Gait analysis in a box: A system based on magnetometer-free IMUs or clusters of optical markers with automatic event detection

Gait analysis based on full-body motion capture technology (MoCap) can be used in rehabilitation to aid in decision making during treatments or therapies. In order to promote the use of MoCap gait analysis based on inertial measurement units (IMUs) or optical technology, it is necessary to overcome certain limitations, such as the need for magnetically controlled environments, which affect IMU systems, or the need for additional instrumentation to detect gait events, which affects IMUs and optical systems. We present a MoCap gait analysis system called Move Human Sensors (MH), which incorporates proposals to overcome both limitations and can be configured via magnetometer-free IMUs (MH-IMU) or clusters of optical markers (MH-OPT). Using a test–retest reliability experiment with thirty-three healthy subjects (20 men and 13 women, 21.7 ± 2.9 years), we determined the reproducibility of both configurations. The assessment confirmed that the proposals performed adequately and allowed us to establish usage considerations. This study aims to enhance gait analysis in daily clinical practice

AVALIAÇÃO Biomecânica da Marcha Com Exoesqueleto Robótico em Sujeitos Com Avc Crônico

Objetivo: Avaliar o efeito do uso de um exoesqueleto robótico de joelho esquerdo na cinética e cinemática de pacientes com disfunção neuromotora decorrente de Acidente Vascular Cerebral (AVC). Metodologia: Foram comparados os padrões biomecânicos angulares (inerciais) e eletromiográficos (sEMG) durante marcha livre e com o exoesqueleto robótico desenvolvido na UFES, em um percurso de 10 metros. Previamente, houve a avaliação da Máxima Contração Voluntária (MCV) dos músculos a serem avaliados para a normalização dos dados. Resultados: Houve um protocolo piloto onde foram avaliados onze sujeitos saudáveis e posteriormente dois sujeitos com AVC crônico participaram dos experimentos, sendo que em um sujeito foi detectado um coeficiente de correlação de concordância (pc) > 0,80 nos padrões de flexão de joelho e de quadril direitos, e em outro sujeito foi detectada moderada correlação no padrão (pc > 0,80) de flexão dos quadris. Foi detectado coeficiente de correlação de Pearson (r) 70% em flexão de quadril, flexão de joelho direito e planti/dorsiflexão, já o segundo sujeito apresentou Cb 0,05) nos picos de ativação muscular. Conclusões: Os resultados referentes à análise biomecânica de pessoas com AVC crônico foram satisfatórios. Há a necessidade da implementação do protocolo experimental em um maior número de sujeitos com AVC ou com outras complicações neuromotoras

Diseño en tres niveles en el ámbito de la salud. Captura de movimiento para análisis de la marcha en rehabilitación.

En el ámbito de la salud, tecnologías como la captura de movimiento, la dinamometría, o la electromiografía de superficie, entre otras, ofrecen amplias posibilidades para objetivar la capacidad musculoesquelética de los pacientes, favoreciendo el diagnóstico o el seguimiento del proceso de rehabilitación. No obstante, conseguir que estas tecnologías se adapten e integren adecuadamente en el contexto de los servicios sanitarios implica un reto complejo de abordar. En esta tesis se presenta un compendio de publicaciones que dan respuesta a diferentes retos detectados durante el diseño, desarrollo y uso de tecnologías de evaluación del sistema musculoesquelético en el ámbito biosanitario. Particularmente, nos centramos en los sistemas de captura de movimiento; su complejidad a nivel operativo (colocación de diferentes elementos sobre el cuerpo), tecnológico (multitud de dispositivos electrónicos inalámbricos), y de análisis (generación de gran volumen de información) pone de manifiesto la necesidad de abordar esta investigación. - La primera publicación presenta las necesidades que han motivado esta tesis, exponiendo las bases y objetivos de la misma, que se enmarcan en healthcare, biomechanics, y usability. - La segunda introduce la metodología desarrollada Octopus, dirigida a apoyar el diseño de sistemas de captura de movimiento. Esta investigación clasifica y esquematiza los factores que deben considerarse durante el diseño y propone la idea de “Diseño en tres niveles”: servicio, producto y software; que son las principales líneas de trabajo a la hora de desarrollar aplicaciones dirigidas a evaluar el sistema musculoesquelético. Llegados a este punto, y fruto de diferentes colaboraciones del grupo de investigación con hospitales públicos de nuestra comunidad, así como una revisión exhaustiva del estado del arte, los trabajos de investigación se dirigieron hacia un nicho o caso de estudio enmarcado en el contexto de rehabilitación hospitalaria. En concreto, diseñar una prueba clínica de análisis de la marcha basada en captura de movimiento para monitorizar tratamientos de rehabilitación mediante sesiones de medición previas y posteriores a los tratamientos.- Como resultado se elaboró una publicación encuadra en el primer nivel de Octopus, el diseño de servicios. Esta investigación estudia cómo integrar el test de análisis de la marcha en la rehabilitación hospitalaria. Incorporar un micro-servicio (test de análisis de la marcha) en un macro-servicio como es la rehabilitación, no es una tarea sencilla de abordar. Por ello, se propone un enfoque metodológico para evaluar cualitativamente el test de marcha en su contexto, cuya aplicación permitió obtener guías de diseño que proporcionan conocimiento multidisciplinar para integrar el test en la rehabilitación.- Asimismo, se realizó una publicación que responde a otro de los niveles de Octopus, el diseño de producto. Este trabajo presenta un sistema de captura de movimiento llamado Move-Human Sensors (MH) que permite realizar pruebas de análisis de la marcha. Este sistema responde a las necesidades detectadas en el estudio del servicio, e incorpora dos funcionalidades clave: un procedimiento de calibración anatómica que evita las perturbaciones magnéticas las cuales tienen efectos negativos en la captura de movimiento inercial; así como un algoritmo que detecta gait events a partir de los datos de movimiento sin requerir de instrumentación complementaria. - Finalmente, se desarrolla una publicación enmarcada en el último nivel de Octopus, el diseño de software. Este estudio propone un método para gestionar los datos resultantes del test de análisis de la marcha. Dicho método permite comparar las capturas pre- y post-tratamiento para realizar el seguimiento de pacientes en rehabilitación, proporcionando información visual y específica al facultativo que puede apoyar la toma de decisiones clínicas.Esta tesis contribuye al ámbito del diseño, aportando una perspectiva global basada en tres niveles: producto, servicio, y software. En esta línea, se presenta un sistema de captura de movimiento, cuyo diseño y desarrollo recorre los tres niveles y da solución a los retos clave detectados. Conforme se profundiza en el propio caso de estudio de análisis de la marcha, se avanza en wearables, biomecánica, tecnología de captura de movimiento, usabilidad y algoritmos de análisis de datos. Las implicaciones que tiene esta investigación van más allá de las publicaciones descritas, ya que se enmarca en diferentes proyectos más amplios que dan sentido a la unidad temática de los capítulos abordados. En consecuencia, este trabajo está apoyado por otras comunicaciones científicas, desarrollos y colaboraciones que se han elaborado de manera paralela. Asimismo, los resultados de esta investigación están siendo extrapolados a otras áreas relacionadas; tanto en el propio sector sanitario -para la realización pruebas de valoración funcional- como en el sector industrial -para la realización de evaluación ergonómica de puestos de trabajo-, donde esta tecnología puede aportar valor.<br /