Sensores MEMS para Análise de Movimento Humano

Abstract

Resumo Dispositivos MEMS (Micro-Electro-Mechanical Systems), como acelerômetros, giroscópios, termô-metros, são capazes de realizar diversas funções com uma alta precisão e eficiência, e estão presentes em vários sistemas como smartphones e carros. Tais Dispositivos consistem na integração de elemen-tos mecânicos, eletrônicos e sensores em um pequeno chip. Sensores de movimento, como giroscópios e acelerômetros, vem sendo amplamente utilizados, na última década, devido à sua redução de tama-nho e custo, sendo assim implantado em smartphones e pequenos chips como o MPU6050. Esta redu-ção de escala dos sensores implicou diretamente em sua utilização como dispositivo não invasivo na avaliação de movimentos humanos, como caminhada, amplitude de movimento de diversas articula-ções, e até na detecção de convulções de pacientes com epilepsia. A avaliação da mobilidade da coluna cervical proporciona informações acerca de doenças relacionadas às disfunções articulares. Atual-mente, astécnicas mais difundidas são de alto custo e de difícil implementação nas clínicas de pequeno e médio porte, ou quando não, apresentam resultados contrastantes, o que compromete sua confiabi-lidade. Neste trabalho, propomos um sistema baseado em sensores inerciais para auxiliar a avaliação física, na mensuração das amplitudes de movimento (ADM), que, como dito anteriormente, pode ser utilizado em diversas aplicações, dentro delas foi escolhido avaliar a ADM da coluna cervical. Os sistemas propostos são: (a) dois sensores inerciais conectados a um microprocessador Arduino; (b) Aplicativo android para aquisição de dados dos sensores inerciais de um smartphone. Os experimentos compreenderam medidas simultâneas do sistema e do goniômetro manual para cada movimento, os dados estão apresentados através da média ± desvio-padrão. Após o processamento dos dados, as ADM's foram obtidas a partir do reconhecimento dos picos do sinal. Na comparação entre as medidas, enquanto os resultados para movimentos rotacionais da cervical demonstraram equivalência, os de flexão, extensão, flexão lateral esquerda e direita apresentaram grandes discrepâncias. Esse fato se justifica dado o ponto de referência utilizado pelo goniômetro na vértebra C7 para estes movimentos, evidenciando sobretudo o movimento da porção inferior da cer-vical. O sistema desenvolvido, por sua vez, expressou a dimensão do movimento em sua totalidade. Um artigo foi submetido e aceito Abstract Micro-Electro-Mechanical Systems such as accelerometers, gyroscopes, thermometers are able of perform various functions with high accuracy and efficiency, and are present in various systems such as smartphones and cars. Such devices consist of the integration of mechanical, electronics and sensor elements in a small chip. Motion sensors, such as gyroscopes and accelerometers, has been widely used in the last decade due to its reduced size and cost, thus implanted in smartphones and small chips as MPU6050. This downscaling of sensors directly involved in its use as a noninvasive device in the evaluation of human movements such as walking, range of motion of various joints, and even in convulsions detection on patients with epilepsy. The mobility evaluation of the neck provides information about disorders related to joint dysfunction. Current assessment techniques presente contradictory results regarding its reliability or are costly and hard to implement in small clinical centers. In this paper, we propose an inertial sensor-based system to improve the physical assessment, measuring range of motion (ROM) of the cervical spine. The proposed systems are: (a)two inertial sensors connected to an Arduino microprocessor; (b) Android application to inertial sensor data acquisition of smartphones. The experiments comprised simultaneous measurements of the system and the