Validation of an IMU-based smart suit for running kinematics and pole vault take-off analysis

Running gait kinematics is considered of major importance in the sports community as a guideline for improving athletes' performance and prevent injuries. The limitations of the current analytical methods of running kinematics, linked to high costs, lack of portability and often the need to use specialized laboratories, together with the development of new portable sensors adaptable to user needs and low-cost, have contributed to the development of innovative devices for the analysis of the parameters deemed of interest to the sports community. In particular, the use of inertial measurement units (IMUs) as a valid alternative to specialized systems is of growing interest. The purpose of this study was to validate a new wearable device, the Performer Running X10X, developed by L.I.F.E. Italia S.r.l, integrating multiple IMUs for tracking activity and other sensors for monitoring physiological parameters as electrocardiogram and respiratory signals. The first aim was to evaluate running kinematics parameters as heel strike and toe-off time instants, trunk forward leaning, knee and hip angles. As a second objective, the study looked for a particular application of this innovative smart suit in the context of pole vault runway evaluating take-off parameters immediately preceding the jump phase. Maximal sprint runs were performed in four different running conditions on athletics track by an elite pole vault athlete, and the validation process was carried out by comparing the wearable device's inertial data with those obtained from video image analysis. The results proved the feasibility of using a sensorized garment as a valid support for coaching and training, providing the opportunity to collect automatic and reliable metrics in field without any physical constraints or limitations as in traditional systems. The flexibility of the device could allow future algorithms implementation to reach the completeness of the analysis. In addition, the multi-parametric nature of the system opens the door as a technological support in Sport Medicine, rehabilitation and control of the stress condition.

La cinematica della corsa è considerata di grande importanza nella comunità sportiva come linea guida per migliorare le prestazioni degli atleti e prevenire gli infortuni. I limiti degli attuali metodi analitici, legati ai costi elevati, alla mancanza di portabilità e alla necessità di usare laboratori specializzati, insieme allo sviluppo di nuovi sensori portatili a basso costo, hanno contribuito allo sviluppo di dispositivi innovativi per l'analisi dei parametri di interesse per la comunità sportiva. In particolare, è di crescente interesse l'utilizzo dell'unità di misura inerziale (IMU) come valida alternativa ai sistemi specializzati. Lo studio mira a validare un nuovo dispositivo indossabile, il Performer Running X10X, sviluppato da L.I.F.E. Italia S.r.l, che integra più IMU per il tracciamento dell'attività e altri sensori per monitorare parametri fisiologici quali elettrocardiogramma e segnali respiratori. Il primo obiettivo è stato valutare i parametri cinematici della corsa come gli istanti di appoggio e di stacco del piede, l'inclinazione del tronco, gli angoli di ginocchio e anca. Il secondo riguarda invece l'applicazione di questa tuta intelligente nell'ambito della rincorsa del salto con l'asta valutando i parametri di stacco immediatamente precedenti la fase di salto. Le prove di corsa sono state eseguite in quattro diverse condizioni su una pista di atletica da un'atleta d'élite del salto con l'asta, e il processo di validazione è stato effettuato confrontando i dati inerziali del dispositivo indossabile con quelli ottenuti dall'analisi dell'immagine video. I risultati hanno dimostrato la validità di usare un dispositivo indossabile come supporto per l'allenamento, per raccogliere direttamente sul campo metriche di allenamento automatiche e affidabili senza vincoli o limitazioni fisiche come nei sistemi tradizionali. La flessibilità del dispositivo potrebbe portare all'implementazione di nuovi algoritmi per migliorare l'analisi. Inoltre, la natura multi-parametrica del sistema apre le porte come supporto tecnologico nella Medicina dello Sport, nella riabilitazione e nel controllo della condizione di stress.