近年來，可穿戴運(yùn)動(dòng)捕捉系統(tǒng)發(fā)展迅速。這些系統(tǒng)使用包含加速度計(jì)、陀螺儀和磁力計(jì)的慣性測量單元(IMU)來跟蹤人體運(yùn)動(dòng)，其最大特點(diǎn)是不受實(shí)驗(yàn)室環(huán)境的限制。TESLASUIT的運(yùn)動(dòng)捕捉功能為運(yùn)動(dòng)評(píng)估開啟了全新的可能性，為人類運(yùn)動(dòng)研究、訓(xùn)練和康復(fù)提供了更準(zhǔn)確、更有效的解決方案。

介紹

Reade康復(fù)中心和阿姆斯特丹自由大學(xué)行為和運(yùn)動(dòng)科學(xué)學(xué)院的研究人員進(jìn)行了一項(xiàng)研究，以評(píng)估FES輔助步態(tài)訓(xùn)練干預(yù)是否可以改善不完全脊髓損傷(SCI)患者的步態(tài)功能。該研究包括TESLASUIT的IMU傳感器應(yīng)用，研究人員將其用于在步態(tài)分析過程中測量下肢運(yùn)動(dòng)學(xué)。

研究過程

研究人員對(duì)12名健康參與者在跑步機(jī)上以三種速度(1.0公里/小時(shí)、3.0公里/小時(shí)和5.0公里/小時(shí))行走時(shí)進(jìn)行了測量，并通過TESLASUIT IMU計(jì)算的關(guān)節(jié)角度與光電系統(tǒng)(Optotrak)測量的關(guān)節(jié)角度進(jìn)行了比較。1.0 km/h步行速度試驗(yàn)用于模擬SCI個(gè)體的步態(tài)模式，因?yàn)椴叫兴俣葧?huì)影響運(yùn)動(dòng)學(xué)和時(shí)空參數(shù)。

參與者在跑步機(jī)上行走，直到完成100步(約5分鐘)停止。TESLASUIT的IMUs和Optotrak系統(tǒng)的輸出數(shù)據(jù)基于每次步態(tài)試驗(yàn)開始時(shí)的跳躍而同步。

數(shù)據(jù)分析

Optotrak系統(tǒng)：使用VU 3D模型計(jì)算3D標(biāo)記坐標(biāo)數(shù)據(jù)的軌跡。每個(gè)步態(tài)周期的開始和結(jié)束通過檢測腳跟接觸地面和腳尖離地來識(shí)別。步幅時(shí)間由同一條腿的兩次連續(xù)腳跟接觸地面之間的時(shí)間決定。計(jì)算每一步的髖關(guān)節(jié)、膝關(guān)節(jié)和踝關(guān)節(jié)角度(歐拉角)并進(jìn)行時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)化(從初始接觸開始，0–100%)。

TESLASUIT：來自IMU的原始數(shù)據(jù)由基于OpenSim的解決方案處理，該解決方案是TESLASUIT軟件的一部分。包含具有關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)學(xué)的骨骼模型，包括矢狀面中的髖關(guān)節(jié)、膝關(guān)節(jié)和踝關(guān)節(jié)角度。步幅時(shí)間由Optotrak系統(tǒng)檢測到的腳跟接地決定，計(jì)算出的角度進(jìn)行時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)化(從初始接觸開始，0–100%)。

通過一維統(tǒng)計(jì)參數(shù)映射(SPM)對(duì)左右腿的踝、膝和髖角度使用雙向(系統(tǒng)x步行速度)重復(fù)ANOVA測量以評(píng)估其有效性。

計(jì)算每個(gè)參與者在每個(gè)行走速度下的左右腳踝、膝蓋和臀部角度的皮爾遜相關(guān)系數(shù)。顯示在每種行走速度下左和右腳踝、膝蓋和臀部角度的最低和最高相關(guān)系數(shù)。

結(jié)果

結(jié)果顯示，TESLASUIT的IMUs和Optotrak系統(tǒng)在所有行走速度下測量的膝蓋角度高度一致。膝關(guān)節(jié)角度的兩個(gè)系統(tǒng)之間的相關(guān)系數(shù)范圍從0.78到0.99。髖關(guān)節(jié)角也顯示了良好到極好的相關(guān)性，相關(guān)系數(shù)為0.80到0.99。踝角顯示出更多的可變性，系數(shù)范圍從0.19到0.99，盡管大多數(shù)參與者仍然實(shí)現(xiàn)了高水平的相關(guān)性(表1。踝、膝和髖角的相關(guān)系數(shù))。

通過對(duì)IMU定位的一些修改和對(duì)TESLASUIT關(guān)節(jié)角度計(jì)算的持續(xù)驗(yàn)證，我們的可穿戴觸覺套裝可能成為步態(tài)分析和康復(fù)的一個(gè)有價(jià)值的工具。不受實(shí)驗(yàn)室環(huán)境限制的高精度跟蹤運(yùn)動(dòng)的能力為運(yùn)動(dòng)評(píng)估和生物反饋訓(xùn)練開辟了許多可能性。