ZDRUŽEVANJE SENZORNIH INFORMACIJ PRITISKOVNE MERILNE PODLOGE TER INERCIALNIH IN MAGNETNIH MERILNIH ENOTRihar, Andraž (Avtor) Munih, Marko (Mentor) združevanje senzornih informacijbrezžične inercialne in magnetne merilne enotepritiskovna merilna podlogamerilna igralnica CareToydojenčkiciljna terapevtska vadbaocenjevanje motoričnih sposobnostiSpremljanje poteka razvoja motoričnih in kognitivnih sposobnosti otrok je posebej pomembno v zgodnjem otroštvu, ko otroci vzpostavljajo temelje za nadaljnje življenje. Klinične metode, kot so ocenjevanja, testiranja in vprašalniki, so lahko podvržene subjektivnosti in netočnosti, zato so večkrat uporabljane v kombinaciji s senzorno podprtimi merilnimi sistemi, ki so točnejši, zanesljivejši in objektivnejši. Na področju analize drže in gibanja otrok so poznani primeri uporabe video kamer, optoelektronskih sistemov, inercialnih in magnetnih merilnih sistemov, pritiskovnih plošč ter pritiskovnih merilnih podlog. Ti pristopi imajo poleg prednosti lahko tudi pomanjkljivosti, kot so zastiranje pogleda, ožišenje in časovna potratnost priprave sistema. Konzorcij projekta CareToy je zasnoval in izdelal namensko senzorizirano merilno igralnico za vzpodbujanje in ocenjevanje aktivnosti dojenčkov. V prvem delu je predstavljena sestava CareToy okolja, ki obsega tehnični in klinični del. V sklopu tehničnega dela je podan opis sestavnih delov senzorno podprtega merilnega sistema, kot so pritiskovne merilne podloge, IME, video kamere ter igrače, opremljene z senzorji tlaka, sile in IME. Ti senzorji so v preteklosti že bili uspešno uporabljeni samostojno, aplikacije v predlagani kombinaciji pa so redke. V sklopu kliničnega dela je nadalje podana predstavitev klinično podprtega protokola vadbe dojenčkov, ki se osredotoča na opis ciljev vadbe (treninga) in pripravljenih načrtovanih vaj. Te so oblikovane za različne položaje otroka in upoštevajo osnovne mejnike psihofizičnega razvoja. V drugem delu je podana zasnova metodologije obdelave in združevanja senzornih podatkov. Zaporedoma je predstavljen potek analize podatkov od surovih, neobdelanih informacij do končnih parametričnih rezultatov. Naslavljajoč pomanjkljivosti novo predlagane kombinacije senzorjev, kot so odmik podatkov merilne podloge od ničle, superponiran ˇsum ter možni nepredvidljivi izmiki IME iz osnovne lege na trupu med meritvijo, so opisani algoritmi predobdelave in združevanja senzornih podatkov IME in merilnih podlog. To med drugim obsega metode, kot so nepristranski Kalmanov filter, izračun centralnih momentov podatkov pritiskovnih odtisov in uteženo vrednotenje, pri čemer sta pripravljeni različici združevanja senzornih podatkov v realnem času in med naknadno obdelavo. Predstavljena je zasnova senzorno podprtega računalniškega modela za oceno gibanja glave, ki vključuje algoritem zornega kota, algoritem sledenja gibanju pozicije glave in metodo analize dvodimenzionalnega intenzitetnega profila. V nadaljevanju so podani pristopi k oceni parametrov motoričnih sposobnosti, kot so ocena gibanja trupa, koordinacije rok, seganja v prostor in stabilnosti telesne drže. Končno sledi opis algoritmov za razpoznavo delov telesa iz video posnetkov dojenčkov s pomočjo filtrov v različnih barvnih prostorih. Slednji na uporabljenem naboru video posnetkov delujejo uspešno, rezultati pa razkrijejo pomembne pomanjkljivosti video kamer, kot sta omejen zorni kot in zastiranje pogleda. Tretji del se osredotoča na evalvacijo sistema za ocenjevanje motoričnih sposobnosti dojenčkov. V ta namen je najprej opisana preliminarna študija uporabe merilnega sistema, torej kombinacije merilne podloge in IME, za analizo gibanja zdravih otrok. Rezultati so izračunani s pomočjo algoritmov obdelave in združevanja senzornih podatkov v realnem času in se osredotočajo na določanje optimalne kombinacije algoritmov obdelave podatkov ter oceno primernosti računalniškega modela za analizo gibanja glave dojenčka. Računalniški model v kombinaciji z algoritmi senzorne obdelave deluje zanesljivo in točno ter uspešno zazna vse izvedene gibe glave. Analizi izredno pripomore metoda združevanja podatkov, oceni gibanja pa numerični parametri, ki celovito opišejo porazdelitev podatkov položaja in izmika odtisa glave. Temu sledi opis validacije merilnega sistema z referenčnim optoelektronskim merilnim sistemom Optotrak. Meritve so bile izvedene na namenski lutki dojenčka, za izračun rezultatov pa uporabljeni algoritmi naknadne obdelave in združevanja senzornih podatkov merilnih podlog in IME. Študija je obsegala oceno vpliva poenostavitve merilnega sistema prek uporabe zgolj 1 IME na roki na točnost določitve parametrov motoričnih sposobnosti ter dodatno validacijo točnosti delovanja računalniškega modela za oceno gibanja glave. V podporo podatkom validacijske študije so podani tudi rezultati pilotne študije na zdravem otroku. Končno je predstavljena naključna kontrolna študija. Podane so vrednosti parametrov motoričnih sposobnosti otrok za analizo gibanja trupa, oceno lege in gibanja podlakti, analizo prijemanja igrač in oceno gibanja točke COP, izračunane z zasnovanimi algoritmi naknadne obdelave. Izvedena je bila tudi statistična analiza korelacije numeričnih parametrov s kliničnimi ocenami AIMS ter primerjave podatkov različnih ciljev vadbe in skupin motoričnih sposobnosti. Izkaže se, da je predlagan merilni sistem v kombinaciji z zasnovanimi algoritmi senzorne obdelave podatkov in izbranimi numeričnimi parametri primeren za uporabo v namen vzpodbujanja in hkratnega ocenjevanja aktivnosti otrok. Odstranjevanje vplivov pomanjkljivosti senzornega sistema deluje uspešno, izbrani numerični parametri pa so ustrezni za opis dogajanja in razlikovanje odzivov med izvajanjem posamezne načrtovane vaje (scenarija). Ocenjeni numerični parametri prav tako večinoma dobro korelirajo z vrednostmi kliničnih ocen in tako lahko omogoˇcijo celovit opis kot tudi zgolj oceno posameznih področij motoričnih sposobnosti. Podatki potrjujejo, da so predlagane načrtovanje vaje primerne za vzpodbujanje aktivnosti otrok v smislu obračanja trupa, lege rok, seganja s prijemanjem in stabilnosti telesne drže. Predlagana CareToy igralnica v kombinaciji z zasnovanimi metodami ima torej velik potencial v smislu uporabe kot objektiven, točen pripomoček pri neintruzivnem senzorno podprtem spremljanju razvoja motoričnih sposobnosti otrok.20162016-05-31 07:35:47Doktorsko delo/naloga83140VisID: 35701COBISS_ID: 11380052sl