|
使用磁慣性測量單元測量單平面和運動特定軀干運動：Noraxon和Xsens系統(tǒng)相對于回復(fù)反射系統(tǒng)的同時有效性
權(quán)利和內(nèi)容
摘要
出身背景
市場上有一系列磁慣性測量單元（MIMU）系統(tǒng)，但傳感器規(guī)格和融合方法因制造商而異。這種可變性會影響MIMU相對于參考標(biāo)準(zhǔn)測量裝置的同時有效性。在靜態(tài)或低速條件下比較了不同的MIMU，在基于機器人的研究中評估了更高的速度運動。然而，需要在基于人類的研究中建立更高速度運動的同時有效性。
研究問題
本研究旨在評估兩種商用MIMU系統(tǒng)（Noraxon和Xsens）在單平面運動范圍（ROM）和板球保齡球（涉及高速、多平面運動）期間測量軀干角度時，相對于“黃金標(biāo)準(zhǔn)”反光運動捕捉系統(tǒng)的同時有效性。
方法
對于這項基于標(biāo)準(zhǔn)的有效性研究，兩個MIMU系統(tǒng)都采用了可比較的傳感器規(guī)范，并采用了卡爾曼濾波傳感器融合算法。將基于MIMU的角度與從同時捕獲的10名快速中等投球手的三維后向反射數(shù)據(jù)得出的角度進行比較。計算了兩個MIMU系統(tǒng)的統(tǒng)計參數(shù)映射和均方根差（RMSD）。
后果
與基于回復(fù)反射的角度輸出相比，一維統(tǒng)計參數(shù)映射顯示兩個MIMU系統(tǒng)的角度沒有顯著差異。MIMU系統(tǒng)產(chǎn)生的ROM RMSD介于1.4±1.0°和2.6±1.5°之間。一個系統(tǒng)在保齡球過程中顯示的RMSD介于4.6±1.4°和7.4±1.9°之間，表明與反向反射衍生角度的功能相關(guān)差異。MIMU系統(tǒng)之間的RMSD存在一些微小但統(tǒng)計上顯著的差異。
意義
基于MIMU的角度精度在高速、多平面運動中比單平面運動更差。類似的MIMU系統(tǒng)可以在ROM和保齡球任務(wù)期間產(chǎn)生不同的測量結(jié)果�？赡苁遣煌牟蓸勇屎蛡鞲衅魅诤纤惴▍�(shù)導(dǎo)致了差異。
介紹
磁慣性測量單元（MIMU）是運動分析人員特別感興趣的可穿戴技術(shù)，因為它們能夠在實驗室外測量三維（3D）方位。將MIMU連接到身體節(jié)段并將其對齊，可以近似計算節(jié)段運動學(xué)。通過進一步校準(zhǔn)和計算，還可以從磁慣性傳感器數(shù)據(jù)計算關(guān)節(jié)運動學(xué)[1]�；贛IMU的運動學(xué)測量已廣泛應(yīng)用于各種背景；從臨床姿勢和步態(tài)評估到高速運動分析[1]。
商用MIMU模型包括三個三軸傳感器：加速計、陀螺儀和磁力計。MIMU系統(tǒng)之間的傳感器規(guī)格可能有所不同，取決于系統(tǒng)的成本和預(yù)期應(yīng)用（例如，運動特定分析、臨床評估）。為了估計MIMU 3D方位，加速計、陀螺儀和磁力計數(shù)據(jù)通過算法進行融合，這些算法通常被納入制造商的專有軟件中�？柭鼮V波器[2]是制造商最常用的傳感器融合方法[3]�？柭鼮V波算法根據(jù)當(dāng)前信息和一組控制參數(shù)預(yù)測未來狀態(tài)[4]。制造商使用的精確算法和參數(shù)通常是專有的且未公開的，這表明系統(tǒng)之間存在可能影響可靠性和有效性的潛在可變性[3]。
有限的研究比較了MIMU系統(tǒng)之間的性能。一項評估了九種不同MIMU模型靜態(tài)定向精度的研究發(fā)現(xiàn)，某些MIMU系統(tǒng)的測量誤差高達8.4°[5]。一些先前的研究將運動期間的均方根差（RMSD）分類為可接受，如果它們低于5°[6]，[7]。盡管該參考值尚未在所有情況下得到驗證，但建議靜態(tài)方向差異應(yīng)低于該閾值似乎是合理的。一對研究通過使用能夠在所有運動平面上移動的機器人萬向架工作臺，評估了三個MIMU模型的測量精度[8]，[9]。作者得出的結(jié)論是，增加運動速度或持續(xù)時間會加劇5°以上的測量誤差，有些誤差與制造商規(guī)定的帶寬相差很大。
研究還評估了體內(nèi)MIMU方位估計的準(zhǔn)確性。一個斯圖 |
