Система відстеження рухів кисті людини під час реабілітації
Вантажиться...
Дата
2025
Науковий керівник
Назва журналу
Номер ISSN
Назва тому
Видавець
КПІ ім. Ігоря Сікорського
Анотація
Робота присвячена розробленню програмної системи для цифрового моніторингу рухів кисті на основі глибинного сенсора Kinect та алгоритмів комп’ютерного зору. Актуальність теми зумовлена потребою у точних, доступних та відтворюваних засобах контролю моторики верхньої кінцівки у пацієнтів після інсультів, черепно-мозкових травм та ортопедичних втручань. Існуючі клінічні методи оцінювання часто обмежені суб’єктивністю, тоді як лабораторні маркерні системи є дорогими та малопридатними для широкої реабілітаційної практики. Розвиток markerless-технологій відкриває можливість створення ефективних систем кількісного аналізу рухів у реальних умовах, що обґрунтовує значущість проведеного дослідження.
Робота виконана у межах плану науково-дослідних робіт кафедри біомедичної інженерії НТУУ «КПІ ім. Ігоря Сікорського», спрямованих на створення інтелектуальних технологій медичної реабілітації.
Метою дисертації є створення концепції та програмної реалізації системи цифрового моніторингу рухів кисті, що забезпечує реєстрацію 3D-координат та автоматичний розрахунок кінематичних показників на основі даних Kinect і MediaPipe Hands. Для досягнення мети визначено та вирішено такі задачі: аналіз сучасних технологій відстеження рухів; дослідження будови та характеристик Kinect 1.0/2.0; розроблення архітектури системи; формування метрик моторики; реалізація алгоритмів фільтрації та аналітичної обробки; оцінювання точності алгоритму лендмаркінгу; побудова концепції впровадження системи у вигляді перспективного медичного виробу. Об’єкт дослідження — рухи кисті людини у процесі реабілітації. Предмет дослідження — методи та технічні засоби реєстрації, обробки та аналізу рухів кисті на основі глибинного сенсора та алгоритмів комп’ютерного зору. Методи дослідження включають аналітичний огляд літератури; програмну реалізацію алгоритмів у Python; застосування MediaPipe Hands та OpenCV; математичні методи аналізу кінематичних параметрів; експериментальне оцінювання точності за показниками MAE, RMSE, кутових похибок та стабільності сигналу; структурно-функціональний аналіз вимог до медичних виробів. Наукова новизна полягає у формуванні архітектури markerless-системи відстеження рухів кисті з автоматизованим розрахунком кінематичних метрик, удосконаленні методики валідації точності лендмаркінгу та структуризації вимог до функціональних характеристик перспективної реабілітаційної системи. Практичне значення результатів полягає у розробленні програмної реалізації системи моніторингу рухів кисті, що забезпечує реєстрацію 21 ключової точки кисті, обчислення реабілітаційних показників, збереження даних та побудову візуалізацій динаміки відновлення. Результати можуть бути використані у клінічних та домашніх програмах реабілітації. Апробація результатів здійснена на наукових конференціях та семінарах. Публікації. Основні результати дисертації опубліковані у трьох наукових працях: 1. Stepanenko N., Dubko A. International Science Journal of Engineering & Agriculture, 2025. 2. Степаненко Н.О., Дубко А.Г. Матеріали конференції «МЦНД», 2025. 3. Степаненко Н., Дубко А. Біомедична інженерія і технологія, 2025.
Опис
Ключові слова
реабілітація кисті, комп’ютерний зір, глибинна камера Kinect, MediaPipe Hands, кінематичний аналіз, markerless відстеження рухів, цифрова реабілітація, медичний виріб, стартап-проєкт, hand rehabilitation, computer vision, Kinect depth camera, MediaPipe Hands, kinematic analysis, markerless motion tracking, digital rehabilitation, medical device, startup concept
Бібліографічний опис
Степаненко, Н. О. Система відстеження рухів кисті людини під час реабілітації : магістерська дис. : 163 Біомедична інженерія / Степаненко Ніна Олександрівна. - Київ, 2025. - 93 с.