Dybt neuralt netværk til ganganalyse og klassificering af slagtilfældepatienter

Unormale gangmønstre kan observeres blandt apopleksipatienter, der er i stand til at starte ambulationstræning, herunder circumduction-gang, dropfod, hoftevandring og genu recurvatum. De første 6 måneder efter en cerebrovaskulær hændelse betragtes som den gyldne periode for rehabilitering efter slagtilfælde, derfor vil intensiv intervention i denne periode give betydelig hjælp til patienter med slagtilfælde. I øjeblikket er kliniske behandlingsmetoder stadig stærkt afhængige af subjektiv diagnose fra fysiatere og terapeuter, og derfor håber efterforskerne ved at etablere en mere objektiv metode til at klassificere unormale gangmønstre, at den vil give mere væsentlig hjælp under langsigtet rehabiliteringsplanlægning.

I dette observationsstudie planlægger efterforskerne at rekruttere 100 patienter med slagtilfælde med det første unilaterale slagtilfælde nogensinde og er i stand til at gå på en flad overflade i 6 minutter uden hjælp. Inklusionskriterier omfatter alder over 20 år med første gang slagtilfælde og påvirket underekstremitet Brunnstrom stadium III-V og funktionel ambulation kategori VI. Deltagerne skal være i stand til at gå på en flad overflade uden assistance i 6 minutter, og deres Mini-Mental State Examination (MMSE) skal være over 25, hvilket betyder, at deltagerne kan efterkomme ordrer og samarbejde med efterforskere i denne undersøgelse. Eksklusionskriterier omfatter alvorlige centralnervesystem (CNS)/perifere neurologiske lidelser bortset fra slagtilfælde og dem med høj risiko for at falde ned under gang. De, der ikke kan samarbejde med testning og med alvorlige visuelle/auditive/kognitionsdefekter, er også udelukket. Patienter med fraktur i underekstremiteterne inden for de seneste 6 måneder er ligeledes udelukket.

Efterforskere rekrutterer deltagere fra ambulatorier samt fysioterapirum, og patienter vil ikke modtage ekstra medicin før/efter denne gangundersøgelse. Deltagerne vil fortsætte deres fysioterapiprogrammer såvel som medicinske regimer uden nogen begrænsning ved at deltage i denne undersøgelse. Undersøgelsesmetoden i denne undersøgelse er at spænde flere inertielle måleenheder (IMU'er) på deltagernes bilaterale håndled, ankler og bækken, og deltagerne anmodes om at gå indendørs på en flad overflade i 6 minutter i deres mest behagelige tempo. De IMU'er, der bruges i denne undersøgelse, består af et 3-akset accelerometer, et 3-akset gyroskop og et 3-akset magnetometer med en højeste samplingshastighed på 128Hz. Ikke-invasiv ortose såsom ankel-fod ortose (AFO) får lov til at øge gangstabilitet og symmetri. I mellemtiden vil erfarne kliniske fysioterapeuter og fysioterapeuter registrere, om patienternes gangmønstre viser unormale gangmønstre såsom cirkumduktionsgang, dropfod, hoftevandring eller bagknæ. Deltagerne får lov til at forlade efter afslutning af 6 minutters gangtest uden ubehag.

En model for dybt neuralt netværk (DNN) er konstrueret til at blive trænet til analyse af unormal gangmønster. DNN-modellen konstrueret til denne undersøgelse består af et inputlag, 6 skjulte lag, detektionsoutputlag og klassifikationsoutputlag. Hvert skjult lag består af 100 neuroner, og detektionsoutputlag vil mærke hver gangdata som normal gang[1,0] eller slaggang[0,1]. Efterfølgende vil klassifikationslaget mærke hvert unormalt slaggangmønster som slaggang, cirkumduktionsgang, dropfod, hoftevandring og bagknæ som [1,1,1,1,1]. Efter at have afsluttet indsamlingen af ​​kliniske gangdata fra deltagere i denne undersøgelse, bruger efterforskerne de indsamlede gangdata til DNN-træning, og efterforskerne bruger k-fold krydsvalideringsmetode til at opdele deltagernes gangdata i 5 samlinger tilfældigt, hvoraf 4 bruges som træning data, mens de resterende bruges som testdata, og testen vil blive gentaget 5 gange. Derefter vil efterforskere sammenligne klinisk observeret information udført af fysiatere/terapeuter og DNN-modellens resultater for at se, om DNN-modellen er tilgængelig for differentiering af circumduction-gangart, dropfod, hoftevandring og genu recurvatum.