Classification of elderly subjects to fallers and non ...

18
Iranian Journal of Biomedical Engineering 7 (2013) 21-37 Corresponding author Address: School of Electrical and Computer Engineering, University College of Engineering, University of Tehran, P.O.Box: 515-14395, I.R. Iran, Postal Code: 1439957131, Tehran, I.R. Iran, Tel: +982188024924 Fax: +982188778690 E-mail: [email protected] 12 Classification of elderly subjects to fallers and non-fallers using a novel set of features extracted from gait frieze pattern Z. Gandomkar 1 , F. Bahrami 2 * 1 M.Sc., Biomedical Engineering, Motion Control and Computational Neuroscience laboratory, School of ECE, College of Engineering, University of Tehran, [email protected] 2 Associate Professor, University of Tehran, College of Engineering, School of ECE, Motion Control and Computational Neuroscience laboratory, Control and Intelligent Processing Center of Excellence (CIPCE). _______________________________________________________________________________________ Abstract Changes in gait pattern are early symptoms in many disorders such as balance and control problems resulted in fall among elderlies. This paper aims at proposing a new set of features extracted from Gait Frieze Pattern (GFP) in order to classify seniors to fallers and non-fallers. For indicating the effectiveness of the presented method, the algorithm is used for recognition of different type of abnormal gaits. The introduced method consists of three main steps: extracting the subject from background, generating GFP and aligning them, and building the proposed image from GFP by thresholding followed by morphological operations. For evaluation of the proposed features, video sequences are collected from 8 elderly fallers, 8 non-fallers, and 8 youth while performing standard Timed Up and Go (TUG) test. In addition to TUG test youths are asked to walk fast and pretend to walk with 6 different types of abnormalities (limping, waddling, anterior- posterior sway, lateral sway, dragging, steppage gait). For finding correct classification rate, each time one data is considered as test and others as train and label of train data with the most similarity with test one on the score of normalized cross correlation is assigned to test data. Comparing to conventional TUG test, correct classification data is improved around 20% for faller detection. In addition, correct classification rate for detecting of different abnormalities in gait is approximately 90%. Key words: Gait Analysis, Gait Frieze Pattern, Elderly Fallers, Gait Classification, Abnormal Gait Detection, Timed Up and Go. DOI: 10.22041/ijbme.2013.13054 © Copyright 2014 ISBME, http://www.ijbme.org

Transcript of Classification of elderly subjects to fallers and non ...

Page 1: Classification of elderly subjects to fallers and non ...

Iranian Journal of Biomedical Engineering 7 (2013) 21-37

Corresponding author

Address: School of Electrical and Computer Engineering, University College of Engineering, University of Tehran, P.O.Box: 515-14395, I.R. Iran, Postal Code:

1439957131, Tehran, I.R. Iran,

Tel: +982188024924

Fax: +982188778690

E-mail: [email protected]

12

Classification of elderly subjects to fallers and non-fallers using a novel set of

features extracted from gait frieze pattern

Z. Gandomkar 1, F. Bahrami 2*

1M.Sc., Biomedical Engineering, Motion Control and Computational Neuroscience laboratory, School of ECE, College of

Engineering, University of Tehran, [email protected] 2Associate Professor, University of Tehran, College of Engineering, School of ECE, Motion Control and Computational Neuroscience

laboratory, Control and Intelligent Processing Center of Excellence (CIPCE).

_______________________________________________________________________________________

Abstract

Changes in gait pattern are early symptoms in many disorders such as balance and control problems

resulted in fall among elderlies. This paper aims at proposing a new set of features extracted from Gait

Frieze Pattern (GFP) in order to classify seniors to fallers and non-fallers. For indicating the

effectiveness of the presented method, the algorithm is used for recognition of different type of

abnormal gaits. The introduced method consists of three main steps: extracting the subject from

background, generating GFP and aligning them, and building the proposed image from GFP by

thresholding followed by morphological operations. For evaluation of the proposed features, video

sequences are collected from 8 elderly fallers, 8 non-fallers, and 8 youth while performing standard

Timed Up and Go (TUG) test. In addition to TUG test youths are asked to walk fast and pretend to

walk with 6 different types of abnormalities (limping, waddling, anterior- posterior sway, lateral sway,

dragging, steppage gait). For finding correct classification rate, each time one data is considered as test

and others as train and label of train data with the most similarity with test one on the score of

normalized cross correlation is assigned to test data. Comparing to conventional TUG test, correct

classification data is improved around 20% for faller detection. In addition, correct classification rate

for detecting of different abnormalities in gait is approximately 90%.

Key words: Gait Analysis, Gait Frieze Pattern, Elderly Fallers, Gait Classification, Abnormal Gait Detection,

Timed Up and Go.

DOI: 10.22041/ijbme.2013.13054

© Copyright 2014 ISBME, http://www.ijbme.org

Page 2: Classification of elderly subjects to fallers and non ...

33-21، 1312 بهار، 1، شماره هفتم، دوره زيستيمجله مهندسي پزشکي

دار مکاتباتعهده

1345599141: پستيکد ، کامپيوتر و برق مهندسي دانشکده تهران، دانشگاه فني هايدانشکده پرديس احمد، آل جلال تقاطع از بالاتر شمالي، کارگر خيابان تهران،نشاني:

[email protected]: پيام نگار ،981-22992759 دورنگار:، 981-22983583 تلفن:

22

تفکيک سالمندان با سابقة زمين خوردن از سالمندان بدون سابقه زمين

استخراج شده هاي جديدويژگي خوردن با استفاده از دسته

از الگوي متناوب راه رفتن

*2، فريبا بهرامي1زيبا گندمکارکنترل و علوم اعصاب، دانشکده مهندسي برق و بيوالکتريک، آزمايشگاه موتور ،آموختة کارشناسي ارشد مهندسي پزشکيدانش1

[email protected] دانشگاه تهران، تهران هاي فني،پرديس دانشکدهکامپيوتر،

آزمايشگاه موتورکنترل و علوم اعصاب، قطب علمي کنترل و پردازش هوشمند، دانشکده مهندسي ، دانشيار، گروه مهندسي پزشکي2

هاي فني، دانشگاه تهران، تهران.دانشکدهبرق و کامپيوتر، پرديس

_______________________________________________________________________________________

چکيده

براي مثال مشاهدات متعدد دلالت براين دارند که نحوة راه کند.ها نحوة راه رفتن تغيير ميبا افزايش سن و يا بروز برخي بيماري

ن در سالمنداني که سابقه زمين خوردن دارند با افراد سالم متفاوت است. هدف اين مقاله ارائة روشي برمبناي تحليل حرکت رفت

بندي سالمندان به افراد با سابقه و بدون استفاده از نشانگر براي طبقه فرد مورد آزمايشبا کمک تصاوير ويدئويي اخذ شده از

نوع 8بندي منظور نشان دادن کارايي اين روش، از آن براي طبقهزمين خوردن است. بعلاوه به زمين خوردن و افراد بدون سابقه

زمينه استخراج و الگوي متناوب محاسبه از پسفرد مورد آزمايش شود. در روش ارائه شده، ابتدا راه رفتن غيرطبيعي استفاده مي

شناسي )مورفولوژي(شکلتراز شدند و با استفاده از عملگرهاي همگذاري بر الگوهاي متناوب، اين الگوها شد. سپس با آستانه

براي شده استخراج هايويژگي کارآمدي ميزان سنجش منظور تصوير جديدي بر اساس الگوهاي متناوب ايجاد شد. به

تصاوير ويدئويي انجام تفکيک آنها از افراد جوان، و سالمندان بدون سابقه و افتادن سابقة با گروه دو به سالمندان بنديطبقه

علاوه براي به .شدآوري جوان سالم جمع 8سالمند بدون سابقه و 8سالمند با سابقة زمين خوردن، 8آزمون برخيزوبرو از

3شد تا علاوه بر راه رفتن معمولي و تند، به انجام غيرطبيعي از جوانان خواسته و طبيعي گروه دو به رفتن راه نحوة بنديطبقه

زانوي رفتن و راه کشان کشان و طرفين، جلو عقب به تلوتلو وار راه رفتن، اردک نابهنجار شامل لنگيدن، ختلف راه رفتننوع م

آن شباهت و شده گذاشته بيرون آزمون عنوان به هاداده از يکي بار پس از اعمال روش پيشنهادي، هر بلند راه رفتن تظاهر کنند.

بيشترين آزمون ايحاشيه الگوي که ايداده به مربوط گروه برچسب شد و سنجيده بهنجار يهمبستگ کمک به هاداده ساير با

بندي برپاية زمان کل آزمون صورت برخيزو برو متعارف طبقهشد. در آزمون داده نسبت آزمون دادة به داشت، آن با را شباهت

کمتر از روش متعارف برخيزوبرو دارد. %22دود گيرد. در اين پژوهش ما نشان داديم که روش پيشنهادي خطايي در حمي

است. %12شد که خطاي روش پيشنهادي در تشخيص انواع راه رفتن نيز حدوداً علاوه در اين پژوهش نشان داده به

راه رفوتن بندي انوواع راه رفوتن، تشوخيصتحليل راه رفتن، الگوي متناوب راه رفتن، سالمندان با سابقة زمين خوردن، طبقه ليدواژگان:ک

غيرطبيعي، آزمون برخيزوبرو.

DOI: 10.22041/ijbme.2013.13054

© Copyright 2014 ISBME, http://www.ijbme.org

Page 3: Classification of elderly subjects to fallers and non ...

�����8����������

1Fall 2Nursing Tool 3Task 4Clinical Tool 5Tinettii Gait Scale 6Tinetti Balance Scale 7Tinetti Mobility Scale 8Berg Balance Scale (BBS) 6Functional Gait Assessment 10Inertial

!�

�" ���1�

" �=>��&�' � ���?=) �"� �@AB����C%�,�D+���#D�E!� �&����&�D'

�.���DD=(,��FFF � �F� ����GDD�,�&�DD' � �������DD#���#DD�E!�

� �=)�����=������� �2�H+�����(���+� �F���&�D' � ����D*� ���

�,��#�E!� ����?=) �"� �IJ$��C���/���&�'�" �����KL��M

���F��

������& � ���M�� /��?,��C�C��� ��'����D��NA)�����M��A�

COB�A������C=#+�������%�&�P��Q�R���& ��/'�� � �H+ ���

A,�Q��� /������.���� �����=S�-�S���� �=)���,G,�% T2FU����

�C��V��=���?��+��(���+�C+��'���,W����<6� � ���+��%��X�

�C%��+��S%� ��X��@Y�����+P�� � �� /D��?,�F���D�?����ED,�

��&�%��(���+�������=$89��C���+39� R��D,�����D+ T:;3FU�

�W��E)����(���+���,� �� /��?,��V/�����D!������'�D,���CD�

�C��+�� �D=)����D�����(���D+���D>��H,�D+�.���D%���.�& �D)���

�Q��=���.�� � ��.�?(Z�'(�E'P�)�E�����,��� /D��?,��C���

" �/%���C����(���+��$��'���,�@�B��H�. �.�C���(�[���\DQ�

��+� �H+��"��W'.]!�����&�'���"�/D��?D��� �& ����&�'

/��^�_%��FH�'��?���W'.]!�'���C�/��C�C#%�� ����D+�&�D'�

"�(���C=) �C=) �HK��� /$��C� �������H�D+���D!����D���WD!�

�,� . ����(`. ��,� /�FW!�(��, /�����@�`���+�"�(���

:2��R �HK��� /$��� ������=$����(���+<9���+��@#D$��

�(' F

�����SA=J,� �E�����&���� ������IJD$��.����(���D+� �� �K�

������(���+P��+�H+��"��� ��($!�� /��?,�F���?���� � �ED�

�,aA��b �/%���C+� ���/��� � � ��YF�c.��P=+ ��CD�� � �)�P��+��

C,�($+�!�d /R�&��,�e��J=+��((�F������ ��D�����Df,���/D(Q�CD

���Y� �)�����g�����C�.�� �� &�C_��+���%�DhQ�iKj���.

C(,��@,�/Q����+������HD+��� /D��?D,����+����D�=������� �D=)�

,�W��E)���(���+�����T6�<�FU����� �ED���C=D+ �?D���CD�g�kR��

& �=+�!:��,�C=S�� /�F�,�C=+ �?���������f,���/(Q�C����CD���/D�

& ��($!��/,���l?��=$(. �.�?>)�.mn����D�=���C�� ���" ����

�L>%�@,�/Q��op��iA=J,��A�� �?,������ /D����� ����(���D+

H+��" ����+ ��FiKj�@,���@,�/Q�?����PDZJ� �����%�hQ�

?,��� /��I�%���ALY� �"� �I�%��?=) � ��S=D+���� �K�" ��

���@��DD+.��DD#���&��DD�"� �IDD�%��?=DD) ����.�DD� ���& ��DD�

?+� ��� �>)���=$����89���ID�%�.� ���D+� ����D�Q�����=��(D�

H+�F��

�����q. � ���D,��(���D+����"�%����/,��� �)�^. �&�'���D'�/�

@K)�X�4�H���&�(L,���.��' �^�_%��� ���WD!����iDA=J,�&�'

"��%��(���+� �)�C��/,��� �"���?K���,�&��' �F���iD��K���D

"��%�?���&���C%�=+���,����� ��� /��?,�����=����' /��F�C

�/,���?���(��� �E���'3��,�C=S�� /�T7;5�FU�/,������(��D�&�'

�����,����C��"��� ��($!�d�K��k,� ��SA=J,���D,��'����CD���/D�

�=(��?=) �"� ��/,��6���D=(��� �DK���/,����<���Y����D%��.��HDA

�=(��H���7���r�D�� �DK���/D,����8���"� �& �D#A�Q��/D,���.��

?=) 5� ���" ���F��

�����q. �@,���^/+�C=+ �"�(_(+������%�� �C��H+�����'��&�'

������s�D�� /D��CD�.��(���D+�d������������� ��&���iA=J,

��HDD+��"�DD��" �S=DD+��.��?=DD) �"� �"/DDB%F������" �S=DD+����DD#,�

"�(_(+��'&�SA=J,���m��(%�,t/#>���' T29�22U��u�=�N(+�'

T2:U��"�(_(+��'&����"���D%���D��D(=L,����D=J��&�D�29 T24�23U��.

? . T26�2<U�+ �� /O(,�C��c��� ��)�� �?=) �"� ���� /D�.

� �F��

������� � �"�D����v� �E�����C=+ ��'&��H� .�DB,���D'����(=D>'�F

�E�&���� ��� � �)��j.�C,�($+�!�X��w�+����C����,�((���

�'��/����,��������D,�@D�#��XD�E!��D�� �=+�!�x+/���.��%/D�

��� ��y+�(,����=+ ��� �H,�+�(=>'��'F��S=����c,�&��C���%�

© Copyright 2014 ISBME, http://www.ijbme.org

Page 4: Classification of elderly subjects to fallers and non ...

������������� ����������������������������������� !��!��"�#��

11Interpretation 12Calibration

!o�

�����g������"���C=)���,�\Q�� ����Dk����D#,��C�� /����

� /�.���%�AAB��.�����C=�� ��&���� �K���j.���� �D)��xD+/�

��%�, � ����%�^�_%��/� F��C��D�?���,�D*('� �ED�������(���D+�CD�

�=>&��/,���^�_%����#,��.�H+��'&� ��%�� �^. �P=+ ��� �(=+�

�,� /�F��/,���'&�(Q�H�+�C�^. �P=+ ��������D!��=D$�W

�,�%. �" �=D>�� � ����z�������D,�&���t���/D�E)�.���#D�E!��D'�

�% � �F�.����D�?���/D,������"�'�D$,�xD+/��ED%��D'���"�D�%��D� � "�

�,��%/�H>%��(Q�{�,���� � �"��%��/('��!����.�".�K'����

�/,���?�����'%�/�� �>����%��C��& /��CW��,��� /,� ��)�����

�,�|�}(,��/,���P,� ���%/��F�/,���^/+�P=+ ��';�D' � �C�P�

"��� ��($!������%�;�C=+ �e��J=+����L% �C�&�H���������D��D'

,�+����" �S=+��C%���D'�����CD���D%�����"�(_(D+�w�D+���D����(=D>'��D'��

�,��(��F�C(�E'�@� �C��/���� P���?�C%�,�+�'��HY.��� /���

�"�(_(D+�y}%���D'�����z!�D>S�&22���̂ �D��" � �~�D%�������@DR��

"�(_(+��%�, � ���&����'��(,��%�.&����%�@AB��C�'&�$�=�

G'��^���b � ��@������/(�����" �S=+��C����?�C%�,�+����D,� ��'

%�, � ����H+��~�%�F��

�����H� .�B,�C�C�/�����'&������CD���D+ �d .�Dj�"�D����v

�. ��yQ�C��^/+�b �/%������'&���"�D����v�q. �&��D��&�D'

�C=+ �?������C=���%�� ���,������K=D>,� ��D)��IJD$�� ��D%�/�

� �>�� /��?,�������$*'F���Y�.� ��/('����)��. ���C�

������� ���� �+�C��" /�" �S=+��@�Y���C�e�=���.�_(+�.2:�

'�*$��,���xB,���������C=���%�s�����y}%�&�'�*%�$%���

��&��W��,��� /,� ��)���%/HY.�.��(�������L%������D�]�.�.��

��CD�L�� ���/DLY�@�Y�H+�>��.������w�D>����D���C=D�� �&�D(

�,��[ /��,�".�Q�C�R� ���/�C%�,�+�?(`�C�� ��d /�&�������

C%��� ��'&������� ���" �S=+��E%��(��/'���=��� �� /��?,�

��&�����ED��d /DR� �.��D((����D+ ��H,�+�E���,.�,��DY��^�d�

�=LY��,� /��"�$��%��F��

������W'.]!�?���. ��c������ ��&��]�.�e��J=+�����D'����CD

C�L�� /O(,�(&��?=) �"� ���D����(���+����� /D��?D,��P��D+.�

�G��+����(���+�,� ��($!��(�F��CDK��k,�?��� �����PD��!��D��D�.

���&. ��D�"�D��y}%��*%�$%����" �S=+���.��.���/}��q�� �!

C�L��&��������������?D,��P��D+��D� ��D)��.�G��D+����(���D+�&�D(

�� /���� ��($!H+��"�F�XD�E!������CD�CD�/���D�t���/D�E)�.

�]�.��'&�%�,��;��#,%���X���(+�.;��/DB%���D� ����C�b��"�

,�H+ �C� �)�?=) ���% .�;���� ����(���D+�� /��?,�����=��

��� ����,��((�F�C%�,�+�C_=%� ���D'������D(L,��D�CD�&���q�� �D!

���.�}�/���.����,�@�Q�H����((����]�.����'���D�XD� E%�C

C`�����X�E!�,� ���C��[ ��,�e��J=+��(��F��

������Y�.� ����& ��(D$!�q. �PDk� �G=� /D*���������@�=D>,�&�D'

����& . .���/D}��C��H+��?=) �"� �@AB��&����*%�$%���. ��D'

H+��&�K�F�,��+ ��?=) �"� �C#(���C�C�/�����_(��� ���[ /D�

���HD+����D��DA��H�����+ ��.�@#��e��J=+���|�'�F��?D��

�?$!�d�K��k,� ��+ ����H+��?#�,&���HD�/'�IJD$���

J$�I���*��#�����".����(`����. � �,���������!�������/D����

?=) �"� �&�'��)�e��J=+���.�' � �����&��(���� �D��d /R�F

��(���+�".���C+�IJ$�� /O(,�C�?=) �"� ����W'.]!�?���

���/����=(��".���.��C��+��.���(���+��� /��?,��P��+��

��D,�" �S=+�� /D��F�CD����CD�V/Dj/,�".�DQ�����PDk�� ��DA�� /D�

W'.]!���D,� ��Y��(���&�'��C=D+ �.� �D���D�]�.����&����CD���D'

�,�e��J=+���,��C��/�,�d�Q�����%/�H+��?=) �"� �&�(F��

������ADR��@� ���q. �u�DJ=%������D,�� ��*%�D$%����@�=D>,����/D�

�iKj����vq. �'&��HD>%� ��*%�$%�C��!��[����CD����D`��yD}%

�*%�$%��'�&��� /,� �)W��,����+ �� /,;�����D���s/D}J

�����(���+����.� ��;���!���(��D�/��%���HD+���L%�D,��.�CD(�E'�F

C��".�Q�*%�$%�?���y}%��� � �D)��KL��H����H+��?#�,��'

© Copyright 2014 ISBME, http://www.ijbme.org

Page 5: Classification of elderly subjects to fallers and non ...

�����8����������

13Silhouette 14Frieze pattern 15Timed Up and Go (TUG) test 16Pathologic 17Mahalanobis 18Otsu

!p

�����q/J=+ �E%�(�F������& ��D)��HD�����D+ �� �?D(Z�'

���� /���(%�,;�C���$%�y}%�"������=J+�C�,�� ��'���(' ;�

H+��?#�,�G�/��@#$,� �` �Fq. �C=L���C��*%�$%�&� � �&�'

�HY �@� ��%�� ������#�E!� ���(Z�'��(���d���B��.��@D�Y

�(=>'�C�/�F

�����q. ���e��J=DD+��&��DD�?DD$!�d�DDK��k,� ��DDSA=J,�&�DD'

H+��"��� ��($!���]�.�Fq. �?�����������q������L% �C��'

��(=>'�H�������� �bm/+�����,�X����|�'�.���?D�J���'

H���H+����$� ��($!���,�&�'T27�FU���P'�D+��D*� ��D��24�

���@��DL��&�h)�C�� ����[" ���e��J=+��� �H�������� �bm/+

�,��C� /)�{�f,���� �.��%���,�H����@AB��C�����%�� �!T28�FU

" �!�q. �����*� �&������D,��b�/D�����'� ��';���?=D) �"� ���D#,

,��� /,� ��)��W���,��+ ��� ��((�T25�FU��?D���& ��($!�q.

�,� ��Y�����P=+ � �C���,� ���Fq. ���,������?D���iA=J,�&�'

�u.�D(=,�&/*������+�C��,��C=+ 23����� �"�D�� ��(D$!�?=D) �"�

PK��k,T25�U������ �HD����� /D��.�D(���D'/*���?���C����`�[G=)

�,���$%�u/�� �>��(' ��P(�E'�����?Q� �.���e��J=+����D'

H+��~�%�� �>�F��?D������&�������]�.�C=+ �W'.]!�?���

�,�e��J=+���'/*��� /��F�������D�]�.�C=D+ ���� �D��PD>���,�&��D

q. �.�"���e��J=+�������?D,����D�=�����D�� �� � /D�/,�&�'

��������(���+�� /�� ��)�� ��%�=+���(����/,���C�����C=+�/�

.�.E��26��(' �^�_%��� F��

����������D�]�.����" �S=D+���D�".�DQ���� �G'�/��C#%�(Z�'���&�D'

C�L�� �& ��($!���]�.�?����������(���+�&�(�C�L�� ��'��&�(

���D���D'�/��" �S=+��E%��KL��M�.��KL��?=) �"� �F��?=D) �"�

& �DD�����& �DD>�CDD�.��P%�DD$%��DDKL��M�HDD+���DD'�F��DD(%��'

�L(,T:9U �[�?���E%�C���,���������/D,���b � �"�D*��!�?=��D+�&��D�

��)��G��+�C=+�/��"���H+��C���hK�"� �?=) �&�'�C%/� ��2<�

�A���� ��((�F��

��������e��J=D+��.�u.�D(=,�&/*��� �_���b/B%���=���C���,�P,� ��

��]�.�����D,�" � ��Dj/��������& ��(D$!�&�'����� /D��F�� ��0D+

��"�D���D)�K,�.�.E����/,���&�K�WJ��d�D}J$,�[�� ��D)�

�W��,��� /,��D,���v�� /D��F����?=D) �"� ����XD���D'�".�DK���&�D'

C%/� ��;����"���C=+�/��G��+���%�/�����C���(' �^�_%��� ��';�

�,�i��K�� /��F���CD�L��CD��/D�,�N��=%�^ ��`�H�>Y� ���&�D(

C_=%�����H�>Y� �.��"���q �E������"�D��" .�����D�%�&�D�

H+���F��

��

!" ��;��*0��I���

��D!����C'�+�e��J=+��PA��,�C+�@,���& ��($!�q. ����CD(,�

C����&/*��� �_�����CD����&/D*��������]�.�e��J=+��.��&���&�

H+��F����" � �g�D��& ��(D$!�q. ����CDA��,��'�H�>Y�?���

�,� /�F��

!"�"�������0��<(=>��(

�?���CA��,�H>J%�C���,�&��+��!�C(,���,��G��� �D!�F�?D���

������" �S=+�����299����:99�G��)� �&��=��GA)�xLj�"��� �

�����C�� ���� �)� �����H���� /�.�[ ��%�^�_%����D��F��CD

��,� /O(,������� �D�,��%�D� �.�.�?*%�D,�@>#!��'�&���&��+

G��)�?���&���� ����.��EL+��E,�Y���GD� .��HD+ �C��'�F���0D+

)����G��)��'�&��A�����"���xLj�G���/,���.�D�.�ED��)��CADR�

%��'�,/�27�X��&���@>#!�X���������" �S=D+���D�.��CLD+�B,��'

C%�=+��/>���& �z�28�W��,��� /,� �)��!�����������C(,��F �

@#��2���`��� �.�C(,���!@#��2���H+� ��� �)��"��D�'�C

�HD+��"���" � �W���%�C(,���!�F�@#D��:������D`�.�HD+� ��

�($!�q. ����Q��C_=%�& �����iDA=J,�G��D)�. ��D���?D���CD��D��

CA��,�H+�F��,�CO��,�C�� /k%��'� /D���" �D!� ����D�%����&�

�E�/%���/}� � � /�.F�C��+�C��/�,�E�/%�?�������$J� ��'

H+��"��� �����>,�&��=%�� �s/}��C�C��H+���!�i�F� �

© Copyright 2014 ISBME, http://www.ijbme.org

Page 6: Classification of elderly subjects to fallers and non ...

�������������� ����������������������������������� !��!��"�#��

19Projection

!q�

�*A�Q�X���C�H>J%���/}���@#D��&�D'����H��D>,�.��D+�(�

'�C����/%"�L>`�G��C�/��&�'E�/%�����&�;���C'�D+����CD�

� . �% /;��|z��%��F���

@#���2�;�^�_%���/,�����E�.�.��. �C�. &� �!b�S+��.���. &�

i��EL+�[�% ��`�1�!�,��C(�H+� 1��W��,��� /,� �) �����"� �

?=)

Noise

Noise

Shadow

Noise

@#���:�;����Q�� /*���G=�! ��($&����A��,P�C%�=+�� �z�&���AR�)P�

/%��'�,�

�����E�/%�|z��&��&�C��+�C��/�,�C�& �z����H+��@AB��C

CS��,�C'�+�?�����H�>Y� �@>#!��'��*% �&�'�69�@>#!�

����=%����,G��� �!F���CDk�%�X�����(�. �dc���C��+��aA�� /��C

�,������ �' [�������D*% �&�E����c,�����D(Z�'���D,�HD�o��D%�,�F

� �C#%�(`�@#�4���,�"�� �,�� �����?���� /���^/D�S,�����/�

�� � �W��D�%�ED%� �Ck�%��'��% �C��/�,� � �����h)�C�.���F

��@#��?��� O���$%�CS��,�?*%�,�b�(' Ck�%��*% �&�'� �&�

�Pk�%�.�C(,���!:���$%���C��D+�C���=Y.�H+��Ck�%����'�b�('

H+��"���F���'��D,�"�'�$,�C�� /��� /D����dc�D�� ��D�,;���CD�

����'�L,����CAR�)���d�}=J,H+�;��&���%���O���.:��d.�S=,

H+�[�C�.����c,��Pk�%�:�k�%��P�����,���D�C>���,� �Dk�%P�2���CD�

H+��C'�+�/hQ��H+���=#`/�� �>F�������" �S=D+���D�C_=%�

C%�=+��& �z�&����,�C�.����PDk�%���/�:�����C��D+��DY�.� �CD���

H+���'�+����|z��C�����{��Y ����d���b���%��C#%������ ��

�Pk�%�d��2�H+�F ���������D% �ELD+�?D,��iD��CD#%��CD�CD�/���

����.�H+��"���u�J=%�W��,��� /,� ��)����CD��"���C=+�/��E%

�(���C=���%��% �EL+�u� /����,���/�C%�=+����� �zD�&���&��D

�h)�P�.������!����%�(�������=���V�S� �69�@>#!���+�CD����� ��D'

���|z�F�

@#���4�;��Pk�%2��.O1��Pk�%�.�H+��C'�+�/hQ:��!�/hQ��C(,�

H+��F�,�"�'�$,�����%���,����h)�C�.��� /�2�.O1��?�������=#`/�

����%�&���C�.��:�.O1�H+�F

�����@#��3��C'�+���D,���D$%�G��)�. �&���� �����%�&�'��D' �F

���@#��?���C>���,@#��:��� /L�WJ�@�Q��/��C�� �&�(

�,���$%�' �F

@#���3����C'�+�����%�&�'��

��

!"!"�@�����;4.3(

,�&�'/*������ /O(u.�(=,���D(#)��)�� � � ��Y�G'� �(�25���C'�D+

�����)��.�& /�Q�&�=+� �����.���D'�CBSDR���"�/DJ� ��D*� ���

© Copyright 2014 ISBME, http://www.ijbme.org

Page 7: Classification of elderly subjects to fallers and non ...

����8�����������

20Liu 21Avatar

!#

���,�� /B,H+�F �� .��H+ �C�C��H+���j�.��?D����D'/*����

B��C���L+�B,�P(�E'����� �>y+�(,����HD+��^����D�(��.�H+�

��K��@>#!���'� /��" ������=D+� ����CDk�%��'��� /�Q�C���&

�,� ��Y��O%� /,�%��F��/,�)�WJ�?��� ��H+ �C�^���&�(

��?=DD) �"� ��DD�)��.�& /DD�Q�CDD����&/DD*���� .���" � �g�DD�

�,� /��F�x�. �2������3������HD+ �CD�&�D(L�/,�)��&/D*���� .�

C���&������)�FH��& /�Q�.��FV����,���$%�� �' F

�2��C

R RR

N

N

i

N

i

Ckk

N

i

kH NiIiIiIkF×

= ==

� ��= 1

1 11

]),(),...,2,(),1,([)(

�:���������������������������������� Cf NNfH

H

H

H

NF

F

F

F

�����

�����

=

)(

...

)2(

)1(

��

�4������������������������������� 11

1

1

),(

...

),2(

),1(

)(

×=

=

=

��������

��������

=

R

C

C

C

N

N

j

Rk

N

j

k

N

j

k

V

jNI

jI

jI

kF

�3��������������������fRNNfVVVV NFFFF

×= )](),...,2(),1([��

��������DD�xDD�. � IK��DD$%��G��DD)���/DD}��b�DD(' k���^�i�.j�

���%�������/D}�� ��/=D+�.��k+�" ����y����C�&�'Ik��� Nf��

NR��.�NC��G��)� ��K��y����C����/=D+�.��'�kD+���D'�� �.��D'

H���%�FV(k)�. FH(k)����G��D)�& /D�Q���/D}��y����C k �.�^�

�G��D)���)����/}� k �HD+��^��F ��@#D��6������HD+ �CD�@D���,

�� .�FV(k)�. FH(k)����" � ���$%"��HD+��F����G'�D+�HD$!��D

� � � ��Y�FV(k)�. FH(k)G��)��,����&����'�����CD+����(*D+��D'

�&�K;� �CZ%����k,@#��<��H+��"���" � ���$%;��H+ �C

�,�����F��� ���(*D+�?D���iA=J,����%�V�S� ����D,������D% ��D���/D�

��� �CDZ%���D(%��'�&�K�. ����(*+�y����?���C�.� � �W���%

@#��7�� .��H+ �C�H+��"���" � ���$%F��

�����?=) �"� �u.�(=,�&�'/*���������� �D)�CD��D}B(,� �D)��D'�&��D

H+�����HD+��CD%�*�� �D)��D'�?=) �"� �@#��C����`��F���CD_=%�

�,����/�IJ$��&���& �K,���/(Q�C������� ��)���"� �w�+���

?=) � ���" �S=+��F/�:9��PK��k,� �W%� �#�'�.T25�U�� �D�?�.�

�����.�H�/'�IJ$��&���������.��% ���g�k,�� � � ���?��

�����DL(,� ��0D+�[�D% ���" �S=+��C(,���!����C'�+�� ��T:2�U

���H+�>��������" � ���������'/*���?�����CD�.���CD�HL>%��'

����W'���F����+�(��?=) �"� � �&�A��G��)�X��q. �?���

�,�"�_(+������G��)��'�|�=���.�"������&/D*����0D+�� /D�

C����,� �_����"���@R�����/}��&���&� /�F�� ��

@#���6�;�� .��H+ �C�b/B%�FV(k)�. FH(k) ��

��

@#���<�;�C����&/*���&�K�C+�W���%�?=) �"� �&���

��

��������

�����

© Copyright 2014 ISBME, http://www.ijbme.org

Page 8: Classification of elderly subjects to fallers and non ...

�������������� ����������������������������������� !��!��"�#��

!^�

@#���7��;�?=) �"� �C����&/*���&�K�. �W���%��

��

�������@#�� �8��@#��.�5��C����&/*������D�)��.�& /�Q�&�

���.��X��&��:2��"���" � ���$%�?=) �"� �iA=J,�V�/%��&����C

H+��F �E)��^�%�X���C� ���.��?���Poser6���HD+��"�D��C=��+�F

& �_('�%�iA=J,�V�/%���E%�?=) �"� �&�'�"� � �E��CLK��X���C

���HD+��"�D����D�Q�� ���.��C� �E)��^�%�?���?=) �F���@#D��?D�����

�����?=D) �"� �iDA=J,�V�/D%��&����CD��'/*���?���C��H+��IJ$,

�(=>'�d.�S=,��*��#����{�,��F��

��

��

��

��

��

��

!"�"�����0��V�;��4.3(�2�=,��(='�����C�R������;(

C����&�'/*���C#%��&�������"�,��H+ �C�&���"� �&/��D�.�X�

�����.���D)�HD+��^���� �D��CD>���,��*� �&/���.�����/=�� �?=)

��?D���@#��C����`�[�����#��" � �&�+�. � �?=) �"� �HQ�+

H+��C=>�.�@,�Q�. �?���C��'/*��F��

��������V.�D���D'/*���PL+�B,�?=) �"� ���)�X�����{��Y �C#%��&��

B,�.�?=) �"� �P'�+�?�����WJ���Q�� /��CD(���@����CD��D'

���ED%�^�DY�. ��'�.�^�Y�X��C(���. ��'�@R�)�����%�,��H+

/�^���X��F� @#��29�������D$%�� �^�D��X���*% �@k=>,��'

H+��" � �F���&��D�?=D) �"� � ���)�|�=����o��� ����f(��&��

�^���� ��)�^�Y���O%� ������^�Y�����=��Pk�%�.��%���X#S���'

WJ���Q�C�����C=)���H+��C(���C'�+�?����F��

�����G��)� ��K����=��� /��|z��HQ�+��o��C#%��&������D'� ��'

�X`/�����r E�& /��C����&/*����0+�.����IJ$,�^�Y

G��)� ��K��C������^�Y��'�&�'49�����F

��

Frame No.

Colu

mn N

o.

Normal Walking

100 200 300

20

40

60

80

100

120

Frame No.

Colu

mn N

o.

Limping

100 200 300

20

40

60

80

100

120

Frame No.

Colu

mn N

o.

Flex Knee and Hip Gait

100 200 300

20

40

60

80

100

120

Frame No.

Colu

mn N

o.

Propulsive Gait

100 200 300

20

40

60

80

100

120

Frame No.

Colu

mn N

o.

Steppage Gait

100 200 300

20

40

60

80

100

120

Frame No.

Colu

mn N

o.

Shuffling

100 200 300

20

40

60

80

100

120

Frame No.

Colu

mn N

o.

Asymmetric Gait,Variable Strides

100 200 300

20

40

60

80

100

120

Frame No.

Colu

mn N

o.

Swaying

100 200 300

20

40

60

80

100

120

��@#���8�;�/*��&����C��&��)����/�,�C�V�/%��"� �?=) �M��L�K�

© Copyright 2014 ISBME, http://www.ijbme.org

Page 9: Classification of elderly subjects to fallers and non ...

�����8����������

��

! �

Frame No.

Colu

mn N

o.

Normal Walking

20 40 60 80 100 120

100

200

300

400

Frame No.

Colu

mn N

o.

Limping

10 20 30 40 50 60

100

200

300

400

Frame No.

Colu

mn N

o.

Flex Knee and Hip Gait

20 40 60 80 100 120

100

200

300

400

Frame No.

Colu

mn N

o.

Propulsive Gait

20 40 60 80 100 120

100

200

300

400

Frame No.

Colu

mn N

o.

Steppage Gait

20 40 60 80 100 120

100

200

300

400

Frame No.

Colu

mn N

o.

Shuffling

20 40 60 80 100 120

100

200

300

400

Frame No.

Colu

mn N

o.

Variable Strides

20 40 60 80 100 120

100

200

300

400

Frame No.

Colu

mn N

o.

Swaying

20 40 60 80 100 120

100

200

300

400

@#���5�;�/*��&����C��&� /�Q&��/�,�C�V�/%��"� �?=) �M��L�K���

��

��

��

!"o"��89���<(=>��(

��L(,� T27�UC����&�'/*������C�����IJD$�� /DO(,�C�&�

����D���Dk��q. ��H'�L��W_(+�&���["���" �S=+��H�/'

/*��::�������HD+��"�D��" �D� �D��CD�F����?=)�D��|�D'��D_(���

��]�.���H'�LD��?��=D$���,E�'�C��H+�����'�����D,� ��

��*� �".���&�hQ����� �d.�S��?��=$�.�".���X��&�hQ�

�(DD���C=DD�� �F��&/DD*����yDD+�(,��DD�]�.�e��J=DD+��&��DD

C����C%�=+��&�@>#!�^����["���& �z������D� /��C�����'

C��>�'�.�������%��&�'<9����@D>#!�d�D�� ���,��f��������D'

�=$��,�H)�����%���%/��F�@#�� �22���CD%/�%���PD_=%����&�

C%�=+��?����HD+��"���" � ���$%�& �z��F������/D}���D��0D+

C%�=+�����������D!�.��V�>���&m/�/) /,�d�A�Q�"���& �z�

�X����W��+�)�}(Q�����^�D_%��XD>� �& �=��D+���D,�� /D��F

�@#�� �d�A�Q�?�����.���2:��H+��"���" � ���$%F���

© Copyright 2014 ISBME, http://www.ijbme.org

Page 10: Classification of elderly subjects to fallers and non ...

��� ���������������������������������������������� !��!��"�#��

22Template Matching

�j

0 20 40 60 80 100 120100

120

140

160

180

200

220

Frame No.

Wid

th

@#���29�;����Q4�2��C'�+�?������

20 40 60 80 100 120 140 160

20

40

60

80

100

120

@#���22����C%�=+�� �z�&��&��C����&/*���&���

��

20 40 60 80 100 120 140 160

20

40

60

80

100

120

@#��2:�;��@#�C%�=+�� �z�W��+�)�.�V�>�������!�"���&��

!"p"��1&[��(=?(�;��

�&���"���e��J=+����]�.�&�,� �����E,�W_(+� /O(,�C

C�L���E%�.�G��+�.�� �=)��P��+���".���. �C����(���+�&�(

C�L���L��".�D��. �C�?=) �"� �b/B%�&�(�����DKL��M�.��DK

C�L��@�Q����^�_%��&�(�F��" � �^�D���&��D���=�����&/D*����D'

C�����,��H+ �C�^�Y��'�&���?=) �"� �&��F��'/*����0+

^�Y�^����&�������D'�&��D�H���%� �.�"���C=)���?*%�,��'

W��DD,��� /DD,� �DD)�����DD�Q��CDD���DD,��HDD+ �CDD���/DD*��

C%�=+�������W��+�)�.��V�>����& �z����D��^�_%���'�F���0D+

" � �����#�� ���'����["�D��C=D��z���.���/,�����/(Q�C��'

��" � ����D+��D����H'�L�������� �D_(���*=D>L�'�XD���CD��D'

�,�"�_(+����F" � �C��/�,�".���y>`�����&/D*���CD��&�

C��������b � �CD��HD�� �����D�� �H'�L��?��=$��/,���&�

�,�" � �HL>%��/,�����F��

��

�" �r���)

�"�"�2�8�(�

��CD���" � �C=+ �. ��& ��($!�q. ���� ���� � ���$%�&��

���F�����PD_=%��D+ ��iD���".�D����� � �& .� ������|�'

C�L���".���C+�C�& ��($!���]�.�C=+ �X���C� ��)��&�(

���".�D��.�� /D��?,��P��+����(���+��C��+��.���(���+

���=(��G��+���/���H+��Fq. ��/,������|�'���& ��(D$!

��]�.�&�(M�� � ���$%�u�".������ � �������HD+ �CD�&�D'

& �_('�%�IJ$�� �"�,��H+��?=) �"� �iA=J,�&�'�F�

�,��)�K,��E_,� /k���� � ����C=+ ��'�WJ�?����%/�F��

�"�"�"�f3(���=8�2�8�(���

�����iD������ � �& .� ���&��8������?D,��P��D+��D��(���D+

��� /�8��.�G��+��(���+8����/D,������C=+�/��G��+���/�

�.��.�E��;��D���'�/��" � ��j/��WJ�?��� �C�;���

�(' �^�_%��F�&����*�'����(���+<6��(=�� ���+�F�����WD!

��H��Dj ���DLA�.� �CA������/,���^�_%�����&��D��DY����PD,�%

������.��D��zD������D��B��&�D' ��� ��/D,���N��=%����" �S=+�

!�|��'�������%���*�'�%���"����g����$'.]�F� ��)��P($!

���CDD��=DD��EDD%�.�� /DD��?DD,��d�DDK) � ��DDK����DDB����

& �DD������?,EDD,� ��DD�"��DD�'�/DD%����.�DD� ���DDO%����DD'

���+ �%���L}Q�d�#$,�����(�iKj���/(����/>(� �!

© Copyright 2014 ISBME, http://www.ijbme.org

Page 11: Classification of elderly subjects to fallers and non ...

�����8����������

23Edius

���

��('v�.�FFF& ������X���'��������+ ���.�"�����v�&�'

�(���C=���%�&E�,�C=#+�C��+�F������opD��HDAQ�CD��D)�����

�������D,���� ��D)�����XD���D'�?=) �"� �"/B%���GO(,�q� .

C)����� �#�� .�%�$%�u�J=%��&��F��

������&����/,����%. W��,��� /,� ��)����"�D��" � ��j/�

��'����. �)�C=+�/�����M�����W!��$��,���d /R�C������

�' �^�_%��� ��/,��� ��X���" � �?=)���F���%� /,� �/,�

��'����^�Q����H+��"���" � � ��)��C�E%�&�=$�d�Bj/�

/$%�xAM�N��=%�C��_(,��/,������F��/D,�������?���������D'

����DM�.��D%.���A,�Q�CA+.�C� �)�w�/��������� �C�

�K,�.� �����C=>�&��R��(%�,��/�FFF�� �CD�/��@�Y����

�,� �_��� ��)��?=) �"� �"/B%������.�|zD����D� � ����ED%� �D�

�,�H+�/� � �)�����/,���?���" �. �^�_%���F��

������@,�DD��.�� �DD,��/DD,���?DD��� �����DD((��H��DD��^�DD��

�������"�*$%� ����/_$%� ���=(��".������?��D+����(���+�.

�������% /�F��.���2����$%���D�]�.�"�D(' ���iDA=J,�&�D'

�HD+���/,���^�_%���(���)� �"�((��H������LA�.� �F��@DB,

������u�D}Q��^/DAQ�.�H������=(��"�*$��,����' � �& .�

�������D���"�*D$%� ���/0,�D��.�-���+�(�,�b�#$%� ��=��(�

H+��F�����.��D% ��SD+�b �D!����" �S=D+����"�*$��,���?���

EL+�q/0S����D����,���� � �& .������&����kB,��%

�@#�� �C��24��H+��"���" � ���$%F��

�.����2�;�.��]��&�'�W��,��� /,� ��)�

��

������CAR�)� �? . 4��.��=,:9��=%�+���>,�E��,����&�=,

�V�S� �� �.2:9��=%�+��HD+��"���" � � ��Y�&�=,�F����� ��D)�

W��,��� /,���&�>,�&. ����C=+�/����D%��y>`���C

����D(' �^�D_%��� �.�D�.�E����/,���"���IJ$,�F��d �DY

�? . �X#S�389�<39���.� /D:6�����CD%�o��D'� �� �G��D)

�,�xLj ���F�,����"�*$��,���?�. ���=�,�.���=)��&�'

�,����FCOB������/,������D�HD+��"���xLj�.����,�)�C��&�

^�%w/������ �E)�:4��H,�)��.avi ���������F��

��

@#���24�;�? . �.�"�*$��,���&�h)��

��

�����.��.�E����/,���1��� �DK��.�HD�����+ �� /O(,�C�

��/D,�����,�������(���+������C(D$!� � /D�/,�iDA=J,�&�D'�

���u�J=%��.��.�E����/,���F������ �D+�u�DJ=%��?���@�

���y+�(,� �L=Q��.�?=)���^�_%�����+�� ������(����HA�Y�?

�H+���/,��T::�FU���/D,���?�����]�.�.�H+�>��".�Q�C

����/D,������D+��D�C>���,� �����"�D��q �ED���/DLY�@D�Y��D'

HDD+�T:4�FU�PDDA��,�?��DD(`�@,�DD���/DD,���?DD���?�DDj�

�[H+��?=) �"� �.�� �� . ��� �=>���C�?=>$%��(%�,�iA=J,

�,��O%�C��z�����C=�� �& ����d�Q����&�(M�C���+ �F�

��Y�.�,���(���D+�"�,�. ����%�����Q�����& �>�HS����/�

H+��"���"�%�_(��.��.�E����/,��� �F�������D�,�ED����

�,�" �S=+���/,���?������C��.��/,���^�_%���aA����,�����((�

C%/�%� ��/,���iA=J,�@���,�^�_%����,��"���g�R��&�'

© Copyright 2014 ISBME, http://www.ijbme.org

Page 12: Classification of elderly subjects to fallers and non ...

�������������� ����������������������������������� !��!��"�#��

24Limping 25Waddling 26Anterior- Posterior Sway 27Lateral Sway

�!

�� �=DD>���CDD�?=DD>$%;�?=DD) �"� ;�� �� . ;�DD$���?=;�

?=>$%�C�� �=>����H+��F������.�D�.�ED����/D,����D�".�DQ

��S,�E%��=��(�� ��.��=+ � ��������*� �V�/%��� ��%�=+�

�,��O%�C��������W'.]D!�?D��� �.��(+ �����"�D��" �S=D+���D'

H+��F@#��23���,���$%�� ��/,���?���?� ��%���/}���' �F

�����/,���?��� ��W��D,��� /D,� �)���D,�C=D+�/������D� /D�

���,�)���(��.������xD���D�� ��=,�C+��C=+�������(R���

Ck�%� �[�(�����"���IJ$,� . �"���" ��H,�Q�C��&�

�������CD��C=D>$%�{� �D_,����(DR�&. �[C=D$����� ��D>,�[�%E

��(��"�*%�.�. T:9FU

@#��23�;���/}��?� ��%��/,�����E�.�.���

��

��

�"�"!"�@���=8�2�8�(���

�����&������u���� � �& .����W��D,��� /D,� ��D)������/D�

�/,�����".�Q�C��"���C=+�/�������^�D_%�����(���D+�CD�����D'

�����+�?=) �"� �.��% /�" � <����� �CD%/� ���?=D) �"� �V/%

���D(' �^�D_%��? . �@��,� �?���������!�F��?D��<���CD%/�

��*(��@,��:3������ �D��GD���.�D� �.�~ ��?=D�� ��^�Y��

/%��:6��y�Q�.�/A��C�� /��/A�/A�:<���CD�� /D��/A�/A���

?)��:7�.��?=) �"� ���$����$�������&/D%����D�?=D�� ��^�Y

/��(A�F@#��26����$%�@��)�"�(' �����GAD)�CD��/D�,�&�D'

�/,��������#��iA=J,�&�' ��)��H+��F��

@#���26�;�C%/�%�&������)�@&�'��/�,�C�& �)���������������

".���(���=��

�"!"��1&[�2���?(��1�������2(��3���;��

��=(+�.��.E����/,�����& ��($!�q. �P>���,� /O(,�C

�C%�=D+��[���HLo�E%��/,���@����,������CD(���� ��Dk��CD��&�

�,����������XD���CD�.��D��?DK�� �D����W��D,��� /D,� ��D)��

C�L���%���&�(�F�CD�L���R ����� �q. �?D���HD+ �&�D(

��.���:��+� �HD+��"���C=�/%�CL��,��/=�F������" �S=D+���D

� �"�DD��" � �g�DD��q. :;2��&�'/��DD�.����CDD(,���DD!

�C��/�, ��)���?�������D��e��J=D+��.�D�.�ED����/D,���F

C'�+�W��,��� /,� �)�X�����G��)��(`�C��/�,�&�'��

@#��2<��H+��"���" � �W���%�F��

@#���2<�;�C'�+�W���%�(`�C��/�,�&�'�� ��X�����G��)

.��.�E����/,���^�_%���

© Copyright 2014 ISBME, http://www.ijbme.org

Page 13: Classification of elderly subjects to fallers and non ...

�����8����������

���

�����������WDJ�.�D�.�ED����/D,������"�D��xLj�&/���.���

��D��e��J=+��?=) �"� �C��/�,�F�����D,��@D� �CD����� /D��D

C%�=+������=+ �e��J=+����WDJ�?���C'�+�V�S� ����& �z�

���^�_%�� �� /��@#��C�F�V�S� �����(R����?=+����?�

�D�� �C'�+��HD+��W��ED)�����F�@#D��27�����&�D�=%��.���D=�

�,���$%�� ��/,������XD�����C'�D+�V�DS� ������C_=%� �[�'

�,�u/>B,�" �=>���� �)�"�*%�� . ������C%�=+�� /D��F��?D��

� �V�S� �� ����@#��27��H+�� /�$,�E%�F�@#��?���

" � ���$%���,�� �C'�+� �_(��V�S� ������H+��"���F��

0 100 200 300 400 5000

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

1

Frame No.

Norm

aliz

ed H

eight

Normalized Height

End

Start

@#���27�;��G��)�&����C�C'�+� �_(���/�iA=J,�&�'��

������@B,�V�S� ��C%�=+��?=)���&���^����D(��C���e��J=D+���D'

�DD�F�CDD(���?DD�����DD,�������DD'CDD���%�DD��u�DDJ=%�����DD'�

Q�S� ����$���8�9��f�����CAR�)�.�V�S� �������*��D#��������

29�H+���=$����.�F�u�J=%��@� 8�9��C�� /�����CD�/���

�C"���%���.�������iA=J,�&�hQ���L>%�&�'��@DB,�HL>%

�����=� E����@��C�� ��8�9������@Y����C_=%� �[H+�

����" �=>���C���AB,� � �)�V�S� �8�9� /���=$�F��?D���C=L��

����D`�[H>%�CL+�B,�@�Y��Y�w�+����E%��� �+�C�V�S� �

��$��!� ��)��C���j�Q�C�C�/����C������D�?=) �"� ��Y/,��

�,��,�G��/A��C�C��& ���,�.��((������V�DS� ��P%�=D+����%/D�

��D���d.�S=,�H+��?#�,�� �=)��"� �V.���&���F���CD�&��D

������. �?D�.��G��D)�" ��D����D=�� ��C%�=D+��?���� .��H+

C(��.��C=)����(����.���?���E����C��&�����V�DS� ��?*%�D,

C'�+�'�G��)�^����&�����?D�C�����'�?D���. ����(D���G��D)

���CL+�B,�F� @#��28��H+��"���" � ���$%��(���)�?���F��

0 50 100 150 200 250 300 350 400180

200

220

240

260

280

300

Sil

ho

uet

te H

eig

ht

Frame No.

Threshold

@#���28�;����?=) �"� ���� �=>���C�?=>$%�������=%���(���)

C%�=+��w�+���|�K,��% �E,�Y�&�'�\Af,�[V�S� ��&. �& �z�

CA�C(���&\Af,��'�C(����% ����&�'���%��PAR�)�C�����'���

�����=� E�G'29���=$��� ��,�|�K,��� /R�x��.�H+��G��)

����8�9��f�����V�S� ��H+�F�� �"�,��H+ �C�P%�=+�����x�

�,���$%?*%�,���"���C=S��q. �C�C�/����C���' ����&��

G��)� �V�S� �"/�Y�@k=>,�@�� �&�'�,�H+ �C��% �&����F��

��

�����\Af,�|�K,��% �E,�Y�&�'�C(���PA�\Af,���'����&�'

C(����% ���������D=� E��*��D#������D�%��PADR�)�C�����'29�

����CD��� ����D�%��D% ��� /R�x��&����� ��,�.�H+��G��)

������%��V�S� �8�9��f�����V�S� ���,���$%�H+���=$��D' �F

��G��D)� �"�D��C=S��q. �C�C�/�������@k=D>,�@D�� �&�D'

"/�Y���?*%�,��% �&��������/D(Q�CD�?*%�D,�?D���.����C=)

���C=)����O%� �V�S� ��&���C%�=+� ���,F

�����������/,���@�����?=) �"� �C��/�,�WJ�C#%������!

�@#��C�E%�� �� . ���� �� /����������/,������F��&��D

�&/DD*����%�DD,�H�DD>Y��?=DD) �"� ����� �� . �� �DD����DD�

C����[C=)����O%� �� �& /�Q�&��"��D�&�69��� ��AD>#!

��O%� �� ����?��!�.���G=)��F��?��H�>Y�� �@#��25��

H+��"���" � ���$%�F����(*D+����%�?������^�����'�&����C

© Copyright 2014 ISBME, http://www.ijbme.org

Page 14: Classification of elderly subjects to fallers and non ...

�������������� ����������������������������������� !��!��"�#��

28Smooth 29Spline 30Negative Predictive Value

�o

�C_=%� �[���C=)����O%� 69���D,��H+����(*+�F���0D+

��(*+�?������XD���CD��'�?*%�D,�����*��D>�'� �&�D�:6�

^�%:8��.�?��0+��X�:5�������'���Lk(,���F�������?��0+��

�"�,��H+ �C������� �D�,�&��D�����=D$,�.�"�D��C=)����=$,

�iA=J,�C�HL>%���D,�GD+ �G��)�" ���� /D�F���D$�XD�P�

=>���C�?=>$%�C��/�,���(*+�&��=�� ��AR� ��X��.��

($P������� �D_,�?=D>$%�CD��/D�,���(*D+�&��=%�� ��AR�

H+�F���,�C���$J�@R�)���� �����CD��/D�,�H�D>Y�.

�,� ��Y�?=>$%u�J=%��"c �?��=���.�C($�?����(A� ����

�Ck�%�. �?���.C�@B,�y�����&�D'����� �� . ���D��!�.���DM

�"�DD,�%�%�DD��F��DD(���)�?DD����%�DD,�PDDk�%���(*DD+�&��DD�

@#��:9��H+��"���" � ���$%�FC����&/*�����CD��/�,�&�

�XD��&���.��.�E����/,���@�������?D,��P��D+��D��(���D+

�@#�� �G��+��(���+�X��.�� /��:2�����"�D��" � ���D$%

H+��Fd.�S���������@#D�� ��/D��CD�/D*���. �?D�����D,�&�'

H+���j�.�F��.�� �:��C�L���R �����&��D�HD+ �&�D(

�. �. �&���& ��($!�q. C=+ �C����&/*�����& /D�Q�&�

H+��"�,����)��.F���

50 100 150 200 250 300 350

100

200

300

400

500

600

700

800

900

1000 @#���25�;��O%� �C��%�� �� . �e��J=+��&���"���C=)����

0 50 100 150 200 250 300-2

-1.5

-1

-0.5

0

0.5

1

1.5

2

2.5

Last Peak(Back To Sit)

The Bigest Peak after First one First Peak(Sit To Stand)

@#���:9�;��=$,����� �� . �e��J=+�

��

�"�"��1&[��T0&[=0`�-�?���(��f �>��_(4)(�;����

C�L��N��=%�����.�D�� �u���D� � �&�D(���&�D'�4���.�3����CD

C����&�'/*���&���y�����HD+��"�,����)��.�& /�Q�&��F

�.���?��� ���kD+��'�����D$%��D'���.�yD>`��b�D(' ��.��DKY�

�/=+�y>`���*%���'����������" �S=D+���D�"�D,��HD+ �CD�&�'

C�L��H+���& ��($!��q. ��X���C�&�(��F���f,���/(Q�C

�������D$%��D(��?=D) �"� ��/=D+�.���*(���k+� � /�/,�b �

�,�������D(��?=D) �"� �".�D�� �"�L=D���C���*(��b � ��(`��'

C�L��"���&�(��%��F" � ����D$%�&�kY�&�'��D(' �CD�L��b����&�D(

�(=>'�H+ �F���.�D��C�C�/����4������HD+�>����D�]�.

�R �.��HBR��R �NPV49��CD�L��&������?=D) �"� �&�D(

C����&/*���X���C��KL��M�.��KL���y����C���)��&�

6�87��6�87��76�.��:�53�H+��FC�L��&����� ��,�?�����&�D(

C����&/*���X���C������D���yD����CD�& /D�Q�&��:�85��

299��89��.299�H+�F

© Copyright 2014 ISBME, http://www.ijbme.org

Page 15: Classification of elderly subjects to fallers and non ...

�����8����������

�p�

50 100 150 200 250 300 350 400 450

50

100

150

200

50 100 150 200 250 300 350 400 450

50

100

150

200 0

50

100

150

0

100

200

300

100 200 300 400 500 600

50

100

150

200

100 200 300 400 500 600

50

100

150

200 0

50

100

0

100

200

300

@#���:2�;�C����&/*���G��+��(���+�& /�Q�.���)��&��?��!���� /��?,��C��+����(���+�.����

o" ��0�)�;=08�� �?���C���,���. ���w�+��q�� �!���/}��.��.���" �S=D+�����

�*%�$%�&���C�L��&�(�"� �?=) ����(���+�C� ��)����C��+�?,��

� /��.� ��)��G��+�C�� �����F".�K�����& ��(D$!� q. ��&��D�

C�L��&�(�"� �?=) ���KL��"� ��?=D) �����D+�.�<��V/D%�"� ��?=D) �

�KL��M�" �S=+�����F �?���q. ����&/*���C����&��"� �?=) �

��]�.�&�����e��J=+����F��

��

�.����:�;�C�L���R �H+ �&�(

��

�.�� �4����C�L��N��=%�C����&/*������" �S=+����&�(�& /�Q�&�

"�,��H+ �C

�KY�.

�KL�

��*(�

?)���C�/A�/A�

~ �

� �.

�(A/%��

���+

��$��

��$�

y�Q./A��C�/A�/A�

�KL� :3 9 9 9 9 9 9 9

��*(� 9 :2 9 2 9 9 : 9

?)���C�/A�/A� 2 9 :2 9 9 : 9 9

~ �� �. 9 9 9 :9 9 9 3 9

�(A/%�� 9 9 9 9 :3 9 9 9

���+ 4 9 : 9 9 25 9 9

��$����$� 2 9 9 2 9 2 :2 9

y�Q./A��C�/A�/A� 2 9 9 9 9 9 2 ::

�.�� �3�;�C�L��N��=%�C����&/*������" �S=+����&�(���)��&���

"�,��H+ �C��

�KY�.

�KL�

��*(�

?)���C�/A�/A�

~ �

� �.

�(A/%��

���+

��$��

��$�

y�Q./A��C�/A�/A�

�KL� :2 9 9 9 2 : 9 9

��*(� 2 :9 9 : 9 9 2 9

?)���C�/A�/A� 2 9 :: 9 9 9 2 9

~ �� �. 2 9 9 :9 9 9 4 9

�(A/%�� 9 9 9 9 :3 9 9 9

���+ 2 9 : 9 9 :2 9 9

��$����$� 2 9 2 : 9 9 :9 9

y�Q./A��C�/A�/A� : 9 9 9 9 9 9 ::

��

�����H+�>��.���]�.��CD�L���&�D(�����(���D+��CD��XD���q. �

& ��($!�C����&/*���&������=(D+�q. ��D�C>���,� ���)��&�

����W28�� /L���C=)��H+��F".�K����(���+�G��+�E%����HDY �

&�=$������%�/�������,���%/������W� /L�2<��F��C�C�/���

�d���,����+���� � ����,�b �S=+�� /,���� � �C#%�T24T�U23�U�;

���CD=�� �!�.�D�.�ED����/,��������+ ��C�C���D%��;���d.�DS=,

��%��H+��C_=%� /L�� /,� ���/����CD�L������[ �D��d.�DhY�&�D(

���opD���)���b���%��C���� � �C��G(����)�������.��� /D,� ��D)�

W��,����,��H+��" ���|z��� ���PD(�E'����,�q. �G�/*�G%�/�

�+��C�$,�P_=%�C�C=>%�/���'�*>��&����=���F���(,� T26�U

�.T2<�U����GA)����������D�� �� /DO(,�CD����(���+����"���& .�

���=���H+��"���" �S=+��� /��?,��F�AQ�����*D>��CD#%��GM

C�L��C�&�(��w���w�w��w���e��w�w�e��

�=(+�q. ��6�<:��9�76��9�69��

& /�Q�&/*������"�,��H+ �C���]�.��:�75��6�87��5�7:��

��)��&/*������"�,��H+ �C���]�.��:�82��9�76��<�<<��

© Copyright 2014 ISBME, http://www.ijbme.org

Page 16: Classification of elderly subjects to fallers and non ...

�������������� ����������������������������������� !��!��"�#��

�q

��G'��D)�� �C>���,���#,��C�� /�? . �C���,�?��� �"���" �S=+�

�,�� ��K��� �� ��)������^�D���{�D+�+��.� /D�~�%�� �>�C���,�?���

��%����& ��� /B,�[" /�� /��?,��P��+�&� � �W'.]!�?����D'

" �!���+��C%��� �q. �&��+H�F��

�����C��@D� ��&��D+ �_('��̂ �D����&�D'/*����CD����&���d�DQ����

�/�,�C�HQ�+�H����|z���,� /�F� ��/,���E���.��.�D�

�=(+���(�����Q����C�� /�.�� � ��HQ�D+��̂ �D_%���@D����/D,���

[H+���,�� ��_(����AQ�GM �|z���?D���" � ���DR ��CD�L���&�D(�

H+ � /L��C=)���H+�F�?����,����$%�b�(' ����H+��C���b/DB%�

"� �?=) �.�@#���C'�D+�����(���D+���D��CD�_���?D,���� /D��.�

���(���+�G��+�C� �Y��)����*��#�����E���=,�H+�F

�����H� .�B,�����D+ ��&�'�������CD���,�?D��� �"�D��^�D_%��&�D'

�DD,� �DD��" �DD�����DD� � ��=#`/DD��{�=LDD>%�GDD_��CDD���/DD��F�?DD��

��@DAB��G%�/D=%�������\Q��H� .�B,��&�D'����� �&�=D$�& �D,�

GDD' �^�DD_%���%�DD� �.�@DDAB���/DDZ�'�F�@DD� �CDD�".�DDQ�CDD

H� .�B,�?=)��� ��'W��,��� /,� ��)���&���d�%�#,��� /L%�.

������� /D��q �ED��CD��D�(��"�D,��D(`�d�,�&�����%��P��+��+ �

H+��"����S=�����$% /��?,��P��+� /,� ����(���+�F�".�Q

��k,�P($!� �?�����������%/D,���CD��HD+��ND�� ��!���/D�E)�d�K

���E%����, ��)��G'�.� /��^�_%����HD+ �CD����%��?����*=>

����/D,���.�& ��(D$!��/,������" �S=+����� /��?,��&���"�,�

/DD��"�_(DD+��DD��,�F�W'.]DD!�?DD���|�DD'�CDD�����DD_%������DD

C�L�������CD��V/Dj/,�?D���.� /D����%��� .��H+ �C�C%�.�&�(

/,� ��)�W��,��� �"��/���/,�������(�����% /�" ���H�)�/,�d�,

�$%�^�_%�����,��/,���FH� .�B,����&���"���C�� ��q. �&�'

�,��/,������d�Q����e��J=+��!�� /�?��+��Y�C���/���C(,�

GA)�.�i��� /�EL+�.���� /DL%�^.�D�,�.��A�� �xB,� �& � �

���" ��������/!�C�q. �F�C�����D!���D,��%�+ ��. ���CD(,�

�,���D������#�E!� � ��� ��,��[ ���|����� �yQ�?�����/�

C%�,�+��%��O%�C�& .�j��� ���&�'��+ F��

p" e:(=���[1] Nothridge M., Nevitt M., Kelsey J., Link B.,� home

hazards and fall in elderly: the role of health and

functional status; American Journal of Public Health,

1995; 85: 509-515.

[2] Alice C., Scheffer J., Marieke J., Schuurmans, Dijk

N.V., Hooft T.V.D., Sophia E., Rooij D., Fear of

falling: measurement strategy, prevalence, risk

factors and consequences among older persons;

Oxford Journals, Age and Ageing, 2008; 37(1): 19-

24.

[3] Lord S., Sherringtone C., Menz H.B., Falls in older

people:Risk factor and sterategies for prevention,

Cambridge: Cambrige University Press, 2001.

[4] Tinetti M.E., Mendes de Leon C.F., Doucette J.T.,

Baker D.I., Fear of falling and fall-related efficacy in

relationship to functioning among community living

elderly; Journal of Gerontology, 1994; 49(3): 140-

147.

[5] Spellbring A., Assessing elderly patients at high risk

for falls: a reliability study; Journal of Nursing Care

Quality, 1992; 6: 30-35.

[6] Shimada H., Suzukawa M., Ishizaki T., Kobayashi

K., Kim H., Suzuki T., Relationship between

subjective fall risk assessment and falls and fall-

related fractures in frail elderly people; BMC

Geriatrics, 2011; 40(11).

[7] Karen L., Perel, Nelson A., Goldman R.L., Luther

S.L., Prieto-Lewis N., Rubenstein L.Z., Fall Risk

Assessment Measures: An Analytic Review; Journal

of Gerontology, 2001; 56(12): 761-766.

[8] Mathias S., Nayak U., Isaacs B., Balance in elderly

patients: The “Get up and go,” test; Arch. Phys.

Med. Rehabil., 1986; 67: 387–389.

[9] Verghese J., Buschke H., Viola L., Katz M., Hall C.,

Kuslansky G., Lipton R., Validity of divided

attention tasks in predicting falls in older individuals:

A preliminary study; J Am Geriatr Soc, 2002; 50(9):

1572-1576.

[10] Higashi Y., Yamakoshi K., Fujimoto T., Sekine M.,

Tamura T., Quantitative evaluation of movement

using the timed up-and-go test; IEEEEng. Med.

Biol. Mag., 2008; 27(4): 38–46.

[11] Zampieri C., Salarian A., Carlson-Kuhta P.,

Aminian K., Nutt J.G., Horak F.B., The instrumented

timed up and go test: Potential outcome measure for

disease modifying therapies in Parkinson’s disease;

J. Neurol., Neurosurg. Psychiatry, 2010; 81: 171–

176.

[12] King R.C., Atallah L., Wong C., Miskelly F., Yang

G., Elderly Risk Assessment of Falls with BSN;

Body Sensor Networks (BSN), 2010 International

Conference on , 7-9 June 2010: 30-35�

[13] McGrath D., Greene B.R., Doheny E., McKeown

D.J., De Vito C., Brian; , “Reliability of quantitative

TUG measures of mobility for use in falls risk

assessment,” Engineering in Medicine and Biology

Society, EMBC, 2011 Annual International

© Copyright 2014 ISBME, http://www.ijbme.org

Page 17: Classification of elderly subjects to fallers and non ...

�����8����������

�#�

Conference of the IEEE, Aug. 30 2011-Sept. 3 2011;

pp: 466-469.

[14] Giansanti D., “Investigation of fall-risk using a

wearable device with accelerometers and rate

gyroscopes”, Physiol Meas., 2006; 27(11): 1081-

1090.

[15] Wang F., Stone E., Wenqing D., Banerjee T., Giger

J., Krampe J., Rantz M., Skubic M., Testing an in-

home gait assessment tool for older adults;

Engineering in Medicine and Biology Society, 2009.

EMBC 2009. Annual International Conference of the

IEEE, 3-6 Sept. 2009; pp: 6147-6150.

[16] Skrba Z., O’Mullane B., Greene B.R., Scanaill C.N.,

Chie W.F., Quigley A., Nixon P., Objective real-time

assessment of walking and turning in elderly adults;

Engineering in Medicine and Biology Society,

EMBC 2009. Annual International Conference of the

IEEE, 3-6 Sept. 2009; pp: 807-810.

[17] Courtney J., De Paor A.M., A Monocular Marker-

Free Gait Measurement System; Neural Systems and

Rehabilitation Engineering, IEEE Transactions,

2010; 18(4): 453-460.

[18] Mostayed A., Mynuddin M., Mazumder G., Sikyung

K., Se Jin P., Abnormal Gait Detection Using

Discrete Fourier Transform; Multimedia and

Ubiquitous Engineering, 2008. MUE 2008.

International Conference, 24-26 April 2008; pp: 36-

40.

[19] Liu Y., Robert T., Gait Sequence Analysis using

Frieze Patterns; Technical Report CMU-RI-TR-98-

37, 2001.

[20] Wang L., Abnormal Walking Gait Analysis Using

Silhouette-Masked Flow Histograms; Pattern

Recognition, ICPR 2006. 18th International

Conference, 2006; 3: 473-476.

[21] Lee S., Liu Y., Collins R., Shape Variation-Based

Frieze Pattern for Robust Gait Recognition;

Computer Vision and Pattern Recognition, 2007.

CVPR ‘07. IEEE Conference, 17-22 June 2007; pp:

1-8.

[22] Mathias S., Nayak U., Isaacs B., Balance in elderly

patients: The “Get up and go,” test; Arch. Phys. Med.

Rehabil., 1986; 67: 387–389.

[23] Trueblood P.R., Hodson-Chennault N., McCubbin

A., Youngclarke D., Performance and impairment-

based assessments among community dwelling

elderly: Sensitivity and specificity; Issues Aging.

2001; 24(1): 2–6.

© Copyright 2014 ISBME, http://www.ijbme.org

Page 18: Classification of elderly subjects to fallers and non ...

��

© Copyright 2014 ISBME, http://www.ijbme.org