面向医疗康复应用的穿戴式步态分析技术研究

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    61903062
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    26.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    F0310.人工智能驱动的自动化
  • 结题年份:
    2022
  • 批准年份:
    2019
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2020-01-01 至2022-12-31

项目摘要

Human gait contains complex kinematics and dynamics information as well as abundant physiological, psychological and pathological information. Under the construction of healthy China, gait analysis is attracting increasing research interests in the fields of medicine and engineering. However, gait analysis in clinical rehabilitation practice still mainly relies on the doctors' clinical observation, and the industry-university-research transformation has not been effectively established yet. Aiming at the feature extraction and analysis of human gait data, this project will focus on the low cost, personalized, wearable gait analysis technology for medical rehabilitation applications, by combining the gait analysis technology with wearable sensing technology, data fusion technology, pattern recognition technology, error correction technology, and nonlinear analysis techniques. An adaptive gait recognition algorithm for pathological gait will be proposed based on multimodal data fusion and lower limb kinematics model, so as to perform a comprehensive, objective, accurate, consistent, and quantitative evaluation of gait patterns, and to reveal the key points and deep factors in the process of gait abnormalization. Furthermore, to aid in clinical decision-making, an intelligent diagnostic algorithm for pathological gait will be developed based on significant feature selection and nonlinear analysis technology, so as to provide the scientific basis and technical support for fall risk management, pathogenesis research, disease prediction, disease diagnosis, treatment planning and rehabilitation evaluation, which has significant social and economic significance.
人体步态蕴含复杂的运动学和动力学信息以及丰富的生理、心理和病理信息,在健康中国建设的时代背景下,步态分析成为了医工结合的研究热点。然而,目前医疗康复中的步态分析,依然主要依靠医师的临床观察,产学研转化链尚未有效形成。本项目旨在研究面向医疗康复应用的低成本、个人化、穿戴式步态分析技术,以人体步态数据的特征提取及分析为核心,通过将步态分析技术与可穿戴传感技术、数据融合技术、模式识别技术、误差校正技术、非线性分析技术等有机结合,研究融合多模态步态信息与下肢运动学模型的适用于病理步态的特征识别算法,对病理步态进行全面、客观、精确、一致的量化评估,以揭示步态异常的关键环节和深层因素,研究集成显著性特征选取与非线性分析技术的病理步态智能诊断算法以辅助临床决策,为跌倒风险管理、发病机理研究、疾病早期预测、特定疾病诊断、治疗方案制定、康复效果评价等提供科学依据和技术支持,具有显著的社会意义和经济意义。

结项摘要

人民健康水平的现状和人口老龄化的程度,为健康中国建设带来严峻挑战的同时,也为医工结合研究创造了前所未有的机遇。智慧城市、智慧医疗、智慧养老等理念的实践,均离不开人体运动信息的精准监测。本项目借助于体感网和穿戴式监测技术,以人体最基本的行走运动为抓手,通过医工结合为人体健康的定量监测和精准干预提供科学依据和技术支持。经过三年的潜心研究,项目组按照研究计划完成了研究目标,开展了三方面的研究工作:人体运动数据分割与步态识别、步态参数解算与参数误差校正、步态特征评定与临床实验验证。提出了一种融合多模态步态信息与下肢运动学模型的适用于病理步态的特征识别算法,提出了一种集成显著性特征选取与非线性分析技术的典型病理性步态的智能诊断算法,研制了一套能够客观量化用户下肢步态信息的穿戴式步态分析系统。本项目研究成果除了应用于医疗康复外,也可应用于动作识别、身份识别、义肢开发、行人定位与导航、康复机器人、外骨骼机器人、足式机器人甚至陆地动物的步态分析等诸多领域,具有重要的社会意义和经济意义。

项目成果

期刊论文数量(21)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(5)
专利数量(4)
Using Body Sensor Network to Measure the Effect of Rehabilitation Therapy on Improvement of Lower Limb Motor Function in Children With Spastic Diplegia
利用身体传感器网络测量康复治疗对痉挛性截瘫儿童下肢运动功能改善的效果
  • DOI:
    10.1109/tim.2020.2997545
  • 发表时间:
    2020-11-01
  • 期刊:
    IEEE TRANSACTIONS ON INSTRUMENTATION AND MEASUREMENT
  • 影响因子:
    5.6
  • 作者:
    Li, Jie;Wang, Zhelong;Shi, Xin
  • 通讯作者:
    Shi, Xin
Analysis and evaluation of hemiplegic gait based on wearable sensor network
基于可穿戴传感器网络的偏瘫步态分析与评估
  • DOI:
    10.1016/j.inffus.2022.10.003
  • 发表时间:
    2022-10-13
  • 期刊:
    INFORMATION FUSION
  • 影响因子:
    18.6
  • 作者:
    Zhao, Hongyu;Xu, Haiyang;Jiang, Jiahao
  • 通讯作者:
    Jiang, Jiahao
A two-step shapelets based framework for interactional activities recognition
基于两步 shapelet 的交互活动识别框架
  • DOI:
    10.1007/s11042-022-11987-0
  • 发表时间:
    2022
  • 期刊:
    Multimedia Tools and Applications
  • 影响因子:
    3.6
  • 作者:
    Ning Yang;Zhelong Wang;Hongyu Zhao;Xin Shi;Sen Qiu
  • 通讯作者:
    Sen Qiu
Physical Fitness Assessment for Cancer Patients Using Multi-Model Decision Fusion Based on Multi-Source Data
基于多源数据的多模型决策融合的癌症患者体质评估
  • DOI:
    10.1109/tetci.2022.3221129
  • 发表时间:
    2023-08
  • 期刊:
    IEEE Transactions on Emerging Topics in Computational Intelligence
  • 影响因子:
    5.3
  • 作者:
    李佳禧;王哲龙;赵红宇;仇森;张珂;石鑫;屈欢;姜桂春
  • 通讯作者:
    姜桂春
Towards Wearable-Inertial-Sensor-Based Gait Posture Evaluation for Subjects with Unbalanced Gaits
针对步态不平衡受试者的基于可穿戴惯性传感器的步态姿势评估
  • DOI:
    10.3390/s20041193
  • 发表时间:
    2020-02-01
  • 期刊:
    SENSORS
  • 影响因子:
    3.9
  • 作者:
    Qiu, Sen;Wang, Huihui;Ru, Bo
  • 通讯作者:
    Ru, Bo

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课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

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          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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