Comparison and validation of two gait analysis systems including video-based and IMU sensors
Video tabanlı ve IMU sensörlerini içeren iki yürüyüş analiz sisteminin karşılaştırılması ve doğrulanması
- Tez No: 911499
- Danışmanlar: PROF. DR. FUAT BİLGİLİ
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Biyomühendislik, Biyoteknoloji, Bioengineering, Biotechnology
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2024
- Dil: İngilizce
- Üniversite: İstanbul Üniversitesi
- Enstitü: Sağlık Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Ortopedi ve Travmatoloji Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Ortopedik ve Biyomedikal Nöroteknoloji Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: 76
Özet
Yürüme analizi, motor kontrol bozukluklarını belirlemek ve hareket mekaniğini anlamak için kritik öneme sahiptir. Geleneksel gözlem insan algısıyla sınırlıdır, ancak 2D ve 3D hareket yakalama (MoCap) sistemleri ile Eylemsizlik Ölçüm Birimi (IMU) sensörler gibi teknolojik gelişmeler, hareket kinematiği ve kinetiği hakkında detaylı bilgiler sağlar. MoCap altın standart olsa da, yüksek maliyet, uzmanlık gereksinimleri ve alan ihtiyacı, IMU sensörler ve 2D video analizi gibi maliyet etkin alternatiflerin geliştirilmesine yol açmıştır. Bu çalışma, IMU sensörlerini ve 2D bağlı-segment yöntemini, doğruluk, güvenilirlik ve kullanılabilirlik açısından 3D MoCap ile karşılaştırmaktadır. Altı sağlıklı katılımcıdan elde edilen veriler, üç eklem (kalça, diz, ayak bileği) üzerinden RMSE, MAE, korelasyon katsayıları ve Bland-Altman analizleriyle değerlendirilmiştir. Sonuçlar, 2D yöntemlerin diz açıları için 3D MoCap ile yakından uyum sağladığını, düşük sapma ve yüksek korelasyon gösterdiğini, bu nedenle hassasiyet odaklı uygulamalar için uygun bir seçenek olduğunu ortaya koymaktadır. Ancak hız ve açısal hız, veri işleme farklılıklarından kaynaklanan orta düzeyde sapmalar göstermektedir. Açısal ivme için ise geniş değişkenlik ve yüksek RMSE, 3D sistemin hassas analizlerde üstünlüğünü koruduğunu göstermektedir. IMU sensörler, diz açılarını makul doğrulukla yakalama potansiyeli gösterse de açısal hız ve ivme gibi dinamik parametrelerde, jiroskop kayması ve sensör füzyonu zorlukları nedeniyle yetersiz kalmaktadır. Kalibrasyon ve ön işleme iyileştirmeleri, IMU güvenilirliğini artırmak için gereklidir. Genel olarak, 2D ve IMU sistemleri genel hareket analizi için maliyet etkin alternatifler sunarken, 3D MoCap yüksek hassasiyetli değerlendirmeler için standart olmaya devam etmektedir.
Özet (Çeviri)
Gait analysis is crucial for identifying motor control deficits and understanding movement mechanics. Traditional observation is limited by human perception, but advancements in technology, such as 2D and 3D motion capture (MoCap) systems and Inertial Measurement Unit (IMU) sensors, provide detailed insights into movement kinematics and kinetics. While MoCap is the gold standard, its high cost, expertise requirements, and space demands have driven the development of cost-effective alternatives like IMU sensors and 2D video analysis. This study compares IMU sensors and a 2D linked-segment method against 3D MoCap to assess accuracy, reliability, and usability. Data from six healthy participants were analyzed across three joints (hip, knee, ankle) using RMSE, MAE, correlation coefficients, and Bland-Altman plots. Results reveal that 2D methods align closely with 3D MoCap for knee angles, showing low bias and high correlation, making it a viable option for precision-focused applications. However, velocity and angular velocity exhibit moderate discrepancies due to differences in data processing. For angular acceleration, wide variability and higher RMSE suggest that the 3D system remains superior for precise analyses. IMU sensors show potential for capturing knee angles with reasonable accuracy but struggle with dynamic parameters like angular velocity and acceleration, likely due to gyroscope drift and sensor fusion challenges. Improvements in calibration and preprocessing are essential to enhance IMU reliability. Overall, the 2D and IMU systems offer cost-effective alternatives for general movement analysis, while 3D MoCap remains the benchmark for high-precision gait assessments.
Benzer Tezler
- The effect of depleting the CNS Border associated macrophages at pre-symptomatic stage of ALS on neuroinflammation, symptoms, and survival
ALS'in ön semptomatik aşamasında merkezi sinir sistemi sınırlı makrofajlarının (CNS-BAM'lerin) azaltılmasının nöroinflamasyon, semptomlar ve sağkalım üzerindeki etkisi
NARGES SHOMALI ZADEH
- Dizel araçlarda ses analiz yöntemleri ve sürücü bilgi sistemi tasarımı ile motor arızası tespiti
Engine fault detection of diesel vehicles by sound analysis methods and driver information system design
ALI MARDAN HAMEED QUTUB
Doktora
Türkçe
2022
Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve KontrolSelçuk ÜniversitesiBilgisayar Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. İSMAİL SARITAŞ
- Estimating muscle forces in patients with cerebral palsy during walking using optimization approaches
Serebral palsili hastalarda yürüme sırasında kas kuvvetlerinin optimizasyon yaklaşımlarıyla tahmini
ALINA NAWAB KIDWAI
Yüksek Lisans
İngilizce
2023
Makine MühendisliğiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. ERGİN TÖNÜK
PROF. DR. YUNUS ZİYA ARSLAN
- Halluks valgus deformitesinde bantlamanın fiziksel performansa etkisi
The effects of taping on physical performance at hallux valgus deformity
ERTUĞRUL DEMİRDEL
Yüksek Lisans
Türkçe
2010
Fiziksel Tıp ve RehabilitasyonHacettepe ÜniversitesiFizik Tedavi ve Rehabilitasyon Ana Bilim Dalı
PROF. DR. A. AYŞE KARADUMAN
- GIS-based multi-criteria decision analysis for optimal urban emergency facility planning
Kentsel optimal acil durum tesis planlaması için CBS tabanlı çok kriterli karar analizi
PENJANI HOPKINS NYIMBILI
Doktora
İngilizce
2022
Coğrafyaİstanbul Teknik ÜniversitesiGeomatik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. TURAN ERDEN