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Generación de parámetros de la marcha humana mediante sensores inerciales para una evaluación objetiva

Resumen en español

Este documento presenta el diseño y desarrollo de un sistema portátil orientado a la evaluación de parámetros espaciotemporales de la marcha humana mediante el uso de sensores inerciales (IMUs). El desarrollo parte de la importancia clínica del análisis de la marcha y de la necesidad de contar con herramientas accesibles para su evaluación objetiva en contextos con restricciones económicas. Para su diseño, se consideran los fundamentos médicos y biomecánicos de la marcha humana, el uso de sensores inerciales, y un estado del arte sobre tecnologías disponibles, diferenciando entre sistemas portátiles, no portátiles y enfoques híbridos. Se abordan los requerimientos ergonómicos, de precisión y de comunicación, y se describen las mejoras implementadas en el hardware, el proceso de adquisición de datos y la estructura del protocolo inalámbrico. A partir de esto, se rediseña una solución basada en un sistema multisensor previamente desarrollado en la Escuela de Ingeniería Eléctrica y Electrónica de la Universidad del Valle, el cual empleaba múltiples IMUs distribuidas en el cuerpo para el análisis cinemático de la marcha. Se justifica su optimización hacia una arquitectura que utiliza una única IMU ubicada en la zona lumbar, enfocada en la estimación de parámetros espaciotemporales relevantes. El sistema desarrollado emplea una unidad de medición inercial con capacidad de registrar orientación, aceleración lineal y velocidad angular, y transmite los datos de forma inalámbrica hacia una interfaz gráfica diseñada para el procesamiento de señales y la visualización de resultados. En el entorno MATLAB, se implementa un conjunto de algoritmos que permiten la rotación al marco global, el filtrado de señales, la detección de eventos de marcha, la asignación de pierna por simetría, y el cálculo de parámetros espaciotemporales como duración de zancada, fase de apoyo y oscilación, cadencia, velocidad, duración y longitud de paso y zancada. Todo este análisis se desarrolla en función del ciclo de marcha, como unidad base para la segmentación y caracterización del patrón de movimiento. También se incluye la visualización de resultados y la generación de reportes en formato PDF. Para la validación del sistema, se realizan pruebas directas mediante el análisis de videos procesados con el software Kinovea, utilizando tres sujetos diferentes, lo que permite contrastar visualmente los eventos de marcha detectados. Esta validación arroja un error promedio inferior al 2 %.