|
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系統相對于回復反射系統的同時有效性
權利和內容
摘要
出身背景
市場上有一系列磁慣性測量單元（MIMU）系統，但傳感器規格和融合方法因制造商而異。這種可變性會影響MIMU相對于參考標準測量裝置的同時有效性。在靜態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（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“黃金標準”反光運動捕捉系統的同時有效性。
方法
對于這項基于標準的有效性研究，兩個MIMU系統都采用了可比較的傳感器規范，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據得出的角度進行比較。計算了兩個MIMU系統的統計參數映射和均方根差（RMSD）。
后果
與基于回復反射的角度輸出相比，一維統計參數映射顯示兩個MIMU系統的角度沒有顯著差異。MIMU系統產生的ROM RMSD介于1.4±1.0°和2.6±1.5°之間。一個系統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差異。MIMU系統之間的RMSD存在一些微小但統計上顯著的差異。
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系統可以在ROM和保齡球任務期間產生不同的測量結果。可能是不同的采樣率和傳感器融合算法參數導致了差異。
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，因為它們能夠在實驗室外測量三維（3D）方位。將MIMU連接到身體節段并將其對齊，可以近似計算節段運動學。通過進一步校準和計算，還可以從磁慣性傳感器數據計算關節運動學[1]。基于MIMU的運動學測量已廣泛應用于各種背景；從臨床姿勢和步態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系統之間的傳感器規格可能有所不同，取決于系統的成本和預期應用（例如，運動特定分析、臨床評估）。為了估計MIMU 3D方位，加速計、陀螺儀和磁力計數據通過算法進行融合，這些算法通常被納入制造商的專有軟件中。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當前信息和一組控制參數預測未來狀態[4]。制造商使用的精確算法和參數通常是專有的且未公開的，這表明系統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系統之間的性能。一項評估了九種不同MIMU模型靜態定向精度的研究發現，某些MIMU系統的測量誤差高達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，但建議靜態方向差異應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]。作者得出的結論是，增加運動速度或持續時間會加劇5°以上的測量誤差，有些誤差與制造商規定的帶寬相差很大。
研究還評估了體內MIMU方位估計的準確性。一個斯圖 |
