Wearable sensors for measuring head kinematics can be noisy due to imperfect interfaces with the body. Mouthguards are used to measure head kinematics during impacts in traumatic brain injury (TBI) studies, but deviations from reference kinematics can still occur due to potential looseness. In this study, deep learning is used to compensate for the imperfect interface and improve measurement accuracy. A set of one-dimensional convolutional neural network (1D-CNN) models was developed to denoise mouthguard kinematics measurements along three spatial axes of linear acceleration and angular velocity. The denoised kinematics had significantly reduced errors compared to reference kinematics, and reduced errors in brain injury criteria and tissue strain and strain rate calculated via finite element modeling. The 1D-CNN models were also tested on an on-field dataset of college football impacts and a post-mortem human subject dataset, with similar denoising effects observed. The models can be used to improve detection of head impacts and TBI risk evaluation, and potentially extended to other sensors measuring kinematics.


翻译:测量头部运动特征的可穿式传感器可能由于与身体的不完善接口而变得吵闹。在创伤性脑损伤(TBI)研究中,口罩被用于测量头部运动特征,但在创伤性脑损伤(TBI)研究中,与参考性运动特征的偏差仍然可能发生。在这项研究中,深度学习被用于弥补不完善的界面并提高测量准确性。一套单维同生神经网络(1D-CNN)模型被开发成沿着线性加速和角速度的三个空间轴测量口腔运动特征。脱色运动特征与参考性运动特征相比已大大减少了错误,通过定型元素模型计算出的脑损伤标准和组织紧张和压力率也减少了错误。1D-CNN模型还用一组大学足球影响和死后人类主题数据集进行了实地测试,并观测了类似的脱色效果。这些模型可用于改进头部冲击的探测和TBI风险评估,并有可能扩展至其他测量运动特征的传感器。

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