【论文导读】用于老年人行为活动分类的感知鞋

Achkar C M E, Lenoble-Hoskovec C, Paraschiv-Ionescu A, et al. Instrumented shoes for activity classification in the elderly[J]. Gait & Posture, 2016, 44:12-17.

背景

老龄化通常伴随着由于生理系统功能衰退而造成的移动减少、虚弱、摔倒恐慌、损伤或疾病增多等。由于合适的体力活动可以提高人的健康和生活质量,因此随着老龄化,保持活力或再次保持活力是非常重要的。体力活动的增加可以使由老年痴呆、糖尿病、中风等疾病造成的死亡率和发病率降低。因此,当前老年病学研究中主要关注点是老年人体力活动量化和实时干预来保持或提高老年人的移动性。在老年人行为活动监测中通常需要提供临床中有用的行为活动信息。因此,从活动过程中区分出久坐不动(如坐或躺)是非常重要的。对步数和步速等参数的步态分析在提供诊断和预后信息中至关重要。

近年来穿戴技术、传感器微型化、运动轨迹追踪、手机应用等的发展,日常生活中的行为活动监测有了很大的进步。市场中这些设备更注重计步或能耗,而不是特定的分类和行为类型的量化。在行为分类中,多传感器可以产生很好的分类结果,但阻碍了长期监测。随之也产生一个重要的问题,即传感器位置,惯性传感器安置在脚或胫骨不能提取坐-站变换过程,但传感器安置在躯干上不能区分出楼梯运动。而在单一位置安置传感器对于区分姿势变换的分类准确率低。

因此本文给出一种感知鞋子,能够不加干扰的记录一整天运动和脚底数据。同时在记录的数据基础上建立一种受生物力学启发的决策树来实现行为分类的算法。

方法

感知鞋系统包括Physilog(厚:9.2mm,重量:<20g)和压力传感器鞋垫,其中Physilog由惯性传感器(三维加速度、三维陀螺仪、三维磁力计)和气压传感器,压力鞋垫包含8个压力传感器。鞋垫由Physilog供电。压力数据通过放置在独立盒子中的特制转换电路放大和数字化。使用时鞋垫放置在每只鞋中,Physilog模块绑定在鞋的上方,而特制电路盒绑定在脚踝。

QQ截图20160709171754

运动行为提取依赖于基于脚趾初始离地的步数提取,步态周期小于0.75s,则移除,连续周期小于3s,则判定为运动,剩余判定为非运动。坐和站(鞋垫):坐-站过程中重心会逐渐转移到腿上,设置阈值0.5BW来区分坐和站,TF低于0.5BW判定为坐,否则为站。高度(气压传感器):高度小于阈值thEL=2m,则为站;否则为使用电梯(依据信号范围是否大于0,判定是上或下)。是否非水平运动:使用高度信号区分水平运动和非水平(爬楼梯或坡),thEL小于2m,则为水平运动,否则为爬楼梯或爬坡;然后判定高度信号范围是否大于0判定上下,若大于0,则为上走,否则为下走;然后计算平面坡度α,来判定是坡还是楼梯(使用前向和垂直减速度计算,绝对值大于3度,为下/上坡,否则为上/下楼梯)。

QQ截图20160709171829

QQ截图20160709171855

结果

本文设计的感知鞋系统和受生物力学启发规则的决策树算法,能够很好的识别老年人行为活动。对分类坐、站和走的敏感性和精度超过95%;爬楼梯的精度最小,达到89%;坐电梯上下的敏感性最小,坐电梯向上:79%,坐电梯向下78%;总体分类准确率97.41%;本研究主要优点:在每个行为分类器节点使用多个传感器表明数据和行为的直接关联;算法规则是受生物力学启发的,不需要训练和测试过程;本研究结合行为监测和步态分析对未来临床应用很有吸引力。步态分析可以采用感知性鞋获得时空参数,如步速、步频、步幅等。这些参数可以提供关于老年人跌倒风险和虚弱重要的诊断和预后信息。

关键词:物理活动、可穿戴式传感器,惯性传感器、足底压力传感器、气压传感器

anyShare分享到:
This entry was posted in 新闻动态. Bookmark the permalink.

5 Responses to 【论文导读】用于老年人行为活动分类的感知鞋

  1. igEDD says:

    精彩大片你懂,htTP://uVU.Cc/ijW7

  2. 陈 绪 says:

    相对于传统用布道或录像判断来获取步态信息,本文提出的使用鞋垫的方法更加方便获取数据,它不受环境的限制,而且不需要昂贵的设备和大量的人力。我认为可穿戴智能设备的使用会是未来的方向

  3. 吴, 京 says:

    文章中提出的方法和我的研究方向有很大程度的关联,文中提到的通过步态检测仪获取步态数据是一个可行的方式,有一定的借鉴性。但是文章在对数据集进行分类时,所用的方法不够严谨,而且缺少数据支撑。

  4. 唐, 晨 says:

    这篇文章动作分类和行为分类不是很清晰,有没有公认通用的分类方法。选取的样本集也比较少,且介绍不够仔细。

    • 唐, 晨 says:

      谷老师的论文中将行为分为无人( empty ) 、走(walking ) 、坐( sitting ) 、站( standing ) 、睡(sleeping) 、跌倒(fallen)和跑(running)这7种进行分类,更多关于人体动作和行为的研究请参看徐光祜和曹媛媛的动作识别与行为理解综述这篇论文

发表评论