¿Cómo puedo utilizar las métricas de ThermoHuman?

¿Cómo puedo utilizar las métricas de ThermoHuman?

01/07/2021 By : Ismael Fernández Cuevas y Víctor Escamilla Galindo Home

INTRODUCCIÓN

Si queremos evaluar la temperatura de la piel en humanos podemos utilizar la termografía infrarroja con diferentes métodos.

Un termógrafo experimentado puede realizar un análisis inmediato utilizando el método cualitativo, es decir, examinando visualmente la imagen térmica e interpretando los colores. Es rápido y muy intuitivo, pero arriesgado, porque se basa en la interpretación subjetiva del técnico que lee colores que pueden modificarse fácilmente con la escala, por lo que es bastante fácil subestimar o sobrestimar una mancha de color.

Por otro lado, tenemos el método cuantitativo, basado en los datos radiométricos contenidos en los píxeles de la imagen térmica, lo que nos permite realizar un análisis reproducible, fiable y comparable a través de un software. Al utilizar el método cuantitativo, el principal desafío al que nos enfrentamos es la variabilidad de la temperatura de la piel, debido a la presencia de múltiples los factores de influencia, lo que nos obliga a no centrarnos en temperaturas absolutas (por ejemplo: esta rodilla está a 28,5ºC) sino en temperaturas relativas. Entre ellas, la asimetría térmica es la métrica más sólida y utilizada en la actualidad.

Las aplicaciones de la termografía han sido discutidas en otras entradas para mejorar la comprensión de la herramienta.

ASIMETRIA TÉRMICA

El cuerpo humano está diseñado para mantener un equilibrio, en las ciencias biomédicas este concepto se conoce como homeostasis. La termorregulación es uno de los principales sistemas regidos por este principio. Por eso, autores como Uematsu (1988) han demostrado en individuos normales asintomáticos que “el grado de asimetría térmica entre lados opuestos del cuerpo es muy pequeño”, con valores por debajo de 0,38ºC. Las asimetrías térmicas entre regiones bilaterales de interés (ROI por sus siglas en inglés), con temperaturas máximas o medias, se ha mostrado como un método válido en varios estudios (Formenti et al., 2018).

Por eso utilizamos asimetrías térmicas desde la primera imagen. En el software ThermoHuman, hemos creado una escala de asimetrías que resalta con diferentes colores las asimetrías térmicas por encima de 0.3ºC, con el objetivo de poder detectar de un simple vistazo áreas que no están en equilibrio térmico

ASIMETRÍA TÉRMICA DE TEMPERATURAS MEDIAS

La asimetría térmica (mostrada como Asimetría en ThermoHuman) compara la temperatura media de la piel de una ROI con la bilateral. Recomendamos utilizar esta métrica sobre todo en el caso de que se esté analizando un sujeto en la primera o primeras evaluaciones. En el siguiente ejemplo observamos la primera evaluación de un atleta, que practica un deporte colectivo que implica movimientos de alta intensidad. Los avatares de ThermoHuman nos muestran importantes asimetrías (por encima de 0,3ºC) en el tobillo y pie izquierdos, y en la zona posterior del muslo derecho que podrían producirse por esa exigencia de repetidos esfuerzos de su disciplina.

Termogramas y avatar de ThermoHuman mostrando asimetrías de temperaturas medias

En una investigación reciente, del grupo de ThermoHuman, se ha visto que analizando a 950 atletas sanos y sin dolor la diferencia general de asimetría es de 0,004ºC +- 0,066ºC (Véase figura 3). Es decir, que se espera un nivel de homeostasis elevado en todas las regiones cuando el atleta esta sano (Escamilla-Galindo et al. 2022)

Whole body asymmetries n950.png
Figura 3. Extracto de la presentación del congreso ECSS 2022 con los valores normativos para las regiones corporales.

En el siguiente vídeo se expone la comunicación oral presentada en el ECSS 2022 con la investigación de los valores normales de temperatura entre regiones en 950 atletas:

ASIMETRÍA TÉRMICA DE TEMPERATURAS MÁXIMAS

El análisis de las asimetrías térmicas máximas (mostradas como «Asimetría (Max)» en ThermoHuman) es una alternativa interesante. Sigue el mismo principio que la asimetría térmica de medías, pero comparando los datos de temperatura máxima dentro de la ROI con su área bilateral. Ambas métricas (asimetrías térmicas máxima y media) están validadas y muestran resultados similares.

Esta métrica es especialmente útil cuando encontramos patologías que generan un aumento localizado y significativo de la temperatura cutánea (lo que conocemos como punto caliente o hot spot) pero que no afecta a toda la ROI y puede que no genere una alarma por asimetría térmica media. En el siguiente ejemplo, vemos el caso de los pies afectados por el virus del papiloma (en la primera articulación del metatarso derecho). A la izquierda, no observamos asimetría térmica media significativa sobre esa ROI, mientras que si lo analizamos con la asimetría máxima obtenemos una alarma muy relevante como vemos en el avatar derecho.

Asimetría de medias
Asimetría de máximas

ASIMETRÍA NEUTRALIZADA

No todas las asimetrías significan lesión”, esta es una afirmación que solemos repetir a menudo. La asimetría neutralizada es la métrica que nos ayuda a identificar mejor si una asimetría térmica es relevante o no.

Aunque Uematsu (1988) y otros autores mostraron que no es habitual obtener asimetrías térmicas, en ocasiones encontramos alarmas por encima de los 0,3ºC (incluso mucho más) en áreas sin dolor, lesión previa o afectadas por factores de influencia. Con una sola imagen, es difícil diferenciar, pero si tenemos la oportunidad de evaluar a alguien con frecuencia, podríamos observar alarmas consistentes y repetidas en alguna región.

Esta métrica requiere varias evaluaciones para establecer, siempre que no haya dolor o lesión, un umbral individual localizado basado en el promedio histórico de cada ROI. Eso es lo que conocemos como construcción de un perfil térmico individualizado. Un ejemplo de la utilidad de esta métrica es neutralizar las asimetrías que genera, por ejemplo, un deporte asimétrico como el tenis o el judo donde el antebrazo dominante presenta una asimetría hipertérmica producida por la adaptación al propio deporte (Arnaiz-Lastras et al.2011).

Imagen sacada del trabajo de Arnáiz-Lastras et al. 2011

En el siguiente ejemplo, vemos el informe de seguimiento de un sujeto con alarma de asimetría constante en su rodilla izquierda. Como es indoloro, no hay lesión ni factores de influencia, cuando elegimos la opción de asimetría neutralizada, la alarma en la rodilla solo aparece en la sexta evaluación, cuando es realmente significativo.

Informe de seguimiento con asimetrías medias constantes en la rodilla izquierda
Mismo sujeto pero mostrando la asimetría neutralizada, solo relevante en la sexta sesión

COEFICIENTE DE VARIACIÓN

Usar solo asimetrías térmicas (independientemente de si son medias, máximas o neutralizadas) tiene dos limitaciones principales: en primer lugar, no somos capaces de detectar problemas bilaterales; y en segundo lugar, nos centramos principalmente en el área más cálida, pero no sabemos si en realidad es porque es ROI con alarma se está calentando o la región bilateral se está enfriando.

El coeficiente de variación es la métrica perfecta para resolver esos problemas y complementar el uso de las asimetrías. Como también sucede con la asimetría neutralizada, el coeficiente de variación requiere varios termogramas para construir un perfil térmico consistente a lo largo del tiempo. Básicamente nos permite analizar la tendencia térmica de una ROI independientemente del región bilateral y la temperatura absoluta, es una métrica basada en la temperatura media histórica y la desviación típica de cada ROI en evaluaciones realizadas sin dolor, lesión o factores de influencia.

En el siguiente ejemplo podemos observar el primer informe de seguimiento que muestra los avatares de asimetría promedio de un jugador de fútbol. Es destacable la asimetría térmica en la rodilla izquierda. Cuando usamos el coeficiente de variación (segunda imagen), podemos ver claramente en la segunda sesión que tanto los tobillos como las rodillas se estaban calentando (independientemente de la asimetría). En la cuarta sesión, la rodilla izquierda estaba más caliente que la derecha (eso es lo que nos dice la asimetría) y el coeficiente de variación la complementa mostrando una tendencia hipotérmica, es decir: la rodilla izquierda está más caliente que la derecha, pero se estaba enfriando.

Informe ThermoHuman de seguimiento mostrando la asimetría de medias
Mismo ejemplo pero mostrando el coeficiente de variación

Este es un factor clave para entender los procesos de termorregulación de los diferentes tejidos, dado que el coeficiente de variación nos permite entender a lo largo del tiempo, si una cierta asimetría es el resultado de un ROI que aumenta la temperatura, que la bilateral se está enfriando o incluso ambas fenómenos a la vez. Un ejemplo muy práctico de esto lo encontramos en los casos de una lesión muscular: por lo general encontramos una asimetría, pero en el región opuesta. ¿Por qué? Porque en caso de asimetrías importantes, ThermoHuman siempre destaca la ROI más caliente, pero eso no siempre significa que el problema se de ahí (echa un vistazo a esta infografía sobre la importancia de la hipotermia y la hipertermia).

El coeficiente de variación nos ayuda a comprender que lo que está sucediendo es que la región lesionada se está enfriando, y no al revés. Esto se observa en el siguiente caso de lesión del soleo derecho, primero mostrando la asimetría neutralizada, luego con el coeficiente de variación (la región lesionada aparece con una línea morada, lo cual indica que existía dolor).

Termogramas y avatares mostrando la asimetría neutralizada en un caso de lesión del soleo derecho
Mismo caso mostrando la métrica de coeficiente de variación, que indica claramente que lo que había sucedido era un descenso de temperatura en la región lesionada

COEFICIENTE DE VARIACIÓN SUAVIZADO

En algunos casos, el resultado del coeficiente de variación puede mostrar tendencias extremas. Como puede observarse en el siguiente informe de seguimiento, los resultados del coeficiente de variación muestran tendencias extremas de frío y calor de una evaluación a la siguiente.

Informe de seguimiento mostrando cambios drásticos del coeficiente de variación

Este puede ser el caso de sujetos que han sido analizados a lo largo del tiempo con largos periodos entre evaluaciones o con diferentes condiciones externas (temperaturas ambiente más cálidas o más frías) creando cambios globales en todo el cuerpo (como queda patente en el anterior ejemplo). Para evitar este sesgo, utilizamos el coeficiente de variación suavizado, que resta el aumento o disminución general de la temperatura de la piel para enfatizar aquellas ROI que han sufrido un cambio significativo.

OTRAS FUNCIONALIDADES

LA TEMPERATURA DE LA CARA

Para poder visualizar la temperatura de la cara es necesario realizar un protocolo de tren superior por la parte anterior (Recuerda no cometer ninguno de estos errores comunes en la evaluación para que la foto se pueda procesar). De forma automática el software va a segmentar y calcular la temperatura de la cara dentro de ese protocolo y la mostrará en el «hoover», es decir, en el cartel que sale cuando nos ponemos encima de una región de interés en la vista de avatares. (Véase la figura 7)

Figura 7. Evaluación de un sujeto para el protocolo de tren superior (Parte anterior y posterior). Al colocar el cursor encima de la ROI del pecho/chest obtenemos una referencia en la última fila para la temperatura de la cara en este caso 35,2ºC.

Como se puede observar en la Figura 7 la temperatura de la cara se puede visualizar colocando el cursor sobre cualquier ROI, en este caso se eligió la ROI del pecho, y en el ultimo renglón aparece la temperatura de la cara con un valor de 35,2ºC.

Este dato nos permite visualizar una región de especial interés por su relación con la temperatura central del cuerpo, su estabilidad en la toma repetida de evaluaciones y la capacidad para generar proporciones con otras regiones. Recordamos que la temperatura de la cara está relacionada con los procesos febriles y nos permite relacionar la temperatura interna con la temperatura del canto interno del ojo por medio de esta métrica (Zhou et al. 2020Pascoe et al. 2010Mercer et al. 2009). 

Figura 8. Región del canto interno del ojo, donde se extrae la temperatura para el análisis térmico (A) y comparación de medida con termografía y con termómetro de contacto axilar de dos personas, una con fiebre (B) y otra sin fiebre (C).

En la figura 9 podemos observar la región de la cara donde se mide la temperatura en estados febriles. Se considera que la diferencia entre temperatura central (Tcore) y temperatura de la piel (Tskin) es de ±0.5 ºC, por lo que si la medida sobrepasa los 39 ºC, se considera peligroso.

ISOTERMAS

Las isotermas es una funcionalidad común en el ámbito de la termografía, las cámaras incluyen una función que permite visualizar los rangos más opuestos de la escala. En ThermoHuman hemos incluido esa posibilidad desde la selección de avatares.

Existe la posibilidad de seleccionar en el informe de grupo o en el informe de seguimiento individual la funcionalidad isotermas para visualizar, en una escala de 1 score Z, 1,5 score Z y 2 score Z por arriba y por abajo de la desviación estándar, los valores más opuestos de la escala. (Véase la figura 9).

Figura 9. Escala de isotermas sobre el informe de seguimiento individual de una jugadora de fútbol. Las zonas en rojo indican la desviación de la escala por encima. Las zonas en azul indican la desviación por debajo de la escala.

Con esta funcionalidad se visualiza de una forma rápida los patrones anormales que están relacionados con las areas hipertérmicas y/o hipotérmicas. Esta visualización además permite ver aquellos patrones individuales que ser repiten con el tiempo a consecuencia de la condición de los atletas y que permiten un análisis más avanzado (Barcelos EZ, et al 2014). Es una escala avanzada de los termogramas que resalta lo más hipotérmico y lo más hipertérmico.

TERMOGRAMAS CON ESCALA DE COLOR CONSTANTE

Otra funcionalidad que tiene ThermoHuman es la capacidad de modificar la escala dentro del propio software para establecer una visión más adaptada a las necesidades. Esta modificación de la escala va a afectar a todos los protocolos seleccionados tanto en los informes de grupo como de seguimiento (Este hecho es reseñable, ya que una vez se modifique la escala y se acepte la modificación, los cambios siendo otra vez modificables no serán reversibles a la primera visualización).

ThermoHuman, en un primer momento cuando segmenta y analiza, genera una imagen con una escala de color basada en los valores máximos y mínimos de la propia imagen que permite optimizar el rango de visualización, maximizando el contraste entre los valores más altos y bajos de temperatura. Al optimizar el rango de cada imagen las escalas son diferentes en las series históricas de una persona o de un grupo.

Por ello este modo de visualizar no permite una comparativa entre las imágenes analizadas en diferentes momentos, porque en dos imágenes diferentes un mismo color no representa un mismo valor de temperatura.

De ahí la necesidad de crear los termogramas con la escala de color constante para permitir visualizar todos los termogramas con una misma escala definida por el usuario, de modo que en estas vistas comparadas se puede ver fácilmente la evolución térmica, a costa de poder perder contraste dentro de una misma imagen.

Cuando nos metemos en un informe de grupo o en uno de seguimiento y accedemos a esta funcionalidad vamos a ver que cuando seleccionamos un protocolo y decidimos hacer una modificación de la escala, se va aplicar a todas las imágenes con ese protocolo seleccionado. (Véase figura 10)

Figura 10. Modificación de la escala para el protocolo de piernas anterior, modificando la escala para hacer todas las imágenes iguales con una escala 24,8 para el rango frío y 31,1 para el rango caliente. En el informe de seguimiento individual de la misma jugadora de la figura 9.

Está modificación permite de un vistazo, al homogeneizar las temperaturas de la escala para toda las imágenes de los diferentes días, visualizar que días había un cambio cualitativo en la temperatura tanto hacia las regiones calientes como frías. En los informes de grupo también es muy útil al visualizar los diferentes individuos y ver de forma cualitativa quien parece más frio y/o mas caliente en la evaluación del mismo día. Además, es un análisis avanzado que permite encontrar regiones y focos hipertérmicos y/o hipotérmicos de forma similar a la isotermas.

Por ejemplo a nivel cualitativo parece que la jugadora los días 31 de Enero y 8 de febrero estaba más frio de forma general mientras que el 3 de febrero estaba más caliente.

SISTEMA DE ALARMAS

La última funcionalidad dentro del software es la inclusión del sistema de alarmas que bajo un calculo avanzado, con una ecuación que tiene en cuenta desde el histórico de lesión del jugador, la asimetría de la región hasta la epidemiología del deporte, va a calcular una serie de alarmas de forma semafórica (Amarillo, naranja y rojo) y que se van a colocar en forma de etiquetas en el «tooltip», la zona que está encima de las evaluaciones. La leyenda lateral cuando seleccionamos la vista de alarmas nos informa de que significa cada color (Véase imagen 6).

Imagen 6. Escala de alarmas en la vista de alarmas si se coloca el cursor encima del numero aparece un carter que informa del significado

En la siguiente tabla aparece la explicación para cada valor de la escala del sistema de alarmas:

Tabla 1. Niveles de alarma y propuestas de intervención

Si el software detecta que el jugador tiene una anomalia en una de las regiones que puede suponer un riesgo de lesión va a colocar para esa región según la ecuación una señal. (Recordemos que el software aprende de nosotros, por lo tanto si colocamos las molestias previas o las lesiones previas le será de gran ayuda para calcular las alarmas. Del mismo modo, nos necesita porque no reconoce los factores de influencia y puede colocar una alarma grave cuando lo que ha podido ocurrir es una mala segmentación, la aplicación de hielo, tratamiento etc. que genera una asimetría significativa).

Este sistema de alarmas nos permite cribar las regiones con mayor relevancia en un individuo dentro del informe individual, de seguimiento o en los informes de grupo, para filtrar de una manera más rápida aquellas evaluaciones que tienen una importancia mayor. (Véase figura 11)

Figura 11. Informe de seguimiento de la jugadora con la evolución de sus alarmas colocadas como etiquetas encima de los termogramas.

Como podemos apreciar en el ejemplo, el día más significativo es el 3 de febrero donde salen etiquetas rojas y naranjas que nos indican que esa rodilla derecha y pierna derecha en general tiene un patrón térmico fuera de la normalidad y que habría que elegir una estrategia de intervención para resolverlo.

La lógica del sistema de alarmas es ofrecer un primer nivel de aproximación para mejorar la interpretación del software ThermoHuman y que estas etiquetas sirvan para ofrecer a los staff de los equipos diferentes niveles de intervención según la premura y el nivel de alerta que muestre el sistema de alarmas.

RECORDATORIO

Todas las métricas que requieren varias evaluaciones, y que por consiguiente utilizan medias históricas (asimetría neutralizada y ambos coeficientes de variación) pueden mostrarte esta alarma en el informe de seguimiento:

Significa que los valores de esta sesión no se utilizan en el cálculo de métricas históricas porque se ha indicado que alguna ROI tiene dolor, lesión y / o presencia de factores de influencia. Por lo tanto, es posible que se muestre un avatar o que los resultados se basen en cálculos de otras sesiones «limpias». Puedes ver un ejemplo aquí:

Informe de seguimiento con sesiones «vacías» y recordatorios en algunas de ellas

Si deseas incluir esas sesiones en el cálculo global, simplemente haz clic en el siguiente botón de embudo:

De esta manera podrás visualizar esas métricas de manera completa, incluyendo las sesiones con dolor, lesión y / o factores de influencia.

Mismo informe pero activando el botón de embudo para incluir sesiones con dolor, lesión y/o factores de influencia

CONCLUSIÓN

La termografía nos permite utilizar métricas desde la primera evaluación. Sirva como guía el siguiente resumen práctico:

  • Una o pocas evaluaciones: Utilice principalmente asimetría térmica de temperaturas medías (“Asimetría” tal y como aparece en ThermoHuman) para detectar desequilibrios significativos, útil para la prevención y el apoyo al diagnóstico.
  • Más de 4 evaluaciones: Principalmente en los casos en los que el enfoque es la prevención, recomendamos encarecidamente que utilices la asimetría neutralizada ya que será más precisa que la asimetría térmica media para detectar los desequilibrios significativos, dado que las alarmas están basadas en la perfil térmico histórico de esa persona
  • Más de 4 evaluaciones: Independientemente de nuestra principal aplicación (prevención, apoyo al diagnóstico, seguimiento de lesiones o cuantificación de carga interna) ambos coeficientes de variación te ayudarán a comprender si, independientemente de la existencia de asimetrías, existen tendencias térmicas frías o calientes.

La termografía infrarroja es una solución que nos permite obtener información relevante desde el primer momento. Obviamente, cuantas más evaluaciones tengamos, mejor, ya que  ThermoHuman nos da la posibilidad de un análisis más rico y complementario utilizando todas estas          métricas.


Uematsu, S., Edwin, D. H., Jankel, W. R., Kozikowski, J., & Trattner, M. (1988). Quantification of thermal asymmetry. Part 1: Normal values and reproducibility. J Neurosurg, 69(4), 552-555. doi: 10.3171/jns.1988.69.4.0552

Formenti, D., Ludwig, N., Rossi, A., Trecroci, A., Alberti, G., Gargano, M., . . . Caumo, A. (2018). Is the maximum value in the region of interest a reliable indicator of skin temperature? Infrared Physics & Technology, 94, 299-304. doi: https://doi.org/10.1016/j.infrared.2018.06.017

Arnaiz Lastras, J., Fernández Cuevas, I., Gómez Carmona, P. M., Sillero Quintana, M., García de la Concepción, M. Á., & Piñonosa Cano, S. (2011, 6th-9th july). Pilot study to determinate thermal asymmetries in judokas. Paper presented at the 16th Annual Congress of the European College of Sport Sciences ECSS, Liverpool, United Kingdom.

Europa Thermohuman ThermoHuman ha contado con el apoyo de los Fondos de la Unión Europea y de la Comunidad de Madrid a través del Programa Operativo de Empleo Juvenil. De igual manera ha participado en el Programa de Iniciación a la Exportación ICEX Next, contando con el apoyo de ICEX y con la cofinanciación del fondo europeo FEDER.

CDTI ThermoHuman ha recibido financiación del Centro para el Desarrollo Tecnológico Industrial (CDTI), con la participación del Fondo Europeo de Desarrollo Regional (ERDF), para la creación de una nueva herramienta basada en termografía para la prevención y predicción de artritis reumatoide. Ver detalle del proyecto.