Sviluppo di algoritmo e GUI per la visualizzazione degli angoli articolari stimati tramite sonde IMU Wi-Fi = Development of algorithm and GUI for visualizing joint angles estimated via Wi-Fi IMU sensors

L'analisi del cammino umano è una componente essenziale per lo studio dei meccanismi biomeccanici che regolano il movimento, con applicazioni cruciali in ambito clinico, sportivo, riabilitativo e di ricerca. La misurazione precisa degli angoli articolari è fondamentale per la diagnosi di patologie muscoloscheletriche, il monitoraggio dei progressi funzionali post-operatori e l'ottimizzazione delle prestazioni atletiche. In questo contesto, è stato sviluppato un sistema innovativo per la stima degli angoli articolari utilizzando quaternioni, grazie al supporto tecnologico di OT Bioelettronica s.r.l. Le sonde IMU impiegate sono state progettate per raccogliere dati di movimento e orientamento in tempo reale, rendendole ideali per monitoraggi continui e interventi personalizzati. L'algoritmo per la stima degli angoli articolari è stato sviluppato in due fasi principali: il calcolo e la gestione degli angoli. La fase di calcolo è stata affinata attraverso metodi che garantiscono elevata stabilità e precisione. La fase di gestione degli angoli prevede un'accurata regolazione delle rotazioni, evitando errori di rollover e assicurando una stima continua anche in condizioni di rotazioni ampie. Un'interfaccia grafica (GUI) è stata realizzata tramite l'App Designer di MATLAB per permettere agli utenti di visualizzare in tempo reale i dati provenienti da tre sonde simultanee. L'interfaccia consente di monitorare le differenze angolari tra la prima e la seconda sonda, così come tra la seconda e la terza, offrendo un sistema integrato per la calibrazione e la gestione delle sonde durante l’acquisizione dei dati. Per la validazione del sistema, sono state condotte misurazioni degli angoli sia su sistemi meccanici che su distretti articolari (gomito e ginocchio), utilizzando come gold standard un goniometro articolare. Le metriche di valutazione includono l’errore medio, l'errore relativo medio, l'errore quadratico medio (RMS) e la deviazione standard. I risultati ottenuti mostrano un errore medio di 2,08° per il ginocchio e 0.79° per il gomito, un errore relativo medio del 3,59% per il ginocchio e del 2,11% per il gomito, con un RMS di 2,25° per il ginocchio e di 1,15° per il gomito. La deviazione standard registrata è risultata pari a 0,85° per il ginocchio e 0,86° per il gomito. Questi risultati confermano l'affidabilità del sistema proposto, dimostrando la sua capacità di fornire misurazioni accurate e comparabili al goniometro articolare, con margini di errore contenuti. Il sistema offre quindi una soluzione pratica per l'analisi del movimento umano, con potenziali applicazioni sia in ambito clinico che nella ricerca biomeccanica, e potrebbe rappresentare un valido strumento di supporto nelle valutazioni riabilitative e sportive.