Reliability and Validity of an Innovative Method of ROM Measurement Using Microsoft Kinect V2

Measuring Range of Motion (ROM) is the first step of physical therapy. A new method to measure ROM by Kinect V2 whose camera type is time of flight is proposed. Colored markers are attached to related joints and then their camera centered three-dimensional world coordinates are located by Kinect. Using these coordinates, joint angle, and ROM can be accurately calculated. To analyze reliability and validity of the method, ROM measurements of right and left elbow from ten participants are taken by standard goniometer and Kinect separately. For inter-observer reliability, measurements were taken in two sessions by three physiotherapists. The reliability tests Intra-class Correlation Coefficient (ICC), Standard Error of Measure (SEM), and Minimal Detectable Change (MDC) belonging to the measurements have been obtained. To compute absolute accuracy of the method, a goniometer marked with colors has been recorded at four different angles (45, 90, 135, and 180 degrees) by Kinect in six sessions having 50-frame periods each. Mean, Standard Deviation (SD), Root Mean Square Error (RMSE), and Limits of Agreement (LOA) values are given for each angle and session. The measurements taken for absolute accuracy clearly shows that Kinect has 1- to 3-degree error rate and below 1-degree standard deviation. Analyzing the collected data, the ICC values of Kinect measurements that are 0.94 for right arm and 0.93 for left arm in contrast with the ICC values of goniometric measurements taken by observers are 0.78 for the right arm and 0.81 for the left arm. This study indicates the proposed method has a high level of accuracy and reliability, and it can be efficiently used to measure ROM accurately.

Microsoft Kinect V2 Tabanlý Yenilikçi Bir Yöntem ile ROM Ölçümlerine Ait Geçerlilik ve Güvenirlik Çalýþmasý

Hareket aralýðý ölçümü fizik tedavinin ilk aþamasýný oluþturmaktadýr. Bu çalýþmada, derinlik bilgisi veren bir kamera türü olan Kinect V2 kullanýlarak yeni bir hareket aralýðý ölçüm yöntemi önerilmiþtir. Ýlgili uzva renkli iþaretçiler yapýþtýrýlýp bu iþaretçilerin her birinin aðýrlýk merkezine ait kamera merkezli üç boyutlu dünya koordinatlarý bulunmuþtur. Bu koordinatlar kullanýlarak eklem açýlarý ve hareket aralýðý ölçülmüþtür. Yöntemin geçerlilik ve güvenirliðini test etmek amacýyla 10 katýlýmcýnýn sað ve sol dirsek açýlarý standart gönyometre ve Kinect ile ayrý ayrý ölçülmüþtür. Gözlemci içi güvenirliklerin test edilmesi için ölçümler üç oturumda her biri en az 10 yýl tecrübeli üç fizik tedavi uzmaný ve Kinect ile alýnmýþtýr. Güvenirlik analizlerinde ölçümlere ait sýnýf içi korelasyon katsayýsý (ICC), Ölçüm standart hatasý (SEM) ve tespit edilebilir minimal deðiþim (MDC) hesaplanmýþtýr. Cihaz ile yapýlan ölçümlerin mutlak doðruluðunu gözlemlemek için gönyometre üzerine iþaretçiler yapýþtýrýlýp dört farklý açýya (45, 90, 135 ve 180 derece) ayarlanarak altýþar oturumda ölçüm alýnmýþtýr. Her bir açý ve oturum için ölçümlere ait ortalama, standart sapma, ortalama karesel hata (RMSE) ve karar sýnýrlarý (LOA) bulunmuþtur. Mutlak doðruluk için yapýlan ölçümlerde kullanýlan yöntemin 1-3 derecelik hata payý ve 1 derecenin altýnda standart sapmasý olduðu görülmüþtür. Fizik tedavi uzmanlarýnýn yaptýðý ölçümlerde sað ve sol kol için sýnýf içi korelasyon katsayýlarý sýrasýyla 0.78 ve 0.81 olarak bulunurken bu deðerler Kinect için 0.94 ve 0.93 olarak elde edilmiþtir. Bu çalýþmada önerilen yöntemin yapýlan analizler sonrasý geçerli ve güvenilir olduðu anlaþýlýp klinik uygulamalarda kullanýlabileceði görülmüþtür.