Wireless Instrumented Knee Pad for Human Gait Analysis

Abstract

Human’s walking is often affected by pathologies caused by neuromuscular and musculoskeletal injuries. The gait reconstruction of patients whose movement has been harmed due to these types of injuries varies depending on the intensity of the injury and on the patient’s current recovery stage. As a result, it is advantageous to use a device that allows the collection of human gait data to determine the severity of the injury and quantify the degree of recovery in the rehabilitation phase.This work developed and tested the feasibility of two Instrumented Knee Pad systems to analyse the Knee Sagittal Plane Angle to assist a doctor in detecting and quantifying human gait abnormalities. Compared to vision-based motion acquisition systems, these low-cost Instrumented Knee Pad systems are two separate versions with different data acquisition technologies, one with an absolute rotary encoder and the other with an IMU (Inertial Measuring Unit). Between the two methods, the version with the encoder turned out to have better results. The use of the Instrumented Knee Pad systems and the software application developed does not require any specific technical knowledge, making it an easy and practical tool for medical assistance in analysing the human gait. .

A marcha humana é frequentemente afetada por patologias causadas por lesões neuromusculares e músculo-esqueléticas. A reabilitação da marcha de pacientes cujo movimento foi prejudicado devido a estes tipos de lesão varia em função da intensidade da lesão e da fase de recuperação atual do paciente. Como resultado, é vantajoso utilizar um dispositivo que permita a recolha de dados relativos à marcha humana para determinar a gravidade da lesão e quantificar o grau de recuperação na fase de reabilitação. Neste trabalho foi desenvolvido e testada a viabilidade de dois sistemas de Joelheiras Instrumentadas para a medição dos Ângulos do Plano Sagital dos Joelhos para assistir um médico a detetar e quantificar anomalias na marcha humana. Estes sistemas de Joelheiras Instrumentadas, de baixo custo comparativamente com os sistemas de aquisição de movimento com base em visão, são duas versões separadas com diferentes tecnologias de aquisição de dados, uma com um encoder rotativo absoluto e a outra com um IMU (Inertial Measuring Unit). Entre os dois métodos, a versão com o encoder acabou por ser a que apresentou melhores resultados. A utilização dos sistemas de Joelheiras Instrumentadas e a aplicação informática desenvolvida não necessitam de qualquer conhecimento técnico específico, tornando-se uma ferramenta fácil e prática para auxílio médico na análise da marcha humana. .