervical
Calibración
El sujeto se sitúa sentado en la silla con la vista al frente visualizando sus ojos reflejados en el espejo (el cual ha sido adaptado previamente) a la altura que permita tener la cabeza en una posición neutra de referencia. El sujeto debe permanecer inmóvil con el sistema de calibración colocado en sus pabellones auditivos, mientras se realiza la grabación con el sistema de vídeo-fotogrametría durante 6 segundos.
Pruebas de movilidad
Partiendo de la posición de referencia se le pide al sujeto que realice una secuencia de movimientos completos de flexo-extensión durante 30 segundos, intentando llegar a los límites en cada una de las direcciones. Después se realiza esta misma secuencia con los movimientos de inclinación lateral y rotación.

Análisis estadístico
Las principales variables analizadas en este estudio se determinaron a partir de los ángulos medidos en cada una de las pruebas (flexo-extensión, flexión lateral y rotación); éstos se establecieron como la diferencia entre los percentiles 5 y 95 de todos los ciclos realizados en cada prueba. De este modo, se analizaron los rangos de movilidad de la columna cervical.
El tratamiento numérico se realizó utilizando la técnica estadística del análisis de la varianza (ANOVA), demostrando siempre que se cumple el requisito de homogeneidad de la varianza mediante la técnica del contraste de Levene, p < 0,05.

RESULTADOS
La figura 4 representa el movimiento angular obtenido en una prueba de 25 segundos de duración en un movimiento de flexo-extensión. Las líneas con valores más cercanos a cero representan los ángulos de flexión lateral y rotación, que se producen como acoplamientos involuntarios en el movimiento de flexo-extensión. Sobre la gráfica están delimitados los percentiles 5 y 95, que representan los límites de flexo-extensión y la diferencia entre ambos, que representa el rango de flexo-extensión.

Fig. 4.--Movimiento angular obtenido en el movimiento de flexo-extensión cervical.

La tabla 3 muestra los resultados de los rangos de movilidad obtenidos a partir del grupo de control, con la metodología y el protocolo descritos anteriormente y clasificados en función del género y del grupo de edad.

En dicha tabla también se puede observar cómo los valores angulares de los rangos de movilidad, obtenidos de la muestra de estudio son mucho mayores en el grupo de mujeres que en el de hombres y que descienden significativamente a medida que se incrementa la edad. El descenso de movilidad medio es de un 27 % en la prueba de flexo-extensión, de un 45 % en la prueba de flexión-lateral y de un 21 % en la prueba de rotación. También se puede observar que la disminución del rango de movilidad con la edad en las pruebas de flexo-extensión y de rotación es más acentuada (fig. 5) en el grupo de los hombres que en el grupo de las mujeres. Otro dato importante a destacar es que la movilidad de la columna cervical es significativamente mayor en la prueba de rotación que en la prueba de flexo-extensión y esta última es también significativamente más grande que en la prueba de flexión lateral.

Fig. 5.--Rango de movilidad en función de la edad.

La tabla 4 muestra la significación estadística de la influencia de las variables edad y sexo en las medidas de los rangos de movilidad cervical. Se puede observar cómo la influencia de ambas variables es muy significativa (p < 0,01), siendo mayor la influencia de la variable edad que la de la variable sexo. Esto indica la necesidad de obtener patrones clasificados en función de estas dos variables. También es interesante destacar que la edad influye de forma muy parecida en los tres movimientos analizados (flexo-extensión, flexión lateral y rotación), en cambio la variable sexo influye de una forma más significativa en el movimiento de flexo-extensión que en el resto de movimientos.

La figura 6 describe los resultados obtenidos utilizando la metodología descrita en la muestra de personas patológicas afectadas de latigazo cervical.

Fig. 6.--Comparación del rango de flexión entre el grupo de control y el grupo con patología cervical.

En la tabla 5 se puede apreciar cómo los valores de los rangos de movilidad son menores en los pacientes afectados de latigazo cervical que en el grupo control. Las diferencias más acentuadas se perciben en el movimiento de flexo-extensión.

Las diferencias que aparecen en los movimientos de la columna cervical entre el grupo con patología y el grupo control son muy significativas, con valores de p < 0,01, tal y como se muestra en la tabla 6. Si la comparación se realiza teniendo en cuenta la edad y el sexo, es decir, comparando a cada persona con el patrón de normalidad de su grupo correspondiente en cada uno de los movimientos, las diferencias encontradas son mayores.

DISCUSION
Los resultados del estudio han demostrado que los rangos de movilidad disminuyen con la edad. Si se realiza una comparación con un estudio realizado por Ferlic ¹² en los años sesenta, podemos observar que obtuvieron un decremento medio del rango de movilidad, en función de la edad, desde 20 a 79 años del 21 % en flexo-extensión, del 35 % en flexión lateral y del 20 % en rotación axial. Estos valores son algo menores que los obtenidos en el presente estudio posiblemente debido al instrumento de medida utilizado, ya que Ferlic basó su experimentación en el empleo de goniómetros, en los que es más difícil definir la posición de referencia del sujeto.
En los resultados también se observa que la flexión y la extensión cervical en los hombres van disminuyendo con la edad, mientras que en las mujeres se mantienen estables hasta la sexta década, momento a partir del cual empiezan a disminuir. Los resultados presentados son similares a los apuntados por Youdas et al ¹³, quienes concluyeron que la pérdida de movilidad en función de la edad afectaba más a los hombres que a las mujeres. Este fenómeno podría ser atribuido a que la cervicoartrosis es más frecuente en los varones menores de 55 años que en las mujeres y, además, podría tener relación la existencia de traumatismos repetitivos relacionados con la actividad profesional ¹⁴.
Si en un principio observamos la comparación realizada entre el grupo control y el grupo con patología sin tener en cuenta la edad y el género y, posteriormente, segmentamos los resultados por edad y género (tabla 6), se puede ver que la precisión en la medida mejora mucho. En este último caso, sobretodo en la flexo-extensión, donde aumentan los valores de significación estadística al disminuir los valores del "valor p", lo que demuestra de un modo científico que las diferencias encontradas son mayores entre ambos grupos. Este resultado potencia la hipótesis de que las valoraciones de la movilidad funcional deben realizarse siempre teniendo en cuenta estas variables.
En cuanto a la confirmación de la validez de la metodología mediante el estudio piloto con un grupo de personas con patología, podemos afirmar que las diferencias encontradas con el grupo de control son mayores que las encontradas en trabajos similares ^15,16. Esto puede ser debido a que, a diferencia de los estudios citados, se ha utilizado una estratificación de los grupos en función de la edad y del género que ha permitido disminuir la dispersión en los patrones de movilidad y aumentar significativamente la precisión en la valoración y detección de movimientos patológicos. Este mismo hecho sucede si comparamos nuestros resultados con estudios realizados con otras técnicas de medida, como la electromiografía de superficie ¹⁷.
Con los resultados obtenidos se puede destacar que es posible conocer con precisión la movilidad cervical, en las tres direcciones del espacio, de los pacientes con los que se encuentra el facultativo en la práctica diaria. Esto ayudará a marcar unos objetivos realistas e individualizados en la rehabilitación de cada paciente. Además, con estas técnicas se da la posibilidad de controlar de manera periódica la evolución de los rangos de movilidad del paciente durante el seguimiento del tratamiento rehabilitador, permitiendo validar e identificar el tipo de tratamiento más idóneo para el paciente en función de la edad y de su sexo. Esta nueva metodología no plantea dificultades para su interpretación, pues no proporciona valores absolutos, sino que compara los valores obtenidos del paciente con una base de datos de normalidad (resultados de las pruebas con población sana), dando como resultado unos índices de capacidad funcional del paciente expresados en porcentajes. Índices, que a todas luces facilitan el trabajo del personal sanitario responsable de realizar la valoración y posterior emisión de un diagnóstico. Además, la exactitud obtenida permite valorar la evolución de un paciente, sirviéndole de realimentación, ya que el paciente es capaz de interpretar los datos y ver de manera continua cómo evoluciona su tratamiento, estimulándolo hacia una mayor implicación en el mismo.
Las líneas futuras de investigación van dirigidas a analizar disfunciones en la movilidad cervical derivadas de otras patologías como, por ejemplo, vértigo, dolor lumbar referido a la columna cervical, etc.

CONCLUSIONES
Los factores edad y género influyen en los rangos de movilidad cervical por lo que se deben tener en cuenta siempre que se realice una valoración de los mismos.
La metodología desarrollada y presentada en este trabajo resulta una herramienta útil e innovadora para la valoración funcional de la movilidad de la columna cervical, aportando objetividad a todo el proceso evaluador y rehabilitador.

AGRADECIMIENTOS
Agradecemos al Ministerio Español de Educación y Ciencia la financiación de las actividades de I + D bajo el programa Torres Quevedo.

Los autores declaran que no existe conflicto de intereses

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