Gait Cueing Wearable for Parkinson's Disease Patients

Detalhes bibliográficos
Autor(a) principal: Lopes, Telmo Ferreira
Data de Publicação: 2022
Tipo de documento: Dissertação
Idioma: eng
Título da fonte: Repositório Científico de Acesso Aberto de Portugal (Repositórios Cientìficos)
Texto Completo: http://hdl.handle.net/10316/103089
Resumo: Trabalho de Projeto do Mestrado em Engenharia Biomédica apresentado à Faculdade de Ciências e Tecnologia
id RCAP_aee17cb5c9dedc335f4f115af05b31aa
oai_identifier_str oai:estudogeral.uc.pt:10316/103089
network_acronym_str RCAP
network_name_str Repositório Científico de Acesso Aberto de Portugal (Repositórios Cientìficos)
repository_id_str 7160
spelling Gait Cueing Wearable for Parkinson's Disease PatientsDispositivo Vestível para Marcha Assistida em Pacientes com Doença de ParkinsonEletrónica VestívelCongelamento da MarchaDoença de ParkinsonPistas SensoriaisEstimulação SomatossensorialWearable ElectronicsFreezing of GaitParkinson’s DiseaseAssistive CueingSomatosensory StimulationTrabalho de Projeto do Mestrado em Engenharia Biomédica apresentado à Faculdade de Ciências e TecnologiaCongelamento da Marcha (FoG) é um distúrbio recorrente da marcha que afeta pacientes em estágios avançados da Doença de Parkinson (PD). Este sintoma é caracterizado por um bloqueio abrupto do movimento de avanço, explicado pelos pacientes como se estivessem com os pés colados ao chão. Portanto, FoG é normalmente causa de quedas que levam à perda de independência e redução da qualidade de vida. As quedas traumáticas são uma das causas mais comuns de internamentos hospitalares nos pacientes com PD.Os sistemas vestíveis com deteção de FoG têm vindo a ser desenvolvidos para ajudar os pacientes a retomar a marcha, através de estratégias envolvendo pistas sensoriais. No entanto, métodos recentemente automatizados para deteção de FoG e entrega de estímulos sensoriais estão longe de ser ideais. Além disso, problemas como o alto custo dos sistemas, desconforto do paciente e o fato de o equipamento ser visível para outras pessoas impedem uma adoção mais ampla de tais sistemas que poderiam ser benéficos para os pacientes.Um dispositivo vestível, inteligente e confortável que fornecesse estímulos discretos após o início dos episódios de FoG ajudaria os pacientes a lidar com esse sintoma e recuperar parte da sua qualidade de vida. Além disso, uma quantificação objetiva com monitorização dos episódios de FoG e da mobilidade geral do paciente melhorariam a abordagem terapêutica.Nesta dissertação é proposto e implementado um sistema vestível capaz de monitorização de marcha, de detetar FoG e fornecer automaticamente estímulos sensoriais adequados. Isto incluindo tanto a implementação de um hardware composto por sensores inerciais e estimuladores hápticos, quanto o desenvolvimento de um algoritmo de aprendizagem supervisionado para deteção de FoG através de dados adquiridos de sensores inerciais.As componentes de frequência do movimento corporal são destacadas no treino do classificador para diferenciação entre FoG e marcha normal. Neste estudo, comparamos os benefícios de um modelo específico para cada paciente versus um modelo de classificação mais genérico. Estes modelos foram desenvolvidos usando uma base de dados disponível online – DAPHNet – com dados inerciais semelhantes aos coletados posteriormente pelo dispositivo vestível proposto. Num universo de oito pacientes, nesta base de dados, obtivemos melhores resultados para o modelo específico com uma média de especificidade de 84.6±4.5%, sensibilidade de 86.8±4.4% e valor de F1 de 55.5±11.2%. Além disso, o sistema desenvolvido foi testado por dois pacientes com doença de Parkinson a fim de investigar a usabilidade do sistema.Freezing of Gait (FoG) is a recurrent gait impairment experienced by patients in advanced stages of Parkinson’s Disease (PD). This symptom is characterized by an abrupt blocking of forwarding movement, explained by patients as if having feet glued to the ground. Therefore, FoG is usually the cause of falls that leads to disability, loss of independence and reduced quality of life. Traumatic falls are one of the most common causes of hospital admissions among PD patients.Wearable systems with FoG detection have been developed to assist patients in resuming walking by resourcing to cueing strategies. Nonetheless, recently automated methods for detecting FoG and delivering cueing stimuli are far from ideal. As well, problems such as the high cost of the systems, patient discomfort and the fact that the equipment is visible to others are preventing wider and more frequent adoption of such systems which could be beneficial to patients.A comfortable smart wearable that provided discrete cueing stimulus delivery after the onset of FoG episodes would help patients handle this symptom and regain some of their quality of life. Additionally, objective quantification and monitoring of FoG episodes and the patient's overall mobility would improve the clinician’s management of the therapeutic approach.In this dissertation, a miniaturized gait-monitoring wearable capable of detecting FoG and automatically delivering adequate sensory stimuli is proposed and implemented. This includes both implementation of a hardware composed of inertial sensors, and haptic stimulators, as well as development of a supervised learning algorithm for FoG detection through data acquired from inertial sensors. The frequency components of body motion are emphasized as the preferred features for training the classifier and differentiation between FoG and normal walking. In this study, we compare the benefits of a patient-specific model versus a more generic classification model. These experiments were developed using an online-available dataset – DAPHNet – with similar inertial data to the one collected later by the proposed wearable. With a universe of eight patients in this dataset, we obtained better results for the patient-specific model with an average specificity of 84.6±4.5%, sensitivity of 86.8±4.4% and F1 score of 55.5±11.2%. In addition, the developed system was tested by two Parkinson’s disease patients in order to investigate the usability of the system.Outro - This research was funded by the CMU-Portugal project WoW (45913), which had the support of the European Regional Development Fund (ERDF) and the Portuguese State through Portugal2020 and COMPETE 2020.2022-09-262028-09-24T00:00:00Zinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesishttp://hdl.handle.net/10316/103089http://hdl.handle.net/10316/103089TID:203079914engLopes, Telmo Ferreirainfo:eu-repo/semantics/embargoedAccessreponame:Repositório Científico de Acesso Aberto de Portugal (Repositórios Cientìficos)instname:Agência para a Sociedade do Conhecimento (UMIC) - FCT - Sociedade da Informaçãoinstacron:RCAAP2023-10-27T11:09:40Zoai:estudogeral.uc.pt:10316/103089Portal AgregadorONGhttps://www.rcaap.pt/oai/openaireopendoar:71602024-03-19T21:19:57.142710Repositório Científico de Acesso Aberto de Portugal (Repositórios Cientìficos) - Agência para a Sociedade do Conhecimento (UMIC) - FCT - Sociedade da Informaçãofalse
dc.title.none.fl_str_mv Gait Cueing Wearable for Parkinson's Disease Patients
Dispositivo Vestível para Marcha Assistida em Pacientes com Doença de Parkinson
title Gait Cueing Wearable for Parkinson's Disease Patients
spellingShingle Gait Cueing Wearable for Parkinson's Disease Patients
Lopes, Telmo Ferreira
Eletrónica Vestível
Congelamento da Marcha
Doença de Parkinson
Pistas Sensoriais
Estimulação Somatossensorial
Wearable Electronics
Freezing of Gait
Parkinson’s Disease
Assistive Cueing
Somatosensory Stimulation
title_short Gait Cueing Wearable for Parkinson's Disease Patients
title_full Gait Cueing Wearable for Parkinson's Disease Patients
title_fullStr Gait Cueing Wearable for Parkinson's Disease Patients
title_full_unstemmed Gait Cueing Wearable for Parkinson's Disease Patients
title_sort Gait Cueing Wearable for Parkinson's Disease Patients
author Lopes, Telmo Ferreira
author_facet Lopes, Telmo Ferreira
author_role author
dc.contributor.author.fl_str_mv Lopes, Telmo Ferreira
dc.subject.por.fl_str_mv Eletrónica Vestível
Congelamento da Marcha
Doença de Parkinson
Pistas Sensoriais
Estimulação Somatossensorial
Wearable Electronics
Freezing of Gait
Parkinson’s Disease
Assistive Cueing
Somatosensory Stimulation
topic Eletrónica Vestível
Congelamento da Marcha
Doença de Parkinson
Pistas Sensoriais
Estimulação Somatossensorial
Wearable Electronics
Freezing of Gait
Parkinson’s Disease
Assistive Cueing
Somatosensory Stimulation
description Trabalho de Projeto do Mestrado em Engenharia Biomédica apresentado à Faculdade de Ciências e Tecnologia
publishDate 2022
dc.date.none.fl_str_mv 2022-09-26
2028-09-24T00:00:00Z
dc.type.status.fl_str_mv info:eu-repo/semantics/publishedVersion
dc.type.driver.fl_str_mv info:eu-repo/semantics/masterThesis
format masterThesis
status_str publishedVersion
dc.identifier.uri.fl_str_mv http://hdl.handle.net/10316/103089
http://hdl.handle.net/10316/103089
TID:203079914
url http://hdl.handle.net/10316/103089
identifier_str_mv TID:203079914
dc.language.iso.fl_str_mv eng
language eng
dc.rights.driver.fl_str_mv info:eu-repo/semantics/embargoedAccess
eu_rights_str_mv embargoedAccess
dc.source.none.fl_str_mv reponame:Repositório Científico de Acesso Aberto de Portugal (Repositórios Cientìficos)
instname:Agência para a Sociedade do Conhecimento (UMIC) - FCT - Sociedade da Informação
instacron:RCAAP
instname_str Agência para a Sociedade do Conhecimento (UMIC) - FCT - Sociedade da Informação
instacron_str RCAAP
institution RCAAP
reponame_str Repositório Científico de Acesso Aberto de Portugal (Repositórios Cientìficos)
collection Repositório Científico de Acesso Aberto de Portugal (Repositórios Cientìficos)
repository.name.fl_str_mv Repositório Científico de Acesso Aberto de Portugal (Repositórios Cientìficos) - Agência para a Sociedade do Conhecimento (UMIC) - FCT - Sociedade da Informação
repository.mail.fl_str_mv
_version_ 1799134092967542784

Registros relacionados