Livro Branco: Vetor de validação T7

Matthew C. Varley, Susanne Ellens, David Carey. Grupo de Investigação em Desporto, Desempenho e Nutrição, School of Allied Health, Human Services, & Sport, La Trobe University, Melbourne, VIC, Austrália.

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

1. INTRODUÇÃO

Os sistemas de localização de atletas tornaram-se uma ferramenta essencial para o desporto. Estes sistemas permitem aos profissionais quantificar e analisar o movimento dos atletas para melhor compreender a carga de treino, o desempenho físico, o comportamento tático e o risco de lesões^.1

Embora existam muitos sistemas de localização disponíveis, a maioria tem limitações quando utilizados em espaços interiores. O sistema de posicionamento local ClearSky(LPS) é uma tecnologia que permite o seguimento e a medição do desempenho dos atletas em ambientes interiores. Especificamente, o sistema fornece a posição e métricas derivadas da posição, como a distância, a velocidade e a aceleração.

O Vetor T7 é um novo dispositivo que pode ser usado com o sistema ClearSky. O Vetor T7 é semelhante aos dispositivos anteriores utilizados com o ClearSky (Vetor S7 e Catapult T6), com uma frequência de amostragem de 10 Hz.

No entanto, o Vetor T7 utiliza um protocolo TDOA (Time Difference of Arrival) para determinar a posição, enquanto os dispositivos anteriores utilizam um protocolo TWR (Two Way Ranging). A vantagem do protocolo TDOA é que requer um consumo de energia substancialmente menor para o dispositivo em comparação com o protocolo TWR, mantendo a exatidão dos dados de posição.

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

Os sistemas de seguimento de atletas requerem a validação da sua capacidade de medir o movimento dos atletas para que os profissionais tenham confiança nos dados que lhes permitem tomar decisões sobre as práticas de treino e de jogo. Como acontece com todas as tecnologias, os fabricantes lançarão modelos actualizados ao longo do tempo, à medida que forem sendo introduzidas melhorias no hardware do dispositivo e nos algoritmos subjacentes.

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

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

Estes estudos utilizaram um sistema de câmara de captura de movimento (Vicon ou Qualisys Oqus) como medida de critério, tendo todos os estudos concluído que os dispositivos Catapult T6 tinham uma validade aceitável para avaliar o movimento dos atletas. Dado que o Vetor T7 só recentemente foi desenvolvido, é necessária a validação deste dispositivo.

Por conseguinte, o objetivo deste estudo foi avaliar a validade dos novos dispositivos Vetor T7 para medir a distância, a velocidade e a aceleração.

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2. MÉTODOS

Participaram neste estudo seis participantes recreativamente activos do sexo masculino (28,8 ± 5,6 anos de idade). Todos os participantes deram consentimento escrito para a sua participação no estudo e os procedimentos utilizados foram realizados com a aprovação do Comité de Ética em Investigação Humana da Universidade de La Trobe.

A recolha de dados foi realizada num pavilhão desportivo com 40 x 70 m, composto por três campos de basquetebol. Os participantes realizaram sete provas de movimento diferentes numa área de 20 x 5 m num dos campos de basquetebol. Durante as provas, os dados de movimento dos jogadores foram recolhidos através de um LPS (Catapult ClearSky, Catapult, Melbourne, Austrália) e de um sistema de análise de movimento com 20 câmaras (Vantage, Vicon Motion Systems, Oxford, Reino Unido).

A descrição e o esquema de cada prova são apresentados na Tabela 1 e na Figura 1. Foi pedido aos participantes que realizassem todas as provas a uma intensidade máxima e que parassem completamente no final da prova (desaceleração). Os participantes efectuaram um aquecimento de 5 minutos antes do início da prova. Cada prova de movimento foi efectuada duas vezes, num total de 14 provas, cada uma delas separada por cerca de 3 minutos. 

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

Os três dispositivos restantes foram posicionados à volta da cintura dos participantes, especificamente à frente (secção transversal do ponto médio entre as duas espinhas ilíacas superiores anteriores), do lado esquerdo (secção transversal do ponto médio entre as espinhas ilíacas superiores anteriores e posteriores) e atrás (secção transversal do ponto médio entre as duas espinhas ilíacas superiores posteriores) num clipe de cintura personalizado fornecido pelo fabricante, que se prendia aos calções dos participantes.

Separadamente dos ensaios de movimento, foi efectuado um ensaio estático para avaliar os dispositivos Vetor T7 quanto à estabilidade do seu posicionamento, utilizando um protocolo de colocação fixa. Foram colocados três dispositivos num tripé (1,5 m de elevação) e deixados a recolher dados durante um período de 10 minutos. Dois dos dispositivos foram colocados no centro do meio do campo e um foi colocado na extremidade larga do campo.

O ClearSky LPS foi instalado em redor do pavilhão desportivo e era constituído por 21 nós de ancoragem fixados a uma altura média de 8,4 m do solo, com uma distância média de 10,4 m entre cada nó. Os dados foram captados a 10 Hz e processados utilizando o software do fabricanteOpenField versão 3.9.0). Os dados relativos à velocidade, à aceleração, à posição x-y e ao odómetro (distância acumulada) foram exportados para cada ensaio para análise posterior.

O sistema de análise de movimento de 20 câmaras (Vicon), com amostragem a 100 Hz, foi utilizado como critério de medida da distância, velocidade e aceleração. As câmaras foram montadas em tripés e colocadas a 3 m do perímetro da área onde foram realizados os ensaios de movimento. Quatro marcadores retrorreflectores com um diâmetro de 32 mm foram colocados no exterior do colete fornecido pelo fabricante e em cada clipe de cintura contendo os dispositivos Vetor T7, em correspondência com o meio de cada dispositivo.  

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

Para cada um dos quatro marcadores Vicon em cada ensaio de movimento (n=320), a velocidade 2D foi calculada diferenciando os dados posicionais e aplicando o mesmo filtro utilizado no software do fabricante nos dados LPS. Esta informação foi fornecida aos investigadores pelo fabricante; no entanto, os pormenores não são aqui incluídos devido à propriedade intelectual do fabricante. Da mesma forma, a aceleração foi calculada diferindo os dados de velocidade e filtrando-os de acordo com as especificações do fabricante.

Os valores métricos derivados do Vicon foram amostrados para 10Hz e depois sincronizados com os dados da Catapult através da correlação cruzada dos sinais de velocidade para encontrar o desvio temporal que maximizasse a correlação. Todo o processamento e análise de dados foram efectuados utilizando a linguagem de programação estatística R (versão 4.0.4⁾⁷ e o ^pacote gsignal8.

Tabela 1. Descrição dos ensaios de movimento

Julgamento #	Descrição
1	corrida linear de 5 m
2	10 m de corrida linear
3	20 m de corrida linear
4	Sprint linear de 5 m em mudança de direção de 45 graus em sprint linear de 5 m
5	Sprint linear de 5 m em mudança de direção de 90 graus em sprint linear de 5 m
6	Sprint linear de 5 m em mudança de direção de 180 graus em sprint linear de 5 m
7	Um circuito que envolve uma combinação de sprints lineares e mudança de direção

Figura 1. A) Esquema dos sete ensaios de movimento diferentes. B) Configuração durante a recolha de dados, todos os ensaios começaram a partir do ponto de referência inicial (círculo branco), câmaras Vicon (trapézio preto), nós de ancoragem ClearSky (triângulos brancos). Nota: Todo o pavilhão desportivo (40 x 70 m não é apresentado na íntegra por motivos de clareza).

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3. ANÁLISE ESTATÍSTICA

Ensaios de movimento

Foram calculadas as seguintes métricas para cada ensaio, comparando os dados derivados do Vetor T7 e do Vicon: diferença média padrão da raiz (RMSD) para a velocidade e a aceleração e diferença média absoluta (MAD) para a distância posicional de amostra para amostra. Os ensaios Vicon que apresentavam mais de 10% de dados em falta 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 os ensaios com dispositivos estáticos, foram calculadas a distância posicional e a deslocação de amostra para amostra. Os resultados são apresentados como a média, mediana, IQR e total acumulado para a distância e a deslocação da primeira à última amostra no ensaio de 10 minutos. A métrica do fabricante "odometer" foi incluída nos resultados de cada dispositivo como ponto de referência para a distância percorrida calculada.

4. RESULTADOS

Ensaios de movimento

As diferenças entre o ClearSky LPS e a velocidade derivada do Vicon são apresentadas na Tabela 2 e na Figura 2. Das quatro posições do dispositivo testadas, o dispositivo usado no colete teve o menor RMSD médio e mediano, e o dispositivo usado na frente da cintura o maior.

Esta observação repetiu-se para o RMSD em aceleração(Tabela 3 e Figura 2). As provas de movimento linear apresentaram a maior concordância entre os métodos para a velocidade. A prova de movimento de mudança de direção^{de 1800} resultou nos valores mais elevados de RMSD para a aceleração.

Tabela 2. RMSD da velocidade (^m-s-1) entre os dispositivos Catapult e o sistema de análise de movimentos Vicon.

		N	Média	Mediana	IQR
	Todos	308	0.19	0.14	0.11 - 0.21
Localização do dispositivo	Colete	79	0.14	0.12	0.09 - 0.15
	Voltar	77	0.20	0.15	0.12 - 0.22
	Frente	76	0.24	0.17	0.14 - 0.27
	Lado esquerdo	76	0.18	0.13	0.11 - 0.18
Tipo de movimento	Linear	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

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

		N	Média	Mediana	IQR
	Todos	308	0.79	0.76	0.64 - 0.91
Localização do dispositivo	Colete	79	0.75	0.74	0.62 - 0.81
	Voltar	77	0.77	0.76	0.60 - 0.91
	Frente	76	0.85	0.83	0.66 - 0.97
	Lado esquerdo	76	0.79	0.79	0.65 - 0.88
Tipo de movimento	Linear	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 do RMSD da velocidade (primeira linha) e da aceleração (segunda linha) para cada ensaio, estratificados por localização do dispositivo (primeiras colunas) e tipo de movimento (segunda coluna).

A Tabela 4 mostra o DMA na distância de amostra para amostra derivada dos dados de rastreio posicional do Vetor T7 e do Vicon. Em todos os ensaios, a diferença média foi de 0,39 m; as diferenças foram maiores no dispositivo utilizado na parte da frente da cintura e durante o ensaio de movimento do circuito.

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

		N	Média	Mediana	IQR
	Todos	308	0.04	0.03	0.02 - 0.05
Localização do dispositivo	Colete	79	0.03	0.03	0.02 - 0.04
	Voltar	77	0.04	0.03	0.02 - 0.04
	Frente	76	0.05	0.04	0.03 - 0.06
	Lado esquerdo	76	0.04	0.03	0.03 - 0.04
Tipo de movimento	Linear	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

Ensaios estáticos

A mediana e o IQR da distância de amostra para amostra para todos os dispositivos estacionários foi zero(Tabela 5), indicando que na maioria dos passos de tempo os dispositivos não alteraram as 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. Ao longo de 10 minutos, não se verificou um forte desvio direcional e a localização final dos dispositivos foi muito próxima das suas posições iniciais (deslocação final da ordem de alguns centímetros).

O processamento e a filtragem de dados próprios incluídos no cálculo da distância acumulada do fabricante (a variável "odómetro") conseguiram corrigir as pequenas alterações de posição e devolveram distâncias totais inferiores a 0,02 m.

Quadro 5. Resultados dos ensaios estáticos (três aparelhos deixados parados durante 10 minutos).

	Derivado das posições x, y
	Distância entre amostras sucessivas (m)			Deslocamento na amostra final (m)	Odómetro na amostra final (m)
Dispositivo	Média	Mediana	IQR
Todos	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. RESUMO

• Os dispositivos Vetor T7 apresentaram um RMSD baixo para as medidas de velocidade e aceleração e um DMA baixo para as medidas de distância durante ensaios de movimento que envolviam taxas elevadas de aceleração, desaceleração e mudança de direção.
• Os dispositivos Vetor T7 apresentaram um RMSD baixo semelhante para as medidas de aceleração em todas as experiências de movimento, com exceção de uma mudança de direção de 180 graus, em que o RMSD foi ligeiramente superior. Este facto deve-se provavelmente ao facto de os movimentos nesta prova envolverem taxas de aceleração/desaceleração mais elevadas e sugere que o erro aumenta à medida que a taxa de variação da velocidade aumenta. No entanto, este erro pode ainda ser considerado baixo (RMSD médio de 1,24). 
• A colocação do colete resultou no erro mais baixo para as medidas de velocidade, aceleração e distância, enquanto a colocação do dispositivo na parte da frente da cintura resultou no erro mais elevado. Independentemente da colocação do dispositivo, todas as localizações resultaram num erro baixo em todas as medidas, com todos os RMSD ≤ 0,85. 
• A estabilidade posicional dos dispositivos Vetor T7 quando estacionários foi elevada, com uma distância média entre amostras de ~1-2 mm.
• O baixo erro sugere que o dispositivo Vetor T7 utilizado em conjunto com o ClearSky fornece uma medida válida da velocidade, aceleração e distância durante tarefas específicas dos desportos de equipa, incluindo esforços máximos lineares e movimentos de mudança de direção.

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6. REFERÊNCIAS

1. Malone, J. J., Lovell, R., Varley, M. C., & Coutts, A. J. (2017). Desempacotando a caixa preta: aplicações e considerações para o uso de dispositivos GPS no desporto. Revista internacional de fisiologia e desempenho desportivo, 12(s2), S2-18.
2. Linke, D., Link, D., & Lames, M. (2018). Validação de desempenho eletrônico e sistemas de rastreamento EPTS em condições de campo. PloS one, 13(7), e0199519.
3. Linke, D., Link, D., & Lames, M. (2020). Validade específica do futebol dos sistemas de rastreamento de vídeo ótico do TRACAB. PloS one, 15(3), e0230179.
4. Luteberget, L. S., Spencer, M., & Gilgien, M. (2018). Validade do sistema de posicionamento local Catapult ClearSky T6 para exercícios específicos de desportos de equipa, em condições interiores. Fronteiras em fisiologia, 9, 115.
5. Serpiello, F. R., Hopkins, W. G., Barnes, S., Tavrou, J., Duthie, G. M., Aughey, R. J., & Ball, K. (2018). Validade de um sistema de posicionamento local de banda ultralarga para medir a locomoção em desportos de interior. Jornal de ciências do desporto, 36(15), 1727-1733.
6. Hodder, R. W., Ball, K. A., & Serpiello, F. R. (2020). Validade de critério do sistema de posicionamento local Catapult ClearSky T6 para medir a distância entre unidades. Sensors, 20(13), 3693.
7. R Core Team (2021). R: Uma linguagem e um ambiente para a computação estatística. R Foundation for Statistical Computing, Viena, Áustria. URL https://www.R-project.org/
8. Van Boxtel, G.J.M., Laboissière, R., & Wilhelm, H.D. (2021). gsignal: Processamento de sinais. URL: https://github.com/gjmvanboxtel/gsignal

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