Estimating Vertical Ground Reaction Force during Walking Using a Single Inertial Sensor
Notice bibliographique
Résumé
The vertical ground reaction force (vGRF) and its passive and active peaks are important gait parameters and of great relevance for musculoskeletal injury analysis and prevention, the detection of gait abnormities, and the evaluation of lower-extremity prostheses. Most currently available methods to estimate the vGRF require a force plate. However, in real-world scenarios, gait monitoring would not be limited to a laboratory setting. This paper reports a novel solution using machine learning algorithms to estimate the vGRF and the timing and magnitude of its peaks from data collected by a single inertial measurement unit (IMU) on one of the lower limb locations. Nine volunteers participated in this study, walking on a force plate-instrumented treadmill at various speeds. Four IMUs were worn on the foot, shank, distal thigh, and proximal thigh, respectively. A random forest model was employed to estimate the vGRF from data collected by each of the IMUs. We evaluated the performance of the models against the gold standard measurement of the vGRF generated by the treadmill. The developed model achieved a high accuracy with a correlation coefficient, root mean square error, and normalized root mean square error of 1.00, 0.02 body weight (BW), and 1.7% in intra-participant testing, and 0.97, 0.10 BW, and 7.15% in inter-participant testing, respectively, for the shank location. The difference between the reference and estimated passive force peak values was 0.02 BW and 0.14 BW with a delay of -0.14% and 0.57% of stance duration for the intra- and inter-participant testing, respectively; the difference between the reference and estimated active force peak values was 0.02 BW and 0.08 BW with a delay of 0.45% and 1.66% of stance duration for the intra- and inter-participant evaluation, respectively. We concluded that vertical ground reaction force can be estimated using only a single IMU via machine learning algorithms. This research sheds light on the development of a portable wearable gait monitoring system reporting the real-time vGRF in real-life scenarios.
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Comment cette classification a été obtenuedéplier
Prédiction distillée sur la base complète
Imitation des enseignantsNi prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Apprise à partir de 10 348 étiquettes directes de Codex et de 10 348 étiquettes directes de Gemma. Le mode candidate est l'union des têtes enseignantes seuillées; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont ni des étiquettes humaines ni des étiquettes directes de modèles de pointe.
Scores Codex et Gemma par catégorie
| Catégorie | Codex | Gemma |
|---|---|---|
| Métarecherche | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,000 | 0,000 |
| Bibliométrie | 0,000 | 0,000 |
| Études des sciences et des technologies | 0,000 | 0,000 |
| Communication savante | 0,000 | 0,000 |
| Science ouverte | 0,000 | 0,000 |
| Intégrité de la recherche | 0,000 | 0,000 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,000 | 0,000 |
Scores machine (provisoires)
Les deux têtes enseignantes du modèle étudiant, lues sur ce travail. Un score ordonne la base pour la relecture; il n'affirme jamais une catégorie, et le statut de validation accompagne chaque rangée tel quel.
Scores de référence d'un modèle non mature (critères de maturité non atteints, 7 itérations). Un score ordonne; il n'affirme jamais une catégorie.
score_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découleClassification
machine, non validéePrédiction automatique; un appel candidat d’une seule tête enseignante, pas un consensus.
Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».