Physical exercise is an essential component of rehabilitation programs that improve quality of life and reduce mortality and re-hospitalization rates. In AI-driven virtual rehabilitation programs, patients complete their exercises independently at home, while AI algorithms analyze the exercise data to provide feedback to patients and report their progress to clinicians. To analyze exercise data, the first step is to segment it into consecutive repetitions. There has been a significant amount of research performed on segmenting and counting the repetitive activities of healthy individuals using raw video data, which raises concerns regarding privacy and is computationally intensive. Previous research on patients' rehabilitation exercise segmentation relied on data collected by multiple wearable sensors, which are difficult to use at home by rehabilitation patients. Compared to healthy individuals, segmenting and counting exercise repetitions in patients is more challenging because of the irregular repetition duration and the variation between repetitions. This paper presents a novel approach for segmenting and counting the repetitions of rehabilitation exercises performed by patients, based on their skeletal body joints. Skeletal body joints can be acquired through depth cameras or computer vision techniques applied to RGB videos of patients. Various sequential neural networks are designed to analyze the sequences of skeletal body joints and perform repetition segmentation and counting. Extensive experiments on three publicly available rehabilitation exercise datasets, KIMORE, UI-PRMD, and IntelliRehabDS, demonstrate the superiority of the proposed method compared to previous methods. The proposed method enables accurate exercise analysis while preserving privacy, facilitating the effective delivery of virtual rehabilitation programs.


翻译:身体锻炼是改善生活质量、降低死亡率和重新住院率的康复项目的重要组成部分。在基于人工智能的虚拟康复项目中,患者可以独立在家完成锻炼,而人工智能算法则分析锻炼数据,为患者提供反馈,向临床医生汇报其进展情况。分析运动数据的第一步是将其分段为连续的重复部分。使用原始视频数据对健康人士的重复活动进行分割和计数的研究大量进行,这引发了隐私方面的担忧,并且计算机复杂度很高。以前关于患者康复运动分割的研究依赖于多个可穿戴传感器收集的数据,这些传感器对于康复患者在家使用不方便。与健康人士相比,针对患者的锻炼重复部分的分割和计数更具挑战性,因为重复之间的持续时间不规则并且重复之间有所不同。本论文提出了一种基于骨骼身体关节的康复锻炼重复部分分割和计数的新方法。骨骼身体关节可以通过深度相机或应用于患者RGB视频的计算机视觉技术获得。设计了多种顺序神经网络来分析骨骼身体关节序列并执行重复分割和计数。对三个公开可用的康复运动数据集,KIMORE、UI-PRMD和IntelliRehabDS进行了大量实验,证明了所提出的方法相对于以前的方法的优越性。所提出的方法实现了准确的运动分析,同时保护隐私,有助于有效提供虚拟康复项目。

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