Artigo técnico: Vetor de validação T7

Matthew C. Varley, Susanne Ellens, David Carey. Grupo de Pesquisa em Esporte, Desempenho e Nutrição, Escola de Saúde Aliada, Serviços Humanos e Esporte, Universidade La Trobe, Melbourne, VIC, Austrália.

1. Introdução
2. Métodos
3. Análise Estatística
4. Resultados
5. Resumo
6. Referências

1. INTRODUÇÃO

Os sistemas de rastreamento de atletas tornaram-se uma ferramenta essencial para o esporte. Esses sistemas permitem que os praticantes quantifiquem e analisem o movimento dos atletas para compreender melhor a carga de treinamento, o desempenho físico, o comportamento tático e o risco de lesões.¹

Embora muitos sistemas de rastreamento estejam disponíveis, a maioria tem limitações quando usada em ambientes fechados. O sistema de posicionamento local ClearSky (LPS) é uma tecnologia que fornece rastreamento e medição do desempenho do atleta em ambientes indoor. Especificamente, o sistema gera métricas de posição e derivadas de posição, como distância, velocidade e aceleração.

O Vetor T7 é um novo dispositivo vestível usado com o sistema ClearSky. O Vector T7 é semelhante aos dispositivos anteriores usados com ClearSky (Vector S7 e Catapult T6), com frequência de amostragem de 10 Hz.

No entanto, o Vetor T7 usa um protocolo de diferença de tempo de chegada (TDOA) para derivar a posição, enquanto os dispositivos anteriores usam um protocolo Two Way Ranging (TWR). A vantagem do protocolo TDOA é que ele requer um consumo de energia substancialmente menor para o dispositivo em comparação com o protocolo TWR, mantendo a precisão dos dados posicionais.

Esta redução na potência permite que o tamanho do dispositivo seja reduzido. O tamanho menor do dispositivo permite Vetor T7 para ser usado em diversas posições no atleta, incluindo a colocação tradicional entre as omoplatas ou na cintura.

Os sistemas de rastreamento de atletas exigem a validação de sua capacidade de medir o movimento do atleta para que os praticantes tenham confiança nos dados, permitindo-lhes tomar decisões sobre treinos e práticas de jogo. Tal como acontece com toda tecnologia, os fabricantes lançarão modelos atualizados ao longo do tempo, à medida que forem feitas melhorias no hardware do dispositivo e nos algoritmos subjacentes.

Cada novo modelo requer validação para determinar a capacidade do novo dispositivo de medir o que se pretende medir (por exemplo, posição, velocidade e aceleração).¹ Isso normalmente é feito comparando os dados do dispositivo com uma medida de critério. O sistema Vicon é um sistema de câmera de captura de movimento considerado o padrão ouro para medição de posição. É comum que o Vicon seja utilizado como medida critério na validação de tecnologia de rastreamento de atletas.^{2, 3}

Estudos avaliaram a validade dos dispositivos Catapult T6 para medir distância, velocidade e aceleração durante tarefas específicas de esportes coletivos, incluindo esforços lineares máximos e movimentos de mudança de direção.^4,5,6

Esses estudos usaram um sistema de câmera de captura de movimento (Vicon ou Qualisys Oqus) como medida de critério, com todos os estudos concluindo que o Catapulta T6 dispositivos tiveram validade aceitável para avaliar o movimento do atleta. Dado que o Vector T7 foi desenvolvido apenas recentemente, é necessária a validação deste dispositivo.

Portanto, o objetivo deste estudo foi avaliar a validade do novo Vetor T7 dispositivos para medir distância, velocidade e aceleração.

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2. MÉTODOS

Participaram deste estudo seis participantes do sexo masculino, recreativamente ativos (28,8 ± 5,6 anos). Todos os participantes forneceram consentimento por escrito para sua participação no estudo e os procedimentos utilizados foram conduzidos com aprovação do Comitê de Ética em Pesquisa em Seres Humanos da Universidade La Trobe.

A coleta de dados foi realizada em um pavilhão esportivo de 40 x 70 m, composto por três quadras de basquete. Os participantes realizaram sete tentativas de movimento diferentes em uma área de 20 x 5 m em uma das quadras de basquete. Durante os testes, os dados de movimento do jogador foram coletados através de um LPS (Catapult ClearSky, Catapult, Melbourne, Austrália) e um sistema de análise de movimento de 20 câmeras (Vantage, Vicon Motion Systems, Oxford, Reino Unido).

Uma descrição e um esquema de cada tentativa são mostrados em Tabela 1 e Figura 1. Os participantes foram solicitados a realizar todas as tentativas em intensidade máxima e parar completamente ao final da tentativa (desaceleração). Os participantes realizaram um aquecimento de 5 minutos antes do início do ensaio. Cada tentativa de movimento foi realizada duas vezes para um total de 14 tentativas, com cada tentativa separada por aproximadamente 3 min. 

Os participantes foram equipados com quatro Vetor T7 dispositivos posicionados em quatro locais diferentes. Um dispositivo foi posicionado entre as omoplatas do participante utilizando o colete fornecido pelo fabricante.

Os três dispositivos restantes foram posicionados ao redor da cintura do participante, especificamente na frente (corte transversal do ponto médio entre as duas espinhas ilíacas ântero-superiores), lado esquerdo (corte transversal do ponto médio entre as espinhas ilíacas ântero-superiores) e nas costas ( seção transversal do ponto médio entre as duas espinhas ilíacas póstero-superiores) em um clipe de cós personalizado fornecido pelo fabricante que é preso aos shorts dos participantes.

Separadamente das tentativas de movimento, foi realizada uma tentativa estática para avaliar o Vetor T7 dispositivos para a estabilidade de seu posicionamento usando um protocolo de posicionamento fixo. Três dispositivos foram colocados cada um em um tripé (1,5 m de elevação) e deixados para coletar dados por um período de 10 minutos. Dos dispositivos, dois foram colocados no centro da quadra intermediária e um foi colocado na borda larga da quadra.

O ClearSkyLPS foi instalado ao redor do pavilhão desportivo e era composto por 21 nós de ancoragem fixados a uma altura média de 8,4 m do solo e com uma distância média de 10,4 m entre cada nó. Os dados foram capturados a 10 Hz e processados utilizando o software do fabricante (OpenField versão 3.9.0). Os dados de velocidade, aceleração, posição xy e hodômetro (distância acumulada) foram exportados para cada tentativa para análise posterior.

A amostragem do sistema de análise de movimento de 20 câmeras (Vicon) a 100 Hz foi utilizada como critério de medida de distância, velocidade e aceleração. As câmeras foram montadas em tripés e posicionadas a 3 m do perímetro da área onde foram realizadas as provas de movimento. Quatro marcadores retrorrefletivos com diâmetro de 32 mm foram colocados na parte externa do colete fornecido pelo fabricante e em cada clipe de cós contendo os dispositivos Vector T7, em correspondência com o meio de cada dispositivo.  

Os dados do Vicon foram rotulados e processados com o Vicon Nexus 2.14. O processamento de dados brutos do Vicon consistiu na filtragem usando um filtro Butterworth passa-baixo de quarta ordem com uma frequência de corte de 3 Hz que foi determinada com base na análise residual. Lacunas nos dados ≤50 ms (5 amostras) foram preenchidas usando interpolação spline, lacunas ≥50 ms foram excluídas da análise. As coordenadas XY dos dados Vicon filtrados de 100 Hz foram usadas para análise, as coordenadas z (deslocamento vertical) foram negligenciadas nos cálculos, pois o ClearSky foi configurado para posicionamento bidimensional (2D).

Para cada um dos quatro marcadores Vicon em cada tentativa de movimento (n = 320), a velocidade 2D foi calculada diferenciando os dados posicionais e aplicando o mesmo filtro usado no software do fabricante nos dados LPS. Esta informação foi fornecida aos pesquisadores pelo fabricante; entretanto, os detalhes não estão incluídos aqui devido à propriedade intelectual do fabricante. Da mesma forma, a aceleração foi calculada diferenciando os dados de velocidade e filtrando utilizando as especificações do fabricante.

As métricas derivadas do Vicon foram amostradas para 10 Hz e depois sincronizadas com os dados do Catapult por meio da correlação cruzada dos sinais de velocidade para encontrar o deslocamento de tempo que maximizou a correlação. Todo o processamento e análise dos dados foram realizados utilizando a linguagem de programação estatística R (versão 4.0.4)⁷ e o pacote gsignal⁸.

Tabela 1. Descrição das tentativas de movimento

Figura 1.A) Esquema das sete tentativas de movimento diferentes. B) Configuração durante a coleta de dados, todos os testes começaram a partir do ponto de referência inicial (círculo branco), câmeras Vicon (trapézio preto), nós de âncora ClearSky (triângulos brancos). Nota: Pavilhão Desportivo inteiro (40 x 70m não é mostrado na íntegra para maior clareza).

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3. ANÁLISE ESTATÍSTICA

Testes de movimento

As seguintes métricas foram calculadas para cada ensaio comparando o Vetor T7 e dados derivados de Vicon; raiz da diferença padrão média (RMSD) para velocidade e aceleração e diferença média absoluta (MAD) para a distância posicional amostra a amostra. Os ensaios Vicon que tinham dados faltantes superiores a 10% foram excluídos das análises (n = 12) devido à introdução de efeitos de borda pela abordagem de filtragem onde existiam lacunas nos dados. Os resultados são apresentados como média, mediana e intervalos interquartis (IQR) para cada métrica, em todos os ensaios, e estratificados por localização do dispositivo e tipo de movimento.

Ensaios estáticos

Para testes de dispositivos estáticos, a distância posicional e o deslocamento amostra a amostra foram calculados. Os resultados são apresentados como média, mediana, IQR e total acumulado para distância, e o deslocamento da primeira para a última amostra no ensaio de 10 minutos. O “odômetro” métrico do fabricante foi incluído nos resultados de cada dispositivo como ponto de referência para a distância percorrida calculada.

4. RESULTADOS

Testes de movimento

As diferenças entre a velocidade derivada do ClearSky LPS e do Vicon são mostradas em Tabela 2 e Figura 2. Das quatro posições do dispositivo testadas, o dispositivo usado no colete apresentou a menor média e mediana do RMSD, e o dispositivo usado na frente da cintura o mais alto.

Esta observação foi repetida para o RMSD em aceleração (Tabela 3 e Figura 2). Os ensaios de movimento linear tiveram a concordância mais próxima entre os métodos para velocidade. O 180⁰ O teste de movimento de mudança de direção resultou nos maiores valores de RMSD para aceleração.

Mesa 2. Velocidade RMSD (m·s^-1) entre dispositivos Catapult e sistema de análise de movimento Vicon.

Tabela 3. Aceleração RMSD (m·s^-2) entre dispositivos Catapult e sistema de análise de movimento Vicon.

Figura 2. Resultados de velocidade RMSD (primeira linha) e aceleração (segunda linha) para cada tentativa, estratificados por localização do dispositivo (primeiras colunas) e tipo de movimento (segunda coluna).

Tabela 4 mostra o MAD na distância amostra a amostra derivada dos dados de rastreamento posicional do Vector T7 e Vicon. Em todos os testes, a diferença média foi de 0,39 m, as diferenças foram maiores no dispositivo usado na parte frontal da cintura e durante o teste de movimento em circuito.

Tabela 4. MAD na distância amostra a amostra (m) entre os dispositivos Catapult e o sistema de análise de movimento Vicon.

Ensaios estáticos

A mediana e a distância amostra a amostra do IQR para todos os dispositivos estacionários foi zero (Tabela 5), indicando que na maioria dos intervalos de tempo os dispositivos não alteraram suas coordenadas x ou y.

No entanto, os dispositivos registaram algumas mudanças de posição, de modo que a distância média entre as amostras foi de aproximadamente 1-2 mm. Durante 10 minutos não houve forte viés direcional e a localização final dos dispositivos ficou muito próxima de suas posições iniciais (deslocamento final da ordem de alguns centímetros).

O processamento e filtragem de dados proprietários incluídos no cálculo da distância cumulativa do fabricante (a variável 'odômetro') foi capaz de corrigir as pequenas mudanças na posição e retornar distâncias totais inferiores a 0,02 m.

Tabela 5. Resultados de testes estáticos (três dispositivos deixados parados por 10 minutos).

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5. RESUMO

• Vetor T7 os dispositivos tinham um RMSD baixo para medidas de velocidade e aceleração e um MAD baixo para medidas de distância durante testes de movimento envolvendo altas taxas de aceleração, desaceleração e mudança de direção.
• Vetor T7 os dispositivos exibiram um RMSD baixo semelhante para medidas de aceleração em todos os testes de movimento, com exceção de uma mudança de direção de 180 graus, onde o RMSD foi ligeiramente mais alto. Isto é provavelmente devido aos movimentos neste ensaio envolvendo taxas mais altas de aceleração/desaceleração e sugere que o erro aumenta à medida que a taxa de mudança na velocidade aumenta. Contudo, esse erro ainda pode ser considerado baixo (RMSD médio de 1,24). 
• A colocação do colete resultou no menor erro para medidas de velocidade, aceleração e distância, enquanto a colocação do dispositivo na frente da cintura resultou no maior erro. Independentemente do posicionamento do dispositivo, todos os locais resultaram em erro baixo em todas as medidas com todos os RMSD ≤ 0,85. 
• A estabilidade posicional dos dispositivos Vector T7 quando estacionários foi alta, com uma distância média entre amostras de ~1-2 mm.
• O erro baixo sugere que o dispositivo Vector T7 usado em conjunto com ClearSky fornece uma medida válida de velocidade, aceleração e distância durante tarefas específicas de esportes coletivos, incluindo esforços lineares máximos e movimentos de mudança de direção.

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6. REFERÊNCIAS

1. Malone, JJ, Lovell, R., Varley, MC e Coutts, AJ (2017). Desempacotando a caixa preta: aplicações e considerações para o uso de dispositivos GPS no esporte. Revista Internacional de Fisiologia e Desempenho Esportivo, 12(s2), S2-18.
2. Linke, D., Link, D. e Lames, M. (2018). Validação de sistemas eletrônicos de desempenho e rastreamento EPTS em condições de campo. PloS um, 13(7), e0199519.
3. Linke, D., Link, D. e Lames, M. (2020). Validade específica do futebol dos sistemas ópticos de rastreamento de vídeo da TRACAB. PloS um, 15(3), e0230179.
4. Luteberget, LS, Spencer, M. e Gilgien, M. (2018). Validade do sistema de posicionamento local Catapult ClearSky T6 para treinos específicos de esportes coletivos, em condições indoor. Fronteiras na fisiologia, 9, 115.
5. Serpiello, FR, Hopkins, WG, Barnes, S., Tavrou, J., Duthie, GM, Aughey, RJ, & Ball, K. (2018). Validade de um sistema de posicionamento local de banda ultralarga para medir a locomoção em esportes indoor. Revista de ciências do esporte, 36(15), 1727-1733.
6. Hodder, RW, Ball, KA e Serpiello, FR (2020). Validade de critério do sistema de posicionamento local Catapult ClearSky T6 para medição de distância entre unidades. Sensores, 20(13), 3693.
7. Equipe principal R (2021). R: Uma linguagem e ambiente para computação estatística. Fundação R para Computação Estatística, Viena, Áustria. URL https://www.R-project.org/
8. Van Boxtel, GJM, Laboissière, R., & Wilhelm, HD (2021). gsignal: Processamento de sinal. URL: https://github.com/gjmvanboxtel/gsignal

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