Rete neurale profonda per l'analisi e la classificazione dell'andatura dei pazienti colpiti da ictus

Modelli di andatura anormali possono essere osservati tra i pazienti colpiti da ictus che sono in grado di iniziare l'addestramento alla deambulazione, tra cui l'andatura di circonduzione, il piede cadente, l'escursione dell'anca e il genu recurvatum. I primi 6 mesi dopo un incidente cerebrovascolare sono considerati il ​​periodo d'oro per la riabilitazione post-ictus, pertanto un intervento intensivo durante questo periodo fornirà un aiuto significativo ai pazienti colpiti da ictus. Attualmente, i metodi di trattamento clinico si basano ancora fortemente sulla diagnosi soggettiva di fisiatri e terapisti, quindi i ricercatori sperano che stabilendo un metodo più obiettivo per classificare i modelli di andatura anormale, fornirà un'assistenza più significativa durante la pianificazione della riabilitazione a lungo termine.

In questo studio osservazionale, i ricercatori hanno in programma di reclutare 100 pazienti colpiti da ictus con il primo ictus monolaterale in assoluto e sono in grado di camminare su una superficie piana per 6 minuti senza assistenza. I criteri di inclusione includono età superiore a 20 anni con primo ictus e stadio di Brunnstrom III-V dell'arto inferiore colpito e categoria di deambulazione funzionale VI. I partecipanti dovrebbero essere in grado di camminare su una superficie piana senza assistenza per 6 minuti e il loro Mini-Mental State Examination (MMSE) dovrebbe essere superiore a 25, il che significa che i partecipanti possono rispettare gli ordini e collaborare con gli investigatori in questo studio. I criteri di esclusione includono gravi disturbi neurologici del sistema nervoso centrale (SNC)/periferico oltre all'ictus e quelli con un alto rischio di cadere durante la deambulazione. Sono esclusi anche coloro che non possono collaborare ai test e con gravi deficit visivi/uditivi/cognitivi. Sono esclusi anche i pazienti con frattura dell'arto inferiore negli ultimi 6 mesi.

Gli investigatori reclutano partecipanti da cliniche ambulatoriali e sale di terapia fisica e i pazienti non riceveranno alcun farmaco extra prima / dopo questo studio sull'andatura. I partecipanti continueranno i loro programmi di terapia fisica e il regime medico senza alcuna restrizione partecipando a questo studio. Il metodo di studio in questo studio è quello di legare più unità di misura inerziale (IMU) sui polsi, sulle caviglie e sul bacino bilaterali dei partecipanti e ai partecipanti è richiesto di camminare all'interno su una superficie piana per 6 minuti al ritmo più confortevole. Le IMU utilizzate in questo studio sono costituite da un accelerometro a 3 assi, un giroscopio a 3 assi e un magnetometro a 3 assi, con una frequenza di campionamento massima di 128Hz. Le ortesi non invasive come l'ortesi caviglia-piede (AFO) possono aumentare la stabilità e la simmetria dell'andatura. Nel frattempo, fisiatri clinici esperti e fisioterapisti registreranno se i modelli di andatura dei pazienti mostrano modelli di andatura anormali come l'andatura di circonduzione, il piede cadente, l'escursione dell'anca o il ginocchio posteriore. I partecipanti possono andarsene dopo aver completato il test di camminata di 6 minuti senza alcun disagio.

Un modello di rete neurale profonda (DNN) è costruito per essere addestrato per l'analisi del modello di andatura anormale. Il modello DNN costruito per questo studio è costituito da un livello di input, 6 livelli nascosti, un livello di output di rilevamento e un livello di output di classificazione. Ogni strato nascosto è composto da 100 neuroni e lo strato di output di rilevamento etichetterà ogni dato di andatura come andatura normale[1,0] o andatura corsa[0,1]. Successivamente, il livello di classificazione etichetterà ogni modello di andatura anomala come andatura da corsa, andatura di circonduzione, piede cadente, escursione dell'anca e ginocchio posteriore come [1,1,1,1,1]. Dopo il completamento della raccolta dei dati sull'andatura clinica dai partecipanti a questo studio, gli investigatori utilizzano i dati sull'andatura raccolti per l'addestramento DNN e gli investigatori utilizzano il metodo di convalida incrociata k-fold per dividere i dati sull'andatura dei partecipanti in 5 raccolte in modo casuale, di cui 4 utilizzati come addestramento dati mentre i restanti vengono utilizzati come dati di test e il test verrà ripetuto per 5 volte. Quindi i ricercatori confronteranno le informazioni cliniche osservate fornite da fisiatri/terapisti e i risultati del modello DNN per vedere se il modello DNN è disponibile per differenziare l'andatura di circonduzione, il piede cadente, l'escursione dell'anca e il genu recurvatum.