Wii平衡板与气压计平台的有效性分析

© 2014年。出版社：Elsevier B. 诉由美国应用科学研究所负责选择和/或同行评审可在www.sciencedirect.com在线获取ScienceDirectAASRI Procedia 8（2014）22 - 292014年AASRI体育工程和计算机科学会议（SECS 2014）Wii平衡板与气压计平台的有效性分析--基于开放式自定义集成应用程序Francesco Sgrapone *a，Giuseppe Monteleoneb，Marica Pavonea，Mario Lipomaaa意大利恩纳Cittadella大学恩纳“科雷”大学b意大利卡塔尼亚卡塔尼亚大学摘要站立平衡测试代表了评估人的功能能力的最常见的方式，并且它们通过专门且昂贵的平台来实现，特别是在临床医生的环境中。Wii平衡板（WBB）是一种基于视频游戏的设备，可以测量压力中心（CoP）的振荡，与“黄金标准”力平台相比，它表现出了良好的性能。在本文中，我们提出了一个开放的集成自定义应用程序来定义平衡结果使用WBB。这些结果被用来执行WBB性能的有效性分析相比，气压计平台（BP）。10名受试者分别在不同的场合进行了两次站立平衡试验，分别是WBB和BP的睁眼和闭眼试验。效度分析采用相关系数、ICC分析、配对t检验和Bland-Altman图。结果证实，尽管WBB的成本仅为其他平台的一小部分，但它代表了一种适用于某些临床分析的© 2014 作 者 。 出 版 社 ： Elsevier B. V. 这 是 CC BY-NC-ND 许 可 下 的 开 放 获 取 文 章（http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/）。美国应用科学研究所科学委员会负责同行评议Keywodrs：Wii平衡板，气压计平台，平衡评估，自定义应用程序，有效性分析* 通讯作者。联系电话：+390935536536;传真：+0-000 - 000-0000。电子邮件地址：francesco. unikore.it2212-6716 © 2014作者出版社：Elsevier B. V.这是CC BY-NC-ND许可下的开放获取文章（http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/）。美国应用科学研究所科学委员会负责的同行评审doi：10.1016/j.aasri.2014.08.005Francesco Sgrande等人/ AASRI Procedia 8（2014）22231. 介绍任天堂于2007年12月发布了Wii平衡板（WBB）。WBB是一款游戏设备，玩家需要在其上进行身体活动。WBB与Wii Fit软件相关联，该软件允许用户监控他们的身体活动水平，执行游戏建议的练习。由于能够测量体重和估计压力中心（CoP）路径等姿势数据，WBB与临床诊断所用的设备（如力和气压计平台）有相似之处。相比之下，WBB具有廉价、可用性和可移植性等优点。许多作品将WBB与适用于静态和动态姿势分析的专业临床医生设备进行了比较。一些研究旨在评估Wii Fit软件作为评估平衡能力的工具的有效性：用于评估用户平衡能力的游戏内指标与临床标准不具有可比性（Gras等人，2009; Wikstrom，2012）。然而，WBB（与Wii Fit或自定义编写的应用程序结合）提高平衡能力的能力在很大程度上得到了研究。这些研究表明，Wii Fit干预对健康的老年人适度有效（Franco etal.，2012年; Touleman等人，2012年）。通过选择Wii Fit活动，在受多发性硬化症影响的患者康复中也获得了适度的结果（Nilsagard等人，2013年）。其他工作旨在比较由定制软件控制的独立WBB与标准平衡干预设备。主要地，研究了WBB评估CoP路径的能力（Deans和Mae，2011; Young等人，2011年）。通过不同的力平台进行了验证，结果表明WBB CoP数据是可靠和有效的。这项工作的主要目的是解决WBB测量对气压表平台的有效性。此外，还开发并提出了一个定制软件应用程序，以控制WBB并处理其数据。2. 方法2.1. 参与者本研究招募了10名志愿者（男性= 8，女性= 2，年龄= 28 ± 9.41），无明显下肢和主要背部异常或病理体重变化范围大（72.88 ± 0.01）kg/d18.13 kg）和身高（1.72 ± 0.12 m）。在开始采集程序之前，每个受试者都被告知研究目的，并签署了知情同意书。几乎每个参与者都熟悉WBB。科尔大学伦理委员会批准了这项研究。2.2. 设备和定制集成应用使用气压计平台（FREEMED FM 040，SensorMedica，Rome，Italy）和Wii平衡板（Nintendo Co.Ltd. Kyoto，Japan）进行平衡评估。FREEMED FM 040（BP）包含由电阻导电橡胶镀金传感器组成的无源板。该平台可以在高达500 Hz的采样率下工作，而其有效面积为40 cm x 40 cm。英国石油公司由专有软件FreeSTEP控制。该软件与平台相结合，可以执行多种类型的分析和测量，例如静态和动态分析、姿势和稳定性分析以及生物力学分析（步态分析）。WBB包含四个单轴垂直力传感器，位于板的角落，用于评估力分布（Bartlett等人，2014年）。板上的传感器以40 Hz的工厂采样频率工作，它们可以精确测量高达150 kg（330磅）。WBB的可用面积为45 x 26.5 cm。该板使用蓝牙协议与其他设备进行无线通信在24Francesco Sgrande等人/ AASRI Procedia 8（2014）22图1示出了WBB平台尺寸、力传感器的位置和用于定义内外侧（x）和前后（y）振荡的参考框架。自定义应用程序是用C#编写的，用于与WBB进行交互;作为对C#语言的补充，XNA Framework（XNA，2010）被选为图形和交互元素的底层平台。该应用程序被实现为一个游戏，而参与研究的人可以被视为玩家。在每个游戏（试用测试）之后，帧时间和从每个传感器获取的原始数据（作为时间结构执行）被保存在一个数据文件中。使用Matlab脚本处理WBB数据，以便通过压力中心（CoP）振荡进行稳定性分析。使用等式1（内侧-外侧振荡）和等式2（前后振荡）计算CoP：L（（TRBR）（BL））（一）x2TRTFT-TLTFT-BLW（（TRTL）（BL））y2TR（二）使用先前的方程，Matlab脚本执行用于平衡评估（参见第2.3段）和本工作中提出的有效性分析的数值变量;此外，它们用于绘制临床医生环境中通常使用的图，如图所示。二、图1. WBB尺寸、参考框架系统和传感器位置Francesco Sgrande等人/ AASRI Procedia 8（2014）2225稳定图稳定图时间[秒]时间[秒]中国统计95%置信椭圆（面积=0.007679）内外侧[cm]位移M/L[cm]图2.平衡图评分：（a）绝对位移稳定图，（b）相对位移稳定图，（c）Statokinesigram，（d）95%置信椭圆面积KOSS代表了一个开放的稳定性应用程序，它集成了基于C#游戏的应用程序和用于稳定性分析的Matlab脚本。然而，我们开发这个应用程序是为了最终整合其他评估设备。2.3. 平衡参数使用总CoP路径长度（TPL）参数进行两种器械的有效性。使用公式3估计总CoP路径长度（Duarte和Freitas，2010）。联系我们（三）我我们选择这个结果是因为它是已知的站立平衡控制的可靠和有效的测量（Salavati等人，2009年）。此外，考虑到试验的预定周期，总CoP路径长度类似于平均CoP速度（路径长度/周期）（Clark等人，2010年）。（COP（i）COP（i））2APAPMLML26Francesco Sgrande等人/ AASRI Procedia 8（2014）222.4. 程序测试在健身房进行。参与者被要求执行两项站立任务：双肢支撑站立，睁眼（OE）和闭眼（CE），双脚分开舒适的距离。在睁眼测试中，参与者观察距离他们约一米的固定点。这两项测试都是通过气压计平台和WBB进行的。每次试验的站立测试长度为25秒，并且每个器械重复两次。参与者没有预先确定的顺序，他们以随机顺序进行测试。气压计平台不需要任何校准程序。使用Clark提出的相同程序校准WBB。气压计平台通过FreeStep软件以报告形式导出数据，而WBB则导出从其传感器获取的原始数据。在处理数据之前，使用截止频率为12 Hz的8阶Butterworth滤波器对数据进行滤波。在25 Hz下从两种器械采集数据。2.5. 统计分析进行统计分析，以评估两种设备在两个不同的平衡测试的同时有效性。首先，检查用于解决器械间有效性的变量的内部有效性。在两次试验和测试中对总CoP路径长度进行重复测量ANOVA。后来，皮尔逊相关分析试图概述两种仪器获得的测量值之间的关系（Bland和Altman，1986）。此外，采用单指标类间相关系数检验（ICC（2，1））、Bland-Altman图和配对样本t检验对变量进行检查，以说明两种工具的一致性。ICC的结局解释如下：差（0-0.39）、中等（0.4-0.74）和极好（0.75-1）（Fleiss，1986）。通过绘制两种仪器之间分析变量的差异与平均结果的图来实现Bland-Altman图（Bland and Altman，1986）。在每张图中，我们定位了一条细黑线表示平均值，两条粗黑线表示限度一致性（平均值±1.96* 标准偏差），两条红细线表示平均差异的95%置信区间（平均值±1.96* 标准误差）。最终估计器械内平衡方案结果的绝对误差。重复测量ANOVA、皮尔逊相关性、组间相关性和配对样本t检验分析使用苹果社会科学统计软件包（SPSS Inc.版本20.0，Chicago IL，U.S.A）。Bland-Altman图是用Matlab脚本实现的对于统计程序，α水平确定为0.053. 结果重复测量方差分析显示TPL没有显著的系统误差，因此使用两个试验的平均值进行进一步分析。表1显示了两个平衡测试的描述性分析和r-Pearson相关系数;在两个测试中均发现具有显著性水平的高分。表1.平衡评分的描述性统计量和r-Pearson相关系数（mm）。平均值（WBB）STD.偏离（WBB）平均值（BP）STD.偏差（BP）r-Pearson（p值）总CoP路径长度65.89189.97139,040.847（p <0.01）总CoP路径长度110.39198.88119.280.718（p=0.01）为了说明两种仪器之间的一致性，表2显示了分别针对睁眼和闭眼测试检查的总CoP路径长度的绝对平均差异和ICC值（95%置信区间）。Francesco Sgrande等人/ AASRI Procedia 8（2014）2227表2. ICC点和绝对平均差ICC（95%CI）p值平均差异（mm）（95%CI）总CoP路径长度- OE测试 0.79（0.16-CoP路径总长度- CE测试0，83（0.33-总CoP路径长度ICC点范围（ICC = 0.79 - 0.83）处于极好的分类水平（Fleiss，1986），它概述了两项测试的有效性。Bland-Altman图（见图3）证实了通过ICC测试显示的两种器械的良好一致性。图3.总CoP路径长度的Bland-Altman图-（a）睁眼测试;（b）闭眼测试实际上，配对样本t检验具有以下值：在OE检验中，TPL具有t =-0.743（p=0.477），而在CE检验中，其具有t = 2.112（p=0.064）。t检验分数证实了两种器械之间的高有效性。28Francesco Sgrande等人/ AASRI Procedia 8（2014）224. 讨论在这项工作中，我们解决了Wii平衡板的有效性，以评估通常通过气压计平台评估的平衡水平。为了实现我们的目的，我们比较了两种平衡测试的结果：睁开眼睛和闭上眼睛的平衡站立。选择用于比较的变量是总CoP路径长度。TPL代表站立平衡的可靠和有效的测量（Salavati等人，2009年）。有效性分析采用最常见的统计程序进行。相关性分析表明，两种仪器之间的协议，以评估姿势摇摆路径的总CoP路径长度评分。事实上，OE和CE检验显示高Pearson相关系数，具有显著的p值。正如作者（Bland和Altman，1986）所建议的，为了确定器械之间的一致性水平，相关性分析之后必须进行更具体的研究，使用类间相关系数分析（ICC）和Bland-Altman图。ICC将总CoP路径长度测量评为设备内相关性的优秀水平。（Fleiss，1986年）。Bland-Altman图，如图2所示，概述了上述变量的有效性。此外，平均差异与Clark及其同事提出的结果一致（Clark等人，2010年）。总CoP路径长度变量结果证实了WBB作为平衡评估工具的良好作用，即使任何限制都不允许认为WBB可以立即取代气压计平台，特别是对于一些临床医生的评估。气压计平台组装有大量传感器，这些传感器能够执行足部扫描和姿势负荷图：这些分析用于设计特定的矫形器。WBB只有四个应变仪传感器，因此无法进行相同的评估。WBB需要定制编写的软件，临床医生没有足够的技能来实现该应用程序。几位临床医生直接使用任天堂游戏WiiFit提出的平衡测试应用程序（Franco等人，2012），即使Wikstrom表示WiiFit平衡活动评分与通常的CoP测量（Wikstrom，2012）的有效性较差。如果自定义软件可能代表临床医生的限制，那么WBB的灵活性为计算机科学研究人员带来了新的问题，这些研究人员可以与身体活动同事合作开发也用于自定义基于游戏的身体活动体验的软件（Sgrande等人，2013年）。总之，WBB和气压计平台的协议分数证实了第一个便携式，低成本和友好的平衡评估设备的前景。此外，WBB的高水平传播和这个平台的灵活性代表了一个有趣的机会，以促进以家庭为基础的身体活动训练课程。此外，我们认为WBB也具有代表教育环境中的数字辅助的特征。致谢作者感谢Cristian Francavilla和Andrea Olivi在本研究中的支持以及志愿者的合作。引用[1] Gras L.Z，Hummer A.D，Hine E. 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