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精简惯性测量单元时序模型的冻结步态患者级早期识别

通讯作者: 高建强, jianqianggaohh@126.com; 李莉, liliiot@163.com
DOI:10.12201/bmr.202607.00038
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Patient-Level Early Identification of Freezing of Gait Using a Streamlined Temporal Model Based on Inertial Measurement Unit Data

Corresponding author: Jianqiang Gao, jianqianggaohh@126.com; Li Li, liliiot@163.com
  • 摘要:目的/意义 构建面向未见患者的可穿戴惯性测量单元冻结步态早期识别模型,评估其跨患者稳定性以及关键特征和网络模块的作用。方法/过程 基于12名患者的56条公开记录,采用传感器可用性核查和方向无关小腿特征汇聚,构建融合残差一维卷积、双向长短期记忆网络和注意力池化的精简惯性测量单元时序模型,并采用3个固定随机种子进行患者级留一内部验证和消融分析。结果/结论 模型的准确率、平衡准确率、F1值、AUROC和AUPRC分别为0.7910、0.7378、0.6325、0.8791和0.7595。冻结—步态频带特征及双向时序建模对模型性能贡献较大,在本数据集的患者级留一验证中表现出一定的跨患者稳定性。

    关键词: 帕金森病冻结步态惯性测量单元早期识别患者级交叉验证

     

    Abstract: Objective/Significance This study presents a wearable inertial measurement unit (IMU)-based framework for early freezing of gait (FOG) identification in previously unseen patients, specifically targeting cross-patient generalizability and dissecting the relative contributions of key spectral features and network modules. Methods/Process We interrogated a publicly available dataset comprising 56 recordings from 12 patients. After verifying sensor availability, we performed direction-invariant feature aggregation from shank-mounted IMU signals. A compact temporal architecture was subsequently designed, integrating residual one-dimensional convolutions, bidirectional long short-term memory (LSTM) networks, and an attention-based pooling mechanism. Internal validation employed a patient-level leave-one-subject-out (LOSO) scheme, alongside systematic ablation studies, all conducted across three fixed random seeds. Results/Conclusion The proposed pipeline yielded an accuracy of 0.7910, a balanced accuracy of 0.7378, an F1-score of 0.6325, an area under the receiver operating characteristic curve (AUROC) of 0.8791, and an area under the precision–recall curve (AUPRC) of 0.7595. The freeze- and gait-band spectral features, together with bidirectional temporal modeling, emerged as primary drivers of performance. Notably, across the three fixed seeds during LOSO internal validation on the current dataset, the AUROC and AUPRC exhibited only limited variability, confirming reliable cross-patient stability.

    Key words: Parkinson’s disease; freezing of gait; inertial measurement unit; early identification; patient-level cross-validation

    提交时间:2026-08-26

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  • 序号 提交日期 编号 操作
    1 2026-07-24

    10.12201/bmr.202607.00038V1

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赵乙璇, 高瑞, 任依飒, 肖启睿, 王玉锋, 高建强, 李莉. 精简惯性测量单元时序模型的冻结步态患者级早期识别. 2026. biomedRxiv.202607.00038

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