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MAL Dokumentation: Messdaten-Analysen



Inhalt:

1. ALLGEMEINES
2. ROUTINEN FÜR DIE MESSDATEN-ANALYSE
2.1. Show
2.2. Info
2.3. Rohdaten-Bilder
2.4. Animation
2.5. Export
2.6. MATLAB-Export
2.7. EXCEL-Export
2.8. Interaktiv
2.9. Symmetrie
2.10. Autotracking_Net


1. ALLGEMEINES

Jedem Benutzer steht ein Datensatz mit Konfigurationsdaten für Archivierungs- und Analyse-Routinen zur Verfügung. Die Tabelle mit diesen Konfigurationsdaten erscheint direkt nach dem Login.



Eine neue Analyse (korrekter: neue Konfigurationsdaten einer Analyse) können entweder mit Insert oder mit Copy angelegt werden. Mit Copy wird eine Kopie vom gerade markierten Datensatz angelegt.

Beim Aufruf von Insert erscheint zunächst ein Menü (Eintragsart), mit dem zwischen Messung/Archivierung und Analyse gewählt werden kann. Wählt man Analyse, so erscheint eine Eingabemaske zur Auswahl der gewünschten Analyse. Eine Beschreibung der verschiedenen Analyse-Routinen findet man im Kapitel Routinen für die Messdaten-Analyse.

Mit Konfiguration können die Konfigurationsdaten für die Datenselektion und die Analyse eingestellt werden.

Werden bei Analysen Bilder am Schirm ausgegeben, so erscheint nach dem Schließen des Bildes immer folgendes Menü:

Dieses Menü bezieht sich auf das eben angezeigte Bild und ermöglicht, dieses auszudrucken oder im JPEG-Format auf Datei zu speichern. In der Regel wird man Nein auswählen. Beim Speichern auf Datei muss immer der ganze Dateinamen inklusive der Extension ".jpgö angegeben werden.

Man beachte, dass mit Auswahl des Menüpunktes Abbruch die weitere Analyse gestoppt wird. Das kann sinnvoll sein, wenn die Analyse mehrere Bilder ausgibt (z.B. für jeden Durchgang eines).

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2. ROUTINEN FÜR DIE MESSDATEN-ANALYSE

Hier sind nur jene Analysen beschrieben, die von allgemeinem Interesse sind. Alle Messdaten-Analysen sind im Folder vetmed_analysen zu finden.

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2.1. Show

Die Analyse Show zeigt die gleichen Kontrollanzeigen, wie beim Messen/Archivieren jeweils mit dem Menüpunkt Draw angezeigt werden. Die Art der Darstellung hängt von der Art der Messdaten ab.

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2.2. Info

Die Analyse Info listet die Struktur der gespeicherten Daten auf:

Das obige Bild zeigt die Information einer (fingierten) Messung mit Videometrie und Satteldecke. Es wären zwei Messdurchgänge mit je 10 Sekunden Dauer (Zeit, in der von allen Messsystemen Daten verfügbar sind). Die Werte Nasex, Nasey, Nasez und pliance_fz enthalten Analogsignale (Zeitreihen eindimensionaler Werte) und der Wert Nase enthält eine Trajektorie (Zeitreihe dreidimensionaler Werte).

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2.3. Rohdaten-Bilder

Die Analyse rohdaten_bilder zeigt alle Analogkanäle in einer Gesamtübersicht am Schirm (mit Druckoption) an. Pro Bild werden die Zeitdiagramme eines Durchgangs angezeigt. Konfiguration ist keine möglich.

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2.4. Animation

Die Analyse Animation stellt Messdaten in 3d-Form dar. Primär werden bei der Animation Trajektorien, also bewegte 3d Punkte dargestellt, die meist durch Linien oder Polygone verbunden sind. Es besteht aber die Möglichkeit, Analogsignale in Form von Balken einzublenden.

Beim Einrichten einer Animation mit dem Menüpunkt Insert, wird zuerst abgefragt, ob Einfachselektion oder Mehrfachselektion gewünscht wird. Animationen mit Mehrfachselektion erlauben die Darstellung mehrerer Durchgänge (auch aus unterschiedlichen Messungen) in einem gemeinsamen Bild.

Konfiguration von Animationen

Zunächst wird mit folgendem Menü

zwischen allgemeinen Einstellungen der Animation (Parameters) und jenen für einzublendende Analogkanäle (Analog Channels) unterschieden. Sollen keine Analogkanäle eingeblendet werden, muss der Menüpunkt Analog Channels nicht weiter beachtet werden.

Unter Parameters erscheint folgende Eingabemaske:

Der Parameter Animationsmassstab stellt die Größe des dargestellten Objektes ein. Ein Wert von 1 bewirkt, dass die Objekte im Massstab 1:1 dargestellt werden. Ein Wert von 0.1 verkleinert um den Faktor 10.

Die Erscheinungsgröße von stereoskopischen 3d-Bildern hängt u.a. von der Bildschirmgröße und der eingestellten Auflösung ab, ist aber etwa so eingestellt, dass sie bei einer Auflösung von 800x600 Pixel und einem 17 Zoll-Monitor mit dem angegebenen Wert übereinstimmt.

Achsenkreuz stellt die Größe des eingeblendeten Achsenkreuzes in Meter ein (wird nicht mit dem Animationsmassstab multipliziert). Die Angabe von 0 (Null) bewirkt, dass keine Achsenkreuz eingeblendet wird.

Schrittzerlegung kann ebenso wie bei der Analyse Export eingestellt werden.

Schrittnummer gibt an, welcher Bewegungszyklus dargestellt werden soll. Bei Angabe von 0 (Null) wird der Mittelwert aus allen Bewegunszyklen eines Durchgangs berechnet. Animationen können immer nur einzelne Durchgänge darstellen. Eine Mittelwertbildung über mehrere Durchgänge ist nicht möglich. Zu beachten ist, dass die Mittelwertbildung unter Umständen laufzeitintensiv sein kann.

Wird beim Parameter zyklisch 1 eingestellt, so werden die Zeitreihen der einzelnen Trajektorien linear detrendiert. Beim Detrendieren wird den Werten der Zeitreihe eine Gerade aufsummiert, sodass der letzte Wert der Zeitreihe gleich dem ersten wird. Mit zyklisch kann zum Beispiel eine Aufnahme, die nicht am Laufband gemacht wurde, so umgeformt werden, dass die 3d-Figur wie am Laufband läuft.

Mit Teilmessung kann man die Darstellung auf Daten von einem einzelnen Messsystem beschränken. Die Angabe von mehreren Teilmessungen ist nicht möglich. Wird nichts angegeben (Leerstring, keine Blanks), so werden die Daten aller gemessenen Systeme dargestellt. In diesem Zusammenhang ist es entscheidend, welche Namen man für die Teilmessungen (Menüpunkt Submeasurements beim Konfigurieren von Kombinationsmessungen) angegeben hat. Bei archivierten Messdaten kann man die Namen der gemessenen Teilmessungen nötigenfalls mit der Analyse Info ermitteln.

Der Parameter Verschiebung_bei_Vergleich ist nur bei Animationen mit Mehrfachselektion relevant und bestimmt die Relativposition der Figur einer Messung bezogen auf die Vorgänger-Figur. Die Angabe erfolgt in Meter (nach der Maßstabsumrechnung) in Form von drei durch Blank getrennte Koordinatenwerten (x y z). Die Lage der einzelnen Figuren (Objekte) kann bei der Animation selbst auch noch interaktiv verändert werden. Der hier eingestellte Wert stellt jeweils die Ausgangsposition beim Start der Analyse ein.

Mit Analog Channels wird eine Tabelle mit den darzustellenden Analogkanälen geöffnet. Man kann vor dem Öffnen noch eine Muster-Messung aus dem Messdaten-Archiv auswählen, damit das Eintragen der Analogkanäle und Trajektorien einfacher wird.

Analogkanäle können jeweils auf einer Strecke zwischen zwei Raumpunkten (Trajektorien) oder deren Verlängerung eingeblendet werden. Mit zwei weiteren Raumpunkten kann die Richtung des darzustellenden Balkens eingestellt werden.

Bei jedem Analogkanal können folgende Einstellungen vorgenommen werden:

Der Parameter Analogkanal bestimmt den darzustellenden Analogwert. Hier kann ein beliebiger MAL-Code angegeben werden. Zum Beispiel kann mit Nasez diff 120 * die Vertikalgeschwindigkeit der Nase berechnet werden (bei einer Messfrequenz von 120 Hz).

Masstab dient zur Umrechnung des Analogwertes auf die Balkenlänge (in Meter).

Lage bestimmt, an welcher Position zwischen den Punkten "Verbindung1ö und "Verbindung2ö der Balken eingeblendet werden soll. Ein Wert von 0 blendet den Balken direkt bei "Verbindung1ö ein und ein Wert von 1 direkt bei "Verbindung2ö. Der im Beispiel angeführte Wert von 0.5 blendet auf der halben Strecke zwischen "Verbindung1ö und "Verbindung2ö ein. Es können auch Werte kleiner 0 oder größer 1 angegeben werden.

Breite bestimmt die Breite des Balkens in Meter und Abstand den Abstand des Balkens von der Verbindungslinie zwischen "Verbindung1ö und "Verbindung2ö.

Mit den beiden Parametern Richtung1 und Richtung2 kann die Richtung des angezeigten Balkens eingestellt werden. Die tatsächliche Richtung des Balkens wird aber stets so berechnet, dass der Balken immer normal zur Verbindung zwischen "Verbindung1ö und "Verbindung2ö steht. "Richtung1ö und "Richtung2ö bestimmt also nur mehr einen Freiheitsgrad. Die Verbindung zwischen "Richtung1ö und "Richtung2ö sollte möglichst normal zur Verbindung zwischen "Verbindung1ö und "Verbindung2ö liegen. Eventuell müssen die Werte von Richtung1 und Richtung2 vertauscht werden, falls der Balken um 180 Grad in die falsche Richtung zeigt.

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2.5. Export

Die Analyse Export kann sowohl für den Datenexport zu Matlab und Excel, wie auch für die Zerlegung in Bewegungszyklen verwendet werden.

Beim Einrichten einer Export-Analyse muss man zwischen Einfachanalyse und Mehrfachanalyse wählen. Einfachanalyse bedeutet, dass mit jeder Auswertung die Daten einer Messung (kann aber mehrere Durchgänge haben) exportiert werden. Bei Mehrfachanalyse können mehrere Messungen in der Datenbank selektiert werden, bevor der Export gestartet wird.

Die Konfigurationsmöglichkeiten von Export sehen folgendermaßen aus:

Der Parameter Analogwert bestimmt, welcher Analog-Kanal exportiert werden soll (die Liste der Möglichen Analogkanäle ist von der Messung abhängig und kann mit der Analyse Info abgefragt werden).

Die Parameter Schrittzerlegung, Aufbereitung und pro_Messung bestimmen die weitere Verarbeitung des Analogwertes vor der Darstellung und dem Export.

Mit Schrittzerlegung wird angegeben, ob (und wenn ja: wie) die Zeitreihe des Analogwertes in Bewegungszyklen zerlegt werden soll. Hier kann im Prinzip beliebiger MAL-Code angegeben werden, mit dem eine Instanz der Klasse timeslices_class berechnet wird. Folgende Möglichkeiten sind vordefiniert: Die Strings Huf_LVx sind Namen von Analogsignalen, die für die Berechnung des Fussungszeitpunktes (bzw. Fussungsendes) herangezogen werden. Hier kann also auch Huf_RVx oder Huf_LHx oder Huf_RHx stehen. Die dritte Variante berechnet die Bewegungszyklen aufgrund der Fussungszeitpunkte, die aus den Audiosignalen der am Huf montierten Mikrofone berechnet wurden. Statt "Zyklus_LV" kann auch "Zyklus_RV" angegeben werden.

Wie oben bereits angedeutet, wird mit dem im Parameter Schrittzerlegung angegebenen String eine Instanz der Klasse timeslices_class berechnet. Daher ist es auch möglich, zum Beispiel folgende Angaben zu machen:
  • Huf_LVx Fussungsende 10 - (10 Samples früher als das Fussungsende)
  • Huf_LVx Fussungsbeginn Huf_LVx Fussungsende - (nur Standphase) Mit dem Parameter Aufbereitung wird angegeben, ob und wie die Daten der einzelnen Bewegungszyklen kombiniert werden sollen. Folgende Angaben sind möglich: Die Angaben Zeitnormalisiert, Mittelwert und Streuband sind nur zulässig, wenn eine Zerlegung in Bewegungszyklen angegeben ist.

    Wenn keine Schrittzerlegung angegeben ist (leeres Feld), muss unter Aufbereitung "Rohkurven" ausgewählt werden.

    Der Parameter pro_Messung hat nur bei Export-Analysen mit Mehrfachselektion Relevanz. Abhängig davon, ob eine Schrittzerlegung angegeben ist, werden die Ergebnisse in folgender Form abgelegt: Mit dem Parameter Vorschau kann ausgewählt werden, ob die Daten vor dem Exportieren als Zeitdiagramm am Bildschirm dargestellt werden sollen.

    Unter Zielprogramm kann entweder Matlab, Excel oder nichts angegeben werden. Wird nichts angegeben, so erfolgt kein Export. Man kann die Analyse also auch nur zum Betrachten der Vorschaudaten verwenden.

    Bei der Angabe von Zielpfad ist zu beachten, dass die Angabe des abschließenden Zeichens "\ö (Backslash) zwingend ist. Der Name der Zieldatei ist jeweils beim Exportieren selbst anzugeben.

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    2.6. MATLAB-Export

    Diese Analyse exportiert die Analogwerte einer Messung ohne Vorbearbeitung auf Dateien (jeweils eine Datei pro Durchgang). Will man die Daten in Bewegungszyklen zerlegen, so muss die Analyse Export verwendet werden.

    MATLAB-Export benötigt keine Konfigurationsdaten. Die Zieldatei ist bei jedem Start (ohne Extension) einzugeben. Gibt man z.B folgende Zieldatei an:

    c:\MATLAB6p1\work\messdaten

    so werden die Dateien

    usw. (je nach Anzahl der gespeicherten Durchgänge) angelegt. Diese Dateien können mit Matlab gelesen werden, indem man z.B:

    messdaten1

    eingibt. Man erhält dann etwa folgende Variablen
    • Bearbeiter
    • Kommentar
    • Projekt
    • data
    • Datum
    • Patientenname
    • Uhrzeit
    • identification
    mit den eingelesenen Daten. Dann können z.B. Zeitdiagramme der Analogwerte mit

    plot(data)

    angezeigt werden.

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    2.7. EXCEL-Export

    Die Analyse     Excel-Export exportiert die Analogwerte einer Messung ohne Vorbearbeitung auf Dateien (jeweils eine Datei pro Durchgang). Will man die Daten in Bewegungszyklen zerlegen, so muss die Analyse Export verwendet werden.

    Die Konfigurationsdaten beschränken sich auf die Angabe der Zieldateien (Angabe ohne Extension). Gibt man z.B folgende Zieldateien an:

    c:\temp\messdaten

    so werden die Dateien

    usw. (je nach Anzahl der gespeicherten Durchgänge) angelegt. Die Extension .anc wurde gewählt, weil sie auch vielfach auch für den Import von Motion-Analysis Analogdaten in Excel verwendet wird.

    Wichtig: Als Komma-Trennzeichen wird "." (Dezimalpunkt) verwendet. Eventuell muss im Betriebssystem unter Systemsteuerung / Ländereinstellung eine entsprechende Korrektur vorgenommen werden.

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    2.8. Interaktiv

    Die Analyse     Interaktiv dient für Tests und Entwicklungen. Mit dem Menüpunkt Konfiguration / Analyse wird ein Editorfenster geöffnet in dem MAL-Code für die Analyse der Messdaten eingetragen werden kann.

    Folgende Worte sind bei der Ausführung des Codes bereits ins Vokabular geladen:

    Beispiele:

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    2.9. Symmetrie

    Die Analyse     Symmetrie berechnet Symmetriefaktoren für Kopf- oder Widerristbewegungen (Verfahren siehe: C. Peham, M. Scheidl, Theresia Licka, A METHOD OF SIGNAL PROCESSING IN MOTION ANALYSIS OF THE TROTTING HORSE, J. Biomechanics, Vol. 29, No. 8, pp. 1111-1114, 1996)

    Das Signal kann wahlweise mit einer Spline-Funktion oder einer Kette von RC-Tiefpassfiltern vorverarbeitet werden, um niederfrequente Bewegungen (Kopfbewegung beim Schauen) zu unterdrücken. Die gefilterten Signale werden jeweils vom Originalsignal subtrahiert. So werden die an sich als Tiefpass arbeitenden Filter als Hochpassfilter angewandt.

    Der Parameter Analogsignale dient zur Auswahl des auszuwertenden Analogwertes. Die Zyklusbestimmung ist erforderlich, weil für jeden Bewegungszyklus ein eigener Symmetriewert berechnet wird. So können Mittelwert und Streuung aus den Ergebnissen gerechnet werden. Bezüglich der möglichen Einstellungen bei der Zyklusbestimmung siehe bei Export.

    Der Parameter Spline_Variance stellt die Glättungskonstante der Spline-Funktion ein (siehe Reinsch, Christian H., SMOOTHING BY SPLINE FUNCTIONS, Numerische Mathematic 10, 177-183,1967) . Wird 0 (Null) angegeben, erfolgt keine Spline-Filterung.

    Die Tiefpass_Grenzfrequenz des Tiefpass-Filters ist die –3dB Grenzfrequenz. Bei einer Tiefpass_Ordnung >1 werden mehrere Filter hintereinander geschaltet, belasten aber einander nicht, wie das in einer normalen RC-Kette üblich ist (man kann sich vorstellen, dass nach jedem RC-Glied ein Spannungsfolger-Verstärker eingeschoben ist).

    Die restlichen Parameter ungefiltert_anzeigen, gefiltert_anzeigen, fft/ifft_anzeigen, Anzeige von und bis stellen nur die Kontollanzeige in Form von Weg/Zeitdiagrammen ein. Jene Graphik, die mit ungefiltert_anzeigen eingeschaltet werden kann, zeigt das Eingangssignal gemeinsam mit dem Verlauf der berechneten Filterkurve. Mit gefiltert_anzeigen kann ein Zeitdiagramm der Eingangssignal nach Subtraktion der Filterkurve angezeigt werden und mit fft/ifft_anzeigen wird für jeden Bewegunszyklus eine Kurve angezeit, die sich aus der Rücktransformation (ifft) der Grundwelle und ersten Harmonischen ergibt. Wird bei allen drei Parametern ungefiltert_anzeigen, gefiltert_anzeigen und fft/ifft_anzeigen 0 (Null) angegeben, erfolgt überhaupt keine Kontrollanzeige. Anzeige von und bis stellt, welche Samples im Weg/Zeitdiagramm erscheinen sollen (damit kann man einen Zeitbereich herausvergrößern).

    Die Berechnung des Symmetriefaktors erfolgt für jeden Bewegungszyklus getrennt nach folgender Formel: 
                               AFHW
Symmetrie  =    -------------------- * 100
                        AFW + AFHW


    
Phase = 180/pi * arccos(real[1]/betrag[1])
    Das Vorzeichen für die Phasenverschiebung wird aus dem Imaginärteil imag[1] berechnet.

    Die Anzeige der Ergebnisse erfolgt in einem Textfenster in Form von zeilenweisen Zahlenpaaren, jeweils Symmetriewert und Phasenverschiebung (in Grad) der Grundwelle gegenüber dem Bewegungszyklus.

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    2.10. Autotracking_Net

    Autotracking_Net ist keine Analyse im eigentlichen Sinn, sondern enthält ein lernendes System (ein Neurales Netz) für die automatische Markenzuordnung beim Archivieren von Videometrie-Daten. Wird Autotracking_Net gestartet, so werden die selektierten Messdaten für das Training des Neuralen Netzes herangezogen.

    Beim Einrichten von Autotracking_Net kann zwischen Einfachselektion und Mehrfachselektion ausgewählt werden. Wählt man Mehrfachselektion, so können beim Start mehrere Messungen ausgewählt werden, bevor das Training des Netzes durchgeführt wird.

    Eine detailierte Beschreibung der Funktion und Konfiguration von Autotracking_Net findet man in der Beschreibung der Videometrie.

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