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Enregistrement W4283464583 · doi:10.2196/37229

Automated Assessment of Balance Rehabilitation Exercises With a Data-Driven Scoring Model: Algorithm Development and Validation Study

2022· article· en· W4283464583 sur OpenAlexvenueno aff
Vassilis Tsakanikas, Dimitrios Gatsios, Athanasios Pardalis, Κostas Μ. Tsiouris, Eleni I. Georga, Doris‐Eva Bamiou, Marousa Pavlou, Christos Nikitas, Dimitrios Kikidis, Isabelle Walz, Christoph Maurer, Dimitrios I. Fotiadis

Notice bibliographique

RevueJMIR Rehabilitation and Assistive Technologies · 2022
Typearticle
Langueen
DomaineMedicine
ThématiqueStroke Rehabilitation and Recovery
Établissements canadiensnon disponible
Organismes subventionnairesEuropean Commission
Mots-clésRehabilitationComputer scienceBalance (ability)AlgorithmPhysical medicine and rehabilitationData miningMachine learningArtificial intelligencePhysical therapyMedicine

Résumé

récupéré en direct d'OpenAlex

BACKGROUND: Balance rehabilitation programs represent the most common treatments for balance disorders. Nonetheless, lack of resources and lack of highly expert physiotherapists are barriers for patients to undergo individualized rehabilitation sessions. Therefore, balance rehabilitation programs are often transferred to the home environment, with a considerable risk of the patient misperforming the exercises or failing to follow the program at all. Holobalance is a persuasive coaching system with the capacity to offer full-scale rehabilitation services at home. Holobalance involves several modules, from rehabilitation program management to augmented reality coach presentation. OBJECTIVE: The aim of this study was to design, implement, test, and evaluate a scoring model for the accurate assessment of balance rehabilitation exercises, based on data-driven techniques. METHODS: The data-driven scoring module is based on an extensive data set (approximately 1300 rehabilitation exercise sessions) collected during the Holobalance pilot study. It can be used as a training and testing data set for training machine learning (ML) models, which can infer the scoring components of all physical rehabilitation exercises. In that direction, for creating the data set, 2 independent experts monitored (in the clinic) 19 patients performing 1313 balance rehabilitation exercises and scored their performance based on a predefined scoring rubric. On the collected data, preprocessing, data cleansing, and normalization techniques were applied before deploying feature selection techniques. Finally, a wide set of ML algorithms, like random forests and neural networks, were used to identify the most suitable model for each scoring component. RESULTS: The results of the trained model improved the performance of the scoring module in terms of more accurate assessment of a performed exercise, when compared with a rule-based scoring model deployed at an early phase of the system (k-statistic value of 15.9% for sitting exercises, 20.8% for standing exercises, and 26.8% for walking exercises). Finally, the resulting performance of the model resembled the threshold of the interobserver variability, enabling trustworthy usage of the scoring module in the closed-loop chain of the Holobalance coaching system. CONCLUSIONS: The proposed set of ML models can effectively score the balance rehabilitation exercises of the Holobalance system. The models had similar accuracy in terms of Cohen kappa analysis, with interobserver variability, enabling the scoring module to infer the score of an exercise based on the collected signals from sensing devices. More specifically, for sitting exercises, the scoring model had high classification accuracy, ranging from 0.86 to 0.90. Similarly, for standing exercises, the classification accuracy ranged from 0.85 to 0.92, while for walking exercises, it ranged from 0.81 to 0.90. TRIAL REGISTRATION: ClinicalTrials.gov NCT04053829; https://clinicaltrials.gov/ct2/show/NCT04053829.

Récupéré en direct depuis OpenAlex et désinversé. Les résumés ne sont pas conservés dans cette base de données : les index inversés représentent 8,6 Go des 9,3 Go de texte de la base, et le serveur dispose de 13 Go libres.

Comment cette classification a été obtenuedéplier

Prédiction machine sur la base complète

Imitation des enseignants

Ni 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.

score de la tête « metaresearch » (Codex)0,006
score de la tête « metaresearch » (Gemma)0,012
Version: metacan-v3-hybrid-931329e0061cStatut de validation: machine_predicted_unvalidated
Catégories candidatesaucune
Catégories consensuellesaucune
DomaineSignal candidat: aucune · Signal consensuel: aucune
Devis d'étudeSignal candidat: Expérimental (laboratoire) · Signal consensuel: aucune
GenreSignal candidat: Méthodes · Signal consensuel: Méthodes
Score de désaccord entre enseignants0,018
Score d'incertitude au seuil0,037

Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)

CatégorieCodexGemma
Métarecherche0,0060,012
Méta-épidémiologie (sens strict)0,0020,000
Méta-épidémiologie (sens large)0,0010,001
Bibliométrie0,0010,001
Études des sciences et des technologies0,0010,000
Communication savante0,0010,001
Science ouverte0,0010,001
Intégrité de la recherche0,0020,002
Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger)0,0010,001

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.

Tête enseignante Opus0,026
Tête enseignante GPT0,336
Écart entre enseignants0,311 · la distance entre les deux têtes enseignantes sur ce seul travail
Statut de validationscore_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 découle

Classification

machine, non validée

Prédiction automatique; un appel candidat d’une seule source (Gemma direct ou Codex distillé), pas un consensus.

Les modèles n’ont appliqué aucune catégorie : rien dans la taxonomie ne correspondait à ce travail.
Devis d'étudeExpérimental (laboratoire)
Domainenon disponible
GenreMéthodes

Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».

En bref

Citations8
Publié2022
Routes d'admission1
Résumé présentoui

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