21/11/2013

1

Driedimensionale Arthrokinematische Mobilisatie

Cursus Klinische Video/Foto-AnalyseAvond 5: Beeldfrequentie en Aliasing.

Bewegingsfrequenties.Bewegingssnelheid.

Filteren.

Chris RiezebosAad Lagerbergwww.damcursus.nl

CyclischeCyclische bewegingbeweging

GaanLopenTraplopenHuppenKruipenFietsenZwemmenRoeienKlappen (handen)Trommelen (v ingers)Arbeids-gerelateerde bewegingenLichaams-oefeningen (FT)................

FrequentieFrequentien/s = Hertz (Hz)n/s = Hertz (Hz)

Van analoog naar digitaal: ADVan analoog naar digitaal: AD--ConversieConversie

Bemonsteren van het signaal: SamplingBemonsteren van het signaal: Sampling

ADAD--conv ersie: samplingconv ersie: sampling

Sampling theorema van Nyquist(Shannon, Whittaker, Kotelnikov):Sample frequentie: minimaal 2 Fmax

bij voorkeur: 5 Fmax

Sample frequentie en Aliasing

Stel: 0.1 sec

Bewegingscyclus

2 cycli

1 sec

20 Hz

Stel 1 sec

1 cyclus = 1 Hz

Sample freq.: 5 Hz

21/11/2013

2

1 sec 20Hz

Stel: 20 in 1 sec.

Bewegingscyclus

Samplefrequentie: 8 Hz

ALIASING: 1 CYCLUS WAARGENOM EN, TERWIJL ER 20 HEBBEN PLAATSGEVONDEN.

1 sec 20Hz Samplefrequentie: 11 Hz

ALIASING: GEEN BEWEGING WAARGENOMEN, TERWIJL ER 20 ZWAAICYCLI HEBBEN PLAATSGEVONDEN.

WEL 20 ZWAAIBEWEGINGEN WAARGENOMEN, MAAR NIET ALLEMAAL EVEN GROOT.

21/11/2013

3

21/11/2013

4

Interpretatie van het brein:draaien over de kleinste hoek

Bandomtrek: ca. 1750 mm = 1.75 m100 km / uur = 28 m/sec

f = 28 / 1.75 = ca. 16 Hz

frame rate: 5 x 16 = 80 fps

Benodigde samplefreq. autowiel:

Cyclische frequentiesen

bewegingssnelheid

50 frms/s

55 frms

schrededuur: 55/50 x 1 = 1.1 s

schredefreq: 1 / 1.1 = 0.9 Hz

1 schrede = 1 gangcyclusBiped.fase: 7 frms J Physiol. 1986 April; 373: 235–242. The determinants of the step frequency in walking in humans. G A Cavagna and P Franzetti

ca. 4 – 7 km / uur :80 – 160 steps/min

Stel: 120 steps / min

= 1 schrede / sec.

= 60 schreden / min

Biped. fase: ca. 10% v.d. schredetijd = = 0.1 sec.

Stel 25 fps, dan in 0.1 sec: 2.5 frames

Voor bepaling 1 versnellings-waarde minstens 5 frames nodig

= 0.75 – 2.7 Hz

21/11/2013

5

J Physiol. 1991 June; 437: 95–108. The two power limits conditioning step frequency in human running. G A Cavagna, P A Willems, P Franzetti, and C Detrembleur

14 – 21 km / uur: 3-4 steps/sec

= 3- 4 Hz

Zelfs bij relatief hogesnelheden (b.v. 21

km/uurrelatief lage

frequenties (3-4 Hz)t.o.v. frame rate (b.v.

25 Hz).

Maar voor sommigefasen in de cyclus welheel weinig informatie.

Trapfrequenties

Trapfreq 135 rpm = 2.25 / sec = 2.25 Hz = 8100/sec

Bij 25 frms/sec: 810/25 = ca. 32.40/frame

Top dead center (TDC)

Bottom dead center(BDC)

ca. 6 frms

227 rpm =

227 / 60 =

3.8 Hz

3.8 360 =

13620 / sec

Bij 25 frms/sec:

1362 / 25=

550 / frameVolledige omwenteling: 360 / 55 = 6.6 frames

Maximal frequency, amplitude, kinetic energyand elbow joint stiffness in cyclic movementsJERZY ZAWADZKI*, ADAM SIEMIEŃSK IActa of Bioengineering and BiomechanicsVol. 12, No. 2, 2010

ca. 5o ca. 70o

Flexie-extensieelleboog.

Horizontale vlak.

Onbelast.

.....the value of maximal movement frequency fmax whose mean value was 8.42 Hz.....

(fmax = berekende waarde bij een hoekuitslag in de elleboog v an 0o).

fmax = ca. 8 Hz

Amplitudo: ca. 5o – 70o.

The subjects were asked to perform an alternating finger movement starting from a slow alternating extension-flexion movement executed with the extended forefinger, and then to execute this movement at successively faster rates until the fastest possible perfor-mance was reached.The second instruction was to keep the amplitude of the movement as large as possible. Fig. 1 shows a typical amplitude-frequency relationship obtained from a normal subject. The full amplitude can only be maintained up to a rate of 2 Hz and then declines on to the highest frequency, at around 8 Hz.

H.J.Freund, U. Biittner. B. Cohen and J. NothProgress in Bruin Research, Vol. 64.1986 Elsevier Science Publishers B.V. Introduction: Time control of hand movements

Amplitude 8 Hz

Flexie-extensiewijsvinger.

21/11/2013

6

1 mph = 1.609344 km/u

ca. 140 km/u

ca. 130 km/u

ca. 130 km/u

ca. 120 km/u

ca. 110 km/u

= ca. 38 m/s

Bij 25 frms/sec38 / 25 = 1.5 m verplaatsingper frame(bij loslaten). Andy

RoddickRoger Federer

249.4 km/u = ca. 70 m/s

In In welkewelke situatiesituatie wordtwordt de de hoogstehoogsteplantairflexieplantairflexie--snelheidsnelheid bereiktbereikt??In In welkewelke situatiesituatie wordtwordt de de hoogstehoogsteplantairflexieplantairflexie--snelheidsnelheid bereiktbereikt??

101.2 o 110.3o 126.6o 164.1 o

227.5 o/s 407.5o/s

100.6o 110.6 o 131.5 o 157.5o

250 o/ s 520o/ s 650o/ s

Hoeksnelheid / s = o(Hoek frame n+1 - Hoek frame n) x 25

937.5 o/s

Filteren:LowLow--pass filter:pass filter:vlakt de variaties in het signaal af (smoothing).

Lage freq. worden gemakkelijk doorgelaten.

HighHigh--pass filter:pass filter:accentueert de variaties in het signaal.

Hoge freq. worden gemakkelijk doorgelaten.

21/11/2013

7

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0 2 4 6 8 10 12

1150 2822 39 4446 53 5990 74 5085 61 47

7 33 396 7 307 19

44

GetalGetal

3 3 pntspntsMovMov..Av.Av.

5 5 pntspntsMovMov..Av.Av.

Gmav =Gi-1 + Gi + Gi+1

3

Low pass filterAfv lak filter

1150 2822 39 4446 53 5990 74 5085 61 47

7 33 396 7 307 19

44

GetalGetal

3 3 pntspntsMovMov..Av.Av.

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0 2 4 6 8 10 12

5 5 pntspntsMovMov..Av.Av.

Low pass filterAfv lak filter

Gmav =Gi-1 + Gi + Gi+1

3

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0 2 4 6 8 10 12

1150 2822 39 4446 53 5990 74 5085 61 47

7 33 396 7 307 19

44

GetalGetal

3 3 pntspntsMovMov..Av.Av.

5 5 pntspntsMovMov..Av.Av.

Gmav =Gi-2 + G i-1 + Gi + Gi+1 + Gi+2

5

Moving average gaat gepaard met eenverlies aan datapunten!

Low pass filterAfv lak filter

kin_converter.exe

1 x 5 pnts

5 x 5 pnts1 x 33 pnts

ruw Polynoom-fit