Principle of operation and use of accelerometry in assessing the musculoskeletal system – a narrative review

Accelerometry is a relatively new but promising method of gait examination. It is based on the usage of sensors which measure linear acceleration at a certain material point. The purpose of this article is to review the literature on the subject from the point of view of applying this technique in assessing human gait, its advantages and shortcomings and the reliability of measurement. Papers by various authors have been reviewed and their results compared. Research concerned detection of the phases and events of gait, calculation of gait parameters such as speed and step length, balance evaluation and the monitoring of physical activity. In order to verify the correctness of the collected data, it was compared with the readings of the VICON system, force platforms and special electronic walkways. An analysis of the literature resulted in the following conclusions: the advantages of accelerometry is the low cost of devices, their small size and mass and measurement which is not limited to the laboratory. The disadvantage is first of all the necessity to use cables, which makes it harder to conduct the long-term monitoring of physical activity. The method is reliable if the experiment is properly planned and carried out. The most important conditions are the proper location of sensors, tight binding to the body, the most accurate alignment of the anatomical axis with the measurement axis and the usage of a proper algorithm for data processing. The authors of the majority of papers consider accelerometry to be a reliable and useful method of analyzing the parameters of gait. At present, accelerometers are used mainly for examining the model of gait and assessing dysfunctions, as sensors in FES assisted walking in patients with dropped foot and during physical activity monitoring.

Akcelerometria jest stosunkowo młodą, ale obiecującą metodą w dziedzinie badań nad chodem. Bazuje ona na zastosowaniu czujników mierzących przyspieszenie liniowe występujące w danym punkcie materialnym. Celem tego artykułu jest przegląd literatury pod kątem zastosowania tej techniki w ocenie lokomocji człowieka, zalet i wad oraz rzetelności pomiaru. Przeglądnięto prace różnych autorów i porównano ich wyniki. Badania dotyczyły wykrywania faz chodu, obliczania parametrów takich jak prędkość czy długość kroków, oceny równowagi oraz monitorowania aktywności fizycznej. W celu sprawdzenia poprawności zarejestrowanych danych, porównywano je z odczytami systemu VICON, platform dynamometrycznych oraz specjalnych elektronicznych ścieżek. Analiza literatury dostarczyła następujących wniosków. Zaletami akcelerometrii jest niski koszt urządzeń, ich niewielkie rozmiary oraz masa, a także brak ograniczenia pomiaru do wnętrza laboratorium. Wady to przede wszystkim konieczność stosowania kabli, co utrudnia długotrwały monitoring aktywności fizycznej. Metoda jest rzetelna, o ile eksperyment jest prawidłowo zaplanowany i przeprowadzony. Najważniejsze warunki to właściwe umiejscowienie czujników, zapewniające dobre przyleganie do ciała mocowanie, jak najdokładniejsze skoordynowanie osi anatomicznej z osią pomiaru oraz uŜycie właściwego algorytmu przetwarzania danych. Autorzy większości prac uznają akcelerometrię jako wiarygodną i przydatną metodę do oceny parametrów chodu. Obecnie akcelerometry znajdują zastosowanie głównie przy badaniu wzorca chodu i oceny dysfunkcji, jako czujniki FES u pacjentów z opadającą stopą oraz podczas oceny równowagi oraz monitorowania aktywności fizycznej.