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

Öz 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° ) 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 1to 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. Hareket aralığı ölçümü fizik tedavinin ilk aşamasını oluşturmaktadır. Bu çalışmada, derinlik bilgisi veren bir kamera türü olan Kinect V2 kullanılarak yeni bir hareket aralığı ölçüm yöntemi önerilmiştir. İlgili uzva renkli işaretçiler yapıştırılıp bu işaretçilerin her birinin ağırlık merkezine ait kamera merkezli üç boyutlu dünya koordinatları bulunmuştur. Bu koordinatlar kullanılarak eklem açıları ve hareket aralığı ölçülmüştür. Yöntemin geçerlilik ve güvenirliğini test etmek amacıyla 10 katılımcının sağ ve sol dirsek açıları standart gönyometre ve Kinect ile ayrı ayrı ölçülmüştür. Gözlemci içi güvenirliklerin test edilmesi için ölçümler üç oturumda her biri en az 10 yıl tecrübeli üç fizik tedavi uzmanı ve Kinect ile alınmıştır. Güvenirlik analizlerinde ölçümlere ait sınıf içi korelasyon katsayısı (ICC), Ölçüm standart hatası (SEM) ve tespit edilebilir minimal değişim (MDC) hesaplanmıştır. Cihaz ile yapılan ölçümlerin mutlak doğruluğunu gözlemlemek için gönyometre üzerine işaretçiler yapıştırılıp dört farklı açıya (45, 90, 135 ve 180°) ayarlanarak altışar oturumda ölçüm alınmıştır. Her bir açı ve oturum için ölçümlere ait ortalama, standart sapma, ortalama karesel hata (RMSE) ve karar sınırları (LOA) bulunmuştur. Mutlak doğruluk için yapılan ölçümlerde kullanılan yöntemin 1-3° hata payı ve 1° altında standart sapması olduğu görülmüştür. Fizik tedavi uzmanlarının yaptığı ölçümlerde sağ ve sol kol için sınıf içi korelasyon katsayıları sırasıyla 0.78 ve 0.81 olarak bulunurken bu değerler Kinect için 0.94 ve 0.93 olarak elde edilmiştir. Bu çalışmada önerilen yöntemin yapılan analizler sonrası geçerli ve güvenilir olduğu anlaşılıp klinik uygulamalarda kullanılabileceği görülmüştür.