Iranian Journal of Biomedical Engineering (IJBME)

طبقه‌بندی بیماری‌های نورودیجنریتیو با استفاده از تحلیل کمی بازگشتی سیگنال راه رفتن

نوع مقاله : مقاله کامل پژوهشی

نویسندگان

دانشگاه سمنان

چکیده
بیماری‌های عصبی یکی از نگرانی‌های اصلی در سراسر جهان هستند و تأثیر زیادی بر تعادل و توانایی راه رفتن دارند. اختلال در روند راه رفتن نشانه‌ای است که در بیماران نورودیجنریتیو دارای علایم خفیف نیز منعکس می‌گردد. هدف این پژوهش طبقه‌بندی چهار‌کلاسه بیماران نرودیجنریتیو بر اساس تجزیه و تحلیل راه رفتن افراد با استفاده از ویژگی‌های موثر تحلیل کمی بازگشتی (RQA) است. دادگان مورد استفاده شامل دوره زمانی گام، نوسان و ایستان هر دو پا برای 20 بیمار‌ هانتینگتونی (HD)، 15بیمار پارکینسونی (PD)، 13 اسکلروز جانبی آمیوتروفیک (ALS) و 16فرد سالم (HC)است. ویژگی‌های استخراج شده از RQA شامل نرخ بازگشتی، قطعیت، متوسط خط مورب، حداکثر طول خطوط مورب، آنتروپی خط مورب، لمیناریتی، زمان به دام انداختن، طول طولانی‌ترین خط عمودی، زمان بازرخداد اول و دوم، چگالی آنتروپی بازرخداد، ضریب خوشه‌بندی و گذرایی است. به منظور استخراج بهترین ویژگی‌ها، از الگوریتم جستجوی رو به جلو شناور متوالی و به منظور طبقه‌بندی از طبقه‌بندهای کلاسیک مختلف استفاده شده است. در مقالات اخیر طبقه‌بندی‌ها به صورت دوکلاسه بوده است اما در این پژوهش طبقه‌بندی چهارکلاسه هم انجام شد. طبقه‌بندی چهارکلاسه ALS vs. PD vs. HD vs. HC با طبقه‌بند ماشین بردار پشتیبان با اعتبارسنجی4قسمتی به صحت 9/87 % دست یافت. همچنین برای طبقه‌بندی دوکلاسه HC vs. HD ، HC vs. ALS ، HC vs. PD، PD vs. HD، PD vs. ALS، ALS vs. HD وNDD vs. HC به ترتیب صحت 92، 2/96، 1/93، 1/87، 8/90، 3/91 و 7/91% حاصل شد. این پژوهش نشانگر کارآیی روش RQA و ویژگی‌های حاصل از آن برای توصیف تغییرات در سیگنال‌های دینامیکی غیرخطی و غیرایستان راه رفتن به منظور ارزیابی بیماری‌های نورودیجتریتیو ارائه می‌دهد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله English

Classification of Neurodegenerative Diseases Using Recurrence Quantification Analysis of Gait Signal

نویسندگان English

Ali Maleki
Negar Monfared Jahromi
Semnan University
چکیده English

Neurodegenerative diseases are one of the major concerns worldwide and have a significant impact on balance and walking ability. Gait abnormalities are indicative of early symptoms in patients with neurodegenerative diseases, even when symptoms are mild. The aim of this study is to classify neurodegenerative patients into four classes based on gait analysis using effective features derived from recurrence quantification analysis (RQA). The dataset includes gait time series data, such as stride, swing, and stance interval for both feet, from 20 Huntington's disease (HD) patients, 15 Parkinson's disease (PD) patients, 13 amyotrophic lateral sclerosis (ALS) patients, and 16 healthy controls (HC) subjects. The features extracted from RQA include recurrence rate, determinism, mean diagonal length, max line length, entropy of the diagonal line, laminarity, trap time, length of the longest vertical line, first and second recurrence times, recurrence density, clustering coefficient, and transitivity. To extract the best features, a sequential forward floating search algorithm was used, and for classification, various classical classifiers were applied. Recent studies have typically focused on binary classification, but this research also conducts a four-class classification. The four-class classification of ALS vs. PD vs. HD vs. HC using a support vector machine classifier with 4-fold cross-validation achieved an accuracy of 87.9%. Furthermore, for binary classifications, HC vs. HD, HC vs. ALS, HC vs. PD, PD vs. HD, PD vs. ALS, ALS vs. HD, and NDD vs. HC, the accuracies were 92%, 96.2%, 93.1%, 87.1%, 90.8%, 91.3%, and 91.7%, respectively. This study demonstrates the effectiveness of the RQA method and the extracted features in describing changes in nonlinear and non-stationary gait signals for assessing neurodegenerative diseases.

کلیدواژه‌ها English

Neurodegenerative Disease
gait signal
Classification
Recurrence Quantification Analysis
دوره 19، شماره 2
تابستان 1404
صفحه 245-258

  • تاریخ دریافت 10 بهمن 1403
  • تاریخ بازنگری 18 اردیبهشت 1404
  • تاریخ پذیرش 21 اردیبهشت 1404