使用Qualisys运动捕捉系统采集实验数据的学术论文

　　今天为您分享6篇国内外近期发表的使用了Qualisys运动捕捉系统采集实验数据的学术论文，研究方向涉及电信技术、工效学、临床步态、神经内科、体育运动等领域。

 

　　论文来源于以下期刊：

　　测绘科学技术学报

　　IEEE Access

　　Sensors

　　Gait & Posture

　　PeerJ

　　Journal of Sport and Health Science

 

一、利用平面特征的激光雷达相对位姿标定方法

 

　　作者：王鹏，李广云，王 力，向奉卓，罗豪龙

 

　　期刊：测绘科学技术学报

 

 

实验采用RSlidar 16型激光雷达，通过结合Qualisys视觉跟踪系统得到真值来比较。

 

"Qualisys是一个高精度视觉捕捉系统，通过相机捕捉特殊标志物可以获取各个标志物在世界坐标系下的位置。同时，可通过捕捉多个标志物构造刚体并解算输出刚体的位姿。"

 

　　摘要:

 

　　针对多激光雷达外参数的标定问题，提出一种利用平面匹配的激光雷达间相对位姿自动标定方法。首先利用RANSAC算法对回廊式结构进行平面和相应法向量的提取;其次通过一系列的方法匹配对应平面，采用Kabsch算法求解初始外参数;最后利用Ceres库进行非线性优化，实现了较高精度的激光雷达外参数标定。仿真实验以及实际测试结果表明，该方法具有较高的标定精度和较强的鲁棒性，旋转、平移误差分别小于0.03 rad和0.04 m。

 

　　关键词：激光雷达;回廊式结构;平面匹配;参数标定;非线性优化

 

　　DOI: 10.3969/j.issn.1673-6338.2021.06.010

 

 

二、Manufacturing Operator Ergonomics:A Conceptual Digital Twin Approach to DetectBiomechanical Fatigue

制造业操作员工效学：一种检测生物力学疲劳的概念数字孪生方法

 

　　作者：ABHIMANYU SHAROTRY, JESUS A. JIMENEZ, FRANCIS A. MÉNDEZ MEDIAVILLA,DAVID WIERSCHEM, RACHEL M. KOLDENHOVEN, AND DAMIAN VALLES,(Member, IEEE)

 

　　期刊：IEEE Access

　　

数字孪生框架

 

　　摘要：

 

　　工作场所损伤的主要原因有人工物料搬运(MMH)动作、叉车碰撞、滑倒和跌倒。本研究提出了一个数字孪生(DT)框架，以分析人体在实验室环境中进行提升MMH活动时的疲劳，以减少这些类型的伤害。该方法分析了工人的身体关节，以检测生物力学疲劳作为背部、肘关节和膝关节角度变化的一个因素。采用动态时间规整(DTW)算法，分析了关节角度随时间的变化。DTW参数的变化使用指数加权移动平均(EWMA)控制图进行进一步分析。为了验证该模型的有效性，以2名健康男性为对象进行了7次实验。每次实验使用光学运动捕捉系统进行追踪，以测试模型的有效性。实验结果表明：第一，我们提出了一个模型来检测生物力学疲劳的受试者进行MMH提升活动作为关节角度的变化。第二，不同的个体通过不同的身体关节表现出身体疲劳的迹象，并展示了在MMH环境中，对操作者进行疲劳评估的真正个性化DT的需求。

 

　　索引词：

　　Biomechanical fatigue, digital twin, human digital twin, dynamic time warping, exponentially weighted moving average control chart, Industry 4.0, manual material handling

 

　　生物力学疲劳，数字孪生，人体数字孪生，动态时间规整，指数加权移动平均控制图，工业4.0，人工物料搬运

 

　　DOI：10.1109/ACCESS.2022.3145984

 

 

三、Quantitative Gait Analysis of Patients with SevereSymptomatic Spinal Stenosis Utilizing the Gait Profile Score:An Observational Clinical Study

利用步态轮廓评分对重症椎管狭窄患者的定量步态分析：一项观察性临床研究

 

　　作者：Jan Lodin, Marek Jelínek, Martin Sameš and Petr Vachata

 

　　期刊：Sensors

 

实验装置：墙上11个Qulaisys Oqus 300 /300+ 红外摄像机(图片中可见5个)，地面2块测力台(浅灰色)

 

　　摘要：

 

　　腰椎管狭窄(LSS)典型表现为神经源性跛行，会改变患者的步态。光电系统的使用帮助临床医生进行三维定量步态分析，以量化和理解这些变化。虽然一些作者提出了时空步态参数的分析，但有关运动学参数的数据是缺乏的。15名LSS患者与15名健康对照组配对。利用光电技术对每对受试者在专门的实验室进行定量步态分析。对患者和对照组进行统计学比较，以确定时空参数和步态轮廓评分(GPS)的差异。所有时空参数在患者和对照组之间均有统计学差异。患者的总体GPS有显著差异(p = 0.004)，骨盆内外旋转受限(p<0.001)、颅/尾侧运动受限(p = 0.034)、髋关节屈伸受限(p = 0.012)、外展/内收受限(p = 0.012)、踝关节跖屈受限(p<0.001)。总之，与健康对照组相比，LSS患者在三个区域(骨盆、髋关节和踝关节)的步态模式有显著改变。运动学图表分析让我们深入了解了LSS患者的步态病理生理学，而GPS的使用将在未来用于量化手术结果。

 

　　关键词：

　　lumbar spine stenosis; kinematic parameters; gait analysis; spatiotemporal parameters;

　　claudication; optoelectronic systems

　　腰椎管狭窄;运动学参数;步态分析;时空参数;跛行;光电系统

 

　　DOI：10.3390/s22041633

 

 

四、Visual fixations and visually induced dizziness: An exploratory study

视觉固定与视觉诱发性眩晕：探索性研究

 

　　作者：Shikha Chaudhary, David Barbado, Nicola Saywell, Denise Taylor

 

　　期刊： Gait & Posture

 

实验设计：

情况1：非彩色背景中随机字母;情况2：杂乱背景中随机字母;情况3：非彩色背景中多个字母;情况4：杂乱背景中多个字母;情况5：复杂二维背景中随机字母;情况6：移动背景中随机字母

 

　　摘要：

 

　　背景：视觉诱发性眩晕可发展为前庭神经紊乱的后遗症，在超市和购物中心等丰富的视觉环境中表现为恶心、头晕和失衡等症状。到目前为止，视觉诱发性眩晕的机制尚不清楚。

 

　　研究的问题：与健康成年人相比，当暴露于日益复杂的视觉环境时，视觉诱发性眩晕的成年人的视觉固定和姿势摇摆有什么特征?

 

　　方法：我们招募了20名视觉诱发性眩晕的成年人和20名健康成年人参加这项横向探索性研究。参与者被要求保持注视投射在大屏幕上的字母，这些字母的背景具有不同的视觉复杂性。记录视觉再固定次数，压力中心的运动，头部和身体重心的运动。

 

　　结果：伴有视觉性眩晕的成人患者的视力再固定次数明显增加(F= 10.592, p<0.01)，头部和身体重心运动的平均速度增加(分别是F= 14.034, p <0.01和F= 6.553, p<0.05)。

 

　　结论：与健康成年人相比，视觉诱发性眩晕的成年人表现出视觉注视不稳定，姿势和头部摆动增加。这主要是在复杂和移动背景的条件下观察到的。这可能对成年人在复杂环境中视觉诱发的头晕症状恶化的报告做出了解释。这项研究的结果可能有助于指导减少视觉有发眩晕症状的干预工作干预的发展。

 

　　关键词：

　　Visually induced dizziness;Dizziness;Vestibular disorder;Complex environments;Visual fixations;Postural control

　　视觉诱发性眩晕;眩晕;前庭障碍;复杂环境;视觉固定;姿势控制

 

　　DOI：10.1016/j.gaitpost.2022.02.002

 

 

五、Subject specific muscle synergies andmechanical output during cycling witharms or legs

上肢手摇和下肢骑行时，受试者特定的肌肉协同作用和机械输出

 

　　作者：Théo Cartier, Laurent Vigouroux, Elke Viehweger and Guillaume Rao

 

　　期刊：PeerJ

 

实验设计

UL(上)和LL(下)的实验设计示例和循环转速的示意图。黄色点表示SH(上半段)到FH(下半段)转换时间点，蓝色是FH转换为SH。

 

　　摘要：

 

　　背景：上肢(UL)手摇和下肢(LL)骑行被广泛应用于多种领域，特别是在康复领域，UL和LL之间的神经肌肉相互作用已经得到证实。然而，关于UL的肌肉协调模式的研究较少，这些机制是否与LL相似或不同尚不清楚。因此，本研究的目的是通过利用协同分析研究机械输出和潜在的肌肉协调，来证明在骑行过程中UL和LL之间的共同协调机制。

 

　　方法：研究人员对6名非专业受试者进行25个的UL或LL次最大骑行进行分析。采集11个UL或LL肌肉的曲柄扭矩和肌肉活动。采用非负矩阵分解(NNMF)分析肌肉协同效应，并进行组和受试者特异性分析。

 

　　结果：对UL和LL分析了四种协同效应。UL肌肉协调是围绕着几个机械功能(推、向下、拉)组成的，其中推的动力矩占总转数的80%，而LL肌肉协调主要围绕着一个主要功能(推)组成的，处于骑行转数的前半段。参与者之间的LL肌肉协调能力较强，而UL则表现出较高的个体间变异。

 

　　讨论：我们发现，同样的肌肉协调原则也适用于骑行中的UL，但有更复杂的机械影响。这项研究进一步表明每个人都有独特的肌肉特征。

 

　　关键词：

　　Arm cranking;Upper limb;Lower limb;Cycling;Muscle synergies;Muscle coordination

　　手摇;上肢;下肢;骑行;肌肉协同作用;肌肉协调

 

　　DOI：10.7717/peerj.13155

 

 

六、Biomechanical analysis of the “running” vs. “conventional” diagonal stride uphill techniques as performed by elite cross-country skiers

优秀越野滑雪运动员“跑”与“传统”对角跨步式上坡技巧的生物力学分析

 

　　作者：Barbara Pellegrini, Chiara Zoppirolli, Federico Stella, Lorenzo Bortolan, Hans-Christer Holmberg, Federico Schena

 

　　期刊： Journal of Sport and Health Science

 

人物棍状图表明身体部分在循环中关键点的位置，条形图表示在进行DSCONV (A)和DSRUN (B)时滑雪和撑杆阶段的时间。

 

　　摘要：

 

　　目的：本研究旨在比较新型的“跑”对角跨步(DSRUN)与“传统”的对角跨步(DSCONV)滑雪技术在高速时的生物力学特性。

 

　　方法：10名优秀的意大利青年男子越野滑雪者在跑步机上以10公里/小时和10坡度滑雪进行两种对角跨步练习。采集身体、手杖和滚轴滑雪板的三维运动学，手杖和足底表面施加的力，下肢关节的角度变化等数据。

 

　　结果：与DSCONV相比，DSRUN显示出更短的周期时间(1.05±0.05 s vs. 0.75±0.03 s(平均SD)， p<0.001)，因为滚动阶段较短(0.40±0.04 s vs. 0.09±0.04 s, p<0.001);当滚轮滑雪板停止向前滚动时，施加在垂直滑雪板上的力更大(413±190 N vs 890±170 N, p<0.001)，力的峰值出现的更早;膝关节伸展时间延长，在滚轮滑雪停止阶段有更大的活动范围(28°±4 vs. 16°±3, p = 0.00014);在前腿摆动的大部分时间里，髋关节和膝关节会更明显地弯曲。在滚动阶段，DSRUN对摩擦所做的机械功显著低于DSCONV(0.04±0.01 J/m/kg vs. 0.10±0.02 J/m/kg, p<0.001)。

 

　　结论：与DSCONV相比，DSRUN具有更快的推进速度、更早的腿部伸展和更大的膝关节伸展运动范围等特点。下一步研究，最好在雪上进行，应该会揭示DSRUN是否会导致更高的加速度和/或更高的峰值速度。

 

　　关键词：

　　Classical skiing; Kinetics; Roller skiing

　　经典滑雪;动力学;滚轮滑雪

 

　　DOI：10.1016/j.jshs.2020.04.011

 

 

 

Qualisys新一代运动捕捉摄像机平台：Arqus

Qualisys,位姿标定,检测生物力学疲劳,定量步态分析,生物力学分析,维拓启创