Proyecto Chronojump-Boscosystem. Herramienta informática libre para el estudio cinemático del salto vertical: medición del tiempo, detección del ángulo de flexión sin marcadores y elaboración de tablas de percentiles

Abstract

La mesura de l’alçada del salt vertical és un indicador de la força i la potència del tren inferior. S’han trobat nombroses eines per a la mesura del salt a partir de la distància, el temps, l’acceleració o la filmació. A excepció del programari d’anàlisi de vídeo Kinovea, la resta són caixes negres que impedeixen la inspecció completa per part de tercers. El projecte Chronojump-Boscosystem proposa la creació d’un sistema de mesura amb programari i maquinari lliures i la compartició de les dades entre els interessats.

Objectius: 1) Crear, validar i distribuir una eina de llicència lliure que mesuri els temps de contacte i de vol en el salt vertical, utilitzant una plataforma de contactes. 2) Desenvolupar i validar una eina lliure per a mesurar l’angle de flexió de l’articulació del genoll,prèvia un salt CMJ, en una filmació bidimensional sense l’ús de marcadors. 3) Desenvolupar una eina lliure que s’integri amb les anteriors i permeti compartir dades entre avaluadors per tal de construir taules de percentils.

Metodologia. Respecte al primer objectiu: Es va crear un microcontrolador amb KiCadi es va validar amb un generador d’ones quadrades i comparant la captació amb la d’un oscil•loscopi. Es varen desenvolupar dos tipus de plataformes de contactes: rígida de fibra de vidre i flexible d’escuma de polièster. Es varen validar les plataformes per la pressió mínima necessària per a l’activació en diferents punts amb cèl•lula de càrrega,i també per la comparació dels temps d’activació/desactivació respecte al Gold Standard en una mostra de8 subjectes experimentats, realitzant salts submàxims amb un peu a cada plataforma. Es va desenvolupar i validar un programari de gestió seguint els principis de les metodologies àgils. Es va traduir el programar i per part de voluntaris. Respecte al segon objectiu: Es va desenvolupar i validar un programari de seguiment usant OpenCV. Es va crear un model lineal de predicció de l’angle de flexió del genoll a partir de l’anàlisi de l’alçada percentual de les cames respecte a la màxima extensió, i la ubicació de la ròtula respecte a la variable anterior. Per a aquesta anàlisi es van utilitzar les dades obtingudes pel programari de seguiment dissenyat ad-hoc, en una mostra de 35 salts executats per 13 subjectes. Es va validar el model per comparació amb l’angle real en fotogrames no utilitzats en l’entrenament del mateix. Respecte al tercer objectiu: Es van crear criteris de fiabilitat de les dades segons el consens d’un grup de discussió. Es va desenvolupar un programari per a compartir dades usant serveis web.

Resultats: Totes les eines tecnològiques s’han desenvolupat i les seves llicències són lliures. L’error del microcontrolador és de 0,1%. La validesa de la plataforma de fibra de vidre és de 0,95 (CCI). La mida del programari de gestió és propera a les 110.000 línies de codi i està disponible en 7 idiomes. La mitjana de l’error de predicció en la flexió del genoll és de 2,6º. Fins al moment s’han compartit 3462 saltsde751personesperpartde24 avaluadors diferents. S’han comptabilitzat 16 publicacions de tipus científic d’altres autors usant las eines creades. Les llicències lliures atorgades permeten que qualsevol interessat pugui revisar en profunditat els instruments dissenyats, adquirir-los a baix cost o construir-los pel seu compte, sense violar normes ètiques o legals.

La medición de la altura del salto vertical es un indicador de la fuerza y potencia del tren inferior. Se han encontrado numerosas herramientas para la medición del salto ya sea a partir de la distancia, el tiempo, la aceleración o la filmación. A excepción del software de análisis de vídeo Kinovea, el resto son cajas negras que impiden su completa inspección por parte de terceros. El proyecto Chronojump-Boscosystem propone la creación de un sistema de medición con software y hardware libres y la compartición de los datos entre interesados.

Objetivos: 1) Crear, validar y distribuir una herramienta de licencia libre que mida los tiempos de contacto y vuelo en el salto vertical, usando una plataforma de contactos. 2) Desarrollar y validar una herramienta libre para medir el ángulo de flexión de la articulación de la rodilla, previo a un salto CMJ, a partir de una filmación bidimensional y sin el uso de marcadores. 3) Desarrollar una herramienta libre que se integre con las anteriores y permita compartir datos entre evaluadores a fin de construir tablas de percentiles.

Metodología. Respecto al primer objetivo: Se creó de un microcontrolador con KiCady se validó con un generador de ondas cuadradas y comparando la captación con la de un osciloscopio. Se desarrollaron dos tipos de plataformas de contactos: rígida de fibra de vidrio y flexible de espuma de poliéster. Se validaron las plataformas por la presión mínima requerida para la activación en distintos puntos con célula de carga, y también por la comparación de los tiempos de activación/desactivación respecto al Gold Standard en una muestra de 8 sujetos experimentados realizando saltos submáximos que saltaron con un pie en cada plataforma. Se desarrolló y validó un software de gestión a partir de los principios de las metodologías ágiles. Se tradujo el software por parte de voluntarios. Respecto al segundo objetivo: Se desarrolló y validó un software de seguimiento usando OpenCV. Se creó un modelo lineal de predicción del ángulo de flexión de la rodilla a partir del análisis de la altura porcentual de las piernas respecto a la máxima en extensión, y la ubicación de la rótula respecto a la variable anterior. Para este análisis se usaron los datos obtenidos por el software de seguimiento diseñado ad-hoc en una muestra de 35 saltos por parte de 13 sujetos. Se validó el modelo por comparación con el ángulo real en fotogramas no usados en el entrenamiento del mismo. Respecto al tercer objetivo: Se crearon criterios de fiabilidad de los datos según el consenso de un grupo de discusión. Se desarrolló un software para compartir datos usando servicios web.

Resultados: Todas las herramientas tecnológicas han sido creadas y sus licencias son libres. El error del microcontrolador es 0,1%. La validez de la plataforma de fibra de vidrio es 0,95 (CCI). El tamaño del software de gestión es cercano a las 110.000 líneas de código y está disponible en 7 idiomas. La media del error de predicción en la flexión de la rodilla es 2,6º. Hasta la fecha se han compartido 3462 saltos de 751 personas por parte de 24 evaluadores distintos. Se han encontrado 16 publicaciones de tipo científico de otros autores usando las herramientas creadas. Las licencias libres otorgadas permiten que cualquier interesado pueda revisar en profundidad los instrumentos diseñados, adquirirlos a un coste bajo o construirlos por su propia cuenta sin violar normas éticas o legales.

Measuring the height of the vertical jump is an indicator of the strength and power of the lower body. Many tools can be found for measuring this jump, either by using distance, duration, acceleration, or by filming.

With the sole exception of the video analysis software Kinovea, the rest appear to be closed black boxes, which are impervious to inspection by third parties. In the Chronojump-Boscosystem project, we propose the creation of a FLOSS (Free/Libre/Open-Source Software) measurement system that consists of free hardware and software combined with data-sharing among stakeholders.

Objectives: 1) To create, validate and distribute a FLOSS tool that measures the contact and flight times of the vertical jump by using a contact platform. 2) To develop and validate a FLOSS tool for measuring the angle of flexion of the knee joint prior to a CMJ (Counter Movement Jump) based on a two-dimensional image without using markers. 3) To develop a FLOSS tool integrated with the ones described above which facilitates data-sharing among reviewers in order to build percentile tables.

Methodology: Regarding the first objective: A microcontroller was created using KiCad, and a square wave generator was employed to validate the results. The data-capture was compared with that of an oscilloscope. Two types of contact-platforms were developed using different materials: rigid fiberglass and flexible polyester foam. These platforms were validated by the minimum pressure required for activation at different points by a load cell, together with the on/off time of our platforms in respect of the Gold Standard by a sample of 8 subjects performing submaximal jumps with one foot on each platform. Management software was developed and validated according to the principles of agile methodologies. Volunteers were used to translate the software. Regarding the second objective: OpenCV was used to develop and validate tracking software. A linear prediction model of the angle of flexion of the knee was developed from the analysis of the percentage height of the legs with respect to the maximum extension, and the location of the patella with respect to the previous variable. This analysis used data obtained from the special-purpose design tracking software, from a sample of 35 jumps by 13 subjects. This model was validated by comparison with the angle obtained from video frames not used in the training session. Regarding the third objective; reliability criteria for the data were established based on group discus¬sion. Software was developed to share data using web services.

Results: All the technological tools have been created under the FLOSS system and are, in that sense, free. The margin of error of the microcontroller is 0.1%. The validity of the fiber-glass platform is 0.95 (ICC). The management software runs close to 110,000 lines of code and is available in 7 languages. The mean prediction error in the flexing of the knee is 2.6°.To date, 3462 jumps have been shared from 751 people by 24 different professionals. 16 scientific publications by other authors using the tools developed during the project have been found. The FLOSS licenses granted allow any interested party to review the designed tools in depth, and to purchase and/or build them, at low cost without violating any ethical or legal standards.