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半自動(dòng)測(cè)角測(cè)量用光纖手套的評(píng)價(jià)
來(lái)源:薄膜壓力傳感器壓力分布 | 發(fā)布時(shí)間:2019/8/2 10:33:51 | 瀏覽次數(shù)：
一種用于延長(zhǎng)監(jiān)測(cè)和功能手評(píng)估的低成本儀器手套 新澤西理工學(xué)院生物醫(yī)學(xué)工程系，新澤西州紐瓦克市海茨大學(xué)芬斯特大廳，郵編：07102-1982，美國(guó)凱斯勒醫(yī)學(xué)康復(fù)研究與教育公司，地址：1199 Pleasant Valley Way，West Orange，NJ 07052，United States C Sensory Motor PerfOrmance項(xiàng)目，芝加哥康復(fù)研究所，東高級(jí)街345號(hào)，RIC 1365，芝加哥，IL 60611，美國(guó)伊利諾伊理工學(xué)院生物醫(yī)學(xué)工程系，伊利諾伊州芝加哥，伊利諾伊州 摘要 對(duì)一種可穿戴式手指彎曲監(jiān)測(cè)儀的可行性、測(cè)量重復(fù)性和可靠性、無(wú)線傳輸?shù)谋Ｕ娑群陀脩艚邮芏冗M(jìn)行了評(píng)估，該監(jiān)測(cè)儀是為測(cè)量手功能障礙患者的手功能而開發(fā)的。顯示器的配置允許在傳統(tǒng)測(cè)量手套無(wú)法佩戴的情況下使用。5名健康人參與了重復(fù)性研究，10名健康人和10名后天性腦損傷患者參與了評(píng)估可行性和用戶舒適性的試驗(yàn)。重復(fù)性結(jié)果顯示，與其他傳感器手套報(bào)告的5.5°和5.7°以及手動(dòng)測(cè)量（5–8°）相比，總體誤差為3.4°。類內(nèi)可靠性系數(shù)（使用系數(shù)α）平均為0.95。用戶對(duì)顯示器舒適性的反饋非常高。無(wú)線傳輸過(guò)程中數(shù)據(jù)丟失不大于1.2%。結(jié)果表明，該監(jiān)護(hù)儀具有很強(qiáng)的潛力，可作為家庭和社區(qū)進(jìn)行短期和長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)的客觀手功能評(píng)價(jià)工具。 關(guān)鍵詞：電測(cè)角；手指彎曲；手功能；功能結(jié)果測(cè)量；無(wú)線監(jiān)測(cè) 1。介紹 康復(fù)研究人員希望通過(guò)量化手指姿勢(shì)來(lái)了解運(yùn)動(dòng)障礙患者日常生活活動(dòng)中的關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)。了解個(gè)人在與家庭和社區(qū)環(huán)境互動(dòng)時(shí)如何使用手和手指，對(duì)于有效規(guī)劃和評(píng)估上肢運(yùn)動(dòng)障礙的康復(fù)治療和治療至關(guān)重要。直接在這些環(huán)境中評(píng)估功能將比在診所收集的數(shù)據(jù)提供更現(xiàn)實(shí)的信息。例如，當(dāng)個(gè)體進(jìn)行日常活動(dòng)（如吃飯、穿衣和操縱物體）時(shí)，收集手部姿勢(shì)數(shù)據(jù)將提供更清晰的真實(shí)手部使用情況，這可能不同于傳統(tǒng)的臨床環(huán)境下評(píng)估的功能潛力。用序數(shù)尺度，如功能獨(dú)立性測(cè)度或修正的阿什沃斯尺度（Bohannon和Smith，1987）。 雖然可以在實(shí)驗(yàn)室中對(duì)手指運(yùn)動(dòng)控制的各個(gè)方面進(jìn)行精確測(cè)量（Darling等人，1994年；Lang和Schieber，2004年；Li等人，2003年），但尚不清楚這些測(cè)量與日常生活中的實(shí)用性有多相符。在更自然的環(huán)境中，能夠長(zhǎng)時(shí)間監(jiān)測(cè)手的使用情況，可以獲得有關(guān)各種干預(yù)措施有效性的寶貴信息。 手功能的評(píng)估通常包括一些測(cè)量，如運(yùn)動(dòng)范圍（rom）、力量和執(zhí)行功能任務(wù)的能力。傳統(tǒng)上，ROM的評(píng)估是一種手工測(cè)試，其中彎曲和伸展是使用測(cè)角儀一次測(cè)量一個(gè)關(guān)節(jié)。雖然這提供了關(guān)于被動(dòng)只讀存儲(chǔ)器的有用信息，但是在沒(méi)有特殊設(shè)備的情況下，在執(zhí)行功能任務(wù)期間，不可能評(píng)估只讀存儲(chǔ)器。活動(dòng)性ROM和功能性ROM已被提出作為多種評(píng)估的功能性措施，包括關(guān)節(jié)置換后的掌指關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)、假體性能（Fowler和Nicol，2001；Hume等人，1990；Mallon等人，1991）和手術(shù)療效。然而，還沒(méi)有確定哪種方法最適合測(cè)量ROM來(lái)評(píng)估功能能力（Hume等人，1990年；Mallon等人，1991年）。 除了簡(jiǎn)單的運(yùn)動(dòng)范圍外，有關(guān)特定手部運(yùn)動(dòng)的詳細(xì)信息可用于增強(qiáng)傳統(tǒng)方法在評(píng)估康復(fù)功能、工作場(chǎng)所過(guò)度使用和可用性問(wèn)題以及對(duì)物理治療或遠(yuǎn)程康復(fù)的依從性方面的作用（Dipietro等人，2003年）。在許多情況下，建議對(duì)手的使用進(jìn)行長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)（Fowler和Nicol，2001年）。然而，對(duì)于最低采樣率、信號(hào)分辨率和準(zhǔn)確度值，或適合家庭使用的傳感器配置，沒(méi)有指導(dǎo)方針以合理的價(jià)格提供有用的信息。 為了解決被動(dòng)測(cè)量的缺點(diǎn)和探索功能活動(dòng)，半自動(dòng)測(cè)角儀已提出了含有傳感器的手套，用于測(cè)量彎曲和伸展（Dipietro等人，2003；Rand和Nicol，1993；Williams等人，2Karlsson等人，1998年；Zurbrugg，2003年；Jurgens和Patterson，1997年；Hofmann和Henz，1995年；Asada和Mascaro，1999年；Williams等人，2000年）。傳統(tǒng)上，這些手套是直接用電纜連接到數(shù)據(jù)采集計(jì)算機(jī)上的，限制了佩戴者的運(yùn)動(dòng)。然而，一些公司現(xiàn)在在手套和附近的數(shù)據(jù)采集計(jì)算機(jī)之間提供無(wú)線連接，允許佩戴者在房間內(nèi)自由移動(dòng)。5dt和Immersion都發(fā)布了無(wú)線版本的手套，使用藍(lán)牙技術(shù)將數(shù)據(jù)傳輸?shù)礁浇挠?jì)算機(jī)。這些無(wú)線選項(xiàng)可能很昂貴，并且不會(huì)給佩戴者在收集數(shù)據(jù)時(shí)自由移動(dòng)家庭和通訊設(shè)置。 現(xiàn)有儀器手套的第二個(gè)缺點(diǎn)是，由于手套必須安裝得足夠緊密，以使傳感器保持在正確的位置，因此，如果手和手指的運(yùn)動(dòng)范圍因腦損傷或其他創(chuàng)傷而明顯減小，大多數(shù)人可能很難或不可能戴手套。共同利益。在對(duì)四肢麻痹癥的研究中，Castro和Cliquet發(fā)現(xiàn)，用于測(cè)量物體操作的手套必須為每個(gè)人定制，以確保最佳傳感器位置和手套尺寸（Castro和Cliquet，1997年）。Bothwise和Dipietro發(fā)現(xiàn)，在重復(fù)性分析中使用的商用手套由于手的尺寸較小而不適合健康女性受試者（Dipietro等人，2003年；Wise等人，1990年）。研究報(bào)告稱，在腦損傷人群中使用了商業(yè)測(cè)量手套。研究報(bào)告稱，受試者的手功能水平相對(duì)較高，并且能夠戴上手套。在兩項(xiàng)報(bào)告對(duì)腦損傷患者使用CybergLove的研究中，所有患者都有足夠的被動(dòng)rom戴手套（65指和43指rom）（Merians等人，2002年），或者有足夠的功能能力用精密握把握住筆（Lang和Schieber，2003年）。有關(guān)其他設(shè)備及其對(duì)該應(yīng)用程序的適用性的詳細(xì)信息出現(xiàn)在其他地方（Simone和Kamper，2005年）。 現(xiàn)有的測(cè)量方法（即手套）不是評(píng)估隨時(shí)間變化的功能能力的最佳解決方案，也不是評(píng)估社區(qū)中在診所或康復(fù)機(jī)構(gòu)中觀察到的廣泛手功能紊亂的最佳解決方案。陰影監(jiān)視器的開發(fā)是為了在這個(gè)服務(wù)不足的人群中，在所有的能力水平上對(duì)手指姿勢(shì)進(jìn)行不引人注目的測(cè)量（Simone和Kamper，2005年）。與其將手和手指完全包裹起來(lái)，從而排除一些不能戴手套狀裝置的人，不如將其戴在手的背面，并遮住佩戴者的手部活動(dòng)。該設(shè)備無(wú)線記錄了個(gè)人日常活動(dòng)中連續(xù)不斷的手指姿勢(shì)，為評(píng)估和治療手和手指的運(yùn)動(dòng)障礙提供了大量新信息。短期或長(zhǎng)期的測(cè)試可以不通過(guò)計(jì)算機(jī)進(jìn)行。如果無(wú)法傳輸?shù)接?jì)算機(jī)，數(shù)據(jù)可以本地存儲(chǔ)在設(shè)備上。目前最多可以使用8個(gè)傳感器；雖然可以在手上的任何位置進(jìn)行連接，但我們將傳感器連接到了背部，使手掌沒(méi)有障礙物。該系統(tǒng)比目前可用的無(wú)線系統(tǒng)便宜得多。 本研究的目的是評(píng)估該裝置在臨床人群中的應(yīng)用。評(píng)估傳感器測(cè)量的重復(fù)性和可靠性、無(wú)線傳輸率故障和用戶可接受性。 2。方法 2.1。陰影監(jiān)視器 2.1.1組件 陰影監(jiān)視器是一種輕便的測(cè)量設(shè)備，設(shè)計(jì)用于自動(dòng)測(cè)量手指關(guān)節(jié)的彎曲度。可穿戴系統(tǒng)包括信號(hào)調(diào)節(jié)/無(wú)線發(fā)射器盒和包含商用傳感器的一次性傳感器手套。根據(jù)受試者的活動(dòng)性和舒適性，電子箱可以安裝在手臂上的不同位置。可以安裝在前臂（圖1）或上臂（圖2a）。 與大多數(shù)商用系統(tǒng)的優(yōu)先事項(xiàng)不同，陰影監(jiān)視器最重要的要求是為手和手指運(yùn)動(dòng)范圍明顯縮小的個(gè)人穿戴和移除時(shí)的舒適性和舒適性。 圖1.陰影監(jiān)視器。 圖2.陰影監(jiān)視器無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸演示。（a）當(dāng)數(shù)據(jù)無(wú)線傳輸時(shí)，受試者執(zhí)行功能任務(wù)。（b）當(dāng)數(shù)據(jù)傳送至顯示器后面的電腦時(shí)，受試者交替地張開和合手。顯示屏上實(shí)時(shí)顯示每個(gè)MCP接頭的彎曲-伸展曲線。 其他要求包括低成本、輕型結(jié)構(gòu)、數(shù)據(jù)收集期間在家中和社區(qū)內(nèi)無(wú)障礙移動(dòng)，以及手掌側(cè)無(wú)障礙觸摸感。 因此，此設(shè)備的配置在在目前的配置中，“手套”最多支持8個(gè)傳感器；這里介紹的分析集中在5個(gè)MCP接頭上。為了解決成本和耐久性問(wèn)題，使用了由flexpoint傳感器（draper，UT）制造的廉價(jià)彎曲傳感器。這些傳感器在彎曲時(shí)會(huì)改變電阻。彎曲傳感器的一個(gè)常見特征是，當(dāng)保持在固定彎曲位置時(shí)，會(huì)發(fā)生時(shí)變?nèi)渥儯袝r(shí)不準(zhǔn)確度會(huì)返回到相同的基線（平坦）電阻值。隨著時(shí)間的推移，這可能會(huì)導(dǎo)致嚴(yán)重的錯(cuò)誤。在我們?cè)u(píng)估了不同制造商的幾種傳感器配置后，選擇了flexpoint傳感器。彎曲角度假階躍增加后傳感器值的衰減為滿刻度的0.6%或15 s后階躍振幅的6.1%，相比之下，下一個(gè)最佳和流行的艾布拉姆斯Gentile傳感器（艾布拉姆斯Gentile Entertainment Inc.，紐約，NY）為9.5%和24.4%。雖然這些錯(cuò)誤并不重要，但在準(zhǔn)確性和耐用性/成本之間，這些錯(cuò)誤是可以接受的折衷。其他地方更詳細(xì)地探討了這些傳感器的行為和測(cè)試協(xié)議（Simone和Kamper，2005年）。 當(dāng)前系統(tǒng)的臂裝盒包含信號(hào)調(diào)節(jié)電子設(shè)備、微處理器、非易失性存儲(chǔ)器和無(wú)線發(fā)送器/接收器（參見圖3中的方框圖）。為了準(zhǔn)備模擬-數(shù)字（A/D）轉(zhuǎn)換，信號(hào)被調(diào)平到0–1.5 V的范圍。剩下的功能是通過(guò)tmotesky設(shè)備實(shí)現(xiàn)的（加利福尼亞州伯克利市Moteiv公司）。每個(gè)“mote”包含10 k RAM、48 k閃存、外部1MB閃存（用于數(shù)據(jù)存儲(chǔ)）、8個(gè)12位A/D通道、250 kbps 2.4 GHz IEEE 802.15.4 Chipcon無(wú)線收發(fā)器和一個(gè)機(jī)載天線。操作由德州儀器MSP430微控制器控制。 圖3。陰影監(jiān)視器的方框圖。 手指彎曲信號(hào)使用12位A/D進(jìn)行采樣，并存儲(chǔ)在板載閃存中。整個(gè)系統(tǒng)（包括電機(jī)、傳感器和信號(hào)調(diào)節(jié)硬件）由2節(jié)AA電池供電，這足以完成至少24小時(shí)的數(shù)據(jù)采集。系統(tǒng)的可穿戴部分約重145克（5個(gè)傳感器+套管：~5克，信號(hào)調(diào)節(jié)箱：85克，2節(jié)AA電池：55克）。系統(tǒng)中使用了兩個(gè)獨(dú)立的mote：第一個(gè)是一個(gè)“采樣”mote，位于安裝在臂上的盒子內(nèi)；第二個(gè)是一個(gè)“基站”mote，插入計(jì)算機(jī)或筆記本電腦的USB端口以接收可穿戴設(shè)備傳輸?shù)臄?shù)據(jù)。 為陰影監(jiān)視器選擇的無(wú)線協(xié)議是適用于低速無(wú)線個(gè)人區(qū)域網(wǎng)絡(luò)的IEEE標(biāo)準(zhǔn)（IEEE 802.15.4）（2003）。測(cè)量界專門提出了這一新標(biāo)準(zhǔn)，以滿足對(duì)極低功率、傳感器網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測(cè)、家庭健康監(jiān)測(cè)和遠(yuǎn)程醫(yī)療以及家庭自動(dòng)化數(shù)據(jù)傳輸?shù)男枨螅ˋdams，2004年）。ZigBee是基于此IEEE標(biāo)準(zhǔn)的主要協(xié)議。該標(biāo)準(zhǔn)是藍(lán)牙®的一個(gè)較低的數(shù)據(jù)傳輸速率，并使用了現(xiàn)有的4 GHz工業(yè)、科學(xué)和醫(yī)療（ISM）頻段，而FCC為醫(yī)療遙測(cè)等應(yīng)用預(yù)留了該頻段。在實(shí)施用于康復(fù)應(yīng)用和動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)的無(wú)線身體區(qū)域網(wǎng)絡(luò)（WBAN）時(shí)也提出了這一建議（Jovanov等人，2005年）。基于這一標(biāo)準(zhǔn)的新產(chǎn)品正在被提出，從家用網(wǎng)絡(luò)的遠(yuǎn)程監(jiān)控開始，包括設(shè)備控制、安全、遠(yuǎn)程公用電抄表和防火系統(tǒng)。 2.1.2.操作模式 陰影監(jiān)視器可以在三種數(shù)據(jù)采集模式下工作；適當(dāng)?shù)哪Ｊ接葾RM單元軟件自動(dòng)選擇和控制。這些模式包括：（1）采樣和發(fā)送模式，其中ARM單元使用無(wú)線鏈路收集數(shù)據(jù)并立即將所有數(shù)據(jù)傳輸?shù)綌?shù)據(jù)采集計(jì)算機(jī)（ARM單元上沒(méi)有本地存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)）；（2）采樣和保存模式，其中數(shù)據(jù)采集和存儲(chǔ)在ARM上。單元（不需要外部計(jì)算機(jī)）；（3）采樣和轉(zhuǎn)儲(chǔ)模式，在這種模式下，新數(shù)據(jù)被采樣并立即傳輸，任何存儲(chǔ)在本地存儲(chǔ)器中的數(shù)據(jù)被同時(shí)發(fā)送，直到所有存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)從存儲(chǔ)器中清除。模式2和模式3使用1MB板載存儲(chǔ)器存儲(chǔ)數(shù)據(jù)；監(jiān)視器不將數(shù)據(jù)發(fā)送到外部計(jì)算機(jī)而存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的時(shí)間取決于所用傳感器的數(shù)量、所需采樣率和數(shù)據(jù)壓縮算法的使用。如果沒(méi)有可用的接收計(jì)算機(jī)，存儲(chǔ)1MB后獲取的數(shù)據(jù)將丟失。所有模式都使用相同的采樣率，盡管根據(jù)使用的數(shù)據(jù)采集模式，有效的空中傳輸率可能更高。我們的實(shí)驗(yàn)方案可能根據(jù)預(yù)期結(jié)果使用不同的采樣率。 原始數(shù)據(jù)采樣最初是在25赫茲時(shí)進(jìn)行的，隨后的測(cè)試驗(yàn)證了采樣頻率高達(dá)25赫茲時(shí)的低錯(cuò)誤率。操作模式的選擇由ARM單元中的采樣電機(jī)控制。采樣電機(jī)最初會(huì)搜索到基站電機(jī)的路徑，該基站電機(jī)連接到個(gè)人電腦或筆記本電腦的USB端口。如果檢測(cè)到基站，則設(shè)備與基站電機(jī)建立通信，并使用采樣和發(fā)送模式開始發(fā)送數(shù)據(jù)（模式1）。數(shù)據(jù)以每個(gè)數(shù)據(jù)包28字節(jié)的數(shù)據(jù)有效負(fù)載傳輸。每套樣品都有一個(gè)時(shí)間戳。采樣電機(jī)和基站電機(jī)之間的握手由IEEE 802.15.4標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的媒體訪問(wèn)控制層控制。如果在ARM單元和基站MOTE之間未檢測(cè)到數(shù)據(jù)路徑，則陰影監(jiān)視器將進(jìn)入發(fā)送和保存模式（模式2）。所有采樣數(shù)據(jù)本地存儲(chǔ)在ARM單元閃存中。在這種模式下，可以存儲(chǔ)以25赫茲采樣的50分鐘未壓縮原始數(shù)據(jù)，這適用于我們較短的評(píng)估和測(cè)量會(huì)話。對(duì)于家庭和社區(qū)中的擴(kuò)展數(shù)據(jù)收集會(huì)話，可以壓縮或預(yù)處理數(shù)據(jù)，以便在數(shù)據(jù)丟失之前收集更多數(shù)據(jù)。簡(jiǎn)單的位壓縮允許存儲(chǔ)90分鐘連續(xù)采樣的原始數(shù)據(jù)，而對(duì)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理可以將超出范圍的時(shí)間延長(zhǎng)到3小時(shí)以上。24小時(shí)試驗(yàn)中的參與者收到指令，要求他們離開家（或接收計(jì)算機(jī)的位置）不超過(guò)3小時(shí)。為了防止數(shù)據(jù)丟失。 在發(fā)送和保存模式下，ARM單元每隔1000 ms（1 s）定期檢查是否存在基站MOTE。如果到基站的路徑可用，則建立（或重新建立）通信，系統(tǒng)進(jìn)入采樣和轉(zhuǎn)儲(chǔ)模式（模式3）。（此基站檢測(cè)行為在所有模式下都會(huì)發(fā)生，以便在未檢測(cè)到任何連接時(shí)重新建立連接，或確保仍存在任何當(dāng)前連接。）在此組合模式下，仍將以原始采樣率對(duì)新數(shù)據(jù)進(jìn)行采樣并通過(guò)空氣發(fā)送。在這些新數(shù)據(jù)包之間，ARM單元開始發(fā)送包含先前保存到本地存儲(chǔ)器的數(shù)據(jù)的額外數(shù)據(jù)包。系統(tǒng)將繼續(xù)此組合模式，直到本地內(nèi)存為空。 ARM單元采樣MOTE和基站MOTE的軟件是用NESC（C語(yǔ)言的擴(kuò)展）編寫的，運(yùn)行在為無(wú)線嵌入式傳感器網(wǎng)絡(luò)（U.C.Berkeley）設(shè)計(jì)的開源Tinyos操作系統(tǒng)上。基站利用Java程序控制基站和計(jì)算機(jī)之間的通信，將數(shù)據(jù)傳送到計(jì)算機(jī)。數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在一個(gè)ASCII數(shù)據(jù)文件中，然后根據(jù)先前記錄的校準(zhǔn)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為關(guān)節(jié)角度。時(shí)間戳可用于對(duì)計(jì)算機(jī)上的數(shù)據(jù)進(jìn)行排序。如果ARM單元曾經(jīng)在本地存儲(chǔ)過(guò)數(shù)據(jù)，這是必需的，因?yàn)楫?dāng)重新建立通信時(shí)，新的和保存的數(shù)據(jù)包會(huì)混合發(fā)送，直到內(nèi)存為空。為了幫助數(shù)據(jù)收集，原始數(shù)據(jù)也可以使用定制的Java示波器程序（如圖2B所示）在計(jì)算機(jī)屏幕上顯示，從而允許測(cè)試人員確保傳感器被正確放置，電子設(shè)備是功能性的，并且無(wú)線鏈路是可操作的。 2.2。實(shí)驗(yàn)程序 2.2.1.學(xué)科 五名手部無(wú)運(yùn)動(dòng)障礙的健康人參與了這里提出的重復(fù)性和可靠性研究。三名女性和兩名男性，年齡在22-47歲之間，完成了任務(wù)。所有受試者都是右手，研究者把手套放在占優(yōu)勢(shì)的右手上。 從這一組和另外一組15名參與者中獲得關(guān)于手套舒適性和可用性的反饋：10名患有獲得性腦損傷（ABI）和另外5名健康對(duì)照者（HC）。整個(gè)小組的人口統(tǒng)計(jì)包括10名男性和10名女性。在ABI人群中，平均年齡為59±11歲（40%為女性）。手套總是放在受傷的手上。所有受試者都是右手，10名受試者中有4人在非支配手上戴手套。ABI人群中的個(gè)體在測(cè)試前平均4.8年被診斷為中風(fēng)。為了調(diào)查手套在使用中的性能和舒適性，納入標(biāo)準(zhǔn)包括足夠的自愿手功能，以持有一支筆和拾起小物體，如檢查器，沒(méi)有時(shí)間限制。 在健康人群中，平均年齡為41±19歲（60%為女性）。十分之九的人是右手。由于一些患有ABI的患者使用非顯性手進(jìn)行測(cè)試，10名健康受試者中的2人也在非顯性手上戴手套。 所有測(cè)試均在新澤西州西奧蘭治市凱斯勒醫(yī)療康復(fù)研究與教育公司（kmrrec）進(jìn)行。在測(cè)試會(huì)議開始時(shí)，所有參與者都完成了一個(gè)2.2.3.重復(fù)性試驗(yàn)和可靠性分析 重復(fù)性是使用WISE提出的方法進(jìn)行的，Dipietro對(duì)半自動(dòng)或全自動(dòng)測(cè)角手套進(jìn)行了擴(kuò)展（Dipietro等人，2003年；WISE等人，1990年）。WISE提出了四個(gè)測(cè)量重復(fù)性試驗(yàn)。兩個(gè)測(cè)試使用握緊的手位置，兩個(gè)測(cè)試使用平手位置。這兩個(gè)手位置的排列用于測(cè)試重復(fù)性，手套在測(cè)量之間保持打開，手套取下，然后在測(cè)量之間更換。我們將這項(xiàng)測(cè)試分為兩部分，首先重點(diǎn)放在握把和平手位置測(cè)量的重復(fù)性上，手套放在測(cè)量之間（測(cè)試A和C）。這兩項(xiàng)測(cè)試最好地反映了我們最初的目標(biāo)，即評(píng)估這個(gè)新系統(tǒng)在短期和24小時(shí)監(jiān)測(cè)中的有效性，并比較有腦損傷和無(wú)腦損傷的個(gè)體如何執(zhí)行不同的活動(dòng)。在開始任何建議的前后評(píng)估之前，將單獨(dú)進(jìn)行重復(fù)的穿上測(cè)試。 使用了臂裝系統(tǒng)的原型版本。為了將傳感器錯(cuò)誤與無(wú)線傳輸引起的錯(cuò)誤分開，使用LabVIEW（德克薩斯州奧斯汀國(guó)家儀器公司）在25赫茲采樣的8通道16位A/D卡直接捕獲原始傳感器信號(hào)。 測(cè)試A：為每個(gè)受試者創(chuàng)建一個(gè)大致圓柱形的自定義石膏模具，以確保對(duì)給定受試者重復(fù)測(cè)試時(shí)手指彎曲到相同的位置（見圖4）。參與者緊握模具6 s，然后釋放模具6 s。這個(gè)緊握/釋放循環(huán)重復(fù)10次。在握持階段，對(duì)每個(gè)傳感器進(jìn)行重復(fù)性測(cè)量。在數(shù)據(jù)采集過(guò)程中，操作員手動(dòng)按下按鈕，在數(shù)據(jù)文件中放置電子標(biāo)記，指示手和手指停止移動(dòng)后的每個(gè)穩(wěn)定握持階段。數(shù)字按鈕信號(hào)與傳感器信號(hào)同時(shí)采樣，并與這些數(shù)據(jù)一起存儲(chǔ)。 圖4.參與重復(fù)性試驗(yàn)的受試者。 測(cè)試C：參與者將手放在桌面上，交替地舉起手，輕輕地彎曲手指，然后將手放回桌面，在每個(gè)位置停留6秒。本試驗(yàn)探討了平手位置的重復(fù)性。為了實(shí)現(xiàn)手和手指位置的重復(fù)性，在紙上畫出手的輪廓并放在桌子上。這個(gè)循環(huán)也重復(fù)了10次。在數(shù)據(jù)采集過(guò)程中，操作員手動(dòng)按下按鈕，在數(shù)據(jù)文件中放置一個(gè)電子標(biāo)記，指示每個(gè)扁平手相位。 對(duì)于上述每個(gè)測(cè)試，參與者至少休息1分鐘，然后重復(fù)整個(gè)測(cè)試。對(duì)試驗(yàn)A和C進(jìn)行10次，每次試驗(yàn)共進(jìn)行100次握力/釋放循環(huán)。 2.2.4.無(wú)線通信系統(tǒng)測(cè)試 在三種情況下測(cè)試了無(wú)線鏈路的可靠性，并計(jì)算了每種情況下的誤差。對(duì)于所有的測(cè)試，數(shù)據(jù)都是從五個(gè)通道記錄下來(lái)的，并以25赫茲的頻率連續(xù)采樣。在第一個(gè)測(cè)試條件下，采樣電機(jī)始終在基站電機(jī)的范圍內(nèi)，因此在采集每個(gè)樣品后立即傳輸所有數(shù)據(jù)（采樣和發(fā)送，模式1）。來(lái)自所有五個(gè)通道的數(shù)據(jù)，帶有時(shí)間戳，在每個(gè)包中一起傳輸。采樣和傳輸進(jìn)行30分鐘。 在第二個(gè)測(cè)試條件下，采樣單元在30分鐘的采樣期間不在基站的范圍內(nèi)。所有數(shù)據(jù)都保存在采樣單元的閃存中（采樣和保存，模式2）。采樣完成后，將裝置置于基站范圍內(nèi)，以25赫茲的頻率傳輸整個(gè)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)塊。 在最終測(cè)試條件下，將采樣單元從附近拆下，目的是在采樣周期的前15分鐘內(nèi)防止傳輸?shù)交倦姍C(jī)。然后將采樣單元置于基站范圍內(nèi)，以便監(jiān)視器開始發(fā)送存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)以及新收集的數(shù)據(jù)（采樣和轉(zhuǎn)儲(chǔ)，模式3）。監(jiān)視器自動(dòng)開始同步傳輸新的采樣數(shù)據(jù)（25赫茲），并傳輸存儲(chǔ)的樣本（15赫茲），直到發(fā)送所有存儲(chǔ)的樣本。本試驗(yàn)的有效過(guò)空氣傳輸率為40Hz（25Hz+15Hz）。 2.2.5.電池壽命測(cè)試 進(jìn)行測(cè)試以確定裝置的電池壽命。在ARM單元中插入兩個(gè)新的AA堿性電池，啟動(dòng)ARM單元和接收筆記本電腦的基站。系統(tǒng)被置于模式1，采樣并發(fā)送。數(shù)據(jù)被基站MOTE連續(xù)接收并存儲(chǔ)到計(jì)算機(jī)硬盤中。在測(cè)試期間定期驗(yàn)證傳感器采樣和無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸是否正確。2.3.1.校準(zhǔn) 評(píng)估包含被動(dòng)關(guān)節(jié)操作期間在整個(gè)運(yùn)動(dòng)范圍內(nèi)收集的角度測(cè)量數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)文件，以提取與每個(gè)關(guān)節(jié)角度對(duì)應(yīng)的原始電壓值。手動(dòng)掃描文件，以確定按鈕標(biāo)記的最大延伸（超延伸）、0°、30°、60°、90°位置。度和最大彎曲度。使用按鈕信號(hào)作為標(biāo)記；對(duì)按鈕前面約1 s的數(shù)據(jù)進(jìn)行平均，以達(dá)到相應(yīng)的電壓值。根據(jù)每個(gè)關(guān)節(jié)的最大彎曲值，在該關(guān)節(jié)的被動(dòng)運(yùn)動(dòng)范圍內(nèi)為每個(gè)傳感器/關(guān)節(jié)識(shí)別出3-5個(gè)電壓-角度對(duì)。 電壓-角度關(guān)系不是線性的，因此從這些對(duì)中，matlab（the mathworks，inc.）保形插值函數(shù)pchip被用來(lái)生成0.1下插值電壓-角度值的查找表。間隔時(shí)間，這樣就可以使用結(jié)果查找表將所有原始數(shù)據(jù)文件的原始傳感器電壓轉(zhuǎn)換為校準(zhǔn)角度。PChip是一種分段三次插值方法，它使用與分段線性插值相同的斷點(diǎn)，同時(shí)去除每個(gè)斷點(diǎn)（電壓-角度對(duì)）處的瞬時(shí)斜率變化，以平滑曲線（Moler，2004）。圖5顯示了一個(gè)具有多個(gè)電壓-角度對(duì)的插值曲線示例。編寫了一個(gè)自定義C語(yǔ)言程序來(lái)讀取每個(gè)關(guān)節(jié)的查找表，然后將所有原始數(shù)據(jù)文件轉(zhuǎn)換為包含校準(zhǔn)關(guān)節(jié)角度的新文件。對(duì)轉(zhuǎn)換后的文件執(zhí)行所有后續(xù)數(shù)據(jù)分析。 2.3.2.重復(fù)性試驗(yàn) 重復(fù)性測(cè)試的數(shù)據(jù)處理是使用自定義Excel電子表格模板半自動(dòng)執(zhí)行的。每個(gè)原始數(shù)據(jù)文件包含一個(gè)包含11個(gè)握把（或扁手）動(dòng)作的數(shù)據(jù)塊；第一次試驗(yàn)是一個(gè)不包含在分析中的實(shí)踐動(dòng)作。對(duì)于數(shù)據(jù)塊文件中的10次試驗(yàn)中的每一次，電子表格都會(huì)自動(dòng)定位與這些動(dòng)作相對(duì)應(yīng)的按鈕峰值，并在按鈕時(shí)間之前的3秒鐘窗口內(nèi)計(jì)算出每個(gè)關(guān)節(jié)傳感器的平均值。這個(gè)過(guò)程為每個(gè)關(guān)節(jié)產(chǎn)生了10個(gè)試驗(yàn)值（變量i），平均每個(gè)關(guān)節(jié)產(chǎn)生一個(gè)單一值（變量k），用于數(shù)據(jù)塊（變量j）。對(duì)收集的10個(gè)數(shù)據(jù)塊中的每個(gè)數(shù)據(jù)塊重復(fù)此過(guò)程，以生成每個(gè)數(shù)據(jù)塊的每個(gè)關(guān)節(jié)的平均彎曲值。 圖5。采用保形線性插值法進(jìn)行電壓-角度關(guān)系的采樣。 2.3.3.可靠性分析 通過(guò)計(jì)算類內(nèi)系數(shù)（ICC）來(lái)進(jìn)行可靠性分析，以確定測(cè)量值之間的可變性來(lái)源。接近1的ICC值表明測(cè)量方法具有很高的內(nèi)部一致性，使測(cè)試結(jié)果能夠反映真實(shí)分?jǐn)?shù)。為了評(píng)估ICC，Dipietro等人介紹了一些方法。（2003）在此重復(fù)。通過(guò)隨機(jī)選擇每個(gè)受試者10個(gè)數(shù)據(jù)塊中的2個(gè)進(jìn)行試驗(yàn)A和試驗(yàn)C的可靠性分析，并進(jìn)一步隨機(jī)選擇每個(gè)數(shù)據(jù)塊中10個(gè)試驗(yàn)中的1個(gè)。計(jì)算每個(gè)數(shù)字的ICC。重復(fù)20次。計(jì)算每個(gè)數(shù)字和整個(gè)測(cè)試的單個(gè)ICC值的平均值和標(biāo)準(zhǔn)偏差。 2.3.4.無(wú)線通信系統(tǒng)測(cè)試 計(jì)算了上述三種測(cè)試條件下的每種傳輸錯(cuò)誤率。利用傳輸?shù)臅r(shí)間戳，計(jì)算出連續(xù)數(shù)據(jù)包之間的時(shí)間間隔，并將其保存到計(jì)算機(jī)中。（在這個(gè)實(shí)現(xiàn)中，一個(gè)數(shù)據(jù)包等于來(lái)自所有5個(gè)MCP節(jié)點(diǎn)的一個(gè)數(shù)據(jù)樣本加上相應(yīng)的時(shí)間戳。）從這個(gè)時(shí)間間隔，以及對(duì)采樣率的了解，計(jì)算出每種模式下丟失的數(shù)據(jù)包總數(shù)。這個(gè)數(shù)字除以計(jì)算傳輸錯(cuò)誤率的數(shù)據(jù)包總數(shù)。此外，還可以根據(jù)該信息確定最大數(shù)量的連續(xù)樣品損失。應(yīng)該注意的是，該軟件目前沒(méi)有實(shí)施糾錯(cuò)算法。未保存到計(jì)算機(jī)中的樣本代表那些通過(guò)幀確認(rèn)未接收到的樣本，或者那些通過(guò)IEEE標(biāo)準(zhǔn)的介質(zhì)訪問(wèn)控制（MAC）層提供的數(shù)據(jù)驗(yàn)證功能確定的錯(cuò)誤接收到的樣本。 2.3.5.電池壽命測(cè)試 經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的不間斷工作后，電池容量會(huì)下降，直到采樣電機(jī)無(wú)法將數(shù)據(jù)可靠地傳輸?shù)交倦姍C(jī)時(shí)，電池容量才會(huì)達(dá)到某一點(diǎn)。設(shè)備的電池壽命被定義為基站MOTE無(wú)法再檢測(cè)到采樣MOTE以接收數(shù)據(jù)包之前所經(jīng)過(guò)的總時(shí)間。 2.3.6.用戶反饋調(diào)查表 參與者對(duì)個(gè)別問(wèn)題的回答被轉(zhuǎn)換成1到7之間的數(shù)值，7對(duì)應(yīng)t。圖6.測(cè)試C（平手）執(zhí)行期間收集的單個(gè)數(shù)據(jù)塊的每個(gè)關(guān)節(jié)（頂部：拇指，底部：小指）的原始握力釋放數(shù)據(jù)。角度以度為單位。 圖7。試驗(yàn)A（夾模）性能期間一個(gè)接頭的重復(fù)彎曲數(shù)據(jù)。在原始數(shù)據(jù)塊文件中的每個(gè)手動(dòng)按鈕（顯示為垂直線）之前，通過(guò)自動(dòng)平均數(shù)秒數(shù)據(jù)來(lái)執(zhí)行數(shù)據(jù)分割。沉降瞬變是由于受試者將手指放在模具中，然后放松手指，使其與模具保持接觸并掉落。 圖8。重復(fù)性試驗(yàn)A的單個(gè)受試者的單個(gè)數(shù)據(jù)塊平均值。每個(gè)值是10個(gè)單獨(dú)握把釋放循環(huán)的平均值。每個(gè)關(guān)節(jié)的最大值和最小值之間的差異用于計(jì)算此主題的測(cè)量范圍。 根據(jù)這些數(shù)據(jù)，計(jì)算每個(gè)受試者的范圍和標(biāo)準(zhǔn)偏差（圖9）。平均范圍是每個(gè)受試者在整個(gè)測(cè)試中最大數(shù)據(jù)塊值和最小數(shù)據(jù)塊值之間的差異。重復(fù)性通常報(bào)告為范圍的標(biāo)準(zhǔn)偏差。試驗(yàn)A（圖9a）和試驗(yàn)C（圖9b）顯示了這些值。在所有情況下，所有受試者的平均平手重復(fù)性（試驗(yàn)C）均優(yōu)于握力重復(fù)性（試驗(yàn)A）。試驗(yàn)A中所有受試者（n=5）的平均重復(fù)性結(jié)果為s=1.61°，試驗(yàn)C中的平均重復(fù)性結(jié)果為σ=0.50°，平均重復(fù)性結(jié)果為1.05°。范圍結(jié)果為試驗(yàn)a=5.22°，試驗(yàn)c=1.49°，平均3.36°。這些數(shù)據(jù)出現(xiàn)在表2中。 所有受試者的單個(gè)數(shù)字結(jié)果如圖10所示；拇指MCP測(cè)量顯示握力測(cè)試（測(cè)試A）的最高標(biāo)準(zhǔn)偏差，所有數(shù)字與平手測(cè)試（測(cè)試C）相似。 3.2。可靠性分析 分別對(duì)每個(gè)測(cè)試和每個(gè)傳感器進(jìn)行ICC分析。對(duì)于試驗(yàn)A，每個(gè)MCP接頭的平均ICC范圍為0.933至0.980，總平均值為0.955±0.091。對(duì)于試驗(yàn)C，每個(gè)接頭的平均ICC范圍為0.794至0.992，總平均值為0.937±0.172。從一個(gè)數(shù)據(jù)塊到另一個(gè)數(shù)據(jù)塊，ICC值（表3）非常一致，沒(méi)有特定的接頭顯示出明顯低于平均值的可靠性。 圖9。每個(gè)受試者測(cè)量的平均范圍和標(biāo)準(zhǔn)偏差（s.d.）（°）以及試驗(yàn)A（a）和試驗(yàn)C（b）的每個(gè)重復(fù)性試驗(yàn)。 圖10。測(cè)量的每個(gè)接頭的平均重復(fù)性標(biāo)準(zhǔn)偏差。 表2-重復(fù)性結(jié)果比較 表3-可靠性的類內(nèi)相關(guān)系數(shù) 3.3。無(wú)線通信系統(tǒng)測(cè)試 對(duì)于第一個(gè)試驗(yàn)條件，在整個(gè)取樣期間，立即傳輸取樣數(shù)據(jù)，每次損失的連續(xù)樣本不超過(guò)一個(gè)。共有1.1%的樣品未收到（見表4）。對(duì)于第二個(gè)試驗(yàn)條件，在完成所有取樣后傳輸，所有樣品均在第一次傳輸和接收。沒(méi)有遺漏樣本，總錯(cuò)誤率為0.0%。測(cè)試1和測(cè)試2的持續(xù)時(shí)間約為10分鐘，各46秒，在開始測(cè)試之前，在接收器處驗(yàn)證了高信號(hào)強(qiáng)度。 在最終測(cè)試條件下，同時(shí)采樣和傳輸存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)，總的傳輸錯(cuò)誤率為1.2%。這個(gè)錯(cuò)誤的主要原因是單個(gè)丟失的樣本（1.1%），盡管有3個(gè)實(shí)例沒(méi)有收到最多3個(gè)連續(xù)的數(shù)據(jù)包，還有24個(gè)實(shí)例丟失了2個(gè)連續(xù)的樣本。15分鐘后，當(dāng)設(shè)備返回范圍時(shí)，需要額外的37分鐘來(lái)傳輸存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)，同時(shí)對(duì)新數(shù)據(jù)進(jìn)行采樣。所有測(cè)試的信號(hào)強(qiáng)度都很高，除非監(jiān)護(hù)儀特別超出測(cè)試3的范圍。 為了預(yù)期使用更高的采樣率和更長(zhǎng)的信息（對(duì)于額外的傳感器值），進(jìn)行了額外的測(cè)試，以評(píng)估模式1中采樣率高達(dá)100赫茲的錯(cuò)誤率，同時(shí)發(fā)送能夠支持9個(gè)同時(shí)采樣的傳感器數(shù)據(jù)的信息。采樣率高達(dá)75赫茲時(shí)，誤差較小（25赫茲：1.1%；50赫茲：1.7%；75赫茲：1.9%），而采樣率100赫茲及以上（100赫茲：50.2%）時(shí)，誤差率明顯上升。使用相同信息大小的模式2（采樣和保存）中的單獨(dú)測(cè)試顯示，從車載存儲(chǔ)器傳輸至75赫茲（25赫茲：0.76%；50赫茲：0.79%；75赫茲：0.83%）的數(shù)據(jù)采集后誤差很小。模式2的錯(cuò)誤率稍低，因?yàn)閿?shù)據(jù)存儲(chǔ)算法監(jiān)視傳輸接收，并在可能的情況下重新發(fā)送丟失的數(shù)據(jù)。總的來(lái)說(shuō)，使用當(dāng)前的軟件，75赫茲是數(shù)據(jù)傳輸?shù)囊粋�(gè)實(shí)際上限，沒(méi)有明顯的錯(cuò)誤率。 3.4。電池壽命測(cè)試 在電池壽命測(cè)試期間，臂單元保持在基本STA的范圍內(nèi)。3.5。用戶反饋調(diào)查表 受試者對(duì)大多數(shù)問(wèn)題都有積極的反應(yīng)，平均分在5.6到6.9之間，最高分為7分（見表5）。舒適和穿著舒適是重要的目標(biāo)。問(wèn)題1、2、10和11說(shuō)明了穿戴和脫衣過(guò)程中的舒適性；所有受試者的平均反應(yīng)均為陽(yáng)性（6.6±0.3）。通過(guò)問(wèn)題3、5、6、7、8和9捕捉到在執(zhí)行活動(dòng)時(shí)佩戴監(jiān)視器的舒適性；受試者的回答也非常積極（6.6±0.2）。健康組和腦損傷組的反應(yīng)無(wú)顯著性差異。盡管調(diào)查問(wèn)卷中含有否定的詞組，但措辭是積極的，可能會(huì)使結(jié)果產(chǎn)生偏差。然而，本調(diào)查問(wèn)卷中的個(gè)人回答并未被用作結(jié)果變量或參與者表現(xiàn)的預(yù)測(cè)指標(biāo)；相反，他們被用于發(fā)起有關(guān)佩戴者體驗(yàn)的開放式對(duì)話，以改進(jìn)設(shè)備。 只有三個(gè)問(wèn)題引起了重大討論。問(wèn)題3（個(gè)人回答范圍從2到7）被認(rèn)為是胡亂的。在向受試者解釋了我們對(duì)這只手套的限制感興趣后，許多人認(rèn)為這個(gè)問(wèn)題令人困惑，因?yàn)槟壳暗脑O(shè)備不是“手套”。問(wèn)題4關(guān)于在公開討論中戴手套的問(wèn)題（分?jǐn)?shù)從1到7），范圍從“尷尬”“它看起來(lái)很有趣”，“只戴一只手套會(huì)覺(jué)得很有趣”到“會(huì)把它磨掉”，“沒(méi)問(wèn)題戴它”。有趣的是，四名受試者建議用某種傳統(tǒng)手套覆蓋單個(gè)傳感器，以使其不那么引人注目。這些人大多是健康的人，他們沒(méi)有意識(shí)到戴手套可能是對(duì)限制手運(yùn)動(dòng)的人的挑戰(zhàn)。顏色的概念也是一個(gè)流行的話題，產(chǎn)生了幾個(gè)面向時(shí)尚的建議，使整個(gè)設(shè)備與當(dāng)前傳感器套的米色顏色相同，或使其全部變黑，因?yàn)椤昂谏ヅ湟磺小薄Ｕ缯C正器和鑄造選擇一樣，提供了一個(gè)變量。讓人們從中選擇顏色是另一種選擇。參與者的反饋也促使設(shè)備的磨損方式發(fā)生了變化；我們最初將手臂裝置安裝在前臂上，但是在參與者的建議之后，我們發(fā)現(xiàn)上臂裝置更舒適，更不突兀。 表4-三種測(cè)試條件下的無(wú)線錯(cuò)誤率 表5-用戶反饋問(wèn)卷：每個(gè)問(wèn)題的平均得分 最后，問(wèn)題11（分?jǐn)?shù)從2分到7分）對(duì)用于將傳感器固定在手指上的雙面膠帶提出了幾點(diǎn)看法。許多人在取下膠帶時(shí)感到有些不適；人們把它比作“拉下創(chuàng)可貼”，盡管有一個(gè)人覺(jué)得它比創(chuàng)可貼更痛苦。另一位醫(yī)生說(shuō)，膠帶讓皮膚在切除后感到干燥。我們研究了雙面Toupee膠帶（TopStick®[Vapon，Inc.，F(xiàn)airfield，NJ]）和雙面“皮膚友好型”壓敏膠（TP9720[Mactac Technical Products，Stow，Oh]），發(fā)現(xiàn)兩者都是可接受的；但是，TP7920更堅(jiān)固，可能更耐用臨床環(huán)境之外的擴(kuò)展數(shù)據(jù)收集會(huì)議。 4。討論 對(duì)陰影監(jiān)視器的可重復(fù)性、可靠性、無(wú)線傳輸、用戶接受度和電池壽命進(jìn)行了評(píng)估。 雖然Immersion公司和5dt公司都發(fā)布了商用無(wú)線手套，其前臂安裝的形狀與影子監(jiān)視器相似，但影子監(jiān)視器的電池壽命要長(zhǎng)得多。陰影監(jiān)視器連續(xù)傳輸近60小時(shí)，顯著優(yōu)于數(shù)據(jù)手套超無(wú)線（在公司文獻(xiàn)中報(bào)告的時(shí)間超過(guò)8小時(shí)）和賽博格洛夫II（報(bào)告的時(shí)間為3小時(shí)），用于一組電池的連續(xù)無(wú)線使用。通過(guò)影子監(jiān)視器的電池壽命，一個(gè)人可以戴上手套回家?guī)滋欤屟芯咳藛T可以探索多天的活動(dòng)，從而獲得更真實(shí)的家庭和社區(qū)活動(dòng)的快照。 與兩種商用設(shè)備所使用的藍(lán)牙（IEEE 802.15.1）無(wú)線協(xié)議不同，為陰影監(jiān)視器選擇IEEE 802.15.4無(wú)線協(xié)議直接導(dǎo)致電池壽命更長(zhǎng)。藍(lán)牙®提供了比我們的應(yīng)用程序?qū)嶋H需要更多的功能，以犧牲電池壽命為代價(jià)。藍(lán)牙協(xié)議支持高達(dá)每秒1000千比特（Kbps）的數(shù)據(jù)速率，但它在系統(tǒng)資源中至少使用了250Kb（Adams，2004年）。相反，Zig-Bee/802.15.4只能支持高達(dá)250 Kbps的數(shù)據(jù)速率，但它只使用28 Kbps的系統(tǒng)資源，大約是藍(lán)牙®所需資源的十分之一。這些較低的基準(zhǔn)直接與較低的功耗要求相結(jié)合。事實(shí)上，協(xié)議的一個(gè)關(guān)鍵特性是延長(zhǎng)電池壽命。校準(zhǔn)在幾個(gè)方面具有挑戰(zhàn)性。必須對(duì)每個(gè)關(guān)節(jié)和每個(gè)受試者進(jìn)行。將測(cè)角儀放在傳感器套筒和接頭上，測(cè)量接頭角度。然而，我們發(fā)現(xiàn)在不按壓傳感器或輕輕地扭動(dòng)手和手指的情況下，很難從物理上讀取角度計(jì)值。這可能會(huì)引入少量的測(cè)量誤差，因?yàn)闇y(cè)角儀的端部可能會(huì)壓在傳感器上，造成改變測(cè)量電壓的微小變形。為了避免這種情況，我們多次測(cè)量了一些值。我們將探索評(píng)估關(guān)節(jié)角度的其他方法，以進(jìn)行校準(zhǔn)。 其次，由于電壓-角度關(guān)系是非線性的，因此約1.2 mV的固定電壓分辨率（由硬件和ADC設(shè)置定義）在整個(gè)工作范圍內(nèi)映射為不同的角度分辨率。在瞬時(shí)坡度較大的中程，這相當(dāng)于大約0.06°的角分辨率。在坡度可能小得多的端點(diǎn)，角分辨率平均為0.22°，這仍然是可以接受的。在極端情況下，一個(gè)受試者上一個(gè)傳感器的終點(diǎn)分辨率超過(guò)3°（=4.6°）。 第三，對(duì)于大多數(shù)傳感器手套和設(shè)備來(lái)說(shuō)，超延伸（以及該區(qū)域的校準(zhǔn)）尤其具有挑戰(zhàn)性。大多數(shù)傳感器在反向（超伸展）方向不能正常工作。盡管電壓隨彎曲角度的變化幅度顯著減小，但彎點(diǎn)傳感器仍繼續(xù)提供正確的關(guān)系（較大的超延伸對(duì)應(yīng)于減小的電阻）。本研究包括10名健康受試者和10名ABI受試者，每名受試者使用5個(gè)傳感器。每次試驗(yàn)校準(zhǔn)每個(gè)傳感器后（20次試驗(yàn)×5個(gè)傳感器/試驗(yàn)=100次校準(zhǔn)），超延伸范圍內(nèi)的合成角分辨率為0？至-30°平均0.5°。七個(gè)傳感器的角度分辨率超過(guò)3°（平均角度分辨率=10.7°）。（需要注意的是，0.1°的插值間隔與這些值無(wú)關(guān)；它只是一個(gè)Matlab可選擇的參數(shù)，不能提供超過(guò)ADC子系統(tǒng)所規(guī)定的額外分辨率。）對(duì)于許多人來(lái)說(shuō)，沒(méi)有超擴(kuò)展，只有適度的彎曲數(shù)據(jù)可以由于殘疾程度的原因而收集，因此超延伸問(wèn)題不是一個(gè)因素。但是，我們計(jì)劃在需要超延伸高分辨率的情況下重新訪問(wèn)傳感器配置。 wise等人提出的重復(fù)性協(xié)議。（1990）并由Dipietro等人提煉。（2003）也發(fā)現(xiàn)了一些以前報(bào)告的局限性，我們一致認(rèn)為，本協(xié)議不太精確，重復(fù)性結(jié)果受儀器單獨(dú)引起的因素以外的因素影響。例如，增加握力會(huì)導(dǎo)致不同的手指和手腕位置，以及隨后不同的關(guān)節(jié)角度測(cè)量，如其他人所指出的（Dipietro等人，2003年；Wise等人，1990年）。這些與人類相關(guān)的錯(cuò)誤源只能在開始前使用定制的握把模具并將實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo)傳達(dá)給受試者，這些錯(cuò)誤不能完全消除，它們的影響不能與僅儀器的影響分開。雖然模具設(shè)計(jì)用于在一個(gè)位置穩(wěn)定抓握，但我們發(fā)現(xiàn)它并沒(méi)有像平手位置一樣穩(wěn)定關(guān)節(jié)。迪皮特羅也報(bào)告了這一觀察結(jié)果。盡管存在這些缺點(diǎn)，該協(xié)議似乎是一種有效的方法：（1）評(píng)估戴著的測(cè)量手套裝置，并（2）將結(jié)果與其他報(bào)告的手套分析進(jìn)行比較，該系統(tǒng)的當(dāng)前實(shí)施僅限于五個(gè)傳感器。這個(gè)數(shù)字可以很容易地?cái)U(kuò)展到八個(gè)傳感器，而不需要改變硬件，甚至超過(guò)八個(gè)傳感器，加上一個(gè)小電路板，將額外的傳感器輸入多路復(fù)用到TMote上的8通道模數(shù)轉(zhuǎn)換器中。彎點(diǎn)彎曲傳感器可以制作成任何需要的長(zhǎng)度，因此可以在每個(gè)數(shù)字上使用多個(gè)傳感器。 但是，可能并不總是需要擴(kuò)展到八個(gè)通道之外。使用4到14個(gè)具有不同約束假設(shè)和處理方法的傳感器研究手部姿勢(shì)的研究表明，減少傳感器組可能是合適的。利用主成分分析（PCA）、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和識(shí)別生物力學(xué)和手部解剖導(dǎo)致的位置約束等方法，降低了數(shù)據(jù)的高維性。Jerde等人（2003）使用PCA從17個(gè)關(guān)節(jié)角度（美國(guó)手語(yǔ)手冊(cè)字母表）識(shí)別4個(gè)臨界自由度，并報(bào)告了使用拇指外展、指數(shù)和中近端指間彎曲和環(huán)掌指關(guān)節(jié)彎曲的準(zhǔn)確度為86.6%。在測(cè)量時(shí)）。同樣，Mehdi和Khan（2005。結(jié)論 與其他建議和評(píng)估的系統(tǒng)和手動(dòng)測(cè)角相比，陰影監(jiān)視器有幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)。首先，陰影監(jiān)視器可以容納所有的手尺寸。盡管手的大小各不相同，并且包含了兩種性別，但我們不需要根據(jù)手的大小來(lái)分離結(jié)果，這是為數(shù)據(jù)手套和人體手套所做的，以便說(shuō)明手套不適合女性受試者（Dipietro等人，2003年；Wise等人，1990年）。 第二個(gè)優(yōu)點(diǎn)是傳感器應(yīng)用的獨(dú)特方法。這種方法使得在任何手的位置都能很容易地安裝設(shè)備，因?yàn)椴恍枰獜澢P(guān)節(jié)來(lái)安裝傳感器。此外，只需測(cè)量感興趣的關(guān)節(jié)，使其他關(guān)節(jié)不受阻礙。現(xiàn)有的手套對(duì)于手殘疾人士來(lái)說(shuō)是非常具有挑戰(zhàn)性或痛苦的，陰影監(jiān)視器可以滿足這種服務(wù)不足的需要。有腦損傷的人報(bào)告說(shuō)手套很舒服，戴上手套時(shí)手指沒(méi)有放在不舒服的位置。 我們發(fā)現(xiàn)了這種裝置的一些缺點(diǎn)，包括在公共場(chǎng)合佩戴它和去除后雙面膠帶的瘙癢。此外，近0.06°的中距離角測(cè)量分辨率在超伸時(shí)在端點(diǎn)處降低到平均0.5°，需要小心以確保該設(shè)備可用于所需應(yīng)用。目前，監(jiān)護(hù)儀必須由訓(xùn)練有素的調(diào)查員使用，以確保傳感器位置正確，并進(jìn)行校準(zhǔn)。 本研究的長(zhǎng)期臨床應(yīng)用是探討獲得性腦損傷患者在休息時(shí)以及主動(dòng)和被動(dòng)功能任務(wù)執(zhí)行期間的日常手指姿勢(shì)，尤其是在治療干預(yù)后。在一天的過(guò)程中，在家里和社區(qū)中進(jìn)行的監(jiān)測(cè)將為評(píng)估被動(dòng)和意志活動(dòng)的手功能受損提供有價(jià)值的信息。定量實(shí)時(shí)測(cè)量可以通過(guò)將功能能力與特定任務(wù)表現(xiàn)（如精細(xì)運(yùn)動(dòng)控制或以功能輔助方式使用鑰匙或手）相關(guān)聯(lián)來(lái)記錄干預(yù)（如藥理、治療或化學(xué)神經(jīng)溶解）的效果。其他應(yīng)用包括遠(yuǎn)程康復(fù)、評(píng)估物理治療方案的合規(guī)性，以及非康復(fù)相關(guān)應(yīng)用，如虛擬現(xiàn)實(shí)和游戲，以及作為計(jì)算機(jī)輸入設(shè)備。 本研究的主要目標(biāo)之一是評(píng)估陰影監(jiān)視器的幾個(gè)測(cè)量參數(shù)，并評(píng)估其在日常活動(dòng)中捕捉手部姿勢(shì)的有效性和舒適性。測(cè)量的重復(fù)性與報(bào)告的其他半測(cè)角手套相當(dāng)，這表明陰影監(jiān)視器也可用于康復(fù)應(yīng)用，以評(píng)估功能任務(wù)期間的手姿勢(shì)。用戶反饋和延長(zhǎng)電池壽命支持其作為長(zhǎng)期測(cè)量工具在門診外使用。 未來(lái)的工作將包括精度評(píng)估和多天的擴(kuò)展數(shù)據(jù)收集。為了更好地捕捉拇指對(duì)手姿的貢獻(xiàn)，將增加拇指外展和旋轉(zhuǎn)傳感器，并增加一個(gè)低記憶指示器，提醒佩戴者返回接收計(jì)算機(jī)以防止數(shù)據(jù)丟失。將評(píng)估額外的傳感器長(zhǎng)度（目前，使用3英寸傳感器；較小接頭可使用1英寸和2英寸）。現(xiàn)有硬件很容易支持八個(gè)傳感器；額外的傳感器需要添加一個(gè)小的子板。測(cè)試表明，增加幾個(gè)傳感器不會(huì)對(duì)傳輸速率產(chǎn)生不利影響。此外，將開發(fā)數(shù)據(jù)分析方法來(lái)描述在研究方案的其他部分執(zhí)行的功能活動(dòng)。 技術(shù)的進(jìn)步繼續(xù)改進(jìn)診斷和測(cè)量工具，最終導(dǎo)致更好的醫(yī)療保健。然而，醫(yī)療成本繼續(xù)上升，這表明需要低成本、易于部署的解決方案，這些解決方案可以盡可能多地分發(fā)給更多人。此外，基于個(gè)人經(jīng)濟(jì)和地理狀況的不均衡醫(yī)療保險(xiǎn)覆蓋率凸顯了需要更加分散的護(hù)理和對(duì)預(yù)防和健康計(jì)劃的關(guān)注（Park和Jayaraman，2003年）。已提出技術(shù)來(lái)滿足這些需求，例如通過(guò)創(chuàng)建可穿戴的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)和使用互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行分權(quán)和訪問(wèn)。陰影監(jiān)視器的設(shè)計(jì)目標(biāo)是廣泛部署。 確認(rèn) 這項(xiàng)材料是基于紐澤西醫(yī)學(xué)與牙科大學(xué)（第29—05）基金會(huì)、亨利·H·凱斯勒基金會(huì)、科爾曼基金會(huì)和美國(guó)國(guó)立衛(wèi)生研究院（NIH 1 R24 HD050）所支持的工作。確認(rèn) 這項(xiàng)材料是基于紐澤西醫(yī)學(xué)與牙科大學(xué)（第29—05）基金會(huì)、亨利·H·凱斯勒基金會(huì)、科爾曼基金會(huì)和美國(guó)國(guó)立衛(wèi)生研究院（NIH 1 R24 HD050821-01）所支持的工作。作者希望感謝布拉德·加列戈的貢獻(xiàn)。 工具書類 Adamovich SV、Merians AS、Boian R、Tremaine R、Burdea GS、Recce M等。基于虛擬現(xiàn)實(shí)的中風(fēng)后手部康復(fù)運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)：功能轉(zhuǎn)移。載于：第26屆IEEE EMBS國(guó)際年會(huì)論文集；2004年。 亞當(dāng)斯J.符合齊格比標(biāo)準(zhǔn)。傳感器在線2004[引用2003年12月29日]。網(wǎng)址：www.sensormag.com。 Asada HH，吉祥物S。指甲接觸傳感器。麻省理工學(xué)院家庭自動(dòng)化與醫(yī)療聯(lián)盟，第2-4號(hào)進(jìn)度報(bào)告，1999年10月1日。Bohannon R，Smith M.改良阿什沃思肌痙攣量表的評(píng)分間可靠性。物理1987；67（2）：206-7. 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