Алгоритмы коррекции показаний системы видеоанализа движений человека по измерениям силовой платформы

• Автор: Мишанов, Алексей Юрьевич
• Шифр специальности: 01.02.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2009
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 146 с. : ил.

Оглавление
Введение
Глава 1. Измерительные системы в биомеханике. Устройство, модель
измерений и погрешности
1.1. Система видеоанализа
1.1.1. История развития, устройство и применение систем видеоанализа
1.1.2. Характерные сбои и погрешности системы
1.2. Силовая платформа
1.2.1. Устройство и применение платформ
1.2.2. Оценка погрешности силовой платформы
1.3. Методы обработки показаний системы видеоанализа
Глава 2. Математическая модель антропоморфного трехзвенника и
идентификация её параметров
2.1. Математическая модель движения
2.1.1. Описание эксперимента
2.1.2. Уравнение движения центра масс
2.1.3. Уравнение изменения кинетического момента
2.1.4. Модель измерений системы видеоанализа
2.1.5. Вычисление сил и момента в голеностопном суставе по показаниям силовой платформы
2.2. Идентификация комбинаций параметров модели
2.2.1. Методы определения параметров геометрии масс
2.2.2. Идентификация комбинаций параметров модели для
уравнения движения центра масс
2.2.3. Идентификация комбинаций параметров модели для уравнения изменения кинетического момента

Глава 3. Задача восстановления показаний системы видеоанализа
3.1. Восстановление показаний системы видеоанализа по измерениям нормальной реакции
3.1.1. Линеаризованные соотношения
3.1.2. Уравнения в конечных разностях
3.1.3. Модельная задача восстановления показаний системы видеоанализа по измерениям нормальной реакции
3.1.4. Восстановление показаний системы видеоанализа по экспериментальным значениям нормальной реакции
3.2. Восстановление показаний системы видеоанализа по оценкам момента в голеностопном суставе
3.2.1. Линеаризованные соотношения
3.2.2. Уравнения в конечных разностях
3.2.3. Модельная задача восстановления показаний системы видеоанализа по оценкам момента в голеностопном суставе
3.2.4. Восстановление показаний системы видеоанализа по экспериментальным значениям момента в голеностопном суставе
Заключение
Литература
Приложение 1. Идентификация комбинаций параметров модели по второму интегралу уравнения движения центра масс
Приложение 2. Явный вид функций А/1/к,ВК1,СМк,Ом
Приложение 3. Явный вид функций Ам ,ВМк,СМк ,ИМ

Введение
Введение в проблематику и ее актуальность.
Из всего многообразия клинической биомеханики существенную и относительно однородную часть представляет раздел, занимающийся изучением движений. Этот раздел можно определить как клинический анализ движений. Клинический анализ движений человека (Human Motion Analysis) в последние годы получил признание как один из наиболее эффективных методов диагностики различных видов врожденной и приобретенной патологии опорно-двигательного аппарата. В настоящее время он активно применяется в клинической практике в области функциональной диагностики, где используется для предоперационного планирования, послеоперационных наблюдений за состоянием пациента, оценки предпосылок и результатов хирургического вмешательства, а также в целом ряде научных исследований в области ортопедии, связанных с апробацией новых методик и разработкой реабилитационного оборудования.
В настоящее время клинический анализ движения представляет собой целый комплекс различного рода методик, каждая из которых ориентирована на исследование и диагностику функционального состояния отдельных органов и целых систем человеческого организма. Как правило, различия методик обуславливаются характером проводимого исследования и инструментальными возможностями исследовательской лаборатории. На сегодняшний день одними из самых распространенных инструментов клинического анализа движения являются: гониометры, электромагнитные системы, датчики угловой скорости, электромиографы, различные системы видеоанализа, стабилометрические и динамометрические платформы, и т.д. Возможность каждого из этих приборов характеризуется составом измерений и инструментальными погрешностями. Характер и способы борьбы с такого рода погрешностями весьма различны. Стоит отметить, что при некоторых исследованиях значительную роль играет индивидуальность проведения эксперимента, а, следовательно, и
дополнительных измерений системы видеоанализа и математической модели. На поверхность платформы устанавливается специальное калибровочное устройство, которое представляет собой жесткий стержень с нанесенными на него маркерами. Геометрические и масс-инерционные характеристики устройства считаются известными. Нижний конец стержня неподвижно фиксируется на поверхности платформы, верхний конец остается подвижным. Оператор совершает верхним концом стержня движения. Записывается математическая модель движения, входными данными которой являются координаты маркеров и параметры стержня. По ним вычисляются координаты точки приложения и значения вектора реакции опоры. Проводится сравнение показаний силовой платформы (центр давления и вектор реакции опоры) и расчетных оценок математической модели. Однако проверка динамических характеристик платформы не проводится.
Как было уже отмечено, одной из важных характеристик силовой платформы является собственная частота, как в свободном состоянии, так и с присоединенной массой. В технических описаниях ряда платформ (как зарубежного производства, так и отечественных), с которыми довелось ознакомиться автору, требования к этой характеристике четко обозначены, но при этом не приводятся характерные времена затухания собственных колебаний, что в целом ряде задач может являться весьма важным фактором.
Для оценки динамических характеристик силовых платформ автором совместно с сотрудниками Института Проблем Передачи Информации и сотрудниками Национального реабилитационного центра Уа1уап Рижского университета имени Страдиня в Латвии был проведен несложный эксперимент, результаты которого дают реальную оценку постоянной времени затухания собственных колебаний платформы при характерной нагрузке. Для ряда задач эта характеристика может быть достаточно важной, и пренебрежение ею может искажать представления о реальных процессах при обследовании.
Цель эксперимента - оценка собственных частот и характерных времен затухания собственных колебаний платформы при скачкообразном изменении