Hochpräzise optische Motion-Capture-Systeme und bodenmontierte Kraftmessplatten dienen als absoluter Maßstab für die Validierung von tragbaren Sensoreinlegesohlen.
Durch die Erfassung exakter 3D-Bewegungs trajektorien und Boden reaktions kräfte ermöglichen diese laborbasierten Systeme den Forschern, mithilfe der inversen Dynamik die „Ground Truth“ biomechanischer Metriken wie des Hüftgelenkdrehmoments zu berechnen. Diese präzisen Referenzdaten werden dann mit den Vorhersagen der tragbaren Einlegesohle verglichen – unter Verwendung statistischer Metriken wie dem relativen Root Mean Square Error (rRMSE) –, um die Zuverlässigkeit des Geräts quantitativ nachzuweisen.
Um eine tragbare Einlegesohle zu validieren, müssen ihre Schätzungen mit einer bekannten physikalischen Gewissheit verglichen werden. Optische Systeme und Kraftmessplatten erzeugen die biomechanischen „Goldstandard“-Daten, die zur mathematischen Überprüfung der Genauigkeit des tragbaren Geräts erforderlich sind.
Etablierung des biomechanischen „Goldstandards“
Um einem tragbaren Gerät vertrauen zu können, müssen wir zunächst die Körperbewegung mit Geräten messen, von denen bekannt ist, dass sie genau sind.
Die Rolle der optischen Bewegungs erfassung
Hochpräzise optische Systeme dienen als visuelle Autorität im Validierungsaufbau. Sie verfolgen reflektierende Marker, um dreidimensionale Bewegungs trajektorien mit sub-millimeter genauer Genauigkeit aufzuzeichnen. Diese Daten legen genau fest, wie sich die Körpersegmente im Raum bewegen.
Die Rolle von Kraftmessplatten
Während Kameras Bewegungen sehen, können sie keine Kräfte sehen. Industrielle, bodenmontierte Kraftmessplatten schließen diese Lücke, indem sie Boden reaktions kräfte (GRF) messen. Diese Platten liefern die endgültigen Daten über die zwischen den Füßen des Probanden und dem Boden ausgetauschten Kräfte.
Von Rohdaten zur Verifizierung
Bei der Validierung geht es nicht nur um das Sammeln von Daten, sondern um deren Verarbeitung zur Erstellung eines direkten Vergleichs.
Anwendung der inversen Dynamik
Forscher kombinieren die Bewegungs daten (Kinematik) und Kraft daten (Kinetik), um eine inverse Dynamik durchzuführen. Dieser mathematische Prozess berechnet interne Körper lasten, die nicht direkt gemessen werden können. Insbesondere hebt die primäre Referenz die Berechnung des Hüftgelenkdrehmoments als kritische Ground-Truth-Metrik hervor.
Bewertung der Vorhersage genauigkeit
Sobald die Ground Truth berechnet ist, wird sie mit den vom tragbaren Einlegesohlenmodell vorhergesagten Daten verglichen. Dieser Vergleich ist nicht subjektiv. Forscher verlassen sich auf strenge statistische Metriken, insbesondere auf den relativen Root Mean Square Error (rRMSE) und Korrelations koeffizienten, um zu quantifizieren, wie genau die Einlegesohle den Goldstandard nachahmt.
Verständnis des Validierungskontexts
Obwohl diese Systeme der Standard für Genauigkeit sind, ist es wichtig, den Kontext dieses Vergleichs zu verstehen.
Die Einschränkung des „Goldstandards“
Optische Systeme und Kraftmessplatten bieten die höchste Präzision, sind aber stationär und auf ein Labor beschränkt. Sie stellen das „ideale“ Messszenario dar.
Das Ziel der Einlegesohle
Die tragbare Einlegesohle muss die Laborausrüstung nicht ersetzen; sie muss sich ihr für die mobile Nutzung ausreichend annähern. Der Validierungsprozess bestimmt, ob die Fehlermarge (rRMSE) der Einlegesohle niedrig genug ist, um für reale Anwendungen außerhalb des Labors als zuverlässig zu gelten.
Die richtige Wahl für Ihr Ziel treffen
Wenn Sie Validierungs daten für tragbare Einlegesohlen überprüfen, achten Sie auf die verwendeten spezifischen Metriken.
- Wenn Ihr Hauptaugenmerk auf absoluter Genauigkeit liegt: Achten Sie auf einen niedrigen rRMSE. Dies zeigt an, dass die spezifischen Wertmessungen der Einlegesohle sehr nahe an der im Labor gemessenen Ground Truth liegen.
- Wenn Ihr Hauptaugenmerk auf Mustererkennung liegt: Achten Sie auf hohe Korrelations koeffizienten. Dies zeigt an, dass die Einlegesohle die Trends der Bewegung (auf und ab) korrekt verfolgt, auch wenn die absoluten Zahlen leicht variieren.
Eine erfolgreiche Validierung beweist, dass ein tragbares Gerät vom theoretischen Konzept zu einem zuverlässigen biomechanischen Werkzeug aufgestiegen ist.
Zusammenfassungstabelle:
| Systemkomponente | Rolle bei der Validierung | Gelieferte Daten |
|---|---|---|
| Optische Bewegungs erfassung | Verfolgt 3D-Körperbewegungen | Kinematische Trajektorien (Sub-millimeter Genauigkeit) |
| Kraftmessplatten | Misst Bodeninteraktion | Boden reaktions kräfte (GRF) |
| Inverse Dynamik | Berechnet interne Lasten | Ground Truth für Gelenkdrehmoment und Lastmetriken |
| Statistische Analyse | Quantifiziert Zuverlässigkeit | rRMSE und Korrelations koeffizienten |
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Referenzen
- Seungheon Chae, Joung Hwan Mun. Can Pressure Data from Wearable Insole Devices Be Utilized to Estimate Low Back Moments for Exoskeleton Control System?. DOI: 10.3390/act13030092
Dieser Artikel basiert auch auf technischen Informationen von 3515 Wissensdatenbank .
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