基于标记器与基于IMU的动力学用于估计腰椎负荷,使用全身肌肉骨模型
Maria Prado1, Sakiko Oyama2, Hugo Giambini1
1Department of Biomedical Engineering and Chemical Engineering, University of Texas at San Antonio, San Antonio, TX, USA.
Journal of applied biomechanics
|June 17, 2024
概括
惯性测量单元 (IMU) 对估计脊柱关节接触力充满希望,为基于标记器的系统提供了方便的替代方案. 虽然在特定的运动中存在一些差异,但IMU提供了可靠且具有成本效益的动力学和负载估计.
科学领域:
- 生物力学 生物力学
- 肌肉骨系统的建模
- 可穿戴式传感器技术的技术.
背景情况:
- 基于标记器的系统是实验室环境中肌肉骨建模和非侵入性负载估计的标准.
- 惯性测量单元 (IMU) 为动力学评估提供了一个便携式替代方案.
- 基于IMU的脊柱关节接触力估计的准确性需要进行彻底的调查.
研究的目的:
- 评估基于IMU的脊柱动力学和L4-L5关节接触力估计的准确性.
- 在动态任务和日常活动中,将IMU系统性能与传统的基于标记器的系统进行比较.
- 确定IMU的可行性,以便方便,经济有效,并进行纵向肌肉骨评估.
主要方法:
- 同时采集11名健康受试者的数据,使用IMU和基于标记的系统.
- 脊柱动力学分析 (侧向曲,曲-延伸,轴旋转) 和L4-L5关节接触力.
- 在各种任务中比较两种系统之间的动力和力数据.
主要成果:
- 在所有任务中,IMU和基于标记器的系统之间对估计负载的高度一致 (R2 = .76-.99).
- 在横向曲动力学上有显著差异 (P = .02),但在曲延伸和轴旋转上具有很高的一致性.
- 在曲延伸和加重步行任务中观察到的L4-L5关节接触力的差异.
结论:
- IMU在估计脊柱动力学和关节负荷方面表现出强度,与基于标记器的系统相对应良好.
- IMU为肌肉骨评估提供了一个方便,更便宜,更具多功能性的工具,用于实验室内外的肌肉骨评估.
- 需要进一步验证,但IMU显示出纵向研究和现实应用的潜力.
