Aiming at objective early detection of neuromotor disorders such as cerebral palsy, we proposed an innovative non-intrusive approach using a pressure sensing device to classify infant general movements (GMs). Here, we tested the feasibility of using pressure data to differentiate typical GM patterns of the ''fidgety period'' (i.e., fidgety movements) vs. the ''pre-fidgety period'' (i.e., writhing movements). Participants (N = 45) were sampled from a typically-developing infant cohort. Multi-modal sensor data, including pressure data from a 32x32-grid pressure sensing mat with 1024 sensors, were prospectively recorded for each infant in seven succeeding laboratory sessions in biweekly intervals from 4-16 weeks of post-term age. For proof-of-concept, 1776 pressure data snippets, each 5s long, from the two targeted age periods were taken for movement classification. Each snippet was pre-annotated based on corresponding synchronised video data by human assessors as either fidgety present (FM+) or absent (FM-). Multiple neural network architectures were tested to distinguish the FM+ vs. FM- classes, including support vector machines (SVM), feed-forward networks (FFNs), convolutional neural networks (CNNs), and long short-term memory (LSTM) networks. The CNN achieved the highest average classification accuracy (81.4%) for classes FM+ vs. FM-. Comparing the pros and cons of other methods aiming at automated GMA to the pressure sensing approach, we concluded that the pressure sensing approach has great potential for efficient large-scale motion data acquisition and sharing. This will in return enable improvement of the approach that may prove scalable for daily clinical application for evaluating infant neuromotor functions.


翻译:旨在目标性地早期检测脑瘫等神经发育障碍,本文提出了一种创新的非侵入性方法,采用压力传感器进行婴儿的总体运动分类。本文测试了利用压力数据区分”抽搐期“(即抽搐运动)与”抽搐前期“(即扭动运动)两个时间段内典型的总体运动模式的可行性。参与者(N=45)来自一个典型的婴儿队列研究。对于每位婴儿,在4-16周的实足年龄之间的两周间隔内,连续进行了七个实验室会话,记录了多模式传感器数据,包括来自32x32栅格压力传感垫的1024个传感器的压力数据。作为概念验证,从两个目标年龄段中取出1776个压力数据片段,每个片段长达5秒,用于运动分类。每个片段基于相应的同步视频数据由人为评定者进行预注释,标记为有抽搐运动(FM+)或无抽搐运动(FM-)。测试了多种神经网络体系结构来区分FM+和FM-类别,包括支持向量机(SVM)、前向网络(FFN)、卷积神经网络(CNN)和长短期记忆(LSTM)网络。CNN对于类别FM+和FM-实现了最高平均分类准确率(81.4%)。比较其他旨在自动化GMAs的方法的优缺点并与压力传感方法进行比较,我们得出结论,压力传感方法具有实现高效运动数据采集和共享的巨大潜力。这将进而使改进的方法得以证明,从而证明其可扩展性,用于评估婴儿神经运动功能的日常临床应用。

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