Using a RoboJc Arm to Assess the Variability of MoJon - PowerPoint PPT Presentation

Graduate School of Information Science in Health Technische ¡Universität ¡München ¡ Oral presentation at MIE 2011 Using ¡a ¡RoboJc ¡Arm ¡to ¡Assess ¡the ¡ Variability ¡of ¡MoJon ¡Sensors Lukas ¡Gorzelniak a,b, , ¡André ¡Dias c , ¡Hubert ¡Soyer d, ¡Alois ¡Knoll b , ¡Alexander ¡Horsch a,c ¡ a Ins$tut ¡für ¡Medizinische ¡Sta$s$k ¡und ¡Epidemiologie, ¡Technische ¡Universität ¡München, ¡Munich, ¡Germany b Ins$tut ¡für ¡Epidemiologie, ¡Helmholtz ¡Zentrum ¡München, ¡Munich, ¡Germany c Computer ¡Science ¡Department, ¡University ¡of ¡Tromsø, ¡Tromsø, ¡Norway ¡ d Fakultät ¡für ¡Informa$k, ¡Technische ¡Universität ¡München, ¡Munich, ¡Germany ¡ e Ins$tut ¡für ¡Informa$k ¡VI, ¡Technische ¡Universität ¡München, ¡Munich, ¡Germany ¡ ¡ Lukas ¡Gorzelniak ¡ Oslo, ¡ ¡August ¡30, ¡2011 MIE ¡2011, ¡Lukas ¡Gorzelniak ¡ ¡lukas.gorzelniak@imse.med.tu-­‑muenchen.de ¡hDp://gsish.tum.edu ¡

Graduate School of Information Science in Health Technische ¡Universität ¡München ¡ IntroducJon • Accelerometers ¡are ¡increasingly ¡used ¡in ¡ medical ¡research ¡ ¡ ¡ • Which ¡device ¡should ¡be ¡purchased? ¡ ¡ – Devices ¡vary ¡in ¡design, ¡weight, ¡technical ¡ specificaJons ¡ ¡ – Parameters ¡the ¡devices ¡can ¡assess ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ (proprietary ¡vs. ¡raw ¡data) ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ MIE ¡2011, ¡Lukas ¡Gorzelniak ¡ ¡lukas.gorzelniak@imse.med.tu-­‑muenchen.de ¡hDp://gsish.tum.edu ¡ 2

Graduate School of Information Science in Health Technische ¡Universität ¡München ¡ MoJvaJon • Assessment ¡of ¡technical ¡device ¡reliability ¡is ¡ crucial ¡for ¡outcome ¡assessment ¡ – Jiigs ¡or ¡shakers ¡ – VibraJon ¡tables, ¡rotaJng ¡turntables ¡or ¡wheel ¡setups ¡ ¡ – Proprietary ¡data ¡hinders ¡a ¡comparison ¡of ¡monitors ¡ ¡ – Experiments ¡comparing ¡sensors ¡from ¡different ¡ manufactures ¡to ¡each ¡other ¡are ¡lacking ¡ • Assessment ¡of ¡validity ¡ ¡ – Indirect ¡calorimetry, ¡doubly ¡labeled ¡water ¡ ¡ MIE ¡2011, ¡Lukas ¡Gorzelniak ¡ ¡lukas.gorzelniak@imse.med.tu-­‑muenchen.de ¡hDp://gsish.tum.edu ¡ 3

Graduate School of Information Science in Health Technische ¡Universität ¡München ¡ Goal • Can ¡we ¡use ¡an ¡industrial ¡robot ¡to ¡compare ¡ inter-­‑device-­‑variability ¡by ¡repeated ¡precise ¡ sequences ¡of ¡movement? ¡ ¡ MIE ¡2011, ¡Lukas ¡Gorzelniak ¡ ¡lukas.gorzelniak@imse.med.tu-­‑muenchen.de ¡hDp://gsish.tum.edu ¡ 4

Graduate School of Information Science in Health Technische ¡Universität ¡München ¡ Accelerometers • 11 ¡RT3 ¡ ¡(Stayhealthy, ¡Monroiva, ¡CA) ¡ – Triaxial ¡accelerometer ¡ ¡ – 7.1×5.6×2.8 ¡cm³, ¡65.2 ¡g ¡ – 10 ¡Hz, ¡128 ¡KB ¡ ¡ • 5 ¡ ¡GT3X ¡ ¡(AcJgraph, ¡LLC, ¡Pensacola ¡FL) ¡ – Triaxial ¡accelerometer ¡ – 3.8×3.7×1.8 ¡cm³, ¡27 ¡g ¡ – 30 ¡Hz, ¡4 ¡MB ¡ – Micro-­‑electromechanical ¡system ¡(MEMS) ¡ • 5 ¡GT1M ¡ ¡(AcJgraph, ¡LLC, ¡Pensacola ¡FL) ¡ – Biaxial ¡accelerometer ¡ – 30 ¡Hz, ¡1 ¡MB ¡ ¡ ¡ MIE ¡2011, ¡Lukas ¡Gorzelniak ¡ ¡lukas.gorzelniak@imse.med.tu-­‑muenchen.de ¡hDp://gsish.tum.edu ¡ 5

Graduate School of Information Science in Health Technische ¡Universität ¡München ¡ Experiment ¡Setup • Industrial ¡robot ¡ ¡ ¡ ¡ – Tx90 ¡(Stäubli ¡RoboJcs) ¡ ¡ – 6 ¡degrees ¡of ¡freedom ¡ ¡ – Movement ¡repeatability ¡of ¡+-­‑0.03mm ¡ ¡ – Movement ¡was ¡started ¡manually ¡ ¡ • Accelerometer ¡iniJalizaJon ¡ – 1 ¡second ¡epoch ¡recordings ¡ ¡ – Vector ¡Magnitude ¡Units ¡ – Devices ¡consecuJvely ¡mounted ¡on ¡robot ¡ ¡ • MoJon ¡sequence ¡at ¡two ¡different ¡speeds ¡ ¡ – Three ¡repeated ¡moJon ¡sequences ¡along ¡single ¡axes ¡ – Three ¡repeated ¡moJon ¡sequences ¡along ¡mulJple ¡axes ¡ MIE ¡2011, ¡Lukas ¡Gorzelniak ¡ ¡lukas.gorzelniak@imse.med.tu-­‑muenchen.de ¡hDp://gsish.tum.edu ¡ 6 ¡

Graduate School of Information Science in Health Technische ¡Universität ¡München ¡ Sensor #Values SD MAX Noise ¡SD S/N-­‑ ¡Ra6o VMU Results I ¡RT3 ¡ ¡ 124 6,35 6,95 27,39 2,20 2,88 II ¡RT3 ¡ 140 6,81 ¡ 7,09 32,50 4,61 1,48 III ¡RT3 ¡ 138 5,36 6,59 31,40 2,00 2,68 IV ¡RT3 ¡ 118 4,46 6,78 37,00 0,00 -­‑ V ¡RT3 ¡ 136 5,93 7,83 46,17 3,20 1,85 VI ¡RT3 ¡ 137 4,73 5,93 31,13 1,34 3,53 VII ¡RT3 ¡ 129 4,12 6,96 43,46 4,80 0,86 VIII ¡RT3 ¡ 138 5,65 7,61 29,77 2,98 1,90 IX ¡RT3 ¡ 119 4,44 6,39 29,00 2,32 1,91 X ¡RT3 ¡ 139 4,87 6,57 41,23 3,71 1,31 XI ¡RT3 ¡ 130 5,65 6,56 35,00 3,48 1,62 I ¡GT1M ¡ ¡ 135 7,14 14,56 58,00 0,00 -­‑ II ¡GT1M ¡ 134 7,13 16,88 82,00 0,00 -­‑ III ¡GT1M ¡ 133 6,85 14,35 62,00 0,00 -­‑ IV ¡GT1M ¡ 133 7,08 14,71 73,00 0,00 -­‑ V ¡GT1M ¡ 136 7,43 14,95 57,58 0,00 -­‑ I ¡GT3X ¡ ¡ 134 11,01 18,76 75,00 0,00 -­‑ II ¡GT3X ¡ 134 10,34 17,47 67,00 0,00 -­‑ III ¡GT3X ¡ 134 10,60 18,86 78,00 0,00 -­‑ IV ¡GT3X ¡ 134 10,91 19,68 69,00 0,00 -­‑ V ¡GT3X ¡ 134 10,97 18,55 70,00 0,00 -­‑ MIE ¡2011, ¡Lukas ¡Gorzelniak ¡ ¡lukas.gorzelniak@imse.med.tu-­‑muenchen.de ¡hDp://gsish.tum.edu ¡ 7

Graduate School of Information Science in Health Technische ¡Universität ¡München ¡ Results MIE ¡2011, ¡Lukas ¡Gorzelniak ¡ ¡lukas.gorzelniak@imse.med.tu-­‑muenchen.de ¡hDp://gsish.tum.edu ¡ 8

Graduate School of Information Science in Health Technische ¡Universität ¡München ¡ Results • VMU ¡output ¡differs ¡in ¡co-­‑domain ¡or ¡due ¡to ¡different ¡ numbers ¡of ¡measurement ¡axes ¡ ¡ • Highest ¡acceleraJons ¡were ¡recorded ¡with ¡the ¡GT3X ¡ • The ¡RT3 ¡monitors ¡had ¡a ¡greater ¡inter-­‑unit-­‑variability ¡ (40 ¡± ¡24%) ¡compared ¡to ¡the ¡GT1M ¡(8 ¡± ¡15%) ¡and ¡the ¡ GT3X ¡(6 ¡± ¡11%) ¡ • MoJon ¡was ¡conJnuously ¡recorded ¡during ¡breaks ¡ without ¡movement ¡in ¡the ¡RT3 ¡ ¡ • Except ¡for ¡one ¡device, ¡all ¡RT3 ¡accelerometers ¡showed ¡ non-­‑zero ¡values ¡for ¡the ¡noise ¡standard ¡deviaJon ¡ MIE ¡2011, ¡Lukas ¡Gorzelniak ¡ ¡lukas.gorzelniak@imse.med.tu-­‑muenchen.de ¡hDp://gsish.tum.edu ¡ 9

Graduate School of Information Science in Health Technische ¡Universität ¡München ¡ Conclusion ¡and ¡Discussion • Experiments ¡with ¡a ¡roboJc ¡arm ¡were ¡possible ¡ • The ¡RT3 ¡devices ¡produced ¡a ¡higher ¡noise ¡raJo ¡ and ¡we ¡found ¡a ¡greater ¡inter-­‑unit-­‑variability ¡ compared ¡to ¡the ¡AcJGraph ¡accelerometers ¡ • Study ¡limitaJons: ¡ ¡ – VibraJon ¡of ¡the ¡table ¡ ¡ – Data ¡from ¡the ¡robot ¡was ¡not ¡recorded ¡ ¡ – SynchronizaJon ¡burden ¡ ¡ ¡ MIE ¡2011, ¡Lukas ¡Gorzelniak ¡ ¡lukas.gorzelniak@imse.med.tu-­‑muenchen.de ¡hDp://gsish.tum.edu ¡ 10

Graduate School of Information Science in Health Technische ¡Universität ¡München ¡ Acknowledgements ¡We ¡thank ¡the ¡Graduate ¡School ¡of ¡InformaJon ¡ Science ¡in ¡Health ¡(GSISH) ¡at ¡TUM ¡for ¡the ¡ project ¡support ¡and ¡sponsorship. MIE ¡2011, ¡Lukas ¡Gorzelniak ¡ ¡lukas.gorzelniak@imse.med.tu-­‑muenchen.de ¡hDp://gsish.tum.edu ¡ 11

Graduate School of Information Science in Health Technische ¡Universität ¡München ¡ Thank ¡you ¡for ¡your ¡aDenJon! Any ¡QuesJons? Contact: ¡ ¡Lukas ¡Gorzelniak, ¡Dipl.-­‑Inform. ¡Med. ¡ ¡ lukas.gorzelniak@imse.med.tu-­‑muenchen.de ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ Tel: ¡+49 ¡89 ¡4140 ¡4357 ¡ MIE ¡2011, ¡Lukas ¡Gorzelniak ¡ ¡lukas.gorzelniak@imse.med.tu-­‑muenchen.de ¡hDp://gsish.tum.edu ¡ 12