| description |
Lavonen, J. 2025. Within-day and between-day repeatability of shank-mounted inertial measurement unit in gait analysis. Faculty of Sport and Health Sciences, University of Jyväskylä, Master’s thesis in biomechanics, 52 pp.
The aim of the study was to investigate the within-day and between-day repeatability of the shank-mounted inertial measurement unit (IMU) in gait analysis and to compare these to the repeatability of optical motion capture (OMC) system, considered the gold standard. Accurate detection of gait events and parameters is important for gait analysis. Shank-mounted IMUs have been shown to offer significant advantages for the analysis of human gait, including portability and usability. It is therefore important to investigate the repeatability of IMU-derived data, in order to ensure accurate analyses of gait.
Twelve healthy participants (23.7 ± 3.5 years old) completed gait trials on a 12-meter walkway at a controlled walking speed (1.39 m/s). Each participant performed two sets of 20 successful trials within a single session to determine within-day repeatability, followed by a second session after an interval of 7 (± 4 days) to determine between-day repeatability. Data were collected using both 2 shank-mounted IMU sensors and a Vicon OMC system. The intraclass correlation coefficient (ICC), 95% confidence interval (CI) and the standard error of measurement (SEM) were calculated for shank kinematic, stride length and three key gait events: heel rise,
feet adjacent, and tibia vertical.
Shank-mounted IMUs demonstrated good to excellent within-day repeatability for most shank kinematic (ICCs > 0.97 and low SEM) and between-day repeatability (ICC 0.85–0.97), with good CI95% for most parameters, except rotation in the frontal and transverse planes. Stride length showed excellent repeatability within-day (ICC > 0.88; CI95%: 0.73–0.99) and between-day (ICC > 0.93; CI95%: 0.85–0.97). Similarly, key gait events exhibited good to excellent repeatability (ICC > 0.82). IMUs provide reliable and consistent gait measurements, comparable to the gold standard, particularly in the sagittal plane. Despite minor discrepancies in some rotational movements, the IMU demonstrated high overall performance compared to Vicon OMC system. These findings highlight the potential of IMU-based gait analysis in clinical settings but shows that more research needs to be done to improve the current methods.
Key words: gait analysis, repeatability, inertial measurement unit, biomechanics
Lavonen, Juho. 2025. Sääreen kiinnitetyn inertia-anturin saman päivän ja eri päivien välinen toistettavuus kävelyanalyysissä. Liikuntatieteellinen tiedekunta, Jyväskylän yliopisto, Biomekaniikan pro-gradu tutkielma, 52 s.
Tutkimuksen tavoitteena oli tutkia sääreen kiinnitetyn inertia-anturin päivän sisäistä ja päivien välistä toistettavuutta kävelyanalyysissä ja verrata niitä ”kultaisena standardina” pidetyn optisen liikkeenkaappausjärjestelmän toistettavuuteen. Kävelytapahtumien ja -muuttujien tarkka havaitseminen on tärkeää kävelyanalyysin kannalta. Sääreen kiinnitettyjen inertia-anturin (IMU) on osoitettu tarjoavan merkittäviä etuja ihmisen kävelyn analysoinnissa, mukaan lukien liikuteltavuus ja käytettävyys. Tämän vuoksi on tärkeää tutkia IMU:sta saatujen tietojen toistettavuutta, jotta voidaan varmistaa kävelyn tarkka analysointi.
Kaksitoista tervettä osallistujaa (23,7 ± 3,5 vuotta) suoritti kävelykokeita 12 metrin testialueella kontrolloidulla kävelynopeudella (1,39 m/s). Kukin osallistuja suoritti kaksi 20 onnistuneen kävelysuorituksen sarjaa yhden päivän aikana päivän sisäisen toistettavuuden määrittämiseksi. Toinen mittauskerta suoritettiin 7 (± 4) päivän kuluttua eri päivien välisen toistettavuuden määrittämiseksi. Aineisto kerättiin käyttämällä kahta sääreen kiinnitettyä inertia-anturia sekä Vicon liikkeenkaappausjärjestelmää. Sisäkorrelaatiokerroin (ICC), 95 prosentin luottamusväli (CI) ja mittauksen keskivirhe (SEM) laskettiin säären kinematiikan, askelpituuden ja kolmen keskeisen kävelytapahtuman osalta: kantapään nousu, jalkaterien vierekkäisyys ja säären pystysuuntaisuus.
Sääreen kiinnitetyt inertia-anturit osoittivat hyvää tai erinomaista toistettavuutta päivän sisällä useimpien säären kinemaattisten muuttujien osalta (ICC > 0.97 ja pieni SEM) ja päivien välistä toistettavuutta (ICC 0.85–0.97). Useimpien muuttujien CI95% oli hyvä, lukuun ottamatta kiertoa frontaali- ja horisontaalitasossa. Askelpituus oli erinomaisesti toistettavissa päivän sisällä (ICC > 0.88; CI95%: 0.73–099) ja päivien välillä (ICC > 0.93; CI95%: 0.85–0.97). Vastaavasti keskeisten kävelytapahtumien toistettavuus oli hyvä tai erinomainen (ICC > 0.82). Sääreen kiinnitetyt inertia-anturit tarjoavat luotettavia ja johdonmukaisia kävelymittauksia, jotka ovat verrattavissa kultaiseen standardiin, erityisesti sagittaalitasossa. Huolimatta pienistä eroavaisuuksista joissakin kiertoliikkeissä, sääreen kiinnitetyt inertia-anturit osoittivat hyvää toistettavuutta yleisesti verrattuna Vicon liikkeenkaappausjärjestelmään. Nämä tulokset korostavat mahdollisuuksia, joita inertia-anturi kävelyanalyysissä tarjoaa kliinisissä olosuhteissa. Tulokset kuitenkin osoittavat, että lisätutkimusta on vielä tehtävä kehittämään menetelmää.
Asiasanat: biomekaniikka, inertia-anturi, kävelyanalyysi, toistettavuus
|
| fullrecord |
[{"key": "dc.contributor.advisor", "value": "Avela, Janne", "language": null, "element": "contributor", "qualifier": "advisor", "schema": "dc"}, {"key": "dc.contributor.author", "value": "Lavonen, Juho", "language": null, "element": "contributor", "qualifier": "author", "schema": "dc"}, {"key": "dc.date.accessioned", "value": "2025-02-19T08:43:45Z", "language": null, "element": "date", "qualifier": "accessioned", "schema": "dc"}, {"key": "dc.date.available", "value": "2025-02-19T08:43:45Z", "language": null, "element": "date", "qualifier": "available", "schema": "dc"}, {"key": "dc.date.issued", "value": "2025", "language": null, "element": "date", "qualifier": "issued", "schema": "dc"}, {"key": "dc.identifier.uri", "value": "https://jyx.jyu.fi/handle/123456789/100273", "language": null, "element": "identifier", "qualifier": "uri", "schema": "dc"}, {"key": "dc.description.abstract", "value": "Lavonen, J. 2025. Within-day and between-day repeatability of shank-mounted inertial measurement unit in gait analysis. Faculty of Sport and Health Sciences, University of Jyv\u00e4skyl\u00e4, Master\u2019s thesis in biomechanics, 52 pp.\n\nThe aim of the study was to investigate the within-day and between-day repeatability of the shank-mounted inertial measurement unit (IMU) in gait analysis and to compare these to the repeatability of optical motion capture (OMC) system, considered the gold standard. Accurate detection of gait events and parameters is important for gait analysis. Shank-mounted IMUs have been shown to offer significant advantages for the analysis of human gait, including portability and usability. It is therefore important to investigate the repeatability of IMU-derived data, in order to ensure accurate analyses of gait.\n\nTwelve healthy participants (23.7 \u00b1 3.5 years old) completed gait trials on a 12-meter walkway at a controlled walking speed (1.39 m/s). Each participant performed two sets of 20 successful trials within a single session to determine within-day repeatability, followed by a second session after an interval of 7 (\u00b1 4 days) to determine between-day repeatability. Data were collected using both 2 shank-mounted IMU sensors and a Vicon OMC system. The intraclass correlation coefficient (ICC), 95% confidence interval (CI) and the standard error of measurement (SEM) were calculated for shank kinematic, stride length and three key gait events: heel rise, \nfeet adjacent, and tibia vertical. \n\nShank-mounted IMUs demonstrated good to excellent within-day repeatability for most shank kinematic (ICCs > 0.97 and low SEM) and between-day repeatability (ICC 0.85\u20130.97), with good CI95% for most parameters, except rotation in the frontal and transverse planes. Stride length showed excellent repeatability within-day (ICC > 0.88; CI95%: 0.73\u20130.99) and between-day (ICC > 0.93; CI95%: 0.85\u20130.97). Similarly, key gait events exhibited good to excellent repeatability (ICC > 0.82). IMUs provide reliable and consistent gait measurements, comparable to the gold standard, particularly in the sagittal plane. Despite minor discrepancies in some rotational movements, the IMU demonstrated high overall performance compared to Vicon OMC system. These findings highlight the potential of IMU-based gait analysis in clinical settings but shows that more research needs to be done to improve the current methods.\n\nKey words: gait analysis, repeatability, inertial measurement unit, biomechanics", "language": "en", "element": "description", "qualifier": "abstract", "schema": "dc"}, {"key": "dc.description.abstract", "value": "Lavonen, Juho. 2025. S\u00e4\u00e4reen kiinnitetyn inertia-anturin saman p\u00e4iv\u00e4n ja eri p\u00e4ivien v\u00e4linen toistettavuus k\u00e4velyanalyysiss\u00e4. Liikuntatieteellinen tiedekunta, Jyv\u00e4skyl\u00e4n yliopisto, Biomekaniikan pro-gradu tutkielma, 52 s.\n \nTutkimuksen tavoitteena oli tutkia s\u00e4\u00e4reen kiinnitetyn inertia-anturin p\u00e4iv\u00e4n sis\u00e4ist\u00e4 ja p\u00e4ivien v\u00e4list\u00e4 toistettavuutta k\u00e4velyanalyysiss\u00e4 ja verrata niit\u00e4 \u201dkultaisena standardina\u201d pidetyn optisen liikkeenkaappausj\u00e4rjestelm\u00e4n toistettavuuteen. K\u00e4velytapahtumien ja -muuttujien tarkka havaitseminen on t\u00e4rke\u00e4\u00e4 k\u00e4velyanalyysin kannalta. S\u00e4\u00e4reen kiinnitettyjen inertia-anturin (IMU) on osoitettu tarjoavan merkitt\u00e4vi\u00e4 etuja ihmisen k\u00e4velyn analysoinnissa, mukaan lukien liikuteltavuus ja k\u00e4ytett\u00e4vyys. T\u00e4m\u00e4n vuoksi on t\u00e4rke\u00e4\u00e4 tutkia IMU:sta saatujen tietojen toistettavuutta, jotta voidaan varmistaa k\u00e4velyn tarkka analysointi.\n\nKaksitoista tervett\u00e4 osallistujaa (23,7 \u00b1 3,5 vuotta) suoritti k\u00e4velykokeita 12 metrin testialueella kontrolloidulla k\u00e4velynopeudella (1,39 m/s). Kukin osallistuja suoritti kaksi 20 onnistuneen k\u00e4velysuorituksen sarjaa yhden p\u00e4iv\u00e4n aikana p\u00e4iv\u00e4n sis\u00e4isen toistettavuuden m\u00e4\u00e4ritt\u00e4miseksi. Toinen mittauskerta suoritettiin 7 (\u00b1 4) p\u00e4iv\u00e4n kuluttua eri p\u00e4ivien v\u00e4lisen toistettavuuden m\u00e4\u00e4ritt\u00e4miseksi. Aineisto ker\u00e4ttiin k\u00e4ytt\u00e4m\u00e4ll\u00e4 kahta s\u00e4\u00e4reen kiinnitetty\u00e4 inertia-anturia sek\u00e4 Vicon liikkeenkaappausj\u00e4rjestelm\u00e4\u00e4. Sis\u00e4korrelaatiokerroin (ICC), 95 prosentin luottamusv\u00e4li (CI) ja mittauksen keskivirhe (SEM) laskettiin s\u00e4\u00e4ren kinematiikan, askelpituuden ja kolmen keskeisen k\u00e4velytapahtuman osalta: kantap\u00e4\u00e4n nousu, jalkaterien vierekk\u00e4isyys ja s\u00e4\u00e4ren pystysuuntaisuus.\n\nS\u00e4\u00e4reen kiinnitetyt inertia-anturit osoittivat hyv\u00e4\u00e4 tai erinomaista toistettavuutta p\u00e4iv\u00e4n sis\u00e4ll\u00e4 useimpien s\u00e4\u00e4ren kinemaattisten muuttujien osalta (ICC > 0.97 ja pieni SEM) ja p\u00e4ivien v\u00e4list\u00e4 toistettavuutta (ICC 0.85\u20130.97). Useimpien muuttujien CI95% oli hyv\u00e4, lukuun ottamatta kiertoa frontaali- ja horisontaalitasossa. Askelpituus oli erinomaisesti toistettavissa p\u00e4iv\u00e4n sis\u00e4ll\u00e4 (ICC > 0.88; CI95%: 0.73\u2013099) ja p\u00e4ivien v\u00e4lill\u00e4 (ICC > 0.93; CI95%: 0.85\u20130.97). Vastaavasti keskeisten k\u00e4velytapahtumien toistettavuus oli hyv\u00e4 tai erinomainen (ICC > 0.82). S\u00e4\u00e4reen kiinnitetyt inertia-anturit tarjoavat luotettavia ja johdonmukaisia k\u00e4velymittauksia, jotka ovat verrattavissa kultaiseen standardiin, erityisesti sagittaalitasossa. Huolimatta pienist\u00e4 eroavaisuuksista joissakin kiertoliikkeiss\u00e4, s\u00e4\u00e4reen kiinnitetyt inertia-anturit osoittivat hyv\u00e4\u00e4 toistettavuutta yleisesti verrattuna Vicon liikkeenkaappausj\u00e4rjestelm\u00e4\u00e4n. N\u00e4m\u00e4 tulokset korostavat mahdollisuuksia, joita inertia-anturi k\u00e4velyanalyysiss\u00e4 tarjoaa kliinisiss\u00e4 olosuhteissa. Tulokset kuitenkin osoittavat, ett\u00e4 lis\u00e4tutkimusta on viel\u00e4 teht\u00e4v\u00e4 kehitt\u00e4m\u00e4\u00e4n menetelm\u00e4\u00e4.\n\nAsiasanat: biomekaniikka, inertia-anturi, k\u00e4velyanalyysi, toistettavuus", "language": "fi", "element": "description", "qualifier": "abstract", "schema": "dc"}, {"key": "dc.description.provenance", "value": "Submitted by jyx lomake-julkaisija (jyx-julkaisija.group@korppi.jyu.fi) on 2025-02-19T08:43:45Z\nNo. of bitstreams: 0", "language": "en", "element": "description", "qualifier": "provenance", "schema": "dc"}, {"key": "dc.description.provenance", "value": "Made available in DSpace on 2025-02-19T08:43:45Z (GMT). No. of bitstreams: 0", "language": "en", "element": "description", "qualifier": "provenance", "schema": "dc"}, {"key": "dc.format.extent", "value": "52", "language": null, "element": "format", "qualifier": "extent", "schema": "dc"}, {"key": "dc.format.mimetype", "value": "application/pdf", "language": null, "element": "format", "qualifier": "mimetype", "schema": "dc"}, {"key": "dc.language.iso", "value": "eng", "language": null, "element": "language", "qualifier": "iso", "schema": "dc"}, {"key": "dc.rights", "value": "CC BY 4.0", "language": null, "element": "rights", "qualifier": null, "schema": "dc"}, {"key": "dc.title", "value": "Within-day and between-day repeatability of shank-mounted inertial measurement unit in gait analysis", "language": null, "element": "title", "qualifier": null, "schema": "dc"}, {"key": "dc.type", "value": "master thesis", "language": null, "element": "type", "qualifier": null, "schema": "dc"}, {"key": "dc.identifier.urn", "value": "URN:NBN:fi:jyu-202502192052", "language": null, "element": "identifier", "qualifier": "urn", "schema": "dc"}, {"key": "dc.contributor.faculty", "value": "Liikuntatieteellinen tiedekunta", "language": "fi", "element": "contributor", "qualifier": "faculty", "schema": "dc"}, {"key": "dc.contributor.faculty", "value": "Faculty of Sport and Health Sciences", "language": "en", "element": "contributor", "qualifier": "faculty", "schema": "dc"}, {"key": "dc.contributor.organization", "value": "Jyv\u00e4skyl\u00e4n yliopisto", "language": "fi", "element": "contributor", "qualifier": "organization", "schema": "dc"}, {"key": "dc.contributor.organization", "value": "University of Jyv\u00e4skyl\u00e4", "language": "en", "element": "contributor", "qualifier": "organization", "schema": "dc"}, {"key": "dc.subject.discipline", "value": "Biomekaniikan opintosuunta", "language": "fi", "element": "subject", "qualifier": "discipline", "schema": "dc"}, {"key": "dc.subject.discipline", "value": "Specialisation in Biomechanics", "language": "en", "element": "subject", "qualifier": "discipline", "schema": "dc"}, {"key": "dc.type.coar", "value": "http://purl.org/coar/resource_type/c_bdcc", "language": null, "element": "type", "qualifier": "coar", "schema": "dc"}, {"key": "dc.rights.copyright", "value": "\u00a9 The Author(s)", "language": null, "element": "rights", "qualifier": "copyright", "schema": "dc"}, {"key": "dc.rights.accesslevel", "value": "openAccess", "language": null, "element": "rights", "qualifier": "accesslevel", "schema": "dc"}, {"key": "dc.type.publication", "value": "masterThesis", "language": null, "element": "type", "qualifier": "publication", "schema": "dc"}, {"key": "dc.format.content", "value": "fulltext", "language": null, "element": "format", "qualifier": "content", "schema": "dc"}, {"key": "dc.rights.url", "value": "https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/", "language": null, "element": "rights", "qualifier": "url", "schema": "dc"}]
|