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Archivio digitale delle tesi discusse presso l'Università di Pisa

Tesi etd-02042019-152521


Tipo di tesi
Tesi di laurea magistrale
Autore
DI RIENZO, FRANCESCO
URN
etd-02042019-152521
Titolo
Sperimentazione di scarpe sensorizzate per l'analisi posturale basata sull'andamento temporale del centro di pressione
Dipartimento
INGEGNERIA DELL'INFORMAZIONE
Corso di studi
COMPUTER ENGINEERING
Relatori
relatore Prof. Cimino, Mario Giovanni Cosimo Antonio
relatore Prof.ssa Vaglini, Gigliola
Parole chiave
  • equilibrio
  • CoP
  • analisi posturale
  • smart shoes
  • scarpe sensorizzate
  • centro di pressione
  • postura
Data inizio appello
22/02/2019
Consultabilità
Non consultabile
Data di rilascio
22/02/2089
Riassunto
Il controllo posturale è un'attività motoria complessa basata sull'interazione di molteplici muscoli e processi cerebrali che può presentare difficoltà in persone con deficit nelle funzioni sensoriali. È stato dimostrato che l’esecuzione di test mirati alla valutazione dell'equilibrio di un individuo sono in grado di fornire informazioni importanti per prevenire diverse situazioni potenzialmente pericolose, come ad esempio, cadute negli anziani o un allenamento poco corretto degli atleti agonistici.
In ambito clinico, solitamente, vengono utilizzate le pedane di forza per valutare l'equilibrio. Esse sono in grado di fornire informazioni utili al medico per eseguire una diagnosi posturale ma sono difficili da utilizzare, ingombranti e soprattutto costose. Tali limiti le rendono inadatte all’uso personale del paziente e quindi rimangono uno strumento prettamente di ambulatorio. Di conseguenza, i dati acquisibili sono limitati a quelli relativi agli esercizi che il paziente esegue quando fa le visite dal medico e non si possono acquisire i dati delle attività giornaliere che esso compie.
Per risolvere questo problema, sono stati presentati in letteratura numerosi studi che tentano di sfruttare sistemi a basso costo per effettuare l’analisi sull’equilibrio del paziente e fornire al medico i dati in tempo reale grazie all’introduzione della telemedicina. Un esempio, l’uso della “Wii Balance Board”, una pedana che viene connessa alla console Wii, con la quale il paziente può eseguire degli esercizi seguendo un avatar che riproduce i movimenti che dovrà eseguire per il corretto svolgimento dell’esercizio. Pur avendo una buona sensibilità e una maggiore portabilità, questi strumenti sono stati progettati per un uso interno e sporadico. Questo, ancora una volta, limita il tipo di dati che può essere acquisito, ad esempio, non può essere monitorata la camminata del paziente nell’arco della giornata o tutte le attività che richiedono spostamenti.
Con l’avvento dei sensori indossabili tale barriera può essere superata. In particolare, dotando le scarpe di appostiti sensori e quindi rendendole “smart” è possibili monitorare le attività giornaliere senza che il paziente se ne renda conto. Quindi, le smart shoes offrono la possibilità di avere un flusso di dati durante tutta la giornata senza nessuna limitazione in termini di quantità e tipologia di attività svolte dal paziente. In questa tesi sono testate le Footmoov che sembrano delle normalissime scarpe ma hanno al loro interno alcuni sensori come: l’accelerometro, il magnetometro, il giroscopio, cinque sensori di pressione per ogni soletta e presentano una connessione Bluetooth. Quest’ultima è essenziale per facilitarne l’uso, in quanto, consente di connetterle allo smartphone dandogli la possibilità di salvare i dati acquisiti in un database, rendendoli visualizzabili dall’utente e dal medico anche da remoto.
Lo scopo di questa tesi è lo sviluppo di un sistema per la sperimentazione delle smart shoes, Footmoov, che è in grado di acquisire le grandezze da esse misurate, calcolare i principali parametri generalmente utilizzati nella valutazione dell’equilibrio come ad esempio il centro delle pressioni (CoP) e salvare tutti questi dati su un database remoto. Inoltre, le grandezze acquisite e calcolate nei vari esercizi e per i vari volontari sono state confrontate con quelle acquisite negli stessi esercizi con una Wii Balance Board.
La seguente tesi si sviluppa in sette capitoli. Nel primo capitolo sarà descritta una definizione di equilibro e di postura, per poi soffermarci sulle strategie adottate del nostro sistema adibito al controllo posturale per mantenere l’equilibrio e l’importanza della sua efficienza. Nel secondo capitolo analizzeremo un modello matematico utilizzato per l’analisi posturale e andremo a parlare più nel dettaglio del CoP e del perché è uno dei parametri maggiormente utilizzati in questo campo. Nel terzo capitolo verranno descritti gli strumenti utilizzati per la raccolta dati e per la valutazione dell’equilibrio, in dettaglio: la Wii Balance Board e le Footmoov.
Nel quarto capitolo verrà descritto il sistema di controllo remoto sviluppato nell’ambito di questa tesi. In particolare, esso è basato su un’applicazione Android custom dal nome “Intelligent Shoes” la quale permette di salvare in un database i valori registrati dalle scarpe, in tempo reale, con utilizzo della connettività dati o Wi-Fi.
Nel quinto capitolo verrà descritto il setup sperimentale formato dall’hardware necessario alla verifica del sistema realizzato, il protocollo eseguito per rendere i dati sperimentali il più consistenti possibili, la scelta dei volontari e la spiegazione degli esercizi da essi svolti. Gli esperimenti effettuati consistono in sei differenti esercizi da eseguire sulla pedana Wii Balance Board con le Footmoov indossate. In fine verranno spiegati gli script Matlab realizzati per elaborare i dati acquisiti e confrontarli con quelli di riferimento.
Nel sesto capitolo varranno riassunti i risultati ottenuti dal confronto dei dati raccolti in contemporanea dai due strumenti a disposizione. Infine, nel settimo capitolo sì trarranno le principali conclusioni dello studio effettuato includendo dei possibili sviluppi futuri del lavoro per continuare la ricerca in questo campo.
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