基于IMU的膝盖动力学与没有带固定相比,与基于光学标记器的系统进行比较
Jana G Weber1, Ariana Ortigas-Vásquez1,2, Adrian Sauer1
1Research and Development, Aesculap AG, 78532 Tuttlingen, Germany.
Bioengineering (Basel, Switzerland)
|October 25, 2024
概括
惯性测量单元 (IMU) 可以取代用于步态分析的光学系统. 在对准参考框架后,与皮肤上装的IMU不同,带式IMU准确地捕捉了膝盖运动,这表明IMU是一种可行的临床工具.
科学领域:
- 生物力学 生物力学
- 生物医学工程 生物医学工程
- 临床运动学 临床运动学
背景情况:
- 基于光学标记器的系统是步态分析的黄金标准,但成本昂贵且复杂.
- 惯性测量单元 (IMU) 为临床步态评估提供了一个潜在的低成本,便携式替代方案.
- 精确的膝盖抽取/抽取和旋转测量是具有挑战性的,因为软组织的文物.
研究的目的:
- 为了评估基于IMU的走路时膝盖角度估计的准确性.
- 为了比较IMU传感器在刚性带上的位置与直接在皮肤上的位置.
- 评估参考框架对齐方法 (REFRAME) 对IMU准确性的影响.
主要方法:
- 评估了40名无症状参与者在平行时的膝关节角度.
- 硬带上的IMU和皮肤上装的IMU与基于光学标记器的系统进行了比较.
- 应用了参考框架对齐方法 (REFRAME) 来纠正坐标系统错位.
主要成果:
- 在REFRAME之前,与光学数据相比,皮肤安装IMU的RMSE高达6.5°,带安装IMU的RMSE高达5.1°.
- 在REFRAME之后,峰值平均RMSE降至4.1° (皮肤安装) 和1.5° (带绳安装).
- 在REFRAME后,装在带上的IMU与光学显示微不足道的差异,表明准确的运动捕捉;装在皮肤上的IMU显示出显著的差异.
结论:
- 在正确对齐的情况下,带式IMU可以准确地取代用于步态分析的光学系统.
- 皮肤上装的IMU显示出重大错误,这表明带的使用从根本上改变了测量的运动.
- IMU为临床步态分析提供了具有成本效益的替代方案,但建议进一步验证.
