Luận văn ThS Hanh Ngoc Dang: Phân loại hoạt động thể chất dùng gia tốc kế 3 trục

Luận án phát triển hệ thống phân loại để theo dõi hoạt động thể chất. Sử dụng gia tốc kế 3 trục thu nhỏ, giúp phân tích chính xác các dạng vận động.

Trường ĐH

Vestfold University College

Chuyên ngành

Microsystem Technology

Tác giả

Luan An

Thể loại

Luận văn thạc sĩ

Năm xuất bản

Số trang

81

Thời gian đọc

13 phút

Lượt xem

0

Lượt tải

0

Phí lưu trữ

40 Point

Tóm tắt nội dung

I.Phân loại hoạt động thể chất bằng gia tốc kế 3 trục

Hệ thống phân loại hoạt động thể chất mới đã được phát triển. Nó sử dụng gia tốc kế 3 trục thu nhỏ để theo dõi các cấp độ hoạt động. Nghiên cứu tập trung xây dựng một thuật toán phân loại dựa trên k-means. Thuật toán này diễn giải các tín hiệu từ gia tốc kế silicon 3 trục tiêu chuẩn. Tín hiệu được chuyển đổi thành các nhóm hoạt động được định nghĩa trước. Hệ thống nhận diện ba lớp hoạt động cơ bản: nghỉ ngơi, đi bộ, chạy. Phạm vi nghiên cứu mở rộng sang các phân lớp hoạt động thấp hơn. Bao gồm các tư thế nghỉ ngơi khác nhau như nằm, ngồi, đứng. Đồng thời, phân loại các tốc độ đi bộ như chậm, vừa phải, nhanh, lên/xuống cầu thang. Cuối cùng, nhận diện các dạng chạy như chạy bộ, chạy chậm, vừa phải, và tốc độ tối đa.

1.1. Mục tiêu và phạm vi nghiên cứu hệ thống phân loại

Hệ thống phân loại hoạt động thể chất mới đã được phát triển. Mục tiêu chính là theo dõi các cấp độ hoạt động của một người. Hệ thống sử dụng gia tốc kế 3 trục thu nhỏ. Nghiên cứu này tập trung vào việc xây dựng một thuật toán phân loại dựa trên k-means. Thuật toán này có khả năng diễn giải tín hiệu từ gia tốc kế silicon 3 trục tiêu chuẩn. Sau đó, nó dịch các tín hiệu này thành một cụm các hoạt động được xác định trước. Hệ thống này tập trung vào việc xác định ba lớp hoạt động cơ bản: nghỉ ngơi, đi bộ và chạy. Các lớp này được mở rộng thành các phân lớp cấp thấp hơn. Các phân lớp bao gồm các tư thế nghỉ ngơi khác nhau (nằm, ngồi và đứng), các tốc độ đi bộ khác nhau (chậm, vừa phải, nhanh, lên và xuống cầu thang) và chạy (chạy bộ, chậm, vừa phải và tốc độ tối đa). Hệ thống cung cấp khả năng giám sát hoạt động chi tiết.

1.2. Nền tảng công nghệ và phương pháp luận chính

Dự án này là một nghiên cứu đa ngành. Nó liên quan đến công nghệ vi hệ thống, hệ thống y tế từ xa, xử lý tín hiệu số và khai thác dữ liệu. Gia tốc kế 3 trục CMA 3000-D01 đã được sử dụng làm cảm biến chính. Bộ vi điều khiển CC430F6137IRGC xử lý dữ liệu. Giao tiếp không dây CC1101 sub-1-GHz đảm bảo truyền dữ liệu hiệu quả. Các phương pháp đã dùng bao gồm giảm nhiễu tín hiệu và trích xuất các đặc trưng quan trọng từ dữ liệu gia tốc. Điều này giúp tăng cường độ chính xác của phân loại chuyển động. Các thuật toán học máy được áp dụng để tạo ra một hệ thống phân loại mạnh mẽ và chính xác.

II.Thiết kế hệ thống theo dõi chuyển động di động

Hệ thống theo dõi chuyển động di động được thiết kế nhỏ gọn. Nó tích hợp cảm biến gia tốc kế 3 trục để ghi lại hoạt động. Cảm biến CMA 3000-D01 là thành phần chính. Nó thu thập dữ liệu về chuyển động theo ba chiều. Bộ vi điều khiển CC430F6137IRGC xử lý dữ liệu cảm biến. Chip này còn tích hợp giao tiếp không dây. Điều này cho phép truyền dữ liệu đến máy tính hoặc thiết bị khác. Thiết kế này hướng tới khả năng đeo và sử dụng liên tục. Kích thước nhỏ gọn là yếu tố then chốt cho việc giám sát hoạt động lâu dài. Hệ thống có thể hoạt động độc lập hoặc kết nối với nền tảng phần mềm.

2.1. Cấu trúc phần cứng của hệ thống giám sát hoạt động

Hệ thống giám sát hoạt động được thiết kế với cấu trúc phần cứng tối ưu. Một gia tốc kế 3 trục thu nhỏ là thành phần cốt lõi. Cụ thể là cảm biến CMA 3000-D01. Cảm biến này đo lường sự thay đổi vận tốc và hướng trong ba chiều. Bộ vi điều khiển CC430F6137IRGC tích hợp xử lý tín hiệu. Nó cũng bao gồm các chức năng cần thiết cho giao tiếp. Điều này giúp hệ thống hoạt động hiệu quả. Kích thước nhỏ gọn của thiết bị cho phép đeo thoải mái. Thiết bị có thể được gắn trên cơ thể. Điều này rất cần thiết cho việc thu thập dữ liệu hoạt động trong thời gian dài. Hệ thống được xây dựng để bền vững và đáng tin cậy.

2.2. Tích hợp không dây và giao tiếp dữ liệu hiệu quả

Hệ thống sử dụng công nghệ truyền thông không dây để giao tiếp. Mô-đun CC1101 sub-1-GHz cho phép truyền dữ liệu đáng tin cậy. Dữ liệu gia tốc được gửi từ thiết bị đeo đến máy tính. Điều này hỗ trợ phân tích dữ liệu theo thời gian thực hoặc ngoại tuyến. Giao tiếp không dây giúp người dùng tự do di chuyển. Hệ thống tránh các hạn chế của dây cáp. Điều này quan trọng cho các ứng dụng theo dõi hoạt động thể chất trong môi trường thực. Tốc độ truyền và độ tin cậy được tối ưu hóa. Điều này đảm bảo dữ liệu đầy đủ và chính xác cho quá trình phân tích và phân loại hoạt động.

III.Thuật toán phân loại K means và trích xuất đặc trưng

Nghiên cứu đã phát triển thuật toán phân loại dựa trên k-means. Thuật toán này được cải tiến để diễn giải tín hiệu gia tốc. Nó biến tín hiệu thô thành các nhóm hoạt động rõ ràng. K-means là một thuật toán học không giám sát. Nó nhóm các điểm dữ liệu thành các cụm. Trong hệ thống này, các cụm đại diện cho các hoạt động thể chất. Quá trình này bắt đầu bằng việc xác định số lượng cụm mong muốn. Sau đó, thuật toán lặp lại để tối ưu hóa vị trí của các cụm. Kết quả là các hoạt động được phân loại chính xác. Hệ thống học cách nhận diện các mẫu chuyển động đặc trưng.

3.1. Phát triển thuật toán phân loại K means cải tiến

Một thuật toán phân loại dựa trên k-means mới đã được phát triển. Thuật toán này được thiết kế để diễn giải các tín hiệu từ gia tốc kế 3 trục. Mục tiêu là chuyển đổi các tín hiệu này thành các cụm hoạt động được định nghĩa trước. K-means là một phương pháp học không giám sát. Nó tự động nhóm các điểm dữ liệu tương tự lại với nhau. Trong bối cảnh này, các cụm đại diện cho các loại hoạt động thể chất khác nhau. Thuật toán lặp lại để tối ưu hóa việc phân chia dữ liệu. Nó tìm ra các trung tâm cụm tối ưu. Kết quả là một hệ thống có khả năng phân loại hoạt động hiệu quả và chính xác. Đây là một đóng góp quan trọng cho lĩnh vực giám sát hoạt động.

3.2. Trích xuất đặc trưng và giảm nhiễu dữ liệu gia tốc

Trước khi áp dụng thuật toán phân loại, dữ liệu gia tốc phải trải qua quá trình tiền xử lý. Giảm nhiễu là một bước quan trọng. Nó giúp loại bỏ các tín hiệu không mong muốn và nhiễu. Sau đó, các đặc trưng quan trọng được trích xuất từ dữ liệu đã được làm sạch. Các đặc trưng này có thể bao gồm độ lớn tín hiệu, phương sai, tần số hoặc phổ năng lượng. Việc trích xuất đặc trưng giúp giảm chiều dữ liệu. Nó cũng làm nổi bật các yếu tố quan trọng của chuyển động. Các đặc trưng được sử dụng làm đầu vào cho thuật toán k-means. Quá trình này đảm bảo thuật toán hoạt động hiệu quả. Nó cũng cải thiện độ chính xác tổng thể của phân loại hoạt động.

3.3. Xác định các phân lớp hoạt động chi tiết hơn

Hệ thống không chỉ phân loại các hoạt động cơ bản. Nó còn đi sâu vào các phân lớp chi tiết hơn. Các tư thế nghỉ ngơi được phân biệt rõ ràng: nằm, ngồi và đứng. Đi bộ được chia thành các tốc độ: chậm, vừa phải và nhanh. Hệ thống cũng có thể nhận diện việc đi lên hoặc xuống cầu thang. Đối với hoạt động chạy, nó phân biệt giữa chạy bộ, chạy chậm, chạy vừa phải và chạy tốc độ tối đa. Việc phân loại chi tiết này cung cấp thông tin phong phú hơn về hành vi của người dùng. Nó giúp hiểu rõ hơn về mức độ và loại hoạt động. Điều này tăng cường giá trị và ứng dụng của hệ thống giám sát hoạt động.

IV.Đánh giá hiệu suất phân loại và ứng dụng thực tiễn

Hệ thống đã đạt được kết quả đáng khích lệ. Ba lớp hoạt động cơ bản được phân loại với độ chính xác 100%. Các lớp này bao gồm nghỉ ngơi, đi bộ, và chạy. Điều này cho thấy sự mạnh mẽ của thuật toán. Nó cũng khẳng định hiệu quả của việc trích xuất đặc trưng. Kết quả này là nền tảng vững chắc. Nó chứng minh khả năng hoạt động của hệ thống. Độ chính xác cao giúp xây dựng niềm tin vào công nghệ. Đối với các phân lớp hoạt động thấp hơn, kết quả cũng rất tốt. Tốc độ đi bộ và chạy được phân loại với 84% độ chính xác. Hệ thống còn phân biệt được các tư thế nghỉ ngơi khác nhau. Điều này bao gồm nằm, ngồi, đứng. Đi bộ thẳng và đi lên/xuống cầu thang cũng được phân biệt. Độ chính xác cho các tác vụ này đạt 90%. Điều này thể hiện khả năng chi tiết của hệ thống. Nó cung cấp thông tin phong phú về hành vi.

4.1. Kết quả phân loại chính xác các hoạt động cơ bản

Hệ thống đã đạt được những kết quả rất khả quan trong việc phân loại hoạt động. Tỷ lệ thành công là 100% đối với ba lớp hoạt động cơ bản. Các lớp này bao gồm nghỉ ngơi, đi bộ và chạy. Điều này chứng tỏ sự mạnh mẽ của thuật toán phân loại dựa trên k-means. Nó cũng cho thấy hiệu quả của quá trình trích xuất đặc trưng. Độ chính xác tuyệt đối này cung cấp một nền tảng vững chắc. Nó khẳng định khả năng hoạt động đáng tin cậy của hệ thống. Điều này giúp xây dựng niềm tin vào công nghệ giám sát hoạt động thể chất.

4.2. Hiệu quả nhận diện phân lớp hoạt động và tư thế

Ngoài các hoạt động cơ bản, hệ thống cũng thể hiện hiệu quả cao trong việc nhận diện các phân lớp hoạt động chi tiết hơn. Tỷ lệ thành công là 84% cho việc phân loại các tốc độ đi bộ và chạy khác nhau. Hệ thống cũng có khả năng phân biệt các tư thế nghỉ ngơi khác nhau. Điều này bao gồm nằm, ngồi và đứng, với độ chính xác lên đến 90%. Khả năng phân biệt giữa đi bộ thẳng và đi lên/xuống cầu thang cũng đạt độ chính xác 90%. Những kết quả này cho thấy hệ thống có thể cung cấp thông tin chi tiết và chính xác về các hành vi thể chất.

4.3. Chuyển đổi hoạt động thành chỉ số năng lượng MET

Hệ thống có tiềm năng lớn cho các ứng dụng theo dõi sức khỏe. Các hoạt động được chuyển đổi thành chỉ số MET (Metabolic Equivalent of a Task). Chỉ số MET giúp ước tính chi phí năng lượng liên quan đến hoạt động. Bằng cách tính toán mức tiêu thụ năng lượng theo thời gian. Hệ thống có thể dự đoán mức đường huyết. Điều này dựa trên lượng calo nạp vào và calo tiêu hao. Đây là một công cụ bổ sung hữu ích. Nó hỗ trợ quản lý bệnh tiểu đường hiệu quả hơn. Hệ thống cung cấp thông tin định lượng về hoạt động thể chất.

V.Tiềm năng ứng dụng theo dõi sức khỏe và quản lý bệnh

Tiềm năng mở rộng của hệ thống rất lớn. Đặc biệt trong việc tự giám sát cho người mắc bệnh tiểu đường mellitus. Hệ thống chuyển đổi hoạt động thành chỉ số MET. MET giúp dự đoán chi phí năng lượng. Việc tính toán tiêu thụ năng lượng theo thời gian. Điều này giúp ước tính mức đường huyết. Đây là một công cụ hỗ trợ quan trọng. Nó giúp bệnh nhân quản lý tình trạng của mình. Hệ thống thúc đẩy lối sống năng động và lành mạnh. Hệ thống phát hiện chuyển động không chỉ là một máy đếm bước. Nó là một công cụ bổ sung mạnh mẽ. Nó dự đoán mức đường huyết. Điều này dựa trên lượng năng lượng nạp vào và tiêu hao. Bằng cách cung cấp dữ liệu khách quan về hoạt động. Hệ thống giúp cá nhân hóa kế hoạch chăm sóc. Nó có thể giúp các chuyên gia y tế điều chỉnh điều trị. Điều này hỗ trợ việc ra quyết định lâm sàng. Mục tiêu là cải thiện kết quả sức khỏe lâu dài.

5.1. Giám sát hoạt động cho bệnh nhân tiểu đường mellitus

Hệ thống này có tiềm năng lớn trong việc hỗ trợ bệnh nhân tiểu đường mellitus. Nó cho phép tự giám sát hoạt động thể chất. Các hoạt động được chuyển đổi thành chỉ số MET. Chỉ số MET giúp ước tính chi phí năng lượng. Bằng cách tính toán lượng năng lượng tiêu thụ trong một khoảng thời gian. Hệ thống có thể hỗ trợ dự đoán mức đường huyết. Điều này dựa trên mối quan hệ giữa lượng calo nạp vào và năng lượng tiêu hao. Đây là một công cụ bổ sung có giá trị. Nó giúp người bệnh quản lý tình trạng sức khỏe của mình. Hệ thống thúc đẩy việc duy trì một lối sống năng động và lành mạnh.

5.2. Công cụ bổ trợ dự đoán mức đường huyết và năng lượng

Hệ thống phát hiện chuyển động này vượt xa một thiết bị đếm bước đơn thuần. Nó hoạt động như một công cụ bổ sung mạnh mẽ. Nó giúp dự đoán mức đường huyết. Điều này dựa trên việc phân tích mối tương quan giữa năng lượng nạp vào và năng lượng tiêu hao. Bằng cách cung cấp dữ liệu khách quan và chi tiết về các hoạt động thể chất. Hệ thống giúp cá nhân hóa các kế hoạch chăm sóc sức khỏe. Nó có thể hỗ trợ các chuyên gia y tế trong việc điều chỉnh phác đồ điều trị. Điều này hỗ trợ quá trình ra quyết định lâm sàng. Mục tiêu cuối cùng là cải thiện kết quả sức khỏe lâu dài cho người dùng.

5.3. Mở rộng phạm vi hoạt động và thử nghiệm trong đời sống

Hệ thống này có tiềm năng mở rộng đáng kể trong tương lai. Các nghiên cứu tiếp theo có thể tập trung vào việc tăng phạm vi hoạt động được nhận diện. Điều này bao gồm các hoạt động phức tạp hơn như leo núi, đạp xe hoặc các bài tập thể dục cụ thể. Cần tiến hành các thử nghiệm hiệu suất trong môi trường đời sống thực. Điều này sẽ đánh giá độ tin cậy và hiệu quả của hệ thống trong điều kiện tự nhiên. Việc cải thiện thuật toán liên tục là cần thiết. Điều này nhằm tối ưu hóa hiệu suất và độ chính xác của hệ thống. Mục tiêu là cung cấp một giải pháp giám sát hoạt động toàn diện hơn.

Xem trước tài liệu
Tải đầy đủ để xem toàn bộ nội dung
Luận án tiến sĩ the development of a classification system for moniitoring physical activity using a miniaturized 3 axis accelerometer

Tải xuống file đầy đủ để xem toàn bộ nội dung

Tải đầy đủ (81 trang)

Trích đoạn nội dung luận án

Tải xuống để đọc toàn bộ

MASTER THESIS The development of a classification system for monitoring physical activity using a miniaturized 3-axis accelerometer Hanh Ngoc Dang This work has been carried out at Institute of Micro and Nano Systems Technology, under the supervision of Dr. Johannessen, Vestfold University College Prof. Lars Hoff, Vestfold University College Dr. Nourddine Bouhmala, Vestfold University College Dr.

Erik Årsand, Norwegian Center for Telemedicine Horten, 25 May 2012 Submitted to the Faculty of Technology and Maritime Science, Vestfold University College, in partial fulfilment of the requirements for the degree Master of Microsystem Technology. Abstract A miniaturized ambulatory motion detection system that aims to record the different levels of activity from a person has been developed. The aim of this study was to construct a novel k-means based classification algorithm that was able to interpret signals generated from a standard 3-axis silicon accelerometer and to translate these signals into a recognizable cluster of pre-defined activities. The system has focused on identifying three basic classes of activities based on resting, walking and running.

These have been extended to lower level sub-classes such as different postures of resting (lying, sitting and standing), different pace of walking (slow, moderate, fast, up and down stairs) and running (jogging, slow, moderate and full speed). The developed system have given encouraging results with a 100% success rate of classification of the three basic classes of activities, and a 84% success rate for the lower level of different pace of walking and running. It also showed that different postures of resting as well as walking forward and walking up and down stairs can be distinguished with an accuracy of 90%. The potential extension towards self monitoring systems for people suffering from diabetes mellitus has been considered by converting the activities into metabolic equivalents that will help predict the associated energy expenditure.

By calculating the energy consumption over a given time interval, the motion detection system could be used as a supplementary tool that help predicts the glucose level as a function of energy intake and energy spent. Preface This multidisciplinary project is related to the scientific fields of microsystem technology, telemedical systems, digital signal processing and data mining, and I were happy to receive support from my supervisors from these different departments. I would like to thank my supervisors, Erik Johannessen, Lars Hoff, and Nourddine Bouhmala for your support, advices and inspiration. Further I would also like thank Eirik Årsand at the Norwegian Centre for Telemedicine, for valuable input on the potential application side.

I did also appreciate the support of the five people who participated in the experiment of collecting data for our project. I want to say thank you to all of them. Finally I also have to thank my family and my boyfriend for being with me through all this tough time. Abbreviations a acceleration ANN artificial neural networks ASK Amplitude-shift keying AR autoregressive BG blood glucose BMR Basal metabolic rate corr cross-axis correlation d Euclidean distance DMP digital motion processor E spectral energy EE Energy expenditure FFT Fast Fourier Transform FSK Frequency-Shift Keying GFSK Gaussian Frequency-Shift Keying GPS Global Positioning System I2C Inter-Integrated Circuit IMA Integral of the Modulus of body Acceleration KNN k-nearest neighbour LE low energy LHS left hand side m mass MEMS micro-electromechanical systems MET Metabolic equivalent of a task MSK Minimum-shift keying MRMR Minimum Redundancy Maximum Relevance NI National Instruments OOK On/Off Keying p probability PA physical activity PC personal computer QFN Quad-flat no-leads RF radio frequency rms root mean square RMR resting metabolic rate s standard deviation SPI synchronous peripheral interface SMA signal-magnitude area SNR signal-to-noise ratio SSE error Sum of Square SVM support vector machines SVs support vectors TA, θ tilt angle USCI universal serial communication interface v velocity W work Contents Abstract.1 Sensors – 3‐axis CMA 3000‐D01 .2 Microcontroller ‐ CC430F6137IRGC .3 Wireless Communication ‐ CC1101 sub‐1‐GHz .5 Computer and Software.

Materials and Methods .2 Enhanced K‐means clustering .4 Estimation of Energy Consumption .3 Noise reduction results .4 Features extraction results .2 Classification of motion .1 Trial system‐ classify 3 classes of activities .2 Trial system 2‐classify different pace of walking and running.3 Trial system 3‐classify different postures of resting .4 Trial system 4 ‐distinguish walk up/down stairs from walk straight forward.3 Estimated Energy Consumption.1 Results versus Objectives.2 Limitation of the device .3 Limitations of the system.4 Limitation of the MET model .5 Comparison to prior art/literature.1 Extend the range of activities .2 Free‐living performance test.4 Improve the algorithm .5 Packaging and assembly .6 Implementation into an electronic diabetes diary .1 Load waveform signals into Matlab.6 Trial System 2, 3 and 4 .7 Assessment of energy expenditure. Introduction Motivation: Lifestyle related chronical diseases have in part been related to the lack of physical activity from which our bodies were originally designed to endure. The combination with unhealthy diets is further corroborating to the global burden of disease, death and disability. Combating lifestyle related diseases have been based on both diet and exercise, in which the latter have focused on step counters, pedometers and heart rate sensors as a tool of self-monitoring.

However, the technology holds the potential for future integration together with other sensor technologies as part of a therapeutic regime. MEMS and BioMEMS have a prerogative for miniaturisation and automation to such an extent that it can be integrated in wearable devices based on watches and ultimately miniaturised implantable sensor systems. A target user group is the growing number of people suffering from diabetes mellitus in which physical activity is paramount of maintaining a healthy glycaemic control that reduce long term detrimental effects, as well as preventing the onset of the disease in people diagnosed with prediabetes and impaired glucose tolerance. Diabetes is a metabolic disorder that results in abnormally elevated or suppressed blood glucose (BG) values due to the inability or reduced ability of the body to metabolize glucose.

Diabetes is classified into Type 1 which is affecting 5-10% of the diabetic population as well as 1 in 500 children under the age of 18 [1]. The autoimmune destruction of the β-cell of the pancreas [2], result in insulin not being produced. This type of diabetes require frequent daily monitoring of the BG level as well as daily injections of insulin. Type 2 is the most common type of diabetes which affects around 90- 95% of the diabetic population.

This type is characterized by insulin production still being sustained, but where the hormone has either lost its ability to regulate BG or that its production has become too low. Quite often are both conditions present at the same time [3]. The development of the Type 2 condition is governed by genetic factors, ethics, overweight, decreased physical activity, an aging population and diet [4]. Therapeutic regimes that treats diabetes aims to maintain a constant level of BG that targets the level in healthy subjects of approximately 90 mg/dl (5 mM).

This is achieved by taking frequent measurements with an external blood glucose monitor that samples a drop of blood from the fingertip. Insulin is used to reduce an elevated level of BG (hyperglycemia) which is a result of nutritional intake, whereas extra sugar (nutritional) intake is used to raise the BG if the level is found to be too low (hypoglycaemia). However, in order to avoid the occurrence of hyper- and hypoglycaemic events, a functional therapeutic regime would need to predict a potential rise or fall in BG before it actually occurs. Hypothesis: Although diet plays an important role in maintaining stable levels of BG, physical activity has the added benefit of preventing an unwanted rise in BG by burning off excess glucose available in the blood stream.

By monitoring physical activity one can seek to estimate the energy consumption per unit mass at a given time. This instant energy consumption can be integrated over a desired time interval that relates the consumption with the energy intake. This represents a powerful tool that may enable a prediction of the current BG value as well as illustrating potential trends of this BG value is rising or falling if the current level of activity is maintained. 6 Problem: Single 1-axis step counters will only provide static information of an estimated distance and are unable to distinguish if you have been running, walking or cycling this distance.

More sophisticated motion detectors that are able to distinguish between different classes of activities in real time would provide a much more comprehensive picture of the activity which can be related to a given energy consumption. The therapeutic effect of the motion detector will only be effective if this device can be integrated with a system that also monitors the nutritional intake and performs direct measurements of the BG as control. Hence the motion detector should be ultra compact and portable in nature in order to enable this integration. Current standard MEMS based motion sensors from the silicon microfabrication industry have size constraints in the mm regime and could be potential low cost candidates for such a device.

Aim: The aim of this project is to investigate if motion data from a standard 3-axis accelerometer may form the basis for a simple classification algorithm that is able to distinguish between a number of preset classes of activities such as standing, walking and running, and thereby extending the range of activities compared to that achieved in prior art. After performing the initial classification, the algorithm will attempt grading these activities from e. slow, normal and brisk walk/run, and walking up/down stairs and different postures of resting. The different classes of activity will be related to a preset value of energy consumption per unit weight.

By adding the body weight of the person, the total work (energy consumption) related to a series of activities within a given time frame will be presented as the final output. The project will seek to (i) integrate the components of the application protocol into a suitable package, and (ii) translate the data from the accelerometer using an algorithm. Re- calibrations to prevent sensor-drift induced errors will be performed before using the device. The project builds on existing activities in biomedical microsystems at Vestfold University College (HVE) and in physical activity monitoring for people with diabetes at Norwegian Centre for Telemedicine (NST).1 Motion detectors This project will target a miniaturised motion detector suitable for integration with related sensor applications such as blood glucose monitoring and dietary intake as support of a therapeutic regime.

The evolution of motion detectors is reviewed from the basic mechanical pedometer to the electronic accelerometer. The final prototype; front view and side view [5]. 7 Single axis motion sensors: Pedometers were originally designed on 1-axis motion sensors that both minimized the power consumption and the microcontroller based programming efforts that was implemented in step counters [5, 6] or pedometers [7, 8]. These are on-body sensing devices that typically measure the number of “steps” an individual takes in a continuous manner.

Those devices are usually attached to the belt on the hip [5, 6] and have a built-in LCD panel that displays the number of steps taken, or are included in MP3 players or mobile phones that can estimate the distance walked and as well as a crude approximation of the energy expenditure. For example, prior art (see Fig 1) designed by the Norwegian Centre for Telemedicine (NST) were based on a 1-axis step counter featuring an integrated microcontroller harvesting data, a Bluetooth adapter for wireless data transfer and a battery capable of delivering the peak power demand of 40 mA, all packaged into an enclosure measuring 6x4x1 cm3 [5, 6]. Although these devices are small and inexpensive and have been widely used in healthcare research and clinical experiments, they have their own limitations. They can only record a limited set of activities (i.

distinguishing walking from resting). Most pedometers estimate the energy expenditure by multiplying the number of steps with an energy coefficient. Therefore these devices will not be able to estimate the user’s energy expenditure from a wide range of different activities.

Nội dung được bảo vệ bản quyền — Tải xuống đầy đủ

Câu hỏi thường gặp

Luận án "Hệ thống phân loại hoạt động thể chất dùng gia tốc kế 3 trục" nghiên cứu về vấn đề gì?

Luận án phát triển hệ thống phân loại để theo dõi hoạt động thể chất. Sử dụng gia tốc kế 3 trục thu nhỏ, giúp phân tích chính xác các dạng vận động.

Luận án "Hệ thống phân loại hoạt động thể chất dùng gia tốc kế 3 trục" được bảo vệ tại trường nào?

Luận án này được bảo vệ tại Vestfold University College. Năm bảo vệ: 2012.

Luận án "Hệ thống phân loại hoạt động thể chất dùng gia tốc kế 3 trục" thuộc chuyên ngành gì?

Luận án "Hệ thống phân loại hoạt động thể chất dùng gia tốc kế 3 trục" thuộc chuyên ngành Microsystem Technology. Danh mục: Kỹ Thuật Y Học.

Luận án "Hệ thống phân loại hoạt động thể chất dùng gia tốc kế 3 trục" có bao nhiêu trang?

Luận án "Hệ thống phân loại hoạt động thể chất dùng gia tốc kế 3 trục" có 81 trang. Bạn có thể xem trước một phần tài liệu ngay trên trang web trước khi tải về.

Cách tải luận án "Hệ thống phân loại hoạt động thể chất dùng gia tốc kế 3 trục" về máy như thế nào?

Để tải luận án về máy, bạn nhấn nút "Tải xuống ngay" trên trang này, sau đó hoàn tất thanh toán phí lưu trữ. File sẽ được tải xuống ngay sau khi thanh toán thành công. Hỗ trợ qua Zalo: 0559 297 239.

Luận án liên quan

Chia sẻ tài liệu: Facebook Twitter