高精度光学运动捕捉系统和地面安装的力台是验证可穿戴传感鞋垫的绝对基准。
通过捕捉精确的 3D 运动轨迹和地面反作用力，这些实验室系统允许研究人员使用逆动力学计算生物力学指标（如腰部关节扭矩）的“地面真实”值。然后，将此精确的参考数据与可穿戴鞋垫的预测进行比较——使用相对均方根误差 (rRMSE) 等统计指标——以量化证明设备的可靠性。
要验证可穿戴鞋垫，您必须将其估算值与已知的物理确定性进行比较。光学系统和力台生成数学上验证可穿戴设备准确性所需的生物力学“黄金标准”数据。
建立生物力学“黄金标准”
要信任可穿戴设备，我们必须首先使用已知准确的设备来测量身体的运动。
光学运动捕捉的作用
高精度光学系统在验证设置中充当视觉权威。它们跟踪反光标记，以亚毫米级精度记录三维运动轨迹。这些数据精确地确定了身体各部分在空间中的运动方式。
力台的作用
相机可以看到运动，但看不到力。工业级地面安装的力台通过测量地面反作用力 (GRF) 来弥补这一差距。这些力台提供了有关被测者脚部与地面之间交换的力的确定性数据。
从原始数据到验证
验证不仅仅是收集数据；它涉及处理数据以创建直接比较。
应用逆动力学
研究人员将运动数据（运动学）和力数据（动力学）相结合，进行逆动力学计算。这个数学过程计算无法直接测量的内部身体负荷。具体来说，主要参考重点是计算腰部关节扭矩作为关键的地面真实指标。
评估预测准确性
计算出地面真实值后，将其与可穿戴鞋垫模型预测的数据进行比较。这种比较不是主观的。研究人员依赖严格的统计指标，特别是相对均方根误差 (rRMSE) 和相关系数，来量化鞋垫在多大程度上模仿了黄金标准。
理解验证的背景
虽然这些系统是准确性的标准，但了解此比较的背景很重要。
“黄金标准”的局限性
光学系统和力台提供最高的精度，但它们是固定的，并且仅限于实验室。它们代表了“理想”的测量场景。
鞋垫的目标
可穿戴鞋垫不需要取代实验室设备；它需要足够接近实验室设备，以便在移动中使用。验证过程确定鞋垫的误差范围 (rRMSE) 是否足够低，以被认为是实验室外实际应用可靠的。
为您的目标做出正确的选择
在审查可穿戴鞋垫的验证数据时，请查看使用的具体指标。
- 如果您的主要关注点是绝对准确性：寻找较低的 rRMSE。这表明鞋垫的具体读数非常接近实验室测量的地面真实值。
- 如果您的主要关注点是模式识别：寻找较高的相关系数。这表明鞋垫正确地跟踪了运动的趋势（上升和下降），即使绝对数值略有不同。
成功的验证证明了可穿戴设备已从理论概念发展成为可靠的生物力学工具。
摘要表：
| 系统组件 | 验证中的作用 | 提供的数据 |
|---|---|---|
| 光学运动捕捉 | 跟踪 3D 身体运动 | 运动学轨迹（亚毫米级精度） |
| 力台 | 测量地面交互 | 地面反作用力 (GRF) |
| 逆动力学 | 计算内部负荷 | 关节扭矩和负荷指标的地面真实值 |
| 统计分析 | 量化可靠性 | rRMSE 和相关系数 |
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参考文献
- Seungheon Chae, Joung Hwan Mun. Can Pressure Data from Wearable Insole Devices Be Utilized to Estimate Low Back Moments for Exoskeleton Control System?. DOI: 10.3390/act13030092
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