Accuracy of Inertial Measurement Unit position for measuring the Head and Trunk Angles
คำสำคัญ:
เซ็นเซอร์วัดแรงเฉื่อย, การเดิน, การลุกนั่งบทคัดย่อ
บทคัดย่อ
เซ็นเซอร์ความเฉื่อย (Inertial measurement Unit; IMU) ได้รับความนิยมในการวัดมุมของข้อต่อในขณะเคลื่อนไหว เนื่องจากราคาไม่แพงและสามารถใช้ในการทดสอบภาคสนาม อย่างไรก็ตาม ในบางครั้งต้องมีการเปลี่ยนตำแหน่งของการติดเซ็นเซอร์ เนื่องจากข้อจำกัดบางประการ ซึ่งอาจส่งผลต่อความแม่นยำในการวัด ดังนั้น การศึกษานี้มีวัตถุประสงค์ เพื่อศึกษาถึงผลของตำแหน่งของเซ็นเซอร์ IMU ต่อมุมของศีรษะและลำตัวในขณะลุก-นั่งและเดิน อาสาสมัครสุขภาพดีจำนวน 10 คน อายุ 21.33 (0.69) ปี น้ำหนัก 66.44 (11.88) กก ส่วนสูง 173.11 (0.05) ซม.ทำการทดสอบในขณะลุก-นั่ง และเดิน ท่าละ 3 ครั้ง โดยติดเซ็นเซอร์ IMU 4 ตำแหน่ง ได้แก่ กึ่งกลางด้านหน้าศีรษะและด้านหลังศีรษะกึ่งกลางหน้าอกและตำแหน่งกระดูกสันหลังคอที่ C7 โดยเซ็นเซอร์ IMU ทุกตำแหน่งจะถูกติดกับคลัสเตอร์มาร์คเกอร์ ระบบกล้องวิเคราะห์การเคลื่อนไหวเชิง 3 มิติ 10 ตัว (Optical motion capture; OMC) จะใช้ในการบันทึกและคำนวณหาค่ามุมของศีรษะและลำตัว สถิติ Bland Altman plots และ Paired samples t-test จะเปรียบเทียบมุมของศีรษะและลำตัวใน 3 ระนาบ ผลการวิจัยพบว่า ให้ความแม่นยำในการบันทึกข้อมูลเมื่อเปรียบเทียบกับการบันทึกข้อมูลด้วยระบบการบันทึกการเคลื่อนไหวเชิง 3 มิติ (OMC) ในการแสดงความสัมพันธ์ระหว่างค่าความแตกต่างกับค่าเฉลี่ยทั้ง 3 ทิศทาง การทดสอบลุก-นั่ง ไม่พบความแตกต่างอย่างมีนัยสำคัญทางสถิติ ทั้งระหว่าง IMU ด้านหน้า vs IMU ด้านหลัง และ IMU ด้านหน้า vs OMC อย่างไรก็ตามในการทดสอบการเดิน พบความแตกต่างอย่างมีนัยสำคัญทางสถิติในทิศทาง Lateral Flexion ระหว่าง IMU ที่ตำแหน่งศีรษะและหน้าอก จากการศึกษาวิจัยสรุปได้ว่า การใช้เซ็นเซอร์ IMU เพื่อบันทึกการเคลื่อนไหวของ ศีรษะและต้นคอสามารถใช้เทียบเคียงการบันทึกด้วยระบบมาตราฐานได้ (OMC) อย่างไรก็ตามต้องคำนึงถึงการยึดติดอุปกรณ์กับผิวหนังซึ่งอาจจะส่งผลให้ข้อมูลมีการคลาดเคลื่อนได้
เอกสารอ้างอิง
Godwin A, Agnew M, Stevenson J. Accuracy of inertial motion sensors in static, quasistatic, and
complex dynamic motion. 2009
Liengswangwong W, Lertviboonluk N, Yuksen C, Laksanamapune T, Limroongreungrat W,
Mongkolpichayaruk A, Tharawadeepimuk K, Jamkrajang P, Sook-Oum P, Watcharakitpaisan S. Comparing the
Efficacy of Long Spinal Board, Sked Stretcher, and Vacuum Mattress in Cervical Spine Immobilization; a
Method-Oriented Experimental Study. Arch Acad Emerg Med. 2023;11(1).
Rattanakoch J, Samala M, Limroongreungrat W, Guerra G, Tharawadeepimuk K, Nanbancha A,
Niamsang W, Kerdsomnuek P, Suwanmana S. Validity and Reliability of Inertial Measurement Unit (IMU)-
Derived 3D Joint Kinematics in Persons Wearing Transtibial Prosthesis. Sensors. 2023 Feb 3;23(3):1738.
Sibson BE, Banks JJ, Yawar A, Yegian AK, Anderson DE, Lieberman DE. Using inertial measurement
units to estimate spine joint kinematics and kinetics during walking and running. Sci Rep 2024 Jan 2;14(1):234.
Bartoszek A, Struzik A, Jaroszczuk S, Woźniewski M, Pietraszewski B. Comparison of the
optoelectronic BTS Smart system and IMU-based MyoMotion system for the assessment of gait variables. Acta
Bioeng Biomech 2022 Jan 1;24(1).
Dufour JS, Aurand AM, Weston EB, Haritos CN, Souchereau RA, Marras WS. Dynamic joint motions in
occupational environments as indicators of potential musculoskeletal injury risk. J Appl Biomech. 2021 Mar
;37(3):196-203.
Vitali RV, Cain SM, Ojeda LV, Potter MV, Zaferiou AM, Davidson SP, Coyne ME, Hancock CL, Mendoza
A, Stirling LA, Perkins NC. Body-worn IMU array reveals effects of load on performance in an outdoor obstacle
course. PLoS One. 2019 Mar 21;14(3):e0214008.
Nolte PC, Uzun DD, Häske D, Weerts J, Münzberg M, Rittmann A, Grützner PA, Kreinest M. Analysis
of cervical spine immobilization during patient transport in emergency medical services. Eur J Trauma Emerg.
Surg.. 2021 Jun;47:719-26.
Lin YT, Lee HJ. Comparison of the lower extremity kinematics and center of mass variations in sit-tostand and stand-to-sit movements of older fallers and nonfallers. Arch Rehabil Res Clin Transl. 2022 Mar
;4(1):100181.
Teufl W, Miezal M, Taetz B, Fröhlich M, Bleser G. Validity, test-retest reliability and long-term stability
of magnetometer free inertial sensor based 3D joint kinematics. Sensors. 2018 Jun 21;18(7):1980.
Pavan EE, Frigo CA, Pedotti A. Influence of an eccentric load added at the back of the head on headneck posture. Gait Posture. 2013 Sep 1;38(4):951-5.
Wu G, Van der Helm FC,
Veeger HD, Makhsous M, Van Roy P, Anglin C, Nagels J, Karduna AR,
McQuade K, Wang X, Werner FW. ISB recommendation on definitions of joint coordinate systems of various
joints for the reporting of human joint motion—Part II: shoulder, elbow, wrist and hand. J Biomech. 2005 May
;38(5):981-92.
Niswander W, Wang W, Kontson K. Optimization of IMU sensor placement for the measurement of
lower limb joint kinematics. Sensors. 2020 Oct 22;20(21):5993
Bland JM, Altman DG. Measuring agreement in method comparison studies. Statistical methods in
medical research. 1999 Apr;8(2):135-60.
Yoon TL, Kim HN, Min JH. Validity and reliability of an inertial measurement unit–based 3-dimensional
angular measurement of cervical range of motion. J Manip Physiol Ther. 2019 Jan 1;42(1):75-81.
