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Enregistrement W4410217123 · doi:10.1101/2025.05.06.25326646

Validation of an instrumented shoe insole framework for analyzing spatiotemporal gait metrics in healthy and neurodegenerative populations

2025· preprint· en· W4410217123 sur OpenAlexaff
Matthew P. Mavor, Alexandre Mir-Orefice, Victor C.H. Chan, Gauruv Bose, Heather MacLean, Tiago Mestre, David A. Grimes, Mark S. Freedman, Ryan B. Graham

Notice bibliographique

RevuemedRxiv · 2025
Typepreprint
Langueen
DomaineHealth Professions
ThématiqueBalance, Gait, and Falls Prevention
Établissements canadiensUniversity of Ottawa
Organismes subventionnairesnon disponible
Mots-clésGaitPhysical medicine and rehabilitationGait analysisComputer scienceMedicine

Résumé

récupéré en direct d'OpenAlex

Abstract Many neurological conditions negatively affect a person’s walking quality, which is a vital aspect of their quality of life. Gait quality, through the collection of spatiotemporal variables, can also help infer disease status; however, in-clinic access to these metrics is limited or cannot be assessed frequently enough to proactively monitor disease progression (i.e., improvement, maintenance, worsening). To address these limitations, we developed a framework that analyzes spatiotemporal gait metrics using healthy and neurodegenerative walking data collected from instrumented shoe insoles. The Insole Framework (IF) identifies ambulatory activities using an artificial neural network, identifies gait events using logic, fuses the inertial measurement unit (IMU) data, standardizes the analysis to every ten seconds, and calculates spatiotemporal metrics categorized into core, pace, percentage, and asymmetry metrics. Activity classification algorithms had excellent accuracy and F1-score (≥ 93%). The spatiotemporal metrics obtained from the IF were validated against a gold standard motion capture system using ICCs, limits of agreement, and statistical testing. All core and pace metrics had good to excellent reliability and acceptable bias compared to the motion capture system, regardless of neurological function. Of the 19 spatiotemporal metrics assessed, system-independent statistical tests showed that similar population-level interpretations (i.e., one disagreement) and post-hoc differences (i.e., three disagreements) with similar levels of explained variance (absolute η 2 difference between systems across all tests was 0.046) would be found regardless of the system used. The IF was considered valid and can appropriately capture ambulatory activities and spatiotemporal gait metrics in healthy, multiple sclerosis, and Parkinson’s disease populations. Author Summary Gait assessments are used by clinicians to infer the severity and progression of neurological diseases. These assessments aim to quantify gross walking quality (i.e., patient perception, visual observations, speed, and distance) rather than the spatiotemporal metrics (e.g., double support time, stride length, cadence, etc.) that differentiate people from controls, conditions, and severity levels. Although spatiotemporal metrics can be powerful digital biomarkers to assess disease severity and monitor progression, traditional motion capture methods are limited due to high costs, the need for specialized expertise, time-consuming analysis/operations and infrequent patient collections. To overcome these limitations, we propose a framework that uses instrumented shoe insoles (inertial measurement unit + pressure) to identify activities and analyze gait. With our framework, gait assessments can be done several times a month in free-living conditions instead of infrequent clinical gait assessments, reducing healthcare barriers and promoting objective decision-making. This work describes our activity recognition, gait detection, and fusion methods and demonstrates our framework’s ability to produce results comparable to a gold-standard motion capture system in participants with multiple sclerosis, Parkinson’s disease, and healthy individuals. Our Insole Framework is deemed valid due to high reliability, similar between-group interpretations across systems, and the activity recognition algorithm’s performance.

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)0,004
score de la tête « metaresearch » (Gemma)0,008
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: Empirique · Signal consensuel: Empirique
Score de désaccord entre enseignants0,009
Score d'incertitude au seuil0,023

Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)

CatégorieCodexGemma
Métarecherche0,0040,008
Méta-épidémiologie (sens strict)0,0010,000
Méta-épidémiologie (sens large)0,0010,001
Bibliométrie0,0020,001
Études des sciences et des technologies0,0000,000
Communication savante0,0010,000
Science ouverte0,0010,001
Intégrité de la recherche0,0010,000
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 Opus0,089
Tête enseignante GPT0,424
Écart entre enseignants0,335 · 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
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

Citations1
Publié2025
Routes d'admission1
Résumé présentoui

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