Hluboká neuronová síť pro analýzu a klasifikaci chůze pacienta s mrtvicí

Abnormální vzorce chůze lze pozorovat u pacientů s cévní mozkovou příhodou, kteří jsou schopni zahájit nácvik chůze, včetně cirkumdukční chůze, pokles nohy, kyčle a genu recurvatum. Prvních 6 měsíců po cévní mozkové příhodě je považováno za zlaté období pro rehabilitaci po cévní mozkové příhodě, proto intenzivní intervence v tomto období poskytne pacientům s cévní mozkovou příhodou významnou pomoc. V současné době jsou klinické léčebné metody stále silně závislé na subjektivní diagnóze fyziatry a terapeuty, a proto výzkumníci doufají, že zavedením objektivnější metody klasifikace abnormálních vzorců chůze poskytne významnější pomoc při dlouhodobém plánování rehabilitace.

V této observační studii vědci plánují získat 100 pacientů s cévní mozkovou příhodou s vůbec první jednostrannou cévní mozkovou příhodou, kteří jsou schopni chodit po rovném povrchu po dobu 6 minut bez pomoci. Kritéria pro zařazení zahrnují věk nad 20 let s první cévní mozkovou příhodou a postiženou dolní končetinou Brunnstrom ve stádiu III-V a funkční chůze kategorie VI. Účastníci by měli být schopni chodit po rovném povrchu bez pomoci po dobu 6 minut a jejich Mini-Mental State Examination (MMSE) by mělo být starší 25 let, což znamená, že účastníci mohou plnit příkazy a spolupracovat s vyšetřovateli v této studii. Kritéria vyloučení zahrnují těžké poruchy centrálního nervového systému (CNS)/periferní neurologické poruchy kromě mrtvice a osoby s vysokým rizikem pádu během chůze. Vyloučeni jsou také ti, kteří nemohou spolupracovat při testování a mají vážné zrakové/sluchové/poznávací deficity. Pacienti se zlomeninou dolní končetiny v posledních 6 měsících jsou rovněž vyloučeni.

Vyšetřovatelé rekrutují účastníky z ambulantních klinik a místností pro fyzikální terapii a pacienti před/po této studii chůze nedostanou žádné další léky. Účastí v této studii budou účastníci pokračovat ve svých fyzioterapeutických programech a také v léčebném režimu bez jakéhokoli omezení. Metodou studie v této studii je připevnit více inerciálních měřicích jednotek (IMU) na bilaterální zápěstí, kotníky a pánev účastníků a účastníci jsou požádáni, aby chodili uvnitř po rovném povrchu po dobu 6 minut svým nejpohodlnějším tempem. IMU použité v této studii se skládají z 3osého akcelerometru, 3osého gyroskopu a 3osého magnetometru s nejvyšší vzorkovací frekvencí 128Hz. Neinvazivní ortézy, jako je ortéza kotníku-noha (AFO), jsou povoleny ke zvýšení stability a symetrie chůze. Mezitím zkušení kliničtí fyziatri a fyzioterapeuti zaznamenají, zda vzorce chůze pacientů vykazují abnormální vzorce chůze, jako je cirkumdukční chůze, pokles chodidla, kyčle nebo zadní koleno. Účastníci mohou odejít po dokončení 6minutového testu chůze bez jakéhokoli nepohodlí.

Model hluboké neuronové sítě (DNN) je konstruován tak, aby byl trénován pro analýzu abnormálního vzoru chůze. Model DNN vytvořený pro tuto studii se skládá ze vstupní vrstvy, 6 skrytých vrstev, detekční výstupní vrstvy a klasifikační výstupní vrstvy. Každá skrytá vrstva se skládá ze 100 neuronů a detekční výstupní vrstva označí každé údaje o chůzi jako normální chůzi[1,0] nebo mrtvici[0,1]. Poté klasifikační vrstva označí každý abnormální vzor chůze po mrtvici jako chůzi po mrtvici, cirkumdukční chůzi, pokles chodidla, kyčle a koleno jako [1,1,1,1,1]. Po dokončení sběru klinických údajů o chůzi od účastníků této studie použijí vyšetřovatelé shromážděná data o chůzi pro trénink DNN a vyšetřovatelé použijí metodu k-násobné křížové validace k rozdělení údajů o chůzi účastníků náhodně do 5 kolekcí, přičemž 4 z nich se použijí jako trénink. data, zatímco zbývající se použijí jako testovací data, a testování se bude 5krát opakovat. Poté vyšetřovatelé porovnají klinické pozorované informace provedené fyziatry/terapeuty a výsledky modelu DNN, aby zjistili, zda je model DNN dostupný pro odlišení cirkumdukční chůze, pokles nohy, kyčle a genu recurvatum.