نوع مقاله : مقاله کامل پژوهشی

نویسندگان

1 دانشکده مهندسی مکانیک-دانشگاه یزد-یزد-ایران

2 دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه یزد، یزد، ایران

3 محقق - هسته علمی سامانه های پشتیبان در توسعه سلامت

10.22041/ijbme.2021.128760.1599

چکیده

یافتن موقعیت مرکز دوران برای تعریف محور آناتومیکیِ سیستم اسکلتی و در مطالعات بیومکانیکی برای محاسبه‌ی کینماتیک مفاصل ضروری است. برای این منظور می‌توان از روش‌های پیش‌بین و عملکردی استفاده کرد. در روش‌های پیش‌بین از معادلات رگرسیونی حاصل از اندازه‌گیری‌های آنتروپومتریکی و در روش‌های عملکردی از حرکت نسبی اندام‌های مجاور مفصل برای یافتن مرکز آنی دوران استفاده می‌شود.‌ هدف از این مطالعه فرموله کردن الگوریتم برازش دایره به‌عنوان روشی عملیاتی با دو روش حل تحلیلی و بهینه‌سازی بود. به منظور ارزیابی الگوریتم، تحلیل خطا به دو روش تحلیلی و عددی صورت گرفت و عوامل موثر در خطای تخمین موقعیت مرکز دوران همچون انحراف از معیار خطای سیستم داده‌برداری (σ)، زاویه‌ دوران (α) و فاصله نشان‌گر از مرکز دوران (r)، مورد بررسی قرار گرفت. نتایج وجود همبستگی بالا (r = 0.99) بین دو روش حل تحلیلی و عددی را نشان داد که صحت تحلیل خطا را به اثبات رساند. از بین دو روش حل تحلیلی و بهینه‌سازی که در این مطالعه بررسی شد، روش بهینه‌سازی با توجه به دقت تخمین مطلوب‌تر در مقادیر پایین α، تاثیر پذیری کمتر در مقادیر بالای σ و سرعت بالا در حل مسئله، می‌تواند در مطالعات بیومکانیکی برای بازسازی حرکات انسان مورد توجه قرار گیرد. با گسترش استفاده از روش‌های عملکردی می‌توان نیاز به مارکرگذاریِ نشانه‌های آناتومیک را از بین برد و زمینه‌ساز تحولی جدید در داده‌برداری حرکتی ‌شد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

عنوان مقاله [English]

Motion reconstruction and error analysis for human planar motions using at least one freely-placed passive marker per segment

نویسندگان [English]

  • Mohammad Hadi Honarvar 1
  • Fateme Akbarifar 2
  • Mostafa Haj Lotfalian 3

1 Mechanical Engineering Department-Yazd University-Yazd-Iran

2 Mechanical Engineering Department, Yazd University, Yazd, Iran

3 CoE for Support Systems in Health Development, Yazd University, Yazd, Iran

چکیده [English]

Finding the center of rotation (COR) is needed for defining the anatomical axis of the skeletal system and for the kinematic calculation of joints in biomechanical studies. For this purpose, predictive and functional methods can be used. In the predictive methods, regression equations obtained from anthropometric measurements are used, and in the functional methods, the relative motion of the two adjacent segments is used to find COR. The purpose of this study is to formulate the circle fitting algorithm as afunctional method with two analytical and optimization solutions. In order to evaluate the algorithm, error analysis was performed by both analytical and numerical methods. Also, effective factors in error estimating of COR position such as standard deviation of measurement system error (σ), rotation angle (α) and the distance between marker and COR (r), was evaluated. The results showed a high correlation (r = 0.99) between analytical and numerical solution, which proved the accuracy of the error analysis. in this study, optimization method according to the accuracy of better estimates in low quantities α, less influence on high quantities σ and high speed in problem solving, can be taken into consideration to reconstruct human movements in biomechanical studies. Use of functional methods, eliminates the need for attaching markers to anatomical landmarks and provides a new development in motion data acquisition.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Motion Reconstruction
  • Center of Rotation
  • Circle fitting
  • Error Expectation Analysis