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使用磁慣性測(cè)量單元測(cè)量單平面和運(yùn)動(dòng)特定軀干運(yùn)動(dòng)：Noraxon和Xsens系統(tǒng)相對(duì)于回復(fù)反射系統(tǒng)的同時(shí)有效性
權(quán)利和內(nèi)容
摘要
出身背景
市場(chǎng)上有一系列磁慣性測(cè)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(huì)影響MIMU相對(duì)于參考標(biāo)準(zhǔn)測(cè)量裝置的同時(shí)有效性。在靜態(tài)或低速條件下比較了不同的MIMU，在基于機(jī)器人的研究中評(píng)估了更高的速度運(yùn)動(dòng)。然而，需要在基于人類的研究中建立更高速度運(yùn)動(dòng)的同時(shí)有效性。
研究問題
本研究旨在評(píng)估兩種商用MIMU系統(tǒng)（Noraxon和Xsens）在單平面運(yùn)動(dòng)范圍（ROM）和板球保齡球（涉及高速、多平面運(yùn)動(dòng)）期間測(cè)量軀干角度時(shí)，相對(duì)于“黃金標(biāo)準(zhǔn)”反光運(yùn)動(dòng)捕捉系統(tǒng)的同時(shí)有效性。
方法
對(duì)于這項(xiàng)基于標(biāo)準(zhǔn)的有效性研究，兩個(gè)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(shí)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(jìn)行比較。計(jì)算了兩個(gè)MIMU系統(tǒng)的統(tǒng)計(jì)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(jì)參數(shù)映射顯示兩個(gè)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(gè)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(jì)上顯著的差異。
意義
基于MIMU的角度精度在高速、多平面運(yùn)動(dòng)中比單平面運(yùn)動(dòng)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(cè)量結(jié)果。可能是不同的采樣率和傳感器融合算法參數(shù)導(dǎo)致了差異。
介紹
磁慣性測(cè)量單元（MIMU）是運(yùn)動(dòng)分析人員特別感興趣的可穿戴技術(shù)，因?yàn)樗鼈兡軌蛟趯?shí)驗(yàn)室外測(cè)量三維（3D）方位。將MIMU連接到身體節(jié)段并將其對(duì)齊，可以近似計(jì)算節(jié)段運(yùn)動(dòng)學(xué)。通過進(jìn)一步校準(zhǔn)和計(jì)算，還可以從磁慣性傳感器數(shù)據(jù)計(jì)算關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)學(xué)[1]。基于MIMU的運(yùn)動(dòng)學(xué)測(cè)量已廣泛應(yīng)用于各種背景；從臨床姿勢(shì)和步態(tài)評(píng)估到高速運(yùn)動(dòng)分析[1]。
商用MIMU模型包括三個(gè)三軸傳感器：加速計(jì)、陀螺儀和磁力計(jì)。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(yùn)動(dòng)特定分析、臨床評(píng)估）。為了估計(jì)MIMU 3D方位，加速計(jì)、陀螺儀和磁力計(jì)數(shù)據(jù)通過算法進(jìn)行融合，這些算法通常被納入制造商的專有軟件中。卡爾曼濾波器[2]是制造商最常用的傳感器融合方法[3]。卡爾曼濾波算法根據(jù)當(dāng)前信息和一組控制參數(shù)預(yù)測(cè)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(xiàng)評(píng)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(cè)量誤差高達(dá)8.4°[5]。一些先前的研究將運(yùn)動(dòng)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(yàn)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(duì)研究通過使用能夠在所有運(yùn)動(dòng)平面上移動(dòng)的機(jī)器人萬向架工作臺(tái)，評(píng)估了三個(gè)MIMU模型的測(cè)量精度[8]，[9]。作者得出的結(jié)論是，增加運(yùn)動(dòng)速度或持續(xù)時(shí)間會(huì)加劇5°以上的測(cè)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(píng)估了體內(nèi)MIMU方位估計(jì)的準(zhǔn)確性。一個(gè)斯圖 |
