Bachelor's Thesis

Kinetic and kinematic gait analysis using VICON system

Main document 1.36 MB Appendix 335.36 kB

FEKTBachelor's ThesisStudent: Bc. Alžběta AdámkováAcad. year: 2017/2018

Leader: Ing. Veronika Svozilová

Opponent: Ing. Martin Mézl, Ph.D.

The Vicon optoelectronic system can be used to analyze human walking. This measurement greatly helps to diagnose problems with the motion apparatus. This work deals with the use of this system for the measurement of kinematic and kinetic values of joints for lower body model. The main aim of the bachelor thesis is to compare the results of healthy patients and patients with cerebral palsy. The theoretical part deals with the description of the gait cycle from kinematics and kinetics, and also description of the device for the analysis. In the practical part, automatic detection of values is proposed, which were evaluated, compared and discussed in the last part.

Language

Czech

State

Defended (thesis was successfully defended)

Hodnocení známka

E

Faculty

Department

Study branch

Biomedical Technology and Bioinformatics

Classification by leader
Ing. Veronika Svozilová

Předložená bakalářská práce studentky Alžběty Adámkové se zabývá kinetickou a kinematickou analýzou krokového cyklu pomocí VICON systému. Hlavním cílem této bakalářské práce bylo provést kinetickou a kinematickou analýzu dvou skupin probandů (zdravé děti versus děti trpící DMO) ze surových dat a bez pomoci komerčních softwarů (např. Vicon Polygon). V úvodní části se studentka zaměřila na popis chůze, krokového cyklu a jeho fází. Dále v rešerši pokračovala popisem kinetiky a kinematiky dolních končetin. Seznámila se s celým systémem VICON, standartním vybavením laboratoře chůze a v neposlední řadě i se základním modelem plug-in gate.
Studentka obdržela surová data z FN Brno (Dětská nemocnice), která dále zpracovala v rámci své práce. Po konzultaci s ortopedem se vybralo osm veličin, které bylo potřeba stanovit ze surových dat pro adekvátní popis krokového cyklu zkoumaných probandů. Studentka vytvořila vlastní detekční algoritmy ke zjištění těchto veličin v prostředí Matlab. Nutno podotknout, že navržené algoritmy fungují na první pohled primitivním principu detekce maxim a minim signálu. Určitě by bylo vhodné zaměřit se na složitější algoritmy detekce, než které studentka uvádí.
Studentka pomocí svých detekčních algoritmů stanovila osm hledaných veličin pro obě skupiny probandů a pomocí deskriptivní statistiky provedla základní srovnání výsledků obou měřených skupin. Výsledné hodnoty pro skupinu zdravých probandů vzala jako referenční, ke kterým vztahovala výsledné hodnoty pro skupinu dětí s DMO. Výsledné hodnoty ve své práci představila lehce chaoticky. Na základě srovnání výsledků obou měřených skupin pak stanovila výsledné závěry uvedené v kapitole ‚Diskuze‘, které odpovídají teoretickým předpokladům.
Studentka obsahově splnila zadání bakalářské práce až na bod 4. Podle tohoto bodu v zadání měla studentka navíc vytvořit i uživatelsky přívětivé GUI. Nicméně vzhledem k časovému presu a množství zpracovaných dat, jsem od tohoto bodu jako vedoucí práce upustila a po studentce jeho splnění nevyžadovala. Proto se tento fakt neodrazí na mnou navržené známce.
Studentka během celého roku nepracovala úplně systematicky. Studentka neprojevila zvýšenou aktivitu, samostatné myšlení také spíše chybělo, konzultace probíhaly až v druhé polovině semestru. Naopak oceňuji, že se studentka nakonec zorientovala ve velkém množství dat a zvládla vyselektovat jen ty signály, které k detekci opravdu potřebovala.
Po formální stránce je práce dobrá. V textu se vyskytují nějaké pravopisné chyby, občas slovosled vět nedává dobrého smyslu. Některé formulace užité v textu jsou vágní a do technické práce nepatří.
Zadání práce sice považuji za splněné, nicméně úroveň práce je průměrná, nacházím zde poměrně velký prostor pro různá zlepšení a doplňky, hlavně co se týče detekčních algoritmů. Celkově práci hodnotím známkou C/70.

final grade: C
final score: 70


Classification by opponent
Ing. Martin Mézl, Ph.D.

Předložená práce studentky Alžběty Adámkové se věnuje analýze krokového cyklu pomocí systému VICON. Práce je členěna do  6 kapitol na 25 stranách.
V teoretické části práce je popsána lidská chůze včetně hodnocení kinematiky a kinetiky. V této části vytýkám drobné nepřesnosti v popisu jednotlivých proměnných a parametrů.  Další kapitola je věnována laboratořím chůze a vybavení v nich používaných. Tato část práce vznikla většinou z údajů poskytnutých výrobci jednotlivých zařízení. V teoretické části práce postrádám metody vyhodnocení kinetických a kinematických veličin z jednotlivých trialů.
V praktické části práce jsou popsána dostupná data, která byla získána měřením v klinické laboratoři chůze. K dispozici jsou dvě skupiny subjektů – zdravé kontroly a osoby trpící DMO. Pro vyhodnocení byla vybrána metoda detekce minimální a maximální hodnoty v signálech. Studentka zmiňuje ošetření dat pravidlem 3 sigma. Toto pravidlo vyžaduje přibližně normální rozdělení, testování normality dat zde ale popsáno není. Využití minimální a maximální hodnoty je nejzákladnější metoda, ocenil bych alespoň teoretický popis jiných metod používaných v dané oblasti. Z popisu práce na straně 22 není jasné, jak docházelo k průměrování dat – jestli byly průměrovány celé traily nebo pouze hodnoty maxim a minim pro jednotlivé subjekty. Z obrázku 13 není patrné, co je v signálu minimum a maximum (viz otázka). Výsledky jsou pro jednotlivé veličiny zobrazeny formou krabicových grafů. Nicméně předložená reprezentace, kdy v jednom obrázku jsou zobrazeny krabicové grafy z minim a maxim, pro nemocné a zdravé subjekty, a dále pro levou a pravou končetinu, je silně matoucí a ztěžuje orientaci čtenáře ve výsledcích. U jednotlivých grafů také postrádám uvedené rozsahy datových souborů, ze kterých jsou grafy vytvořeny. Výstup je komentován na základě hodnot mediánů v jednotlivých skupinách (dle výše  popsaného třídění). Tady by bylo vhodnější použít tabulku hodnot mediánu. Výsledky jsou komentovány až v kapitole diskuze. Závěry stanovené studentkou jsou správné.
Po formální stránce je práce na podprůměrné úrovni. Vytýkám nízkou kvalitu některých obrázků, chybějící odkazy (str. 15), dva odkazy na obr (str. 21) a další. Některé věty nedávají smysl nebo se jejich smysl těžko odhaduje. Práce cituje 24 zdrojů.
Z pohledu zadání práce je nesplněn bod 4 – vytvoření GUI. Tato skutečnost v práci komentována není, až po diskuzi s vedoucí práce jsem se dozvěděl, že na daném bodu zadání nebylo trváno. Práce působí dojmem psaní na poslední chvíli. Popis zpracování dat  by bylo vhodné doplnit názornými obrázky pro lepší pochopení celého postupu. Vzhledem k uvedeným skutečnostem práci doporučuji k obhajobě a hodnotím ji známkou uspokojivě (D -64 bodů).

final grade: D
final score: 64


Literature

[1] AYYAPPA, Ed. Normal Human Locomotion, Part 1: Basic Concepts and Terminology. JPO: Journal of Prosthetics and Orthotics, 1997, 9.1: 10-17.
[2] REN, Lei; JONES, Richard K.; HOWARD, David. Predictive modelling of human walking over a complete gait cycle. Journal of biomechanics, 2007, 40.7: 1567-1574.

Keywords

Gait cycle, Vicon, joint kinematics and joint kinetics, cerebral palsy.