Evaluation of a wearable inertial system for motion analysis during gait and run

The acquisition and analysis of human movement were born for use in the clinical rehabilitation field but over the years thanks to the introduction of new technologies, this study has also involved sports and graphic applications. With the miniaturization of electronics, sensors have been developed that are large enough to be worn. Among these, the inertial measurement units (IMUs) stand out for their considerable use and importance. These sensors, if worn and associated with the related processing software, allow the measurement of human movement. This new technology has revolutionized the field of motion capture as there was no longer the limitation of the acquisition volume present in traditional measurement systems such as the optoelectronic and video system. In this thesis, a wearable inertial system was compared with the video recording of a camera during walking and running tests. The measurements to be validated were the spatial-temporal parameters and the knee angle in the sagittal plane. For this study, 30 healthy subjects aged 18-60 were involved, we tried to have a population as homogeneous as possible in terms of gender and training level. The test consists in covering a straight section with incremental speeds, starting from the gait up to a sprint. During these tests, the subject wore the suit provided by L.I.F.E. Italia and was filmed by the camera. The results of the parameters show how the algorithm that calculates them is strongly dependent on the correctness of the foot rests and on the speed of the test. The knee angle, on the other hand, presents signal alterations that may be due both to suit fitting and to the relationship between IMUs. The results obtained are strongly connected to the type of tests carried out, it is suggested the need for an experimental setup that allows longer video shooting and the use of an optoelectronic system to overcome the limitations given by video.

L'acquisizione e l'analisi del movimento umano sono nate per essere utilizzate nel campo della riabilitazione clinica ma negli anni grazie all'introduzione di nuove tecnologie, questo studio ha coinvolto anche applicazioni sportive e grafiche. Con la miniaturizzazione dell'elettronica sono stati sviluppati sensori sufficientemente piccoli da poter essere indossati. Tra questi spiccano per il loro notevole utilizzo e importanza le inertial measurement units (IMUs). Questi sensori, se indossati e associati al relativo software di elaborazione, consentono la misurazione del movimento umano. Questa nuova tecnologia ha rivoluzionato il campo della motion capture in quanto non si presenta più la limitazione del volume di acquisizione, nota invece nei sistemi di misura tradizionali, come il sistema optoelettronico e video. In questa tesi, si vuole confrontare un sistema inerziale indossabile con la ripresa video di una telecamera durante prove di cammino e di corsa. Le misurazioni da convalidare sono i parametri spazio-temporali e l'angolo del ginocchio nel piano sagittale. Per questo studio sono stati coinvolti 30 soggetti sani di età compresa tra 18 e 60 anni, si è cercato di avere una popolazione il più possibile omogenea in termini di genere e livello di allenamento. La prova consiste nel percorrere un tratto rettilineo con velocità incrementali, partendo dal cammino fino allo sprint. Durante questi test, il soggetto indossa la tuta fornita da L.I.F.E. Italia (sistema di misurazione inerziale) e viene filmato dalla telecamera. I risultati dei parametri spazio-temporali mostrano come l'algoritmo che li calcola sia fortemente dipendente dalla correttezza degli appoggi e dalla velocità della prova. L'angolo del ginocchio, invece, presenta alterazioni di segnale che possono essere dovute sia alla vestibilità della tuta che all’interazione tra le IMU. I risultati ottenuti sono fortemente legati al tipo di prove effettuate, si suggerisce la necessità di un setup sperimentale che consenta riprese video di durata maggiore e l'utilizzo di un sistema optoelettronico per superare i limiti dati dal video.