Valutazione dell'accuratezza di un dispositivo per la riabilitazione basato su sensori inerziali indossabili: studio comparativo con il sistema gold standard

The validation of inertial measurement systems (IMUs) versus optoelectronic systems (MoCap) is important to understand the characteristics and limitations of each approach in movement analysis, ensuring the accuracy of the data obtained and suggesting the adoption of these technologies in rehabilitation. This thesis aimed to assess the accuracy of a new IMU-based medical device (euleria lab, Euleria srl Società Benefit, Italy) which includes wearable inertial sensors, in the measurement of joint angles during various motor tasks involving trunk and lower limbs compared to an optoelectronic system, which is considered the gold standard for movement analysis. Fifteen healthy adult subjects (6 males, 9 females, ages 25.87±3.78 years) participated in this study. Each participant, simultaneously equipped with IMUs and passive markers, performed: ankle flexion (FA), knee extension (EK), hip flexion (FH) and abduction (AH), trunk flexion (FT), squat and lunge. In this study, only tasks performed with the right limb were taken as a reference. According to Davis’ protocol, the MoCap calculates the joint angles as absolute for trunk and pelvis, as relative for hip, knee and ankle, while the IMU calculates the angles as absolute. Significant and representative parameters of each motor task were identified with both systems. Statistically significant differences (p<0.05) were observed for AH and hip joint in lunge, and a strong positive correlation was found for EK, FA, FH movements, as well as ankle and knee joints in squat. Overall, the IMU measurements showed to be accurate compared to the gold standard, with an average overestimation of approximately 3°. The accuracy and the root mean square error (RMSE), averaged across all the movements, are 82.62%, and 13°±3.84°, respectively. Significant discrepancies were highlighted for specific movements such as FA and FT, suggesting the need for further improvements in the calibration and placement of the IMU sensors. In conclusion, euleria lab device is a valid, pratical and less invasive alternative to gold standard systems, particularly suitable in ecological environments and rehabilitation programs.

La validazione dei sistemi inerziali (IMU) rispetto ai sistemi optoelettronici (MoCap) è importante per comprendere le caratteristiche e le limitazioni di ciascun approccio nell’analisi del movimento, garantendo l'accuratezza dei dati ottenuti e suggerendo l’adozione di tali tecnologie nella riabilitazione. L’obiettivo di questo lavoro è stato valutare l'accuratezza di un nuovo dispositivo (euleria lab, Euleria srl Società Benefit, Italia) basato su sensori inerziali indossabili nella misura degli angoli articolari durante vari task motori per tronco e arti inferiori rispetto al MoCap, considerato il gold standard. Lo studio ha coinvolto quindici soggetti adulti sani (6 maschi, 9 femmine, età 25.87±3.78 anni). Ogni soggetto ha eseguito: flessione di caviglia (FC), estensione di ginocchio (EG), flessione (FA) e abduzione d’anca (AA), flessione del tronco (FT), squat (SQ) e affondo (AF). Secondo il protocollo Davis, il MoCap calcola gli angoli di tronco e bacino come assoluti, come relativi gli angoli di anca, ginocchio e caviglia, mentre l’IMU calcola gli angoli come assoluti. I parametri significativi e rappresentativi di ogni movimento svolto con l’arto destro sono stati identificati sia con l'IMU sia con il MoCap. Differenze statisticamente significative (p<0.05) sono state osservate per AA e l’articolazione dell’anca nell’AF e una forte correlazione positiva è risultata per i movimenti di EG, FC, FA, nonché per le articolazioni di caviglia e ginocchio nello SQ. Complessivamente, le misurazioni dell’IMU si sono dimostrate accurate rispetto al gold standard, con una sovrastima media di circa 3°, un’accuratezza media del 82.62% e un errore quadratico medio (RMSE) di 13°±3.84°. Sono state evidenziate alcune discrepanze significative per specifici movimenti, come per FC e per FT, suggerendo la necessità di ulteriori miglioramenti nella calibrazione e nel posizionamento dei sensori IMU. In conclusione, si ritiene che il dispositivo euleria lab possa rappresentare un'alternativa valida, pratica e meno invasiva ai sistemi optoelettronici, soprattutto per applicazioni in ambienti ecologici e in programmi di riabilitazione.