Intelligent signal processing for digital healthcare monitoring
Creators: name: Conte Alcaraz, Javier
Publisher: name: Hannover : Institutionelles Repositorium der Leibniz Universität Hannover
Year: 2022
Subjects: subject: Machine Learning
subject: Deep Learning
subject: Neural Network
subject: IMU
subject: Sensor
subject: Estimation
subject: Rehabilitation
subject: Ganganalyse
subject: Neuronales Netzwerk
subject: Maschinelles Lernen
subject: Deep Lernen
subject: Dewey Decimal Classification::600 | Technik

description: Ein gesunder Gang ist ein komplexer Prozess und erfordert ein Gleichgewicht zwischen verschiedenen neurophysiologischen Systemen im Körper und gilt als wesentlicher Indikator für den physischen und kognitiven Gesundheitszustand einer Person. Folglich würden Anwendungen im Bereich der Bioinformatik und des Gesundheitswesens erheblich von den Informationen profitieren, die sich aus einer längeren oder ständigen Überwachung des Gangs, der Gewohnheiten und des Verhaltens von Personen unter ihren natürlichen Lebensbedingungen und bei ihren täglichen Aktivitäten mit Hilfe intelligenter Geräte ergeben. Vergleicht man Trägheitsmess- und stationäre Sensorsysteme, so bieten erstere hervorragende Möglichkeiten für Ganganalyseanwendungen und bieten mehrere Vorteile wie geringe Größe, niedriger Preis, Mobilität und sind leicht in tragbare Systeme zu integrieren. Die zweiten gelten als der Goldstandard, sind aber teuer und für Messungen im Freien ungeeignet. Diese Arbeit konzentriert sich auf die Verbesserung der Zeit und Qualität der Gangrehabilitation nach einer Operation unter Verwendung von Inertialmessgeräten, indem sie eine neuartige Metrik zur objektiven Bewertung des Fortschritts der Gangrehabilitation in realen Umgebungen liefert und die Anzahl der verwendeten Sensoren für praktische, reale Szenarien reduziert. Daher wurden die experimentellen Messungen für eine solche Analyse in einer stark kontrollierten Umgebung durchgeführt, um die Datenqualität zu gewährleisten. In dieser Arbeit wird eine neue Gangmetrik vorgestellt, die den Rehabilitationsfortschritt anhand kinematischer Gangdaten von Aktivitäten in Innen- und Außenbereichen quantifiziert und verfolgt. In dieser Arbeit wird untersucht, wie Signalverarbeitung und maschinelles Lernen formuliert und genutzt werden können, um robuste Methoden zur Bewältigung von Herausforderungen im realen Leben zu entwickeln. Es wird gezeigt, dass der vorgeschlagene Ansatz personalisiert werden kann, um den Fortschritt der Gangrehabilitation zu verfolgen. Ein weiteres Thema dieser Arbeit ist die erfolgreiche Anwendung von Methoden des maschinellen Lernens auf die Ganganalyse aufgrund der großen Datenmenge, die von den tragbaren Sensorsystemen erzeugt wird. In dieser Arbeit wird das neuartige Konzept des ``digitalen Zwillings'' vorgestellt, das die Anzahl der verwendeten Wearable-Sensoren in einem System oder im Falle eines Sensorausfalls reduziert. Die Evaluierung der vorgeschlagenen Metrik mit gesunden Teilnehmern und Patienten unter Verwendung statistischer Signalverarbeitungs- und maschineller Lernmethoden hat gezeigt, dass die Einbeziehung der extrahierten Signalmerkmale in realen Szenarien robust ist, insbesondere für das Szenario mit Rehabilitations-Gehübungen in Innenräumen. Die Methodik wurde auch in einer klinischen Studie evaluiert und lieferte eine gute Leistung bei der Überwachung des Rehabilitationsfortschritts verschiedener Patienten. In dieser Arbeit wird ein Prototyp einer mobilen Anwendung zur objektiven Bewertung des Rehabilitationsfortschritts in realen Umgebungen vorgestellt.