발 피로 테스트에서 생리학적 데이터에 전문 신호 처리를 적용하는 목적은 무엇인가요?

발 피로 테스트에서 전문 신호 처리를 적용하는 주된 목적은 사용자의 신체 움직임으로 인해 발생하는 노이즈를 제거하여 원시 생리학적 데이터를 정화하는 것입니다. 3차 통과 대역 필터와 같은 알고리즘은 움직임 아티팩트와 센서 기준선 드리프트를 제거하는 데 필수적입니다. 이 과정은 분석되는 데이터가 걷기 또는 달리기 보폭의 역학이 아닌 사용자의 실제 생리학적 상태를 반영하도록 보장합니다.

핵심 통찰: "잡음이 많은" 데이터로는 신뢰할 수 있는 피로 분석이 불가능합니다. 신호 처리는 순수한 심박 간격(R-R 간격)을 분리하며, 이는 심리적 노력과 인체공학적 효율성과 같은 복잡한 지표를 계산하는 절대적인 기초가 됩니다.

동적 테스트에서 데이터 무결성의 과제

원시 데이터의 문제점

전술화나 작업화와 같이 무거운 신발을 테스트할 때 사용자는 끊임없이 움직입니다. 이러한 신체 활동은 움직임 아티팩트를 생성합니다. 이는 센서가 피부에 문질러져 발생하는 잘못된 신호입니다.

필터링 없이는 이러한 아티팩트가 원시 데이터 스트림에서 실제 심장 박동과 구별할 수 없게 보일 수 있습니다.

기준선 드리프트 해결

격렬한 움직임은 또한 센서 기준선 드리프트를 유발합니다. 이는 신호의 "0점"이 시간이 지남에 따라 이동하는 것을 의미합니다.

전문 신호 처리는 이 기준선을 안정화합니다. 이를 통해 생리학적 피크의 진폭과 타이밍이 일정한 참조에 대해 정확하게 유지됩니다.

깨끗한 데이터를 유용한 통찰력으로 변환

R-R 간격 순도 보장

필터링의 즉각적인 기술적 목표는 R-R 간격의 무결성을 유지하는 것입니다.

이 지표는 연속적인 심장 박동 사이의 정확한 시간 차이를 추적합니다. 이는 단순한 "분당 심박수" 평균보다 노이즈에 훨씬 민감하므로 신호 순도는 협상 불가능합니다.

심리적 노력 측정

깨끗한 R-R 간격 데이터는 심리적 노력을 평가하기 위한 전제 조건입니다.

연구원들은 이 데이터를 사용하여 무겁거나 거추장스러운 신발을 착용하여 발생하는 정신적 스트레스를 이해합니다. 데이터가 움직임으로 손상되면 정신적 부하 평가는 무효가 됩니다.

감정적 즐거움 평가

첨단 테스트는 또한 심박 변이도를 감정적 즐거움과 연관시킵니다.

신호 처리는 편안함과 사용자 만족도와 관련된 미묘한 생리학적 변화가 신체적 노력의 노이즈에 묻히지 않도록 합니다.

절충점 이해

과도한 필터링의 위험

노이즈 제거는 중요하지만, 너무 공격적인 필터를 적용할 위험이 있습니다.

과도한 필터링은 실제의 급격한 심박 변이도 변화를 실수로 부드럽게 만들 수 있습니다. 특정 노이즈 주파수를 대상으로 하면서 실제 생물학적 신호를 저하시키지 않는 정확한 알고리즘(3차 통과 대역 필터 등)을 사용하는 것이 중요합니다.

복잡성 대 정확성

전문 등급 필터링을 구현하면 테스트 프로세스에 계산 복잡성 계층이 추가됩니다.

그러나 간단하고 필터링되지 않은 원시 데이터에 의존하는 것은 잘못된 경제성입니다. 처리 시간을 절약하면 정확한 인체공학적 효율성에 대한 결론을 도출할 수 없기 때문에 손실됩니다.

목표에 맞는 올바른 선택

발 피로 테스트에서 의미 있는 결론을 도출하려면 분석 목표에 맞게 데이터 처리 전략을 조정해야 합니다.

주요 초점이 인체공학적 효율성인 경우: 무거운 충격 단계가 생리학적 스트레스 반응으로 위장되지 않도록 움직임 아티팩트 제거를 우선시하십시오.
주요 초점이 심리적 분석인 경우: 필터링이 R-R 간격의 정확한 타이밍을 보존하도록 하십시오. 이 세분성은 정신적 노력과 감정 상태를 평가하는 데 필요합니다.

궁극적으로 피로 분석의 신뢰성은 입력 데이터의 엄격한 정제에 전적으로 달려 있습니다.

요약 표:

데이터 과제	신호 처리 솔루션	피로 분석에 미치는 영향
움직임 아티팩트	3차 통과 대역 필터	신체 움직임으로 인한 잘못된 심장 신호 제거.
기준선 드리프트	기준선 안정화	정확한 피크 감지를 위해 '0점' 이동 방지.
잡음이 많은 R-R 간격	고정밀 필터링	정신적 스트레스 및 노력 계산을 위한 정확한 타이밍 보장.
과도한 필터링 위험	알고리즘 보정	실제 심박 변이도가 부드럽게 되는 것을 방지.

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참고문헌

Adamantia Batistatou, Yvonne Delevoye. Virtual Reality to Evaluate the Impact of Colorful Interventions and Nature Elements on Spontaneous Walking, Gaze, and Emotion. DOI: 10.3389/frvir.2022.819597

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