Musculoskeletal and neurological disorders are the most common causes of walking problems among older people, and they often lead to diminished quality of life. Analyzing walking motion data manually requires trained professionals and the evaluations may not always be objective. To facilitate early diagnosis, recent deep learning-based methods have shown promising results for automated analysis, which can discover patterns that have not been found in traditional machine learning methods. We observe that existing work mostly applies deep learning on individual joint features such as the time series of joint positions. Due to the challenge of discovering inter-joint features such as the distance between feet (i.e. the stride width) from generally smaller-scale medical datasets, these methods usually perform sub-optimally. As a result, we propose a solution that explicitly takes both individual joint features and inter-joint features as input, relieving the system from the need of discovering more complicated features from small data. Due to the distinctive nature of the two types of features, we introduce a two-stream framework, with one stream learning from the time series of joint position and the other from the time series of relative joint displacement. We further develop a mid-layer fusion module to combine the discovered patterns in these two streams for diagnosis, which results in a complementary representation of the data for better prediction performance. We validate our system with a benchmark dataset of 3D skeleton motion that involves 45 patients with musculoskeletal and neurological disorders, and achieve a prediction accuracy of 95.56%, outperforming state-of-the-art methods.


翻译:肌肉骨骼和神经系统紊乱是老年人行走问题最常见的最常见的原因,而且往往导致生活质量下降。分析行走运动数据人工分析需要受过训练的专业人员,评估可能并不总是客观的。为了便于早期诊断,最近的深层次学习方法为自动化分析展示了很有希望的结果,自动化分析可以发现传统机器学习方法中未发现的模式。我们注意到,现有工作主要应用了对个体联合特征的深度学习,如联合位置的时间序列等。由于从一般规模较小的医疗数据集中发现诸如脚足间距离(即斜宽度)等联动特征的挑战,这些方法通常表现为不尽如人意。结果,我们提出了一个解决办法,明确采用个体联合特征和互动特征作为投入,从而缓解了系统从小型数据学习中发现更复杂特征的需要。由于两种特征的独特性质,我们引入了一个双流框架,从联合位置的时间序列中学习了一条流,而从相对的神经系统联合迁移序列中学习了另一条流,这些方法通常具有超完美性。我们提出了一种明确的方法,在诊断性模型中采用了一种中间的模型,而我们又采用了一种更精确的模型,用以将数据推算。我们所测测测测测测测测测取了两种数据模型。

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