23641

تجزيه و تحليل حركت گام برداشتن موش صحرايي در مدل درد نوروپاتيك

كارشناسي ارشد

مهندسي پزشكي- بيوالكتريك

1396-1399

1399/12/20

دكتر وحيد شالچيان

مهندسي برق

آسيب انقباض مزمن عصب سياتيك بهطور گستردهاي براي القا درد نوروپاتيك استفاده و به شكل تغييرات در شيوه گام برداشتن بروز مييابد. در اين پژوهش، از تجزيه و تحليل و اجراي روشهاي يادگيري ماشيني بر روي دادگان گام برداشتن موشهاي صحرايي براي تشخيص درد نوروپاتيك استفاده شده است. در همين راستا، پس از نصب و همگامسازي تردميل، دوربين و رايانه، هفت موش نر نژاد ويستار كه نشانههايي روي چهار مفصل لگن، زانو، قوزك پا و متاتارسوفالانژيال آنها نصب شده بود، براي دويدن با سرعتهاي 12، 15 و 20 متر بر دقيقه روي تردميل آموزش ديده و نشانههاي روي مفاصل در تصاوير مكانيابي شدند. مجددا پس از گذشت دو هفته از عمل جراحي در موشها براي ايجاد درد نوروپاتيك و شم روند مشابه براي ثبت راه رفتن آنها طي شد. سپس، پارامترهاي مكاني زماني و پارامترهاي سينماتيك زاويهاي استخراج گرديد. پس از آن آزمونهاي آماري بر روي هر يك از ويژگيها استخراج شده انجام شد. در ادامه صحت طبقهبندي براي هر يك از ويژگيهاي مكاني زماني و سينماتيك زاويهاي با استفاده از ماشين بردار پشتيبان و اعتبارسنجي متقابل 2 فولد گزارش گرديد. به منظور رسيدن به صحت طبقهبندي بالا از مجموع گروه ويژگيها استفاده گرديد بدين صورت كه با استفاده از الگوريتم انتخاب ويژگي Relief و بهكارگيري طبقه كننده LDA صحت طبقهبندي براي تمامي ويژگيها كنار يكديگر مورد ارزيابي قرار گرفت كه در نتيجه شش ويژگي انتخاب شد. در ادامه صحت طبقهبندي با استفاده از دو الگوريتم ماشين بردار پشتيبان و تفكيككننده خطي با اعتبارسنجي متقابل 2 فولد، اعتبار سنجي بين گروهي و آموزش با ده گام اول براي شش ويژگي انتخاب شده گزارش گرديد. در روش دوم سيگنالهاي حركتي لگن، زانو، مچ در طول يك سيكل گام برداشتن بهصورت دنباله جديد از بردارهاي فضاي فاز بازسازي شدند و با استفاده از روش تحليل مؤلفههاي اصلي، ماشين بردار پشتيبان و تفكيككننده خطي، افتراق گروه سالم از درد نوروپاتيك انجام گرفت. صحت طبقهبندي در روش اول و دوم نزديك به %100 است. تجزيه و تحليل طبقهبندي كننده نشان داد كه تركيبي از پارامترهاي زماني-مكاني و پارامترهاي سينماتيك زاويهاي روش مناسب براي طبقهبندي گروه سالم از درد نوروپاتيك فراهم ميكند. همچنين تجزيه و تحليل بازسازي فضاي فاز، يك روش قابلاعتماد و محكم براي نشان دادن كمي راه رفتن در موشهاي صحرايي است.

1400/03/04

gait analysis in rats with neuropathic pain

3/11/2022 12:00:00 AM

Chronic sciatic nerve contracture injury is commonly used to induce neuropathic pain and cause a change in the shape of the gait. In this study. the analysis and implementation of machine learning methods on the steps of a group of rats was used to diagnose the neuropathic pain. In this regard. after installing and synchronizing the treadmill. camera and computer. seven male Wistar rats with markings on their four hip. knee. ankle and metatarsophalangeal joints were trained to run with speed 12. 15 and 20 meters per minute on the treadmill and position of the marks on the joints were extracted from videos. Again, two weeks after surgery, mice underwent the same procedure to record their gait as neuropathic pain and sham. Then, spatio-temporal parameters and angular kinematic parameters were extracted. Statistical tests were performed on each of the extracted features. In the following, the classification accuracy for each of the spatial-temporal and angular- kinematic features was reported using a support vector machine and validation by two fold cross-validation. In order to achieve the highest classification accuracy, the all feature group was used in such a way that using the Relief feature selection algorithm and using the LDA classifier, the classification accuracy for all features was evaluated together, which resulted in Six features were selected. Then, the classification accuracy was reported using two support vector machine algorithms and a linear separator with cross-validation of 2 folds, intergroup validation and training with the first ten steps for the six selected features. In the second method, the hip, knee, and ankle movement signals were reconstructed as a new sequence of phase space vectors during a gait cycle. The accuracy of the classification in the first and second methods is close to 100%. Classifier analysis showed that a combination of temporal-spatial parameters and angular kinematic parameters provides a suitable method for classifying a healthy group and neuropathic pain. Phase space reconstruction analysis is also a reliable and robust method for quantifying gait in rats.

آسيب انقباض مزمن عصب سياتيك , تجزيه و تحليل گام برداشتن , پارامترهاي مكاني زماني , پارامترهاي سينماتيك زاويهاي , ماشين بردار پشتيبان

Chronic sciatic nerve contracture injury , gait analysis , Spatio-temporal parameters , Angular kinematic parameters , Support vector machine