La valutazione e l intervento riabilitativo del cammino mediante l uso di sensori a basso costo

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Cristoforo Abate
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1 Bressanone, settembre 2016 XXXV Scuola Annuale di Bioingegneria LA BIOINGEGNERIA PER IL BENESSERE E L'INVECCHIAMENTO ATTIVO La valutazione e l intervento riabilitativo del cammino mediante l uso di sensori a basso costo Ugo Della Croce, Agnese Peruzzi, Andrea Cereatti Information Engineering Unit, POLCOMING Department, University of Sassari Interuniversity Centre of Bioengineering of the Human Neuromusculoskeletal System

2 Il ciclo della riabilitazione

3 Il ciclo della riabilitazione motoria

4 6-Minute Walk Test 30 m

5 10-Meter Walk Test acceleration start 2m deceleration 12 m 14 m

6 TimedUp and Go

7 Analisi quantitativa del movimento from Musculographics Inc

8 Analisi quantitativa del movimento

9 Analisi quantitativa del movimento from drexel.edu

10 Il ciclo della riabilitazione motoria

11 Intervento

12 Intervento

13 L intervento strumentato

14 L intervento strumentato

15 L intervento strumentato Conference Paper in Gait & Posture - September 2013

16 L intervento strumentato Conference Paper in 2015 IEEE International Conference on Rehabilitation Robotics (ICORR)

17 I sensori inerziali indossabili

18 I sensori inerziali indossabili Valutazione del cammino

19 Valutazione del cammino parametri spazio-temporali Contatto tallone STANCE PHASE Distacco punta SWING PHASE Left step length Right step length Stride width Stride length

20 Quanti sensori? Dove posizionarli? IMU singola VS IMU multiple Menzetal., 2003 Aminian et al., 2004 Setup minimo Movimento di pelvi e tronco Maggiore difficoltà identificazione eventi events Eventi semplici da identificare Soggetti sani e patologici Setup più complesso Mariani et al., 2012

21 Valutazione del cammino parametri spazio-temporali SANI [1] SB GM [4] SB OA SB SB [2] [5] SB [3] SB DI [6] Alcuni metodi [1] Zijlstra, G&P, 2003 [2] Moe-Nisslen, J Biom, 2004 [3] Gonzaléz [4] Shin [5] McCamley [6] Kose [7] Yowono [16] Aminian, J Biom, 2002 [17] Sabatini, IEEE Trans, 2005 [18] Greene, Med Biol Eng, 2010 [19] Hanlon, G&P, 2009 [20] Lee, Med Biol Eng, 2011 [21] Mariani, J Biom, 2011 [22] Mannini, G&P, 2012 [23] Mannini, Med Eng Ph, 2014 [24] Rebula, G&P, 2013 [25] Sant Anna, IEEE Trans, 2010 SB GM [16] [18] Molti metodi SB SB DI SB [17] [19] SB [20] [7] [21] [22] [23] [24] [25] ML SB DI ML ML ML SB DI SB PATOLOGICI SB GM [1] [14] Elderly [8] Parkinson [9] Stroke [10] Amputee [11] Diabetes [12] Huntington [13] Stroke [8] Hartmann, G&P, 2009 [9] Esser, J Neurosc Meth, 2012 [10] Esser, G&P, 2011 [11] Houdijk, JRRD, 2008 [12] de Bruin, J Ageing Res, 2012 [13] Dalton, G&P, 2012 [14] Mizuike, G&P, 2009 [15] Yang, Sensors, 2011 Pochi metodi Poche patologie [26] Salarian, IEEE Trans, 2004 [27] Mariani, G&P, 2012 [28] Huzda, IEEE Trans, 2014 [29] Lau, G&P, 2008 [30] Han, Med Biol Eng, 2009 [31] Brégou, G&P, 2014 [32] Selles, IEEE Trans, 2005 [33] Veltink, Med Eng Ph, 2003 [34] Yang, G&P, 2013 [35] L-Meyer, IEEE Trans, 2011 [26] SB GM SB GM Molti metodi [28] [29] Alcunepatologie SB SB [27] SB [30] SB [15] Parkinson [31] [32] [33] [34] [35] SB SB DI SB SB DI SB DI SB SINGOLA UNITÀ UNITÀ BILATERALI A. Cereatti, D. Trojaniello, U. Della Croce "Accurately measuring human movement using magnetoinertial sensors: techniques and challenges ", IEEE ISISS, March 2015, Hawaii, USA

22 Valutazione del cammino parametri spazio-temporali segnali IMU eventi del cammino V 0 velocità spostamenti

23 Valutazione del cammino parametri spazio-temporali segnali IMU accelerazioni (m/s 2 ) velocità angolari (rad/s, deg/s) orientamenti (quaternioni, matrici di rotazione, angoli) eventi del cammino Parametri temporali del cammino V 0 velocità spostamenti

24 Valutazione del cammino parametri spazio-temporali segnali IMU accelerazioni (m/s 2 ) velocità angolari (rad/s, deg/s) orientamenti (quaternioni, matrici di rotazione, angoli) eventi del cammino Parametri temporali del cammino V 0 Zero velocity Update Technique ZUPT (m/s) velocità spostamenti

25 Valutazione del cammino parametri spazio-temporali segnali IMU accelerazioni (m/s 2 ) velocità angolari (rad/s, deg/s) orientamenti (quaternioni, matrici di rotazione, angoli) eventi del cammino Parametri temporali del cammino V 0 velocità spostamenti

26 Valutazione del cammino parametri spazio-temporali segnali IMU accelerazioni (m/s 2 ) velocità angolari (rad/s, deg/s) orientamenti (quaternioni, matrici di rotazione, angoli) eventi del cammino Parametri temporali del cammino V 0 Zero velocity Update Technique ZUPT (m/s) velocità spostamenti Parametri spaziali del cammino

27 6-Minute Walk Test Strumentato 30 m

28 10-Meter Walk Test Strumentato acceleration deceleration start 2 m 12 m 14 m

29 Timed Up and Go Strumentato

30 Il ciclo della riabilitazione motoria

31 Valutazione del cammino dal laboratorio alla vita reale

32 Il ciclo della riabilitazione

33 Intervento riabilitativo

34 Intervento riabilitativo

35 La realtà virtuale nella riabilitazione Virtual Reality Therapy for Adults Post-Stroke: A Systematic Review and Meta-Analysis Exploring Virtual Environments and Commercial Games in Therapy (Lohse et al. PlosOne 2014) Efficacy of virtual reality-based intervention on balance and mobility disorders post-stroke: a scoping review (Darekar et al. JNER, 2015)

36 Intervento riabilitativo

37 Intervento riabilitativo

38 Intervento riabilitativo

39 Intervento riabilitativo

40 Il ciclo della riabilitazione

41 Sensori ottici e di profondità (RGB-D)

42 Sensori ottici e di profondità (RGB-D)

43 Sensori ottici e di profondità (RGB-D)

44 Sensori ottici e di profondità (RGB-D)

45 Sensori ottici e di profondità (RGB-D) Effetto di parallasse First 1º frame Ultimo Last frame

46 Virtual reality-treadmill combined Intervention for enhancing Mobility and reducing falls in the Elderly

47 Virtual reality-treadmill combined Intervention for enhancing Mobility and reducing falls in the Elderly 100 anziani sani 100 malattia di Parkinson 100 MCI

48 Virtual reality-treadmill combined Intervention for enhancing Mobility and reducing falls in the Elderly 100 anziani sani 100 malattia di Parkinson 100 MCI...845,002 ciclidel cammino...

49 Consorzio V-time

50 Tracking piedi in tempo reale Schermo per la realtà virtuale Sistema per il tracking Treadmill

51 Tracking piedi in tempo reale Schermo per la realtà virtuale Sistema per il tracking Treadmill

52 Metodologia per il tracking piedi in tempo reale

53 Metodologia per il tracking piedi in tempo reale

54 Metodologia per il tracking piedi in tempo reale

55 Riproduzione nell ambiente virtuale

56 Riproduzione nell ambiente virtuale

57 Metodologia per il tracking piedi in tempo reale

58 Metodologia per il tracking piedi in tempo reale

59 Metodologia per il tracking piedi in tempo reale

60 Metodologia per il tracking piedi in tempo reale

61 Conclusioni

62 Grazie Andrea Cereatti Agnese Peruzzi Diana Trojaniello Gabriele Paolini

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