IMU传感器对细分校准对临床3D肘部关节角度估计的影响

科学领域:

• 生物力学 生物力学
• 康复工程 康复工程
• 可穿戴技术可穿戴技术

背景情况:

• 使用惯性测量单位 (IMU) 精确的关节角度计算对于医疗保健和康复应用至关重要.
• 传感器对细分的校准是一个关键步骤,但关节轴,运动类型,解剖学和皮肤文物等因素使肘部关节角度的准确性复杂化.
• 现有的文献提供了各种算法,但最优的校准程序仍未确定.

研究的目的:

• 为了比较三种惯性测量单元 (IMU) 校准技术对肘部关节的准确性.
• 根据对光学运动捕捉系统的性能提供最合适的校准方法的建议.
• 评估关节轴和运动任务对校准准确度的影响.

主要方法:

• 十三名健康受试者用IMU传感器和光学标记器进行仪器仪表.
• 评估了三个校准技术:N-Pose (NP),功能校准 (FC) 和手动对齐 (MA).
• 试验对象执行静态姿势和动态运动;准确性是使用运动范围 (ROM) 误差,根平均平方误差 (RMSE) 和偏移来评估的.

主要成果:

• N-Pose (NP) 校准显示,在显著的四分位数间范围内,精度最低.
• 手动对齐 (MA) 产生了最好的根平均平方误差 (RMSE) (6.3°),与功能校准 (FC) (7.2°) 相比.
• 补偿分析表明FC和MA之间的性能相似,对校准和轴有显著的相互作用效应.

结论:

• 由于其简单和易于使用,建议使用手动对齐 (MA) 作为首选的肘部关节校准方法.
• 功能校准 (FC) 是当受试者无法保持特定姿势时的实用替代方案.
• 通过IMU通过适当的校准技术可以实现精确的肘部关节角度测量.