Usuario:
Modelo Conceptual
Descripción
Modelo D1 - Análisis Cinemático Avanzado
El modelo conceptual busca comprender los mecanismos que dan origen a un comportamiento, y describirlos de la forma más simple posible. Para eso, el comportamiento se segmenta en temas (grupos): cada uno identifica los objetos o variables que participan —tanto en su funcionamiento normal como en sus posibles anomalías o desviaciones— y describe, mediante verbos, la forma en que esos objetos interactúan entre sí. El resultado es lo que llamamos una red semántica: la estructura con la que representamos y comunicamos el modelo conceptual, antes de introducir ecuación alguna.
ID:3346
Estructura de los Grupos
Descripción
El primer paso consiste en analizar la descripción general del modelo e identificar los distintos aspectos que intervienen en el fenómeno y que deben ser representados. Cada uno de estos aspectos se organiza como un grupo, entendido como una unidad conceptual coherente que describe una parte específica del funcionamiento del modelo.
Cada grupo reúne los objetos o conceptos relevantes para ese aspecto y las relaciones o verbos que describen cómo interactúan, se modifican o dependen unos de otros. De esta manera, cada grupo constituye una parte de la red semántica del modelo, mientras que el conjunto de los grupos permite representar de forma estructurada su funcionamiento global.
La división en grupos facilita además separar mecanismos, condiciones, procesos y resultados que cumplen funciones diferentes dentro del modelo, manteniendo al mismo tiempo las relaciones que existen entre ellos. Los grupos no son, por tanto, componentes aislados: pueden compartir conceptos y establecer relaciones entre sí, formando conjuntamente una única representación semántica del fenómeno.
La imagen anterior ofrece una visión general de los distintos aspectos en que se ha estructurado el modelo. A continuación se presentan los grupos identificados, indicando para cada uno su título y una breve descripción del aspecto del modelo que representa.
Grupo 1: Grupo 1: Captura multicámara sincronizada
¿Cómo se obtienen observaciones simultáneas del mismo marcador desde varias cámaras?
Grupo 2: Grupo 2: Reconstrucción tridimensional por geometría proyectiva
¿Cómo se recupera la posición 3D de un marcador desde sus proyecciones 2D?
Grupo 3: Grupo 3: Filtrado de trayectorias y control de ruido
¿Cómo se conserva la señal biomecánica relevante eliminando ruido de alta frecuencia?
Grupo 4: Grupo 4: Derivación cinemática temporal
¿Cómo se obtienen velocidad y aceleración a partir de la posición filtrada?
Grupo 5: Grupo 5: Cinemática articular y orientación relativa
¿Cómo se representa la orientación relativa entre segmentos corporales adyacentes?
Grupo 6: Grupo 6: Parámetros espacio-temporales y similitud dinámica
¿Cómo se cuantifican marcha, velocidad relativa al tamaño y equivalencia entre animales?
Grupo 7: Grupo 7: Patrones energéticos, variabilidad y diagnóstico
¿Cómo distinguen los patrones cinemáticos una marcha normal de una alterada?
ID:1140
Grupo 1: Grupo 1: Captura multicámara sincronizada
Descripción
¿Cómo se obtienen observaciones simultáneas del mismo marcador desde varias cámaras?
Pregunta clave: ¿Cómo se obtienen observaciones simultáneas del mismo marcador desde varias cámaras?
La reconstrucción se apoya en la geometría proyectiva: cada cámara define un rayo óptico que va desde el plano de la imagen hacia el espacio tridimensional donde ocurre el movimiento, y la posición tridimensional de cada marcador queda determinada por el punto donde se cruzan al menos dos de esos rayos ópticos correspondientes al mismo marcador, visto desde dos cámaras distintas.
ID:6034
Grupo 2: Grupo 2: Reconstrucción tridimensional por geometría proyectiva
Descripción
¿Cómo se recupera la posición 3D de un marcador desde sus proyecciones 2D?
Pregunta clave: ¿Cómo se recupera la posición 3D de un marcador desde sus proyecciones 2D?
La reconstrucción se apoya en la geometría proyectiva: cada cámara define un rayo óptico que va desde el plano de la imagen hacia el espacio tridimensional donde ocurre el movimiento, y la posición tridimensional de cada marcador queda determinada por el punto donde se cruzan al menos dos de esos rayos ópticos correspondientes al mismo marcador, visto desde dos cámaras distintas. La posición tridimensional de cada marcador, una vez reconstruida cámara a cámara, se expresa como una trayectoria de coordenadas cartesianas en el tiempo, y esa trayectoria se filtra para eliminar el ruido de alta frecuencia introducido por el propio proceso de medición, conservando al mismo tiempo el rango de frecuencias bajas —hasta unos veinte ciclos por segundo— donde se concentra la información biomecánica relevante del movimiento.
ID:6035
Grupo 3: Grupo 3: Filtrado de trayectorias y control de ruido
Descripción
¿Cómo se conserva la señal biomecánica relevante eliminando ruido de alta frecuencia?
Pregunta clave: ¿Cómo se conserva la señal biomecánica relevante eliminando ruido de alta frecuencia?
La posición tridimensional de cada marcador, una vez reconstruida cámara a cámara, se expresa como una trayectoria de coordenadas cartesianas en el tiempo, y esa trayectoria se filtra para eliminar el ruido de alta frecuencia introducido por el propio proceso de medición, conservando al mismo tiempo el rango de frecuencias bajas —hasta unos veinte ciclos por segundo— donde se concentra la información biomecánica relevante del movimiento. A partir de esas posiciones ya filtradas se obtienen la velocidad y la aceleración de cada marcador mediante diferenciación numérica sucesiva en el tiempo: la aceleración resulta especialmente sensible al ruido que pueda quedar en la señal, razón por la cual el filtrado previo de la posición es un paso crítico antes de derivar.
ID:6036
Grupo 4: Grupo 4: Derivación cinemática temporal
Descripción
¿Cómo se obtienen velocidad y aceleración a partir de la posición filtrada?
Pregunta clave: ¿Cómo se obtienen velocidad y aceleración a partir de la posición filtrada?
A partir de esas posiciones ya filtradas se obtienen la velocidad y la aceleración de cada marcador mediante diferenciación numérica sucesiva en el tiempo: la aceleración resulta especialmente sensible al ruido que pueda quedar en la señal, razón por la cual el filtrado previo de la posición es un paso crítico antes de derivar. La posición tridimensional de cada marcador, una vez reconstruida cámara a cámara, se expresa como una trayectoria de coordenadas cartesianas en el tiempo, y esa trayectoria se filtra para eliminar el ruido de alta frecuencia introducido por el propio proceso de medición, conservando al mismo tiempo el rango de frecuencias bajas —hasta unos veinte ciclos por segundo— donde se concentra la información biomecánica relevante del movimiento. La reconstrucción se apoya en la geometría proyectiva: cada cámara define un rayo óptico que va desde el plano de la imagen hacia el espacio tridimensional donde ocurre el movimiento, y la posición tridimensional de cada marcador queda determinada por el punto donde se cruzan al menos dos de esos rayos ópticos correspondientes al mismo marcador, visto desde dos cámaras distintas.
ID:6037
Grupo 5: Grupo 5: Cinemática articular y orientación relativa
Descripción
¿Cómo se representa la orientación relativa entre segmentos corporales adyacentes?
Pregunta clave: ¿Cómo se representa la orientación relativa entre segmentos corporales adyacentes?
Esa orientación relativa se puede representar de dos maneras: mediante una secuencia de tres ángulos de rotación sucesivos, o mediante una representación alternativa que evita un problema propio de esos ángulos, en el cual ciertas combinaciones de orientación hacen que dos de los tres ejes de rotación queden alineados entre sí y el sistema pierda temporalmente la capacidad de distinguir una rotación de otra. A partir de las trayectorias filtradas de los marcadores ubicados sobre segmentos corporales adyacentes, la cinemática articular describe cómo cambia en el tiempo la orientación relativa de un segmento corporal respecto del segmento vecino con el que forma la articulación.
ID:6038
Grupo 6: Grupo 6: Parámetros espacio-temporales y similitud dinámica
Descripción
¿Cómo se cuantifican marcha, velocidad relativa al tamaño y equivalencia entre animales?
Pregunta clave: ¿Cómo se cuantifican marcha, velocidad relativa al tamaño y equivalencia entre animales?
De esas mismas trayectorias de los marcadores se derivan directamente los parámetros espacio-temporales de la marcha: la frecuencia con que se repite cada paso, la longitud de cada paso, la velocidad de desplazamiento y la cadencia con que se suceden los pasos. Para comparar la velocidad de marcha entre especies de tamaño corporal muy distinto, esa velocidad se combina con el tamaño del animal en un número adimensional que permite juzgar si dos animales de tamaños diferentes se están moviendo, en términos relativos a su propio cuerpo, de forma equivalente o no. A partir de esas posiciones ya filtradas se obtienen la velocidad y la aceleración de cada marcador mediante diferenciación numérica sucesiva en el tiempo: la aceleración resulta especialmente sensible al ruido que pueda quedar en la señal, razón por la cual el filtrado previo de la posición es un paso crítico antes de derivar. El análisis cinemático avanzado con el que se abrió esta descripción encuentra en la marcha normal un comportamiento característico: la energía potencial y la energía cinética del cuerpo se intercambian de forma suave a lo largo de cada paso, y la variabilidad temporal de un paso a otro es muy baja, con un coeficiente de variación inferior al tres por ciento.
ID:6039
Grupo 7: Grupo 7: Patrones energéticos, variabilidad y diagnóstico
Descripción
¿Cómo distinguen los patrones cinemáticos una marcha normal de una alterada?
Pregunta clave: ¿Cómo distinguen los patrones cinemáticos una marcha normal de una alterada?
El análisis cinemático avanzado con el que se abrió esta descripción encuentra en la marcha normal un comportamiento característico: la energía potencial y la energía cinética del cuerpo se intercambian de forma suave a lo largo de cada paso, y la variabilidad temporal de un paso a otro es muy baja, con un coeficiente de variación inferior al tres por ciento. En presencia de patología, en cambio, aparecen asimetrías espacio-temporales entre un lado del cuerpo y el otro, y esa variabilidad temporal aumenta de forma marcada; ambos cambios —la asimetría y el aumento de variabilidad— son, dentro del análisis cinemático avanzado, los marcadores diagnósticos fundamentales de una alteración del movimiento. De esas mismas trayectorias de los marcadores se derivan directamente los parámetros espacio-temporales de la marcha: la frecuencia con que se repite cada paso, la longitud de cada paso, la velocidad de desplazamiento y la cadencia con que se suceden los pasos. A partir de las trayectorias filtradas de los marcadores ubicados sobre segmentos corporales adyacentes, la cinemática articular describe cómo cambia en el tiempo la orientación relativa de un segmento corporal respecto del segmento vecino con el que forma la articulación. Para comparar la velocidad de marcha entre especies de tamaño corporal muy distinto, esa velocidad se combina con el tamaño del animal en un número adimensional que permite juzgar si dos animales de tamaños diferentes se están moviendo, en términos relativos a su propio cuerpo, de forma equivalente o no.
ID:6040