Xsens运动捕捉步态分析研究

高质量的步态研究依赖于高质量的数据。无论是调查临床人群、运动表现还是康复结果，研究人员都需要准确、可重复的运动数据，这些数据可以在不同的会议、参与者和研究地点持续采集。运动捕捉已经成为步态研究中的一种基本方法，因为它提供了详细的全身运动学见解，使研究人员能够以超出固定实验室环境限制的精确度和灵活性来研究运动模式。

可穿戴式惯性运动捕捉可以记录实验室、诊所、运动设施或户外的3D运动。无论环境如何，该方法都保持一致。

步态研究中的运动数据

大多数步态研究工作流程都有一个共同的核心目标:量化行走过程中身体的运动方式，并产生可以在试验、条件和参与者之间进行比较的指标。常见输出包括:

运动学:关节角度、分段方向、运动范围、速度

时空度量:步长、步频、步宽、步幅计时

对称与协调:左右差异，关节间协调

特定任务结果:躯干贡献、骨盆活动范围、运动可变性

三维运动分析在计算一致性方面是必要的，全身动作捕捉能够提供完整的画面。

动作捕捉在步态研究中是如何使用的？

步态的典型运动捕捉工作流程遵循三个阶段:

1.捕捉3D运动

运动捕捉记录随时间推移的片段运动，并重建身体运动的三维表现。惯性系统使用IMU(惯性测量单元)来测量每个身体部位的线性加速度和角速度。可穿戴系统非常适用于当设置速度、便携性或在固定实验室体积之外采集数据的需求。

2.将信号转换成步态变量

原始传感器数据通过生物力学模型和传感器融合算法变得有意义。该软件使用解剖学建模来预估片段方向和关节角度，然后计算映射到研究问题的运动学和时空输出。

3.可视化、量化和报告

运动分析软件用于查看3D运动、计算指标和汇总统计数据、比较条件或群组，以及导出输出以供进一步分析。大多数团队在下游使用MATLAB、Python或专业生物力学平台。

为什么动作捕捉对步态研究很重要

可穿戴惯性运动捕捉扩展了步态研究的可能性，因为它增加了:

可重复性:跨会话、操作员和站点的标准化协议

真实世界的测量:诊所、社区环境、运动设施和户外环境

时间效率:从采集到结果的设置和周转更快

全身环境:全身运动学，而不是孤立的关节措施

如果你的工作跨越多个环境或人群，可穿戴动作捕捉有助于保持一致的方法，而不会将研究局限于单一空间。

步态研究中运动捕捉系统的选择

1. 准确性和一致性

寻找跨越行走速度和人群的独立同行评审验证，而不仅仅是制造商规范。

2.运动分析软件质量

它应该支持3D可视化、详细的运动学输出以及适合团队现有工具链的导出格式。

3.工作流匹配

评估设置时间和可移植性。特别是在临床环境中，参与者的时间是有限的，而且在研究中会产生摩擦。

4. 验证和支持

具有同行评审的出版记录和活跃的研究社区的系统使得方法论更容易证明和引用。

为什么Xsens是步态研究运动捕捉的强有力选择

许多步态研究团队选择Xsens，因为它直接映射到大多数实验室、临床和基于现场的研究设计的要求。

在固定体积外捕获:适用于室外地形、临床环境和训练设置

全身运动学:一节课中的关节角度、时空度量、节段运动学和对称性

软件集成:以C3D、BVH和MVNX格式导出到任何人、OpenSim、C-Motion Visual3D和MATLAB

生物力学模型和传感器融合算法的不断完善

研究和验证资源:Xsens有一个研究和验证中心这有助于团队在他们的方法和讨论部分找到出版物和参考验证工作。

Xsens是同行评审的生物力学和步态文献中引用最多的可穿戴运动捕捉系统之一。与光学参考系统相比，行走期间主要下肢关节的关节角度精度通常在1至3度范围内。

集成概述

Xsens与步态研究人员已经使用的工具相连接。

​工具

在步态研究中的作用

AnyBody Technology

肌肉骨骼建模:根据Xsens运动学数据估计关节力和肌肉负荷

OpenSim

开源仿真广泛应用于学术步态和康复研究

C-Motion Visual3D

具有事件检测、周期标准化和统计报告的步态分析软件

Delsys肌电图

将全身运动学与肌电图结合用于神经肌肉步态研究

MATLAB和Python

定制处理管道、统计分析和机器学习工作流

BOB生物力学包

来自Xsens捕获数据的联合负载估计和人体工程学风险评估

摘要

步态研究依赖于精确的三维人体运动数据。借助可穿戴惯性运动捕捉和正确的分析软件，团队可以在更多地方进行可重复的步态研究，有更多参与者，并有更清晰的输出。
Xsens在整个工作流程中都支持这一点，从现场采集到导出到进行分析和报告的平台。这是一个在临床、学术和应用环境中用于步态研究的实用、有效的系统。

探索Xsens步态分析

常见问题解答

动作捕捉在步态研究中是如何使用的？

IMU传感器捕捉全身3D运动。生物力学模型将数据转换成关节角度和时空变量。然后，研究人员对结果进行可视化、分析和导出，以用于统计报告。

步态运动捕捉会产生哪些指标？

关节角度、节段方向、运动范围、步长、节奏、步态对称指数和特定任务的运动变量。

步态分析可以在实验室外进行吗？

Xsens可穿戴系统可在医院走廊、社区步行路线、运动设施和户外地形中工作，不需要视线摄像头。

Xsens对于步态分析的准确度如何？

对于行走期间的主要下肢关节，与光学参考系统的一致性通常在1至3度内。