Análise da variabilidade da marcha de indivíduos com comprometimento articular unilateral do quadril por meio de sensores inerciais

Data variability analysis has been the focus of a number of studies seeking to capture differences of patterns generated by biological systems. Although several studies related to gait employ the analysis of variability in their observations, we noticed a lack of such information for subjects with unilateral coxarthrosis undergoing total hip arthroplasty (THA). To tackle this deficiency of information, we conducted a study of the gait on a treadmill with10 healthy subjects (30.7 ± 6.75 years old) from G1 and 24 subjects (65 ± 8.5 years old) with unilateral THA from G2. Thus, by means of two inertial measurement units (IMUs) positioned in the pelvis, we have developed a detection method of the step and stride for calculating these intervals and extract the signal characteristics. The variability analysis (coefficient of variation) was performed, taking into consideration the extracted features and the step and stride times. The average and the 95% confidence interval estimate for the average of the step and stride times to each group were in agreement with literature. The mean coefficient of variation for the step and stride times was calculated and compared among groups by the Kruskal-Wallis test with 95% confidence interval. Each component X, Y and Z of the two IMUs (accelerometer, magnetometer and gyroscope) corresponded to a variable. The resultants of each sensor, the linear velocity (accelerometers) and the instantaneous angular displacement (gyroscopes) completed the set of variables. The characteristics were extracted from the signals of these variables to check the variability in the G1 and G2 groups . There were significant differences (p <0.05) between G1 and G2 for the average of the step and stride times. The variability of the step and stride, as well as the variability of all other evaluated characteristics were higher for the group G2 (p <0.05). The method proposed in this study proved to be suitable for the measuring of variability of biomechanical parameters related to the extracted features. All the extracted features categorized the groups. The G2 group showed greater variability, so it is possible that the age and the pathological condition of the hip both contributed to this result.

Dissertação (Mestrado)

A análise de variabilidade tem-se destacado progressivamente nos estudos envolvendo sistemas biológicos. Apesar de vários estudos relacionados à marcha empregarem a análise de variabilidade em suas observações, notamos uma carência dessas informações para indivíduos com coxartrose unilateral submetidos a artroplastia total do quadril (ATQ). Para colaborar com essa deficiência de informação, conduzimos um estudo de marcha na esteira envolvendo 10 indivíduos (30,7±6,75 anos) saudáveis do grupo G1 e 24 indivíduos (65±8.5 anos) com ATQ unilateral do grupo G2. Assim, por meio de 2 unidades de medida inercial (UMIs) posicionadas na pelve, desenvolvemos um método de detecção do passo e da passada, para calcular esses intervalos e extrair as características do sinal. A análise de variabilidade (coeficiente de variação) foi conduzida, considerando as características extraídas e os intervalos do passo e da passada. A média e o intervalo de confiança de 95% estimado para a média dos intervalos do passo e da passada para cada grupo mostraram-se em concordância com a literatura. O coeficiente de variação médio para os intervalos do passo e da passada foi calculado e comparado entre os grupos pelo teste de Kruskall-Wallis com intervalo de confiança de 95%. Cada componente X, Y e Z das 2 UMIs (acelerômetro, giroscópio e magnetômetro), correspondeu a uma variável. As resultantes de cada sensor, a velocidade linear (acelerômetros) e o deslocamento angular instantâneo (giroscópios) completaram o conjunto das variáveis. As características foram extraídas dos sinais dessas variáveis para verificar a variabilidade nos grupos investigados. Foram encontradas diferenças significativas (p < 0,05) entre os grupos para as médias dos intervalos do passo e da passada. As variabilidades do passo e da passada, assim como as variabilidades de todas as outras características investigadas, foram maiores para o grupo G2 (p < 0,05). O método proposto nesse estudo mostrou-se adequado para as medidas de variabilidade dos parâmetros biomecânicos referentes às características extraídas. Todas as características extraídas discriminaram os grupos. O grupo G2 apresentou maior variabilidade, sendo assim, é provável que a condição patológica do quadril e a idade avançada contribuíram conjuntamente para esse resultado.