穿戴式和深度感应技术与电子步道的比较,用于全面的步态分析
Marjan Nassajpour1, Mahmoud Seifallahi1, Amie Rosenfeld2
1Department of Computer and Electrical Engineering and Computer Science, Florida Atlantic University, Boca Raton, FL 33431, USA.
Sensors (Basel, Switzerland)
|September 13, 2025
概括
脚部安装的惯性测量装置 (IMU) 和Azure Kinect深度摄像机在现实环境中提供准确的步态评估,性能优于腰部安装的IMU. 这使得可扩展的,低成本的临床步态分析能够改善患者监测和早期疾病检测.
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
- 康复技术 康复技术 康复技术
背景情况:
- 步行评估对于临床应用至关重要,如跌倒风险评估和神经退行性疾病检测.
- 传统的电子步道是准确的,但昂贵,缺乏便携性.
- 可穿戴惯性测量单元 (IMU) 和深度摄像头是新兴的替代品,但需要在现实的临床环境中进行验证.
研究的目的:
- 为了比较可穿戴IMU (脚部安装和腰部安装) 和Azure Kinect深度摄像头与黄金标准步态分析系统的准确性.
- 以多个参与者的角度来评估这些技术在现实世界的条件下.
- 在不同领域评估一套全面的步态标记.
主要方法:
- 从APDM脚部安装IMU,APDM腰部安装IMU,Azure Kinect深度摄像头和ProtoKinetics ZenoTM Walkway同时捕获数据.
- 从20名老年人在单任务和双任务行走过程中收集的步态数据.
- 使用定制硬件进行同步数据采集,以实现精确的时间对齐.
- 使用平均绝对误差 (MAE),皮尔森相关性 (r) 和布兰德-阿尔特曼分析对11个步态标志物的比较.
主要成果:
- 脚上安装的IMU显示了最高的准确性 (MAE:0.00-6.12,r:0.92-1.00).
- 在Azure Kinect深度摄像头上显示了良好的准确性 (MAE:0.01-6.07,r:0.68-0.98).
- 腰部安装的IMU与参考系统的一致性较低.
结论:
- 脚上安装的IMU和Azure Kinect在现实临床环境中是传统步态分析系统的可行,准确的替代方案.
- 这项研究提供了这些技术在现实条件下的第一个全面比较,跨越了许多步态标记.
- 这些发现支持部署可扩展,低成本的步态评估系统,以加强临床监测和早期疾病检测.
