Luận án Cải tiến hệ thống định vị quán tính nhằm nâng cao độ chính xác ước lượng thông số bước đi trong chăm sóc sức khỏe

Tên luận án:

CẢI TIẾN HỆ THỐNG ĐỊNH VỊ QUÁN TÍNH NHẰM NÂNG CAO ĐỘ CHÍNH XÁC ƯỚC LƯỢNG THÔNG SỐ BƯỚC ĐI TRONG CHĂM SÓC SỨC KHỎE

Ngành:

Kỹ thuật điều khiển và tự động hóa

Tóm tắt nội dung tài liệu:

Luận án này tập trung vào việc "Cải tiến hệ thống định vị quán tính nhằm nâng cao độ chính xác ước lượng thông số bước đi trong chăm sóc sức khỏe". Thông số bước đi (TSBĐ) của con người đóng vai trò thiết yếu trong chẩn đoán bệnh tật, đánh giá tình trạng sức khỏe và theo dõi quá trình phục hồi chức năng, đặc biệt là các bệnh liên quan đến hệ thần kinh, cơ xương và tim mạch. Nhận thấy các hệ thống đo TSBĐ thương mại hiện có thường có giá thành cao và bị giới hạn phạm vi làm việc, đề tài hướng tới xây dựng những hệ thống ước lượng TSBĐ có chi phí thấp, linh hoạt và không bị giới hạn phạm vi, sử dụng cảm biến quán tính (IMU).

Cảm biến IMU, bao gồm gia tốc kế 3D và con quay hồi chuyển 3D, được sử dụng để ước lượng hướng, vận tốc và vị trí chuyển động thông qua thuật toán định vị quán tính (INA). Tuy nhiên, một nhược điểm cố hữu của hệ thống định vị quán tính (INS) là sự tích lũy sai số do tích phân các tín hiệu nhiễu. Do đó, mục tiêu nghiên cứu là xây dựng các hệ thống tự động ước lượng TSBĐ cho người dùng, tập trung vào việc cải tiến hệ thống INS nhằm nâng cao độ chính xác.

Phạm vi nghiên cứu bao gồm việc phát triển phần cứng và thuật toán để ước lượng các TSBĐ cơ bản như tốc độ bước, độ dài bước/sải chân, thời gian bước và tần số bước, mà không đi sâu vào chẩn đoán hay đánh giá tình trạng sức khỏe. Phương pháp nghiên cứu kết hợp lý thuyết và thực nghiệm, từ tổng quan đến chi tiết, đồng thời kế thừa các công bố khoa học hiện có.

Về mặt khoa học, luận án đóng góp vào việc phát triển các hệ thống ước lượng TSBĐ dựa trên hệ thống INS sử dụng bộ lọc Kalman (KF), cải thiện độ chính xác trong ước lượng chuyển động và cung cấp thông tin khách quan cho bác sĩ. Về mặt thực tiễn, kết quả nghiên cứu giúp làm chủ công nghệ định vị quán tính, mở đường cho việc triển khai rộng rãi và chế tạo thiết bị ước lượng TSBĐ tại Việt Nam.

Luận án đã đề xuất và triển khai một hệ thống mới để ước lượng tham số bước đi sử dụng cảm biến IMU đặt trên bàn chân và khung tập đi, với độ chính xác cao đáp ứng yêu cầu chăm sóc sức khỏe. Các đóng góp cụ thể bao gồm đề xuất hệ thống phần cứng, mô hình bộ lọc Kalman có tích hợp thông tin từ cảm biến khoảng cách (CBKC) và encoder, cùng các thuật toán phát hiện và phân loại chuyển động của khung tập đi. Luận án được bố cục thành 4 chương, trong đó Chương 3 và Chương 4 trình bày chi tiết các đóng góp chính về hệ thống INS đặt trên bàn chân và trên khung tập đi.

Mục lục chi tiết:

• Chương 1: Nghiên cứu tổng quan việc ước lượng TSBĐ trong chăm sóc sức khoẻ
• Chương 2: Nghiên cứu triển khai thuật toán hệ thống INS
• Chương 3: Nghiên cứu xây dựng hệ thống INS đặt trên bàn chân
• Chương 4: Nghiên cứu xây dựng hệ thống INS đặt trên khung tập đi