Глубокая нейронная сеть для анализа и классификации походки пациентов с инсультом

Аномальные модели походки могут наблюдаться у пациентов с инсультом, которые могут начать обучение передвижению, включая круговую походку, опускание стопы, походку бедра и выгибание колена. Первые 6 месяцев после нарушения мозгового кровообращения считаются золотым периодом для постинсультной реабилитации, поэтому интенсивное вмешательство в этот период окажет существенную помощь больным, перенесшим инсульт. В настоящее время методы клинического лечения по-прежнему в значительной степени зависят от субъективного диагноза физиотерапевтов и терапевтов, поэтому исследователи надеются, что создание более объективного метода классификации патологических моделей походки окажет более значительную помощь при долгосрочном планировании реабилитации.

В этом обсервационном исследовании исследователи планируют набрать 100 пациентов с первым в истории односторонним инсультом, способных ходить по плоской поверхности в течение 6 минут без посторонней помощи. Критерии включения: возраст старше 20 лет с впервые перенесенным инсультом и поражением нижних конечностей по Бруннстрему III-V стадии, функциональная двигательная категория VI. Участники должны быть в состоянии ходить по плоской поверхности без посторонней помощи в течение 6 минут, а их мини-тест психического состояния (MMSE) должен быть выше 25, что означает, что участники могут выполнять приказы и сотрудничать со исследователями в этом исследовании. Критерии исключения включают тяжелые расстройства центральной нервной системы (ЦНС)/периферические неврологические расстройства, кроме инсульта, и пациенты с высоким риском падения при ходьбе. Также исключаются те, кто не может сотрудничать с тестированием и с серьезными нарушениями зрения/слуха/познания. Также исключаются пациенты с переломами нижних конечностей в течение последних 6 мес.

Исследователи набирают участников из амбулаторных клиник, а также кабинетов физиотерапии, и пациенты не будут получать никаких дополнительных лекарств до/после этого исследования походки. Участники продолжат свои программы физиотерапии, а также медицинский режим без каких-либо ограничений, участвуя в этом исследовании. Метод исследования в этом исследовании заключается в том, чтобы прикрепить несколько инерциальных измерительных блоков (IMU) к двусторонним запястьям, лодыжкам и тазу участников, и участников просят ходить в помещении по плоской поверхности в течение 6 минут в наиболее удобном для них темпе. IMU, используемые в этом исследовании, состоят из 3-осевого акселерометра, 3-осевого гироскопа и 3-осевого магнитометра с максимальной частотой дискретизации 128 Гц. Неинвазивные ортезы, такие как голеностопный ортез (AFO), позволяют повысить стабильность и симметрию походки. Между тем, опытные клинические физиотерапевты и физиотерапевты будут записывать, проявляются ли в моделях походки пациентов аномальные модели походки, такие как круговая походка, свисающая стопа, подъем бедра или колено сзади. Участникам разрешается уйти после завершения 6-минутного теста ходьбы без какого-либо дискомфорта.

Создана модель глубокой нейронной сети (DNN) для обучения анализу аномальной походки. Модель DNN, построенная для этого исследования, состоит из входного слоя, 6 скрытых слоев, выходного слоя обнаружения и выходного слоя классификации. Каждый скрытый слой состоит из 100 нейронов, а выходной слой обнаружения будет помечать все данные походки как нормальную походку [1,0] или походку при гребке [0,1]. После этого классификационный слой будет обозначать каждый аномальный паттерн гребковой походки как гребковую походку, круговую походку, опускающуюся стопу, подъем бедра и заднее колено как [1,1,1,1,1]. После завершения сбора клинических данных о походке участников этого исследования исследователи используют собранные данные о походке для обучения DNN, а исследователи используют метод перекрестной проверки k-кратного порядка, чтобы случайным образом разделить данные о походке участников на 5 коллекций, 4 из которых используются в качестве обучающих. данные, в то время как остальные используются в качестве данных тестирования, и тестирование будет повторяться 5 раз. Затем исследователи сравнивают данные клинических наблюдений, сделанные физиотерапевтами/терапевтами, и результаты модели DNN, чтобы увидеть, доступна ли модель DNN для дифференциации походки с круговым движением, опускания стопы, подъема бедра и искривления колена.