Bilgiustam
Türkiye'nin Bilgi Sitesi

Mikroelektromekanik Sistemlerde (MEMS) Yürüyüş Karakterizasyonu

0 37

Genel olarak, patolojik yürüyüş, kısaltılmış duruş fazı, düşük yürüyüş ritmi, sınırlı ekstansiyon/fleksiyon veya inversiyon/eversiyon ayak bileği hareketleri gibi anormal hız ve eklem hareketleri aralığı ile karakteristik bir model gösterir. Profesyonel doktorlar yürüme anormalliklerini kolaylıkla tanıyabilir ve fizyoterapi tedavileri sırasında hastaların ilerlemesini görsel olarak değerlendirebilirler.
Bununla birlikte, nicel ölçümler, tanısal ve terapötik kullanım için arzu edilen bu anormalliklerin ayrıntılı bir açıklamasına izin verir. Bu bölümde, önce sistem kurulumu ve ayak bileği açıları açıklanmakta, ardından bir yürüyüş döngüsünü bölmenin tipik modları tartışılmakta ve son olarak ayaklı jiroskoplar tarafından sağlanabilecek adım uzunlukları tartışılmaktadır.

Ayak Bileği Açıları

Biyomekanik analizde kinematik bilgi, iyi kurulmuş bir yürüyüş parametreleri kümesidir. Uzamsal-zamansal parametreleri tahmin etmek için, giyilebilir yürüyüş analiz sistemleri literatürde tartışılmıştır, iki, üç, dört veya daha fazla jiroskop kişinin ayak, şaft veya uyluk gibi alt uzuvlarına takılmıştır. Jiroskop kullanarak doğru yönelim tahmini, bu alanda önemli bir araştırma konusu olmuştur. Giyilebilir sistemler için, toplam maliyetin ve ağırlığın azalması nedeniyle sistem daha taşınabilir, kullanışlı, güvenilir, uygun maliyetli ve kullanımı kolay olacağından, algılama birimlerinin sayısında bir azalma son derece arzu edilir bir durumdur. Güç tüketimi ve bellek gereksinimi, sistem kurulumu için gereken süre ve işlem, doğal hareketin engellenmesi vb.Mikroelektromekanik Sistemlerde (MEMS) Yürüyüş Karakterizasyonu
İnsan veya hayvanların bacaklı hareketiyle elde edilen çoğu pedal hareketi türü için, sezgisel deneyim, ayaklara sensörler takarak yürüme analizi uygulamaktır. Ayak, alt ekstremitenin bacağın distalindeki parçası olduğu için, alt ekstremite ile zemin arasındaki arayüz olarak işlev görür ve güçlü sıkıştırma ve kesme kuvvetleri oluşturan yüksek statik ve dinamik streslere dayanır, bu da periyodik doğayı ve hastalık semptomlarını yapar.
Ayak, alt ekstremitenin diğer bölümlerinden daha belirgindir. Örneğin, diyabetik ayak, periferik vaskülopati, nöropati ve ayak biyodinamiğindeki değişikliklerin etkileşimi nedeniyle çeşitli nedenlerle indüklenen distal ayak bileği tutulumudur. Bu nedenle ayak, yürüyüş verilerinin toplanması için jiroskopların tercih edilen bir yeridir.
Bu tür bir sistem, sagital düzlemde plantar fleksiyon ve dorsifleksiyon hareketleri gibi ayak bileği hareketlerinin açılarını ve koronal düzlemdeki inversiyon ve eversiyon hareketlerini verebilir. Ayak bileği rehabilitasyonu, plantar fleksiyon ve dorsifleksiyonun yanı sıra eversiyon ve inversiyonda hareket açıklığı eğitimini içerdiğinden, bu hareketler, ayak bileği eklemini değerlendirmek için Euler açıları cinsinden tanımlanır.

Yürüyüş Aşamaları

Yürüyüş anormalliklerini analiz etmek için önce zamansal yürüyüş parametreleri tahmin edilmelidir. Terimsel olarak yürüme, yürüme döngüsü olarak adlandırılan periyodik kalıplar sergileyen, hareket sırasında yer alan hareket modelidir. Her yürüyüş döngüsü, belirli zamansal konumlarda meydana gelen bir dizi sıralı yürüyüş olayıyla karakterize edilir. Bu olaylar, giyilebilir MEMS jiroskop ölçümleri kullanılarak tespit edilebilir. Farklı araştırmacılar, özel uygulama gereksinimlerine göre farklı yürüyüş olaylarına dikkat ederler. Normalde, bir yürüyüş döngüsünde dört tipik olay vardır, bunlar; topuk vuruşu (HS), ayak düz (FF), topuk kapalı (HO) ve ayak parmağı (TO), göreceli olarak tanımlanmıştır. Sağ ayağa ve aşağıdaki şekilde tanımlanmıştır:
• HS olayı: Topuk yere çarpar.
• FF olayı: Ayak parmağı yere temas eder ve ayak yerde tamamen düz hale gelir.
• HO olayı: Topuk yerden çıkar.
• TO olayı: Ayak parmağı yerden ayrılır ve ayak tamamen havada olur.
Genellikle, HS olayı, bir yürüyüş döngüsünün başlangıcı olarak belirtilir ve tam bir yürüyüş döngüsü, aynı ayağın birbirini izleyen HS olayları arasındaki zaman aralığı olarak tanımlanır. Tipik yürüyüş olayları, bir yürüyüş döngüsünü yürüyüş aşamaları olarak adlandırılan iki ila dört ardışık zaman aralığına bölebilir. Daha fazla yürüyüş olayını dikkate alırken, örneğin, orta duruş ve orta salıncak, bu bölümde ele alınmayan daha fazla yürüme fazı sınırlandırılacaktır. Yürüyüş döngüsü bölümünün üç ortak modu vardır. Bunlar;
• İlk mod (1) bir yürüyüş döngüsünü iki aşamaya böler, yani duruş fazı HS’den TO’ya ve yürüyüş döngüsünün yaklaşık% 60’ına karşılık geledir.
• İkinci mod (2) bir yürüyüş döngüsünü üç aşamaya böler, burada duruş fazı bir yürüyüş döngüsünün yaklaşık% 40’ını oluşturan HS ve HO ile sınırlandırılır.
• Üçüncü mod (3) bir yürüyüş döngüsünü dört aşamaya ayırır, burada duruş fazı FF’den HO’ya kadar sürer ve yürüyüş döngüsünün yaklaşık% 30’unu oluşturur.
Açıktır ki, normal yürüyüşte sıra dışı olaylara izin verilmez ve bu nedenle yürüyüş ritmindeki bozulma ve iki taraflı koordinasyon, örneğin Parkinson hastalığında yürüyüşün donması gibi patolojik yürüyüşün belirlenmesinde önemli bir rol oynar. Ayrıca, yürüme anormalliği olan hastalar için, etkilenen alt ekstremite vücut ağırlığını iyi destekleyemez, bu da karşılık gelen duruş fazını kısa sürer ve oldukça dengesiz bir duruma neden olur. Geçici alanda yürüyüş döngüsü dağılımının izlenmesi, nörodejeneratif hastalıkların ve yaralanmaların başlangıcını saptamak için uygulanmıştır.Mikroelektromekanik Sistemlerde (MEMS) Yürüyüş Karakterizasyonu
Gösterim amacıyla, bahsedilen dört tipik yürüyüş olayı modellenmiş ve tanımlanmıştır ve bu nedenle normalize edilmiş bir yürüyüş döngüsü, birinci bölüm modunda olduğu gibi dört aşamaya bölünmüştür. Duruş aşamasında ise, ayağın tamamen yerde olduğu zaman aralığıdır, salınım aşaması, ayağın tamamen havada olduğu zaman aralığıdır ve kalan iki aşama, duruş ve salınım arasındaki geçiş halleridir. Ayrıca, deneğin iki ayağının hareketleri birbiriyle güçlü bir şekilde bağlantılı olduğundan, her iki ayağın ölçümlerini kullanarak yürüyüş olaylarını saptamanın, ipsilateral uzvunkini kullanmaktan daha doğru sonuçlar elde etmesi beklenir. Her ayağın ilgili yürüyüş olayları doğru bir şekilde tespit edildiğinde, yürüyüş döngüleri bölünecek, yürüyüş aşamaları sınırlandırılacaktır.

Adım Uzunlukları

Yürüyüş aşamaları sınırlandırıldığında, uzaysal yürüyüş parametreleri buna göre türetilebilir. Mesafeye bağlı yürüyüş parametreleri, bir adım boyunca sırasıyla ileri, yanal ve dikey yönlerde maksimum kapsanan mesafeye karşılık gelen adım uzunluğu, adım genişliği ve adım yüksekliğini içerir. Bu üç parametre arasında, sagital düzlemdeki adım uzunluğunun, her bireyin her bir adımı için ayrı ayrı hesaplanması gerekir. Çünkü bu, bireyler arası ve bireyler arası yürüyüş değişkenliği nedeniyle önemli ölçüde değişir. Aslında, bacak uzunluğu, yürüme hızı ve yürüyüş şekli gibi yürüyüş değişkenliği fenomenini birkaç faktör açıklayabilir. Literatür verileri arasında adım uzunluğu farklı değerlere sahiptir. Ortalama adım uzunluğu, kendi seçtikleri yaklaşık 1,4 m / sn’lik normal hızlarında yürüyen sağlıklı yetişkinler için yaklaşık 0,75 m iken, ortalama adım uzunluğu cinsiyete göre değişir, bu da yaklaşık 0,79 m’dir. (erkekler için ve kadınlar için 0.66 m.)
Bir adım birbirini izleyen iki adımdan oluşur. Hem adım uzunluğu hem de adım uzunluğu, yürüyüş performansını değerlendirmek için anlamlı yürüyüş parametreleridir. Adım uzunluğunun azaldığı yürüme yavaşlığı, omurilik yaralanması, felç, Parkinson hastalığı ve osteoartiküler bozukluklar gibi yürüme yeteneğini etkileyen hastalıkların bir tezahürüdür. Literatürde, örneğin matematiksel bir model kullanılarak adım uzunluğunu ve yürüme hızını tahmin etmek için birçok yöntem önerilmiştir. Önceki çalışmalarda, tek eksenli bir jiroskop kullanarak adım uzunluğunu tahmin etmek için tek bir ters sarkaç modeli kullanılmıştır. Duruş sırasında zemin etrafında dönen ters çevrilmiş bir çift sarkaç ve salınım sırasında kalça etrafında dönen bir çift sarkaçtan oluşan bir çift sarkaç modeli kullanır. Mikroelektromekanik Sistemlerde (MEMS) Yürüyüş Karakterizasyonu
Çift uzuv desteğinin sarkaç olmayan doğasını ele almak için dört sensörlü bir konfigürasyon önerilmiştir. Tipik olarak, bir yürüyüş modeli, sensörler kişinin şaftına, uyluğuna veya alt bel omurgasına vücudun kütle merkezine (COM) yakınına takılı olarak, doğrudan veya dolaylı jiroskop ölçümlerinin çeşitli kombinasyonları ile çalıştırılabilir. Farklı adım uzunlukları arasındaki karşılaştırmalar.
Farklı yürüyüş modellerine dayalı olarak, adım uzunluğu ile çeşitli ölçülebilir veya hesaplanabilir yürüyüş değişkenleri arasındaki gerekli ilişkiler formüle edilebilir. Çifft sensör konfigürasyonu için, yalnızca ayaklı jiroskoplardan alınan ölçümlerle yürütülen önceki çalışmalarda modifiye edilmiş bir yürüyüş modeli sunulmuştur. Bu modelde, insan yürüyüşü, her bir deneğin biyomekaniğine özgü antropometrik veriler dikkate alınarak, dizsiz iki ayaklı tek bir ters sarkaç modeli ile temsil edilmektedir.
Bu model, genellikle bir tür işaret veya aktif rozet kullanan kızılötesi, RF veya ultrasonik cihazlara dayanan diğer çeşitli teknolojilere başvurmayan, kendi kendine yeten bir adım uzunluğu tahmincisi olarak işlev görür. Ne de doğrudan zaman içinde yerçekimi telafili öteleme ivmesini çift entegre etmez. Adım uzunluğu SL ,sallanan bacağın ileri hareketini destekleyen kontralateral arka ayağın duruş fazı sırasında vücudun COM tarafından katedilen ileri mesafe olarak tahmin edilebilir.

Kaynakça:
https://www.mdpi.com/2072-666X/9/9/442/pdf
https://link.springer.com/10.1007/978-3-319-14418-4_163
https://prism.ucalgary.ca/handle/11023/272

Yazar: Özlem Güvenç Ağaoğlu

Cevap bırakın

E-posta hesabınız yayımlanmayacak.

Bu web sitesi deneyiminizi geliştirmek için çerezleri kullanır. Bununla iyi olduğunuzu varsayacağız, ancak isterseniz vazgeçebilirsiniz. Kabul etmek Mesajları Oku