传感器数量和位置对基于加速度计的垂直地面反应力估计在行走过程中传感器数量和位置的影响
Ricky Pimentel1, Cortney Armitano-Lago2, Ryan MacPherson2
1Joint Department of Biomedical Engineering, University of North Carolina at Chapel Hill & North Carolina State University, Chapel Hill & Raleigh, North Carolina, United States of America.
PLOS digital health
|May 14, 2024
概括
一个单一的腰部加速度计可以准确地估计行走时的垂直地面反应力 (vGRF). 这一发现简化了监测膝关节骨关节炎负载和指导康复的技术.
科学领域:
- 生物力学 生物力学
- 生物医学工程 生物医学工程
- 整形外科 整形外科 整形外科
背景情况:
- 膝关节关节炎 (KOA) 是导致残疾的主要原因,下肢负荷影响其发病和进展.
- 目前在康复中优化下肢负荷的技术有限.
- 地面反应力 (vGRF) 的峰值垂直元件对于KOA症状管理至关重要.
研究的目的:
- 确定加速度计的最佳数量和位置,以便在行走时准确地估计vGRF.
- 评估不同的负载条件如何影响vGRF估计准确度.
- 识别传感器配置,用于监测和潜在地干预与KOA相关的走路异常.
主要方法:
- 20名参与者在受控和生物反引导的负载条件下在强力仪器化跑步机上行走.
- 五个加速度计被放置在腰部,腿部和脚部.
- 机器学习模型经过训练,从加速度计数据中预测vGRF,评估各种传感器组合.
主要成果:
- 一个单一的腰部加速度计使用神经网络实现了最准确的峰值vGRF估计 (4.4%的体重误差).
- 只有腰部的配置成功地区分了正常和超负荷的步态条件.
- 采用足部或部加速度计降低了准确性,特别是在超载时.
结论:
- 一个单一的腰部加速度计足以准确估计健康个体的行走vGRF.
- 这一发现支持开发简化可穿戴系统,用于监测步行负荷,指导KOA康复.
- 未来的KOA管理系统可能需要最小的传感器设置来实现有效的生物反和监测.
