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Inertial measurement unit compared to an optical motion capturing system in post-stroke individuals with foot-drop syndrome - 12/06/19

Doi : 10.1016/j.rehab.2019.03.007 
François Feuvrier a, b, f, , Benoît Sijobert c, Christine Azevedo c, Karolina Griffiths d, Sandrine Alonso e, Arnaud Dupeyron b, Isabelle Laffont f, Jérôme Froger a
a Physical Medicine and Rehabilitation, Nîmes University Hospital, 30240 Le Grau du Roi, France 
b Physical Medicine and Rehabilitation, Nîmes University Hospital, 30029 Nîmes, France 
c INRIA, LIRMM, 34095 Montpellier, France 
d CHRU Timone, 13005 Marseille, France 
e Département de biostatistique, épidémiologie, santé publique et informatique médicale (BESPIM), centre hospitalier universitaire de Nîmes, 30029 Nîmes, France 
f Euromov, IFRH, Montpellier University, Montpellier University Hospital, 34090 Montpellier, France 

Corresponding author at: Département de MPR, unité de rééducation et réadaptation neurologique, hôpital universitaire de rééducation et de réadaptation, CHU de Nîmes, Le Boucanet, 30240 Le Grau du Roi, France.Département de MPR, unité de rééducation et réadaptation neurologique, hôpital universitaire de rééducation et de réadaptation, CHU de Nîmes, Le BoucanetLe Grau du Roi30240France
Sous presse. Épreuves corrigées par l'auteur. Disponible en ligne depuis le Wednesday 12 June 2019
Cet article a été publié dans un numéro de la revue, cliquez ici pour y accéder

Highlights

Foot-drop refers to the inability to perform complete ankle dorsiflexion during gait after a stroke.
The data treatment algorithms from inertial measurement units are able to accurately capture kinematic and spatio-temporal gait parameters for post-stroke patients with foot-drop syndrome.
Kinematic and gait parameters obtained from inertial measurement units reflect patient performance.

Le texte complet de cet article est disponible en PDF.

Abstract

Background

Functional electrical stimulation (FES) can be used for compensation of foot-drop for post-stroke individuals by pre-programmed fixed stimulation; however, this stimulation seems no more effective than mechanical ankle foot orthoses.

Objective

We evaluated the metrological quality of inertial sensors for movement reconstruction as compared with the gold-standard motion capturing system, to couple FES with inertial sensors to improve dorsiflexion on the paretic side, by using an adaptive stimulation taking into account individuals’ performance post-stroke.

Methods

Adults with ischemic or hemorrhagic stroke presenting foot-drop and able to walk 10m, were included from May 2016 to June 2017. Those with passive ankle dorsiflexion<0° with the knee stretched were excluded. Synchronous gait was analyzed with the VICON© system as the gold standard and inertial measurement units (IMUs) worn by participants. The main outcome was the dorsiflexion angle at the heel strike and mid-swing phase obtained from IMUs and the VICON system. Secondary outcomes were: stride length, walking speed, maximal ankle dorsiflexion velocity and fatigue detection.

Results

We included 26 participants [18 males; mean age 58 (range 45–84) years]. During heel strike, the dorsiflexion angle measurements demonstrated a root mean square error (RMSE) of 5.5°; a mean average error (MAE) of 3.9°; Bland-Altman bias of 0.1° with limits of agreement 10.9° to+10.7° and good intra-class correlation coefficient (ICC) at 0.87 between the 2 techniques. During the mid-swing phase, the RMSE was 5.6; MAE 3.7°; Bland-Altman bias 0.9° with limits of agreement 11.7° to+9.8° and ICC 0.88. Good agreement was demonstrated for secondary outcomes and fatigue detection.

Conclusions

IMU-based reconstruction algorithms were effective in measuring ankle dorsiflexion with small biases and good ICCs in adults with ischemic or hemorrhagic stroke presenting foot-drop. The precision obtained is sufficient to observe the fatigue influence on the dorsiflexion and therefore to use IMUs to adapt FES.

Le texte complet de cet article est disponible en PDF.

Keywords : Inertial measurement unit, Kinematic parameters, Foot-drop, Stroke, Functional electrostimulation


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