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この例では,関数midcross
と関数dtw
を使用して,歩行信号デ,タから特徴量を抽出する方法を説明します。歩行信号は,神経変性疾患をも患者の歩行パタンを調べるために使用されます。1歩にかかる時間は,健常者と疾病患者で異なることが報告されています。midcross
は,これらの時間を計算する際に便利です。また,人の歩行速度は時間とともに変化します。dtw
は,歩行信号を時間に揃えて歪めることによって,信号形状の量的比較を扱いやすくします。この例では,midcross
を使用して歩行信号内の各1歩の位置を特定し,dtw
を使用して歩行信号のセグメント間の距離を計算します。これらの結果は,信号分類のための有力な特徴量として検証されます。この例では歩行信号のみを対象としていますが,これらの関数を使用して心電図(ECG)や光電式容積脈波(PPG)などの他の生体信号を解析することもできます。
解析するデータセットには,筋萎縮性側索硬化症(ALS)患者と対照群を対象として歩行中に収集された力データが含まれます。ALSは,ルー・ゲーリッグ,スティーヴン・ホーキングおよび2014年の”アイスバケツチャレンジ”でよく知られるようになった疾患です。
1人の患者を対象とした歩行信号デタの最初の30秒間を読み込んでプロットします。
helperGaitPlot (“als1m”);xlim (30 [0])
このデ,タセットは,足によって力感応抵抗器に与えられた力を表します。力はミリボルト単位で測定されています。各レコ,ドの長さは1分間で,被験者の左足と右足に対応する個別のチャネルを含んでいます。デ,タセット内の各1歩は,地面に足が着き,離れるときの力の急激な変化を特徴とします。midcross
を使用し,als患者を対象として,これらの急激な変化を特定します。
midcross
を使用し,als患者の左足を対象として,各クロッシングの位置を特定してプロットします。すべてのクロッシングが必ず検出されるように25%の許容誤差を選択します。
Fs = 300;gaitSignal = helperGaitImport(“als1m”);: midcross (gaitSignal (1), Fs,“宽容”25);Xlim ([0 30]) xlabel(的样本数量) ylabel (“mV”)
midcross
は,クロッシングを正しく特定しています。今度は,これを使用し,10人の患者のグル,プを対象に1歩にかかる時間を計算します。患者のうの5人は対照被験者で,5人はalsに罹患しています。各患者の左足のレコドを使用し,過渡特性を除去するために最初の8のクロッシングを除外します。
pnames = helperGaitImport();为i = 1:10 gaitSignal = helperGaitImport(pnames{i});IND2 = midcross(gaitSignal(1,:),Fs,“宽容”25);IST{i} = diff(IND2(9:2:end));varIST(i) = var(IST{i});结束
1歩にかかる時間をプロットします。
图保存在为i = 1:5 plot(1:length(IST{i}),IST{i}“。r”)的阴谋(1:长度(是{我+ 5}),是{我+ 5},“。”)结束包含(“跨数”) ylabel (“步幅间隔时间(秒)”)传说(“ALS”,“控制”)
1歩にかかる時間の分散は,als患者の方が全体的に高くなっています。
各1歩間の距離を定量化したら,次に,これらの1歩間のばらつきに左右されない歩行信号データの形状を解析します。dtw
を使用して,信号の2のセグメントを比較します。治療または病気の進行に合わせて経時的に歩行信号の形状を比較するのが理想的です。ここでは,同じレコ,ドの2のセグメントを比較します。1は記録の初期に取得されたセグメント(sigsInitialLeft
)で,もう1は終わり近くのセグメント(sigsFinalLeft
)です。各セグメントには,それぞれ6歩が含まれています。
歩行信号のデ,タセグメントを読み込みます。
负载PNGaitSegments.mat
患者は,レコ,ド全体を通して同じ速度で歩いているわけではありません。dtw
は,これらを歪めて時間で揃えることでセグメント間の距離の測定を行います。dtw
を使用して2のセグメントを比較します。
sigsFinalLeft图dtw (sigsInitialLeft {1}, {1});传奇(“早期段”,后段的,“位置”,“东南”)
2のセグメントが時間で揃えられています。元の信号のオフセットでわかるように,患者の歩行速度は時間とともに変化しているようですが,dtw
は,どらか一方のセグメントのサンプルを重複させることで2のセグメントを一致させます。dtw
を使用して得られた距離は,1歩にかかる時間の分散とともに,歩行信号分類器用の特徴量として調査されます。
歩行信号に基づいて患者が健康かどうかを判断するための分類器を作成しているとします。1歩にかかる時間の分散feature1
と,dtw
で得た最初と最後の信号セグメント間の距離feature2
を分類特徴量として調べます。
Feature1は,先にmidcross
を使用して計算されています。
feature1 = varIST;
ALS患者と対照群のfeature2を抽出します。
Feature2 = 0 (10,1);为i = 1:length(sigsInitialLeft) feature2(i) = dtw(sigsInitialLeft{i},sigsFinalLeft{i});结束
Alsの被験者と対照被験者の特徴量をプロットします。
图绘制(feature1 (1:5), feature2 (1:5),的r *,...feature1 (6:10) feature2 (6:10)“b +”,...“MarkerSize”10“线宽”1)包含(“跨步时间的方差”) ylabel (“段间距离”)传说(“ALS”,“控制”)
Als患者の場合,1歩にかかる時間の分散はより大きいですが,dtw
で得たセグメント間の距離はより小さくなるようです。これらの特徴量は,相互補完的であり,調査してニューラルネットワークやサポートベクターマシンなどの分類器で使用することができます。
midcross
およびdtw
では,動作や行為の速度がさまざまであるため時間につれて不規則に繰り返される,歩行信号やその他の生体データを簡便に比較できます。この例では,midcross
を使用して各1歩の時間の位置を特定し,dtw
を使用してセグメントの距離を計算しました。midcross
の距離が測定する時間のばらきをdtw
が排除したため,これらは相補的な方法でした。特徴量として,これら2つの計量は,このデータセットの対照患者とALS患者の間の区別を示しました。midcross
およびdtw
は,同様に,活動の関数として形状が変化する他の生体信号を調べるために使用できました。
[1]戈德伯格,a.l., l.a.n.阿马拉尔,L.格拉斯,J. M.豪斯多夫,P. Ch.伊万诺夫,R. G.马克,R. G.米耶图斯,G. B.穆迪,c . k。彭先生和斯坦利先生。“PhysioBank, PhysioToolkit,和PhysioNet:复杂生理信号新研究资源的组成部分。”循环。卷101,第23期,2000年,第e215-e200页。