Validación de un sistema embebido a través de un sistema comercial para su uso en detección de posiciones en servicio de hospitalización para adultos - Ramírez Larrarte, Gabriel Santiago (Universidad Escuela Colombiana de Ingeniería, 2025)
Introducción: Las caídas de pacientes dentro de una IPS desembocan en problemas de mayor severidad, tanto para el paciente como para su familia y la propia institución. El desarrollo de un sistema que evite una posible caída, debe ser validado con un sistema comercial para su aplicación en servicio de enfermería. Objetivo: Validar el uso de un sistema de captura de movimiento (CapMo) inercial comercial para detección de posiciones alarma de pacientes dentro del servicio de enfermería.

Introduction: Patient falls within an IPS lead to problems of greater severity, both for the patient, the patient's family and the institution itself. The development of a system to prevent a possible fall should be validated with a commercial system for its application in nursing services. Objective: To validate the use of a commercial inertial motion capture (MoCap) system to detect patient alarm positions in the nursing service.
TABLA DE CONTENIDO GLOSARIO ........................................................................................................................ 3 1. INTRODUCCIÓN ...................................................................................................... 13 2. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA ....................................................................... 18 2.1. Formulación del problema .................................................................................... 18 3. JUSTIFICACIÓN ....................................................................................................... 19 4. OBJETIVOS ............................................................................................................. 20 4.1. General ............................................................................................................ 20 4.2. Específicos ....................................................................................................... 20 5. MARCO TEÓRICO ................................................................................................... 21 5.1. Validación ......................................................................................................... 21 5.1.1 Definición de validación ................................................................................ 21 5.1.2 Validez de apariencia ................................................................................... 22 5.1.3 Validez de contenido .................................................................................... 22 5.1.4 Validez de criterio ......................................................................................... 23 5.1.5 Validez de constructo ................................................................................... 23 5.2. Posiciones relativas de enfermería ................................................................... 24 5.2.1 Posición semisentada (Fowler) ..................................................................... 24 5.2.2 Posición semi-acostada (semi-fowler) .......................................................... 25 5.2.3 Posición decúbito lateral ............................................................................... 25 5.2.4 Posición sedente (sedestación) .................................................................... 25 5.2.5 Posición bípeda (bipedestación) ................................................................... 26 5.3. Unidades MEMS (Micro-Electro-Mechanical Systems) de medición inercial ..... 26 5.3.1. Acelerómetro ............................................................................................ 27 5.3.2. Giroscopio ................................................................................................ 27 5.3.3. Magnetómetro .......................................................................................... 28 5.3.4. Errores característicos en sensores inerciales MEMS .............................. 29 5.4. Descripción de análisis estadísticos utilizados.................................................. 29 5.4.1. Índice de correlación intraclase (ICC) ....................................................... 29 5.4.2. Coeficiente de varianza (CV) .................................................................... 30 5.4.3. Análisis de Bland-Altman .......................................................................... 30 5.4.4. Análisis K-Means ...................................................................................... 31 6. MARCO LEGAL Y TÉCNICO .................................................................................... 33 6.1. Guideline for Good Clinical Practices (GCP) – ICH E6(R2) .............................. 33 5 6.2. Resolución No. 2016041571 ............................................................................ 33 6.3. Xsens DOT – Documentación técnica .............................................................. 33 6.1.1. Adquisición de datos inerciales con Strap-Down Integration (SDI) ............ 34 6.1.2. Mitigación de perturbaciones magnéticas con algoritmo de Mapeo de Campo Magnético (MFM) ...................................................................................................... 34 6.1.3. Sincronización Avanzada de IMU ............................................................. 35 7. METODOLOGÍA ....................................................................................................... 36 7.1. Fase 2: Captura de datos con sistema comercial Xsens DOT bajo el marco de prevención de caídas hospitalarias .............................................................................. 36 7.1.1. Exportación de datos en formatos csv y JSON ......................................... 36 7.1.2. Prueba estática ......................................................................................... 37 7.1.3. Caracterización de transferencia sedente-bípedo ..................................... 38 7.1.4. Caracterización de transferencia de cama a bípedo ................................. 39 7.2. Fase 3: Protocolo de pruebas piloto: ejercicio de levantamiento de datos con 12 participantes ................................................................................................................. 40 7.2.1. Participantes y configuración del sistema ................................................. 41 7.2.2. Adquisición de datos ................................................................................. 43 7.2.3. Análisis de datos....................................................................................... 43 7.3. Fase 4: Ajuste de valores inerciales de las IMU Xsens DOT de la Fundación Cardioinfantil ................................................................................................................ 44 7.3.1. Prueba de condición estática: prueba de gravedad .................................. 44 7.3.2. Cálculo de errores determinísticos de acelerómetro ................................. 46 8. RESULTADOS ......................................................................................................... 48 8.1. Fase 2: Captura de datos con sistema comercial Xsens DOT bajo el marco de prevención de caídas hospitalarias .............................................................................. 48 8.1.1. Exportación de datos en formatos csv y JSON ......................................... 48 8.1.2. Prueba estática ......................................................................................... 50 8.1.3. Caracterización de transferencia sedente-bípedo ..................................... 54 8.1.4. Caracterización de transferencia de cama a bípedo ................................. 56 8.2. Fase 3: Protocolo de pruebas piloto: ejercicio de levantamiento de datos con 12 participantes ................................................................................................................. 58 8.2.1. Análisis de factibilidad uso de bandas, ubicación de IMU en voluntario y retroalimentación de posiciones de protocolo ........................................................... 59 8.2.2. Agrupación de posiciones relativas por método K-means ......................... 60 8.2.3. Concordancia de datos entre IMUs Xsens DOT ....................................... 64 8.3. Fase 4: Ajuste de valores inerciales de las IMU Xsens DOT de la Fundación Cardioinfantil ................................................................................................................ 66 6 8.3.1. Consignado de errores determinísticos de las IMU Xsens DOT de la Fundación Cardioinfantil ........................................................................................... 66 8.3.2. Ajuste de valores a través de sistema de ecuaciones en MATLAB ........... 67 9. DISCUSIÓN .............................................................................................................. 69 9.1. Elaboración de protocolo experimental de posiciones alarma y posiciones de la vida diaria en servicio de enfermería ............................................................................ 69 9.2. Desarrollo del código de adquisición de datos inerciales en tiempo real de Xsens DOT para validación ..................................................................................................... 69 9.3. Caracterización técnica intra-sensores de las IMU Xsens DOT del área de investigaciones de la Fundación Cardioinfantil ............................................................. 70 9.4. Definición de ubicación anatómica óptima de colocación de IMUs entre apófisis xifoides (tórax) y trocánter mayor derecho (cadera) ..................................................... 71 10. RECOMENDACIONES Y TRABAJOS FUTUROS ............................................... 73 11. CONCLUSIONES ................................................................................................ 74 REFERENCIAS ............................................................................................................... 75 ANEXOS .......................................................................................................................... 78
Keywords: Aparatos fisiológicos; Physiological apparatus; Biosensores; Biosensors; Sensores biomédicos; Biomedical sensors; Instrumentos de medición; Measuring instruments; Caídas (Accidentes) - Prevención; Falls (Accidents) - Prevention; Ingeniería biomédica - Procesamiento de datos; Biomedical engineering - Data processing; Inercial; Aceleración; Velocidad; Wearable; Campo magnético; Hierro blando; Hierro duro; Apófisis xifoides; Trocánter mayor; Industria 4.0; Aprendizaje supervisado; Aprendizaje no-supervisado; Precisión; Exactitud; Intra-sensores; Inertial; Acceleration; Velocity; Magnetic field; Soft iron; Hard iron; Greater trochanter; Industry 4.0; Supervised learning; Unsupervised learning; Precision; Accuracy; Intra-sensors