nube de puntos tridimensional en la evaluación de procesos que

Artículo Original/Artigo Original/Original Article
NUBE DE PUNTOS TRIDIMENSIONAL EN LA EVALUACIÓN DE PROCESOS
QUE GENERAN INESTABILIDAD DE LA COLUMNA LUMBAR
nUVEM DE PONTOS TRIDIMENSIONAL NA AVALIAÇÃO DE PROCESSOS QUE GERAM
INSTABILIDADE DA COLUNA LOMBAR
3D POINT CLOUD IN THE EVALUATION OF PROCESSES THAT GENERATE INSTABILITY
OF THE LUMBAR SPINE
José Luis González Gallegos1, Tania del Socorro Vergara Gómez2, Armando García Hernández2, Ana Karen Ibarra Martínez2,
Alejandro García González2, Rita Quetziquel Fuentes Aguilar2, José María Jiménez Ávila1
RESUMEN
Objetivo: Integrar a pacientes con inestabilidad lumbar a una plataforma multisensor en su proceso de evaluación y diagnóstico, dando parámetros
cuantitativos para el balance sagital (BS) y la función muscular. Métodos: Estudio de tipo experimental con pacientes adultos diagnosticados
con patologías que causan alteraciones en el BS, unos no operados, y otros operados con instrumentación y fusión posteriores. Cada paciente
fue sometido a mediciones antropométricas en báscula de composición corporal; un análisis kinesiólogo utilizando una plataforma multisensor
constituida por cámara de profundidad para el análisis estático/dinámico para la medición cuantitativa del BS, y un electromiógrafo de superficie
captó el grado de activación muscular en región abdominal y lumbar, mediante movimientos de flexión y extensión. Resultados: Siete pacientes
adultos: cinco mujeres (62.5%), dos hombres (37.5%); media de edad de 48 años. Las imágenes con cámaras de profundidad resultaron en un
BS de -6.4 a+5.3cm (promedio-5.7cm). Aquellos con BS positivo el porcentaje de activación (PA) de los músculos abdominales fue de 58.5% y
la de los lumbares fue de 75.25%; pacientes con BS negativo integraron un PA de los músculos abdominales de 70.25% y de lumbares de 65%;
el paciente con balance sagital neutro tuvo activación de la musculatura abdominal de 87.75% y lumbar de 78.25%. Conclusiones: Observamos
tendencia al BS positivo en pacientes con sobrepeso y obesidad por IMC, así como mayor activación de músculos abdominales. La plataforma
multisensor constituida es una herramienta útil para el diagnóstico y pronóstico de enfermedades con desbalance sagital.
Descriptores: Inestabilidad de la articulación; Región lumbosacra; Balance postural; Electromiografía.
RESUMO
Objetivo: Integrar os pacientes com instabilidade lombar em uma plataforma multissensor no processo de avaliação e diagnóstico, atribuindo
parâmetros quantitativos para o equilíbrio sagital (ES) e função muscular. Métodos: Estudo experimental com pacientes adultos diagnosticados
com doenças que causam alterações no ES, submetidos ou não à cirurgia com instrumentação e fusão por via posterior. Em cada paciente
realizaram-se medidas antropométricas em balança de composição corporal, análise cinesiológica utilizando uma plataforma multissensor
constituída por câmera profundidade para análise estática/dinâmica para medição quantitativa do ES e eletromiografia de superfície para capturar
o nível de ativação da musculatura abdominal e lombar por meio de flexão e extensão. Resultados: Sete pacientes adultos: cinco mulheres
(62,5%) e dois homens (37,5%) com média de idade de 48 anos. As imagens com câmeras de profundidade resultaram em ES de -6,4+5,3
cm (média -5,7 cm). Nos indivíduos com equilíbrio sagital positivo, o percentual de ativação (PA) dos músculos abdominais foi 58,5% e dos
músculos lombares foi 75,25%; nos pacientes com ES negativo integrado, a PA dos músculos abdominais foi de 70,25% e lombar 65%; o
paciente com ES neutro apresentou ativação dos músculos abdominais de 87,75% e dos músculos lombares, de 78,25%. Conclusão: Observamos uma tendência ao ES positivo em pacientes com sobrepeso e obesidade pelo IMC, bem como ao aumento da ativação dos músculos
abdominais. A plataforma multissensor constitui uma ferramenta útil para o diagnóstico e prognóstico de doenças com desequilíbrio sagital.
Descritores: Instabilidade lombar; Região lombossacral; Equilíbrio postural; Eletromiografia.
ABSTRACT
Objective: To integrate patients with lumbar instability in a multisensor platform in the process of assessment and diagnosis, assigning quantitative
parameters for the sagittal balance (SB) and muscle function. Methods: Experimental study involving adult patients diagnosed with diseases that
cause alterations in the SB, that were or were not submitted to surgery with posterior instrumentation and fusion. Each patient underwent anthropometric measurements in body composition scale; a kinesiological analysis using a multisensor platform consisting of depth camera to static/dynamic
analysis for the quantitative measurement of SB, and surface electromyography to capture the level of abdominal and lumbar muscles activation
and through flexion and extension. Results: Seven adult patients: five females (62.5%)and two men (37.5%) with a mean age 48 years. Images with
depth cameras resulted in a SB of from -6.4 to + 5.3cm (average -5.7cm). In individuals with positive sagittal balance the percentage of activation
(PA) of the abdominal muscles was 58.5% and the lower back lumbar was 75.25%; patients with negative SB integrated the PA of the abdominal
muscles of 70.25% and lumbar of 65%; the patient with neutral SB exhibited activation of the abdominal muscles of 87.75% and lumbar muscles
of 78.25%. Conclusions: We observed a trend towards positive SB in patients with overweight and obesity by BMI, as well as increased activation
of the abdominal muscles. The multi sensor platform is a useful tool for the diagnosis and prognosis of diseases involving sagittal imbalance.
Keywords: Joint instability; Lumbosacral region; Postural balance; Electromyography.
1. Instituto Mexicano del Seguro Social, Centro Médico Nacional de Occidente, Unidad Médica de Alta Especialidad. Servicio de Ortopedia y Traumatología. Guadalajara, Jalisco. México.
2. Instituto Tecnológico de Monterrey, División de Biotecnología y Salud, Departamento de Ingeniería Biomédica. Guadalajara, Jalisco. México.
Trabajo realizado en el Instituto Tecnológico de Monterrey, Campus Guadalajara. División de Biotecnología y Salud, Departamento de Ingeniería Biomédica. México.
Correspondencia: Servicio de Traumatología y Ortopedia. Hospital de Especialidades, Centro Médico Nacional de Occidente. Instituto Mexicano del Seguro Social. Guadalajara, Jalisco. Calle Aurelio
González, 2298. Colonia Jardines Alcalde, México, C.P. 44298. [email protected]
http://dx.doi.org/10.1590/S1808-1851201514010R123
Coluna/Columna. 2015;14(1):27-32
Recibido en 14/09/2014, acepto en 18/12/2014.
28
INTRODUCCIÓN
La estabilidad de la columna vertebral es la capacidad de la
columna vertebral, bajo cargas fisiológicas, para limitar los patrones
de desplazamiento con el fin de no dañar o irritar la médula espinal y
las raíces nerviosas y para prevenir las deformidades incapacitantes
o el dolor causado por los cambios estructurales.1,2 Al conservarse
estable una columna de manera fisiológica, podemos decir que
se encuentra dentro de un adecuado balance sagital, donde el
individuo es capaz de mantener una posición erguida con mínimo
esfuerzo muscular, asegurando así que el centro de gravedad del
cuerpo se preserva en armonía dentro de una base de apoyo. Dicho
balance sagital es resultado de la interacción de la morfología ósea
pélvica y vertebral; el comportamiento mecánico del disco y los
ligamentos; la fuerza muscular y sus resistencias, y la capacidad
de introducir mecanismos de compensación relacionados con el
balance del tronco y la posición de las extremidades inferiores.3
A causa principalmente de mecanismos degenerativos, la columna puede volverse inestable, conllevando a una pérdida de la
capacidad de la columna vertebral para mantener sus patrones de
desplazamiento, sin déficit neurológico, deformidad importante o
dolor incapacitante iniciales.4 Resultado de la degeneración e inestabilidad, hay una paulatina pérdida en el balance sagital que inicia
con una disminución en la altura del disco intervertebral así como
con una cascada de mecanismos compensatorios en los que tienen
lugar cambios en la posición de las caderas, pelvis y rodillas tratando
de llevar al balance sagital a una posición neutral,5-7 permitiendo
que clínicamente la línea en plomada desde C7 permanezca entre
ambos maléolos,8 sin que esta situación sea rentable ya que la energía muscular empleada para mantener esta posición es mayor por
mediciones electromiográficas, lo que ocasiona dolor de espalda
baja,9 y que llevará a un inevitable desbalance en el plano sagital.
Hay evidencia creciente de que los músculos abdominales profundos y el multífido lumbar están preferentemente afectados de
manera adversa en presencia de dolor de espalda baja agudo o
crónico, y en la inestabilidad lumbar. Se ha reportado también que
ocurre una sustitución compensatoria de sistemas musculares globales en presencia de disfunción de sistemas musculares locales.10
Con los avances de la tecnología, se desarrollaron instrumentos de
reconstrucción tridimensional del cuerpo humano en el intento de explicar
la complejidad de su biomecánica, siendo llevados a la práctica clínica
como herramientas diagnósticas en enfermedades degenerativas o congénitas. Al recabar atractivas respuestas, se ha aumentado el interés por
el estudio de la columna vertebral sana, sus patologías relacionadas, y
la evaluación de la postura ya que ha proporcionado una solución significativa para integrar de manera cuantitativa su información funcional.
Las cámaras de detección de profundidad, han ganado terreno
en varias aplicaciones utilizando un sensor de profundidad infrarrojo y
una cámara a color para capturar imágenes en tercera dimensión en
tiempo real con la función de medir las capacidades funcionales del
esqueleto. Ya han sido probados en la clínica para la valoración del
control de la postura,11 evaluación de riesgos de caída dentro del hogar
en niños12 y ancianos, cuantificación de la función de las extremidades
superiores,13 rehabilitación física,14 deportes,15 ejercicio,16 entre otras.
El objetivo de este estudio es integrar la reconstrucción en
nube de puntos con cámaras de profundidad y la medición de
la respuesta muscular con electromiógrafo de superficie y datos
antropométricos en una plataforma multisensor para la evaluación
de pacientes con diagnóstico de procesos degenerativos que generan inestabilidad de la columna lumbar, operados y no operados,
como parte de su evaluación clínica y funcional dando parámetros
cuantitativos para el balance sagital y la función muscular.
establecido de patologías de la columna lumbar y tóraco-lumbar
que potencialmente causarían alteraciones en el balance sagital.
Se incluyeron paciente ya operados al momento de la evaluación y
a aquellos que estuvieran bajo manejo no quirúrgico. Debieron ser
deambuladores independientes y sin la utilización de apoyo mediante muletas, andadera o bastón. Los sujetos fueron sometidos a un
análisis kinesiólogo cuantitativo utilizando una plataforma multisensor constituida por una cámara de profundidad, un electromiógrafo
de superficie y una báscula de composición corporal.
Se definió a la espondilolistesis degenerativa como la existencia de un deslizamiento hacia delante de un cuerpo vertebral en
presencia de un arco neural intacto, y se diagnosticó utilizando
radiografías simples de columna lumbo-sacra en proyección lateral
con el paciente en bipedestación en la que se apreció un deslizamiento anterior de una vértebra sobre otra mayor de 4 milímetros.
Medimos la altura de los pacientes en metros. Se estimó su composición corporal con el uso de una báscula TANITA, para lo que se
les solicitó una limpieza de palmas de manos y plantas de pies con
solución alcoholada aumentando la sensibilidad de la báscula para
las mediciones como recomendación del fabricante. Se obtuvieron
los siguientes datos: peso; porcentaje de grasa total; porcentaje de
grasa visceral; masa muscular total; masa ósea; porcentaje de agua.
Para realizar el análisis cuantitativo kinesiólogico de la columna
lumbar se utilizaron dos métodos: análisis estático/cinemático y
análisis de actividad eléctrica.
Análisis estático/cinemático
Se obtuvo un mapa o nube de puntos para lograr la reconstrucción tridimensional. Para la obtención de la nube de puntos se
utilizó una cámara de profundidad diseñada para el entretenimiento
con videojuegos (Kinect de Microsoft). El sistema de obtención se
conformó con una base y su respectiva cámara, misma que fue
colocada de manera vertical y se posicionó a una distancia de
186 centímetros del paciente y a una altura de 100 centímetros del
piso. (Figura 1) Colocamos al sujeto frente a la cámara vistiendo
de preferencia ropa clara y ajustada. Se explicó sobre la rutina
de obtención de imágenes y se dieron instrucciones para llevar a
cabo movimientos en flexión y extensión de la columna lumbar. Se
colocaron marcadores a nivel de pabellones auriculares y maléolos
laterales como referencia para las tomas en el plano sagital.
Utilizando el software de captura Kinect Fusion Explorer-WPF se
1,86m
1,86m
MATERIAL Y MÉTODOS
Se realizó un estudio de tipo experimental. Como universo de
estudio se incluyeron a pacientes de la clínica de columna del servicio de Ortopedia de la Unidad Médica de Alta Especialidad Centro
Médico de Occidente del Instituto Mexicano del Seguro Social en
Guadalajara, México. Los sujetos debieron tener el diagnóstico
Figura 1. Ejemplificación de las torres de captura de imágenes en nube de
puntos. Se observan dos torres con una separación de 1.86 metros entre cada
una, que contienen una cámara de profundidad (Kinect) colocada a un metro
del piso. El signo en cruz marca el sitio donde el paciente es evaluado.
Coluna/Columna. 2015;14(1):27-32
A) Electromiografía bruta
0.05
0
Amplitud (mV)
-0.05
0
0.4
Amplitud (mV)
Amplitud (mV)
Análisis de actividad eléctrica
La electromiografía de superficie se utilizó para la medición de
la actividad eléctrica y el grado de activación de algunos de los
músculos encargados de la flexión (recto anterior del abdomen
y oblicuo abdominal externo), y extensión (dorsal ancho y glúteo
mayor) del tronco. El análisis se realizó con ayuda de un Biopac
MP36 del BSL PRO System evaluando la actividad muscular de
manera bilateral. La frecuencia de muestreo fue de 1000Hz y los
filtros se programaron con un ancho de banda de 5-500Hz.
Para tomar las mediciones colocamos electrodos sobre la piel
del sujeto en línea paramedial bilateral del abdomen y de la espalda baja (sitios de referencia muscular anatómica), mientras que
el electrodo de referencia se colocó sobre las crestas iliacas, en
todos los casos. El procedimiento para la obtención de las señales
fue mediante movimientos de extensión y flexión del tronco con un
intervalo de 5 segundos entre cada posición, como sigue:
• Posición erguida (estado basal);
• Flexión del tronco;
• Posición erguida;
• Extensión del tronco;
• Posición erguida.
Una vez obtenida la señal, se realizó el pre-procesamiento directamente en el Biopac, después se aplicó un filtro para respuestas
altas al impulso finito de 80-130Hz, dependiendo de la intensidad
de la señal en la electromiografía. El procesamiento de las señales
se realizó en Matlab con los siguientes elementos: (Figura 2 y 3)
• Rectificación: conversión de la amplitud de la señal en valores
positivos;
• Normalización: extracción del offset a la señal para la disminución del valor medio a la línea base;
• Suavizado: para obtener la envolvente a través de una ventana
móvil de 100 datos.
0.1
5
10
15
Tiempo (s)
B) Electromiografía rectificada
20
5
10
15
Tiempo (s)
C) Electromiografía Suavizada
20
0.2
0
0
0.0.5
0
0
5
10
15
20
Tiempo (s)
Figura 2. Pasos iniciales en el proceso de obtención de imágenes a partir de
ruidos electromiográficos por activación muscular: A)= Señal cruda; B) Señal
rectificada; C) Señal suavizada. (Ejemplo de un paciente).
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29
A) Electromiografía suavizada
0.08
0.06
0.04
0.02
0
0
80
mV*s
obtuvieron las imágenes. A partir de la reconstrucción tridimensional
se seleccionaron una serie de datos (marcadores) que con Matlab
(lenguaje de alto nivel con un entorno interactivo para cálculo numérico,
visualización y programación) generaron los coeficientes de un polinomio de grado predeterminado. Una vez que la imagen se constituyó,
trazamos una línea en plomada desde el marcador en pabellón auricular
y hasta el plano de sustentación del paciente. Medimos la distancia
en centímetros en relación con el maléolo lateral. Consideramos como
un cambio positivo en el balance sagital cuando la línea se encontró
delante del marcador del maléolo; como un cambio negativo cuando
cayó detrás; y balance neutro cuando pasó sobre el marcador maleolar.
Amplitud (mV)
NUBE DE PUNTOS TRIDIMENSIONAL EN LA EVALUACIÓN DE PROCESOS QUE GENERAN INESTABILIDAD DE LA COLUMNA LUMBAR
5
10
15
20
Tiempo (s)
B) Integral de electromiografía (variable de ventana de tiempo)
60
40
20
0
0
5
10
Tiempo (s)
15
20
Figura 3. Últimos pasos en el proceso de obtención de una gráfica a partir
de ruidos electromiográficos por activación muscular: A) Señal suavizada;
B) Señal rectificada.
La señal se analizó en tiempo para identificar los fenómenos de
flexión-relajación, que indica que cuando se tiene una flexión sostenida se presenta un silencio mioeléctrico. El área bajo la curva de
la señal procesada fue reconocido utilizando el método trapezoidal
de integración numérica. Posteriormente, se aplicaron colores falsos
para la representación gráfica asignando un color de acuerdo a los
porcentajes de activación. Siendo los siguientes:
• Rojo (líneas verticales): 100-80%
• Amarillo (líneas diagonales): 79-60%
• Verde (líneas horizontales): 59-40%
• Azul (rectángulos): 39-20%
• Negro: 19-0%
Con los datos obtenidos, se analizó y relacionó la alteración en
el balance sagital con el aumento o disminución de la activación
muscular en posiciones neutra y dinámica.
RESULTADOS
Siete pacientes adultos, cinco mujeres (62.5%) y dos hombres
(37.5%), con edades entre 18 y 72 años (media de 48 años), con
diagnósticos de patologías de la columna lumbar y tóraco-lumbar
que potencialmente causarían alteraciones en el balance sagital tales como: espondilolistesis (N=2), fracturas lumbares (N=3), canal
lumbar estrecho (N=1), y escoliosis idiopática (N=1), fueron incluidos en este estudio. Al momento de la evaluación cuatro pacientes
(57.14%) ya se encontraban operados habiéndoles realizado una
instrumentación posterior con tornillos transpediculares y fusión
postero-lateral con injerto autólogo, y los tres restantes (42.86%)
tenían manejo no quirúrgico mediante rehabilitación física y estilo
sano de vida de columna.
Cada uno de ellos fue medido por una única persona mediante
el método de cinta métrica, y sin calzado, con estaturas de 1.52
a 1.74 metros (promedio 1.61 metros). El peso corporal de los
pacientes fue de entre 39.3 y 84 kilogramos (promedio de 68.61
kilogramos), con un índice de masa corporal (IMC) que osciló desde
17.31 y hasta 33.32 (promedio 26.4); lo anterior se traduce en uno
paciente con bajo peso, dos con peso normal, uno con sobrepeso
grado I, dos con sobrepeso grado II y uno con obesidad grado I.
De acuerdo con las imágenes obtenidas de la cámara de profundidad (ejemplos en Figuras 4 y 5), se obtuvo un balance sagital
desde -6.4 y hasta +5.3 centímetros (promedio -5.7 centímetros).
Un paciente tuvo un balance sagital neutro; tres, positivo con un promedio de +3.43cm; y tres, negativo con un promedio de -5.03cm.
La activación muscular con la electromiografía de superficie
se integró y comparó el porcentaje de activación de los músculos
abdominales superior e inferior en la flexión, con la de los músculos lumbares y glúteo máximo en el movimiento de extensión; se
30
graficaron individualmente en cada paciente, como se muestra el
ejemplo de la Figura 6. Aquellos pacientes que tuvieron un balance
sagital positivo el porcentaje de activación de los músculos abdominales en conjunto fue de 58.5%, mientras que la de los músculos lumbares fue de 75.25%; los pacientes con balance sagital
negativo integraron un porcentaje de activación de los músculos
abdominales de 70.25% y de lumbares de 65%; el paciente con
balance sagital neutro tuvo activación de la musculatura abdominal
de 87.75% y lumbar de 78.25%.
-0.06
0.4
-0.08
0.6
0.3
0.2
0
0.1
-0.1
-0.2
-0.3
-0.4
y
0.02
0
0.2
x
x
0.4
0
Balanco sagital
-0.02
Balanco sagital
0.2
-0.04
-0.6
0.04
y
-1
0
0.1
0.1
0.2
0.3
1
5
0.4
0.08
-0.8
0.06
4
Figuras 4 y 5. Modelos tridimensionales en nube de puntos obtenidos
con cámara de profundidad. El vector horizontal señala la plomada que
inicia desde el conducto auditivo externo y finaliza a ras del piso. El vector
vertical señala la distancia entre la línea en plomada y el maléolo externo
(balance sagital).
DISCUSIÓN
La estabilidad de la columna vertebral fue descrita por White
en 1975 como la capacidad de la columna vertebral bajo cargas
fisiológicas para limitar los patrones de desplazamiento con el fin
de no dañar o irritar la médula espinal y las raíces nerviosas y para
prevenir las deformidades incapacitantes o el dolor causado por
los cambios estructurales.1,2 La Academia Americana de Cirujanos
Ortopedistas define la estabilidad como "la capacidad de las vértebras de permanecer coherentes y preservar los desplazamientos
normales en todos los movimientos corporales fisiológicos".17
Pope y Panjabi calificaron como inestabilidad de la columna vertebral a la pérdida de rigidez que conduce a un movimiento anormal
y aumento de los segmentos móviles.1,18,19 con un aumento global
de los movimientos de la columna vertebral en los límites normales
asociados con la ocurrencia de dolor de espalda y/o radicular.
Una de las definiciones más aceptadas sobre inestabilidad
de la columna lumbar y la pérdida de la rigidez segmentaria, fue
descrita por Frymoyer y Shelby, citando que “la inestabilidad de la
columna lumbar y la pérdida de rigidez segmentaria, es cuando el
segmento vertebral está bajo la aplicación de una carga anormal
y se produce movimiento, en comparación con una columna vertebral normal”.19 Otros autores definen inestabilidad biomecánica
como una entidad mecánica que no está presente en equilibrio
óptimo; o cuando las vértebras lumbares muestran los segmentos
móviles con movimientos anormales, tanto en la traslación como
en la rotación.19
La importancia clínica y el reconocimiento de los mecanismos
compensatorios son fundamentales porque dan elementos importantes a tener en cuenta a la hora de indicar un tratamiento. La
evaluación del equilibrio sagital necesita incluir un parámetro que
mida el equilibrio global del tronco, ya sea: la plomada en C7 y la
meseta sacra, la posición de la rotación de la pelvis por la inclinación de la pelvis, y una descripción de la posición de las extremidades inferiores. Estos tres parámetros se han tenido en cuenta por
Le Huec et al.8 en su método de evaluación denominado balance
completo integrado (FBI).8,20 En los casos más severamente desequilibrada, los pacientes se presentan con todos los signos de
cambios posturales en un intento por compensar un desbalance
Porcentaje de activación muscular en la rutina
%
100
75
50
25
0
100
75
%
50
25
0
%
100
75
50
25
0
%
100
75
50
25
0
%
100
75
50
25
0
A) Abdominal superior I
N
N
F
F
N
C) Abdominal inferior I
N
E
E
N
N
E) Toracico espinal I
N
F
N
E
N
G) Lumbar espinal I
N
N
F
F
N
I) Gluteos maximus I
N
E
E
N
N
100
75
%
50
25
0
100
75
%
50
25
0
100
75
% 50
25
0
100
75
%
50
25
0
100
75
%
50
25
0
B) Abdominal superior D
N
F
N
F
N
E
N
N
E
N
E
N
N
E
N
N
E
N
D) Abdominal inferior D
F) Toracico espinal D
N
F
N
H) Lumbar espinal D
N
F
N
F
J) Gluteos maximus D
Figura 6. Ejemplo de las gráficas que muestran el porcentaje de activación muscular. Rojo (líneas verticales): 100-80%; Amarillo (líneas diagonales): 79-60%; Verde
(líneas horizonales): 59-40%; Azul (rectángulos): 39-20%; Negro: 19-0%. N= Posición neutra; F= Flexión de tronco; E= Extensión de tronco. (Ejemplo de un paciente).
Coluna/Columna. 2015;14(1):27-32
NUBE DE PUNTOS TRIDIMENSIONAL EN LA EVALUACIÓN DE PROCESOS QUE GENERAN INESTABILIDAD DE LA COLUMNA LUMBAR
31
sagital: el tronco inclinado hacia delante, la retroversión de la pelvis,
la flexión aparente, pero en realidad la extensión de la cadera y la
flexión de las rodillas.
En nuestro estudio, fueron valorados únicamente sujetos con
padecimientos traumáticos, degenerativos e idiopáticos en los que
por su naturaleza se espera que de manera potencial cursen con
cambios en el balance sagital de la columna. En un intento por
la nula exposición de los pacientes a un estudio con emisión de
radiación, se optó por la utilización de tecnologías en desarrollo
para la evaluación en diversos campos de la medicina, con cámaras de profundidad obteniendo imágenes esquemáticas y de
reconstrucción tridimensional en nube de puntos, en las cuales
se pudo medir de manera cuantitativa el balance sagital partiendo
como referencia de marcadores en sitios anatómicos descritos por
Bernhardt y Bridwell,21 quienes observaron que un equilibrio sagital
normal es presente si una línea en plomada se extiende desde el
meato acústico externo hasta el acromion, trocánter mayor, cóndilo
lateral de la rodilla y el maléolo lateral, siendo más difícil la estimación del perfil sagital debido a la alta variabilidad individual.21
Nosotros utilizamos como marcadores el meato acústico externo
y el maléolo lateral para cada sujeto. Tres pacientes tuvieron un
balance sagital positivo con un promedio de 3.13 cm; tres paciente un balance sagital negativo con un promedio de -5.03 cm; y
uno con balance sagital neutro. Se agruparon a los pacientes en
diagnósticos etiológicos: Degenerativo, Traumático e Idiopático
y se identificaron como preoperados y postoperados, como se
representa en la Tabla 1.
Al tener en consideración estas cifras, pudimos discernir
que los pacientes que cuentan con un padecimiento traumático
(en todos, se relacionó con fracturas de columna lumbar tipo A
en la clasificación de la AOSpine), y que fueron sometidos a una
cirugía de estabilización mediante instrumentación posterior sin
liberación, tuvieron cambios en relación con un balance sagital
negativo con un mayor desplazamiento (desde -2.7 hasta -6.4
centímetros). Lo anterior, se confirma con lo estudiado por Soh
et al.,22 quienes encontraron que las principales desventajas de la
fusión quirúrgica en la inestabilidad degenerativa son la pérdida de
movilidad y de la curvatura con un equilibrio sagital deteriorado,
falla en la instrumentación, y la transferencia de tensión aumentada
a los segmentos móviles adyacentes, referido como "síndrome
de transición"; realizaron un seguimientos 5 años en pacientes
postoperados mediante instrumentación posterior que revelaron
cambios degenerativos en segmentos adyacentes debidos a la
pérdida de movilidad y cambios en la carga mecánica del sitio de
fusión. Los cambios degenerativos en los segmentos adyacentes
incluyen inestabilidad segmentaria, estenosis espinal, lesión del
disco intervertebral, espondilolistesis y fracturas.22
Se necesita una medición sensible a los primeros cambios degenerativos, por lo que el análisis cuantitativo de la RM ha sido desarrollado para capturar la degeneración del disco temprana. El método
introducido por Sobajima mide el área de la superficie y la intensidad
de la señal del núcleo pulposo en pacientes con cambios con síntomas de degeneración discal adyacente, y su producto proporciona
un índice de resonancia magnética de imágenes ponderadas en
T2,23 con lo que se realiza una correlación entre la intensidad de la
señal en imágenes de resonancia magnética (MRI) y la composición
y condición del disco. En nuestro estudio, se pudo evidenciar una
clara alteración en el balance en pacientes postoperados, lo que
predispone potencialmente a cambios degenerativos adyacentes
incluso antes que el paciente inicie con sintomatología de sospecha.
En cuanto a la medición del porcentaje de activación muscular
con electromiografía de superficie, se observó en la mayoría de
los casos una preferente activación en la musculatura abdominal,
sin importar la desviación o no del balance sagital o el promedio
en el balance sagital, como lo muestra la Tabla 2. Sin embargo,
observamos una clara correlación entre pacientes con sobrepeso
y obesidad (promedio de IMC 30; obesidad leve), con una alta
activación en la musculatura abdominal (81.5%), lo que se correlaciona con lo descrito por Jiménez et al.24 quienes investigaron
factores que afectan la fusión en el tratamiento de la estabilidad
de la columna lumbar, tales como la obesidad, alcoholismo, tabaquismo, edad, sexo y densidad ósea, resultando en que el estado
nutricional del paciente sí afecta en la evolución satisfactoria en los
pacientes sometidos a un procedimiento de estabilización de la
columna lumbar, siendo importante que valores metabólicos sean
identificados y corregidos de manera prematura con medidas de
soporte para obtener un resultado óptimo como lo es la fusión;24
lo que incrementa la posibilidad de desarroloar una deformidad
torácica en cifosis.
Asimismo, se evidenció una tendencia para la desviación negativa del balance sagital (50%; contra 25% de balance neutro y 25%
de balance positivo) en aquellos pacientes ya operados.
La utilización de cámaras de profundidad para la reconstrucción en nube de puntos, es una herramienta útil para la medición cuantitativa en aquellos padecimientos que potencialmente
pueden cursar con alteraciones en el balance sagital, ya que es
una orientación para el cirujano clínico en los padecimientos degenerativos que puede mostrar su evolución y en aquellos padecimientos que hayan sido sometidos a manejo quirúrgico mediante instrumentación posterior para la evaluación del resultado
postquirúrgico en un intento por pronosticar las posibilidades de
presentar una enfermedad del segmento adyacente de manera
oportuna pudiendo ofrecer un tratamiento adecuado en tiempo.
La electromiografía cumple la función de mostrarnos el nivel de
activación muscular en estos padecimientos como parte de un
mecanismo compensatorio para reestablecer de cierta manera el
balance sagital. La báscula de composición corporal es complemento clave en la evaluación clínica del paciente ya que, como
se ha explicado, estado nutricional del mismo afecta directamente
en el pronóstico a largo plazo en cualquier enfermedad de afecte
a la columna lumbar.
Dentro de las limitantes de este estudio, se encontró la poca
cantidad de muestra a evaluar y la ausencia de controles sanos
para la posibilidad de una comparación, así como el marcaje de
otros puntos anatómicos que nos arrojen datos de un cambio en
la posición integral corporal que también se ha descrito como un
mecanismo de compensación en la pérdida del balance sagital.
No se realizaron mediciones tradicionales radiográficas o clínicas
que también nos pudieran orientar sobre la efectiva correlación con
métodos más profundamente estudiados.
Tabla 1. Relación entre etiología del padecimiento, antecedente quirúrgico
y promedio de balance sagital.
Tabla 2. Relación entre balance sagital, promedio de índice de masa corporal (IMC) y el porcentaje de activación muscular mediante electromiografía
de superficie.
Tipo de padecimiento
Degenerativo (N=3)
Traumático (N=3)
Idiopático (N=1)
Coluna/Columna. 2015;14(1):27-32
Operado
Promedio balance sagital
Sí
1
No
2
Sí
3
No
0
Sí
0
No
1
0.66 cm
-2.9 cm
1 cm
Balance sagital
Promedio IMC
Positivo
25.24
Negativo
26.67
Neutro
29.07
Porcentaje de activación muscular
Abdominal
70.25%
Lumbar
65%
Abdominal
58.50%
Lumbar
75.25%
Abdominal
87.75%
Lumbar
78.25%
32
CONCLUSIONES
Podemos concluir que la integración de una plataforma de
sensores múltiples es una herramienta útil, económica y fiable
que puede garantizar mediciones de manera cuantitativa y en
tiempo real que le ayuden al clínico en su práctica diaria para el
diagnóstico y seguimiento en aquellos pacientes con enfermedades que conlleven una posibilidad potencial de desbalance
sagital, tales como las traumáticas, degenerativas e idiopáticas,
así como su correspondencia con alteraciones en la activación muscular propias de mecanismos compensatorios que las
acompañan. En este estudio se pudo identificar el propio desbalance muscular y la relación que guarda con el estado nutricional
del paciente y la activación muscular compensatoria pudiendo
decir que a mayor índice de masa corporal, se incrementa la
activación de la musculatura abdominal con la consiguiente predisposición a la deformidad en cifosis; así como el desbalance
sagital negativo en pacientes postoperados, lo que conduce a
la posibilidad de desarrollar a mediano o largo plazo una enfermedad de disco adyacente.
Hace falta la realización de nuevos estudios con mayor número
de pacientes, controles sanos para una comparación, así como la
construcción de una interfaz digital que sea amigable con el médico
especialista para la utilización de la plataforma sugerida en la evaluación de consultorio, pudiendo acoplarse como un material físico
en ayuda de la efectiva y oportuna atención al enfermo. Se continua
trabajando en el proyecto con fabricación de un electromiógrafo
sin cables y la posibilidad de integrar en el momento las imágenes
obtenidas con la cámara de profundidad, con los resultados en el
porcentaje de activación muscular electromiográfica.
AGRADECIMIENTOS
Agradecemos al Instituto Tecnológico de Monterrey Campus
Guadalajara y a su División de Biotecnología y Salud por el apoyo
humano y tecnológico; se agradece también al Centro Médico
Nacional de Occidente del Instituto Mexicano del Seguro Social
al facilitarnos áreas físicas en la consulta externa. Todo, para la
realización de este estudio.
Todos los autores declaran que no hay ningún potencial conflicto
de intereses con referencia a este artículo.
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