Estudio de la cinemática y fiabilidad inter e intraterapeutas de la manipulacion vertebral cervical basada en sensores inerciales

Study of kinematics and intra- and inter-therapists of the cervical spinal manipulation based on inertial sensors

A.I. Cuesta-Vargas ^ab, , J.M. William <sup>b

a</sup> Departamento de Psiquiatría y Fisioterapia, Universidad de Málaga, Malaga, España
^b Life Science Department, Roehampton-London University, London, UK

Palabras Clave

Cinemática. Movilización. Columna cervical. Manipulación.

Keywords

Kinematics. Mobilization. Cervical spine. Manipulation.

Resumen

ObjetivoDeterminar la capacidad de los sensores inerciales para el estudio de la cinemática de la manipulación cervical vertebral sobre un modelo anatómico, así como explorar la fiabilidad interterapeutas, intraterapeuta, y entre mano dominante y no dominante.
Material y metodoEstudio transversal analítico. Fijando un sensor inercial sobre el hueso frontal de la cabeza, se analizaron las manipulaciones en el segmento de movilidad cervical C5-C6 durante tres repeticiones en el lado izquierdo y seguidamente hacia la derecha, por dos terapeutas experimentados.
ResultadosPara todos los parámetros tridimensionales grabados en el mismo terapeuta a lo largo de las tres repeticiones se muestra una buena consistencia con valores de ICC de 0,808 a 0,928, no siendo así para los valores de fiabilidad entre manos del mismo terapeuta o entre terapeutas con valores de ICC de 0,123 a 0,742. La media de desplazamiento de la rotación durante la manipulación desde la posición de premanipulación fue de 18 grados (IC95% 11 a 26). Conclusión: Los sensores inerciales presentan capacidad para estudiar la cinemática de la manipulación vertebral cervical. Estos dispositivos presentan un posible valor añadido como feedback a tiempo real tras el estudio de la representación grafica de las fases premanipulativa y manipulativa. Sobre un modelo anatómico la fiabilidad intraterapeutas es buena, sin embargo es baja interterapeutas y entre manos del mismo terapeuta.

Abstract

ObjectiveDetermine the capacity of inertial sensors as a tool for the study of the kinematics of cervical spine manipulation on an anatomical model and study the inter- and inter-therapists reliability and within non-dominant and dominant hand.
Material and methodsA cross sectional, analytic study was performed. Placing an inertial sensor on the frontal bone of the head, the manipulations were analyzed in the cervical motion segment C5-C6 during three repetitions on the left side and then to the right, carried out by two experienced therapists.
ResultsAll of the dimensional parameters recorded in the same therapist during the three repetitions showed good consistency with the ICC values from 0.808 to 0.928, this not occurring for the reliability values between the hands of the same therapist or therapists with ICC values from 0.123 to 0.742. The average displacement of the rotation during manipulation from the pre-manipulative position was 18 degrees (95% CI: 11-26).
ConclusionInertial sensors show capacity to study the kinematics of cervical spinal manipulation. These devices have a potential added value as real time feedback after studying the graphic representation of the premanipulation and manipulative phases. On an anatomical model, intra-therapist reliability is good, however, that of the inter-therapist and within hands of the therapist is low.

Artículo

Introducción

El estudio de la cinemática es ampliamente utilizado por los clínicos, docentes e investigadores en fisioterapia. Estas medidas se han utilizado para cuantificar tanto movimientos normales como movimientos patológicos y evaluar el efecto de diversas intervenciones sobre el movimiento humano¹.

Los sistemas clínicos de análisis de movimiento son rápidos y fáciles de usar, sin embargo estos sistemas a menudo carecen de valiosos datos sobre la cinemática. Las cintas métricas y los goniómetros informan sobre un solo plano y únicamente para posiciones estáticas. Los electrogoniómetros e inclinómetros pueden ofrecer soluciones para más de un plano, además de proporcionar datos dinámicos, sin embargo el diseño físico y tamaño de estos dispositivos pueden modificar el movimiento evaluado².

Los sensores inerciales utilizan tecnologías tales como los acelerómetros, magnetómetros y giroscopios, siendo capaz de cerrar la brecha entre los grandes sistemas laboratorio y los sistemas clínicos, proporcionando datos sobre el movimiento tridimensional³. Algunos estudios han informado sobre el uso de sistemas basados en diferentes tipos de sensores inerciales como propuestas de una mayor precisión de medida en distintos movimientos; de tronco⁴, tren superior^5,6,7 y de tobillo⁸, así como movimientos funcionales como; levantarse de una silla⁹, saltar¹⁰, o las caidas¹¹.

Trabajos previos ya sea han centrado en debatir las ventajas y desventajas de este sistema de análisis de movimiento¹² o han proporcionado una discusión de posibles aplicaciones clínicas¹³. Una de estas aplicaciones clínicas es la manipulación vertebral, sin embargo no hemos encontrado ningún estudio que utilice los sensores inerciales en el estudio de la cinemática de la manipulación vertebral. La manipulación es una estrategia de tratamiento de uso común para los trastornos de dolor de cuello. El aprendizaje de la manipulación cervical está muy extendido y abarca muchas profesiones diferentes (fisioterapia, traumatología, ortopedia, osteopatía, quiropraxia, etc.). La enseñanza de la manipulación es compleja debido al alto nivel de habilidad requerida por los profesionales para llegar a ser competente. Por otra parte, la enseñanza efectiva de la manipulación se ve obstaculizada por la falta de comprensión de las variables de interés asociadas con el desarrollo de las habilidades motoras necesarias para la manipulación segura y competente. Una mejor comprensión de las variables que intervienen en la manipulación puede dar a lugar a la creación de puntos específicos de enseñanza, destinados a desarrollar las habilidades motoras adecuadas para la manipulación efectiva.

Hasta la fecha pocos estudios han investigado la cinemática de la manipulación cervical. Ngan et al¹⁴, mediante técnicas de video-optometría, mostraron una buena consistencia de la posición premanipulación dentro de los terapeutas, sin embargo no encontraron buena fiabilidad entre terapeutas. El desplazamiento medio de la manipulación en el estudio de Ngan et al¹⁴ fue similar a otro estudio¹⁵. A pesar de semejantes valores medios para el desplazamiento de empuje, velocidad y aceleración, estos resultados sugieren una gran variación dentro y entre los terapeutas en la aplicación de la manipulación cervical. Los autores concluyen con claridad que el método presentó problemas de visualización de los marcadores y es muy posible que parte de la variación se deba a la pobre resolución de los marcadores de seguimiento de movimiento óptico¹⁴.

Los sensores inerciales en miniatura se presentan como una alternativa no solo a las aplicaciones de evaluación del movimiento humano, sino además como un instrumento de feedback a tiempo real donde el movimiento aplicado es el tratamiento, y las cualidades y precisión de este movimiento están directamente relacionadas con el éxito terapéutico³.

El objetivo de este estudio es determinar la capacidad de los sensores inerciales como un instrumento para el estudio cinemático de la manipulación cervical vertebral sobre un modelo anatómico, y explorar la fiabilidad interterapeutas, intraterapeuta entre 3 repeticiones, entre mano dominante y no dominante del mismo terapeuta.

Material y métodoDiseño

Estudio transversal analítico de medidas repetidas establecido en laboratorio del área de investigación musculoesqueletica.

Materia

Las variables se midieron con el sensor inercial Wireless Inertial Cube (Intersense Inc, USA). La unidad receptora se adhirió a la camilla y la unidad sensora sobre el hueso frontal en la cabeza del modelo, mediante cinta adhesiva a dos caras (Figura 1). El sensor contenía un magnetómetro, un acelerómetro y un giroscopio. El movimiento de la cabeza se registró en relación con la unidad receptora. Los datos se registraron a una frecuencia de 100Hz y se almacenaro para su transformación y filtrado en el software MatLab. Mediante el software IsPlot (Intersense Inc., USA) se realizó un grafico a tiempo real del tren de datos del sensor inercial proyectado en la pantalla del ordenador, lo que permitió un feedback al terapeuta tanto sobre el posicionamiento premanipulacion, como de la representación gráfica de la manipulación en magnitud y sentido del desplazamiento, velocidad y aceleración angular (Figura 2).

Figura 1. Modelo anatómico con sensor inercial en hueso frontal para el estudio de la cinemática de la cabeza durante la manipulación vertebral cervical.

Figura 2. Feedback a tiempo real sobre el grafico del tren de datos de desplazamiento, velocidad y aceleración tridimensional durante la manipulación vertebral cervical.

Procedimiento

El sensor se adjunta al hueso frontal del modelo en posición supina para permitir girar e inclinar la cabeza plenamente de izquierda y derecha. El terapeuta colocó la cabeza del modelo en la posición de premanipulación. Todas las manipulaciones se llevaron a cabo con el objetivo de manipular el segmento de movilidad cervical C5-C6 en el lado izquierdo de la columna cervical, en tres repeticiones y seguidamente hacia la derecha¹⁶. El segundo terapeuta repitió el mismo procedimiento. Ambos fisioterapeutas tenían una formación específica de posgrado en terapia manual vertebral y más de 7 años de experiencia clínica.

Análisis estadístico

Se utilizóo media y desviación estándar para la estadística descriptiva de las variables cinemáticas. Los datos fueron analizados comparando el desplazamiento, velocidad y aceleración angular para el análisis de la consistencia interna intra e interterapeutas, así como entre manos dominantes y no dominantes del mismo terapeuta. La fiabilidad se analizó mediante los coeficientes de correlación intra-clase (ICC) usando un paquete estándar de software estadístico SPSS 17.0. Se considero un ICC>0.75 como buena fiabilidad¹⁷.

Resultados

En la Tabla 1 se representan los valores medios y desviación estándar del pico máximo de desplazamiento, velocidad y aceleración angular para las tres repeticiones de cada terapeuta y mano. La fiabilidad intraterapeuta e interterapeuta y entre mano dominante y no dominante del mismo terapeuta son representadas en al Tabla 2. En la Figura 3 se representa el resultado típico de la aceleración angular tridimensional durante la premanipulación y la manipulación frente al tiempo en cuadricula de 1 segundo, evidenciandose la fase premanipulativa y manipulativa.

Tabla 1. Valores medios y desviación estándar de los parámetros grabados durante la manipulación desde la posición premanipulacion para cada terapeuta (A y B) y mano (dominante y no dominante). Valores expresados en media(desviación estándar)

Pico máximo de …	A	A. Mano no dominante	B	B. Mano no dominante
Desplazamiento en flexión lateral (grados)	32,6 (18,2)	26,0 (2,1)	53,6 (2,6)	41,2 (2,5)
Desplazamiento en flexión (grados)	18,9 (1,1)	39,2 (1,0)	11,1 (1,3)	32,45 (1,1)
Desplazamiento en rotación (grados)	14,3 (5,4)	11,9 (1,0)	26,5 (2,6)	20,3 (3,2)
Velocidad angular en flexión lateral (grados/segundos)	29 (12,3)	54,2 (12,7)	57,6 (4,2)	68,3 (20,5)
Velocidad angular en flexión (grados/segundos)	187 (17,8)	436,8 (44,8)	174,1 (28,8)	357,0 (84,7)
Velocidad angular en rotación (grados/segundos)	49 (25,3)	32.7 (4.9)	57,0 (13,4)	83,0 (12,4)
Aceleración angular X (grados/segundos2)	1172 (871,0)	2902 (145,6)	1699 (173,1)	2302,3 (729,6)
Aceleración angular Y (grados/segundos2)	1192 (861,9)	1295 (65,5)	1394,8 (650,8)	907,2 (197,4)
Aceleración angular Z (grados/segundos2)	498 (311)	182 (207)	348,3 (58,9)	461,6 (161,7)

Tabla 2. Fiabilidad de las variables grabadas durante la manipulación entre las repeticiones del mismo terapeuta, entre manos dominante/no dominante del mismo terapeuta (A) y entre terapeutas A y B

Fiabilidad	Variable	Flexión lateral ICC	Flexión ICC	Rotación ICC
Intraterapeuta	Desplazamiento	0,823	0,829	0,817
	Velocidad	0,885	0,928	0,808
	Aceleración	0,908	0,834	0,839
Intermano	Desplazamiento	0,484	0,544	0,721
	Velocidad	0,323	0,212	0,742
	Aceleración	0,388	0,123	0,622
Interterapeutas	Desplazamiento	0,232	0,210	0,180
	Velocidad	0,110	0,450	0,093
	Aceleración	0,399	0,501	0,153

Figura 3. Representación grafica de la aplicación IsPlot de la aceleración tridimensional frente al tiempo. Cuadrículas de un segundo.

Discusión

En el presente estudio se detalla la capacidad de los sensores inerciales para el estudio de la cinemática de la manipulación vertebral cervical, así como la consistencia de las variables cinemáticas para un terapeuta entre varias repeticiones, entre mano dominante y no dominante y entre terapeutas.

La fiabilidad intraterapeutas presentó una consistencia interna buena en los dos terapeutas para el desplazamiento durante la manipulación desde la posición de premanipulación en la rotación con un valor ICC=0,817, a diferencia del estudio de Ngan et al¹⁴, en el que no se encontró una buena consistencia con una ICC=0,481, para el mismo parámetro en tres terapeutas ante la misma manipulación. Sin embargo, la fiabilidad interterapeutas no presentó una buena fiabilidad con un valor ICC=0,180 al igual que en el estudio de Ngan et al¹⁴ con un valor 0,169. Maitland¹⁶ sugiere que la apertura en flexión de las articulaciones interapofisiarias permite la movilización más fácil, lo que indicaría una mayor reproducibilidad de la manipulación para un terapeuta en diferentes sesiones que entre terapeutas.

Para todos los parámetros tridimensionales grabados en el mismo terapeuta a lo largo de las tres repeticiones se muestra un buena consistencia, con valores de ICC de 0,808 a 0,928, no siendo así para los valores de fiabilidad entre manos del mismo terapeuta o entre terapeutas con valores de ICC de 0,123 a 0,742, lo cual coincide con la falta de consistencia en otros estudios¹⁴.

La media de desplazamiento en grados de la rotación durante la manipulación desde la posición de premanipulación fue de 18 (11 a 26), frente a los valores presentados por Ngan et al¹⁴ de 11 (6–22) y la media de 13 (7 a 25) de Triano y Schultz¹⁵.

En el futuro, otros estudios sobre sujetos sanos y afectos deberían de ser desarrollados. Además sería necesario incorporar parámetros cinéticos y resultados clínicos junto a los parámetros cinemáticas para un mejor entendimiento de la manipulación vertebral. Similitudes cinemáticas a través de muchas manipulaciones pueden ser identificadas y utilizadas para desarrollar materiales didácticos relacionados con la capacidad motora de la manipulaciones vertebrales cervicales. Esto tendrá un impacto sobre la capacidad de enseñar la manipulación que podrían resultar en la enseñanza de más éxito. Esto no solo ayudará a entender las variables de interés asociadas con la manipulación, sino también las diferencias sutiles utilizadas por los profesionales para adaptar la técnica en función de la persona que recibe la manipulación. Esto podría incluir el uso de información gráfica en tiempo real para ayudar al terapeuta con su desarrollo de la habilidad motora de la manipulación.

Conclusión

Los sensores inerciales presentan capacidad para estudiar la cinemática de la manipulación vertebral cervical. Estos dispositivos presentan un posible valor añadido como feedback a tiempo real tras el estudio de la representación grafica de las fases premanipulativa y manipulativa. Sobre un modelo anatómico la fiabilidad intraterapeutas es buena, sin embargo es baja interterapeutas y entre manos del mismo terapeuta.

Conflicto de intereses

Los autores declaran que no existe ningún conflicto de intereses.

Recibido 18 Agosto 2010
Aceptado 15 Diciembre 2010

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