Monitorování denní aktivity pomocí zařízení s akcelerometry

Abstract

Hlavním cílem této diplomové práce Monitorování denní aktivity pomocí zařízení s akcelerometry je výběr nejlepší varianty umístění takového zařízení. Populace stárne a vzhledem k tomuto faktu můžeme očekávat různé změny ve světovém zdravotnickém systému. Velký důraz je kladen na seniory a jejich co nejdelší pobyt v jejich domácím prostředí. V opačném případě by zdravotní péče jako taková byla nákladnější. Vyvstává potřeba technického řešení, které by bylo schopno monitorovat denní aktivitu seniorů. Bylo zkonstruováno zařízení s akcelerometrem a také vytvořena jeho dokumentace. Hlavními součástkami jsou Motion Processing Unit MPU-6050 a Bluetooth HC-06. Byly vytvořeny experimenty a experimentální protokoly k verifikaci individuálních umístění zařízení. Třemi hlavními experimenty jsou experimenty se židlí, s postelí a při chůzi. Každý z těchto experimentů obsahuje dva či více experimentálních protokolů, které jsou detailně popsány. Zpracování dat v Matlabu a metodologie vyhodnocení užitečnosti signálu byla založena na vytvořených funkcích, které umožňují získat naměřená data ze senzoru MPU-6050 a dále provést jejich předzpracování. Metodologie pro vyhodnocení signálů je založena na nástroji, který byl vytvořen v Matlabu. Tento nástroj pomáhá se zhodnocením určitých fází a značek pro specifický typ experimentu. Tato metoda je subjektivní díky ručnímu označování těchto fází. Pro vyhodnocení výsledků byla použita vícekriteriální analýza kombinovaná s váženou lineární funkcí. Všechna data byla analyzována. Nejprve bylo provedeno experimentální měření se zdravým účastníkem. Druhou částí experimentálního měření bylo měření verifikační s dalším zdravým jedincem. Tyto výsledky byly porovnány s ohledem na vhodnost umístění zařízení. Po obou těchto měřeních bylo vybráno nejvhodnější umístění zařízení pomocí vytvořené metodologie. Rozsah výsledných hodnot pro každý experiment byl přepočítán a normalizován. Následně byl určen součet výsledků pro každé umístění a poté tyto výsledky porovnány. Na základě provedeného experimentálního měření bylo jako nejvhodnější umístění vybráno umístění zařízení na paži jedince. Poté bylo provedeno praktické měření. V jeho první části byli pozorováni a měřeni senioři během tří hlavních experimentů, přičemž nebyli obeznámeni s předchozím experimentálním měřením. Pohyb seniorů byl odlišný od experimentálního měření, které bylo striktně řízeno experimentálními protokoly. Nicméně hlavní značky a fáze pohybů byly dobře či částečně detekovatelné. Nejzajímavější částí měření byla analýza slepého záznamu pro konečné zhodnocení vhodnosti vybraného umístění zařízení, kdy se první zdravý účastník volně pohyboval ve svém domácím prostředí. Po skončení měření byl výsledek analyzován bez znalosti, které úkony účastník během záznamu prováděl. Každý pohyb a jeho fáze byla ve slepém signálu detekovatelná a takovéto měření může být tedy označeno jako úspěšné. Vzhledem ke všem těmto dosaženým výsledkům se umístění zařízení na paži jedince jeví jako nejvhodnější pro monitorování jeho denní aktivity.

The main goal of this thesis Daily activity monitoring using a device with accelerometers is to choose the best variant of wearable device positioning for senior's daily activities monitoring. Population is aging and considering this fact we can expect lot of changes in approach of the worldwide health system. It is of the utmost importance that seniors could remain at home as long as possible otherwise the healthcare will be costly. Thus the technical solution that will be able to monitor daily activities of seniors is needed. The very wearable device with accelerometer was constructed. Assembling of measuring board is described. Principal components are Motion Processing Unit MPU-6050 and Bluetooth HC-06, both for Arduino platform. Experiments and experimental protocols to verify individual solutions of measuring wearable device positioning were designed. The three main exercises were Chair, Bed and Gait. Each of them contains two or more experimental protocols which are described in detail. A tool in Matlab supporting evaluation according the developed methodology was designed. This tool helps with assessing of particular phases and markers in a given type of experiment. This method is subjective because of a hand-operated marking. Multiple-criteria decision analysis was used for evaluation. First of all the experimental measuring with healthy participant was performed. Second part of experimental measuring was verification of experimental measuring with another healthy participant. The evaluation of the best position of a wearable device was done by the developed methodology. Then the practical measuring with three seniors was performed. Seniors' movement was different considering the experimental measuring when participants were strictly directed by experimental protocols. The most interesting part of the measuring was analysis of the blind record for the final evaluation of suitability of the chosen wearable device positioning. The participant was freely moving in his own home environment. After the measurement was done it was evaluated without a knowledge of what exactly participant was doing during that time. Every movements and their phases were detectable in a signal of the blind record. Evaluation of the blind measuring was as successful. According to all these results the wearable device positioning on an arm is the best choice for daily activities monitoring.