Validación de una plataforma de evaluación de lesiones y enfermedades biomecánicas aplicando un biosensor inercial y cálculo de vectores de ejes
Autores: Kim, Wangdo; Vela, Emir A.; Kohles, Sean S.; Huayamave, Victor; Gonzalez, Oscar
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2023
Acceso abierto
Artículo científico
2023
Validación de una plataforma de evaluación de lesiones y enfermedades biomecánicas aplicando un biosensor inercial y cálculo de vectores de ejes
Categoría
Ingeniería y Tecnología
Subcategoría
Ingeniería Eléctrica y Electrónica
Palabras clave
Cinética inercial
Cinemática
Algoritmo
Seguimiento de movimiento basado en IMU
Tecnología de biosensores
Representaciones de ejes y ángulos articulares
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 47
Citaciones: Sin citaciones
La cinética y cinemática inerciales tienen influencias sustanciales en la función biomecánica humana. Un nuevo algoritmo para el seguimiento del movimiento basado en Unidad de Medición Inercial (IMU) se presenta en este trabajo. Los objetivos principales de este artículo son combinar los desarrollos recientes en tecnología de biosensores mejorada con hardware de seguimiento de movimiento convencional para medir el rendimiento general del movimiento humano basado en representaciones de ejes-ángulos articulares de rotación de miembros. Este trabajo describe un enfoque alternativo para representar rotaciones tridimensionales utilizando un vector normalizado alrededor del cual un ángulo articular identificado define la rotación general, en lugar de un enfoque tradicional de ángulo de Euler. Además, los IMUs permiten la medición directa de velocidades angulares articulares, ofreciendo la oportunidad de aumentar la precisión de las estimaciones del eje de rotación instantáneo. Aunque la representación de ejes-ángulos requiere álgebra de cociente de vectores (cuaterniones) para definir la rotación, este enfoque puede ser preferido para muchas aplicaciones de software de gráficos, visión y realidad virtual. El método analítico fue validado con datos de laboratorio recopilados de movimientos de flexión y extensión de la rodilla de una pierna de maniquí de bebé y aplicado al movimiento de miembros superiores de un sujeto vivo. Los resultados mostraron que el enfoque novedoso podría manejar razonablemente un caso simple y proporcionar un análisis detallado de la migración de ejes-ángulos. El algoritmo descrito podría desempeñar un papel notable en el análisis biomecánico de las articulaciones humanas y ofrece un presagio de biosensores basados en IMU que podrían detectar patrones patológicos de enfermedades e lesiones articulares.
Descripción
La cinética y cinemática inerciales tienen influencias sustanciales en la función biomecánica humana. Un nuevo algoritmo para el seguimiento del movimiento basado en Unidad de Medición Inercial (IMU) se presenta en este trabajo. Los objetivos principales de este artículo son combinar los desarrollos recientes en tecnología de biosensores mejorada con hardware de seguimiento de movimiento convencional para medir el rendimiento general del movimiento humano basado en representaciones de ejes-ángulos articulares de rotación de miembros. Este trabajo describe un enfoque alternativo para representar rotaciones tridimensionales utilizando un vector normalizado alrededor del cual un ángulo articular identificado define la rotación general, en lugar de un enfoque tradicional de ángulo de Euler. Además, los IMUs permiten la medición directa de velocidades angulares articulares, ofreciendo la oportunidad de aumentar la precisión de las estimaciones del eje de rotación instantáneo. Aunque la representación de ejes-ángulos requiere álgebra de cociente de vectores (cuaterniones) para definir la rotación, este enfoque puede ser preferido para muchas aplicaciones de software de gráficos, visión y realidad virtual. El método analítico fue validado con datos de laboratorio recopilados de movimientos de flexión y extensión de la rodilla de una pierna de maniquí de bebé y aplicado al movimiento de miembros superiores de un sujeto vivo. Los resultados mostraron que el enfoque novedoso podría manejar razonablemente un caso simple y proporcionar un análisis detallado de la migración de ejes-ángulos. El algoritmo descrito podría desempeñar un papel notable en el análisis biomecánico de las articulaciones humanas y ofrece un presagio de biosensores basados en IMU que podrían detectar patrones patológicos de enfermedades e lesiones articulares.