Underwater gait analysis: a markerless approach

The technology that supports human motion analysis has advanced significantly in the past two decades. Gait analysis has become a well established paradigm for the diagnosis of the patho-mechanics related to musculoskeletal diseases, and for the development and evaluation of rehabilitative treatments. Recently, the aquatic environment has gained an important role within the rehabilitation world. A biomechanics characterization of normal and pathologic walking in water could be useful to contribute to a more appropriate prescription of walking in water as part of alternative water-based rehabilitation programs. The technology commonly used for clinical gait analysis is based on marker-based motion capture techniques, which are not suitable for operating in a water environment. Therefore, in the present thesis, a markerless approach is proposed and its accuracy in underwater three-dimensional lower limbs joint kinematics reconstruction during gait investigated. Underwater gait of three healthy and one ACL-injured subjects were acquired and lower limbs joint angles extracted La tecnologia che supporta l'analisi del movimento umano è progredita in modo significativo negli ultimi due decenni. L'analisi del cammino è diventata un paradigma ben consolidato per la diagnosi della patomeccanica connessa alle malattie muscolo-scheletriche, e per lo sviluppo e la valutazione di trattamenti riabilitativi. Recentemente, l'ambiente acquatico ha acquisito un ruolo importante all'interno del mondo della riabilitazione. Una caratterizzazione biomeccanica della camminata normale e patologica in acqua potrebbe essere utile per contribuire ad una prescrizione più appropriata di camminate in acqua come parte di programmi alternativi di riabilitazione. Le tecniche tradizionalmente impiegate per l’analisi clinica del cammino si basano su sistemi di motion capture a marcatori, che non sono adatti a funzionare in un ambiente acquatico. Perciò, in questa tesi, viene proposto un approccio markerless e viene valutata la sua accuratezza nella ricostruzione della cinematica articolare tridimensionale degli arti inferiori nel cammino. È stata acquisita la camminata in acqua di tre soggetti sani e di uno infortunato al legamento crociato anteriore, e sono stati estratti gli angoli articolari degli arti inferiori