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Enregistrement W4404374758 · doi:10.1302/1358-992x.2024.18.055

WEARABLE INERTIAL SENSORS AND DEEP LEARNING TO DETECT CLINICALLY MEANINGFUL REAL-WORLD WALKING SURFACE CHARACTERISTICS

2024· article· en· W4404374758 sur OpenAlexaff
Gian Marco Vinco, Christophe Ley, Peter Morris Dixon, Bernd Grimm

Notice bibliographique

RevueOrthopaedic Proceedings · 2024
Typearticle
Langueen
DomaineEngineering
ThématiqueNon-Invasive Vital Sign Monitoring
Établissements canadiensMcGill University
Organismes subventionnairesnon disponible
Mots-clésWearable computerInertial measurement unitWearable technologyHuman–computer interactionComputer scienceArtificial intelligencePhysical medicine and rehabilitationMedicineEmbedded system

Résumé

récupéré en direct d'OpenAlex

Introduction The ability to walk over various surfaces such as cobblestones, slopes or stairs is a very patient centric and clinically meaningful mobility outcome. Current wearable sensors only measure step counts or walking speed regardless of such context relevant for assessing gait function. This study aims to improve deep learning (DL) models to classify surfaces of walking by altering and comparing model features and sensor configurations. Method Using a public dataset, signals from 6 IMUs (Movella DOT) worn on various body locations (trunk, wrist, right/left thigh, right/left shank) of 30 subjects walking on 9 surfaces were analyzed (flat ground, ramps (up/down), stairs (up/down), cobblestones (irregular), grass (soft), banked (left/right)). Two variations of a CNN Bi-directional LSTM model, with different Batch Normalization layer placement (beginning vs end) as well as data reduction to individual sensors (versus combined) were explored and model performance compared in-between and with previous models using F1 scores. Result The Bi-LSTM architecture improved performance over previous models, especially for subject-wise data splitting and when combining the 6 sensor locations (e.g. F1=0.94 versus 0.77). Placement of the Batch Normalization layer at the beginning, prior to the convolutional layer, enhanced model understanding of participant gait variations across surfaces. Single sensor performance was best on the right shank (F1=0.88). Conclusion Walking surface detection using wearable IMUs and DL models shows promise for clinically relevant real-world applications, achieving high F1 levels (>0.9) even for subject-wise data splitting enhancing the model applicability in real-world scenarios. Normalization techniques, such as Batch Normalization, seem crucial for optimizing model performance across diverse participant data. Also single-sensor set-ups can give acceptable performance, in particular for specific surface types of potentially high clinical relevance (e.g. stairs, ramps), offering practical and cost-effective solutions with high usability. Future research will focus on collecting ground-truth labeled data to investigate system performance in real-world settings.

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)0,000
score de la tête « metaresearch » (Gemma)0,001
Version: metacan-v3-hybrid-931329e0061cStatut de validation: machine_predicted_unvalidated
Catégories candidatesaucune
Catégories consensuellesaucune
DomaineSignal candidat: aucune · Signal consensuel: aucune
Devis d'étudeSignal candidat: Simulation ou modélisation · Signal consensuel: aucune
GenreSignal candidat: Empirique · Signal consensuel: aucune
Score de désaccord entre enseignants0,004
Score d'incertitude au seuil0,008

Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)

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

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 Opus0,010
Tête enseignante GPT0,241
Écart entre enseignants0,231 · 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'étudeSimulation ou modélisation
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

Citations0
Publié2024
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