Estudio de la calidad de la medida de cargas ejercidas sobre bastones canadienses instrumentados

Estudio de la calidad de la medida de cargas ejercidas sobre bastones canadienses instrumentados A study on the quality of the measurement of weight applied on implemented canadian crutches G. Chamorro-Moriana. Fisioterapeuta. Doctora por la Universidad de Sevilla. Profesora Colaboradora. Departamento de Fisioterapia. Universidad de Sevilla. Sevilla. España J. Rebollo-Roldán. Fisioterapeuta. Doctor en Pedagogía. Catedrático de Escuela Universitaria. Departamento de Fisioterapia. Universidad de Sevilla. Sevilla. España. J. J. Jiménez-Rejano. Fisioterapeuta. Doctor por la Universidad de Sevilla. Profesor Colaborador. Departamento de Fisioterapia. Universidad de Sevilla. Sevilla. España. A. García-Valenzuela. Ingeniero Técnico. Becario adscrito al Proyecto «Diseño del sistema de medición de cargas GCH para bastones canadienses». Universidad de Sevilla. Sevilla. España. R. Chillón-Martínez. Fisioterapeuta. Doctora por la Universidad de Sevilla. Profesora Colaboradora. Departamento de Fisioterapia. Universidad de Sevilla. Sevilla. España. A. García-Delgado. Licenciado en Física. Profesor Titular de Escuela Universitaria. Departamento de Tecnología Electrónica. Universidad de Sevilla. Sevilla. España. Correspondencia:Recibido: 7 abril 2010 Gema Chamorro Moriana Aceptado: 9 julio 2010 [email protected] Original Cuest. fisioter. 2011, 40(3): 155-160 155 VÁLIDO PARA REVISIÓN RESUMEN Introducción: en la actualidad no hemos encontrado ningún sistema de medición de cargas adaptado a bastones canadienses, que sea factible en la práctica clínica diaria para conocer y corregir la fuerza aplicada por los pacientes sobre los mismos durante la marcha asistida. Objetivo: conocer la calidad de la medida de las cargas ejercidas sobre bastones canadienses que hemos instrumentado, como primer paso en la validación de un sistema, que hemos ideado, para la medición y el registro informatizado de tales cargas, cuando son ejercidas por los pacientes durante la marcha asistida. Material y método. Diseño: estudio experimental de la medida, y de concordancia. Variables: masa aplicada, mediciones efectuadas por los bastones, y errores en las mediciones. Muestra: nueve pesas calibradas de 5 a 45 kg. Intervalo de confianza 95 %. Resultados: el análisis de la fiabilidad mediante el coeficiente de correlación intraclase y el alfa de Cronbach, así como la correlación entre las variables medida verdadera y observada, aplicando el coeficiente Rho de Spearman y el de Pearson fueron de 1 (p < 0,001). El análisis de la varianza mostró un nivel de significación p > 0,05. El error promedio en las mediciones fue de 0,1097, ajustándose la variable error a la distribución normal (p > 0,05 en la prueba de Shapiro-Wilk). Discusión: el error, considerado azaroso, se tradujo en 110 gr, indicando unos niveles muy bajos del mismo, que oscilaban entre 62 y 167 gr. Por tanto, aceptamos que no hay diferencia entre la medida verdadera, las medidas observadas con el bastón derecho y con el bastón izquierdo. Conclusiones: los bastones canadienses que hemos instrumentado constituyen una herramienta fiable y válida para medir las cargas aplicadas por pesas calibradas. Es indiferente el empleo de uno u otro bastón, dado que no existen diferencias significativas entre sus mediciones. Palabras clave: marcha, medición, validación, bastón, Fisioterapia. SUMMARY Introduction: nowadays, we have not found any weight measurement system adapted to Canadian crutches, which could feasibly be used in daily clinical practice to recognize and correct the force applied on these canes by patients with assisted mobility. Objective: to understand the measurement quality of weight exerted with Canadian crutches that we have implemented as the first step in validating a system. We developed this system to measure such weights and enter them in a computerized database of measurement. Materials and method. Design: Experimental study of measurements and of consistency. Variables: applied mass, measurements made by the crutches and errors in the measurements. Equipment: nine calibrated weights from 5 to 45 kg. Confidence interval 95 %. Results: the analysis of reliability through the intra-class correlation coefficient and through the Cronbach alpha, as well as the correlation between real and observed variables, using the Spearman and Pearson´s coefficient 1 (p < 0.001). The analysis of variants showed a significance level p > 0.05. The average error of measurements was 0.1097, adjusting the variable error to the normal distribution (p > 0.05 in the Shapiro-Wilk test). Discussion: the error, which is considered random, is 110 g, indicating very low levels of the same nature, which range from 62 to 167 g. Therefore, we accept that there isn’t a difference in between the real and observed measurements with the right and left cane. Conclusions: the Canadian crutches that we have introduced have become a reliable and valid tool for measuring weights applied by calibrated weights. The use of one cane or another is irrelevant, considering there are no significant differences in their measurements. Key words: gait, measurement, validation, crutch, Physiotherapy. 156 Cuest. fisioter. 2011, 40(3): 155-160 A. García-Valenzuela R. Chillón-Martínez A. García-Delgado G. Chamorro-Moriana J. Rebollo-Roldán J. J. Jiménez-Rejano Estudio de la calidad de la medida de cargas ejercidas sobre bastones canadienses instrumentados INTRODUCCIÓN La tendencia actual en los procesos de recuperación funcional de la marcha, es emplear medios de descarga parcial de forma inmediata y con la máxima carga posible, en función de la patología y del estado concreto del paciente. Para ello, es necesario poder objetivar las cargas, con la idea, por una parte, de evitar tanto el defecto como el exceso de las mismas, previniendo así complicaciones en las patologías, secuelas, reintervenciones, etc.(1, 2), y por otra, de que el aumento de las cargas de forma progresiva –criterio altamente valorado por los fisioterapeutas– no quede expuesto a la subjetividad de los profesionales o del nivel de colaboración y habilidad del propio paciente(3-5). La necesidad, pues, de incorporar instrumentos de medición y de valoración de la descarga en los procesos de recuperación funcional de la marcha en pacientes con patologías de miembros inferiores parece evidente(6). Para llevar a cabo este cometido, el método tradicional empleado con más eficacia en la clínica diaria es la báscula, pero este procedimiento sólo es eficaz estáticamente, pues, como confirman distintos estudios, las sensaciones plantares estáticas no son extrapolables a una actividad dinámica como es la marcha, por lo que la precisión en la medición de las cargas disminuye(1, 3, 7, 8). Las nuevas tecnologías han proporcionado sistemas de medición de cargas como las plataformas de fuerza y los sistemas para el análisis en 3D(5, 9, 10), pero el elevado coste de los equipos y de su mantenimiento (constantes calibraciones)(11), la necesidad de disponer de un espacio adecuado de considerables dimensiones, o los amplios conocimientos que requiere su empleo, hacen que no sean métodos viables en la práctica clínica diaria. Existen también otros sistemas, como la introducción de pequeños sensores dentro del calzado(11), y las plantillas de presión(3-6), los cuales permiten analizar la marcha, presentando las ventajas de su fácil control, su portabilidad y que pueden ser empleados tanto para la marcha en terreno llano, como para otras actividades como subir y bajar escaleras. A pesar de sus ventajas, estos instrumentos presentan el inconveniente de que no permiten el análisis de las presiones plantares con el paciente descalzo, ni el control de la cantidad de carga que el paciente aplica en cada uno de los bastones canadienses. Por último, hemos encontrado la existencia de patentes de bastones instrumentados, gracias a los cuales se pueden eliminar las barreras espaciales, los problemas de transportabilidad y las restricciones al analizar las huellas plantares del paciente mientras realiza descargas parciales. Pero ninguna de esas patentes está comercializada y, al analizar la documentación pertinente, encontramos que ninguna se ajusta a las necesidades que planteamos. Por todo ello, hemos ideado y diseñado el sistema de medición de cargas GCH, para su aplicación factible tanto en la clínica diaria con pacientes que precisan una VÁLIDO PARA REVISIÓN 157 Cuest. fisioter. 2011, 40(3): 155-160 Estudio de la calidad de la medida de cargas ejercidas sobre bastones canadienses instrumentados G. Chamorro-Moriana J. Rebollo-Roldán J. J. Jiménez-Rejano A. García-Valenzuela R. Chillón-Martínez A. García-Delgado marcha asistida con bastones a lo largo de su recuperación funcional, como en el ámbito de la investigación. Este sistema consiste en la instalación de un sensor de fuerza en el extremo de la caña del bastón canadiense (figura 1) con un pequeño amplificador que se conecta a una tarjeta de adquisición de datos, y a otra de radiofrecuencia, incluidas en una caja de control en forma de petaca, que porta el paciente en su cinturón. Los datos los recoge de forma inalámbrica una estación base con entrada al ordenador mediante un puerto USB, que, junto a un programa específico de instrumentación, permite el registro, análisis y visualización en pantalla, a tiempo real, del trabajo que realiza el sujeto (figura 2). Por otro lado, dispone de un mecanismo de biofeedback acústico y visual, independiente del equipo informático, y que está instalado en la petaca del paciente, lo que permite a éste, incluso realizar actividades de aprendizaje de la marcha fuera de la sala de tratamiento o del laboratorio. Este sistema es cómodo para el paciente y de fácil manejo para el fisioterapeuta, además de no requerir recursos espaciales concretos. El instrumento de medida está registrado en la Oficina Española de Patentes y Marcas desde el día 2 de octubre de 2009, con el número de solicitud P200901942(12). Nuestro sistema GCH permite: medir y controlar la cantidad de descarga aplicada por un paciente sobre cada uno de los bastones canadienses en la marcha asistida, realizar desplazamientos en diferentes terrenos (pendientes, escaleras, etc.) y analizar las presiones plantares con el paciente descalzo. Presenta las ventajas de su portabilidad y su comodidad para el paciente. OBJETIVOS El objetivo del presente trabajo constituye el primer paso para la validación del sistema GCH de medición de cargas ejercidas sobre los bastones canadienses que hemos instrumentado, y consiste en conocer la calidad de la medida de las cargas ejercidas sobre tales bastones, es decir, si las medidas que el sistema recoge son válidas y fiables. El estudio se ha llevado a cabo en condiciones de laboratorio con la aplicación de cargas mediante pesas calibradas. MATERIAL Y MÉTODO Diseño del estudio La metodología de nuestro trabajo se fundamentó en un estudio experimental de la calidad de la medida, seguido de un estudio de concordancia, cuyo objeto fue comprobar la fiabilidad del sistema de medición, en consecuencia, prestamos especial atención a tres aspectos fundamentales: la repetibilidad de la medida, la concordancia intraobservador, considerando que los bastones asumían el rol de observadores, y la concordancia interobservador, es decir, entre los bastones. Variables del estudio Las principales variables de nuestro estudio fueron: – Masa. Variable procedente de las pesas calibradas aplicadas, donde la unidad de medida que empleamos es el kilogramo. VÁLIDO PARA REVISIÓN FIG. 1. Acoplamiento del sensor al bastón. Fuente: elaboración propia – Valor promedio de la medición. Variable calculada a partir de las cinco mediciones realizadas al aplicar cada masa. La unidad de medida empleada es el Newton, convertida para su mejor comprensión en kilogramo fuerza. – Error promedio de la medición. Variable originada de la diferencia entre las dos variables anteriores. Todas las variables son cuantitativas y se ajustan a una distribución normal según los estadísticos de Shapiro-Wilk aplicados, sin embargo, al estar constituida la muestra por menos de 30 observaciones, puesto que se consideraron las medias de las mediciones y no las mediciones en sí, aplicamos en nuestro análisis estadístico pruebas no paramétricas. A pesar de ello, complementamos nuestros análisis con sus homólogas paramétricas. Características de la muestra Contamos con un muestreo no probabilístico por conveniencia, en el que la muestra estuvo compuesta por nueve cantidades de masa procedentes de pesas cali bradas (5, 10, 15, 20, 25, 30, 35, 40 y 45 kg) más 1,290 kg, originados por otros elementos que componen el estudio: la plataforma de sostén de la pesas, la caña del bastón, el dispositivo de acoplamiento del sensor, etc. Proceso de medición de las variables El proceso consistió en realizar el montaje del sensor en la caña de los bastones por medio de su dispositivo de adaptación, colocando posteriormente la contera, tal y como observamos en la figura 1. Empleamos, además, una plataforma de soporte suficientemente segura, elaborada para poder situar sobre ella hasta un total de 45 kg de masa mediante las pesas calibradas. Esta plataforma dispone de unos marcadores para que la colocación de las pesas fuese siempre centralizada, y no sufrieran ningún deslizamiento mientras se producían las mediciones (figura 3). Por otro lado, diseñamos también un dispositivo que nos permitió mantener el bastón en la misma posición de verticalidad, asemejándose a un trípode, tal y como mostramos en la figura 4. Gracias a la plataforma que soportaba las pesas y el trípode que mantenía el bastón, 158 Cuest. fisioter. 2011, 40(3): 155-160 A. García-Valenzuela R. Chillón-Martínez A. García-Delgado G. Chamorro-Moriana J. Rebollo-Roldán J. J. Jiménez-Rejano Estudio de la calidad de la medida de cargas ejercidas sobre bastones canadienses instrumentados VÁLIDO PARA REVISIÓN FIG. 2. Representaciones gráficas y numéricas de las cargas aplicadas sobre los bastones mediante el programa de instrumentación Moteview 2.0. FIG. 3. Plataformas con marcadores para el sensor y las pesas. Fuente: elaboración propia. FIG. 4. Trípode y plataforma que soportan la aplicación de una pesa sobre el bastón instrumentado. Fuente: elaboración propia. logramos realizar mediciones con las mismas condiciones físicas, y por consiguiente, estudiar la repetibilidad, y a su vez la concordancia de las mismas. Registro de datos La recogida de datos la llevamos a cabo mediante el empleo del programa Moteview 2.0. (figura 2), anotando todas estas referencias en una ficha de registro en la que contemplamos el bastón derecho e izquierdo, las cantidades de masa aplicadas a cada uno de ellos y las cinco repeticiones en cada caso. RESULTADOS Para estudiar la validez del procedimiento, previo análisis descriptivo de las variables, consideramos, desde la teoría clásica de la medida, que la medida observada con un bastón era igual a la medida verdadera (pesos calibrados) más un error al azar. En relación a las pruebas de fiabilidad, el coeficiente de correlación intraclase y el coeficiente alfa de Cronbach marcaron un valor de 1 con un nivel de significación (p < 0,001). En cuanto a las pruebas de correlación entre la variable masa y las mediciones efectuadas obtuvieron una correlación absoluta, es decir, el coeficiente de correlación Rho de Spearman y el coeficiente de correlación de Pearson fueron 1 con una significación (p < 0,001). El estudio conjunto de las variables mediante el análisis de la varianza (Anova) para el caso de medidas repetidas determinó que no existían diferencias significativas entre la masa aplicada, las mediciones del bastón derecho y las del bastón izquierdo, así como entre la masa y las mediciones en general (p > 0,05). Además, las pruebas asociadas al Anova, prueba de contraste tipo simple y Helmert, así como el análisis de la varianza de Friedman y prueba de rangos con signo de Wilcoxon, que analizaron las variables por pares, corroboraron que no existían diferencias significativas entre ninguna de estas variables (p > 0,05). Finalmente estudiamos los errores cometidos en nuestras cinco mediciones. El error promedio de éstas fue de 0,1097, comprobando, mediante la prueba de Shapiro-Wilk, que las curvas se ajustaban a una distribución normal (p > 0,05), y como consecuencia de ello, los errores se consideraban azarosos. Además, demostramos que no existían diferencias significativas entre los errores cometidos por el bastón derecho y los efectuados por el bastón izquierdo, mediante la prueba U de MannWhitney y la prueba t de Student para muestras independientes, con un nivel de significación: p > 0,05. DISCUSIÓN En relación al objetivo planteado creemos poder afirmar que las medidas que recoge el sistema de medición GCH que hemos diseñado, son de una alta calidad, lo que permite considerarlo como un nuevo instrumento tecnológico de medida válido y fiable para medir las cargas aplicadas sobre los bastones con pesas calibradas en condiciones de laboratorio. En base a este hecho, pretendemos ampliar nuestro trabajo a corto plazo, con el objeto de conocer la eficacia del sistema al medir las 159 Cuest. fisioter. 2011, 40(3): 155-160 Estudio de la calidad de la medida de cargas ejercidas sobre bastones canadienses instrumentados G. Chamorro-Moriana J. Rebollo-Roldán J. J. Jiménez-Rejano A. García-Valenzuela R. Chillón-Martínez A. García-Delgado VÁLIDO PARA REVISIÓN cargas aplicadas sobre los bastones durante la marcha asistida, mediante un estudio descriptivo de concordancia entre métodos, donde compararemos las mediciones del sistema de medición GCH y las de una plataforma de fuerza validada de forma simultanea. Los pequeños errores encontrados, debido a ligeros desajustes mecánicos y de calibración previstos desde el inicio del trabajo, son despreciables. El valor medio de los errores fue tan sólo de 110 gr, encontrándose el intervalo de confianza al 95 % entre 62 y 167 gr. Demostramos, además, que los errores eran azarosos, de lo que deducimos, que si efectuamos infinitas mediciones, los errores tienden a cero, o lo que es lo mismo, la esperanza matemática tiende a cero. Por último, comprobamos que existían mínimas diferencias entre las mediciones efectuadas con un bastón y las realizadas con el otro, no siendo éstas significativas en ningún caso en el marco de la medición. CONCLUSIONES El sistema de medición con registro informatizado, análisis y visualización gráfica de los datos, que hemos ideado, constituye un instrumento válido y fiable en la medición de cargas ejercidas con pesas calibradas sobre bastones canadienses instrumentados, siendo indiferente usar uno u otro bastón, dado que no existen diferencias significativas entre sus mediciones. FINANCIACIÓN DEL ESTUDIO El diseño y validación del sistema GCH de medición de cargas sobre bastones canadienses instrumentados en la marcha asistida cuenta con la Subvención Excepcional otorgada por la Consejería de Innovación, Ciencia y Empresa de la Junta de Andalucía, gestionada por la Oficina de Transferencia de Resultados de Investigación de la Universidad de Sevilla; y la Subvención de la Cátedra Telefónica, gestionada por la Fundación de Investigación de la Universidad de Sevilla. AGRADECIMIENTOS Al Dr. D. Rafael García Pérez, profesor del Departamento de Métodos de Investigación y Diagnóstico en Educación de la Universidad de Sevilla, por el asesoramiento prestado sobre el análisis estadístico realizado en nuestro estudio, y a D. José Guareño Chaves, profesor del Departamento de Mecánica de la Escuela Técnica Superior de Ingenieros de la Universidad de Sevilla, por las sugerencias técnicas proporcionadas. BIBLIOGRAFÍA 1. Ebert JR, Ackland TR, Lloyd DG, Wood DJ. Accuracy of partial weight bearing after autologous chondrocyte implantation. Arch Phys Med Rehabil. 2008 Aug; 89(8): 152834. 2. Hershko E, Tauber C, Carmeli E. Biofeedback versus physiotherapy in patients with partial weight-bearing. Am J Orthop. 2008 May; 37(5): 92-6. 3. Isakov E. Gait rehabilitation: a new biofeedback device for monitoring and enhancing weight-bearing over the affected lower limb. Eura Medicophys. 2007 Mar; 43(1): 21-6. 4. Vasarhelyi A, Baumert T, Fritsch C, Hopfenmuller W, Gradl G, Mittlmeier T. 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