بازسازي و تحليل خطاي حركات صفحه‌اي بدن انسان با استفاده از حداقل يك ماركر با نصب آزاد روي هر قطعه

Motion Reconstruction and Error Analysis for Human Planar Motions using at least One Freely-Placed Passive Marker per Segment

يافتن موقعيت مركز دوران براي تعريف محور آناتوميكي سيستم اسكلتي و در مطالعات بيومكانيكي براي محاسبه ي كينماتيك مفاصل ضروري است. براي اين منظور مي توان از روش هاي پيش بين و عملكردي استفاده كرد. در روش هاي پيش بين از معادلات رگرسيوني حاصل از اندازه گيري هاي آنتروپومتريكي و در روش هاي عملكردي از حركت نسبي اندام هاي مجاور مفصل براي يافتن مركز آني دوران استفاده مي شود. هدف از اين مطالعه فرموله كردن الگوريتم برازش دايره به عنوان روشي عملياتي با دو روش حل تحليلي و بهينه سازي بود. به منظور ارزيابي الگوريتم، تحليل خطا به دو روش تحليلي و عددي صورت گرفت و عوامل موثر در خطاي تخمين موقعيت مركز دوران همچون انحراف از معيار خطاي سيستم داده برداري (σ)، زاويه دوران (α) و فاصله نشان گر از مركز دوران (r)، مورد بررسي قرار گرفت. نتايج وجود همبستگي بالا (r = 0.99) بين دو روش حل تحليلي و عددي را نشان داد كه صحت تحليل خطا را به اثبات رساند. از بين دو روش حل تحليلي و بهينه سازي كه در اين مطالعه بررسي شد، روش بهينه سازي با توجه به دقت تخمين مطلوب تر در مقادير پايين α، تاثير پذيري كمتر در مقادير بالاي σ و سرعت بالا در حل مسيله، مي تواند در مطالعات بيومكانيكي براي بازسازي حركات انسان مورد توجه قرار گيرد. با گسترش استفاده از روش هاي عملكردي مي توان نياز به ماركرگذاري نشانه هاي آناتوميك را از بين برد و زمينه ساز تحولي جديد در داده برداري حركتي شد.

Finding the center of rotation (COR) is needed for defining the anatomical axis of the skeletal system and for the kinematic calculation of joints in biomechanical studies. For this purpose, predictive and functional methods can be used. In the predictive methods, regression equations obtained from anthropometric measurements are used, and in the functional methods, the relative motion of the two adjacent segments is used to find COR. The purpose of this study is to formulate the circle fitting algorithm as a functional method with two analytical and optimization solutions. In order to evaluate the algorithm, error analysis was performed by both analytical and numerical methods. Also, effective factors in error estimating of COR position such as standard deviation of measurement system error (σ), rotation angle (α) and the distance between marker and COR (r), was evaluated. The results showed a high correlation (r=0.99) between analytical and numerical solution, which proved the accuracy of the error analysis. In this study, optimization method according to the accuracy of better estimates in low quantities α, less influence on high quantities σ and high speed in problem solving, can be taken into consideration to reconstruct human movements in biomechanical studies. Use of functional methods, eliminates the need for attaching markers to anatomical landmarks and provides a new development in motion data acquisition