使用可穿戴氣壓傳感器改善活動性障礙中風(fēng)患者的活動識別資料說明

　　全球每年約有1700萬人受到中風(fēng)的影響〔1〕。中風(fēng)后的幸存者主要受到運(yùn)動障礙的影響，這些障礙是由于共濟(jì)失調(diào)或偏癱，以及中風(fēng)后運(yùn)動皮層損傷的后果。運(yùn)動功能的恢復(fù)需要強(qiáng)化的身體康復(fù)，必須為患者量身定做，以獲得更好的療效。目前，治療決策通常基于對運(yùn)動功能的臨床評估，使用功能測試，如平衡評估的Berg平衡量表（BBS）或步態(tài)和平衡評估的定時(shí)起跑（TUG）或患者報(bào)告，包括生活質(zhì)量問卷，如一般中風(fēng)影響量表〔4〕或中風(fēng)特定生活質(zhì)量〔5〕。雖然這些評估有用，目前在臨床實(shí)踐中使用，但人們認(rèn)識到，這些評估可能有一些局限性。對問題的主觀解釋和患者的心理狀態(tài)可能會對生活質(zhì)量評分產(chǎn)生偏差。臨床功能測試僅在醫(yī)院進(jìn)行，不能反映患者日常生活中的實(shí)際運(yùn)動表現(xiàn)。例如，患者在臨床檢查中可能表現(xiàn)出良好的平衡和穩(wěn)定的步態(tài)，在日常生活中表現(xiàn)出良好的靈活性，但實(shí)際上他/她可能避免長距離步行或爬樓梯。因此，日常生活中的活動監(jiān)測有望對中風(fēng)后患者的身體功能和生活質(zhì)量提供更全面的評估。

　　近十年來，隨著可穿戴技術(shù)的發(fā)展和普及，人們對現(xiàn)實(shí)生活中的基本日?；顒舆M(jìn)行了廣泛的研究。在慢性疼痛或中風(fēng)患者的關(guān)鍵部位放置一組多個(gè)慣性傳感器（加速度計(jì)和陀螺儀），成功地監(jiān)測他們的日?；顒印７胖迷谲|干上的傳感器用于檢測躺著和行走的時(shí)間，并描述姿勢轉(zhuǎn)移，如從坐姿到站姿和從站姿（STS）轉(zhuǎn)換［9］，與中風(fēng)后功能恢復(fù)評估相關(guān)［10，11］，大腿上的慣性傳感器（加速計(jì)）可以區(qū)分坐姿和站立姿勢，而小腿/腳上的傳感器（陀螺儀）則用于詳細(xì)評估步態(tài)模式。然而，將多個(gè)傳感器放置在患者身體上可能會導(dǎo)致不適，從而阻礙他們執(zhí)行正常日?；顒拥哪芰鸵庠浮ｈb于這一局限性，許多研究致力于開發(fā)使用單一傳感器配置的活動監(jiān)視器［12–14］對說謊）仍然有限。例如，放置在大腿上的加速計(jì)無法準(zhǔn)確區(qū)分坐姿和躺姿［15，16］病人〔13，17〕。提高這些算法性能的一個(gè)可能的解決方案是使用額外的傳感器模式，如大氣壓（BP）。BP提供傳感器絕對高度的估計(jì)，這對于區(qū)分涉及高度/身體的活動之間的轉(zhuǎn)換特別有用海拔變化（例如上/下水平行走、爬樓梯、STS過渡）。這種方法可以檢測額外的活動，例如評估患者爬樓梯時(shí)的活動性，這是卒中后恢復(fù)的相關(guān)結(jié)果［18］。〔19〕和Moncada Torres等人。〔20〕提出了包括基于bps的爬樓梯檢測算法在內(nèi)的活動識別算法，但僅在健康對照組上驗(yàn)證了結(jié)果。

　　除了傳感器配置（數(shù)量和位置）外，從原始傳感器數(shù)據(jù)中識別/分類活動的方法也是至關(guān)重要的。最常見的方法是基于歷元的分類〔21〕，即將傳感器數(shù)據(jù)分割成固定長度的歷元，并根據(jù)提取的特征應(yīng)用機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)將每個(gè)歷元分類為一個(gè)活動。另一種方法是基于事件的分類，它包括對關(guān)鍵事件的檢測和分類，如姿勢轉(zhuǎn)換、行走開始/結(jié)束和躺臥期。遵循這種方法，Salarian等人?！?2〕在基于模糊邏輯的活動識別算法中加入特定于姿勢轉(zhuǎn)換的知識，以提高分類性能。該算法僅基于固定在中繼線上的單個(gè)慣性傳感器的信息，因此STS分類的精度受到限制。本文的工作基于以下假設(shè)：（1）STS姿勢轉(zhuǎn)換、傾斜行走和爬樓梯過程中軀干高度的變化可以通過慣性（加速度計(jì)、陀螺儀）和BP傳感等多模態(tài)傳感器進(jìn)行檢測；（2） 該信息可用于設(shè)計(jì)一種改進(jìn)的基于事件的活動分類算法。提出了一種基于單干線磨損多模態(tài)傳感器系統(tǒng)（慣性測量單元IMU和BP）和基于模糊邏輯的活動分類器的可穿戴活動監(jiān)測系統(tǒng)。該分類器考慮了行為約束，并且在站立和運(yùn)動期間估計(jì)了身體的高度（平直、上下）。