Hochpräzise aktive LED-Marker fungieren als grundlegende Referenzpunkte für die Erstellung eines geometrischen Modells der Fußkinematik innerhalb eines dreidimensionalen Motion-Capture-Systems. Durch die Befestigung dieser Marker an spezifischen strukturellen Punkten des Schuhwerks verfolgt das System ihre 3D-Raumkoordinaten, um die vertikale Höhe des Fußes relativ zum Boden in Echtzeit zu berechnen.
Kernbotschaft Diese Marker liefern die hardwarebasierte „Ground Truth“, die zur Messung kritischer Sicherheitsmetriken wie der minimalen Fußfreiheit (MFC) erforderlich ist. Diese Daten sind unerlässlich für die Identifizierung von Hochrisiko-Gangmustern, die Stürze vorhersagen, und dienen als Benchmark für die Validierung neuer tragbarer Sensortechnologien.
Präzise Fußkinematik etablieren
Erstellung eines geometrischen Modells
Die primäre technische Funktion der Marker besteht darin, die physischen Grenzen des Fußes im digitalen Raum zu definieren. Durch die Anbringung von Markern an spezifischen strukturellen Punkten des Schuhwerks erstellt das System ein starres geometrisches Modell, das den Fuß repräsentiert.
Echtzeit-Koordinatenverfolgung
Sobald das Modell erstellt ist, überwacht das Motion-Capture-System die dreidimensionalen Raumkoordinaten jedes Markers. Dies ermöglicht die kontinuierliche, hochgradig detailgetreue Verfolgung der Fußposition während des Gangzyklus.
Identifizierung von Hochrisiko-Gangmustern
Messung der vertikalen Höhe
Die wichtigste Anwendung dieser Verfolgung ist die Berechnung der vertikalen Höhe des Fußes relativ zur Gehfläche. Dies wird speziell während der Schwungphase gemessen, in der sich der Fuß vom Boden abhebt und nach vorne bewegt.
Analyse der minimalen Fußfreiheit (MFC)
Diese hardwarebasierte Messung ist die Kernmethode zur Beurteilung des Sturzrisikos. Sie identifiziert spezifische Trajektorienkontrollmuster, wie z. B. das 1%-Perzentil der minimalen Fußfreiheit (MFC).
Vorhersage der Sturzwahrscheinlichkeit
Durch die Isolierung dieser Ereignisse mit geringer Bodenfreiheit kann das System die Sturzwahrscheinlichkeit mathematisch vorhersagen. Die Marker liefern die rohen räumlichen Daten, die erforderlich sind, um zu bestimmen, wie häufig ein Proband ein hohes Stolperrisiko erzeugt.
Validierung neuer Technologien
Der Goldstandard-Benchmark
Über die klinische Analyse hinaus dienen diese Marker als Referenz-Benchmark für die Industrie. Aufgrund ihrer hohen Präzision fungieren sie als Kontrollmaßstab, gegen den neue, tragbare Gangerkennungsschuhwerke getestet werden.
Verifizierung von Algorithmen
Entwickler verwenden die von diesen Markern erfassten 3D-Trajektorien, um die Genauigkeit von tragbaren Schuhsensoren zu validieren. Dieser Vergleich ist entscheidend für die Verifizierung von Algorithmen zur Gangphasenerkennung, wie z. B. FCM-Clustering, und stellt sicher, dass tragbare Systeme vor dem Einsatz zuverlässig sind.
Abwägungen verstehen
Betriebliche Komplexität
Während diese Methode die höchste Präzision bietet, beruht sie auf einer komplexen, hardwarebasierten Einrichtung. Die Marker müssen an spezifischen Punkten befestigt werden, um sicherzustellen, dass das geometrische Modell genau ist; eine falsche Platzierung kann die kinematischen Daten verzerren.
Umgebungsbeschränkungen
Im Gegensatz zu tragbaren Schuhsensoren ist dieser Ansatz in der Regel an einen bestimmten Ort gebunden, der mit hochpräzisen Infrarotkameras ausgestattet ist. Es ist ein Werkzeug für die kontrollierte Analyse und Validierung und nicht für die kontinuierliche Überwachung in der realen Welt.
Die richtige Wahl für Ihr Ziel treffen
Wenn Sie Ganganalyse-Technologie einsetzen, wählen Sie die Methodik, die Ihren spezifischen Anforderungen entspricht:
- Wenn Ihr Hauptaugenmerk auf Sicherheitsanalyse und Diagnostik liegt: Verlassen Sie sich auf die aktiven LED-Marker, um die minimale Fußfreiheit (MFC) genau zu messen und die Sturzwahrscheinlichkeit mit klinischer Präzision vorherzusagen.
- Wenn Ihr Hauptaugenmerk auf der Entwicklung tragbarer Technologie liegt: Verwenden Sie das Marker-basierte Motion-Capture-System als „Goldstandard“, um Ihre Sensordaten zu validieren und die Algorithmusgenauigkeit zu überprüfen.
Hochpräzise Marker liefern die unbestreitbaren räumlichen Daten, die erforderlich sind, um menschliche Bewegungen zu verstehen und die Zuverlässigkeit zukünftiger Sensorwerkzeuge zu gewährleisten.
Zusammenfassungstabelle:
| Merkmal | Funktion in der 3D-Bewegungserfassung | Nutzen für die Schuhwerkanalyse |
|---|---|---|
| Geometrische Modellierung | Definiert physische Fußgrenzen im digitalen Raum | Gewährleistet eine genaue Darstellung der Schuhstruktur |
| Koordinatenverfolgung | Überwacht 3D-Raumkoordinaten in Echtzeit | Ermöglicht eine hochgradig detailgetreue Verfolgung des Gangzyklus |
| MFC-Messung | Berechnet die vertikale Höhe während der Schwungphase | Identifiziert Hochrisiko-Stolpermuster und Sturzwahrscheinlichkeit |
| Benchmark-Daten | Dient als „Goldstandard“-Referenz | Validiert die Genauigkeit von tragbaren Sensoren und Algorithmen |
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Referenzen
- Hanatsu Nagano, Rezaul Begg. Biomechanical Correlates of Falls Risk in Gait Impaired Stroke Survivors. DOI: 10.3389/fphys.2022.833417
Dieser Artikel basiert auch auf technischen Informationen von 3515 Wissensdatenbank .
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