纤维布拉格格嵌的3D打印内与商业和便携式读取器的姿势阶段确定
Arnaldo Leal-Junior1,2, Mariana Silveira1, Jan Nedoma3
1Graduate Program in Electrical Engineering, Federal University of Espírito Santo, Vitória 29075-910, Brazil.
Biosensors
|September 26, 2025
概括
这项研究开发了一种3D打印的内,配有纤维格网 (FBG) 传感器,用于估计地面反应力 (GRF). 嵌入FBG的内精确地捕捉了健康志愿者的步态阶段和GRF曲线.
科学领域:
- 生物力学 生物力学
- 生物医学工程 生物医学工程
- 传感器技术 传感器技术
背景情况:
- 准确的地面反应力 (GRF) 测量对于步态分析和临床应用至关重要.
- 现有的GRF测量系统可能是昂贵的,庞大的或侵入性的.
- 需要新的,具有成本效益和可穿戴的传感器解决方案来进行可访问的步态分析.
研究的目的:
- 开发和验证一个集成的3D打印内与纤维布拉格格 (FBG) 阵列来估计地面反应力 (GRF).
- 在步态分析过程中,对健康的志愿者进行基于FBG的内系统的性能评估.
主要方法:
- 基于扫描的商用内,制造一个3D打印的内,采用5-FBG阵列.
- 对施加横向力的FBG灵敏度的表征,得到0.11 ± 0.10 pm/N的平均灵敏度.
- 将便携式FBG信号采集系统与内集成,用于实时收集GRF数据.
- 在一个健康的志愿者身上测试该系统,以分析步态参数和GRF模式.
主要成果:
- 在FBG阵列中,横向力的平均灵敏度为0.11 ± 0.10 pm/N.
- 健康志愿者的步行分析显示,立场和摆动阶段分别为41.0 ± 6.5%和59 ± 6.5%,与文献值保持一致.
- 相关性分析显示,测量GRF和传统的M型GRF曲线之间具有很高的确定系数 (R2 = 0.904),检测了所有立场相位的细分.
结论:
- 开发的3D打印内与嵌入式FBG阵列是一个可行的工具,用于估计地面反应力.
- 该系统准确地捕捉了关键的步态阶段和GRF特征,展示了便携式和可访问的步态分析的潜力.
- 这项技术为临床和研究环境中的非侵入性实时生物机械监测提供了有前途的方法.
