LabVIEW评估儿童的运动认知技能

以前测量认知运动功能的技术范围从基本和耗时的笔和纸技术，到使用准确但复杂和昂贵的实验室设备。Kinelab的主要要求是提供一个易于配置、坚固且便携的平台，以便在向4-12岁的儿童展示交互式视觉刺激期间快速收集运动学测量值。

2009年，研究人员使用LabVIEW开发了第一版Kinelab，该首款将传统方法的可移植性与高科技实验设备的速度和精度相结合。

最初的开发人员考虑使用C++或.NET与Windows集成，但这样做所需的开销使得这不可行，因为使用LabVIEW提供的通用平台要容易得多。

随着项目的发展，该团队要求解决日益增长的数据收集需求所带来的挑战。需要更新原始软件，以适应和集成现代计算中的最新创新和标准。由于软件是基于久经试验证的可扩展LabVIEW设计模式而构建，可以快速轻松地进行渐进式改进，以确保应用程序继续顺利运行，在测试期间节省了数千小时。

Kinelab在平板电脑上运行，相当于笔和纸的数字。孩子使用手写笔与屏幕上显示的2D对象进行交互，并捕获和分析手写笔输入以衡量性能。

围绕运动学评估试验的交付构建了Kinelab架构，其中视觉对象与手持手写笔的位置相协调。将试用版定义为一组视觉对象，每个对象都具有大小、图形外观和位置等属性。开发人员使用LabVIEW内置XML函数来定义、创建、保存和编辑包含“游戏”中所有对象属性的自定义配置文件。当满足可定义的条件时，对象可以触发事件，例如在对象上移动触笔。事件可以更改对象的属性，以及激活其他操作，例如结束试用。

最初的开发人员使用LabVIEW图形化设计来实现一个试验设计器，一个直观的图形用户界面，非编程人员可以使用该界面快速轻松地生成完整的实验程序，而无需访问低级代码，从而节省了大量时间和成本。

视觉反馈：LabVIEW3D图像控制和OpenGL为轻松实现Kinelab所需的视觉反馈提供了一个理想平台，该视觉反馈实现为一系列2D精灵。整合OpenGL意味着可以利用图形处理单元并确保其功能得到有效利用，从而释放CPU资源来处理时序和事件触发的游戏逻辑。为了进一步优化应用程序，对LabVIEW进行编程，以为高优先级和时间关键型功能分配CPU资源，从而最大限度实现Kinelab的平稳运行。

数据处理：在每次试验的背景下捕获和分析手写笔位置，以得出性能测量。使用LabVIEW中的数学函数计算每次试验的空间和时间指标，并将数据存储在本地。

统计分析和报告生成：组合和处理从Kinelab获得的原始指标，为每个任务创建汇总分数。使用LabVIEW中的统计分析函数，通过一个数据库将每个孩子的分数与其他所有孩子的分数进行比较。存储原始和处理后的结果使研究人员可以重新访问数据并进行进一步分析。

教师和学生必须立即获得非技术反馈，以帮助确定需要提高学生技能的领域。使用LabVIEW报告生成工具包自动填充自定义Microsoft Excel模板;因此，在测试后立即为每个孩子生成可打印的反馈PDF报告。

消除操作员错误：为了保护13，500名儿童的个人数据，运营商无法直接访问数据库。如果在用户界面中输入数据时出错，这可能会有问题。需要一种强大的方法来对照数据库交叉检查用户界面字段。通过确保当唯一的学生编号和出生日期与数据库匹配时自动填充所有字段来解决此问题。确认孩子的详细信息后，操作员可以通过按“播放”开始试用。这种简单而有效的方法可防止输入错误数据的可能性。自从实施数据库交叉引用功能以来，前面板没有错误的输入，这有可能节省数百小时的后处理时间，以手动纠正操作员错误并将数据与单个子项进行匹配。

Kinelab前面板的屏幕截图，可自动从数据库中交叉引用孩子的详细信息，以最大限度地减少操作员错误。

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辅助第三方软件接口：为了补充Kinelab的综合功能，现在可以使用LabVIEW System Exec函数调用在其他环境中开发的可执行文件，例如Kinelab中的Python。这允许通过将数据从LabVIEW无缝传递到外部应用程序，从而快速轻松地集成第三方任务，反之亦然，从而显著缩短在LabVIEW中重新创建相同游戏所需的开发时间。

Kinelab是一种新颖的工具，可以客观评估儿童的认知运动能力，以及其他需要提供精确可靠的人类行为测量的领域。该工具取得了巨大的成功，产生了大量的研究成果。

该应用程序最初是为Windows XP和早期的平板电脑开发的，但是由于LabVIEW架构，进行了许多更新，这些更新变得更加简单。目前，正在扩展Kinelab的功能，以与各种硬件平台配合使用，并获取其他数据，例如屏幕上手写笔的接触压力。

LabVIEW的直观图形界面和已建立的可扩展设计架构可使系统的维护变得容易，而开发时间最短。LabVIEW的库和专业工具包集合使能够在给定的时间内开发Kinelab所需的广泛功能。

到目前为止，已经将Kinelab与数千名学童一起使用，以帮助识别有困难的个人，并确定有用的干预策略，以提高学校成绩和生活质量。

现在正在探索Kinelab的新应用领域，例如监测老年人的认知运动技能，神经损伤患者的康复，以及评估潜在的外科和牙科实习生。这项研究继续推动对人类认知运动控制和发展的理解。