Estimation of neuromuscular activities using gait analysis and deep learning for rehabilitation purposes

Other Title(s)

استيفاء الأنشطة العصبية العضلية باستخدام تحليل المشي و التعلم العميق لأغراض إعادة التأهيل

Joint Authors

Ismail, Ibrahim
Masud, Salih
Hanna, Husam

Source

Damascus University Journal of Engineering Sciences

Issue

Vol. 38, Issue 2 (s) (30 Jun. 2022), pp.97-104, 8 p.

Publisher

Damascus University

Publication Date

2022-06-30

Country of Publication

Syria

No. of Pages

8

Main Subjects

Medicine
Information Technology and Computer Science

Abstract AR

يعد تحليل المشية باستخدام تقنيات تتبع الحركة الحديثة بما في ذلك قياس المتغيرات الحركية طريقة مهمة في أبحاث و تطبيقات إعادة التأهيل.

بعد التحفيز الكهربائي الوظيفي (FES) للمرضى المصابين بالشلل و الأمراض الدماغية أحد أهم تطبيقات علم إعادة التأهيل.

يتطلب التحفيز الفعال للعضلات معرفة مسبقة بحركة الأطراف و مشاركة العضلات في تنفيذ الحركات.

في هذا البحث، نعمل على تتبع تغيرات زاوية الفخذ و الساق أثناء مراحل المشي بناء على حساسات التسارع و السرعة الزاوية، و تقدير زاوية الفخذ و مشتقاتها باستخدام مجموعة بيانات HuGaDB.

تستخدم هذه الميزات الثلاثة مع الشبكة العصبية ذات التغذية الأمامية (FNN) لتحديد نشاط عضلة الفخذ المستقيمة عن طريق التدريب المسبق للشبكة العصبية مع تحليل المشي كمدخلات و الخرج هو الاشارة الكهربائية للعضلة (EMG) لنفس المريض و المدربة عليها مسبقا.

توضح النتائج قدرة FNN على إعادة اشارة EMG للعضلة المستقيمة لكل دورة مشي لنفس المريض بمتوسط دقة يساوي 96% كتدريب و %92.5 اختبار.

تقدم الطريقة المقترحة أداة جيدة لأنظمة FES، خاصة لمراحل رقمنة.

EMG

Abstract EN

Gait analysis using modern motion tracking techniques including measurement of kinematic variables is an important modality in rehabilitation research and applications.

functional electrical stimulation (FES) for patients with paralysis and cerebral diseases is one of the most important applications of rehabilitation science.

efficient muscle stimulation requires a pre-knowledge about limb motility and muscles synergy.

in this paper, we are working to track the angle changes of the thigh and shin during walking phases based on accelerometer and gyroscope sensors, and estimating the thigh-shin angle and its derivative using HuGaDB dataset.

those three features are used with a feedforward neural network (FNN) to determine the activity of the rectus femoris muscle by pre-training of neural network with gait analysis as input and electromyography (EMG) signal as the output of the same patient.

the results illustrate the ability of FNN to reproduce EMG for each gait cycle of the same patient with average precision equal to 96% as training and 92.5% as testing.

the proposed method presents a good tool for FES systems, especially for EMG encoding stages.

American Psychological Association (APA)

Ismail, Ibrahim& Masud, Salih& Hanna, Husam. 2022. Estimation of neuromuscular activities using gait analysis and deep learning for rehabilitation purposes. Damascus University Journal of Engineering Sciences،Vol. 38, no. 2 (s), pp.97-104.
https://search.emarefa.net/detail/BIM-1513549

Modern Language Association (MLA)

Ismail, Ibrahim…[et al.]. Estimation of neuromuscular activities using gait analysis and deep learning for rehabilitation purposes. Damascus University Journal of Engineering Sciences Vol. 38, no. 2 (Special issue) (2022), pp.97-104.
https://search.emarefa.net/detail/BIM-1513549

American Medical Association (AMA)

Ismail, Ibrahim& Masud, Salih& Hanna, Husam. Estimation of neuromuscular activities using gait analysis and deep learning for rehabilitation purposes. Damascus University Journal of Engineering Sciences. 2022. Vol. 38, no. 2 (s), pp.97-104.
https://search.emarefa.net/detail/BIM-1513549

Data Type

Journal Articles

Language

English

Notes

Includes bibliographical references : p. 104

Record ID

BIM-1513549