外骨对标记器和无标记器运动捕捉之间的误差对足儿童的影响:试点研究

科学领域:

• 生物医学工程 生物医学工程
• 临床生物力学 临床生物力学
• 儿科步态分析 小儿步态分析

背景情况:

• 无标记运动捕捉 (M-) 为步态分析提供了基于标记的运动捕捉 (M+) 的潜在替代方案.
• 儿童的步,通常与诸如脑性麻和二脊椎病等疾病有关,对准确的动力学评估提出了挑战.
• 可穿戴辅助设备,如下肢外骨架,越来越多地用于儿科康复,需要评估它们对运动捕捉精度的影响.

研究的目的:

• 为了评估下肢外骨对无标记运动捕捉的准确性的影响,与在儿童腰步行时基于标记的运动捕捉相比.
• 为了确定外骨的使用是否会增加M+和M-动力学数据之间的差异 (平均绝对差异-MAD).
• 评估观察到的差异的临床相关性,特别是关键的步态参数,如膝盖角和步态速度.

主要方法:

• 两名患有行 (脑性麻,脊柱裂变) 的儿科参与者带有或没有膝盖关节外骨行走.
• 步态动力学 (部,膝盖,脚角) 通过基于标记器 (M+) 和无标记器 (M-) 系统同时捕获.
• 计算了M+和M-之间的平均绝对差异 (MAD),用于正常化的步态周期参数. 在外骨 (Exo) 和没有外骨 (NoExo) 条件之间进行了比较.

主要成果:

• 无标记运动捕捉 (M-) 与基于标记的运动捕捉 (M+) 呈现相关性,但具有相当大的平均绝对差异 (MAD),范围为1.57至17.0度.
• 外骨的使用通常会增加MAD在M+和M-之间的下肢关节角度,除了每个参与者的特定部角度.
• M-低估了初接触时的膝盖曲和在立场和摇摆阶段的膝盖伸展的峰值. 对于峰值膝盖延伸,这是对腰步行严重性的关键指标,Exo增加了MAD超出了临床上有意义的差异 (5度).
• 步行速度测量在各种条件下保持一致,MAD低 (<0.03 m/s),Exo和NoExo之间没有显著差异 (p=0.22).

结论:

• 虽然无标记运动捕捉 (M-) 显示了简化儿童步态评估的潜力,但其准确性受到下肢外骨架使用的显著影响.
• 外骨架带来的错误增加,特别是在像峰值膝盖延伸这样的措施中,在涉及可穿戴设备的临床和研究环境中应用M-时需要谨慎.
• 开发先进的动力学估计算法对于满足各种最终用户和提高无标记运动捕捉与辅助技术的可靠性至关重要.