Rede neural profunda para análise e classificação da marcha de pacientes com AVC

Padrões anormais de marcha podem ser observados entre pacientes com AVC que são capazes de iniciar o treinamento de deambulação, incluindo marcha de circundução, pé caído, caminhada do quadril e genu recurvatum. Os primeiros 6 meses após um acidente vascular cerebral são considerados o período de ouro para a reabilitação pós-AVC, portanto, a intervenção intensiva durante esse período fornecerá ajuda significativa aos pacientes com AVC. Atualmente, os métodos de tratamento clínico ainda dependem muito do diagnóstico subjetivo de fisiatras e terapeutas, portanto, os investigadores esperam estabelecer um método mais objetivo para classificar padrões anormais de marcha, que forneça assistência mais significativa durante o planejamento de reabilitação a longo prazo.

Neste estudo observacional, os investigadores planejam recrutar 100 pacientes com AVC com o primeiro AVC unilateral e são capazes de caminhar em uma superfície plana por 6 minutos sem assistência. Os critérios de inclusão incluem idade acima de 20 anos com AVC pela primeira vez e membro inferior afetado em estágio III-V de Brunnstrom e deambulação funcional categoria VI. Os participantes devem ser capazes de caminhar em uma superfície plana sem assistência por 6 minutos e seu Mini-Exame do Estado Mental (MMSE) deve ser superior a 25, o que significa que os participantes podem cumprir as ordens e cooperar com os investigadores neste estudo. Os critérios de exclusão incluem distúrbios neurológicos periféricos/do sistema nervoso central (SNC) graves, além de acidente vascular cerebral, e aqueles com alto risco de cair durante a caminhada. Aqueles que não podem cooperar com o teste e com déficits visuais/auditivos/cognitivos graves também são excluídos. Pacientes com fratura de membro inferior nos últimos 6 meses também são excluídos.

Os investigadores recrutam participantes de ambulatórios, bem como salas de fisioterapia e os pacientes não receberão nenhum medicamento extra antes/depois deste estudo de marcha. Os participantes continuarão seus programas de fisioterapia, bem como regime médico, sem qualquer restrição ao participar deste estudo. O método de estudo neste estudo é amarrar várias unidades de medição inercial (IMUs) nos pulsos, tornozelos e pélvis bilaterais dos participantes, e os participantes são solicitados a caminhar em uma superfície plana por 6 minutos em seu ritmo mais confortável. As IMUs usadas neste estudo consistem em um acelerômetro de 3 eixos, giroscópio de 3 eixos e magnetômetro de 3 eixos, com uma taxa de amostragem mais alta de 128 Hz. Órteses não invasivas, como órteses tornozelo-pé (AFO), podem aumentar a estabilidade e a simetria da marcha. Enquanto isso, fisiatras e fisioterapeutas clínicos experientes registrarão se os padrões de marcha dos pacientes mostram padrões de marcha anormais, como marcha de circundução, pé caído, caminhada no quadril ou joelho para trás. Os participantes podem sair após a conclusão do teste de caminhada de 6 minutos sem qualquer desconforto.

Um modelo de rede neural profunda (DNN) é construído para ser treinado para análise de padrão de marcha anormal. O modelo DNN construído para este estudo consiste em uma camada de entrada, 6 camadas ocultas, camada de saída de detecção e camada de saída de classificação. Cada camada oculta consiste em 100 neurônios e a camada de saída de detecção rotulará cada dado de marcha como normal gait[1,0] ou stroke gait[0,1]. Posteriormente, a camada de classificação rotulará cada padrão anormal de marcha de AVE como marcha de AVE, marcha de circundução, pé caído, caminhada de quadril e joelho de trás como [1,1,1,1,1]. Após a conclusão da coleta de dados clínicos de marcha dos participantes neste estudo, os investigadores usam os dados de marcha coletados para treinamento DNN, e os investigadores usam o método de validação cruzada k-fold para dividir os dados de marcha dos participantes em 5 coletas aleatórias, com 4 delas usadas como treinamento dados enquanto o restante usado como dados de teste, e o teste será repetido por 5 vezes. Em seguida, os investigadores irão comparar as informações clínicas observadas feitas por fisiatras/terapeutas e os resultados do modelo DNN para ver se o modelo DNN está disponível para diferenciar marcha de circundução, pé caído, caminhada do quadril e genu recurvatum.