Application of Inertial Measurement Units and Machine Learning Classification in Cerebral Palsy: Randomized Controlled Trial
Notice bibliographique
Résumé
BACKGROUND: Cerebral palsy (CP) is a physical disability that affects movement and posture. Approximately 17 million people worldwide and 34,000 people in Australia are living with CP. In clinical and kinematic research, goniometers and inclinometers are the most commonly used clinical tools to measure joint angles and positions in children with CP. OBJECTIVE: This paper presents collaborative research between the School of Electrical Engineering, Computing and Mathematical Sciences at Curtin University and a team of clinicians in a multicenter randomized controlled trial involving children with CP. This study aims to develop a digital solution for mass data collection using inertial measurement units (IMUs) and the application of machine learning (ML) to classify the movement features associated with CP to determine the effectiveness of therapy. The results were calculated without the need to measure Euler, quaternion, and joint measurement calculation, reducing the time required to classify the data. METHODS: Custom IMUs were developed to record the usual wrist movements of participants in 2 age groups. The first age group consisted of participants approaching 3 years of age, and the second age group consisted of participants approaching 15 years of age. Both groups consisted of participants with and without CP. The IMU data were used to calculate the joint angle of the wrist movement and determine the range of motion. A total of 9 different ML algorithms were used to classify the movement features associated with CP. This classification can also confirm if the current treatment (in this case, the use of wrist extension) is effective. RESULTS: Upon completion of the project, the wrist joint angle was successfully calculated and validated against Vicon motion capture. In addition, the CP movement was classified as a feature using ML on raw IMU data. The Random Forrest algorithm achieved the highest accuracy of 87.75% for the age range approaching 15 years, and C4.5 decision tree achieved the highest accuracy of 89.39% for the age range approaching 3 years. CONCLUSIONS: Anecdotal feedback from Minimising Impairment Trial researchers was positive about the potential for IMUs to contribute accurate data about active range of motion, especially in children, for whom goniometric methods are challenging. There may also be potential to use IMUs for continued monitoring of hand movements throughout the day. TRIAL REGISTRATION: Australian New Zealand Clinical Trials Registry (ANZCTR) ACTRN12614001276640, https://www.anzctr.org.au/Trial/Registration/TrialReview.aspx?id=367398; ANZCTR ACTRN12614001275651, https://www.anzctr.org.au/Trial/Registration/TrialReview.aspx?id=367422.
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Comment cette classification a été obtenuedéplier
Prédiction machine sur la base complète
Imitation des enseignantsNi prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Le volet Gemma est une étiquette directe du modèle pour chaque travail de la base, lue sur la notice réduite au titre. Le volet Codex est un classifieur appris des 10 348 étiquettes directes de Codex et calibré sur les taux pondérés de l'échantillon; les champs sans appui suffisant ne portent aucun appel Codex. Le mode candidate est l'union des deux volets; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont pas des étiquettes humaines.
Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)
| Catégorie | Codex | Gemma |
|---|---|---|
| Métarecherche | 0,012 | 0,020 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,002 | 0,001 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,008 | 0,006 |
| Bibliométrie | 0,001 | 0,001 |
| Études des sciences et des technologies | 0,001 | 0,002 |
| Communication savante | 0,002 | 0,002 |
| Science ouverte | 0,002 | 0,001 |
| Intégrité de la recherche | 0,005 | 0,005 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,009 | 0,001 |
Scores machine (provisoires)
Les deux têtes enseignantes du modèle étudiant, lues sur ce travail. Un score ordonne la base pour la relecture; il n'affirme jamais une catégorie, et le statut de validation accompagne chaque rangée tel quel.
Scores de référence d'un modèle non mature (critères de maturité non atteints, 7 itérations). Un score ordonne; il n'affirme jamais une catégorie.
score_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découleClassification
machine, non validéePrédiction automatique; un appel candidat d’une seule source (Gemma direct ou Codex distillé), pas un consensus.
Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».