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Enregistrement W4318206245 · doi:10.1186/s12984-023-01140-9

The use of machine learning and deep learning techniques to assess proprioceptive impairments of the upper limb after stroke

2023· article· en· W4318206245 sur OpenAlexafffund
Md. Delowar Hossain, Stephen H. Scott, Tyler Cluff, Sean P. Dukelow

Notice bibliographique

RevueJournal of NeuroEngineering and Rehabilitation · 2023
Typearticle
Langueen
DomaineMedicine
ThématiqueStroke Rehabilitation and Recovery
Établissements canadiensQueen's UniversityUniversity of Calgary
Organismes subventionnairesCanadian Institutes of Health ResearchOntario Research FoundationHeart and Stroke Foundation of Canada
Mots-clésKinematicsPhysical medicine and rehabilitationRandom forestArtificial intelligenceMachine learningTask (project management)Support vector machineProprioceptionComputer scienceStroke (engine)Artificial neural networkConvolutional neural networkDecision treePsychologyMedicineEngineering

Résumé

récupéré en direct d'OpenAlex

BACKGROUND: Robots can generate rich kinematic datasets that have the potential to provide far more insight into impairments than standard clinical ordinal scales. Determining how to define the presence or absence of impairment in individuals using kinematic data, however, can be challenging. Machine learning techniques offer a potential solution to this problem. In the present manuscript we examine proprioception in stroke survivors using a robotic arm position matching task. Proprioception is impaired in 50-60% of stroke survivors and has been associated with poorer motor recovery and longer lengths of hospital stay. We present a simple cut-off score technique for individual kinematic parameters and an overall task score to determine impairment. We then compare the ability of different machine learning (ML) techniques and the above-mentioned task score to correctly classify individuals with or without stroke based on kinematic data. METHODS: Participants performed an Arm Position Matching (APM) task in an exoskeleton robot. The task produced 12 kinematic parameters that quantify multiple attributes of position sense. We first quantified impairment in individual parameters and an overall task score by determining if participants with stroke fell outside of the 95% cut-off score of control (normative) values. Then, we applied five machine learning algorithms (i.e., Logistic Regression, Decision Tree, Random Forest, Random Forest with Hyperparameters Tuning, and Support Vector Machine), and a deep learning algorithm (i.e., Deep Neural Network) to classify individual participants as to whether or not they had a stroke based only on kinematic parameters using a tenfold cross-validation approach. RESULTS: We recruited 429 participants with neuroimaging-confirmed stroke (< 35 days post-stroke) and 465 healthy controls. Depending on the APM parameter, we observed that 10.9-48.4% of stroke participants were impaired, while 44% were impaired based on their overall task score. The mean performance metrics of machine learning and deep learning models were: accuracy 82.4%, precision 85.6%, recall 76.5%, and F1 score 80.6%. All machine learning and deep learning models displayed similar classification accuracy; however, the Random Forest model had the highest numerical accuracy (83%). Our models showed higher sensitivity and specificity (AUC = 0.89) in classifying individual participants than the overall task score (AUC = 0.85) based on their performance in the APM task. We also found that variability was the most important feature in classifying performance in the APM task. CONCLUSION: Our ML models displayed similar classification performance. ML models were able to integrate more kinematic information and relationships between variables into decision making and displayed better classification performance than the overall task score. ML may help to provide insight into individual kinematic features that have previously been overlooked with respect to clinical importance.

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)0,002
score de la tête « metaresearch » (Gemma)0,006
Version: metacan-v3-hybrid-931329e0061cStatut de validation: machine_predicted_unvalidated
Catégories candidatesaucune
Catégories consensuellesaucune
DomaineSignal candidat: aucune · Signal consensuel: aucune
Devis d'étudeSignal candidat: Observationnel · Signal consensuel: aucune
GenreSignal candidat: Empirique · Signal consensuel: Empirique
Score de désaccord entre enseignants0,002
Score d'incertitude au seuil0,011

Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)

CatégorieCodexGemma
Métarecherche0,0020,006
Méta-épidémiologie (sens strict)0,0010,000
Méta-épidémiologie (sens large)0,0010,000
Bibliométrie0,0020,001
Études des sciences et des technologies0,0000,000
Communication savante0,0010,001
Science ouverte0,0000,001
Intégrité de la recherche0,0010,001
Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger)0,0010,000

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 Opus0,013
Tête enseignante GPT0,265
Écart entre enseignants0,252 · 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'étudeObservationnel
Domainenon disponible
GenreEmpirique

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

En bref

Citations22
Publié2023
Routes d'admission2
Résumé présentoui

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