Deep learning for predictive simulation of gait and post-treatment functional benefit in neurological diseases. - SIAM - Signal, Image et AutoMatique
Thèse Année : 2024

Deep learning for predictive simulation of gait and post-treatment functional benefit in neurological diseases.

Apprentissage profond pour la simulation prédictive de la marche et les bénéfices fonctionnels post-traitement dans les maladies neurologiques

Adil Khan
  • Fonction : Auteur
  • PersonId : 1431153
  • IdRef : 281025916

Résumé

Neurological conditions often manifest as gait disorders, frequently linked to spasticity. Botulinum Toxin Type A (BTX-A) injectionscommonly treat spasticity-related gait issues. Achieving optimal treatment outcomes with a favourable benefit-risk ratio remains crucial. Kinematic improvements obtained by this treatment are sometimes very efficient, but at this moment they remain difficultly predictable. The aim of this thesis is to employ deep learning (DL) techniques to simulate the impact of BTX-A treatment on gait parameters. The simulator aims to display the most probable gait result, enhancing the process of decision-making in BTX-A treatment. The database consisted of 43 adults diagnosed with various diseases, including CP, MS, TBI, SCI, and stroke. Each participant had undergone at least one clinical gait analysis (CGA) both before and after receiving treatment.The UGCEAM laboratory obtained and processed kinematic gait data. Various regression techniques were employed, including LSTM, BiLSTM, attention mechanism, ensemble learning, and Multi-task learning (MTL). The evaluated methods and their efficacy were compared both amongst themselves and to alternative approaches documented in the literature. This study is the first to quantitatively simulate the impact of BTX-A treatment on the gait of adults with various diseases. It explores a wide range of treatment combinations and different gait patterns.
Les affections neurologiques se manifestent souvent par des troubles de la marche, fréquemment liés à la spasticité. Injections de toxine botulique de type A (BTX-A)traitent généralement les problèmes de démarche liés à la spasticité. Il reste crucial d'obtenir des résultats thérapeutiques optimaux avec un rapport bénéfice-risque favorable. Les améliorations cinématiques obtenues par ce traitement sont parfois très efficaces, mais elles restent pour l'instant difficilement prévisibles. L'objectif de cette thèse est d'utiliser des techniques d'apprentissage profond (DL) pour simuler l'impact du traitement BTX-A sur les paramètres de marche. Le simulateur vise à afficher le résultat de marche le plus probable, améliorant ainsi le processus de prise de décision lors du traitement par BTX-A. La base de données comprenait 43 adultes diagnostiqués avec diverses maladies, notamment la CP, la SEP, le TBI, la LME et l'accident vasculaire cérébral. Chaque participant avait subi au moins une analyse clinique de la marche (CGA) avant et après avoir reçu le traitement. Le laboratoire UGCEAM a obtenu et traité les données cinématiques de la marche. Diverses techniques de régression ont été utilisées, notamment LSTM, BiLSTM, le mécanisme d'attention, l'apprentissage d'ensemble et l'apprentissage multitâche (MTL). Les méthodes évaluées et leur efficacité ont été comparées entre elles et à des approches alternatives documentées dans la littérature. Cette étude est la première à simuler quantitativement l'impact du traitement au BTX-A sur la démarche d'adultes atteints de diverses maladies. Il explore un large éventail de combinaisons de traitements et différents modèles de démarche.
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Origine Version validée par le jury (STAR)

Dates et versions

tel-04748553 , version 1 (22-10-2024)

Identifiants

  • HAL Id : tel-04748553 , version 1

Citer

Adil Khan. Deep learning for predictive simulation of gait and post-treatment functional benefit in neurological diseases.. Artificial Intelligence [cs.AI]. Université Paris-Saclay, 2024. English. ⟨NNT : 2024UPAST107⟩. ⟨tel-04748553⟩
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