Artikel 1: Aminiam K. Capturing human motion using body-fixed sensors
Introductie
Er wordt gekeken naar mogelijkheden om nuttige menselijke beweging te detecteren op
basis van nieuwe technieken met verschillende soorten lichaamsfixatiesensoren. In het
bijzonder een combinatie van versnellingsmeters (accelerometer) en hoeksnelheidssensoren
(gyroscopen) toonde een veelbelovend ontwerp voor een hybride kinematische sensor die
de 2D-kinematica van een lichaamssegment meet. Deze sensoren maken samen met een
draagbare datalogger en met behulp van eenvoudige biomechanische modellen het
vastleggen van buiten- en langdurige bewegingen mogelijk en overwinnen enkele
beperkingen van de standaard bewegingsregistratiesystemen. Significante parameters van
lichaamsbeweging worden geëvalueerd en vergeleken met het camera-gebaseerde systeem.
Op basis van deze parameters kan de fysieke activiteit worden gevolgd en de ganganalyse in
een dagelijkse omgeving worden. Er worden verschillende klinische onderzoeken met
betrekking tot valrisico bij ouderen, kwaliteit van leven en sportprestaties beoordeeld.
Standaard menselijke bewegingsanalyse op basis van camera, magnetische en ultrasone
systemen maken een complete 3D kinematica-analyse, maar vereist een speciaal
laboratorium. Door de verfijning van laboratoriumtechnieken, de tijd die nodig is voor
uitvoeren meting, de data-analyse en de kosten hebben het gebruik van deze meetsystemen
in de praktijk belemmerd.
Standaard methode
Magnetische bewegingsregistratiesystemen maken gebruik van sensoren op het lichaam om
laagfrequente magnetisch veld te meten. De sensoren meten positie- en rotatiedata. Inverse
kinematica wordt gebruikt om de hoeken op te lossen voor de verschillende
lichaamsgewrichten, en compenseren verschuivingen van de sensoren. De ruimtelijke positie
van elke marker wordt bewaakt door een berekening van het tijdsinterval tussen zending en
ontvangst van de golf (actieve markers)
Nieuwe methode
Lichaam gefixeerde sensoren die overal gebruikt kunnen worden (i.t.t. de
standaardtechnologie in speciale gecontroleerde ruimte). Ze zijn verplaatsbaar en hebben
geen stationaire eenheden zoals zender, ontvanger of camera’s nodig. Bovendien zijn ze
goedkoper, eenvoudig op te zetten, te gebruiken en vereisen geen hooggekwalificeerde
operators. De op het lichaam gefixeerde sensoren kunnen in realtime worden gebruikt, want
de verwerkingsfase van gedetecteerd signaal is veel korter dan de rekentijd van sommige
standaardsystemen.
, Meetapparaten
- Goniometer: meet hoekveranderingen bij gewricht door proximale en distale
sensoren
o Nadeel => sensorbevestiging en gebrek aan robustheid van sensoren
- Foot pressure sensor: om fasen tijdens lopen te onderscheiden en drukverdeling
tijdens standfase te meten
o Nadeel => niet geschikt om nauwkeurig kracht te meten
- Magnetometers: meet segmentoriëntatie rond verticale as
o Nadeel => gevoelig voor magnetische verstoringen
- Accelerometer: meten versnellingen van lichaamssegmenten en invloed
zwaartekracht op segment. In rust kunnen lichaamshoudingen herkend worden
o Nadeel => integratiedrift, afwijking wordt steeds groter bij langdurig
integreren
- Gyroscoop: meet hoeksnelheden
o Nadeel => integratiedrift, gevoelig voor schokken
Conclusie
Methode voor het meten van 2D-kinematica met behulp van sensormodule inclusief twee
versnellingsmeters en een gyroscoop heeft bewezen een nauwkeurig hulpmiddel te zijn. De
sensor is klein en veroorzaakt geen ongemak voor de proefpersoon. De sensor is eenvoudig
te bevestigen aan lichaamssegment. Beweging in het sagittale vlak kan worden gemeten.
De camera-gebasseerde systemen die standaard zijn voor bewegingsregistratie hebben
beperkingen. Lichaamssensoren winnen enkele beperkingen. Daarnaast is de
bemonsteringsfrequentie hoger en enkele honderden hertz kunnen worden bereikt met de
bestaande datalogger.
Omgekeerd hebben lichaamssensoren een groot aantal sensoren nodig om voor
nauwkeurige 3D-kinematica te kunnen zorgen. Kabels tussen sensoren en opname-
eenheden kunnen in sommige gevallen limiteren bij de uitvoering van de
bewegingsregistratie. Daarom moet met zo weinig mogelijk sensoren gewerkt worden, maar
wel geoptimaliseerd zodat voldoende informatie behouden blijft om beweging te
reconstrueren en samen te stellen. Bovendien kunnen, i.t.t. een camera, lichaamssegment
coördinaten niet direct worden gemeten, maar alleen vanaf een complexe
gegevensverwerking van andere kinematica gegevens, zoals versnelling en snelheid. Deze
gegevens zijn dan wel vaak nauwkeuriger dan camera informatie.
o
Introductie
Er wordt gekeken naar mogelijkheden om nuttige menselijke beweging te detecteren op
basis van nieuwe technieken met verschillende soorten lichaamsfixatiesensoren. In het
bijzonder een combinatie van versnellingsmeters (accelerometer) en hoeksnelheidssensoren
(gyroscopen) toonde een veelbelovend ontwerp voor een hybride kinematische sensor die
de 2D-kinematica van een lichaamssegment meet. Deze sensoren maken samen met een
draagbare datalogger en met behulp van eenvoudige biomechanische modellen het
vastleggen van buiten- en langdurige bewegingen mogelijk en overwinnen enkele
beperkingen van de standaard bewegingsregistratiesystemen. Significante parameters van
lichaamsbeweging worden geëvalueerd en vergeleken met het camera-gebaseerde systeem.
Op basis van deze parameters kan de fysieke activiteit worden gevolgd en de ganganalyse in
een dagelijkse omgeving worden. Er worden verschillende klinische onderzoeken met
betrekking tot valrisico bij ouderen, kwaliteit van leven en sportprestaties beoordeeld.
Standaard menselijke bewegingsanalyse op basis van camera, magnetische en ultrasone
systemen maken een complete 3D kinematica-analyse, maar vereist een speciaal
laboratorium. Door de verfijning van laboratoriumtechnieken, de tijd die nodig is voor
uitvoeren meting, de data-analyse en de kosten hebben het gebruik van deze meetsystemen
in de praktijk belemmerd.
Standaard methode
Magnetische bewegingsregistratiesystemen maken gebruik van sensoren op het lichaam om
laagfrequente magnetisch veld te meten. De sensoren meten positie- en rotatiedata. Inverse
kinematica wordt gebruikt om de hoeken op te lossen voor de verschillende
lichaamsgewrichten, en compenseren verschuivingen van de sensoren. De ruimtelijke positie
van elke marker wordt bewaakt door een berekening van het tijdsinterval tussen zending en
ontvangst van de golf (actieve markers)
Nieuwe methode
Lichaam gefixeerde sensoren die overal gebruikt kunnen worden (i.t.t. de
standaardtechnologie in speciale gecontroleerde ruimte). Ze zijn verplaatsbaar en hebben
geen stationaire eenheden zoals zender, ontvanger of camera’s nodig. Bovendien zijn ze
goedkoper, eenvoudig op te zetten, te gebruiken en vereisen geen hooggekwalificeerde
operators. De op het lichaam gefixeerde sensoren kunnen in realtime worden gebruikt, want
de verwerkingsfase van gedetecteerd signaal is veel korter dan de rekentijd van sommige
standaardsystemen.
, Meetapparaten
- Goniometer: meet hoekveranderingen bij gewricht door proximale en distale
sensoren
o Nadeel => sensorbevestiging en gebrek aan robustheid van sensoren
- Foot pressure sensor: om fasen tijdens lopen te onderscheiden en drukverdeling
tijdens standfase te meten
o Nadeel => niet geschikt om nauwkeurig kracht te meten
- Magnetometers: meet segmentoriëntatie rond verticale as
o Nadeel => gevoelig voor magnetische verstoringen
- Accelerometer: meten versnellingen van lichaamssegmenten en invloed
zwaartekracht op segment. In rust kunnen lichaamshoudingen herkend worden
o Nadeel => integratiedrift, afwijking wordt steeds groter bij langdurig
integreren
- Gyroscoop: meet hoeksnelheden
o Nadeel => integratiedrift, gevoelig voor schokken
Conclusie
Methode voor het meten van 2D-kinematica met behulp van sensormodule inclusief twee
versnellingsmeters en een gyroscoop heeft bewezen een nauwkeurig hulpmiddel te zijn. De
sensor is klein en veroorzaakt geen ongemak voor de proefpersoon. De sensor is eenvoudig
te bevestigen aan lichaamssegment. Beweging in het sagittale vlak kan worden gemeten.
De camera-gebasseerde systemen die standaard zijn voor bewegingsregistratie hebben
beperkingen. Lichaamssensoren winnen enkele beperkingen. Daarnaast is de
bemonsteringsfrequentie hoger en enkele honderden hertz kunnen worden bereikt met de
bestaande datalogger.
Omgekeerd hebben lichaamssensoren een groot aantal sensoren nodig om voor
nauwkeurige 3D-kinematica te kunnen zorgen. Kabels tussen sensoren en opname-
eenheden kunnen in sommige gevallen limiteren bij de uitvoering van de
bewegingsregistratie. Daarom moet met zo weinig mogelijk sensoren gewerkt worden, maar
wel geoptimaliseerd zodat voldoende informatie behouden blijft om beweging te
reconstrueren en samen te stellen. Bovendien kunnen, i.t.t. een camera, lichaamssegment
coördinaten niet direct worden gemeten, maar alleen vanaf een complexe
gegevensverwerking van andere kinematica gegevens, zoals versnelling en snelheid. Deze
gegevens zijn dan wel vaak nauwkeuriger dan camera informatie.
o
