Real-time human ambulation, activity, and physiological monitoring:taxonomy of issues, techniques, applications, challenges and limitations

Automated methods of real-time, unobtrusive, human ambulation, activity, and wellness monitoring and data analysis using various algorithmic techniques have been subjects of intense research. The general aim is to devise effective means of addressing the demands of assisted living, rehabilitation, and clinical observation and assessment through sensor-based monitoring. The research studies have resulted in a large amount of literature. This paper presents a holistic articulation of the research studies and offers comprehensive insights along four main axes: distribution of existing studies; monitoring device framework and sensor types; data collection, processing and analysis; and applications, limitations and challenges. The aim is to present a systematic and most complete study of literature in the area in order to identify research gaps and prioritize future research directions

An unsupervised acoustic fall detection system using source separation for sound interference suppression

We present a novel unsupervised fall detection system that employs the collected acoustic signals (footstep sound signals) from an elderly person׳s normal activities to construct a data description model to distinguish falls from non-falls. The measured acoustic signals are initially processed with a source separation (SS) technique to remove the possible interferences from other background sound sources. Mel-frequency cepstral coefficient (MFCC) features are next extracted from the processed signals and used to construct a data description model based on a one class support vector machine (OCSVM) method, which is finally applied to distinguish fall from non-fall sounds. Experiments on a recorded dataset confirm that our proposed fall detection system can achieve better performance, especially with high level of interference from other sound sources, as compared with existing single microphone based methods

Radar and RGB-depth sensors for fall detection: a review

This paper reviews recent works in the literature on the use of systems based on radar and RGB-Depth (RGB-D) sensors for fall detection, and discusses outstanding research challenges and trends related to this research field. Systems to detect reliably fall events and promptly alert carers and first responders have gained significant interest in the past few years in order to address the societal issue of an increasing number of elderly people living alone, with the associated risk of them falling and the consequences in terms of health treatments, reduced well-being, and costs. The interest in radar and RGB-D sensors is related to their capability to enable contactless and non-intrusive monitoring, which is an advantage for practical deployment and users’ acceptance and compliance, compared with other sensor technologies, such as video-cameras, or wearables. Furthermore, the possibility of combining and fusing information from The heterogeneous types of sensors is expected to improve the overall performance of practical fall detection systems. Researchers from different fields can benefit from multidisciplinary knowledge and awareness of the latest developments in radar and RGB-D sensors that this paper is discussing

Intelligent signal processing for digital healthcare monitoring

Ein gesunder Gang ist ein komplexer Prozess und erfordert ein Gleichgewicht zwischen verschiedenen neurophysiologischen Systemen im Körper und gilt als wesentlicher Indikator für den physischen und kognitiven Gesundheitszustand einer Person. Folglich würden Anwendungen im Bereich der Bioinformatik und des Gesundheitswesens erheblich von den Informationen profitieren, die sich aus einer längeren oder ständigen Überwachung des Gangs, der Gewohnheiten und des Verhaltens von Personen unter ihren natürlichen Lebensbedingungen und bei ihren täglichen Aktivitäten mit Hilfe intelligenter Geräte ergeben. Vergleicht man Trägheitsmess- und stationäre Sensorsysteme, so bieten erstere hervorragende Möglichkeiten für Ganganalyseanwendungen und bieten mehrere Vorteile wie geringe Größe, niedriger Preis, Mobilität und sind leicht in tragbare Systeme zu integrieren. Die zweiten gelten als der Goldstandard, sind aber teuer und für Messungen im Freien ungeeignet. Diese Arbeit konzentriert sich auf die Verbesserung der Zeit und Qualität der Gangrehabilitation nach einer Operation unter Verwendung von Inertialmessgeräten, indem sie eine neuartige Metrik zur objektiven Bewertung des Fortschritts der Gangrehabilitation in realen Umgebungen liefert und die Anzahl der verwendeten Sensoren für praktische, reale Szenarien reduziert. Daher wurden die experimentellen Messungen für eine solche Analyse in einer stark kontrollierten Umgebung durchgeführt, um die Datenqualität zu gewährleisten. In dieser Arbeit wird eine neue Gangmetrik vorgestellt, die den Rehabilitationsfortschritt anhand kinematischer Gangdaten von Aktivitäten in Innen- und Außenbereichen quantifiziert und verfolgt. In dieser Arbeit wird untersucht, wie Signalverarbeitung und maschinelles Lernen formuliert und genutzt werden können, um robuste Methoden zur Bewältigung von Herausforderungen im realen Leben zu entwickeln. Es wird gezeigt, dass der vorgeschlagene Ansatz personalisiert werden kann, um den Fortschritt der Gangrehabilitation zu verfolgen. Ein weiteres Thema dieser Arbeit ist die erfolgreiche Anwendung von Methoden des maschinellen Lernens auf die Ganganalyse aufgrund der großen Datenmenge, die von den tragbaren Sensorsystemen erzeugt wird. In dieser Arbeit wird das neuartige Konzept des ``digitalen Zwillings'' vorgestellt, das die Anzahl der verwendeten Wearable-Sensoren in einem System oder im Falle eines Sensorausfalls reduziert. Die Evaluierung der vorgeschlagenen Metrik mit gesunden Teilnehmern und Patienten unter Verwendung statistischer Signalverarbeitungs- und maschineller Lernmethoden hat gezeigt, dass die Einbeziehung der extrahierten Signalmerkmale in realen Szenarien robust ist, insbesondere für das Szenario mit Rehabilitations-Gehübungen in Innenräumen. Die Methodik wurde auch in einer klinischen Studie evaluiert und lieferte eine gute Leistung bei der Überwachung des Rehabilitationsfortschritts verschiedener Patienten. In dieser Arbeit wird ein Prototyp einer mobilen Anwendung zur objektiven Bewertung des Rehabilitationsfortschritts in realen Umgebungen vorgestellt

Central monitoring system for ambient assisted living

Smart homes for aged care enable the elderly to stay in their own homes longer. By means of various types of ambient and wearable sensors information is gathered on people living in smart homes for aged care. This information is then processed to determine the activities of daily living (ADL) and provide vital information to carers. Many examples of smart homes for aged care can be found in literature, however, little or no evidence can be found with respect to interoperability of various sensors and devices along with associated functions. One key element with respect to interoperability is the central monitoring system in a smart home. This thesis analyses and presents key functions and requirements of a central monitoring system. The outcomes of this thesis may benefit developers of smart homes for aged care