Informe técnico: Vector de validación T7

Matthew C. Varley, Susanne Ellens, David Carey. Grupo de Investigación sobre Deporte, Rendimiento y Nutrición, Escuela de Salud, Servicios Humanos y Deportes, Universidad La Trobe, Melbourne, VIC, Australia.

1. Introducción
2. Métodos
3. Análisis estadístico
4. Resultados
5. Resumen
6. Referencias

1. INTRODUCCIÓN

Los sistemas de seguimiento de deportistas se han convertido en una herramienta imprescindible para el deporte. Estos sistemas permiten a los profesionales cuantificar y analizar el movimiento de los atletas para comprender mejor la carga de entrenamiento, el rendimiento físico, el comportamiento táctico y el riesgo de lesiones.¹

Si bien hay muchos sistemas de seguimiento disponibles, la mayoría tiene limitaciones cuando se usan en interiores. El sistema de posicionamiento local ClearSky (LPS) es una tecnología que proporciona seguimiento y medición del rendimiento de los atletas en ambientes interiores. Específicamente, el sistema genera métricas de posición y derivadas de la posición, como distancia, velocidad y aceleración.

El Vector T7 es un nuevo dispositivo portátil que se utiliza con el sistema ClearSky. El Vector T7 es similar a los dispositivos anteriores utilizados con ClearSky (Vector S7 y Catapult T6), con una frecuencia de muestreo de 10 Hz.

sin embargo, el Vector T7 utiliza un protocolo de diferencia horaria de llegada (TDOA) para derivar la posición, mientras que los dispositivos anteriores utilizan un protocolo de rango bidireccional (TWR). El beneficio del protocolo TDOA es que requiere un consumo de energía sustancialmente menor para el dispositivo en comparación con el protocolo TWR, manteniendo al mismo tiempo la precisión de los datos posicionales.

Esta reducción de potencia permite reducir el tamaño del dispositivo. El tamaño más pequeño del dispositivo permite que Vector T7 para ser usado en varias posiciones sobre el atleta, incluida la colocación tradicional entre los omóplatos o colocado en la cintura.

Los sistemas de seguimiento de atletas requieren la validación de su capacidad para medir el movimiento de los atletas para que los practicantes tengan confianza en los datos que les permitan tomar decisiones sobre el entrenamiento y las prácticas de partido. Como ocurre con toda la tecnología, los fabricantes lanzarán modelos actualizados con el tiempo, a medida que se realicen mejoras tanto en el hardware del dispositivo como en sus algoritmos subyacentes.

Cada nuevo modelo requiere validación para determinar la capacidad del nuevo dispositivo para medir lo que se pretende medir (por ejemplo, posición, velocidad y aceleración).¹ Por lo general, esto se hace comparando los datos del dispositivo con una medida de criterio. El sistema Vicon es un sistema de cámara de captura de movimiento considerado el estándar de oro para medir la posición. Es común que Vicon se utilice como medida de criterio en la validación de la tecnología de seguimiento de atletas.^{2, 3}

Los estudios han evaluado la validez de los dispositivos Catapult T6 para medir la distancia, la velocidad y la aceleración durante tareas específicas de deportes de equipo, incluidos los esfuerzos máximos lineales y los movimientos de cambio de dirección.^4,5,6

Estos estudios utilizaron un sistema de cámara de captura de movimiento (ya sea Vicon o Qualisys Oqus) como criterio de medida y todos los estudios concluyeron que el Catapulta T6 Los dispositivos tenían una validez aceptable para evaluar el movimiento de los atletas. Dado que el Vector T7 se desarrolló recientemente, se requiere la validación de este dispositivo.

Por lo tanto, el objetivo de este estudio fue evaluar la validez de la nueva Vector T7 Dispositivos para medir distancias, velocidades y aceleraciones.

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2. MÉTODOS

En este estudio participaron seis participantes masculinos recreativamente activos (28,8 ± 5,6 años). Todos los participantes dieron su consentimiento por escrito para su participación en el estudio y los procedimientos utilizados se realizaron con la aprobación del Comité de Ética en Investigación en Humanos de la Universidad La Trobe.

La recolección de datos se realizó en un pabellón deportivo de 40 x 70 m, que constaba de tres canchas de baloncesto. Los participantes realizaron siete pruebas de movimientos diferentes en un área de 20 x 5 m en una de las canchas de baloncesto. Durante las pruebas, los datos del movimiento de los jugadores se recopilaron mediante un LPS (Catapult ClearSky, Catapult, Melbourne, Australia) y un sistema de análisis de movimiento de 20 cámaras (Vantage, Vicon Motion Systems, Oxford, Reino Unido).

Una descripción y un esquema de cada prueba se muestran en Tabla 1 y Figura 1. Se pidió a los participantes que realizaran todas las pruebas a una intensidad máxima y que se detuvieran por completo al final de la prueba (desaceleración). Los participantes realizaron un calentamiento de 5 minutos antes del comienzo de la prueba. Cada prueba de movimiento se realizó dos veces para un total de 14 pruebas con cada prueba separada por ~3 min. 

Los participantes fueron equipados con cuatro Vector T7 dispositivos colocados en cuatro ubicaciones diferentes. Se colocó un dispositivo entre los omóplatos del participante utilizando el chaleco suministrado por el fabricante.

Los tres dispositivos restantes se colocaron alrededor de la cintura de los participantes, específicamente en la parte delantera (sección transversal del punto medio entre las dos espinas ilíacas anterosuperiores), el lado izquierdo (sección transversal del punto medio entre las espinas ilíacas anterosuperiores y posterosuperiores) y la espalda ( sección transversal del punto medio entre las dos espinas ilíacas posterosuperiores) en un clip de cintura personalizado suministrado por el fabricante que se enganchaba a los pantalones cortos de los participantes.

Aparte de las pruebas de movimiento, se realizó una prueba estática para evaluar la Vector T7 dispositivos para la estabilidad de su posicionamiento mediante un protocolo de colocación fija. Se colocaron tres dispositivos cada uno en un trípode (elevación de 1,5 m) y se dejaron recolectar datos durante un período de 10 minutos. De los dispositivos, dos se colocaron en el centro de la cancha media y uno en el borde ancho de la cancha.

El ClearSky LPS Se instaló alrededor del pabellón de deportes y constaba de 21 nodos de anclaje fijados a una altura promedio de 8,4 m del suelo con una distancia promedio de 10,4 m entre cada nodo. Los datos se capturaron a 10 Hz y se procesaron utilizando el software del fabricante (OpenField versión 3.9.0). Los datos de velocidad, aceleración, posición xy y odómetro (distancia acumulada) se exportaron para cada prueba para su posterior análisis.

El muestreo del sistema de análisis de movimiento de 20 cámaras (Vicon) a 100 Hz se utilizó como criterio de medida de distancia, velocidad y aceleración. Las cámaras se montaron sobre trípodes y se colocaron a 3 m del perímetro del área donde se realizaron las pruebas de movimiento. Se colocaron cuatro marcadores retrorreflectantes con un diámetro de 32 mm en el exterior del chaleco suministrado por el fabricante y en cada clip de cintura que contenía los dispositivos Vector T7, en correspondencia con el centro de cada dispositivo.  

Los datos de Vicon se etiquetaron y procesaron con Vicon Nexus 2.14. El procesamiento de datos sin procesar de Vicon consistió en el filtrado utilizando un filtro Butterworth de paso bajo de cuarto orden con una frecuencia de corte de 3 Hz que se determinó en base al análisis residual. Los espacios en los datos ≤50 ms (5 muestras) se llenaron mediante interpolación spline, los espacios ≥50 ms se excluyeron del análisis. Para el análisis se utilizaron las coordenadas XY de los datos filtrados de Vicon de 100 Hz; las coordenadas z (desplazamiento vertical) se ignoraron en los cálculos ya que ClearSky estaba configurado para posicionamiento bidimensional (2D).

Para cada uno de los cuatro marcadores Vicon en cada prueba de movimiento (n = 320), la velocidad 2D se calculó diferenciando los datos posicionales y aplicando el mismo filtro utilizado en el software del fabricante en los datos del LPS. Esta información fue proporcionada a los investigadores por el fabricante; sin embargo, los detalles no se incluyen aquí debido a la propiedad intelectual del fabricante. De manera similar, la aceleración se calculó diferenciando los datos de velocidad y filtrando según las especificaciones del fabricante.

Las métricas derivadas de Vicon se muestrearon a 10 Hz y luego se sincronizaron con los datos de Catapult mediante la correlación cruzada de las señales de velocidad para encontrar el desplazamiento de tiempo que maximizaba la correlación. Todo el procesamiento y análisis de datos se realizó utilizando el lenguaje de programación estadística R (versión 4.0.4).⁷ y el paquete gsignal⁸.

Tabla 1. Descripción de las pruebas de movimiento.

Prueba #	Descripción
1	Carrera lineal de 5 m.
2	Carrera lineal de 10 m.
3	Carrera lineal de 20 m.
4	Sprint lineal de 5 m en cambio de dirección de 45 grados en sprint lineal de 5 m
5	Sprint lineal de 5 m en 90 grados. Cambio de dirección en sprint lineal de 5 m.
6	Sprint lineal de 5 m en 180 grados Cambio de dirección en sprint lineal de 5 m
7	Un circuito que combina sprints lineales y cambios de dirección.

Figura 1. A) Esquema de las siete pruebas de movimiento diferentes. B) Configuración durante la recopilación de datos, todas las pruebas comenzaron desde el punto de referencia inicial (círculo blanco), cámaras Vicon (trapecio negro), nodos de anclaje ClearSky (triángulos blancos). Nota: Pabellón deportivo completo (40 x 70 m no se muestra completo para mayor claridad).

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3. ANÁLISIS ESTADÍSTICO

Pruebas de movimiento

Se calcularon las siguientes métricas para cada ensayo comparando el Vector T7 y datos derivados de Vicon; diferencia estándar de medias raíz (RMSD) para velocidad y aceleración y diferencia media absoluta (MAD) para la distancia posicional de muestra a muestra. Los ensayos de Vicon a los que les faltaban más de 10% se excluyeron de los análisis (n = 12) debido a la introducción de efectos de borde mediante el enfoque de filtrado cuando existían lagunas en los datos. Los resultados se presentan como media, mediana y rangos intercuartílicos (IQR) para cada métrica, en todos los ensayos, y se estratifican por ubicación del dispositivo y tipo de movimiento.

Ensayos estáticos

Para las pruebas de dispositivos estáticos, se calcularon la distancia posicional y el desplazamiento de muestra a muestra. Los resultados se presentan como media, mediana, IQR y total acumulado para la distancia y el desplazamiento desde la primera a la última muestra en la prueba de 10 minutos. El “odómetro” métrico del fabricante se incluyó en los resultados de cada dispositivo como punto de referencia para la distancia recorrida calculada.

4. RESULTADOS

Pruebas de movimiento

Las diferencias entre ClearSky LPS y la velocidad derivada de Vicon se muestran en Tabla 2 y Figura 2. De las cuatro posiciones del dispositivo probadas, el dispositivo usado en el chaleco tuvo la RMSD media y mediana más pequeña, y el dispositivo usado en la parte delantera de la cintura tuvo la más alta.

Esta observación se repitió para el RMSD en aceleración (Tabla 3 y Figura 2). Las pruebas de movimiento lineal tuvieron la concordancia más cercana entre los métodos para la velocidad. el 180⁰ La prueba de movimiento de cambio de dirección resultó en los valores más altos de RMSD para aceleración.

Tabla 2. Velocidad RMSD (m·s^-1) entre los dispositivos Catapult y el sistema de análisis de movimiento Vicon.

		norte	Significar	Mediana	RIQ
	Todo	308	0.19	0.14	0.11 – 0.21
Ubicación del dispositivo	Chaleco	79	0.14	0.12	0.09 – 0.15
	Atrás	77	0.20	0.15	0.12 – 0.22
	Frente	76	0.24	0.17	0.14 – 0.27
	Lado izquierdo	76	0.18	0.13	0.11 – 0.18
Tipo de movimiento	Lineal	140	0.17	0.12	0.09 – 0.18
	COD 45	44	0.27	0.22	0.14 – 0.32
	COD 90	43	0.18	0.15	0.11 – 0.20
	COD 180	48	0.18	0.14	0.13 – 0.17
	Circuito	33	0.22	0.18	0.17 – 0.24

Tabla 3. Aceleración RMSD (m·s^-2) entre los dispositivos Catapult y el sistema de análisis de movimiento Vicon.

		norte	Significar	Mediana	RIQ
	Todo	308	0.79	0.76	0.64 – 0.91
Ubicación del dispositivo	Chaleco	79	0.75	0.74	0.62 – 0.81
	Atrás	77	0.77	0.76	0.60 – 0.91
	Frente	76	0.85	0.83	0.66 – 0.97
	Lado izquierdo	76	0.79	0.79	0.65 – 0.88
Tipo de movimiento	Lineal	140	0.69	0.73	0.60 – 0.81
	COD 45	44	0.67	0.67	0.48 – 0.87
	COD 90	43	0.75	0.74	0.66 – 0.85
	COD 180	48	1.24	1.25	1.16 – 1.32
	Circuito	33	0.77	0.80	0.73 – 0.86

Figura 2. Resultados de velocidad RMSD (primera fila) y aceleración (segunda fila) para cada prueba, estratificados por ubicación del dispositivo (primeras columnas) y tipo de movimiento (segunda columna).

Tabla 4 muestra el MAD en la distancia de muestra a muestra derivada de los datos de seguimiento posicional de Vector T7 y Vicon. En todas las pruebas, la diferencia media fue de 0,39 m, las diferencias fueron mayores en el dispositivo usado en la parte delantera de la cintura y durante la prueba de movimiento en circuito.

Tabla 4. MAD en distancia de muestra a muestra (m) entre los dispositivos Catapult y el sistema de análisis de movimiento Vicon.

		norte	Significar	Mediana	RIQ
	Todo	308	0.04	0.03	0.02 – 0.05
Ubicación del dispositivo	Chaleco	79	0.03	0.03	0.02 – 0.04
	Atrás	77	0.04	0.03	0.02 – 0.04
	Frente	76	0.05	0.04	0.03 – 0.06
	Lado izquierdo	76	0.04	0.03	0.03 – 0.04
Tipo de movimiento	Lineal	140	0.03	0.03	0.02 – 0.04
	COD 45	44	0.04	0.04	0.03 – 0.05
	COD 90	43	0.04	0.03	0.03 – 0.04
	COD 180	48	0.04	0.03	0.03 – 0.04
	Circuito	33	0.07	0.06	0.05 – 0.09

Ensayos estáticos

La mediana y la distancia IQR entre muestras para todos los dispositivos estacionarios fue cero (Tabla 5), lo que indica que en la mayoría de los pasos de tiempo los dispositivos no cambiaron sus coordenadas x o y.

Sin embargo, los dispositivos registraron algunos cambios en la posición, de modo que la distancia media entre muestras fue de aproximadamente 1 a 2 mm. Durante 10 minutos no hubo un fuerte sesgo direccional y la ubicación final de los dispositivos fue muy cercana a sus posiciones iniciales (desplazamiento final del orden de unos pocos centímetros).

El procesamiento y filtrado de datos patentados incluidos en el cálculo de distancia acumulada del fabricante (la variable 'odómetro') pudo corregir los pequeños cambios en la posición y arrojó distancias totales de menos de 0,02 m.

Tabla 5. Resultados de pruebas estáticas (tres dispositivos se dejaron estacionarios durante 10 minutos).

	Derivado de las posiciones x, y
	Distancia entre muestras sucesivas (m)			Desplazamiento en la muestra final (m)	Odómetro en la muestra final (m)
Dispositivo	Significar	Mediana	RIQ
Todo	0.001898	0	0 – 0
1	0.001644	0	0 – 0	(-0.02, -0.05)	0.02
2	0.001548	0	0 – 0	(-0.03, -0.06)	0.00
3	0.002502	0	0 – 0	(-0.06, -0.05)	0.01

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5. RESUMEN

• Vector T7 Los dispositivos tenían un RMSD bajo para medidas de velocidad y aceleración y un MAD bajo para medidas de distancia durante pruebas de movimiento que implicaban altas tasas de aceleración, desaceleración y cambio de dirección.
• Vector T7 los dispositivos mostraron un RMSD bajo similar para las medidas de aceleración en todas las pruebas de movimiento con la excepción de un cambio de dirección de 180 grados donde el RMSD fue ligeramente mayor. Esto probablemente se deba a que los movimientos en esta prueba involucran tasas más altas de aceleración/desaceleración y sugiere que el error aumenta a medida que aumenta la tasa de cambio en la velocidad. Sin embargo, este error aún puede considerarse bajo (RMSD medio de 1,24). 
• La colocación del chaleco dio como resultado el error más bajo en las medidas de velocidad, aceleración y distancia, mientras que la colocación del dispositivo en la parte delantera de la cintura dio como resultado el error más alto. Independientemente de la ubicación del dispositivo, todas las ubicaciones dieron como resultado un error bajo en todas las medidas, con todas las RMSD ≤ 0,85. 
• La estabilidad posicional de los dispositivos Vector T7 cuando estaban estacionarios fue alta con una distancia media entre muestras de ~1-2 mm.
• El bajo error sugiere que el dispositivo Vector T7 utilizado junto con ClearSky proporciona una medida válida de velocidad, aceleración y distancia durante tareas específicas de deportes de equipo, incluidos los esfuerzos lineales máximos y los movimientos de cambio de dirección.

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6. REFERENCIAS

1. Malone, JJ, Lovell, R., Varley, MC y Coutts, AJ (2017). Desempacando la caja negra: aplicaciones y consideraciones para el uso de dispositivos GPS en el deporte. Revista internacional de fisiología y rendimiento del deporte., 12(s2), T2-18.
2. Linke, D., Link, D. y Lames, M. (2018). Validación de sistemas electrónicos de seguimiento y desempeño EPTS en condiciones de campo. Más uno, 13(7), e0199519.
3. Linke, D., Link, D. y Lames, M. (2020). Validez específica del fútbol de los sistemas ópticos de seguimiento por vídeo de TRACAB. Más uno, 15(3), e0230179.
4. Luteberget, LS, Spencer, M. y Gilgien, M. (2018). Validez del sistema de posicionamiento local Catapult ClearSky T6 para ejercicios específicos de deportes de equipo, en condiciones de interior. Fronteras en fisiología, 9, 115.
5. Serpiello, FR, Hopkins, WG, Barnes, S., Tavrou, J., Duthie, GM, Aughey, RJ y Ball, K. (2018). Validez de un sistema de posicionamiento local de banda ultraancha para medir la locomoción en deportes de interior. revista de ciencias del deporte, 36(15), 1727-1733.
6. Hodder, RW, Ball, KA y Serpiello, FR (2020). Validez de criterio del sistema de posicionamiento local Catapult ClearSky T6 para medir la distancia entre unidades. Sensores, 20(13), 3693.
7. Equipo central R (2021). R: Un lenguaje y entorno para la informática estadística. Fundación R para Computación Estadística, Viena, Austria. URL https://www.R-project.org/
8. Van Boxtel, GJM, Laboissière, R. y Wilhelm, HD (2021). gsignal: Procesamiento de señales. URL: https://github.com/gjmvanboxtel/gsignal

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