Gait analysis tramite sensoristica di pressione e stereofotogrammetria

BACKGROUND: this thesis is the result of an internship experience at the motion bioengineering laboratory of the University of Padua. My attendance lasted three months and allowed me to take part in two different laboratory activities: 1) The collection and processing of data regarding a test on three different pressure insoles 2) Learning to use the TrackOnField program for tracking the gait analysis of different subjects AIM OF THE STUDY: The first aim of this study is to compare the force and pressure data of three insoles (two with capacitive sensors and one with resistive sensors) with those of force platforms to assess their performance in terms of reliability and accuracy. The second aim is to illustrate the results of the tracking performed on the footage of the walking of some subjects using TrackOnField, a software developed by BBSoF, a start-up of the University of Padua. MATERIALS AND METHODS: In this study subjects are 6 healthy people with foot size 41- 42 and the motor task examined is a self-selected speed gait for about 10 meters. The gait has been acquired by means of stereophotogrammetric system (60 Hz, SMART-E, BTS SpA); ground reaction force was measured with two force platforms embedded in the floor (960 Hz, Bertec Corp.) and pressure distribution were measured with three baropodometric insoles. As for the second experience, the study sample is made up of 3 subjects and the motor task taken into consideration was the same. To acquire the movement of the subjects, 8 commercial cameras (8 GoPro Hero 3.7) were used. TrackOnField, the software previously mentioned, was used to carry out the tracking of the landmarks. RESULTS: The outcomes obtained have shown significant differences in terms of timing for load acceptance peak for the Device 2 and for the push-off peak for the Device 1 and Device 2. In terms of force values were found that those detected by pressure insoles are lower than force platforms ones. For the second experience, after tracing the landmarks frame by frame using MatLab codes developed in the laboratory, the flexion-extension angles of the hip, knee and ankle were calculated. CONCLUSIONS: From the data analysis it can be concluded that the Novel show themselves as a reliable tool for measuring plantar pressures; Device 1 can be considered an excellent candidate as a portable solution for the pressure detection; Device 2 shows significant differences that do not allow a correct analysis. As for the results of the second experience, the normal bands were created for the flexion-extension angles of the hip, knee and ankle.

PRESUPPOSTI DELLO STUDIO: questa tesi è frutto di un’esperienza di tirocinio presso il Laboratorio di Bioingegneria del Movimento (BiomovLab) del Dipartimento d’Ingegneria dell’Informazione dell’Università degli studi di Padova. La mia frequentazione è durata un trimestre e mi ha permesso di prendere parte a due diverse attività di laboratorio: 1) La raccolta e l’elaborazione dei dati riguardante un test su tre diverse solette di pressione 2) L’apprendimento dell’utilizzo del programma TrackOnField per il tracking dell’analisi del cammino di diversi soggetti 1) Il primo obiettivo dello studio è quello di confrontare i dati di forza e pressione di tre solette (due a sensori capacitivi e una a sensori resistivi) con quelli delle pedane di forza, valutandone le prestazioni in termini di affidabilità e attendibilità. 2) Il secondo obiettivo è illustrare i risultati del tracking eseguito sulle riprese delle camminate di alcuni soggetti tramite TrackOnField, (BBSoF S.r.l. ). MATERIALI E METODI: Per la prima esperienza il campione di soggetti è composto da 6 persone con numero di piede 41-42 ed il task motorio preso in esame è una camminata a velocità spontanea per circa 10 metri. La camminata è stata acquisita attraverso il sistema stereofotogrammetrico a 6 telecamere del laboratorio (60 Hz, SMART-E, BTS SpA); la forza di reazione al suolo è stata registrata da due pedane di forza inserite nel pavimento (960 Hz, Bertec Corp.); le pressioni plantari sono state registrate utilizzando tre tipi di solette baropodometriche. Per quanto riguarda la seconda esperienza, il campione di studio è composto da 3 soggetti, il task motorio preso in esame è stato il medesimo. Per acquisire il movimento dei soggetti sono state utilizzate 8 telecamere commerciali (8 GoPro Hero 3,7), per effettuare il tracking dei punti di repere è stato utilizzato il software citato in precedenza, TrackOnField. RISULTATI: I risultati ottenuti hanno evidenziato differenze significative in termini di timing per il picco di accettazione del carico per quanto riguarda il Dispositivo 2, e per il picco di push- off per quanto riguarda il Dispositivo 1 e il Dispositivo 2. In termini di valori di forza si sono trovati che quelli rilevati dalle solette di pressione sono inferiori a quelli delle pedane di forza. Per il secondo lavoro di tesi, dopo aver traccato i punti di repere tramite codici MatLab sviluppati in laboratorio, si sono calcolati gli angoli di flesso-estensione di anca, ginocchio e caviglia. CONCLUSIONI: Dall’analisi dei dati si può concludere che le solette di pressione prodotte dalla Novel (Novel Pedar, Germany) si mostrano come uno strumento affidabile per la misurazione di pressioni plantari; al confronto con le solette della Novel, il Dispositivo 1 può essere considerato un ottimo candidato come soluzione portatile per il rilevamento di pressioni; il Dispositivo 2 presenta differenze rilevanti rispetto agli altri due dispositivi. Per quanto riguarda i risultati del secondo lavoro di tesi, sono state create le fasce di normalità per gli angoli di flesso-estensione di anca, ginocchio e caviglia.