شماره مدرك
21242
شماره راهنما
18190
پديد آورنده
السويدي، سيف
عنوان
تشخيص زمين خوردن سالمندان تحت مراقبت از راه دور در افزارههاي پوشيدني خود توان
مقطع تحصيلي
كارشناسي ارشد
گرايش تحصيلي
بيوالكتريك
محل تحصيل
اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان
سال دفاع
1405
صفحه شمار
62ص
توصيفگر ها
تشخيص سقوط , سلامت سالمندان , دستگاههاي پوشيدني , برداشت انرژي جنبشي , يادگيري عميق , عدم توازن كلاس , پزشكي از راه دور
تاريخ ورود اطلاعات
1405/06/21
كتابنامه
كتابنامه
رشته تحصيلي
مهندسي پزشكي
دانشكده
مهندسي برق و كامپيوتر
تاريخ ويرايش اطلاعات
1405/06/22
كد ايرانداك
23249964
چكيده فارسي
سقوط يكي از مهمترين مخاطرات سلامت براي جمعيت رو به رشد سالمندان به شمار ميرود و پيامدهايي نظير بستري شدن طولانيمدت، ناتواني دائمي و افزايش نرخ مرگومير را به همراه دارد. سامانههاي پوشيدني تشخيص سقوط، راهكاري اميدبخش براي پايش مداوم سلامت هستند؛ با اين حال، كارايي عملي اين سامانهها به دليل محدوديت ظرفيت باتري، نياز مداوم به شارژ و از كارافتادگي دستگاه در زمان شارژ، با چالشهاي جدي روبروست.
اين پژوهش با هدف غلبه بر اين محدوديتها، يك چارچوب تشخيص سقوط مبتني بر يادگيري عميق ارائه ميدهد كه با بهرهوري انرژي بالا، پتانسيل لازم براي ادغام با فناوري برداشت انرژي جنبشي را داراست. چارچوب پيشنهادي بر پايه مجموعه دادهي استاندارد SisFall توسعه يافته و دادههاي حاصل از دو شتابسنج سهمحوره و يك ژيروسكوپ سهمحوره را پردازش ميكند. در اين پژوهش، سي و هفت ويژگي سينماتيكي شامل آمارههاي حوزه زمان، مساحت دامنه سيگنال و ژرك استخراج گرديد. به منظور جلوگيري از نشتي دادهها، از روش تفكيك دادهها به صورت كاملاً مستقل از افراد استفاده شد.
در گام نخست، يك طبقهبند جنگل تصادفي به عنوان مدل پايه پيادهسازي شد كه به دقت 89.69 درصد و حساسيت 76.45 درصد دست يافت. در ادامه، براي مدلسازي وابستگيهاي زماني موجود در سيگنالهاي حركتي، از شبكه عصبي حافظه بلندمدت كوتاهمدت دوسويه استفاده شد. جهت مقابله با چالش عدم توازن شديد كلاسها، معماري پيشرفتهاي شامل سه لايه Bi-LSTM با 256 واحد، مكانيزم خودتوجهي با هشت سر و تابع هزينه Focal Loss ارائه گرديد.
مدل نهايي بهينهشده عملكرد برجستهاي با دقت 97.74 درصد، حساسيت 95.44 درصد، ويژگي 98.83 درصد، نمره F1 معادل 96.45 درصد و مساحت زير منحني ROC برابر با 99.65 درصد دست يافت. اين نتايج نشاندهنده بهبود 18.99 درصدي در حساسيت و 13.06 درصدي در نمره F1 نسبت به مدل پايه است. ماتريس درهمريختگي كاهش چشمگير خطاهاي منفي كاذب را نشان ميدهد كه حاكي از قابليت بالاي مدل در تشخيص سقوط است. چارچوب پيشنهادي با ايجاد تعادلي بهينه ميان دقت تشخيص و بهرهوري انرژي، راهكاري مقاوم، خودمختار و قابل استقرار براي پايش طولانيمدت سلامت سالمندان و كاربردهاي پزشكي از راه دور ارائه ميدهد.
چكيده انگليسي
Falls represent one of the most critical health hazards for the elderly population, often leading to prolonged hospitalization, permanent disability, and increased mortality due to delays in receiving medical assistance. While wearable fall detection systems enable continuous health monitoring, their practical efficacy is significantly hindered by limited battery capacity and the need for frequent recharging, which is particularly problematic for elderly users.
To overcome these limitations, this thesis proposes an energy-sustainable fall detection framework based on deep learning. The framework was developed using the public SisFall dataset containing data from 38 participants performing 19 activities of daily living and 15 simulated fall scenarios. A comprehensive preprocessing pipeline was implemented including filtering, sliding window segmentation, and normalization. Thirty-seven kinematic features were extracted including time-domain statistics, Signal Magnitude Area (SMA), and Jerk.
In the initial stage, a Random Forest classifier was implemented as a baseline model, achieving 89.69% accuracy but only 76.45% sensitivity. Subsequently, the framework was enhanced by developing a Bidirectional Long Short-Term Memory (Bi-LSTM) neural network. To address the severe class imbalance characteristic of fall detection datasets, an optimized version incorporating three Bi-LSTM layers with 256 units, an 8-Head Self-Attention mechanism, and the Focal Loss function was proposed.
The final optimized model achieved outstanding performance with accuracy of 97.74%, sensitivity of 95.44%, specificity of 98.83%, F1-Score of 96.45%, and AUC-ROC of 99.65%. This represents an 18.99% improvement in sensitivity and a 13.06% improvement in F1-Score compared to the baseline model. The confusion matrix analysis revealed a remarkable reduction in false negatives from 380 to 72, demonstrating the modelʹs ability to reliably detect falls. The results demonstrate that the proposed framework provides a robust, autonomous, and deployable solution for long-term elderly health monitoring and telemedicine applications, with significant improvements in sensitivity and overall performance.
استاد راهنما
مينا اميري
استاد مشاور
احمدرضا تابش
استاد داور
محمد داورپناه جزي , الهام محمودزاده