De resultaten van de testen: sensoren
De EMG sensor
De EMG sensor meet de spierspanning in de M.Trapezius. In dit onderzoek zal de fysieke ergonomie getest worden door te meten of de gerichtheid van de spieractiviteit hetzelfde blijft bij een niet optimale plaatsing op deze spier. Met andere woorden. Maakt het uit of de EMG sensor niet volgens de optimale richtlijnen van Seniam op de M. Trapezius geplaatst wordt?
De EMG sensor bestaat uit twee delen, dit zijn de EMG-elektrodes en een referentie elektrode. De referentie elektrode zullen zo dicht mogelijk op een bot geplaatst worden. In dit geval zal dat ter hoogte van de cervicale wervels zijn (C7, Vertebra Prominens). De EMG-elektroden zullen op de M. Trapezius geplaatst worden. Voor de exacte plaatsing zullen de richtlijnen van Seniam gevolgd worden.
Testopstelling EMG-sensor
De testpersoon zal in een ontspannen houding zitten en zijn M.trapezius zo ontspannen mogelijk houden. Voor de test op functie zal er gevraagd worden om de schouders zo hard mogelijk omhoog te halen en deze zo krachtig mogelijk aan te spannen en vast te houden.
Voor de test op locatie zal de EMG-sensor bij de eerste locatie de volgens de richtlijn van Seniam geplaatst worden. De tweede locatie zal 3cm boven de plaats van de richtlijn komen. De derde en laatste locatie zal 3cm onder de plaats van de richtlijn zijn.
Materiaallijst EMG:
-
MyoWare™ Muscle Sensor
-
Breadboard
-
Kabels
-
Weerstand
-
Arduino uno rev 3
-
Laptop
-
Arduino software
-
Camera(telefoon)
Test op de functie
De EMG-sensor zal de spieractiviteit gaan meten en deze activiteit vertalen naar een waarde tussen 0 en 983.
-
0 = geen spieractiviteit
-
983 = maximale contractie
Om aan te geven in welk gebied de mate van contractie ligt, zijn er drie ranges gesteld waarin de spieractiviteit van de gebruiker kan liggen.
0-50 = een lage spieractiviteit (die tot stand komt door het aannemen van een correct postuur)
50-100 = een verhoogde spieractiviteit (die tot stand komt door het aanhouden van een licht foutief postuur)
100> = de spieractiviteit is te hoog (die tot stand komt door het aanhouden van een foutief postuur of sterke contractie van de spier)
Deze drie ranges zullen cognitief ergonomisch gekenmerkt worden door aan deze ranges een kleur te geven. Een lage spieractiviteit zal worden weergegeven met groen en geeft aan dat de spierspanning goed, gezond, normaal is. Een verhoogde spieractiviteit zal worden aangegeven met een oranje kleur en geeft aan dat de spierspanning in de spier aan de hoge kant is. De kleur oranje moet aanduiden dat deze activiteit mogelijk een risico kan vormen(let-op!). Wanneer de spieractiviteit te hoog is, zal dit worden aangeduid met een rode kleur. Dit betekent dat de spieractiviteit absoluut te hoog is en geeft aan dat dit een gevaar vormt. De patiënt met COPD zal zijn spieractiviteit omlaag moeten brengen.
De code is zo geschreven dat een RGB-LED met de corresponderende kleur gaat branden in de range waarin de spieractiviteit zich bevindt.
In de afbeelding hierboven is te zien de Trapezius ontspannen is. Dit wordt aangegeven door het groene lampje wat brand in de doos en geeft aan dat de spierspanning op dit moment een waarde heeft lager dan 50.
In de afbeelding hierboven is duidelijk te zien dat de trapezius aangespannen is. Dit wordt aangegeven door het rode lampje wat brand in de doos en geeft aan dat de spierspanning op dit moment een waarde heeft hoger dan 100.
Conclusie functie EMG-sensor
Er kan geconcludeerd worden dat de EMG-sensor werkt en dat de code de range waarin de spieractiviteit zich bevindt duidelijk aan kan duiden door middel van de drie kleuren. Op dit moment werkt heel de opstelling zonder enige vertraging. Een enkele verbetering aan de code zou de toevoeging van een tijdslimiet zijn wanneer de spieractiviteit boven de 100 komt. Hiermee wordt bedoeld dat de gebruiker pas een melding krijgt wanneer de spier na een bepaalde tijd een spanning boven de grenswaarde (100) heeft. Hiermee wordt vermeden dat de gebruiker een waarschuwing krijgt wanneer er in een korte tijd een contractie plaatsvindt, wat weinig heeft te maken met een correcte lichaamshouding.
Test op locatie
Bij de test voor de optimale locatie (en in hoeverre deze kan afwijken) is er op drie verschillende locaties op de m. Trapezius getest. Op elk van deze drie locaties zijn vervolgens drie metingen uitgevoerd. Eén meting in de ruststand, één meting tijdens een maximale contractie van de m. Trapezius en één meting met opgetrokken schouders (slecht postuur). De resultaten zijn weergeven door de seriële plotter van de Arduino, zie onderstaande afbeelding als voorbeeld.
De plaatsing van de EMG-sensor voor de drie gemeten locaties is in de onderstaande afbeelding te zien.
Huidige EMG-sensor locatie is volgens de Seniam richtlijn. De blauwe lijn geeft de locatie weer van 3 cm boven de richtlijn locatie en de rode lijn geeft de locatie van 3 cm onder de richtlijn locatie weer.
Locatie volgens richtlijn
Eerst werd er een “baseline” meting uitgevoerd, hierbij is de EMG-sensor volgens de Seniam richtlijn op de M. Trapezius geplakt. De meetresultaten zijn als volgt
Gemiddelde Arduino output waarde rust: 15
Gemiddelde Arduino output waarde opgetrokken schouders: 256
Gemiddelde Arduino output waarde maximale contractie: 982
Locatie 3 cm boven richtlijn
De tweede meetlocatie ligt 3 cm boven de locatie van de Seniam richtlijn. De meetresultaten van de drie manieren van contractie zijn als volgt.
Gemiddelde Arduino output waarde rust: 18
Gemiddelde Arduino output waarde opgetrokken schouders: 182
Gemiddelde Arduino output waarde maximale contractie: 822
Locatie 3 cm onder richtlijn
De derde meetlocatie ligt 3 cm onder de locatie van de Seniam richtlijn. De meetresultaten van de drie manieren van contractie zijn als volgt
Gemiddelde Arduino output waarde rust: 55
Gemiddelde Arduino output waarde opgetrokken schouders: 228
Gemiddelde Arduino output waarde maximale contractie: 983
Conclusie optimale locatie EMG-sensor
Aan de resultaten is te zien dat alleen bij het te laag plaatsen van de EMG-sensor dit problemen kan geven in de ruststand. Het Arduino script leest namelijk een waarde van 50 of hoger als een te hoge waarde, dus zou het de gebruiker een melding geven dat hij een slechte houding heeft terwijl dit niet het geval is.
Tijdens de plaatsing van de EMG-sensor moet de gebruiker dus rekening houden dat de sensor op, of boven de richtlijn locatie geplaatst moet worden.
De reksensoren
Om de ademhaling te registreren zal er gebruik worden gemaakt van reksensoren. Deze reksensoren zullen de verandering in omtrek van de romp per meetlocatie gaan meten. De meetlocaties zijn rond de navel-lijn en rond de tepel-lijn. Tijdens dit onderzoek zal er getest worden wat de optimale opstelling is van deze reksensoren voor het zo nauwkeurig mogelijk meten van de ademhaling. Hierbij worden drie concepten getest en zullen hieronder verder worden toegelicht.
Testopstelling reksensoren
Uit voorgaand onderzoek is door meerdere fysiotherapeuten bevestigd dat de optimale plaatsing van de reksensor voor de borstademhaling rondom de tepel-lijn moet liggen en bij de buikademhaling rondom de navel-lijn. De reksensoren bij concept 1 zijn volgens het advies van deze fysiotherapeuten geplaatst. Om deze reden zal concept 1 de nulmeting zijn, waaraan de andere twee concepten worden getoetst. De reksensor werkt als een weerstand. Deze weerstand zal wanneer de reksensor opgerekt wordt vergroten. Tijdens de testopstelling zal de weerstand in een grafiek geplot worden en kan de ademhaling geregistreerd worden.
Materiaallijst reksensoren
● Conductive cord stretch sensor 2-12 stuks
● Breadboard
● Kabels
● Weerstanden
● Arduino uno rev 3
● Laptop
● Arduino software
● Camera(telefoon)
Concept 1
Bij concept 1 zal er op elke positie (tepel/BH-lijn en navel-lijn) slechts één reksensor rondom toegepast worden. Mocht dit genoeg zijn om een zuivere meting te geven dan zal dit concept uiteindelijk ook het goedkoopste zijn om te produceren.
De test
De reksensoren zijn volgens concept 1 op het lichaam geplaatst. Dit houdt in dat er één reksensor de borstexpansie zal gaan meten (geplaatst op de tepellijn) en één reksensor de buikexpansie. Zie onderstaande afbeeldingen.
De sensoren zijn vervolgens tegelijk aangesloten op een Arduino Uno die met script CONCEPT 1 is uitgelezen. Zie Bijlage 1 voor het volledige script.
Na aansluiting is er drie keer aan maximale ademhaling uitgevoerd door de proefpersoon. De resultaten hiervan zijn door het script van de Arduino geplot in een grafiek. Een voorbeeld hiervan is in de onderstaande afbeelding te zien:
Rode lijn: reksensor borstexpansie
Blauwe lijn: reksensor buikexpansie
Resultaten
Formule: (gemiddelde piekwaarde meting 1 + gemiddelde piekwaarde meting 2 + gemiddelde piekwaarde meting 3) / 3 = gemiddelde piekwaarde concept 1
Gemiddelde piekwaarde buikademhaling: (513+512+512) / 3 = 512,33
Gemiddelde piekwaarde borstademhaling: (485+487+488) / 3 = 486,66
Concept 2
Bij concept 2 zullen de reksensoren op zowel de BH/tepel-lijn als rond de navel, gekruist over elkaar lopen. Er wordt getest wat het kruisen van de reksensoren voor effect heeft op de metingen van de verschillende ademhalingen. Er zijn tweemaal zoveel reksensoren nodig en de productiekosten liggen iets hoger als dat van concept 1.
De test
De reksensoren zijn volgens concept 2 op het lichaam geplaatst. Dit houdt in dat er twee reksensoren gekruist de borstexpansie gaan meten (kruising over de tepellijn) en twee reksensoren gekruist de buikexpansie gaan meten (gekruist over de navellijn). Zie onderstaande afbeeldingen.
De sensoren zijn vervolgens apart per locatie uitgelezen op een Arduino Uno die met script CONCEPT 2 is uitgelezen. Zie bijlage 2 voor het volledige script.
Na aansluiting is er drie keer aan maximale ademhaling uitgevoerd door de proefpersoon om de borstexpansie te meten en vervolgens nog drie keer om de buikexpansie te meten. De resultaten hiervan zijn door het script van de Arduino geplot in een grafiek. Een voorbeeld hiervan is in de onderstaande afbeelding te zien:
Rode/ blauwe lijn: Reksensoren
Groene lijn: Gemiddelde van de reksensoren
Resultaten
Gemiddelde piekwaarde borstademhaling: (502+502+502) / 3 = 502
Gemiddelde piekwaarde buikademhaling: (444+446+443) / 3 = 444,33
(Berekeningen zijn gemaakt aan de hand van de gemiddelde piekwaardes van alleen de groene lijn).
Concept 3
Bij concept 3 wordt er getest of het mogelijk is om met meerdere reksensoren per meetlocatie te meten. Er zou dan getest kunnen worden of dit invloed heeft op het krijgen van een betrouwbaardere meting. Ook zou het kunnen helpen bij het produceren van een type shirt wat door mensen van verschillende lichaamsbouw gedragen kan worden. Door meerdere sensoren per positie te gebruiken zou er bijvoorbeeld een gemiddelde gemeten kunnen worden per positie. Wat ervoor zorgt dat de sensoren niet precies op één plek geplaatst hoeven te worden. Wel zal dit het duurste ontwerp worden en zal het ook een grotere uitdaging meebrengen bij het technische aspect.
De test
De reksensoren zijn volgens concept 3 op het lichaam geplaatst. Dit houdt in dat er drie reksensoren onder elkaar de borstexpansie meten met de middelste op de tepellijn geplaatst. De andere reksensoren worden boven en onder de tepellijn geplaatst. Om de buik expansie te meten worden wederom drie reksensoren onder elkaar geplaatst ter hoogte van de navel lijn met de middelste reksensor op de navel lijn geplaatst. De andere reksensoren worden boven en onder de navellijn geplaatst. Zie onderstaande afbeelding.
De sensoren zijn vervolgens apart per locatie uitgelezen op een Arduino Uno die met script CONCEPT 3 is uitgelezen. Zie Bijlage 3 voor het volledige script.
Na aansluiting is er drie keer aan maximale ademhaling uitgevoerd door de proefpersoon om de borstexpansie te meten en vervolgens nog drie keer om de buikexpansie te meten. De resultaten hiervan zijn door het script van de Arduino geplot in een grafiek. Een voorbeeld hiervan is in de onderstaande afbeelding te zien:
Rode lijn: bovenste reksensor
Blauwe lijn: middelste reksensor
Groene lijn: onderste reksensor
Oranje lijn: gemiddelde van de reksensoren
Resultaten
Gemiddelde piekwaarde borstademhaling: (513+509+511) / 3 = 511
Gemiddelde piekwaarde buikademhaling: (481+484+485) / 3 = 483,33
(Berekeningen zijn gemaakt aan de hand van de gemiddelde piekwaardes van alleen de oranje lijn).