Digital twin development for personalized movement analysis using electromyography data

Abstract

[ES] El presente Trabajo Fin de Grado fue impulsado por el Instituto NeuroRobotics Technology Lab de la DTU (Technical University of Denmark) que tiene como objeto desarrollar nuevas tecnologías de apoyo a la rehabilitación de personas con discapacidad motoras basadas en realidad virtual. Específicamente en el presente TFG se pretende desarrollar un modelo 3D de gemelo digital que permite recrear los movimientos realizados en personas con discapacidad motora en una plataforma virtual, con el objeto de proporcionar al personal clínico nuevas herramientas que permite evaluar de forma precisa la correcta realización y/o efectividad de las terapias rehabilitadora. Primero, se adquirirán la señal electromiografía del músculo bíceps y braquiorradial, los cuales participan en el movimiento de flexión del codo, mediante el dispositivo BioSignalsPlux mientras el sujeto realiza distintos movimientos. A continuación, analizará la capacidad de replicar los movimientos de distintas plataformas de simulación como OpenSIm o AnyBody a partir de la señal electromiográfica adquirida. Se tendrá en cuenta la disponibilidad de librería de los distintos movimientos de los músculos, grado de libertad de los movimientos, posibilidad de personalizar los movimientos, lenguaje de programación, disponibilidad de tutorial, entre otros. Tras la selección de la plataforma, se implementará primero un modelo estándar de gemelo digital con la librería embebida que permita maximizar la similitud de la fuerza muscular dinámica con la señal electromiografía adquirida. A continuación, se desarrollará el modelo personalizado del músculo bíceps a partir de datos antropométricos del sujeto.

[EN] This Bachelor Thesis project was promoted by the NeuroRobotics Technology Lab Institute of the DTU (Technical University of Denmark), which aims to develop new technologies to support the rehabilitation of people with motor disabilities based on virtual reality. Specifically, this projects aims to develop a 3D digital twin model that allows recreating the movements performed in people with motor disabilities on a virtual platform, with the aim of providing clinical staff with new tools that allow them to accurately evaluate the correct . realization and/or effectiveness of rehabilitative therapies. First, the electromyography signal of the biceps and brachioradialis muscles, which participate in the elbow flexion movement, will be acquired using the BioSignalsPlux device while the subject performs different movements. Next, it will analyze the ability to replicate the movements of different simulation platforms such as OpenSIm or AnyBody based on the acquired electromyographic signal. The availability of the library of the different muscle movements, degree of freedom of the movements, possibility of customizing the movements, programming language, tutorial availability, among others, will be taken into account. After selecting the platform, a standard digital twin model will first be implemented with the embedded library that will maximize the similarity of the dynamic muscle force with the acquired electromyography signal. The personalized model of the biceps muscle will then be developed from the subject's anthropometric data.