Aprendizaje automático interpretable sobre características biomecánicas derivadas de simulaciones para la detección...

Área de la Ciencia:

• Biomecánica
• Medicina Deportiva
• Aprendizaje Automático

Sus antecedentes:

• El desequilibrio isquiotibiales-cuádriceps (H-Q) es un marcador biomecánico significativo relacionado con la inestabilidad de la rodilla y un mayor riesgo de lesiones al correr.
• La evaluación precisa del desequilibrio H-Q es crucial para las estrategias de prevención de lesiones en atletas.

Objetivo del estudio:

• Introducir un marco digital de aprendizaje automático para estimar el desequilibrio H-Q.
• Utilizar características biomecánicas de ensayos de carrera sintéticos para la detección del desequilibrio H-Q.
• Desarrollar un modelo que se mapee conceptualmente a datos de sensores inerciales para una aplicación práctica.

Principales métodos:

• Un modelo musculoesquelético reducido generó 573 ensayos de carrera sintéticos para 160 sujetos virtuales a tres velocidades.
• Los predictores biomecánicos clave incluyeron la relación dinámica H:Q (H:Qdyn), el índice de simetría de extremidades del momento de la rodilla (LSI) y el índice de cocontracción (CCI).
• Se entrenó y evaluó un clasificador de gradiente de impulso utilizando métricas como ROC-AUC, PR-AUC, precisión equilibrada, F1 y puntuación de Brier.

Principales resultados:

• El modelo de aprendizaje automático logró un alto rendimiento en todas las métricas: ROC-AUC 0.933, precisión equilibrada 0.943, PR-AUC 0.918, F1 0.940 y puntuación de Brier 0.056.
• La relación dinámica H:Q y la simetría del momento de la rodilla se identificaron como los predictores más influyentes.
• El índice de cocontracción proporcionó información complementaria sobre la coordinación muscular.

Conclusiones:

• Los datos biomecánicos derivados de la simulación pueden entrenar eficazmente modelos de aprendizaje automático para evaluar el equilibrio muscular.
• El marco desarrollado demuestra el aprendizaje automático interpretable para una evaluación transparente del desequilibrio H-Q en medicina deportiva.
• Este enfoque tiene el potencial de informar la prevención de lesiones y la mejora del rendimiento en corredores.