Desarrollo y validación de un sistema de análisis de movimiento basado en de los marcadores ARUCO para el análisis cinemático del miembro inferior

Abstract

[ES] Dentro del análisis de movimiento humano, existen diferentes técnicas de medición, siendo la videofotogrametría el ¿gold standard¿ entre ellas. A pesar de ser la técnica de referencia, su elevado coste y complejidad impiden su aplicación a gran escala y motivan al desarrollo de alternativas más sencillas y económicas.

En el presente trabajo se ha desarrollado un sistema de medición basado en marcadores de realidad aumentada, denominado ArUco, aplicado al miembro inferior y a un movimiento de sentadilla, el cual se ha validado con videofotogrametría 3D de precisión. El objetivo específico de este trabajo era la validación de este tipo de marcadores para obtener los parámetros de posición y de giro de los segmentos del cuerpo. Para ello, en primer lugar, se ha realizado un estudio estático comparando las mediciones con un encoder lineal y otro angular, cuyos resultados indican que los marcadores medir desplazamientos con gran precisión (ICC=0.999). En segundo lugar, se ha realizado una evaluación dinámica contrastando con videofotogrametría, en la cual se ha obtenido resultados con valores de ICC=0.997 y errores del orden del grado, resultados muchos menores a lo que puede ser la variabilidad intrasujeto. Por último, aplicando las recomendaciones de la ISB en el modelo de pierna, se ha realizado un estudio en 4 sujetos de entre 25 y 35 años a los cuales se les ha pedido la realización de un movimiento de sentadilla, y se ha validado el sistema de marcadores ArUco con el de videofotogrametría de precisión a través de los ángulos de desplazamiento de los segmentos del miembro inferior. Los resultados se muestran prometedores para esta técnica (ICC=0.9948 para el muslo) para su aplicación en el estudio de movimiento humano, debido no solamente a la gran precisión obtenida, sino también al bajo coste de la misma.

[EN] Within the analysis of human movement, there are different measurement techniques, being the videophotogrammetry the "gold standard" between them. Despite being the reference technique, its high cost and complexity prevent its application on a large scale and motivate the development of simpler and cheaper alternative techniques.

In this work, we have developed a measurement system based on augmented reality markers called ArUco, applied to the lower limb and to a squat movement, which was validated with precision 3D videophotogrammetry. The specific objective of this work was the validation of this type of markers to obtain the position and rotation parameters of the body segments. First, a static study was carried out comparing the measurements with a linear and an angular encoder, whose results indicates that the markers are capable of measuring displacements with great precision (ICC = 0.999). Secondly, a dynamic evaluation was performed comparing the technique with videophotogrammetry, in which the results are ICC values = 0.997 with errors of the degree order, an outcome much lower than the intrasubject variability. Finally, applying the recommendations of the ISB to the lower limb, a study was carried out in four subjects between 25 and 35 years old who had been asked to perform a squat movement. In order to validate the ArUco markers as a human motion analysis system, we compared the displacement angles of the segments from the lower limb. The obtained results are promising (ICC = 0.9948 for the thigh) for its application in the study of human movement, due not only to the high precision obtained but also to the low cost of it.