Sistema biométrico para análise de marcha utilizando unidades de medida inercial (IMU)
DOI:
https://doi.org/10.33414/rtyc.49.47-67.2024Palavras-chave:
Biometria da marcha, Análise multidimensional, Unidades de medida inercial, Avaliação das articulações humanasResumo
A movimentação das pessoas depende da ação do sistema nervoso sobre grupos musculares específicos que são sustentados pela estrutura óssea. Alguns processos patológicos podem causar alterações na força e coordenação que devem existir entre as respostas musculares, provocando alterações no movimento esperado. Na sua fase inicial, a maior parte destas alterações passam despercebidas até que os danos físicos afectem visivelmente a actividade humana e, em muitos casos, de forma irreparável. Atualmente, o método mais utilizado para análise da marcha humana baseia-se no estudo fotométrico sequencial em espaço limitado, embora em menor escala também sejam utilizados sistemas de posicionamento digital. Este projeto aborda o desenvolvimento de tecnologia para captura biométrica do movimento humano utilizando sensores de medição inercial. A ideia é detalhar o deslocamento espacial de seções específicas do corpo a partir da medição da aceleração e da velocidade angular, com o objetivo de avaliar a resposta das articulações envolvidas. O objetivo é desenvolver um sistema que permita aos médicos especialistas identificar anomalias na movimentação do paciente em estudo. Resultados preliminares demonstram a eficiência do sensor inercial implementado. Utilizando 7 sensores estrategicamente localizados no corpo do paciente e com velocidade de aquisição de 100 amostras por segundo em cada sensor, é possível detalhar movimentos de caminhada inferiores a 7,5 milímetros e precisão na velocidade angular de até 0,1°/0,01. segundo. Com o desenvolvimento deste instrumento, consegue-se a capacidade de visualizar e analisar movimentos normalmente imperceptíveis ao olho humano.
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Referências
hertz online. (2023). ABC del acelerómetro. Tutoriales 5hertz Electrónica. URL: https://www.5hertz.com/index.php?route=tutoriales/tutorial&tutorial_id=2
Albertí, E. (2006). Procesado digital de señales. Edición de la Universidad Politécnica de Catalunya, SL. Barcelona.
Alvarez, J.; Álvarez, D. López A. (2018). Accelerometry-Based Distance Estimation for Ambulatory Human Motion Analysis. MDPI Editorial Sensors, 18, 4441; https://doi.org/10.3390/s18124441.
Britannica. (2020). Hooke’s law. URL: https://www.britannica.com/science/Hookes-law. (Consultado en mayo 2020).
CeReCoN. (2020). Centro Regional de Investigación y Desarrollo en Computación y Neuroingeniería de la Universidad Tecnológica Nacional (UTN), Facultad Regional Mendoza (FRM). URL: http://www.cerecon.frm.utn.edu.ar/. (Consultado febrero, 2021).
Cruz, J.; Cruz, B.; Alfonso, R.; Adsuar, J. (2010). Revisión actual sobre metodología empleada en la valoración de la marcha humana normal y patológica. Revista Digital EFdeportes, Buenos Aires, Año 15, Nº 146. URL: https://www.efdeportes.com/efd146/valoracion-de-la-marcha-humana-normal-y-patologica.htm.
Dugarte, N., Medina, R., Rojas, R. (2015). Open Source Cardiology Electronic Health Record Development for DIGICARDIAC Implementation. 11th International Symposium on Medical Information Processing and Analysis (SIPAIM 2015), Editor: International Society for Optics and Photonics. Vol. 9681, pp: 96810Y-96810Y-11.
Ganong, W. (2020). Fisiología médica, Manual Moderno. 26ª Ed. Editorial McGraw-Hill. Madrid.
García, G., Elvar, H., Arenas, A., Pérez, C., Aguilera, J. (2017). Dispositivos y Técnicas Para la Medición del Rendimiento del Salto Vertical. Journal of Physical Exercise and Health Science for Trainers. URL: https://g-se.com/dispositivos-y-tecnicas-para-la-medicion-del-rendimiento-del-salto-vertical-que-opciones-tenemos-2280-sa-259430c9460ba4.
Guillamón, A. (2014). Biomecánica del movimiento humano: evolución histórica y aparatos de medida. Revista Digital EFDeportes.com, 18 (188). URL: https://www.efdeportes.com/efd188/biomecanica-del-movimiento-humano.htm. (Consultado junio, 2020).
Haro, M. (2014). Laboratorio de análisis de marcha y movimiento. Rev. Med. Clin. Condes, Vol. 25(2): 237-247.
Krzeszowski, T.; Switonski, A.; Kepski, M.; Calafate, C. (2022). Intelligent Sensors for Human Motion Analysis. MDPI Editorial Sensors, 22, 4952. https://doi.org/10.3390/s22134952
Laskakit. (2020). Xm 15B Bluetooth serial module specification. URL: https://www.laskakit.cz/user/related_files/xm-15b.pdf. (Consultado en abril, 2021).
Lefeber, N., Degelaen, M., Truyers, C., Safin, I., and Beckwée, D. (2019). Validity and Reproducibility of Inertial Physilog Sensors for Spatiotemporal Gait Analysis in Patients With Stroke. IEEE Transactions on Neural Systems and Rehabilitation Engineering, vol. 27, no. 9, pp. 1865-1874. https://doi.org/10.1109/TNSRE.2019.2930751.
Lizárraga Chávez, G. (1999). Cuerpo y movimiento: dimensión psicológica. Revista de Psicología Año 3, no. 5, pp. 129-163.
Marin, F. (2020). Human and Animal Motion Tracking Using Inertial Sensors. MDPI Editorial Sensors, 20, 6074; https://doi.org/10.3390/s20216074.
Mittag, C.; Waldheim, V.; Krause, A.; Seel, T. (2022). Using a single inertial sensor to control exergames for children with cerebral palsy. Current Directions in Biomedical Engineering, vol. 8, no. 2, pp. 431-434. https://doi.org/10.1515/cdbme-2022-1110.
Moebs W., Ling S., Sanny J. (2021). Física universitaria, volumen 1. Editorial OpenStax, URL: https://openstax.org/books/f%C3%ADsica-universitaria-volumen-1/pages/3-6-calcular-la-velocidad-y-el-desplazamiento-a-partir-de-la-aceleracion. (Consultado mayo, 2022).
Morris A. (2001). Measurement and Instrumentation Principles. Butterworth-Heinemann Publishing Ltd., third edition, Great Britain.
Nee, C.; Ong, S.; Fong, W. (2008). Methods for in-field user calibration of an inertial measurement unit without external equipment. Measurement Science and Technology, Vol. 19, no 8.
Patel, G.; Mullerpatan, R.; Agarwal, B.; Shetty, T.; Ojha, R.; Shaikh-Mohammed, J.; Sujatha, S. (2022). Validation of wearable inertial sensor-based gait analysis system for measurement of spatiotemporal parameters and lower extremity joint kinematics in sagittal plane. The Journal of Engineering in Medicine, online journal vol. 236 (5).
Pérez, A. (2015). Análisis de movimiento humano: aplicaciones en rehabilitación física. Seminario del Instituto de Ciencias Físicas ICF, Universidad Nacional Autónoma de México. México DF.
Pérez, P. (2015). Un método de calibración de sensores inerciales. Tesis de grado para Máster en Matemáticas, departamento de publicación de la Universidad de Almería, España. URL: https://repositorio.ual.es/bitstream/handle/10835/6262/7327_Trabajo_Paula_Perez.pdf?sequence=1
Raspberry Pi. (2022). Raspberry Pi 3 Model A+. URL: https://www.raspberrypi.com/ products/raspberry-pi-3-model-a-plus/. (Consultado junio, 2022).
SBG Sistems. (2020). ¿Qué es la tecnología MEMS?. URL: https://www.sbg-systems.com/es/soporte/tecnologia/tecnologia-mems-imu-ahrs-ins/. (Consultado enero de 2023).
Uehara, M.; Glez del Tánago, G.; Neag, C.; Del Olmo, P.; Carlavilla, F. (2015). Trastornos del movimiento. Fundación Dialnet, Panorama actual del medicamento, vol. 39 (381): 172-185.
Valladolid, O., Madera, F., Aguayo, A. (2019). Análisis Gráfico del Movimiento Humano para Detectar Alteraciones Biomecánicas. Revista de Ingeniería de la Universidad Autónoma de Yucatán. Mexico DF, 23 (2): 52-67.
Weygers, I.; Kok, M.; De Vroey, H.; Verbeerst, T.; Versteyhe, M.; Hallez, H.; Claeys, K. (2020). Drift-Free Inertial Sensor-Based Joint Kinematics for Long-Term Arbitrary Movements. IEEE Sensors Journal, vol. 20 (14): 7969-7979. Doi: 10.1109/JSEN.2020.2982459.
WitMotion Shenzhen Co. (2022). Bluetooth AHRS IMU sensor BWT901CL. Datasheet v20-0707. URL: www.wit-motion.com. (Consultado mayo 2022).
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