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基于IMU的步态分析方法训练与测试数据库 (IMU-GAIT)

2026年8月18日 更新者：Bart Jansen、Vrije Universiteit Brussel

基于IMU步态分析方法的训练与测试数据库

本研究旨在通过同步采集惯性测量单元（IMU）数据和使用Vicon运动捕捉系统验证的基准检测，建立一个高质量、同步的步态事件（GE）数据集。 主要目标是通过确保准确性和透明度的严格方案，解决当前GE检测中存在的局限性——如泛化能力差、数据多样性有限以及缺乏精确同步等问题。 实验分为三个阶段。 首先，将使用补充模态（测力台和视频记录）验证和优化Vicon导出的GE。 接下来，将开发和评估直接从IMU数据检测GE的深度学习（DL）算法，并以Vicon注释作为基准真值。 最后，将分析GE时序差异对时空步态参数（SGP）的影响，以评估仅使用IMU系统进行可靠步态分析的可行性。

通过实现这些目标，本研究旨在提高从可穿戴传感器检测GE的准确性，并实现在实验室环境外进行更易访问、可扩展和可靠的步态分析。

研究概览

地位

招聘中

条件

详细说明

本项目研究利用可穿戴惯性测量单元（IMU）开发精准可靠的步态事件检测方法，并通过金标准运动捕捉系统（Vicon）进行验证。 步态分析在理解人类运动机制中具有核心地位，并在康复医学、神经学、骨科和跌倒风险评估等领域具有重要临床应用价值。 然而，当前基于IMU的方法存在同步性问题、数据集规模小或同质化、以及地面真实验证不足等局限性。 本研究通过系统采集和验证健康受试者的步态数据来解决这些缺陷。 数据采集将在布鲁博蒂克康复研究中心（BRRC）运动分析实验室进行。 受试者将在标准化10米走道上以不同速度（慢速、自选速度和快速）完成步行试验。 将在解剖标记点放置反光标记，并通过骶骨安装的IMU采集惯性信号。 步态事件将通过Vicon系统同步记录，并辅以视频和测力台数据进行验证。 本研究分为三个阶段： 第一阶段利用辅助模态验证并优化Vicon检测的步态事件； 第二阶段开发并评估基于IMU检测的深度学习算法，包括探索自监督学习方法； 第三阶段研究步态事件时序差异对时空步态参数（如步长时间、步频、不对称性）的影响，旨在确立纯IMU系统是否能作为运动捕捉的可靠替代方案。 最终，本项目将提供一个鲁棒的数据集和算法框架，以提升基于IMU的步态事件检测的精度与普适性。

研究类型

观察性的

注册 (估计的)

150

联系人和位置

本节提供了进行研究的人员的详细联系信息，以及有关进行该研究的地点的信息。

学习联系方式

  • 姓名：Redona Brahimetaj, Doctor of Engineering Sciences
  • 电话号码：0032465597448
  • 邮箱：redona.brahimetaj@vub.be

学习地点

  • 比利时
    • Belgium
      • Brussels、Belgium、比利时、1050
        • 招聘中
        • Faculty of Enginnering, ETRO department
        • 接触：

参与标准

研究人员寻找符合特定描述的人，称为资格标准。这些标准的一些例子是一个人的一般健康状况或先前的治疗。

资格标准

适合学习的年龄

  • 成人
  • 年长者

接受健康志愿者

是的

取样方法

非概率样本

研究人群

健康成年人，年龄18-65岁

描述

纳入标准：

  • 健康受试者，无影响行走模式的运动障碍。
  • 过去6个月内无下肢疼痛史。
  • 过去6个月内无下肢损伤/手术史。
  • 语言：荷兰语和/或英语和/或法语使用者。
  • 年龄18-65岁
  • 受试者必须能够理解说明并回答问题。此外，他们应能够：示意疼痛、恐惧、不适；提供知情同意。

排除标准：

  • 患有可能妨碍研究的合并症者（例如：不稳定的心血管系统疾病、肺部疾病、严重骨质疏松症）。
  • 有金属植入物或皮肤状况导致传感器或标记点放置困难的个体。

学习计划

本节提供研究计划的详细信息，包括研究的设计方式和研究的衡量标准。

研究是如何设计的？

设计细节

队列和干预

团体/队列
健康受试者
年龄18-65岁

研究衡量的是什么？

主要结果指标

结果测量
措施说明
大体时间
脚跟触地时序误差：测力台与Vicon系统的对比
大体时间：4年

通过同步测力台检测到的足跟触地（参考标准）与Vicon运动捕捉系统检测到的足跟触地之间的绝对时间差。 测力台足跟触地定义为出现垂直地面反作用力的第一帧。

Vicon足跟触地是根据实验室标准流程标记为“足跟触地”的运动学事件。 每步计算误差，随后汇总为受试者的总体平均值±标准差。 数值越低表明一致性越好。

计量单位：毫秒（ms）
4年
足尖离地时序误差：测力台与Vicon系统的对比
大体时间：4年

力板测得的脚离地与Vicon系统检测到的脚离地之间的绝对时间差。 误差按每一步计算，在参与者内部取平均值，然后以总体均值±标准差的形式进行汇总。 数值越低表明一致性越好。

计量单位：毫秒（ms）
4年
事件一致率（%）：Vicon与视频对比 - 足跟触地
大体时间：4年

Vicon与逐帧视频标注指示在毫秒容差窗口内相同足跟着地事件的百分比（将探讨多个容差窗口）。 一致性按每位参与者计算，并汇总为参与者间的均值 ± 标准差。 数值越高表明一致性越好。

测量单位：百分比 (%)
4年
事件一致性（%）：Vicon 与视频分析 - 脚尖离地
大体时间：4年

Vicon与视频标注在容差窗口内（将评估多个容差窗口）匹配的足尖离地事件百分比。 按每位参与者计算；汇总为每位参与者的平均值±标准差。 数值越高表明一致性越好。

测量单位：百分比（%）
4年

次要结果测量

结果测量
措施说明
大体时间
IMU 脚跟着地检测精确度
大体时间：4年

基于IMU的深度学习模型相对于Vicon地面真实值正确分类的足跟着地事件比例（正确分类数/总事件数），按每位参与者计算并汇总为参与者间的平均值±标准差。

参考标准与容差：Vicon事件标签；当IMU与Vicon事件落在同一检测帧或我们将评估的容差窗口内时，记为匹配事件。

计量单位：百分比（%）
4年
步长时间准确性
大体时间：4年

描述：基于IMU和基于Vicon步态事件检测得出的步长时间之间的绝对差异。 步长时间定义为对侧脚连续脚跟触地之间的时间间隔。

计量单位：毫秒（ms）
4年
IMU 脚趾离地检测精度
大体时间：4年

基于IMU的深度学习模型相对于Vicon地面实况正确分类的脚离地事件比例（正确分类数/总事件数），按每位参与者计算，并汇总为参与者间的平均值±标准差。

参考标准与容差：Vicon事件标签；当IMU与Vicon事件落在同一检测帧或我们评估的容差窗口内时，记为匹配事件。

计量单位：百分比（%）
4年
IMU 足跟着地敏感度（召回率）
大体时间：四

真阳性数 / (真阳性数 + 假阴性数) 用于足跟着地检测与Vicon系统的对比，按每位参与者分别计算；汇总为平均值 ± 标准差。数值越高越好。

测量单位：百分比 (%)

参考标准与容差：Vicon标记数据；需在分析容差窗口内匹配
四
IMU 足跟着地特异性
大体时间：4年

真阴性数 / (真阴性数 + 假阳性数) 用于足跟着地检测与Vicon系统的对比，按每位参与者计算；汇总为平均值±标准差。数值越高越好。

参考标准与容差：Vicon标记；需在分析的容差窗口内匹配

测量单位：百分比 (%)
4年
IMU 脚离地灵敏度（召回）
大体时间：4年

足尖离地检测相对于Vicon的真阳性率（TP / (TP + FN)），按每位参与者计算；汇总为平均值±标准差。
数值越高越好。

参考标准与容差：Vicon标记系统；需在容差窗口内匹配方可进行分析

测量单位：百分比（%）

时间范围：4年
4年
IMU 脚趾离地特异性
大体时间：4年

脚离地检测与Vicon相比的TN / (TN + FP)，按每位参与者计算；汇总为平均值 ± 标准差。数值越高越好。

参考与容差：Vicon标签；需在分析容差窗口内匹配

测量单位：百分比 (%) 时间范围：4年
4年
节奏准确性
大体时间：4年

描述：IMU衍生与Vicon衍生测量之间的步频绝对差值。 步频定义为每分钟步数。

计量单位：步/分钟 (steps/min)
4年
步长准确度
大体时间：4年

描述：IMU测量值与Vicon测量值之间的步长绝对差异。 步长定义为对侧脚跟着地之间的距离。

测量单位：米（毫米）
4年
步长时间不对称精度
大体时间：4年

描述：IMU导出数据与Vicon导出数据在步态时间不对称指数上的绝对差异。 不对称指数通过左右步态时间的相对差异计算得出。

测量单位：百分比（%）
4年
步态周期时间精度
大体时间：4年

描述：IMU 数据与 Vicon 数据之间步态时间的绝对差异。 步态时间定义为同一只脚脚跟触地之间的时间间隔。

测量单位：毫秒（ms）
4年
步长精度
大体时间：4年

描述：IMU（惯性测量单元）测量值与Vicon系统测量值之间步幅长度的绝对差异。 步幅长度定义为同一只脚连续脚跟触地点之间的距离。

计量单位：米（毫米）
4年
站姿时间精度
大体时间：四年

描述：基于IMU数据与Vicon数据得出的站立时间绝对差值。 站立时间定义为同一只脚从脚跟触地到脚尖离地的时间。

计量单位：毫秒（ms）
四年
双支撑时间精度
大体时间：4年

描述：IMU导出与Vicon导出的测量值在双支撑时间上的绝对差异。 双支撑时间指双脚同时与地面接触的持续时间。

计量单位：毫秒（ms）
4年

其他结果措施

结果测量
措施说明
大体时间
体重
大体时间：4年

体重将使用经过校准的电子秤进行测量，参与者需穿着轻薄衣物且不穿鞋。 体重将在基线和预定随访时各记录一次。 结果将以参与者平均值±标准差的形式进行汇总。

计量单位：千克（kg）
4年
身高
大体时间：4年

站立身高将使用壁挂式身高计进行测量，参与者需直立站立，不穿鞋，脚跟并拢。 结果将以参与者间的平均值±标准差进行汇总。

计量单位：米（毫米）
4年
体重指数（BMI）
大体时间：4年

BMI将计算为体重（kg）除以身高的平方（m²）。 这提供了一个经身高调整的相对体重的标准化衡量指标。 结果将以参与者平均值±标准差的形式进行汇总。

计量单位：千克每平方米（kg/m²）
4年

合作者和调查者

在这里您可以找到参与这项研究的人员和组织。

赞助

Vrije Universiteit Brussel

研究记录日期

这些日期跟踪向 ClinicalTrials.gov 提交研究记录和摘要结果的进度。研究记录和报告的结果由国家医学图书馆 (NLM) 审查，以确保它们在发布到公共网站之前符合特定的质量控制标准。

研究主要日期

学习开始 (实际的)

2025年12月12日

初级完成 (估计的)

2029年12月31日

研究完成 (估计的)

2029年12月31日

研究注册日期

首次提交

2025年8月27日

首先提交符合 QC 标准的

2025年11月17日

首次发布 (实际的)

2025年11月19日

研究记录更新

最后更新发布 (实际的)

2026年8月19日

上次提交的符合 QC 标准的更新

2026年8月18日

最后验证

2026年8月1日

更多信息

与本研究相关的术语

关键字

其他研究编号

  • 25235_IMU-GAIT
  • 25235 (注册表标识符：25235)

计划个人参与者数据 (IPD)

计划共享个人参与者数据 (IPD)？

未定

IPD 计划说明

仍在考虑中

药物和器械信息、研究文件

研究美国 FDA 监管的药品

不

研究美国 FDA 监管的设备产品

不

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