Assessment of human standing balance through wearable inertial sensors

Balance is a fundamental ability for humans and its impairment dramatically reduces the ability to perform activities essential to daily living. The degeneration of balance control system increases the risk of falling, ultimately leading to increased morbidity, mortality, and health care costs. Indeed, balance disorders are one of the major causes of falls in patients with neurological disease, as well as one of the leading causes of injury related to death in older adults. Therefore, the investigation concerning the mechanisms of balance and body postural control represents a growing public concern. Recently, this widespread necessity to assess balance has generated the need for a reliable, low-cost, and easy-to-use clinical measure and inertial sensor technology is turning out to be a possible alternative solution to expensive and immobile force platforms, generally considered as a gold standard in balance assessments. This study has the aim of investigating the accuracy and the validity of inertial sensor against force platform-based evaluations for characterizing the dynamics of standing balance. For this purpose, in collaboration with Santo Stefano Institute in Porto Potenza Picena, a specific measurement protocol was drawn up aimed at the acquisition of synchronized signals between the force plate and the inertial sensor on a total of 17 healthy young adults. The anterior-posterior and medial-lateral trajectories of the center of pressure and center of mass obtained by the two compared measurement systems were strongly matched, with similar paths and oscillations in many of the trials executed. The results confirm that this inertial sensor could be a very promising tool for postural sway assessment.

L'equilibrio è un' abilità fondamentale per l'uomo e il suo danneggiamento riduce drasticamente la capacità di svolgere attività essenziali per la vita quotidiana. La degenerazione del sistema di controllo dell'equilibrio aumenta il rischio di caduta, portando di conseguenza anche ad un aumento della morbilità, della mortalità e dei costi sanitari. Infatti, i disturbi dell'equilibrio sono tra le principali cause di caduta nei pazienti con malattie neurologiche, nonché una delle principali cause di lesioni legate alla morte negli anziani. Pertanto, lo studio dei meccanismi di equilibrio e di controllo posturale del corpo rappresenta una crescente preoccupazione pubblica. Recentemente, questo diffuso bisogno di valutare l'equilibrio ha generato la necessità di una misura clinica affidabile, di basso costo e di facile utilizzo e la tecnologia dei sensori inerziali si sta rivelando una possibile soluzione alternativa alle costose e immobili piattaforme di forza, generalmente considerate come un gold standard nelle valutazioni di equilibrio. Questo studio ha lo scopo di indagare l'accuratezza e la validità del sensore inerziale rispetto alle valutazioni basate sulla piattaforma di forza. A tale scopo, in collaborazione con l'Istituto Santo Stefano di Porto Potenza Picena, è stato redatto uno specifico protocollo di misura finalizzato all'acquisizione di segnali sincronizzati tra la piattaforma di forza e il sensore inerziale su un totale di 17 giovani adulti sani. Le traiettorie nelle direzioni anteriore-posteriore e mediale-laterale del baricentro e del centro di pressione ottenute dai due sistemi di misurazione confrontati sono risultate fortemente abbinate, con andamenti e oscillazioni simili in molte delle prove eseguite. I risultati confermano che il sensore inerziale potrebbe essere uno strumento molto promettente per la valutazione dell'oscillazione posturale.