Diep neuraal netwerk voor loopanalyse en classificatie van patiënten met een beroerte

Abnormale looppatronen kunnen worden waargenomen bij patiënten met een beroerte die in staat zijn om te beginnen met ambulatietraining, waaronder circumductiegang, klapvoet, heupwandelen en genu recurvatum. De eerste 6 maanden na een cerebrovasculair incident worden beschouwd als de gouden periode voor revalidatie na een beroerte, daarom zal intensieve interventie tijdens deze periode aanzienlijke hulp bieden aan patiënten met een beroerte. Op dit moment zijn klinische behandelingsmethoden nog steeds sterk afhankelijk van subjectieve diagnose door fysiotherapeuten en therapeuten. Daarom hopen onderzoekers dat door een meer objectieve methode vast te stellen om abnormale looppatronen te classificeren, dit meer significante hulp zal bieden bij revalidatieplanning op de lange termijn.

In deze observationele studie zijn onderzoekers van plan om 100 patiënten met een beroerte te rekruteren met de allereerste, eenzijdige beroerte en in staat te zijn om gedurende 6 minuten zonder hulp op een vlakke ondergrond te lopen. Inclusiecriteria omvatten leeftijd ouder dan 20 jaar met eerste beroerte en aangedane onderste ledematen Brunnstrom stadium III-V, en functionele ambulatie categorie VI. Deelnemers moeten gedurende 6 minuten zonder hulp op een vlakke ondergrond kunnen lopen en hun Mini-Mental State Examination (MMSE) moet meer dan 25 zijn, wat betekent dat deelnemers aan bevelen kunnen voldoen en kunnen samenwerken met onderzoekers in dit onderzoek. Uitsluitingscriteria omvatten ernstige aandoeningen van het centrale zenuwstelsel (CZS)/perifere neurologische aandoeningen behalve een beroerte, en aandoeningen met een hoog risico op vallen tijdens het lopen. Ook degenen die niet kunnen meewerken aan testen en met ernstige visuele/auditieve/cognitieve stoornissen worden uitgesloten. Patiënten met fracturen van de onderste ledematen in de afgelopen 6 maanden zijn eveneens uitgesloten.

Onderzoekers rekruteren deelnemers uit zowel poliklinieken als fysiotherapiekamers en patiënten krijgen voor/na dit gangonderzoek geen extra medicatie. Deelnemers zullen hun fysiotherapieprogramma's en medische regime zonder enige beperking voortzetten door deel te nemen aan dit onderzoek. De studiemethode in deze studie is om meerdere traagheidsmeeteenheden (IMU's) om de bilaterale polsen, enkels en bekken van de deelnemers te binden, en de deelnemers wordt verzocht om gedurende 6 minuten binnen op een vlakke ondergrond te lopen in hun meest comfortabele tempo. De IMU's die in dit onderzoek zijn gebruikt, bestaan ​​uit een 3-assige versnellingsmeter, 3-assige gyroscoop en 3-assige magnetometer, met een hoogste bemonsteringsfrequentie van 128 Hz. Niet-invasieve orthesen zoals enkel-voetorthesen (EVO) mogen de loopstabiliteit en symmetrie verhogen. Ondertussen zullen ervaren klinisch fysiotherapeuten en fysiotherapeuten registreren of het looppatroon van de patiënt abnormale looppatronen vertoont, zoals circumductiegang, klapvoet, heupwandelen of achterste knie. De deelnemers mogen na voltooiing van de 6 minuten looptest zonder enig ongemak vertrekken.

Een diep neuraal netwerk (DNN)-model is geconstrueerd om te worden getraind voor analyse van abnormale gangpatronen. Het voor dit onderzoek geconstrueerde DNN-model bestaat uit een invoerlaag, 6 verborgen lagen, een detectie-uitvoerlaag en een classificatie-uitvoerlaag. Elke verborgen laag bestaat uit 100 neuronen en de detectie-uitvoerlaag zal elke ganggegevens labelen als normale gang [1,0] of slaggang [0,1]. Daarna labelt de classificatielaag elk abnormaal gangpatroon als stroke gang, circumductie gang, drop foot, hip walking en back knee als [1,1,1,1,1]. Na voltooiing van het verzamelen van klinische loopgegevens van deelnemers aan deze studie, gebruiken onderzoekers de verzamelde loopgegevens voor DNN-training, en onderzoekers gebruiken de k-voudige kruisvalidatiemethode om de loopgegevens van deelnemers willekeurig in 5 verzamelingen te verdelen, waarvan er 4 als training worden gebruikt gegevens terwijl de resterende worden gebruikt als testgegevens, en het testen wordt 5 keer herhaald. Vervolgens zullen onderzoekers klinisch geobserveerde informatie van fysiotherapeuten/therapeuten vergelijken met de resultaten van het DNN-model om te zien of het DNN-model beschikbaar is voor het differentiëren van circumductiegang, klapvoet, heupwandelen en genu recurvatum.