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Erschienen in: Journal of Neural Transmission 2/2021

28.01.2021 | Neurology and Preclinical Neurological Studies - Original Article

Evaluation for Parkinsonian Bradykinesia by deep learning modeling of kinematic parameters

verfasst von: Dong Jun Park, Jun Woo Lee, Myung Jun Lee, Se Jin Ahn, Jiyoung Kim, Gyu Lee Kim, Young Jin Ra, Yu Na Cho, Weui Bong Jeong

Erschienen in: Journal of Neural Transmission | Ausgabe 2/2021

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Abstract

A wearable sensor system is available for monitoring of bradykinesia in patients with Parkinson’s disease (PD), however, it remains unclear whether kinematic parameters would reflect clinical severity of PD, or would help clinical diagnosis of physicians. The present study investigated whether the classification model using kinematic parameters from the wearable sensor may show accordance with clinical rating and diagnosis in PD patients. Using the Inertial Measurement Units (IMU) sensor, we measured the movement of finger tapping (FT), hand movements (HM), and rapid alternating movements (RA) in 25 PD patients and 21 healthy controls. Through the analysis of the measured signal, 11 objective features were derived. In addition, a clinician who specializes in movement disorders viewed the test video and evaluated each of the Unified Parkinson's Disease Rating Scale (UPDRS) scores. In all items of FT, HM, RA, the correlation between the linear regression score obtained through objective features (angle, period, coefficient variances for angle and period, change rates of angle and period, angular velocity, total angle, frequency, magnitude, and frequency × magnitude) and the clinician’s UPDRS score was analyzed, and there was a significant correlation (rho > 0.7, p < 0.001). PD patients and controls were classified by deep learning using objective features. As a result, it showed a high performance with an area under the curve (AUC) about as high as 0.9 (FT Total = 0.950, HM Total = 0.889, RA Total = 0.888, ALL Total = 0.926. This showed similar performance to the classification result of binary logistic regression and neurologist, and significantly higher than that of family medicine specialists. Our results suggest that the deep learning model using objective features from the IMU sensor can be usefully used to identify and evaluate bradykinesia, especially for general physicians not specializing in neurology.
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Literatur
Zurück zum Zitat Castrillon R, Acien A, Orozco-Arroyave J R, Morales A, Vargas J F, Vera-Rodríguez R, Villegas A (2019) Characterization of the Handwriting Skills as a Biomarker for Parkinson’s Disease. 14th IEEE international conference on automatic face and gesture recognition (FG 2019):1–5. https://doi.org/10.1109/FG.2019.8756508 Castrillon R, Acien A, Orozco-Arroyave J R, Morales A, Vargas J F, Vera-Rodríguez R, Villegas A (2019) Characterization of the Handwriting Skills as a Biomarker for Parkinson’s Disease. 14th IEEE international conference on automatic face and gesture recognition (FG 2019):1–5. https://​doi.​org/​10.​1109/​FG.​2019.​8756508
Zurück zum Zitat Stebbins GT, Goetz CG, Burn DJ, Jankovic J, Khoo TK, Tilley BC (2013) How to identify tremor dominant and postural instability/gait difficulty groups with the movement disorder society unified Parkinson's disease rating scale: comparison with the unified Parkinson's disease rating scale. Mov Disord 28(5):668–670. https://doi.org/10.1002/mds.25383CrossRefPubMed Stebbins GT, Goetz CG, Burn DJ, Jankovic J, Khoo TK, Tilley BC (2013) How to identify tremor dominant and postural instability/gait difficulty groups with the movement disorder society unified Parkinson's disease rating scale: comparison with the unified Parkinson's disease rating scale. Mov Disord 28(5):668–670. https://​doi.​org/​10.​1002/​mds.​25383CrossRefPubMed
Metadaten
Titel
Evaluation for Parkinsonian Bradykinesia by deep learning modeling of kinematic parameters
verfasst von
Dong Jun Park
Jun Woo Lee
Myung Jun Lee
Se Jin Ahn
Jiyoung Kim
Gyu Lee Kim
Young Jin Ra
Yu Na Cho
Weui Bong Jeong
Publikationsdatum
28.01.2021
Verlag
Springer Vienna
Erschienen in
Journal of Neural Transmission / Ausgabe 2/2021
Print ISSN: 0300-9564
Elektronische ISSN: 1435-1463
DOI
https://doi.org/10.1007/s00702-021-02301-7

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