A biofeedback strategy for human postural sway control in a smart walker
| Autor(a) principal: | |
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| Data de Publicação: | 2022 |
| Tipo de documento: | Dissertação |
| Idioma: | eng |
| Título da fonte: | Repositório Científico de Acesso Aberto de Portugal (Repositórios Cientìficos) |
| Texto Completo: | https://hdl.handle.net/1822/83885 |
Resumo: | Dissertação de mestrado em Engenharia Biomédica, (especialização em Eletrónica Médica) |
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A biofeedback strategy for human postural sway control in a smart walkerBalanceBiofeedbackCoMEuler anglesGaitIMUPostureSmart walkerAndarilho inteligenteÂngulos de EulerBalançoBiofeedbackCdMMarchaPosturaSensores inerciaisEngenharia e Tecnologia::Engenharia MédicaDissertação de mestrado em Engenharia Biomédica, (especialização em Eletrónica Médica)Older adults and patients with common neurological diseases are characterised to have a very high movement variability and sway, with an annual incidence of facing falling events rising to 60-80%. The cerebellum is the brain structure responsible for motor functioning, balance, and gait, which damage leads to ataxia. To take over these disturbances, rehabilitation has the goal to achieve an optimal outcome for each individual patient mediated by neuroplasticity processes. Biofeedback systems have been proving to increase the efficiency of the conventional rehabilitation therapies by providing biological information to patients in real-time, allowing their self-correction. Wear able and low-cost sensors, such as inertial measurement unit (IMU), have demonstrated special interest as they can measure the sway in medio-lateral (ML) and antero-posterior (AP) directions in different body locations, are easy to use, accessible to purchase, can monitor balance anywhere with no need of a specific environment, and may improve the patients’ motivation along the treatment. It is notable the lack of biofeedback systems incorporated in smart walkers (SW). This dissertation aims to design and develop a real-time visual and audio biofeedback system in the WALKit SW as a complementary rehabilitation tool. For such, several sensor fusion algorithms were tested, validated and analysed, being the Complementary filter the most suitable, both in terms of root mean squared error (RMSE) and computing time. An experiment with healthy participants, with the goal of defining threshold values to be applied in the biofeedback system, was performed. Data followed the literature in the sense that these values should be specific for each person, so the proposed strategy takes an individual-selection method to satisfy this condition. With this system, it is expected to improve the WALKit SW functioning, giving more motivation and autonomy to the user on self-correcting his movements and posture, possibly leading to a more efficient recovery. However, this strategy needs to be validated among patients with balance disorders and its long-term effects.Os idosos e pacientes portadores de doenças neurológicas são caracterizados por possuírem um movimento instável, enfrentando situações de queda com uma incidência anual de 60-80%. O cerebelo é a estrutura do cérebro responsável pela função motora, balanço e marcha, cujo dano poderá resultar em ataxia. De modo a superar estes distúrbios, a reabilitação tem como objetivo alcançar o melhor resultado, tendo em conta cada paciente individualmente e através de processos de neuroplasticidade. Os sistemas de biofeedback têm vindo a provar a sua crescente eficácia nas terapias de reabilitação convencionais ao fornecer informação em tempo real aos pacientes, permitindo a sua auto-correção. Sensores vestíveis e de baixo custo, tais como sensores inerciais, têm demonstrado interesse, uma vez que permitem medir o balanço nas direções medio-lateral (ML) e antero-posterior (AP) em diferentes partes do corpo, são fáceis de utilizar, acessíveis de adquirir, monitorizam o balanço em qualquer lado e sem necessidade de um ambiente específico. É notável a falta de sistemas de biofeedback incorporados em andarilhos inteligentes. A presente dissertação pretende projetar e desenvolver um sistema de biofeedback visual e sonoro no WALKit SW como uma ferramenta de reabilitação complementar. Para tal, diversos algoritmos de fusão de sensores foram testados, validados e analisados, tendo sido o filtro Complementar o mais adequado, tanto em termos de root-mean-squared error (RMSE) como de tempo de computação. Para definir os valores limite necessários no sistema de biofeedback, foram recolhidos dados experimentais de participantes saudáveis. Os resultados corroboraram a literatura, pois estes valores devem ser específicos para cada pessoa, portanto a estratégia proposta possui um método que permite uma seleção individual para satisfazer esta condição. Com este sistema, espera-se melhorar o funcionamento do SW, proporcionando uma maior autono mia e motivação ao usuário na autocorreção dos seus movimentos e postura, possivelmente levando a uma recuperação mais eficiente. No entanto, esta estratégia necessita de ser avaliada em pacientes com distúrbios de equilíbrio, assim como os seus efeitos a longo prazo.Santos, CristinaUniversidade do MinhoCosta, Mariana Brito Palma Campos2022-10-102022-10-10T00:00:00Zinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisapplication/pdfhttps://hdl.handle.net/1822/83885eng203250745info:eu-repo/semantics/openAccessreponame:Repositório Científico de Acesso Aberto de Portugal (Repositórios Cientìficos)instname:Agência para a Sociedade do Conhecimento (UMIC) - FCT - Sociedade da Informaçãoinstacron:RCAAP2023-07-21T12:48:24Zoai:repositorium.sdum.uminho.pt:1822/83885Portal AgregadorONGhttps://www.rcaap.pt/oai/openaireopendoar:71602024-03-19T19:46:39.042056Repositório Científico de Acesso Aberto de Portugal (Repositórios Cientìficos) - Agência para a Sociedade do Conhecimento (UMIC) - FCT - Sociedade da Informaçãofalse |
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