삼축 관성 측정 장치(IMU)는 신발에 내장되어 고속 샘플링 가속도계와 자이로스코프를 통합하여 실시간으로 발의 움직임을 캡처하는 방식으로 작동합니다. 삼축 선형 가속도 및 각속도의 변화를 지속적으로 모니터링하여 걷는 동안 대상의 움직임에 대한 상세한 디지털 프로필을 생성합니다.
IMU는 운동학 분석의 핵심 엔진 역할을 하며, 원시 모션 데이터를 활용하여 특정 가속도 피크를 감지합니다. 이 과정을 통해 보행 속도 및 보폭 계산에 필수적인 발뒤꿈치 닿기 및 발가락 밀기와 같은 보행 이벤트를 정확하게 식별할 수 있습니다.
데이터 수집 메커니즘
센서 통합 및 샘플링
IMU는 가속도계와 자이로스코프라는 두 가지 유형의 센서를 결합하여 작동합니다.
이러한 구성 요소는 고속 샘플링으로 작동하여 데이터 손실 없이 빠르거나 미묘한 발 움직임의 변화도 캡처합니다.
삼축 측정
"삼축"이라는 용어는 장치가 세 가지 차원에서 동시에 움직임을 모니터링하는 능력을 의미합니다.
시스템은 선형 가속도(직선 경로를 따라 속도가 변하는 속도)와 각속도(회전 속도)를 기록하여 3D 공간에서 발의 궤적을 매핑합니다.
원시 데이터를 보행 지표로 변환
주요 보행 이벤트 감지
원시 데이터만으로는 최종 결과가 아닙니다. 시스템은 특정 패턴을 찾기 위해 이 정보를 처리합니다.
수직 및 전후 축을 따라 가속도 피크를 감지함으로써 IMU는 보행 주기의 특정 단계를 식별합니다.
이 피크 감지는 발뒤꿈치 닿기(발이 땅에 닿는 시점) 및 발가락 밀기(발이 땅에서 떨어지는 시점)를 정확하게 파악하는 데 사용되는 메커니즘입니다.
파생 매개변수 계산
보행 이벤트에 시간 스탬프가 찍히면 시스템은 복잡한 운동학 매개변수를 계산합니다.
이 원시 "핵심 운동학 정보"는 보행 속도, 보폭 및 보행 변동성과 같은 실행 가능한 지표로 변환됩니다.
임상 맥락에서 이 데이터는 떨림 또는 움직임 느림과 같은 특성을 정량화하여 치료 효과를 평가하는 객관적인 기반을 제공합니다.
장단점 이해
고유한 신호 피크에 대한 의존성
IMU의 정확도는 보행 이벤트를 식별하기 위한 가속도 데이터의 명확한 "피크"에 크게 의존합니다.
만약 대상이 발을 끄는 보행을 하거나 수직 가속도 피크가 둔화되는 매우 불규칙한 움직임 패턴을 가지고 있다면, 시스템은 발뒤꿈치 닿기를 자동으로 정의하는 데 어려움을 겪을 수 있습니다.
운동학 대 운동학 초점
IMU가 측정하는 것을 구별하는 것이 중요합니다. IMU는 운동학(공간에서의 움직임)을 측정하며, 운동학(힘)을 측정하지 않습니다.
속도 및 변동성에 대한 훌륭한 데이터를 제공하지만, 사용자가 가하는 물리적 압력이나 지면 반발력을 직접 측정하지는 않습니다.
목표에 맞는 올바른 선택
IMU 기반 보행 분석 시스템의 유용성을 극대화하려면 데이터 기능을 특정 목표와 일치시키십시오.
- 보행 단계를 정의하는 것이 주요 초점이라면: 수직 및 전후 가속도 피크가 높은 시간 해상도로 캡처되도록 고속 샘플링 시스템을 우선시하십시오.
- 임상 평가가 주요 초점이라면: 원시 데이터를 넘어 계산된 지표, 예를 들어 보행 변동성 및 움직임 느림에 초점을 맞춰 환자 진행 상황을 객관적으로 측정하십시오.
복잡한 움직임을 정량화 가능한 지표로 변환함으로써 삼축 IMU는 개인 맞춤형 치료 프로토콜을 개선하는 데 필요한 객관적인 증거를 제공합니다.
요약 표:
| 구성 요소/지표 | 기능 및 캡처된 데이터 | 보행 분석에 미치는 영향 |
|---|---|---|
| 가속도계 | 삼축 선형 가속도 측정 | 발뒤꿈치 닿기 및 발가락 밀기 피크 감지 |
| 자이로스코프 | 각속도 측정 | 3D 발 궤적 및 회전 매핑 |
| 고속 샘플링 | 빠른 데이터 캡처 주기 | 미묘한 움직임 변화에 대한 해상도 보장 |
| 파생 지표 | 속도, 보폭, 변동성 | 객관적인 임상 평가 데이터 제공 |
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