Measuring lower limb strength and symmetry is a common practice in elite sports to determine the return to sports point in time during rehabilitation, and this information could be useful for amateur athletes too. However, the devices used for this are highly sophisticated and hardly accessible. The aim of this project is to devise an affordable system for lower limb strength measurement which can be integrated with a common training system, to make this type of information widely available. The system is built up on a flywheel-based leg extension machine (LegExx by Exxentric AB) that allows quadriceps training at maximal force in concentric and eccentric contraction. Inexpensive standard components and software were used for prototyping. The parameters of interest were angular velocity of extension/flexion in the knee and force applied by the athlete. In the first step, evaluation was limited to the concentric phase of movement. Angular velocity and leg position was measured with a gyroscope sensor (Movesense by Suunto). For force measurement, two approaches were tested: In prototype A, the tension of the drive belt, which ultimately puts the flywheel into rotation, was measured with a sensor for tensile forces (Tindeq Progressor 300). In prototype B, a more direct measurement was used, with force sensors mounted under the contact point of the athlete’s shank with the swing beam of the LegExx. Sensor data were transmitted via Bluetooth to a mobile device or a laptop and displayed graphically after synchronization of the data streams. Force values were converted to torque using inverse kinematics to make the two prototypes comparable. The first prototypes were shown to be workable and yielded similar readings for concentric peak torque, with realistic wave forms in the graphical display. Comparison with results of a gold standard isokinetic dynamometer revealed, however, major discrepancies mainly regarding the absolute torque values. Oscillation in the belt system were identified as an issue in prototype A, while cross talk between sensors and vulnerability to leg placement occurred in prototype B. However, these issues are not insurmountable, and it is suggested to proceed with the development of prototype B, as it has the advantage of simultaneous measurement and direct comparison of both legs. / Att mäta styrka och symmetri i nedre extremiteterna är vanligt inom elitidrott för att avgöra när man kan återgå till idrottsutövning under rehabiliteringen, och denna information kan vara användbar även för amatöridrottare. De apparater som används för detta är dock mycket sofistikerade och svårtillgängliga. Syftet med detta projekt är att utforma ett prisvärt system för mätning av styrkan i nedre extremiteterna som kan integreras med ett vanligt träningssystem, för att göra denna typ av information allmänt tillgänglig. Systemet är uppbyggt på en svänghjulsbaserad benspark maskin (LegExx från Exxentric AB) som möjliggör quadriceps träning vid maximal kraft i koncentrisk och excentrisk kontraktion. Kostnadseffektiva standardkomponenter och mjukvara användes för prototypframställning. De parametrar som var av intresse var vinkelhastighet för utsträckning- /böjning i knäet och den kraft som utövades av idrottaren. I det första steget begränsades utvärderingen till rörelsens koncentriska fas. Vinkelhastighet och benposition mättes med en gyroskopisk sensor (Movesense från Suunto). För kraftmätning testades två tillvägagångssätt: I prototyp A mättes dragkraften i drivremmen, som i slutändan sätter svänghjulet i rotation, med en sensor för dragkrafter (Tindeq Progressor 300). I prototyp B användes en mer direkt mätning med kraftsensorer som monterades under kontaktpunkten mellan idrottsutövarens smalben och LegExx:s svängbalk. Sensordata överfördes via Bluetooth till en mobil enhet eller en bärbar dator och visades grafiskt efter synkronisering av dataströmmarna. Kraftvärden omvandlades till vridmoment med hjälp av invers kinematik för att göra de två prototyperna jämförbara. De första prototyperna visade sig fungera och gav liknande mätningar för koncentriskt toppmoment, med realistiska vågformer i den grafiska displayen. En jämförelse med resultaten från en isokinetisk dynamometer med guldstandard visade dock på stora skillnader, främst när det gäller de absoluta vridmomentvärdena. Oscillation i bältesystemet identifierades som ett problem i prototyp A, medan överkoppling mellan sensorer och känslighet för benplacering förekom i prototyp B. Dessa problem är dock inte oöverstigliga, och det föreslås att man fortsätter att utveckla prototyp B, eftersom den har fördelen av samtidig mätning och direkt jämförelse av båda benen.

The evaluation of shoulder abduction and flexion strength is important in the rehabilitation after rotator cuff tear. The purpose of this work is to assess the intra and inter-rater reliability of measurement data from an isokinetic dynamometer used to evaluate shoulder abduction and flexion strength, with the aim to identify sources of measurement errors and suggest improvements. The measurement data was collected by a research group at Karolinska Institute and contained load and torque data from thirteen healthy subjects in the ages of 25 to 87 years. The measurements were carried out on two occasions, one week apart. Systematic differences between occasions are analyzed using the Shapiro Wilk test, the paired t-test, and Wilcoxon signed rank test. The agreement of the measurements is analyzed quantitatively using the coefficient of variation and the Bland Altman plot, and quantitively, using the intraclass correlation coefficient. A significant systematic difference in shoulder abduction and flexion load measurements was found, and the recommendation to prevent this is that components should be calibrated in a standardized way. The measurements showed varying reliability within and between measurement occasions and that after familiarization with the isokinetic dynamometer, repeatability improved. The findings indicate a need of a standardized protocol for patient education and placement. Measurements from the position sensor contributed to more random torque values. To improve the repeatability in measurements from the position sensor, axis of rotation should be kept aligned. An increasing variability in measurements with increasing load and torque was found. The recommendation is to use a preload for patients using more force in the movement, to make sure a preset speed is not exceeded, which contributes to more reliable measurements. / Utvärderingen av axelabduktion och flexionsstyrka är viktig i rehabiliteringen efter skada i axelleden. Syftet med det här arbetet är att bedöma intra- och interbedömartillförlitligheten hos mätdata från en isokinetisk dynamometer som används för att utvärdera axelabduktion och flexionsstyrka, med syftet att identifiera källor till mätfel och föreslå förbättringar. Mätdatat samlades in av en forskargrupp vid Karolinska Institutet och innehöll belastnings- och vridmomentdata från tretton friska försökspersoner i åldrarna 25 till 87 år. Mätningarna utfördes vid två tillfällen med en veckas mellanrum. Systematiska skillnader mellan tillfällena analyseras med Shapiro Wilk-testet, det parade t-testet och Wilcoxon signed rank test. Mätningarnas överensstämmelse analyseras kvantitativt med hjälp av variationskoefficienten och Bland Altman-diagrammet, samt kvalitativt med hjälp av intraklasskorrelationskoefficienten. En signifikant systematisk skillnad i axelabduktion och flexionsbelastningsmätningar hittades, och rekommendationen för att förhindra detta är att komponenter bör kalibreras på ett standardiserat sätt. Mätningarna visade på en varierande tillförlitlighet inom och mellan mättillfällen och att efter bekantskap med den isokinetiska dynamometern, förbättrades repeterbarheten. Slutsatserna indikerar ett behov av ett standardiserat protokoll för patientutbildning och placering. Mätningar från positionssensorn bidrog till mer slumpmässiga vridmomentvärden. För att förbättra repeterbarheten i mätningar från positionssensorn bör rotationsaxeln hållas i linje. En ökande variation mellan mättillfällen med ökande belastning och vridmoment hittades. Rekommendationen är att använda en förspänning för patienter som använder mer kraft i rörelsen, för att säkerställa att en förinställd hastighet inte överskrids, vilket bidrar till mer tillförlitliga mätningar.