Validity and reliability of wearable motion sensors in knee joint range of motion measurement

Abstract

Objective

Joint range of motion (ROM) is one of the factors that determine the function of the musculoskeletal system. This parameter must be able to be measured and recorded in an accurate and repeatable method. The aim of this study is to examine the validity and reliability of a wearable motion sensor, which is an inertial measurement units (IMUs) sensor, in measuring knee joint active flexion movement angles.

Methods

The study, an observational validation study, included 70 Health Sciences Faculty students between the ages of 18–25. The dominant knee joint ROM of the participants was measured by two raters with a digital goniometer (Meloq EasyAngle) and wearable motion sensors (MetaMotionRL).

Results

70 participants (40 female, 30 male) with an average age of 21.03 ± 1.34 years were included in the study. Intra-rater ICC was found to be 0.959 and inter-rater ICC was 0.961. An excellent correlation was found in the first rater's measurements of the Meloq EasyAngle and MetaMotionRL motion sensors (ICC: 0.934, %95CI [0.894–0.959]). Additionally, a significant correlation was found between the raters’ knee joint ROM measured with a digital goniometer and their ROM measured with a wearable motion sensor (p < 0.05).

Conclusion

It was concluded that the MetamotionRL device, a wearable motion sensor, is a valid and reliable method for measuring knee joint ROM. The use of IMU motion sensors is considered potentially important for monitoring and optimizing lower extremity kinematics during assessment and rehabilitation interventions.

Resumen

Objetivo

El rango de movimiento articular (ROM) es uno de los factores que determinan la función del sistema musculoesquelético. Este parámetro debe ser medido y registrado de manera precisa y repetible. El objetivo de este estudio es examinar la validez y fiabilidad de un sensor de movimiento portátil, que es una unidad de medición inercial (IMU), para medir los ángulos de flexión activa de la articulación de la rodilla.

Métodos

El estudio, un estudio de validación observacional, incluyó a 70 estudiantes de la Facultad de Ciencias de la Salud con edades comprendidas entre 18 y 25 años. Se midió el ROM de la rodilla dominante de los participantes mediante 2 evaluadores, utilizando un goniómetro digital (Meloq EasyAngle®) y sensores de movimiento portátiles (MetaMotionRL®).

Resultados

Se incluyó en el estudio a 70 participantes (40 mujeres y 30 varones) con una edad promedio de 21,03 ± 1,34 años. El coeficiente de correlación intraclase (ICC) intraevaluador fue de 0,959 y el ICC interevaluador fue de 0,961. Se encontró una excelente correlación en las mediciones del primer evaluador entre los sensores de movimiento Meloq EasyAngle® y MetaMotionRL® (ICC: 0,934; IC 95%: 0,894-0,959). Además, se encontró una correlación significativa entre el ROM de la rodilla medido por los evaluadores con un goniómetro digital y el ROM medido con un sensor de movimiento portátil (p < 0,05).

Conclusión

Se concluyó que el dispositivo MetaMotionRL®, un sensor de movimiento portátil, es un método válido y fiable para medir el ROM de la rodilla. Se considera que el uso de sensores de movimiento IMU es potencialmente importante para monitorizar y optimizar la cinemática de las extremidades inferiores durante las evaluaciones e intervenciones de rehabilitación.