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IMU Calibration Effect on Lower Limbs Kinematics Against Optical Motion Capture in Post-Stroke Gait - 04/12/24

Doi : 10.1016/j.irbm.2024.100873 
Ariane P. Lallès a, b, , Geoffroy Moucheboeuf c, d , Emilie Doat e , Hélène Pillet a , Xavier Bonnet a
a ENSAM, Institut de Biomécanique Humaine G. Charpark, 151, Boulevard de l'Hôpital, F-75013 Paris, France 
b Department of Sport sciences and physical education, Ecole normale supérieure de rennes, Campus de Ker Lann, Avenue Robert Schumann, F-35170 Bruz, France 
c Service de Médecine Physique et Réadaptation, Pôle de neurosciences cliniques, Centre Hospitalier Universitaire de Bordeaux, Bordeaux, France 
d HACS team-U1219 INSERM Bordeaux Population Health & University of Bordeaux, Bordeaux, France 
e Université de Bordeaux, CNRS, INCIA, UMR 5287, F-33000 Bordeaux, France 

Corresponding author at: ENSAM, Institut de Biomécanique Humaine G. Charpark, 151, Boulevard de l'Hôpital, F-75013 Paris, France.ENSAMInstitut de Biomécanique Humaine G. Charpark151, Boulevard de l'HôpitalParisF-75013France

Abstract

Background

Stroke is the most common cause of disabilities worldwide. Rehabilitation is central to restore functions. Inertial measurement units (IMU) can be used to ease goal settings and monitor progression. Contrary to optical motion capture (OMC), IMU are less expensive, portable, and allow large scale data collections in ambulatory settings. Although Xsens MVN system validity has been demonstrated in healthy participants, its validity among post-stroke (PS) patients is yet to be proven.

Research question

Computation methods being affected by the calibration type; the goal of this study is to compare lower limbs kinematics from Xsens system, after two calibrations against OMC in slow PS walkers exhibiting reduced ranges of movements.

Methods

Data was collected for six PS patients. They were equipped with 29 reflective markers and seven IMU. A minimum of two walks with a dynamic calibration and four walks with a static calibration were performed. All trials were accomplished at a self-selected walking speed and PS used their usual walking aids.

Results

Few interactions between the calibration type and side were found for the ankle abduction/adduction (A/A) bias, root mean square error (RMSE), and range of motion difference (ROMd) (p = 0.011, p = 0.048, p = 0.039). Few effects of the side on errors' values were found. We noticed some effects of the calibration type on errors' values, the dynamic calibration showing better results. In the sagittal plane, we reported RMSE values from 3.6 to 4.8°, 5.2 to 6.5°, and 5.0 to 5.9° for the hip, knee, and ankle dynamic calibration.

Significance

The calibration type, reduced range of movement, and slow walking speed does not seem to impact Xsens' accuracy to a great extent. Nevertheless, dynamic calibration provides slightly better results. Considering the patient's walking ability, we recommend using this calibration.

Le texte complet de cet article est disponible en PDF.

Graphical abstract

Le texte complet de cet article est disponible en PDF.

Highlights

Errors between motion capture and IMUs for post-stroke match literature ranges.
Calibration type and slow speed does not impact Xsens' accuracy to a great extent.
Dynamic calibration provides slightly better results.
We recommend using dynamic calibration based on the patient's walking ability.

Le texte complet de cet article est disponible en PDF.

Keywords : Post-stroke, Gait, Inertial measurement unit, Rehabilitation, Kinematics


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