膝关节对齐装置（KAD）是一种精密工具，用于在步态分析中精确定义膝关节的屈伸轴。在静态校准阶段，其主要功能是为受试者建立一个个性化的三维骨骼坐标系，从而有效校正因个体解剖结构差异或跟踪标记点轻微错位而产生的误差。
KAD通过将通用的标记点数据转换为受试者特定的模型来确保数据的完整性，使其成为比较不同测试样本运动学结果的基本标准。
KAD在校准中的作用
定义旋转轴
KAD利用独特的几何结构来精确识别膝关节如何像铰链一样工作。通过隔离屈伸轴，它为运动捕捉系统提供了真实的旋转中心。
创建个性化系统
每个受试者的骨骼几何结构都是独一无二的。KAD将原始数据转化为该个体特有的个性化三维骨骼坐标系。
确保数据保真度
这种个性化对于高保真数据至关重要。它防止系统依赖可能扭曲分析结果的通用解剖学假设。
解决测量挑战
校正标记点错位
即使是经验丰富的技术人员在将标记点放置在皮肤上时也可能引入微小误差。KAD有助于校正由这些轻微放置不一致引起的测量误差。
考虑解剖差异
受试者的肢体很少能完美对齐。该装置考虑了个体解剖差异，确保数字模型能够反映用户的实际物理结构。
标准化以便比较
对于比较不同条件（例如鞋类测试样本）的研究，一致性至关重要。KAD标准化校准过程，以确保数据差异反映的是鞋类本身，而不是模型中的错误。
理解权衡：省略的风险
精度与近似
使用KAD的主要权衡是程序严谨性与速度。跳过此步骤将依赖于估计的关节中心，这会引入显著的潜在误差。
无效比较的风险
没有KAD，您将失去进行有效比较所需的标准化程序。未经此校正收集的数据可能会产生“嘈杂”的结果，其中测量误差会掩盖测试样本之间真实的性能差异。
根据您的目标做出正确选择
要将此应用于您的生物力学分析，请考虑您的项目所需的精度水平。
- 如果您的主要重点是绝对运动学精度：您必须使用KAD来定义真实的屈伸轴并校正解剖学差异。
- 如果您的主要重点是比较测试（例如鞋类）：KAD是强制性的，用于标准化坐标系并确保样本之间的比较有效。
使用KAD将静态校准从简单的设置步骤转变为可靠科学数据的严谨基础。
总结表：
| 关键特性 | 校准中的功能目的 | 生物力学效益 |
|---|---|---|
| 轴定义 | 识别真实的屈伸铰链轴 | 提高绝对运动学精度 |
| 三维协调 | 建立个性化的骨骼系统 | 考虑独特的解剖差异 |
| 误差校正 | 抵消轻微的皮肤标记点错位 | 减少数据“噪声”和测量误差 |
| 标准化 | 创建一致的比较基线 | 实现鞋类样本之间的有效测试 |
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参考文献
- Tamaya Van Criekinge, Ann Hallemans. A full-body motion capture gait dataset of 138 able-bodied adults across the life span and 50 stroke survivors. DOI: 10.1038/s41597-023-02767-y
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