Reconstrução de parâmetros biomecânicos da marcha por meio de ciclogramas e redes neurais artificiais

Detalhes bibliográficos
Autor(a) principal: Caparelli, Thiago Bruno
Data de Publicação: 2017
Tipo de documento: Tese
Idioma: por
Título da fonte: Repositório Institucional da UFU
Texto Completo: https://repositorio.ufu.br/handle/123456789/20879
http://dx.doi.org/10.14393/ufu.te.2018.42
Resumo: Gait is one of the most influential elements in determining the quality of life of an individual, answering for more than 10% of the time spent in daily life activities. Gait alterations have a direct impact on a person´s functional capacity, affecting the maintenance of an independent and autonomous life. Early identification of dysfunctions allows the use of simpler and more effective therapies, reducing an overload of the public health system, and improving a patient's quality of life. In this study, a new predictive method for human gait was developed. The gait of 40 volunteers walking on a treadmill was recorded in the sagittal plane, using a 2D motion capture system. The extracted joint angles data were used to create cyclograms. Sections of the cyclograms were used as inputs to artificial neural networks (ANNs), since they can represent the kinematic behavior of the lower body. This allowed for prediction of future states of the moving body. The results indicate that ANNs can predict the future states of the gait with high accuracy. Both single point and cyclogram section predictions were successfully performed. Pearson’s correlation coefficient and matched-pairs ttest ensured the significance of the obtained results. The combined use of ANNs and simple, accessible hardware is of great value in clinical practice. The use of cyclograms facilitates the analysis, as several gait characteristics can be easily recognized by their characteristic geometric shape. The predictive model presented facilitates generation of data that can be used in robotic locomotion therapy both as control signals or feedback elements, aiding in the rehabilitation process of patients with gait dysfunction. The proposed system constitutes an interesting tool that can be explored to increase rehabilitation possibilities, providing better quality of life to patients.
id UFU_a087fc61d859a22b5a24f5ffd0efa26c
oai_identifier_str oai:repositorio.ufu.br:123456789/20879
network_acronym_str UFU
network_name_str Repositório Institucional da UFU
repository_id_str
spelling Reconstrução de parâmetros biomecânicos da marcha por meio de ciclogramas e redes neurais artificiaisReconstruction of gait biomechanic parameters using cyclograms and artificial neural networksMarchaGaitCiclogramasCyclogramsRedes Neurais ArtificiaisArtificial Neural NetworksCNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA BIOMEDICA::BIOENGENHARIA::PROCESSAMENTO DE SINAIS BIOLOGICOSGait is one of the most influential elements in determining the quality of life of an individual, answering for more than 10% of the time spent in daily life activities. Gait alterations have a direct impact on a person´s functional capacity, affecting the maintenance of an independent and autonomous life. Early identification of dysfunctions allows the use of simpler and more effective therapies, reducing an overload of the public health system, and improving a patient's quality of life. In this study, a new predictive method for human gait was developed. The gait of 40 volunteers walking on a treadmill was recorded in the sagittal plane, using a 2D motion capture system. The extracted joint angles data were used to create cyclograms. Sections of the cyclograms were used as inputs to artificial neural networks (ANNs), since they can represent the kinematic behavior of the lower body. This allowed for prediction of future states of the moving body. The results indicate that ANNs can predict the future states of the gait with high accuracy. Both single point and cyclogram section predictions were successfully performed. Pearson’s correlation coefficient and matched-pairs ttest ensured the significance of the obtained results. The combined use of ANNs and simple, accessible hardware is of great value in clinical practice. The use of cyclograms facilitates the analysis, as several gait characteristics can be easily recognized by their characteristic geometric shape. The predictive model presented facilitates generation of data that can be used in robotic locomotion therapy both as control signals or feedback elements, aiding in the rehabilitation process of patients with gait dysfunction. The proposed system constitutes an interesting tool that can be explored to increase rehabilitation possibilities, providing better quality of life to patients.Tese (Doutorado)A marcha é um dos fatores mais influentes na determinação da qualidade de vida de um indivíduo, respondendo por mais de 10% do tempo utilizado nas atividades da vida diária. Alterações na marcha têm impacto direto na capacidade funcional de um indivíduo, afetando a capacidade de manutenção de uma vida independente e autônoma. A identificação precoce de disfunções permite uso de terapias mais simples e efetivas, diminuindo a sobrecarga do sistema de saúde pública, e melhorando a qualidade de vida do paciente. Neste estudo, um novo método preditivo para a marcha humana foi desenvolvido. A marcha de 40 voluntários caminhando em uma esteira foi gravada no plano sagital, utilizando um sistema de captura de movimentos 2D. Os dados de posição das articulações extraídos foram utilizados para criar ciclogramas. Seções destes ciclogramas foram utilizadas como entradas para redes neurais artificiais (RNAs), uma vez que podem representar o comportamento cinemático dos membros inferiores. Isto possibilitou a predição de estados futuros do corpo em movimento. Os resultados indicam que as RNAs podem predizer os estados futuros da marcha com alta precisão. Predição de pontos únicos e de seções do ciclograma foram realizadas com sucesso. O coeficiente de correlação de Pearson e o teste-T Matched-Pairs foram utilizados para garantir a significância dos resultados obtidos. O uso combinado de RNAs com um hardware simples e acessível é de grande valia na prática clínica. O uso de ciclogramas facilita a análise, pois várias características da marcha podem ser facilmente reconhecidas pelo seu traçado geométrico característico. O modelo preditivo apresentado facilita a geração de dados que podem ser utilizados em terapias de locomoção robotizadas tanto como sinais de controle ou de feedback, auxiliando no processo de reabilitação de pacientes com disfunções na marcha. O sistema proposto constitui uma ferramenta interessante que pode ser explorada para aumentar as possibilidades de reabilitação, provendo melhor qualidade de vida para os pacientes.Universidade Federal de UberlândiaBrasilPrograma de Pós-graduação em Engenharia ElétricaNaves, Eduardo Lázaro Martinshttp://lattes.cnpq.br/5450557733379720Soares, Alcimar Barbosahttp://lattes.cnpq.br/9801031941805250Frizera Neto, Anselmohttp://lattes.cnpq.br/8928890008799265Camilo Júnior, Celso Gonçalveshttp://lattes.cnpq.br/6776569904919279Yamanaka, Keijihttp://lattes.cnpq.br/9893612181758615Caparelli, Thiago Bruno2018-03-13T00:03:38Z2018-03-13T00:03:38Z2017-12-07info:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/doctoralThesisapplication/pdfCAPARELLI, Thiago Bruno. Reconstrução de parâmetros biomecânicos da marcha por meio de ciclogramas e redes neurais artificiais. 2017. 81 f. Tese (Doutorado em Engenharia Elétrica) - Universidade Federal de Uberlândia, Uberlândia, 2017.https://repositorio.ufu.br/handle/123456789/20879http://dx.doi.org/10.14393/ufu.te.2018.42porinfo:eu-repo/semantics/openAccessreponame:Repositório Institucional da UFUinstname:Universidade Federal de Uberlândia (UFU)instacron:UFU2018-03-13T00:03:38Zoai:repositorio.ufu.br:123456789/20879Repositório InstitucionalONGhttp://repositorio.ufu.br/oai/requestdiinf@dirbi.ufu.bropendoar:2018-03-13T00:03:38Repositório Institucional da UFU - Universidade Federal de Uberlândia (UFU)false
dc.title.none.fl_str_mv Reconstrução de parâmetros biomecânicos da marcha por meio de ciclogramas e redes neurais artificiais
Reconstruction of gait biomechanic parameters using cyclograms and artificial neural networks
title Reconstrução de parâmetros biomecânicos da marcha por meio de ciclogramas e redes neurais artificiais
spellingShingle Reconstrução de parâmetros biomecânicos da marcha por meio de ciclogramas e redes neurais artificiais
Caparelli, Thiago Bruno
Marcha
Gait
Ciclogramas
Cyclograms
Redes Neurais Artificiais
Artificial Neural Networks
CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA BIOMEDICA::BIOENGENHARIA::PROCESSAMENTO DE SINAIS BIOLOGICOS
title_short Reconstrução de parâmetros biomecânicos da marcha por meio de ciclogramas e redes neurais artificiais
title_full Reconstrução de parâmetros biomecânicos da marcha por meio de ciclogramas e redes neurais artificiais
title_fullStr Reconstrução de parâmetros biomecânicos da marcha por meio de ciclogramas e redes neurais artificiais
title_full_unstemmed Reconstrução de parâmetros biomecânicos da marcha por meio de ciclogramas e redes neurais artificiais
title_sort Reconstrução de parâmetros biomecânicos da marcha por meio de ciclogramas e redes neurais artificiais
author Caparelli, Thiago Bruno
author_facet Caparelli, Thiago Bruno
author_role author
dc.contributor.none.fl_str_mv Naves, Eduardo Lázaro Martins
http://lattes.cnpq.br/5450557733379720
Soares, Alcimar Barbosa
http://lattes.cnpq.br/9801031941805250
Frizera Neto, Anselmo
http://lattes.cnpq.br/8928890008799265
Camilo Júnior, Celso Gonçalves
http://lattes.cnpq.br/6776569904919279
Yamanaka, Keiji
http://lattes.cnpq.br/9893612181758615
dc.contributor.author.fl_str_mv Caparelli, Thiago Bruno
dc.subject.por.fl_str_mv Marcha
Gait
Ciclogramas
Cyclograms
Redes Neurais Artificiais
Artificial Neural Networks
CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA BIOMEDICA::BIOENGENHARIA::PROCESSAMENTO DE SINAIS BIOLOGICOS
topic Marcha
Gait
Ciclogramas
Cyclograms
Redes Neurais Artificiais
Artificial Neural Networks
CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA BIOMEDICA::BIOENGENHARIA::PROCESSAMENTO DE SINAIS BIOLOGICOS
description Gait is one of the most influential elements in determining the quality of life of an individual, answering for more than 10% of the time spent in daily life activities. Gait alterations have a direct impact on a person´s functional capacity, affecting the maintenance of an independent and autonomous life. Early identification of dysfunctions allows the use of simpler and more effective therapies, reducing an overload of the public health system, and improving a patient's quality of life. In this study, a new predictive method for human gait was developed. The gait of 40 volunteers walking on a treadmill was recorded in the sagittal plane, using a 2D motion capture system. The extracted joint angles data were used to create cyclograms. Sections of the cyclograms were used as inputs to artificial neural networks (ANNs), since they can represent the kinematic behavior of the lower body. This allowed for prediction of future states of the moving body. The results indicate that ANNs can predict the future states of the gait with high accuracy. Both single point and cyclogram section predictions were successfully performed. Pearson’s correlation coefficient and matched-pairs ttest ensured the significance of the obtained results. The combined use of ANNs and simple, accessible hardware is of great value in clinical practice. The use of cyclograms facilitates the analysis, as several gait characteristics can be easily recognized by their characteristic geometric shape. The predictive model presented facilitates generation of data that can be used in robotic locomotion therapy both as control signals or feedback elements, aiding in the rehabilitation process of patients with gait dysfunction. The proposed system constitutes an interesting tool that can be explored to increase rehabilitation possibilities, providing better quality of life to patients.
publishDate 2017
dc.date.none.fl_str_mv 2017-12-07
2018-03-13T00:03:38Z
2018-03-13T00:03:38Z
dc.type.status.fl_str_mv info:eu-repo/semantics/publishedVersion
dc.type.driver.fl_str_mv info:eu-repo/semantics/doctoralThesis
format doctoralThesis
status_str publishedVersion
dc.identifier.uri.fl_str_mv CAPARELLI, Thiago Bruno. Reconstrução de parâmetros biomecânicos da marcha por meio de ciclogramas e redes neurais artificiais. 2017. 81 f. Tese (Doutorado em Engenharia Elétrica) - Universidade Federal de Uberlândia, Uberlândia, 2017.
https://repositorio.ufu.br/handle/123456789/20879
http://dx.doi.org/10.14393/ufu.te.2018.42
identifier_str_mv CAPARELLI, Thiago Bruno. Reconstrução de parâmetros biomecânicos da marcha por meio de ciclogramas e redes neurais artificiais. 2017. 81 f. Tese (Doutorado em Engenharia Elétrica) - Universidade Federal de Uberlândia, Uberlândia, 2017.
url https://repositorio.ufu.br/handle/123456789/20879
http://dx.doi.org/10.14393/ufu.te.2018.42
dc.language.iso.fl_str_mv por
language por
dc.rights.driver.fl_str_mv info:eu-repo/semantics/openAccess
eu_rights_str_mv openAccess
dc.format.none.fl_str_mv application/pdf
dc.publisher.none.fl_str_mv Universidade Federal de Uberlândia
Brasil
Programa de Pós-graduação em Engenharia Elétrica
publisher.none.fl_str_mv Universidade Federal de Uberlândia
Brasil
Programa de Pós-graduação em Engenharia Elétrica
dc.source.none.fl_str_mv reponame:Repositório Institucional da UFU
instname:Universidade Federal de Uberlândia (UFU)
instacron:UFU
instname_str Universidade Federal de Uberlândia (UFU)
instacron_str UFU
institution UFU
reponame_str Repositório Institucional da UFU
collection Repositório Institucional da UFU
repository.name.fl_str_mv Repositório Institucional da UFU - Universidade Federal de Uberlândia (UFU)
repository.mail.fl_str_mv diinf@dirbi.ufu.br
_version_ 1805569648529244160