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Título de la ponencia
El reto de la protección de pasajeros infantiles con discapacidad
Autor/Autores
Francisco J. López-Valdés, Óscar Juste, Juan J. Alba
Dirección postal:
Instituto de Investigación en Ingeniería de Aragón – Edif. I+D+i
c/ Mariano Esquillor s/n, 50018, Zaragoza (España)
Tfn: +34 976 76 27 07 Fax: +34 976 76 20 43
Correo electrónico: [email protected]
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1.- Resumen
La correcta retención en los vehículos de niños que presentan discapacidad es un reto para
el diseño de sistemas de retención infantil (SRI). Estos niños presentan deficiencias motoras
que originan posiciones desfavorables en las que la efectividad del SRI resulta
comprometida.
Estudios de campo demuestran que las lesiones graves más frecuentes entre la población
pediátrica son los traumatismos cráneo-encefálicos. Estas lesiones con frecuencia se
atribuyen a un incorrecto funcionamiento del SRI debido a una mala postura del niño. Este
riesgo aumenta en el caso de niños con discapacidad.
El presente estudio evalúa el beneficio aportado por un sistema ortopédico diseñado para
sostener la cabeza de los niños con deficiente control cefálico por hipotonía muscular
cuando este sistema es incorporado al tradicional SRI. Este sistema restringe parcialmente
el movimiento de la cabeza en los planos sagital, frontal y transversal del ocupante.
Un total de 11 niños entre 3 y 14 años con diversos grados de discapacidad fueron
expuestos a un trayecto de 45 minutos. Cada niño realizó el trayecto en dos ocasiones: una
utilizando el sistema ortopédico y otra sin utilizarlo. El vehículo fue equipado con un sistema
óptico de medida que permitió medir la posición y orientación de la cabeza y el torso del niño
durante el trayecto.
El sistema redujo la frecuencia con la que los niños incurrían en situaciones potencialmente
peligrosas. El sistema redujo significativamente las posiciones extremas de flexión y flexión
lateral de la cabeza (90-percentil). También redujo los desplazamientos de la cabeza en el
plano sagital y frontal. Además, contribuyó a mejorar la posición en el vehículo de los niños,
siendo este efecto más importante en los niños más grandes.
Se concluye que un sistema que controle eficazmente la posición de la cabeza contribuye a
la mejora de la posición global del niño con discapacidad.
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2.- Texto Completo del trabajo (máximo 10.000 palabras)
Introducción
Uno de los problemas más complicados de resolver a la hora de proporcionar una adecuada
protección al ocupante durante una colisión consiste en asegurar que el ocupante se
encuentre en una posición idónea para que el sistema de retención (cinturón de seguridad o
airbag) actúe de forma efectiva y no cause lesiones debido a un mal uso del mismo. Las
situaciones en las que el ocupante se encuentra en una posición desfavorable se
denominan en la literatura anglosajona como situaciones out-of-position (fuera de posición) y
se conocen comúnmente como OOP, utilizando las primeras letras de cada palabra.
La literatura sobre las posibles lesiones causadas por un incorrecto uso de los sistemas de
retención es abundante (Kent, 2004; Segui-Gomez, 2000; Graham y cols., 1998). Quizá los
estudios más conocidos son los referidos a la polémica surgida en Estados Unidos cuando
los vehículos empezaron a ir equipados con airbags pero los ocupantes no utilizaban el
cinturón de seguridad.
Con el aumento del número de airbags en los vehículos, incluyendo los de las plazas
traseras que son típicamente ocupadas por niños, se produjo la discusión de si los airbags
traseros podrían ser una fuente de lesiones para los ocupantes más jóvenes. Arbogast y
Kallan (2007) analizó datos procedentes de una muestra reducida de colisiones en Estados
Unidos, concluyendo que los airbags traseros de reciente diseño no suponían un factor de
riesgo para los ocupantes pediátricos sino más bien todo lo contrario. Maltese y cols. (2007)
estudió una muestra aún más reducida de niños que habían participado en una colisión
lateral en la que el vehículo no contaba con airbags laterales encontrando que las lesiones
de cabeza (contusiones, daño axonal difuso y hemorragias o hematomas subdurales o
subaracnoideas) y las lesiones toracoabdominales (laceraciones y contusiones en el hígado,
contusiones pulmonares, fracturas de costillas y fracturas claviculares) ocurrieron por
contacto directo con las estructuras del panel puerta o contra el otro vehículo participante en
la colisión. Aunque un airbag lateral podría potencialmente reducir la gravedad y la
frecuencia de estas lesiones, como indicaba el estudio de Arbogast and Kallan (2007), es
importante tener en cuenta que el ocupante debe de estar ocupando una postura correcta
cuando se produzca el inflado del airbag.
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El estudio de las posturas adoptadas por los niños mientras viajan en un vehículo ha
motivado la realización de diversos estudios observacionales o naturalísticos. Estos estudios
han sido necesarios para promover la utilización de cojines elevadores que favorezcan una
buena posición del cinturón de seguridad en el torso del niño, proporcionando un buen
ángulo de la banda del hombro y que pase sobre la clavícula sin estar muy cerca del cuello y
una correcta colocación de la banda ventral, evitando que el cinturón resbale sobre la pelvis
y presione excesivamente los órganos abdominales (Arbogast y cols., 2007). Uno de estos
estudios observacionales, Forman y cols. (2011), observó que en el caso de niños utilizando
un cojín elevador sin respaldo o directamente el cinturón de seguridad (cuando eran lo
suficientemente altos como para hacerlo) y que iban dormidos en el asiento trasero, se
producían situaciones en las que el ajuste del cinturón sobre el torso del niño era
potencialmente peligroso, como puede verse en la Figura 1. Sin embargo, cuando el niño
utilizaba un cojín con respaldo, las estructuras laterales del respaldo permitían que la
posición relativa entre el niño y el cinturón fuese correcta. La Figura 1 también muestra un
ejemplo de este caso.
a. b.
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Figura 1 Estudio observacional de Forman y cols. (2011) mostrando el cinturón
completamente salido del hombro (a), el cinturón presionando contra el cuello (b), movido
hacia arriba evitando el esternón (c) y en buena posición (d).
Lopez-Valdes y cols. (2012) realizó un estudio observacional en adultos que iban dormidos
en las plazas traseras. El objetivo del estudio era evaluar si un sistema de sujeción de la
cabeza, diseñado para proporcionar confort y facilitar que el ocupante se pudiera dormir en
el vehículo, influía positiva o negativamente sobre la seguridad del ocupante. Para ello se
diseñó un estudio de caso-control de casos emparejados en el que se comparaba la
posición de la cabeza y el torso de cada ocupante cuando utilizaba el sistema y cuando no
lo hacía. El estudio encontró que el uso del sistema evitaba de forma significativa que los
ocupantes incurrieran con la misma frecuencia en situaciones OOP cuando se dormían.
Estos dos previas investigaciones motivaron la realización del presente estudio
observacional. Por un lado, los niños con parálisis cerebral que les impide controlar
correctamente la cabeza por problemas de falta de tono muscular se comportarían de forma
similar a los niños dormidos del estudio de Forman y cols. (2011). Por otro, la utilización del
sistema estudiado en el trabajo de Lopez-Valdes y cols. (2012) podía ayudar potencialmente
a que estos niños mantuvieran una posición más correcta cuando son usuarios de un
vehículo. Por tanto, el presente estudio tiene dos objetivos:
Analizar las situaciones de desplazamiento fuera de posición en ocupantes infantiles
que sufren un deficiente control cefálico por hipotonía muscular.
Evaluar la efectividad de un sistema de retención de nuevo diseño en la prevención
de situaciones de desplazamiento fuera de posición en este sector de la población.
c. d.
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El estudio estuvo parcialmente financiado por la Dirección General de Tráfico de España,
bajo la línea de investigación “Identificación de debilidades en la capacidad de prevención
de lesiones de los dispositivos en sujetos con discapacidad” dentro del objetivo general
“Lesiones por desplazamiento fuera de posición del ocupante en niños con discapacidad
(V.2.A)” en el año 2012.
Métodos
Sujetos del estudio
Los criterios de inclusión en el estudio fueron:
niños entre 3 y 14 años con discapacidad y mal control cefálico por hipotonía
muscular,
utilización de un sistema de retención infantil homologado según el reglamento ECE
R44, o en su defecto un molde personalizado.
Los criterios de exclusión fueron:
niños con hipertonía espasmódica
niños con restricciones mecánicas fijas en la zona cervical
niños que puedan desarrollar mareo cinético al viajar como ocupantes en un vehículo
en movimiento.
Las características de los voluntarios más relevantes en el estudio se muestran en la Tabla
1.
Tabla 1 Principales características de los voluntarios del estudio
ID Edad Sexo Sistema de retención
1 9 Niña Silla grupo I/II, arnés
2 3 Niña Silla grupo I/II, arnés
3 3 Niña Silla grupo I, arnés
4 12 Niño Cojín elevador con respaldo, cinturón de 3 puntos
5 12 Niña Silla grupo I/II, arnés
6 9 Niña Silla grupo I/II, arnés
7 14 Niño Cinturón de 3 puntos
8 3 Niña Silla grupo I, arnés
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9 5 Niño Cojín elevador con respaldo, cinturón de 3 puntos
10 4 Niño Silla grupo I, arnés
11 6 Niño Colchón para confort, cinturón de 3 puntos
Dispositivo de estudio: el headpod
El headpod es un dispositivo diseñado para controlar el deficiente control cefálico en niños
con hipotonía combinada de cuello y tronco. Se comercializa en tiendas especializadas para
niños entre 2 y 12 años que tengan enfermedades neurológicas o condiciones que causen
debilidad en la musculatura cervical. No se recomienda su uso si el problema en lugar de ser
muscular es óseo o si existen espasmos o contracciones involuntarias de la zona cervical.
El headpod fue diseñado primariamente como un sistema auxiliar que permitiera mejorar la
calidad de vida de los niños indicados anteriormente, pero no directamente como un
elemento de seguridad para el automóvil. El sistema actúa permitiendo la alineación vertical
de la cabeza y de la columna cervical, sin inducir tensiones extremas en el cuello. Debido a
ello, permite que los músculos cervicales trabajen en condiciones fisiológicas óptimas,
facilitando así el control motor de la cabeza. El sistema permite el movimiento de la cabeza
en cualquier dirección del espacio excepto hacia abajo, pero limita los desplazamientos
extremos. La Figura 2 muestra un esquema de la colocación del headpod en la cabeza del
sujeto y de su fijación al vehículo.
Figura 2 Ejemplo de colocación del headpod y de su fijación al reposacabezas del vehículo.
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Instrumentación
Un vehículo monovolumen fue equipado con un sistema de captación de movimiento en tres
dimensiones (OptiTrack ©). Este sistema es capaz de reconstruir el movimiento de un sólido
rígido en el espacio, identificando sus seis grados de libertad. Además de las cámaras de
captación, se necesita un ordenador portátil para controlar el sistema de cámaras así como
una cámara de grabación convencional que permita obtener el movimiento del ocupante en
tiempo real.
El sistema de captación de movimiento utiliza un conjunto de cámaras infrarrojas que
capturan la posición de una serie de marcadores reflectantes en un volumen calibrado. Para
ello, es necesario que en cada instante haya al menos dos cámaras viendo cada uno de los
marcadores utilizados y que el sistema de cámaras esté conveniente calibrado y las
posiciones relativas de las cámaras permanezcan fijas durante el tiempo de grabación. En la
Figura 3 se puede ver la colocación de las cámaras sobre una barra rígida en el interior del
vehículo.
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Figura 3 Superior: colocación de las cámaras en el interior del vehículo desde la perspectiva
del ocupante. Inferior: instrumentación del vehículo.
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La frecuencia de adquisición de datos para el presente estudio fue de 10 Hz. Se midieron los
desplazamientos y rotaciones de la cabeza y el tórax. Cada uno de estos sólidos rígidos se
identificó por medio del correspondiente sistema de tres marcadores reflectantes no
alineados. Estos sistemas fueron diseñados específicamente para el estudio y cada uno de
ellos define un sistema de referencia local (SRL). Además, el método de reconstrucción del
movimiento exige definir un sistema de referencia global (SRG) de ejes ortogonales cuyo
origen se eligió solidario al habitáculo del vehículo. El eje X del SRL coincidía con la
dirección de marcha frontal del vehículo, el eje Y apuntaba en dirección vertical superior y el
eje Z se eligió para completar un triedro directo. De esta forma, el sistema de captación de
movimiento permitía medir la posición y la orientación de los tres SRL en el SRG descrito
anteriormente. La Figura muestra la posición de los marcadores en el caso de uno de los
voluntarios.
Este sistema de captura de movimiento tridimensional se combinó con un modelo de
simulación humano (avatar). La integración de la captura de datos con el modelo humano se
realizó con la plataforma de desarrollo Vizard VR Toolkit de la compañía Word-Viz,
especializada en realidad virtual. En este software se implementó un modelo humano que
permitía visualizar en tiempo real el movimiento del modelo humano.
Desarrollo del experimento
Los voluntarios acudieron al estudio utilizando el sistema de retención que habitualmente
utilizan cuando viajan en el interior de un vehículo. Este sistema de retención fue instalado
en el interior del vehículo utilizado en el estudio por el acompañante del voluntario (padre o
madre). Cada voluntario fue expuesto a dos viajes en un trayecto de 20 km en la autovía E-
7. Como muestra la Figura , cada trayecto consistió en un viaje ida/vuelta entre la salida 14
de la autovía E-90 y la población de Villanueva de Gállego. Este tramo es un tramo
fundamentalmente rectilíneo en el que se puede mantener una velocidad constante en torno
a 100 km/h, con lo que la duración aproximada de cada trayecto fue de 20 minutos. En uno
de los trayectos, el voluntario viajó utilizando el sistema headpod mientras que en el
segundo trayecto viajó sin ningún tipo de sistema adicional. El orden de utilización del
sistema fue aleatorio. La captación de datos se interrumpió cuando el vehículo no circulaba
por la carretera E-7 (en los tramos de cambio de sentido) para eliminar el efecto que los
tramos no rectilíneos pudieran causar en el movimiento de la cabeza de los voluntarios.
También se interrumpió la captura de datos si el voluntario se situaba en una mala posición
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en el vehículo y por su seguridad era necesario sentarlo en una postura más adecuada o si
con un movimiento súbito despegaba cualquiera de los marcadores de posición. Los
voluntarios fueron acompañados por su padre o madre en todo momento.
Figura 5 Trayecto utilizado en el estudio. Cada
voluntario realizó el recorrido A-B-A dos veces
(una utilizando el sistema headpod y otra sin
utilizarlo).
Figura 4 Colocación de los marcadores
reflectantes en uno de los voluntarios.
Análisis
Los parámetros que se analizaron en el estudio fueron los siguientes:
- Flexión (plano sagital), flexión lateral (plano frontal) y rotación (plano transversal) de
la cabeza (Figura 4)
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- Desplazamientos absolutos del punto superior de la cabeza en los planos sagital y
frontal.
Ángulo de flexión de la cabeza en el plano sagital
Ángulo de flexión lateral de la cabeza en el plano frontal
Ángulo de rotación de la cabeza en el plano transversal
Figura 4 Representación de los ángulos medidos en el estudio.
Estos parámetros fueron los considerados más indicativos de posiciones potencialmente
peligrosas de los ocupantes (ángulos extremos y desplazamientos extremos de la cabeza).
En la comparación de los ángulos de la cabeza se utilizó el contraste no paramétrico de la U
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de Mann-Whitney para el valor 90-percentil de los valores registrados durante los ensayos.
El nivel de significación estadística se fijó en 0.05. En cuanto al análisis de los
desplazamientos del punto superior de la cabeza, se compararon visualmente los gráficos
box-plot de la distribución de la magnitud de estos desplazamientos durante la realización de
la prueba. Los análisis estadísticos fueron realizados con el software Minitab ©.
Resultados
Comparación de los valores 90-percentil del ángulo de flexión, ángulo de flexión lateral y
ángulo de rotación de la cabeza. Prueba de la U de Mann-Whitney
Los resultados obtenidos en el contraste estadístico se presentan en la Tabla 2.
Tabla 2 Resultados del contraste estadístico para los valores 90-percentil de los ángulos
girados por la cabeza
Parámetro U de Mann-
Whitney p-valor
Mediana del 90-
percentil con headpod
Mediana del 90-
percentil sin headpod
Flexión 100.0 0.0878 20.48 25.87
Flexión lateral 93.0 0.0302 11.49 18.82
Rotación 129.0 0.8955 43.37 41.72
Como se aprecia en la tabla, sólo se encontraron diferencias estadísticamente significativas
a un nivel de 0.05 en el valor del 90-percentil del ángulo de flexión lateral, que resultó
significativamente más pequeño en el caso de utilizar el headpod. En cuanto al ángulo de
flexión, el contraste estadístico produjo un valor muy cercano a alcanzar significación
estadística en el que de nuevo la utilización del headpod reducía el valor medido. Por último,
las diferencias en el ángulo de rotación no tuvieron significación estadística. Esos resultados
son coherentes con el diseño del headpod que limita movimientos angulares extremos en
los planos sagital y frontal, pero no ofrece ninguna restricción a la rotación de la cabeza en
el plano transversal.
Desplazamientos absolutos del punto superior de la cabeza en el plano sagital y frontal
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Como se indicó anteriormente, se procedió a la inspección visual de los diagramas box-plot
de estos desplazamientos (Figura 5, Figura 6 y Figura 7)
Desplazamiento plano sagital Desplazamiento plano frontal
Vol Con headpod Sin headpod Con headpod Sin headpod
1
De
sp
lazam
ien
to (
mm
)
2
Desp
lazam
ien
to (
mm
)
3
Desp
lazam
ien
to (
mm
)
4
Desp
lazam
ien
to (
mm
)
Figura 5 Box-plot del desplazamiento del punto superior de la cabeza en el plano sagital
(izquierda) y en el frontal (derecha), en función del uso del headpod. Voluntarios 1, 2, 3 y 4.
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Desplazamiento plano sagital Desplazamiento plano frontal
Vol Con headpod Sin headpod Con headpod Sin headpod
5
De
sp
lazam
ien
to (
mm
)
6
Desp
lazam
ien
to (
mm
)
7
Desp
lazam
ien
to (
mm
)
8
Desp
lazam
ien
to (
mm
)
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Figura 6 Box-plot del desplazamiento del punto superior de la cabeza en el plano sagital
(izquierda) y en el frontal (derecha), en función del uso del headpod. Voluntarios 5, 6, 7 y 8.
Desplazamiento plano sagital Desplazamiento plano frontal
Vol Con headpod Sin headpod Con headpod Sin headpod
9
De
sp
lazam
ien
to (
mm
)
10
Desp
lazam
ien
to (
mm
)
11
Desp
lazam
ien
to (
mm
)
Figura 7 Box-plot del desplazamiento del punto superior de la cabeza en el plano sagital
(izquierda) y en el frontal (derecha), en función del uso del headpod. Voluntarios 9, 10 y 11.
Los desplazamientos del punto superior de la cabeza permiten cuantificar el riesgo de
contacto con el lateral del vehículo o con la parte posterior del asiento delantero: ambas son
situaciones que se desearán evitar. En los diagramas box-plot mostrados en las páginas
anteriores, el desplazamiento cero coincide con la posición inicial en la que la cabeza está
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alineada con el tórax y ambos están orientados verticalmente: esta es la situación ideal de
posición del ocupante.
Por tanto, cuanto más cercanos estén los valores de la mediana y los valores del 25-
percentil y el 75-percentil al valor de desplazamiento cero el usuario ocupara una posición
más segura. De forma general, se observa que tanto para el desplazamiento en el plano
sagital como en el plano frontal, la utilización del headpod acerca la mediana de la
distribución de posiciones a cero. Este efecto fue más importante cuanto más mayor era el
niño, puesto que el sistema se adaptaba mejor a su antropometría.
Por otro lado, en el caso en el que los niños utilizasen un sistema de retención infantil del
grupo I, el efecto de la utilización del headpod fue más limitado, puesto que el propio
sistema de retención ayudaba a mantener la cabeza en una posición centrada.
Hay que mencionar que en el caso del voluntario número 3, el pequeño tamaño de la
cabeza del niño dificultó la posición adecuada del headpod, que tuvo que ser reposicionado
varias veces. Es por ello que los valores numéricos de este caso no son fiables. La
observación de las imágenes de la cámara de vídeo incluida en el vehículo permitió
comprobar que el movimiento de la cabeza fue mínimo cuando el voluntario estaba
utilizando el sistema.
Discusión
Según el conocimiento de los autores este es el único estudio naturalístico que ha evaluado
la posición de ocupantes pediátricos con discapacidad en el interior de un vehículo. Debido
a sus condiciones particulares, los sistemas de retención infantil tradicionales pueden no
resultar suficientes para garantizar un adecuado nivel de protección a estos ocupantes. Es
por ello que la Dirección General de Tráfico ha incluido la protección de ocupantes con
discapacidad como una de las líneas de investigación necesarias en los próximos años.
Además de la observación directa mediante una cámara de vídeo, se ha desarrollado una
metodología que permite la medición precisa de la posición de la cabeza y el tórax. Por tanto
se han podido realizar estudios cuantitativos sobre la posición de estos ocupantes.
Cualitativamente, se ha observado que la correcta colocación de los sistemas de retención
en niños que sufren de parálisis cerebral, especialmente aquellos cuya antropometría impide
la utilización de un sistema de retención infantil con arnés, supone un reto difícil de
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conseguir, debido a las diferencias posturales y dimensionales que presentan estos niños.
Con frecuencia, los niños más mayores, y que no necesitan de sistema de retención infantil,
no presentan una geometría del cinturón que se pueda considerar segura.
En cuanto al dispositivo headpod, se ha comprobado que la utilización del dispositivo
permite obtener mejores posiciones del alineamiento cabeza-tronco, tanto al comparar los
ángulos de la cabeza como al medir el desplazamiento lateral y frontal de la misma. A pesar
de que el tamaño muestral era muy reducido, se han detectado diferencias significativas en
la reducción del ángulo de flexión lateral conseguido al utilizar el sistema headpod. Este
beneficio del sistema resultó menor para los niños más pequeños debido a una mayor
dificultad del correcto ajuste a la cabeza y a la contribución del sistema de retención del
grupo I, que recoge la cabeza del niño y limita su desplazamiento (sobre todo si se utiliza
reclinado).
Este estudio se une por tanto a una serie de estudios ya publicados en los que el sistema
headpod facilitó que adultos y niños sin discapacidad adoptarán una mejor postura corporal
al viajar dormidos en vehículos, evitando incurrir tan frecuentemente en situaciones OOP
como cuando no utilizaban el headpod (Lopez-Valdes y cols, 2012; Lopez-Valdes y cols.
2013). La falta de tensión cervical durante el sueño sería comparable a la falta de tensión
muscular causada por la discapacidad.
Este efecto postural beneficioso, unido a la falta de evidencia de efectos perjudiciales (por
ejemplo en el caso de un impacto en el que el headpod podría inducir reacciones cervicales
en el sujeto), sugieren que el sistema podría contribuir a mejorar la seguridad de los
ocupantes más jóvenes en los vehículos. Además de algunos estudios preliminares en caso
de impacto frontal ya publicados (Lopez-Valdes y cols, 2013b), se está llevando a cabo una
evaluación rigurosa del sistema que permita verificar su comportamiento en el caso de
impactos laterales.
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3.- Conclusiones
El diseño del experimento ha permitido evaluar cuantitativamente los efectos que un sistema
flexible de control del movimiento de la cabeza (sistema headpod) tienen sobre la postura de
ocupantes pediátricos con discapacidad.
A pesar del reducido tamaño muestral (11 voluntarios) se ha identificado que el sistema
reduce significativamente los valores del ángulo de flexión lateral de la cabeza y de la flexión
en el plano sagital (con valores cercanos a los de significación estadística). Además el
sistema mejora el alineamiento entre la cabeza y el torso de los ocupantes.
Si bien es necesario continuar evaluando el comportamiento del sistema en otras
circunstancias (como por ejemplo, durante una colisión), los resultados preliminares indican
que la utilización de este sistema podría contribuir a mejorar la seguridad de los ocupantes
con discapacidad al mejorar su postura y por tanto facilitar el funcionamiento correcto de los
sistemas de retención del vehículo.
4.- Referencias Bibliográficas
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