Die Wahl einer Abtastfrequenz von 20 Hz ist ein kalkulierter technischer Kompromiss. Diese Rate wird speziell gewählt, um die vollständigen mechanischen Details des Gangzyklus – wie den Übergang vom Fersenauftritt zum Zehenabdruck – zu erfassen und gleichzeitig den Stromverbrauch und den Verarbeitungsaufwand, der mit Wearable-Geräten verbunden ist, streng zu kontrollieren.
Eine Abtastrate von 20 Hz bietet das optimale Gleichgewicht für die intelligente Gangartanalyse, indem sie eine ausreichende zeitliche Auflösung bietet, um die Druckmittelpunkt (COP)-Trajektorien bei älteren Menschen abzubilden, während die Energieeffizienz für eine kontinuierliche Überwachung durch Wearables erhalten bleibt.
Erfassung wesentlicher Biomechanik
Abbildung des vollständigen Gangzyklus
Die Hauptanforderung jedes Gangartanalysesystems ist die Fähigkeit, das gesamte Spektrum der Fußbewegung aufzuzeichnen.
Eine Frequenz von 20 Hz liefert genügend Datenpunkte, um die kritischen Phasen des Gehens zuverlässig zu dokumentieren. Dies umfasst den gesamten Verlauf vom anfänglichen Fersenauftritt bis zum endgültigen Zehenabdruck.
Verfolgung des Druckmittelpunkts (COP)
Für bestimmte demografische Gruppen, insbesondere ältere Menschen, ist die Granularität der Daten entscheidend für die Analyse der Stabilität.
Bei 20 Hz ist das System in der Lage, die dynamische Migrationsbahn des Druckmittelpunkts (COP) zu erfassen. Dies stellt sicher, dass die subtilen Verschiebungen im Gleichgewicht und in der Druckverteilung korrekt aufgezeichnet werden und nicht zwischen den Datenpunkten verloren gehen.
Gewährleistung der Datenzuverlässigkeit für die Analyse
Das ultimative Ziel der Datenerfassung ist die Erzeugung von Rohzeitreihendaten, die robust genug für die Algorithmenverarbeitung sind.
Die bei dieser Frequenz gesammelten Daten gelten als zuverlässig für die Extraktion komplexer Merkmale. Dazu gehören die Berechnung der Gangsymmetrie und die Bewertung der zeitlichen Konsistenz, die beide für die Beurteilung des Sturzrisikos und des Mobilitätsverlusts von entscheidender Bedeutung sind.
Verwaltung von Hardwarebeschränkungen
Optimierung des Stromverbrauchs
Wearable-Geräte arbeiten unter strengen Akkubeschränkungen.
Hohe Abtastraten entladen den Akku schnell. Durch die Begrenzung der Frequenz auf 20 Hz verlängert das System seine Betriebszeit erheblich und ermöglicht längere Überwachungsperioden, ohne dass häufiges Aufladen erforderlich ist.
Reduzierung der Verarbeitungsbelastung
Datenübertragung und Onboard-Berechnungen erfordern Rechenleistung.
Durch die Senkung der Abtastrate auf das notwendige Minimum wird die Datenmenge reduziert, die der Mikroprozessor verarbeiten muss. Dies verhindert Systemengpässe und stellt sicher, dass das Gerät reibungslos läuft, ohne zu überhitzen oder zu verzögern.
Verständnis der technischen Kompromisse
Auflösung gegen Effizienz abwägen
Jede Wahl der Abtastrate beinhaltet einen Kompromiss zwischen Signalgetreue und Ressourcennutzung.
Wenn die Frequenz deutlich unter 20 Hz eingestellt würde, bestünde die Gefahr von "Aliasing" oder dem Verpassen kritischer Momente in der COP-Trajektorie, was die Daten für die medizinische Analyse unbrauchbar machen würde.
Umgekehrt könnte eine deutlich höhere Frequenz mikroskopische Details erfassen, die für die Gangartanalyse älterer Menschen irrelevant sind. Dies würde zu einer Verschwendung von Akkulaufzeit und übermäßigem Speicherverbrauch führen, ohne dass ein diagnostischer Mehrwert erzielt wird. 20 Hz werden für diese spezielle Anwendung als ausreichendes Minimum identifiziert.
Die richtige Wahl für Ihr Ziel treffen
Um festzustellen, ob diese Konfiguration Ihren Projektanforderungen entspricht, beachten Sie die folgenden Schwerpunkte:
- Wenn Ihr Hauptaugenmerk auf der verlängerten Überwachungsdauer liegt: Verlassen Sie sich auf 20 Hz, um die Akkulaufzeit zu maximieren und gleichzeitig die klinische Validität für ältere Probanden zu erhalten.
- Wenn Ihr Hauptaugenmerk auf der Genauigkeit der Merkmalsextraktion liegt: Verwenden Sie 20 Hz, um sicherzustellen, dass Sie über die erforderliche Datendichte verfügen, um die Gangsymmetrie und die COP-Migration ohne Rauschen zu berechnen.
Durch die Wahl von 20 Hz stimmen Sie die Fähigkeiten Ihrer Hardware mit den spezifischen biomechanischen Anforderungen der Gangartanalyse älterer Menschen ab.
Zusammenfassungstabelle:
| Merkmal | Auswirkung der 20-Hz-Abtastfrequenz |
|---|---|
| Biomechanische Erfassung | Vollständiger Gangzyklus (Fersenauftritt bis Zehenabdruck) und COP-Trajektorien |
| Stromverbrauch | Gering; optimiert für lange Akkulaufzeit von Wearables |
| Datenintegrität | Ausreichende Auflösung für Gangsymmetrie- und Sturzrisikoanalysen |
| Verarbeitungsbelastung | Minimal; reduziert den Aufwand des Mikroprozessors und die Überhitzung |
| Zielanwendung | Ideal für die Überwachung der Mobilität und die Gleichgewichtskontrolle älterer Menschen |
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Referenzen
- Zhen Song, Zhuoming Chen. Fall Risk Assessment for the Elderly Based on Weak Foot Features of Wearable Plantar Pressure. DOI: 10.1109/tnsre.2022.3167473
Dieser Artikel basiert auch auf technischen Informationen von 3515 Wissensdatenbank .