ES2298430T3 - Procedimiento y dispositivo de evaluacion de las fuerzas de equilibrado del esqueleto. - Google Patents
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Abstract
Procedimiento de evaluación de las fuerzas de equilibrado del esqueleto de un sujeto, que comprende las etapas siguientes: a) realizar una imagen radiográfica del esqueleto a estudiar, tomada en un plano generalmente perpendicular a los ejes de rotación de las articulaciones del esqueleto a estudiar, b) determinar simultáneamente la posición del eje global de gravedad (5) del cuerpo sobre la imagen radiográfica, c) seleccionar, sobre la imagen radiográfica, los segmentos de esqueleto articulados unos a los otros, referenciar sus posiciones y las de las articulaciones y asignar a cada segmento el peso de segmento corporal correspondiente, d) referenciar sobre la imagen radiográfica las direcciones y puntos de anclaje de los principales músculos tensores de equilibrado del esqueleto a estudiar, e) determinar por cálculo la intensidad de la fuerza de retorno ejercida por los principales músculos tensores considerando que compensa el momento de rotación de la fuerza de gravedad aplicado a cada segmento alrededor de la articulación inferior de dicho segmento.
Description
Procedimiento y dispositivo de evaluación de las
fuerzas de equilibrado del esqueleto.
La presente invención se refiere a la evaluación
de las fuerzas musculares y articulares en un sujeto que ocupa una
postura estable.
Se ha analizado desde hace largo tiempo la
anatomía de los seres vivos, para determinar en particular el
esqueleto con sus articulaciones y los músculos que mandan sus
movimientos.
Se conoce en particular la forma del esqueleto,
las amplitudes de movimiento posibles, los puntos de fijación de
los músculos y la amplitud de sus movimientos.
Pero no se sabe prácticamente nada de los
valores de las fuerzas musculares origen de los movimientos.
No se sabe nada, tampoco, sobre los valores de
las fuerzas musculares necesarias para la adquisición y el
mantenimiento de una postura estable en un ser vivo, ni sobre las
fuerzas articulares inducidas. Ahora bien, unas fuerzas musculares
y/o articulares excesivas son ciertamente el origen de fatigas, de
transtornos de funcionamiento y de degradación de las
articulaciones, de manera que es interesante evaluar estas
fuerzas.
El documento US nº 4.277.828 describe un sistema
de análisis para la determinación de la resultante de las fuerzas a
nivel de una articulación ósea.
El problema planteado por la presente invención
es concebir un nuevo procedimiento, y un nuevo dispositivo, que
permitan la evaluación de las fuerzas de equilibrado del esqueleto,
o fuerzas musculares puestas en juego para la adquisición y el
mantenimiento de una postura estable, y que permitan la evaluación
de las fuerzas articulares que de ello resultan.
La invención resulta de la observación según la
cual, para un ser humano que ocupa una postura estable, cada uno de
los segmentos corporales constitutivos se supone que está puesto en
equilibrio sobre el segmento inferior por medio de las fuerzas
musculares que contrarrestan el efecto de la gravedad. Como en el
análisis de los movimientos relativos entre los segmentos, se
consideran los segmentos supuestos indeformables: cabeza, antebrazo,
brazo, pies, piernas, muslos. Contrariamente al análisis de los
movimientos, en el cual el tronco es considerado como un solo
conjunto prácticamente rígido, la invención admite que el tronco
está constituido por un segmento cervical que corresponde a la
columna cervical, por un segmento dorsal que corresponde a la
columna dorsal, por un segmento lumbar que corresponde a la columna
lumbar, y por la pelvis. La invención considera la constatación
según la cual una postura estable no es nunca rígida; existen unas
correcciones instantáneas de postura, que no modifican las
curvaturas cervicales, dorsales o lumbares, pero hacen intervenir
sus posiciones angulares relativas.
Para la evaluación de las fuerzas musculares y
articulares, la invención parte de dos informaciones previas.
La primera información se refiere a la forma y
la posición relativa de los segmentos corporales equilibrados. La
morfología de los segmentos corporales constitutivos y sus
posiciones relativas se obtienen por medio de un cliché
radiográfico. Se determinan así los extremos articulados de cada
segmento del esqueleto y sus posiciones relativas.
La segunda información previa se refiere a las
fuerzas de gravedad aplicadas sobre la estructura corporal y que
tienden a desequilibrarla. Esta información es buscada en la forma
del eje global de gravedad, que pasa por el centro de gravedad
global del sujeto en postura equilibrada, y cuya posición está
generalmente desplazada con respecto al esqueleto.
En una postura global, se considera así que la
cabeza constituye el segmento terminal, que es en principio puesto
en equilibrio con respecto al segmento inferior constituido por el
segmento cervical. El conjunto de la cabeza y del segmento cervical
está equilibrado sobre el segmento siguiente constituido por el
segmento dorsal. De trecho en trecho, todas las articulaciones
entre grupos de segmentos superiores e inferiores son equilibrados
por una puesta en equilibrio decreciente. Al final, el conjunto del
cuerpo entero es puesto en equilibrio alrededor del tobillo.
Así, para evaluar las fuerzas musculares y
articulares de equilibrado del esqueleto de un sujeto, la invención
prevé un procedimiento que comprende las etapas siguientes:
- a)
- realizar una imagen radiográfica del esqueleto a estudiar, tomada en un plano generalmente perpendicular a los ejes de rotación de las articulaciones del esqueleto a estudiar,
- b)
- determinar simultáneamente la posición del eje global de gravedad del cuerpo en la imagen radiográfica,
- c)
- seleccionar, sobre la imagen radiográfica, los segmentos de esqueleto articulados unos a los otros, detectar sus posiciones y las de las articulaciones y asignar a cada segmento el peso de segmento corporal correspondiente,
- d)
- detectar sobre la imagen radiográfica las direcciones y puntos de anclaje de los principales músculos tensores de equilibrado del esqueleto a estudiar,
- e)
- determinar por cálculo la intensidad de la fuerza de retorno ejercida por los principales músculos tensores considerando que compensa el momento de rotación de la fuerza gravitatoria aplicada a cada segmento alrededor de la articulación inferior de dicho segmento.
Preferentemente, el procedimiento determina
además por cálculo la fuerza de apoyo de cada segmento sobre su
articulación inferior, considerando que es igual a la resultante de
la fuerza gravitatoria y de la fuerza de retorno aplicada sobre el
segmento.
En la práctica, para la realización de dicho
procedimiento de evaluación, se procede de la forma siguiente:
- -
- se seleccionan como segmentos articulados la totalidad o parte de los segmentos siguientes: la cabeza, el segmento cervical, el segmento dorsal, el segmento lumbar, el segmento de pelvis, los fémures,
- -
- para el equilibrado, se consideran como principales músculos tensores de equilibrado: los principales músculos agonista, antagonista, lateral y medio. Estos músculos reclutados para participar en el equilibrado se eligen por el usuario clínico en función de la postura de conjunto raquis pelvis.
Se pueden tener ventajosamente en cuenta unos
ligeros movimientos del sujeto cuando se le coloca en una posición
de equilibrio estable. Para ello, se memorizan las posiciones
sucesivas del eje global de gravedad durante algunos segundos con
una frecuencia de varias adquisiciones por segundo, constituyendo el
conjunto de las posiciones memorizadas una nube elíptica de
posiciones. Se determina la elipse de dispersión que envuelve dicha
nube de posiciones, y se seleccionan las imágenes radiográficas que
corresponden a un eje global de gravedad cuya posición está
comprendida en la elipse de dispersión.
Se puede también determinar por cálculo, en
función de la elipse de dispersión, la incertidumbre en la
evaluación de las fuerzas de retorno o de apoyo.
La invención prevé también un dispositivo para
la evaluación de las fuerzas de equilibrado del esqueleto, que
comprende:
- -
- una fuente de rayos X y unos medios de soporte de placa diana sensible a los rayos X,
- -
- un plato de soporte del sujeto, adaptado para soportar el sujeto en posición fija entre la fuente de rayos X y los medios de soporte de la placa diana y para generar unas señales de posición imágenes de la posición horizontal del eje global de gravedad del sujeto,
- -
- unos medios para numerizar la imagen radiográfica del sujeto sobre la placa diana, y para generar así una imagen radiográfica numerizada memorizada en una memoria apropiada,
- -
- unos medios para superponer sobre la imagen radiográfica numerizada del sujeto la imagen numerizada de la sombra proyectada del eje global de gravedad sobre la placa diana,
- -
- unos medios para seleccionar, sobre la imagen radiográfica numerizada, los segmentos de esqueleto articulados y sus articulaciones, así como los puntos de anclaje de los músculos tensores de equilibrado,
- -
- unos medios de cálculo y un programa para calcular la intensidad de la fuerza de retorno ejercida por los músculos tensores de equilibrado considerando que compensa el momento de rotación de la fuerza gravitatoria aplicada a cada segmento alrededor de la articulación inferior de dicho segmento.
Preferentemente, el dispositivo comprende además
unos medios para evaluar las variaciones en la postura vertical del
sujeto por las dimensiones de la elipse de dispersión de posición
horizontal de su eje global de gravedad cuando ocupa una posición
estable.
Según un modo de realización ventajoso, el
programa comprende una o varias secuencias de adquisición según las
cuales:
- -
- el operador señala sobre la imagen radiográfica las posiciones de las articulaciones, de los segmentos y de los puntos de anclaje de los músculos tensores de equilibrado,
- -
- los medios para numerizar la imagen radiográfica del sujeto memorizan en la memoria las posiciones señaladas por el operador.
Otros objetos, características y ventajas de la
presente invención resaltarán de la descripción siguiente de modos
de realización particulares, dada con relación a las figuras
adjuntas, entre las cuales:
- la figura 1 es una vista lateral que ilustra
los principales segmentos corporales del cuerpo humano, con sus
articulaciones y la posición del eje global de gravedad del
cuerpo;
- la figura 2 es una vista lateral que ilustra
el equilibrado parcial por las fuerzas de gravedad, musculares y de
contacto entre un subconjunto superior constituido por la cabeza y
el segmento cervical y el segmento corporal adyacente inferior;
- la figura 3 ilustra el cálculo de las fuerzas
en el equilibrado del subconjunto superior constituido por la
cabeza y el segmento cervical;
- la figura 4 es una vista lateral que ilustra
las posiciones y direcciones de los músculos principales que
aseguran el equilibrado global de la postura de pie del cuerpo
humano;
- la figura 5 es una vista lateral que ilustra
la determinación de la resultante de las fuerzas musculares en la
zona de la rodilla;
- la figura 6 es una vista lateral que ilustra
el esquema de principio de determinación de las fuerzas de
equilibrio en la zona de la rodilla;
- la figura 7 es una vista esquemática en
perspectiva de un dispositivo según la invención para la toma de
clichés radiográficos con determinación de la posición del eje
global de gravedad; y
- la figura 8 es un esquema teórico que ilustra
los medios esenciales de cálculo para la evaluación de las fuerzas
de equilibrado según la invención.
\vskip1.000000\baselineskip
Se considera en primer lugar el dispositivo
ilustrado en la figura 7, que permite por ejemplo la adquisición de
los datos para el análisis de la postura de pie de un sujeto 4.
El dispositivo comprende una fuente de rayos X
1, unos medios de soporte de placa diana 2 para soportar una placa
diana sensible a los rayos X y orientada verticalmente a una cierta
distancia horizontal de la fuente de rayos X 1, y unos medios de
soporte del sujeto 3 adaptados para soportar un sujeto 4 en posición
fija entre la fuente de rayos X 1 y los medios de soporte de placa
diana 2. El dispositivo es así una instalación para la toma de
radiografías. La fuente de rayos X 1 y los medios de soporte de
placa diana 2 pueden tener una estructura tal como las
habitualmente utilizadas en las instalaciones de radiografías
médicas.
En el dispositivo de la figura 7, los medios de
soporte del sujeto 3 comprenden unos medios para detectar la
posición horizontal del plano de soporte y para detectar en este
plano la posición instantánea del eje global de gravedad 5 del
sujeto 4 o eje vertical que pasa por el centro de gravedad G del
sujeto 4, cuando tiene lugar el funcionamiento de la fuente de
rayos X 1. El eje global de gravedad 5 instantáneo es tomado cuando
tiene lugar la toma del cliché radiográfico, y su posición es
proyectada en el plano de la imagen radiográfica a partir de la
fuente de rayos X 1 según una proyección cónica. Un principio de
captador de posición del eje global de gravedad y de proyección
sobre la imagen radiográfica se describe en el documento WO 01/50956
o su equivalente FR 2 803 507 A.
Por ejemplo, los medios de soporte del sujeto 3
comprenden un plato de fuerza de balanza modificada 15 provisto de
una pluralidad de captadores de fuerza repartidos horizontalmente
según unas posiciones detectadas con respecto a una referencia Xb
Yb, y asociados a unos medios de cálculo 21 para calcular la
posición Og, en el plano horizontal, de la resultante de las
fuerzas aplicadas por el sujeto 4 sobre el plato de fuerza 15 en la
referencia Xb Yb. Los medios de cálculo 21 pueden por ejemplo ser la
unidad de cálculo de un microordenador que tiene también una
pantalla de visualización 23 y un teclado 22.
En posición de pie, los brazos 6 y 7 del sujeto
4 pueden ser dejados libres. En una alternativa, puede ser
interesante prever unos soportes 8 y 9 sobre los cuales el sujeto
puede colocar sus manos o sus brazos, que permite determinar una
posición estable y reproducible del sujeto 4.
En el dispositivo de la figura 7, se prevén
además unos medios 20 para numerizar por barrido la imagen
radiográfica del sujeto sobre los medios de soporte de la placa
diana 2. Se puede utilizar para ello un escáner adaptado para
escrutar por barrido la imagen radiográfica realizada sobre la placa
diana 2 sensible a los rayos X y para producir una sucesión de
señales numéricas que consituyen la imagen radiográfica numerizada.
Esta imagen es enviada a los medios de cálculo 21, que efectúan su
memorización y el tratamiento.
El tratamiento comprende en particular una
operación que consiste en superponer sobre la imagen radiográfica
del sujeto la imagen de la sombra proyectada Hg del eje global de
gravedad 5 del sujeto sobre la placa diana 2 que contiene la imagen
radiográfica. Esta superposición puede realizarse por los medios de
cálculo 21, que reciben del plato de fuerza 15 la información de
las coordenadas de la proyección horizontal Og del centro de
gravedad G, que deducen de ella la posición de la sombra proyectada
Hg y que la introducen en la imagen numerizada contenida en
memoria.
Un dispositivo de este tipo puede ser tal como
el descrito en el documento WO 01/50956, al cual se hará referencia
para más detalles.
Se considerarán ahora las figuras 1 a 4, para
comprender mejor el procedimiento de evaluación de fuerzas según la
invención, y el funcionamiento del dispositivo de la figura 7.
La figura 1 esquematiza la forma de los
principales segmentos del esqueleto humano, sus posiciones relativas
y los puntos de articulación. Se distingue así el segmento superior
S1 formado por la cabeza, el segundo segmento S2 formado por la
columna cervical, el tercer segmento S3 formado por la columna
dorsal, el cuarto segmento S4 formado por la columna lumbar, el
quinto segmento S5 formado por la pelvis, un sexto segmento S6
formado por el fémur, y la parte superior de un séptimo segmento S7
formado por la tibia.
Se distinguen las articulaciones intermedias
respectivas A1, A2, A3, A4, A5 y A6 tales como las ilustradas en la
figura.
A cada segmento S1-S7 del
esqueleto corresponde un segmento del cuerpo, que comprende el
esqueleto y los otros órganos situados en la misma zona de altura
del cuerpo. Generalmente, los otros órganos están desplazados con
respecto al esqueleto.
Se parte de la hipótesis que el centro de
gravedad de cada uno de los segmentos del cuerpo está alineado sobre
la vertical que pasa por el centro de gravedad G del conjunto. Esta
vertical está representada por el eje global de gravedad 5 tal como
el determinado por el dispositivo de la figura 7 como se ha indicado
anteriormente.
El segmento de cabeza S1 está articulado sobre
el punto de articulación A1. El conjunto del segmento de cabeza S1
y del segmento cervical S2 está articulado sobre el punto de
articulación A2. El conjunto del segmento de cabeza S1, del
segmento cervical S2 y del segmento dorsal S3 está articulado sobre
el punto de articulación A3. El conjunto formado por el segmento de
cabeza S1, el segmento cervical S2, el segmento dorsal S3 y el
segmento lumbar S4 está articulado sobre el punto de articulación
A4, y así sucesivamente.
Cada segmento del cuerpo tiene un peso propio.
Unos estudios anatómicos publicados anteriormente definen cada peso
segmentario como una proporción del peso total del cuerpo.
Se considera ahora, a título de ejemplo, el
modelo del equilibrado de los dos segmentos superiores S1 y S2
sobre el tercer segmento S3, tal como se ha ilustrado en la figura
2. El conjunto S1 y S2 es susceptible de girar alrededor de la
articulación A2 del segmento dorsal S3, en el plano de la figura. El
conjunto S1 y S2 es sometido a una fuerza de gravedad W1+W2 cuyo
valor relativo con respecto al peso total W es conocido según los
trabajos anteriores sobre la anatomía. Esta fuerza de gravedad W1+W2
es aplicada en un centro de gravedad local soportado por la
dirección conocida del eje global de gravedad 5.
Esta fuerza de gravedad W1+W2 solicita el
conjunto S1 y S2 en rotación alrededor del punto de articulación A2
identificado sobre el cliché radiográfico, y por tanto identificado
sobre la imagen radiográfica numerizada. Su acción rotativa es
compensada por la fuerza ejercida por los músculos. En el ejemplo
propuesto, intervienen dos haces musculares: uno se inserta sobre
el segmento S3 a nivel de la tercera vértebra dorsal, estando la
inserción designada por la referencia B3 en la figura 2, y se
inserta sobre la cabeza S1 en el punto C1; otro haz va de la misma
inserción dorsal B3 a la cuarta vértebra cervical sobre la cual se
inserta en el punto C2. La acción resultante de los músculos
combina la acción de los dos haces, y se considera que la fuerza
resultante de los músculos sigue una dirección media B3B2 así
determinada a partir del cliché radiográfico.
Se está así conducido a resolver un problema de
mecánica estática plana que hace intervenir tres fuerzas:
- -
- una fuerza de gravedad cuya dirección vertical es conocida, es decir la dirección del eje global de gravedad, y cuyo valor es conocido y vale W1+W2, obtenido a partir de las tablas de valores conocidos;
- -
- una fuerza muscular cuya dirección B3B2 es definida a partir del cliché radiográfico o de la imagen radiográfica numerizada, y cuya dimensión es desconocida;
- -
- una fuerza de contacto que pasa por la articulación A2, y cuya dimensión y dirección son desconocidas.
Este problema es resuelto gráficamente, o bien
directamente sobre el cliché radiográfico, o bien preferentemente
por cálculo vectorial utilizando los datos de la imagen radiográfica
numerizada.
Para conocer el valor de la fuerza de
equilibrado ejercida por los músculos, un cálculo simple consiste en
considerar que la fuerza de equilibrado compensa el momento de
rotación de la fuerza de gravedad aplicada al conjunto, alrededor
de la articulación inferior A2. Se conoce en efecto la dirección de
las dos fuerzas, así como la intensidad de la fuerza de gravedad, y
se deduce de ello la intensidad de la fuerza muscular.
Un método global de resolución, tal como el
ilustrado en la figura 3, permite resolver el problema y conocer
simultáneamente la fuerza muscular y la fuerza de contacto. Para
ello, se considera que la dirección de la fuerza muscular
resultante B3B2 encuentra el eje global de gravedad 5 en el punto
K2. Este punto K2 define también la dirección de la fuerza de
contacto Fc, puesto que de esta manera el momento de rotación de las
tres fuerzas es nulo alrededor de la articulación A2.
Se escribe a continuación que la resultante
geométrica de la fuerza de gravedad W1+W2 soportada por el eje
global de gravedad 5, de la fuerza muscular Fm soportada por la
dirección B3B2, y de la fuerza de contacto Fc de dirección A2K2
conocida es nula. Este cálculo es visualizado en la figura 3, donde
se puede trazar Fc en la dirección A2K2, y después W1+W2 en la
dirección vertical a partir de K2, y se deduce de ello Fm que une
los extremos de los dos vectores precedentes. La misma determinación
de la fuerza Fm se realiza por cálculo sobre los datos de la imagen
radiográfica numerizada. Se obtiene así la dimensión de la fuerza
muscular Fm, y la dimensión de la fuerza de contacto Fc. Esta
última puede ser descompuesta en una componente normal FN
perpendicular a la zona de contacto en la articulación A2, y una
componente tangencial FT paralela a la zona de contacto A2. FN
representa la fuerza de presión debida al conjunto S1 y S2 sobre S3.
FT representa la fuerza de cizalladura en la zona de
contacto
A2.
A2.
Entre el conjunto de los músculos que participan
en el equilibrado de la postura, la invención elige considerar los
músculos que desempeñan una función primordial. Estos músculos están
ilustrados en la figura 4.
Así, para el equilibrado de la cabeza S1, se
considera el músculo M1 constituido por el complejo (o complexo)
mayor.
Para el equilibrado del segmento cervical S2, se
considera la parte cervical de los músculos de la nuca, tales como
el latissimus dorsi y el trapecio M2.
Para el equilibrado del segmento dorsal S3, se
considera el músculo M3 constituido por el dorsal mayor.
Para el equilibrado del segmento lumbar S4, se
consideran los canales lumbares M4 cuyos haces van de la vértebra
dorsal D12 a la vértebra lumbar L3.
Para el equilibrado de la pelvis S5, se
considera el músculo M5 constituido por el glúteo mayor que
interviene cuando el eje global de gravedad pasa por delante del
centro de las cabezas femorales; este músculo se inserta en abanico
a lo largo de la vértebra sacra; cuando el eje global de gravedad
pasa por detrás del centro de las cabezas femorales, se considera
el músculo M6 constituido por el psoas, que contornea la cabeza
femoral.
Para el equilibrado de los fémures, se tiene en
cuenta el músculo recto anterior M62 y los isquiotibiales de las
piernas M61 (ver figura 6).
A título de segundo ejemplo, se ha ilustrado en
las figuras 5 y 6 la evaluación de las fuerzas de equilibrado de la
articulación de la rodilla.
La rodilla es la articulación entre el fémur F y
la tibia T. La misma presenta una particularidad anatómica. El
fémur F puede girar pero también desplazarse a lo largo del plano
tibial Pt, de manera que gira y desliza. Este deslizamiento es
puesto en evidencia clínicamente por el test de la corredera.
Según la invención, se considera que el contacto
entre fémur F y tibia T se realiza sin rozamiento para respetar la
condición de rodadura y de deslizamiento. Las fuerzas musculares
agonistas (en el sentido del movimiento impuesto por la gravedad),
y antagonistas (en el sentido contrario) son tales que son
compatibles con un contacto sin
rozamiento.
rozamiento.
La fuerza de gravedad W1-6 de
los segmentos situados por encima de la rodilla es conocida en
dimensión y dirección. La misma es la suma de las fuerzas de
gravedad W1, W2, W3, W4, W5 y W6. Esta fuerza W1-6
es soportada por el eje global de gravedad.
La dirección de la fuerza de contacto Fc es
conocida: la misma pasa por el punto A6 de contacto entre el fémur
F y la tibia T, identificable en la radiografía. La misma es
perpendicular al plano tibial Pt también visible en la radiografía.
El músculo recto anterior M62 produce una fuerza agonista Fag,
mientras que los isquiotibiales M61 producen una fuerza antagonista
Fat, cuyas direcciones de acción sobre la tibia T están ilustradas
en la figura 5 y se cortan en el punto I6.
Para la determinación de las fuerzas, se procede
como anteriormente, como se ha indicado ahora en relación con las
figuras 5 y 6. La dirección de la fuerza de contacto Fc, que pasa
por el punto de contacto A6, corta el eje global de gravedad 5 en
el punto K6. La resultante Fm de las fuerzas musculares agonista y
antagonista debe pasar por K6 para anular los efectos de rotación
de la gravedad. Esta resultante pasa también por el punto I6. Así,
la dirección de la resultante de los esfuerzos musculares es
I6K6.
Como se ha ilustrado en la figura 6, se puede
resolver el problema por un trazado de los vectores aplicando la
regla de cierre del triángulo de las fuerzas para un sistema en
equilibrio. Conociendo la fuerza de gravedad W1-6,
y conociendo la dirección de la fuerza de contacto Fc, se deduce la
fuerza muscular Fm que se descompone a continuación para encontrar
la fuerza agonista Fag y la fuerza antagonista Fat. El mismo cálculo
puede ser efectuado sobre la imagen radiográfica numerizada.
Se hará referencia ahora de nuevo a la figura 7
que ilustra el dispositivo según un modo de realización de la
invención.
Después de haber tomado la imagen radiográfica y
referenciado la posición del eje global de gravedad 5, el operador
procede a la evaluación de las fuerzas musculares y de presión sobre
las articulaciones.
Según una primera posibilidad, considera la
imagen radiográfica tal como la representada en la placa sensible 2
en los medios de soporte, y señala sobre esta imagen radiográfica
las posiciones de las articulaciones, de los segmentos y de los
puntos de anclaje de los músculos tensores de equilibrado. Los
medios 20 para numerizar la imagen radiográfica del sujeto
memorizan simultáneamente los puntos designados por el operador, que
son a continuación utilizados para los cálculos de fuerzas.
Según otra posibilidad, el operador visualiza
sobre una pantalla 23 la imagen radiográfica numerizada así como la
posición del eje global de gravedad 5, y señala con la ayuda del
teclado 22 o de un ratón las posiciones de las articulaciones, de
los segmentos y de los puntos de anclaje de los músculos tensores de
equilibrado. Los medios de cálculo 21 y el programa asociado
permiten memorizar los puntos designados por el operador, para la
ejecución ulterior de los cálculos de fuerzas.
Un programa de adquisición específica permite al
usuario adquirir un punto anatómico con el ratón, sobre la imagen
numerizada de la película. Unas técnicas salidas del tratamiento de
imagen están incorporadas al programa para facilitar la adquisición
de un punto o de un detalle. Éstas son: un efecto de ampliación, un
aumento de los contrastes para hacer utilizable un cliché flojo,
unas ayudas para adquirir unas tangentes a unos perfiles óseos, o
para identificar de forma reproducible el centro de contornos casi
circulares.
Un programa de representación numérica permite
al usuario visualizar las diferentes marchas del cálculo de las
fuerzas musculares y de contacto, a partir de la forma de la
postura.
El programa contenido en los medios de cálculo
21 permite a continuación efectuar los cálculos de fuerzas según el
principio indicado más arriba, y el programa visualiza los
resultados sobre la pantalla 23 o sobre cualquier otro soporte
apropiado.
Preferentemente, el programa toma en cuenta la
dimensión de la elipse de dispersión de posición horizontal del eje
global de gravedad para calcular un margen de incertidumbre del
cálculo de las fuerzas musculares y de contacto.
Así, según la invención, explotando un número
reducido de puntos referenciados sobre las radiografías, que
corresponden a las zonas de articulación y a las direcciones de las
acciones musculares equilibrantes, y utilizando la posición del eje
global de gravedad del sujeto, la invención permite calcular el
valor de la fuerza muscular principal que asegura el equilibrio de
un segmento o de un conjunto de segmentos previamente equilibrados
con respecto a los segmentos siguientes. Las magnitudes y
direcciones de las fuerzas de contacto inducidas a nivel de la
articulación son también determinadas.
Estas evaluaciones utilizan unas leyes simples
de la estática, y unos conocimientos de fisiología de las
articulaciones.
La invención permite así la evaluación de las
fuerzas musculares y de las fuerzas de presión sobre las
articulaciones, sin necesitar la implantación de captadores u otros
instrumentos de medición en el interior del cuerpo humano.
La invención puede encontrar aplicación en la
evaluación a priori de las fuerzas, para el estudio de una
postura dada.
La invención encuentra también aplicación en la
comparación de varias evaluaciones sucesivas de fuerzas de un mismo
sujeto, por ejemplo antes y después de operación, o antes y después
de tratamiento ortopédico. Es así posible mostrar unas variaciones
mucho más significativas que las que traducen los cambios de
morfología.
La presente invención no está limitada a los
modos de realización que han sido explícitamente descritos, sino
que incluye las diversas variantes y generalizaciones contenidas en
el campo de las reivindicaciones siguientes.
Claims (10)
1. Procedimiento de evaluación de las fuerzas de
equilibrado del esqueleto de un sujeto, que comprende las etapas
siguientes:
- a)
- realizar una imagen radiográfica del esqueleto a estudiar, tomada en un plano generalmente perpendicular a los ejes de rotación de las articulaciones del esqueleto a estudiar,
- b)
- determinar simultáneamente la posición del eje global de gravedad (5) del cuerpo sobre la imagen radiográfica,
- c)
- seleccionar, sobre la imagen radiográfica, los segmentos de esqueleto articulados unos a los otros, referenciar sus posiciones y las de las articulaciones y asignar a cada segmento el peso de segmento corporal correspondiente,
- d)
- referenciar sobre la imagen radiográfica las direcciones y puntos de anclaje de los principales músculos tensores de equilibrado del esqueleto a estudiar,
- e)
- determinar por cálculo la intensidad de la fuerza de retorno ejercida por los principales músculos tensores considerando que compensa el momento de rotación de la fuerza de gravedad aplicado a cada segmento alrededor de la articulación inferior de dicho segmento.
2. Procedimiento según la reivindicación 1,
caracterizado porque se determina además por cálculo la
fuerza de apoyo de cada segmento sobre su articulación inferior,
considerando que es igual a la resultante de la fuerza de gravedad
y de la fuerza de retorno aplicada sobre el segmento.
3. Procedimiento según una de las
reivindicaciones 1 ó 2, caracterizado porque:
- -
- se seleccionan como segmentos articulados la totalidad o parte de los segmentos siguientes: la cabeza (S1), el segmento cervical (S2), el segmento dorsal (S3), el segmento lumbar (S4), el segmento de pelvis (S5), los fémures (S6),
- -
- para el equilibrado, se consideran como principales músculos tensores de equilibrado: los principales músculos agonista, antagonista, lateral y medio. Estos músculos reclutados para participar en el equilibrado son elegidos por el usuario clínico en función de la postura de conjunto raquis pelvis.
4. Procedimiento según cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque se coloca el
sujeto en una posición de equilibrio estable, se memorizan las
posiciones sucesivas del eje global de gravedad (5) durante algunos
segundos con una frecuencia de varias adquisiciones por segundo,
constituyendo el conjunto de las posiciones memorizadas una nube
elíptica de posiciones, se determina la elipse de dispersión que
envuelve dicha nube de posiciones, y se seleccionan las imágenes
radiográficas que corresponden a un eje global de gravedad (5) cuya
posición está comprendida en la elipse de dispersión.
5. Procedimiento según la reivindicación 4,
caracterizado porque se determina por cálculo, en función de
la elipse de dispersión, la incertidumbre en la evaluación de las
fuerzas de retorno o de apoyo.
6. Dispositivo para la evaluación de las fuerzas
de equilibrado del esqueleto, que comprende:
- -
- una fuente de rayos X (1) y unos medios de soporte de placa diana (2) sensible a los rayos X,
- -
- un plato de soporte del sujeto (3), adaptado para soportar el sujeto (4) en posición fija entre la fuente de rayos X y los medios de soporte de la placa diana (2) y para generar unas señales de posición imagen de la posición horizontal (Og) del eje global de gravedad (5) del sujeto (4),
- -
- unos medios (20) para numerizar la imagen radiográfica del sujeto sobre la placa diana, y para generar así una imagen radiográfica numerizada memorizada en una memoria apropiada,
- -
- unos medios (21) para superponer sobre la imagen radiográfica numerizada del sujeto la imagen numerizada de la sombra proyectada (Hg) del eje global de gravedad (5) sobre la placa diana (2),
- -
- unos medios (22) para seleccionar, sobre la imagen radiográfica numerizada, los segmentos de esqueleto articulados y sus articulaciones, así como los puntos de anclaje de los músculos tensores de equilibrado,
- -
- unos medios de cálculo (21) y un programa para calcular la intensidad de la fuerza de retorno ejercida por los músculos tensores de equilibrado considerando que compensa el momento de rotación de la fuerza de gravedad aplicada a cada segmento alrededor de la articulación inferior de dicho segmento.
7. Dispositivo según la reivindicación 6,
caracterizado porque comprende unos medios para evaluar las
variaciones en la postura vertical del sujeto por las dimensiones
de la elipse de dispersión de posición horizontal de su eje global
de gravedad (5) cuando ocupa una posición estable.
8. Dispositivo según una de las reivindicaciones
6 ó 7, caracterizado porque el programa comprende una o
varias secuencias de adquisición según las cuales:
- -
- el operario señala sobre la imagen radiográfica las posiciones de las articulaciones de los segmentos y de los puntos de anclaje de los músculos tensores de equilibrado,
- -
- los medios (20) para numerizar la imagen radiográfica del sujeto memorizan en la memoria las posiciones señaladas por el operador.
9. Dispositivo según una de las reivindicaciones
6 ó 7, caracterizado porque el programa comprende una o
varias secuencias de adquisición según las cuales:
- -
- el operador visualiza sobre una pantalla (23) la imagen radiográfica numerizada,
- -
- el operador señala sobre dicha imagen radiográfica numerizada, por medio de un dispositivo de entrada-salida tal como un teclado (22) o un ratón, las posiciones de las articulaciones, de los segmentos y de los puntos de anclaje de los músculos tensores de equilibrado, y
- -
- el programa memoriza las coordenadas de los puntos designados por el operador.
10. Dispositivo según una de las
reivindicaciones 8 ó 9, caracterizado porque el programa toma
en cuenta la dimensión de la elipse de dispersión de posición
horizontal del eje global de gravedad (5) para calcular un margen
de incertidumbre del cálculo de las fuerzas musculares y de
contacto.
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