I AE S In t er na t io na l J o urna l o f   Art if icia l In t ellig ence   ( I J - AI )   Vo l.   15 ,   No .   4 ,  A u g u s t 2 0 2 6 ,   p p .   3 5 0 5 ~ 3 5 1 7   I SS N:  2 2 5 2 - 8 9 3 8 ,   DOI : 1 0 . 1 1 5 9 1 /ijai.v 15 .i 4 . p p 3 5 0 5 - 3 5 1 7           3505       J o ur na l ho m ep a g e :  h ttp : //ij a i . ia esco r e. co m   Co mpa riso n of m a chine learning  al g o rithms to iden ti fy  mus cula r atrop hy  and mus cula r  dy stro phy       G a ng a   B ha v a ni B illa ,   Venk a t eswa ra   Ra o   P edda da   D e p a r t me n t   o f   C o mp u t e r   S c i e n c e   a n d   En g i n e e r i n g ,   K o n e r u   La k s h ma i a h   E d u c a t i o n   F o u n d a t i o n ,   V a d d e sw a r a m,  I n d i a       Art icle  I nfo     AB S T RAC T   A r ticle  his to r y:   R ec eiv ed   J an   2 3 ,   2 0 2 5   R ev is ed   J u n   1 1 ,   2 0 2 6   Acc ep ted   J u l 9 ,   2 0 2 6       M u sc u lar  d y stro p h y   is  a   g e n e t ic  d iso r d e r  c h a ra c teriz e d   b y   p r o g re ss iv e   m u sc le  we a k n e ss   a n d   d e g e n e ra t io n ,   wh i le  m u sc u lar  a tr o p h y   in v o lv e s  t h e   lo ss   o f   m u sc le  ti ss u e   d u e   to   p a t h o lo g ica l  c o n d it i o n s.   Ac c u ra te  d iffe re n ti a ti o n   b e twe e n   th e se   n e u ro m u sc u lar  d iso rd e rs  is  c rit ica l  fo r  e ffe c ti v e   c li n ica l  d iag n o sis  a n d   trea tme n t  p lan n i n g .   T h is  st u d y   p re se n ts  a   m a c h in e   lea rn in g –   b a se d   fra m e wo rk   fo r  c las sify in g   m u sc u lar  d y str o p h y   a n d   m u sc u la r  a tro p h y   u sin g   s u rfa c e   e lec tro m y o g ra p h y   ( sEM G )  sig n a ls.  sEM G   d a ta  w e re   a c q u ired   a n d   p ro c e ss e d   t o   e x trac t  i n fo r m a ti v e   fe a tu re s  wit h   l o w  c o m p u tati o n a l   c o m p lex it y .   S e v e ra l  m a c h in e   le a rn in g   c las sifiers   se v e ra l   tec h n i q u e s  we re   u se d   a n d   a ss e ss e d ,   su c h   a s  ra n d o m   fo re st  (RF ),   su p p o rt   v e c to r  m a c h in e   (S VM),   g ra d ien t  b o o sti n g   (G B),   a n d   e x trem e   g ra d ien t  b o o stin g   ( XG B o o st ).   To   f u rth e r   e n h a n c e   c las sifica ti o n   p e rfo rm a n c e ,   a   n o v e l  e n se m b l e   lea rn in g   a p p ro a c h   c o m b in i n g   m u lt i p le  m a c h in e   lea rn in g   m o d e ls  wa s  p ro p o se d .   Ex p e rime n tal  re su lt s  e x h ib it   th a t   th e   su g g e ste d   e n se m b le  m o d e l  c o m p lete s  sig n ifi c a n t ly   h i g h e r  g ro u p i n g   a c c u ra ten e ss   a n d   ro b u st n e ss   c o m p a re d   to   in d i v id u a l  c las sifiers   a n d   e x isti n g   m e th o d s  re p o rte d   in   th e   li tera tu re .   Th e   re su lt s  o f  th is  i n v e sti g a ti o n   in d ic a te  th a t  e n se m b le - b a se d   m a c h in e   lea rn in g   tec h n iq u e s  i n teg ra ted   with   sE M G   a n a ly sis  p r o v i d e   a  re l iab le   a n d   n o n - in v a siv e   d iag n o stic  a id ,   with   stro n g   p o te n ti a l  fo r  e a rly   d e te c ti o n   a n d   imp ro v e d   c li n ica l  m a n a g e m e n t  o f   n e u ro m u sc u lar d is o rd e rs.   K ey w o r d s :   E lectr o m y o g r ap h y   E x tr em e  g r a d ien t b o o s tin g   Gr ad ien t b o o s tin g   Mu s cu lar   atr o p h y   an d   d y s tr o p h y   R an d o m   f o r est   Su p p o r t  v ec to r   m ac h in e   T h is i s  a n   o p e n   a c c e ss   a rticle   u n d e r th e   CC B Y - SA   li c e n se .     C o r r e s p o nd ing   A uth o r :   Gan g a  B h av an i Bi lla   Dep ar tm en t o f   C o m p u ter   Scie n ce   an d   E n g in ee r in g ,   K o n er u   L ak s h m aiah   E d u ca tio n   Fo u n d atio n   Gr ee n   Field s ,   Vad d eswar am ,   An d h r a  Pra d esh   5 2 2 3 0 2 ,   I n d ia   E m ail:  b h av an icse1 0 @ g m ail. c o m       1.   I NT RO D UCT I O N   Mu s cle  wea k n ess   an d   g r ad u al  d eter io r atio n   a r e  h allm ar k s   o f   a  class   o f   h er ed itar y   d is o r d er s   k n o wn   as   m u s cu lar   d y s tr o p h ies.  T h ey   a r e  b r o u g h t  o n   b y   m u tatio n s   in   th e  g en es  th at  co d e  f o r   m u s cle  p r o tein s   an d   ar e   ch ar ac ter ized   b y   p r o g r ess iv e  d eg en er atio n   o f   s k eleta l  m u s c les  [ 1 ] – [ 3 ] .   M u s cu lar   d y s tr o p h ies  ar e  p r o g r ess iv e,   s y s tem ic  m u s cle  d is ea s es  th at  ty p ically   ar is e  d u e  to   m alf u n ctio n in g   o r   ab s en t  g ly c o p r o tein s ,   s u ch   as  d y s tr o p h in ,   in   th e   m u s cle  m em b r an e  [ 1 ] ,   [ 2 ] ,   [ 4 ] .   T h e  r ed u ctio n   o f   s k eleta l  m u s cle  m ass   is   k n o wn   as   m u s cu lar   atr o p h y ,   as  s h o wn   i n   Fig u r e  1 .   Facto r s   s u ch   as  im m o b ilit y ,   a g ein g ,   m aln u tr iti o n ,   d r u g   u s ag e,   a n d   v ar io u s   n eu r o l o g ical  o r   m u s cu lo s k eleta l  d is o r d er s   c an   c o n t r ib u te  to   m u s cu lar   atr o p h y .   M u s cle  atr o p h y   lead s   to   wea k n ess   an d   f u n ctio n al  im p air m en t  [ 5 ] – [ 7 ] .   A  d ef in in g   f ea tu r e  o f   all  m u s cu lar   d y s tr o p h ies  is   th e   co n tin u o u s   cy cle  o f   m u s cle  f ib er   d eg e n er atio n   a n d   r e g en er atio n ,   as  illu s tr ated   in   Fig u r e  2   [ 1 ] ,   [ 8 ] .   Me d ical   p r o f ess io n als  em p lo y   a  v ar iet y   o f   d iag n o s tic  tech n iq u es  to   id en tify   m y o p ath ies  an d   th eir   u n d er ly in g   ca u s es.   T h ese  in clu d e  elec tr o m y o g r ap h y   ( E MG )   a n d   b l o o d   test s   to   d eter m in e  m u s cle  en z y m e  lev els  to   ass es s   m u s cle   f u n ctio n ,   a n d   m u s cle  b io p s y   f o r   ce llu lar - lev el  ex a m in atio n   o f   m u s cle  tis s u e .   I n   ce r tain   ca s es ,   p ar ticu lar ly   wh en   h er e d itar y   m y o p ath ies a r e  s u s p ec ted ,   g en etic  test in g   [ 2 ] ,   [ 7 ] ,   [ 9 ]   is   also   r ec o m m en d ed .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 2 5 2 - 8 9 3 8   I n t J Ar tif   I n tell ,  Vo l.  15 ,   No .   4 ,  Au g u s t 2 0 2 6 :   3 5 0 5 - 3 5 1 7   3506   Mu s cu lar   atr o p h y   an d   m u s cu l ar   d y s tr o p h y   ca n   b e  d etec ted   u s in g   E MG ,   as  s h o wn   in   Fig u r e  3 .   E MG   d etec ts   an o m alies  ass o ciate d   with   m u s cu lar   wea k n ess ,   s tiff n ess ,   an d   d eg en e r atio n   b y   m e asu r in g   th e   elec tr ical  ac tiv ity   o f   m u s cles  in   r esp o n s e  to   n er v e   s tim u latio n .   Du e  to   its   n o n - in v asiv e  n atu r e  an d   ab ilit y   to   ca p tu r e     r ea l - tim e  m u s cle  ac tiv ity ,   E M G  h as  b ec o m e  a  v alu a b le  to o l  f o r   n e u r o m u s cu lar   d is o r d e r   an aly s is   [ 1 0 ] – [ 1 3 ] .  Desp ite  ex ten s iv e  r esear ch   o n   E MG - b ased   d iag n o s is ,   m o s t  ex is tin g   s tu d ies  f o cu s   o n   b i n a r y   class if icatio n   o r   r ely   o n   s tatic  d atasets ,   lim itin g   th eir   a p p licab ilit y   in   r ea l -   t im e  clin ical  s ce n ar io s   [ 1 0 ] – [ 1 5 ] .   T h er ef o r e,   t h e   p r im ar y   r esear ch   q u esti o n   ad d r ess ed   in   th is   s tu d y   is :  ca n   r ea l - tim e  E MG   s ig n als,  w h en   an aly ze d   u s in g   m ac h in e   lear n i n g   a n d   d ee p   l ea r n in g   tec h n iq u es,  e f f ec tiv el y   d is tin g u is h   b etwe en   n o r m al   m u s cle  co n d itio n ,   m u s cu lar   atr o p h y ,   an d   m u s cu l ar   d y s tr o p h y .   T h i s   s t u d y   h y p o t h e s i z es   t h a t   a d v a n c e d   m a c h i n e  l e a r n i n g   a n d   d e e p   l e a r n i n g   m o d e l s   a p p li e d   t o   r ea l - t i m e   E M G   d a t a   c a n   a c h i e v e   h i g h e r   c l a s s i f ic a t i o n   a cc u r a cy   a n d   r o b u s t n e s s   i n   d i f f e r e n t i a t i n g   t h es e   t h r e e   m u s c l e   c o n d i t i o n s   c o m p a r e d   t o   t r ad i t i o n a l   s t a ti c   d a t as e t - b as e d   a p p r o a c h e s .               Fig u r e  1 .   Mu s cu lar   atr o p h y     Fig u r e  2 .   Mu s cu lar   d y s tr o p h y     Fig u r e  3 .   E lectr o m y o g r ap h y   te s t       T h e  s ig n if ican ce   o f   th is   d is co v er y   r esid es  in   its   ca p ac ity   to   f ac ilit ate  ea r ly ,   n o n - in v asiv e,   an d     r ea l - tim e  d iag n o s is   o f   n eu r o m u s cu lar   p r o b lem s   th r o u g h   th e  u s e  o f   E MG   s ig n als,  wh ich   ca n   h elp   d o cto r s   p lan   tr ea tm en ts   an d   in ter v e n e  p r o m p tly   [ 2 ] ,   [ 3 ] ,   [ 1 6 ] .   T h e  s u g g ested   m eth o d   im p r o v es  d iag n o s tic  r eliab ilit y   b y   b etter   r ef lectin g   p h y s io lo g ical   m u s cle  f u n ctio n   u n d e r   d y n a m ic  co n d itio n s   b y   u tili zin g   r e al - tim e  E MG   d ata.   Alth o u g h   E MG - b ased   m ac h i n e  lear n in g   alg o r ith m s   h av e   b ee n   r esear ch ed   f o r   n eu r o m u s cu lar   p r o b lem   d iag n o s is   in   th e  p ast,  m o s t c u r r en t r esear ch   co n ce n tr ates o n   b in ar y   class if icatio n ,   s in g le  d i s ea s e  id en tific atio n ,   o r   tr ad itio n al  s tan d alo n e  class if ier s   [ 1 0 ] – [ 1 5 ] .   T h e  p r o p o s ed   wo r k   ex ten d s   th e  s tate - of - th e - ar t  b y   o f f er in g   an   en s em b le  lear n i n g   f r am ewo r k   th at   in teg r ates  r an d o m   f o r est  ( R F),   g r ad ie n t  b o o s tin g   ( GB ) ,   an d   ex tr em e  g r ad ien t b o o s tin g   ( XGBo o s t)   m o d els  f o r   th e  class if icatio n   o f   m u s cu lar   atr o p h y   an d   m u s cu lar   d y s tr o p h y   u s in g   s u r f ac e  elec tr o m y o g r ap h y   ( s E MG )   d ata.   T h e   en s em b le   ap p r o ac h   b le n d s   th e  a d v an ta g es  o f   s ev er al  class if ier s .   T o   in cr ea s e  r o b u s tn ess ,   lo wer   p r ed ictio n   v a r ian ce   ( VAR ) ,   an d   im p r o v e  g en e r aliza tio n   ab i lity   ac r o s s   v ar io u s   f ea tu r e  r ep r esen tatio n s ,   th e  en s em b le  tech n iq u e  lev er ag es th e  ad v an tag es o f   s ev er al  class if ier s .     Ad d itio n ally ,   t h e  p r o p o s ed   f r am ewo r k   o f f e r s   a  u n if ied   cla s s if icatio n   s tr ateg y   th at  ca n   d is cr im in ate   m u ltip le  n eu r o m u s cu lar   d is o r d er s   u tili zin g   a  s im ilar   E MG   an aly tic  p ip elin e,   in   c o n tr ast   to   ea r lier   r esear ch   th at  m ain ly   f o c u s es   o n   m u s cu lar   d y s tr o p h y   o r   m u s cu lar   at r o p h y   in d e p en d en tly .   I n   o r d er   to   p r o v id e   lig h t   o n   f ea tu r e  s en s itiv ity   an d   m o d el   s tab ilit y ,   th e  s tu d y   ad d itio n ally   ex am in es  class if ier   b eh a v io r   u n d e r   v ar io u s   f ea tu r e  d im e n s io n s   ( 5 ,   1 6 0 ,   an d   1 8 1   f ea tu r es).   T h ese  c o n tr ib u tio n s   en ab le  t h e  p r o s p ec tiv e  u s e  o f   E MG - b ased   d iag n o s tic  s y s tem s   in   in tel lig en t  clin ical  d ec is io n - s u p p o r t  en v ir o n m en ts   an d   im p r o v e  th eir   d ep en d a b ilit y .   E ar lier   r esear ch   co n ce n tr ated   o n   m ac h in e   lear n in g   o r   d ee p   l ea r n in g   m o d els  u s in g   s tatic  d a tasets   th at  in clu d ed   o n ly   m u s cu lar   d y s tr o p h y   o r   m u s cu lar   atr o p h y   ca s es.  I n   c o n tr ast,  th e  p r esen t  s tu d y   ex ten d s   E MG - b ased   an aly s is   to   th r ee   d is tin ct  m u s cle  co n d itio n s   b y   in tr o d u ci n g   m ac h in e  lear n in g   an d   d ee p   l ea r n in g   alg o r ith m s   tailo r ed   f o r   r ea l - tim e  E MG   d at a  d u r in g   m u s cle  m o v em en ts .   T h e  r em ain d er   o f   th is   p ap er   i s   o r g an ized   as  f o llo ws.  Sectio n   2   p r esen ts   th e  r elate d   wo r k .   Sectio n   3   d escr ib es  th e  p r o p o s ed   m eth o d o lo g y .   Sectio n   4   p r esen ts   th e  r esu lts   an d   d is cu s s io n .   Fin ally ,   s ec tio n   5   co n clu d es th e  s tu d y .       2.   RE L AT E D  WO RK   Nu m er o u s   s tu d ies   h av e  e x am i n ed   th e  u s e  o f   E MG ,   m ed ical  im ag in g ,   g en etic  an aly s is ,   an d   m ac h in e   lear n in g   ap p r o ac h es  in   th e  d iag n o s is   an d   ca teg o r is atio n   o f   n e u r o m u s cu lar   illn ess es,  n am ely   m u s cu lar   d y s tr o p h y   a n d   m u s cu lar   atr o p h y .   T h r o u g h   m ac h i n e  le ar n in g   an d   d ee p   lear n in g   tech n iq u es,  r ec en t   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J Ar tif   I n tell     I SS N:   2252 - 8 9 3 8       C o mp a r is o n   o f m a ch in e  lea r n i n g   a lg o r ith ms to   id en tify m u s cu la r   a tr o p h y  a n d   …   ( Ga n g a   B h a va n i B illa )   3507   d ev elo p m e n ts   in   a r tific ial  in te llig en ce   h av e   s ig n if ican tly   in c r ea s ed   th e  p r ec is io n   a n d   ef f ec tiv en ess   o f   illn ess   d iag n o s is .   I n   o r d er   to   h ig h li g h t  cu r r en t   lim its   an d   p r o v id e  m o tiv atio n   f o r   th e   p lan n ed   s tu d y ,   th is   s ec tio n   ex am in es  th e  m o s t  p er tin e n t  p ap er s   co n ce r n in g   E MG - b ased   d iag n o s tics ,   m ac h in e   lear n in g   an d   d ee p   lear n in g   tech n iq u es,  an d   clin ical  in v est ig atio n s   o f   m u s cu lar   illn ess es.   Ask ar in ejad   et  a l.   [ 5 ]   an aly z ed   2 5   s EMG   r ea d in g s   ca p tu r ed   f r o m   t h e  b icep s   m u s cle,   c o m p r is in g     1 7   h ea lth y   a n d   8   atr o p h ic  s a m p les,  an d   em p lo y ed   a   q u a d r atic  d is cr im in an t  a n aly s is   ( QDA)   class if ier   to   ac h iev e  im p r o v ed   class if icati o n   ac cu r a cy .   Vo g el  an d   Hag e n g r u b er   [ 6 ]   d e v elo p e d   an   s E MG - b ased   in ter f ac e   th at  en ab les in d iv id u als with   atr o p h ic  m u s cles to   co n tr o l a   r o b o tic  m an ip u lato r   with   th r ee   d eg r ee s   o f   f r e ed o m .   B ao   et  a l.   [ 1 7 ]   d esig n e d   a   f o u r - class   m o to r   im a g er y - b ased   b r ain – co m p u ter   in te r f ac e  s y s te m   f o r   a  s u b ject  with   s ev er e  s p in al  m u s cu lar   atr o p h y .   Sriv astav a  et  a l.   [ 1 8 ]   d em o n s tr ated   th at  co m b in in g   b o t h   q u an titativ e  m u s cle  u ltra s o n o g r a p h y   ( QM U)   an d   elec tr ical  im p ed an ce   m y o g r ap h y   ( E I M)   d ata  allo w s   h ig h ly   ac cu r ate   class if icatio n   o f   s p in al  m u s cu lar   atr o p h y - a f f ec ted   m u s cles.  B ittma n n   et  a l.   [ 1 9 ]   r e p o r te d   clin ical  test   r esu lts   f r o m   a  ca s e  s tu d y   in v o lv in g   a  f iv e - y e ar - o l d   g ir l   d iag n o s ed   with   s p in al  m u s cu lar   atr o p h y .   Hass an   et  a l.   [ 2 0 ]   ass es s ed   an d   co n tr asted   h o w  well  d if f er en t  m ac h in e  lear n i n g   alg o r ith m s   class if ied   d ata.   L eu n g   et  a l.   [ 2 1 ]   p r o v id e d   a   th o r o u g h   an aly s is   o f   m ac h in e  lea r n in g   ap p licatio n s   in   g en etic   m ed icin e,   em p h asizin g   ac ce s s ib le  d atasets   an d   co m p u tatio n al  d if f icu lties .   Sath y av ik asin i  a n d   Vijay a   [ 1 ]   p r o p o s ed   a  n o v el  ap p r o ac h   f o r   m u s cu lar   d y s tr o p h y   class if icatio n   u s in g   m u tated   g e n e  s eq u e n ce s   an d   p o s itio n al  clo n in g   tech n iq u es.    Mo r en o   et   a l.   [ 4 ]   u s in g   in t eg r ativ e  an aly s is ,   a  g en e  e x p r ess io n   co r e  s ig n at u r e  f o r   Du ch en n e   m u s cu lar   d y s tr o p h y   was  f o u n d ,   an d   p r o m is in g   th e r ap eu t ic  d r u g s   wer e   id en tifie d .   Hetn ar s k a  et  a l.   [ 7 ]   in tr o d u ce d   a  d iag n o s tic  m et h o d   b ased   o n   c r ea tin e  p h o s p h o k in ase  ( C PK)   ac tiv ity   f o r   id en tify in g   s p in al  m u s cu lar   atr o p h y .   No f al  et  a l.   [ 2 2 ]   u tili ze d   n etwo r k   an al y s is   an d   m ac h in e  lear n i n g   tec h n iq u es  to   i d en tify   g en es  im p licated   in   s p in al   m u s cu lar   atr o p h y   with   h ig h   ac cu r ac y .   Dan o wsk i  et   a l.   [ 9 ]   in v esti g ated   s er u m   cr ea tin e  k in ase  ( C K)   lev els in   m u s cu lar   d y s tr o p h y   a n d   m y o t o n ia  d y s tr o p h ica  to   s u p p o r t  d i s ea s e  id en tific atio n .   Keh r i  an d   Awa le  [ 1 0 ]   p r o p o s ed   an   E MG   s ig n al  an aly s is   m eth o d   th at  u s es  ar tific ial  n eu r al  n etwo r k s   ( ANN) ,   s u p p o r t  v ec to r   m ac h in es  ( SV M) ,   an d   wav elet  tr an s f o r m   to   d iag n o s e  m u s cu lar   d y s tr o p h y .   Nar d o   et  a l.   [ 1 1 ]   d em o n s tr ated   th e  f ea s ib ilit y   o f   a  m ac h in e - lear n in g - b ased   m e th o d   f o r   p r ed ictin g   th e  o n s et  an d   o f f s et  tim in g   o f   m u s cu lar   r ec r u itm en t,  ac h ie v in g   h ig h   p e r f o r m an ce   d es p ite  s ig n if ican t  v ar iab ilit y   in   s E MG   s ig n als.     B itar   et  a l.  [ 1 4 ]   p r o p o s ed   a n   E MG - b ased   m ac h in e  lear n in g   f r am ewo r k   f o r   th e  d etec tio n   o f   Du ch en n e   m u s cu lar   d y s tr o p h y .   Su b asi  et   a l.   [ 1 2 ]   c r ea ted   an   au to m ated   ap p r o ac h   f o r   class if y in g   E M G  s ig n als  th at  u s es  b ag g in g   an d   d is cr ete  wav elet  tr an s f o r m   to   d iag n o s e  n eu r o m u s cu lar   d is ea s es.    Kef alas  et  a l.   [ 1 5 ]   ass ess ed   h o w  well  a u to m ated   m ac h in e  lear n in g   tech n iq u es  p e r f o r m ed   in   id en tify in g   n o r m al  a n d   ab n o r m al  EMG   d ata.   I n am   et   a l.   [ 1 3 ]   p r o v i d ed   a  c o n cise  r e v iew  o f   s tr ateg ies  u s ed   f o r   E MG   s ig n al  class if icatio n .   Sz ajew s k a  an d   Ko p eć   [ 8 ]   an al y ze d   elec tr o m y o g r a p h ic  p atter n s   in   Du ch en n e   an d   B ec k er   m u s cu lar   d y s tr o p h y   ac r o s s   d if f er en t stag es o f   m u s cle  d eg en er atio n .   T ag h izad e h   et  a l .  [ 2 3 ]   s h o wn   h o w  d ee p   lear n in g   tec h n iq u es  ca n   b e  u s ed   to   q u ick ly   an d   ac cu r ately   q u an tify   r o tato r   cu f f   m u s cle  d eg en er atio n   u s in g   s h o u ld er   co m p u ted   to m o g r ap h y   ( C T )   d atasets .   Ma s tr o p ietr o   et  a l.  [ 2 4 ]   s u g g ested   a  d ee p   lear n in g   m o d el   b ased   o n   s win   tr an s f o r m er s   t h at  in cr ea s es  th e  ac cu r ac y   o f   class if y in g   v ar io u s   f o r m s   o f   m u s cu lar   d y s tr o p h y   u s in g   m ag n etic  r eso n a n ce   im a g in g   ( MRI )   p ictu r es.  Yan g   et  a l.   [ 2 5 ]   c r ea ted   a  d ee p   lea r n in g   s y s tem   with   g r ea t  d iag n o s tic  ac cu r ac y   f o r   id e n tify in g   d y s tr o p h in o p ath ies  f r o m   th ig h   m u s cle  MRI  im ag es.  Gar ib ald i  et  a l.   [ 2 6 ]   an al y ze d   m u s cl e  MR I   p at te r n s   i n   m y o t o n ic  d y s t r o p h y   ty p e  1   ( DM 1 )   t o   r e f i n e   m u s cl e  i n v o l v e m e n t   ch ar ac t er iz ati o n   a n d   s u p p o r t   c li n ic al   t r ia l   d esi g n .   T o b o r e   e t   a l.   [ 1 6 ]   r e v iew e d   d e ep   l ea r n i n g – b as ed   in t er v en ti o n s   f o r   a d d r ess i n g   h e alt h c ar e  ch all e n g es,   h i g h li g h ti n g   k e y   c o n s id e r at io n s   i n   b i o m ed i ca l  ap p l ica ti o n s .     T h o m as  et   a l.   [ 2 ]   r e p o r ted   th a t  th e  tim e   to   d iag n o s is   o f   D u c h en n e   m u s cu lar   d y s tr o p h y   h as   r em ain e d   lar g ely   u n ch a n g ed   o v er   a  1 5 - y ea r   s u r v eillan ce   p er io d .   Qu i n liv an   [ 3 ]   em p h asized   th e  cr i tical  im p o r tan ce   o f   ea r ly   d iag n o s is   in   Du ch en n e  m u s cu lar   d y s tr o p h y   in   o r d er   to   im p r o v e  lo n g - ter m   p atien t  o u tco m es.    Yan   et  a l.   [ 2 7 ]   en h an ce d   ad a p tab ilit y   ac r o s s   im ag in g   task s   b y   th e  in tr o d u ctio n   o f   a  f o u n d atio n   m o d el  f o r   u n iv er s al  m o v in g - o b ject  s eg m en tatio n   in   m e d ical  im ag es.  B u s h b y   et  a l.   [ 2 8 ]   h ig h lig h ted   clin ical  d iag n o s tic  d elay s   b y   r ec o g n izin g   p er s is ten t  s h o r tco m in g s   in   th e  p r o m p t  d etec tio n   o f   s y m p to m atic  Du ch en n e  m u s cu lar   d y s tr o p h y .   Av an zo   et  a l.   [ 2 9 ]   o f f er ed   a  co m p r eh e n s iv e  ex a m in atio n   o f   m ac h i n e  lear n in g   an d   d ee p   lear n in g   tech n iq u es  u s ed   to   r ad io m ics  f o r   m ed ical  im ag i n g .   Alth o u g h   Hu y s m an s   et   a l.   [ 3 0 ]   d ev el o p ed   an   a u to m ate d   MRI - b ased   m eth o d   f o r   q u an t if y in g   m u s cle  f at  f r ac tio n s   i n   p atien ts   with   m u s cu lar   d y s tr o p h ies,  th e   s tu d y     d id   n o t  i n v esti g ate  r ea l - tim e   s E MG - b ased   m u lti - class   class if icatio n   u s in g   m ac h in e  lea r n in g   o r   en s em b le  lear n in g   tech n iq u es.   Ov er all,   p r io r   r esear ch   h as  d e m o n s tr ated   th e  ef f icac y   o f   E MG ,   m ed ical  im ag in g ,   g en eti c  an aly s is ,   an d   m ac h in e  lear n i n g   tech n iq u es  in   th e  d iag n o s is   o f   n eu r o m u s cu lar   illn ess es.  U s in g   E M G  s ig n als,  m ed ical  im ag in g ,   an d   m ac h in e  lear n i n g   tech n iq u es,  n u m er o u s   s tu d ies  h av e  ex am in ed   m u s cu la r   atr o p h y ,   m u s cu lar   d y s tr o p h y ,   o r   s p in al  m u s cu lar   atr o p h y   [ 1 ] – [ 2 3 ] .   Desp ite  th ei r   p o s itiv e  o u tco m es,  th e   m ajo r ity   o f   th ese  s tu d ies   co n ce n tr ated   o n   o f f lin e  d atasets ,   b in ar y   class if icatio n ,   o r   a  s in g le  d is ea s e.   T h eir   u s e  in   r ea l - tim e  d iag n o s is   is   th er ef o r e   r estricte d .   Fu r t h er m o r e,   v er y   f ew  r esear ch   h av e  t ak en   in to   ac co u n t  th e   ca teg o r is atio n   o f   m u s cu lar   d y s tr o p h y ,   m u s cu lar   atr o p h y ,   an d   n o r m al  m u s cle  h ea lth   with in   a  u n if ied   f r am ewo r k .   T h e  s u g g ested   s tu d y   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 2 5 2 - 8 9 3 8   I n t J Ar tif   I n tell ,  Vo l.  15 ,   No .   4 ,  Au g u s t 2 0 2 6 :   3 5 0 5 - 3 5 1 7   3508   o f f er s   a   r ea l - tim e   s E MG - b ased   en s em b le   lear n in g   m eth o d   f o r   m u lti - class   class if icatio n   th at  m ak es  u s e  o f   R F,   GB ,   an d   XGBo o s t   in   o r d er   to   g et  b ey o n d   th ese  r estrictio n s .   To   in c r ea s e  class if ic atio n   ac cu r ac y   an d   d ep en d a b ilit y ,   th e  s u g g ested   a p p r o ac h   also   ass ess es c la s s if ie r   p er f o r m an ce   u s in g   v a r io u s   f e atu r e  d im en s io n s .       3.   M E T H O D   T h e  s u g g ested   a p p r o ac h   is   d is p lay ed   in   Fig u r e   4.   T h e   p r o ce d u r e  o f   m o n ito r in g   th e  elec tr i ca l  ac tiv ity   g en er ated   d u r in g   m u s cle  ac tiv atio n   is   k n o wn   as  E MG ,   o r   m y o elec tr ic  s ig n al.   An y   m u s cle' s   p er f o r m an ce   ca n   b e  ex am in e d   b y   r ec o r d in g   th i s   elec tr ical  ac tiv ity .   Ma ch in e  lear n in g   tech n iq u es  ca n   b e  u s ed   to   p r ed ict  wh e n   m u s cle  an o m alies will o cc u r .           Fig u r e  4 .   B lo ck   d iag r am   o f   p r o p o s ed   m eth o d       3 . 1 .     E lect ro m y o g ra ph y   da t a   a cquis it io n   T h e  UC I   Ma ch in e   L ea r n in g   R ep o s ito r y ' s   r esu lts   p r o v id ed   th e  d ataset  th at  was  u tili ze d   t o   tr ain   th e  p r ed ictiv e  m o d els.  T h e  Natio n al  Scien ce   Fo u n d atio n ,   a   d i v is io n   o f   t h e  C en ter s   f o r   Dis ea s e  C o n tr o l  an d   Pre v en tio n   ( C DC ) ,   o v er s ee s   UC I .   T h e  p r o g r a m   u s es  a  co m b in atio n   o f   p h y s ical  test s   an d   in ter v iews  to   ass es s   th e  h ea lth   a n d   n u tr itio n al   s tatu s   o f   Am e r ican s .   E lev e n   o f   th e  twen ty - two   m ale   in d iv i d u als  h ad   a  p r o f ess io n al   d iag n o s is   o f   a  s ep ar ate  k n ee   ab n o r m ality .   T h ey   p er f o r m ed   th r ee   ex er cises   to   ass ess   th eir   k n ee   m u s cle  Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J Ar tif   I n tell     I SS N:   2252 - 8 9 3 8       C o mp a r is o n   o f m a ch in e  lea r n i n g   a lg o r ith ms to   id en tify m u s cu la r   a tr o p h y  a n d   …   ( Ga n g a   B h a va n i B illa )   3509   b eh av io r ,   walk in g ,   leg   f lex io n   u p ,   an d   leg   e x ten s io n   f r o m   a  s ea ted   p o s itio n .   T h e  ac q u is itio n   p r o ce s s   in v o l v ed   th e  u s e  o f   a  g o n io m eter   in   th e   k n ee   an d   f o u r   elec tr o d es:  th e   r ec tu s   f em o r is ,   b icep s   f em o r i s ,   s em iten d in o s u s ,  an d   v astu s   m ed ialis .   So m e  s a m p le  d atasets   ar e  s h o wn   in   T a b le   1 ,   wh ich   is   r elate d   to   ab n o r m al  an d   in   T ab le   2  wh ich   is   r elate d   to   th e  n o r m al  p o s itio n   o f   t h e  k n ee   m u s cle.       T ab le  1 .   Sam p le  E MG   d ataset   r elate d   to   ab n o r m al  c o n d itio n   o f   p atien t in   g ait   R e c t o   f e m o r a l   B i c e p s  f e m o r a l   V a st o   m e d i a l   EM G   s e m i t e n d i n o s u s   F l e x o - e x t e n s i o n   - 0 . 0 5 4 8   - 0 . 0 0 1 5   0 . 0 4 2   0 . 0 2 8 5   - 9   0 . 0 7 9 5   - 0 . 0 2 5 6   0 . 0 7 8   0 . 0 3 9 7   - 9   0 . 0 8 4   - 0 . 0 2 9 3   0 . 0 6 9   0 . 0 3 4 5   - 9   0 . 0 8 0 2   - 0 . 0 2 0 3   0 . 0 5 2 5   0 . 0 3 4 5   - 9   0 . 0 8 4 7   - 0 . 0 0 0 8   0 . 0 4 1 2   0 . 0 3 3 7   - 9   0 . 0 9 3 7   0 . 0 0 9   0 . 0 3 8 2   0 . 0 0 8 2   - 9   0 . 0 8 9 2   0 . 0 0 6   0 . 0 3 1 5   - 0 . 0 3 1 5   - 8 . 9   0 . 0 8 7 7   0 . 0 1 0 5   0 . 0 1 6 5   - 0 . 0 4 2   - 8 . 8   0 . 0 9 3   0 . 0 1 8   - 0 . 0 0 9 1   - 0 . 0 2 6 3   - 8 . 7   0 . 0 9 3 7   0 . 0 2 7 7   - 0 . 0 2 8 5   - 0 . 0 1 8 1   - 8 . 7       T ab le  2 .   Sam p le  E MG   d ataset  r elate d   to   n o r m al  co n d itio n   o f   p atien t in   g ait   R e c t o   f e m o r a l   B i c e p s fem o r a l   V a st o   me d i a l   EM G   s e mi t e n d i n o s u s   F l e x o - e x t e n si o n   0 . 0 0 0 7   - 0 . 0 0 8 3   0 . 0 0 4 5   - 0 . 0 0 9 1   5 7 . 6   - 0 . 0 0 0 8   - 0 . 0 0 3 8   0 . 0 0 0 7   - 0 . 0 0 4 6   5 7 . 5   - 0 . 0 0 0 8   - 0 . 0 0 6 8   0 . 0 0 1 5   - 0 . 0 0 2 3   5 7 . 3   - 0 . 0 0 0 8   - 0 . 0 0 5 3   0 . 0 0 4 5   - 0 . 0 0 3 8   5 7 . 1   0 . 0 0 0 7   0 . 0 0 1 5   0 . 0 0 8 2   - 0 . 0 0 7 5   5 6 . 9   0 . 0 0 3   0 . 0 0 5 2   0 . 0 0 9   - 0 . 0 0 8 3   5 6 . 7   0 . 0 0 1 5   0 . 0 0 3   0 . 0 0 6 7   - 0 . 0 0 3 8   5 6 . 5   0 . 0 0 1 5   0 . 0 0 2 2   0 . 0 0 2 2   - 0 . 0 0 2 3   5 6 . 3   0 . 0 0 1 5   0 . 0 0 3   - 0 . 0 0 0 8   0 . 0 0 1 5   5 6 . 1   0 . 0 0 2 2   0 . 0 0 4 5   - 0 . 0 0 0 8   0 . 0 0 8 2   5 5 . 9       3 . 2 .     E lect ro m y o g ra ph y   da t a   ins t rum ent a t io n   B io m etr ics  em p lo y ed   MWX8   d atalo g   e q u ip m e n t  with   e ig h t  d ig ital  ch an n els  an d   f o u r   an alo g   ch an n els — f o u r   f o r   s am p lin g   u s in g   s E MG   an d   o n e   f o r   g o n io m etr y .   A   m icr o SD  ca r d   wa s   u s ed   to   s to r e   th e   d ata  s tr aig h t  o n to   th e  c o m p u ter ' s   in ter n al  s to r ag e,   a n d   a  B lu e to o th   a d ap ter   was  u s ed   t o   tr an s m it  it  to   r ea l - tim e   d atalo g   s o f twa r e.   T h e  p r o g r a m ' s   s am p lin g   f r eq u en cy   was  1 0 0 0   Hz ,   an d   its   r eso lu tio n   was  1 4   b its .   T h er e   ar e   f o u r   elec tr o d es  in   to tal,   o n e   f o r   ea ch   ch an n el  ( 1 – 4 )   an d   o n e  f o r   th e  tim e  s er ies.  Fo r   ev er y   s u b ject ,   th er e  ar e   ar o u n d   f iv e  s h ar es o r   m o ti o n   r ep etitio n s   in   ea ch   s er ies as sh o wn   in   Fig u r e  5 .           Fig u r e  5 .   Mu lti - a r r ay   E MG   te s t       3 . 3 .     E lect ro m y o g ra ph y   s ig na l pre pro ce s s ing   a nd   f ea t ure   ex t ra ct i o n   T h e  ac q u ir e d   s E MG   s ig n als  wer e  s u b jecte d   to   a  p r ep r o ce s s in g   s tag e  to   im p r o v e  s ig n al  q u ality   an d   r ed u ce   th e  i n f lu en ce   o f   n o is e  an d   in te r - s u b ject  v ar iab ilit y .   I n itially ,   th e   r aw  E MG   s ig n als  wer e  i n s p ec ted   f o r   m is s in g   v alu es  an d   o u tlier s .   Sig n al  am p litu d es  wer e  th en   n o r m alize d   u s in g   m in - m ax   n o r m aliza tio n ,   wh ich   s ca les th e  s ig n al  v alu es in to   th e  r an g e  o f   0   to   1   ac c o r d in g   to :     n o r m = − −       No r m aliza tio n   en s u r es  th at  all  f ea tu r es  co n tr ib u te  eq u ally   d u r in g   class if ier   tr ain in g   an d   p r ev en ts   attr ib u tes  with   lar g er   m ag n itu d es  f r o m   d o m in atin g   th e  lear n in g   p r o ce s s .   E ac h   E MG   ch an n el  h ad   its   in f o r m ativ e  p r o p er ties   ex t r ac ted   af ter   n o r m aliza tio n .   Am o n g   th e   s tatis t ical  an d   tem p o r al  ch ar ac ter is tics   co n s id er ed   wer e   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 2 5 2 - 8 9 3 8   I n t J Ar tif   I n tell ,  Vo l.  15 ,   No .   4 ,  Au g u s t 2 0 2 6 :   3 5 0 5 - 3 5 1 7   3510   m ea n   ab s o lu te  v alu e  ( MA V) ,   r o o t  m ea n   s q u ar e  ( R MS) ,   V AR ,   s tan d ar d   d ev iatio n   ( STD ) ,   wav ef o r m   len g th   ( W L ) ,   s ig n al  en er g y ,   m ax im u m   v alu e,   m in im u m   v alu e,   a n d   ze r o   cr o s s in g   r ate  ( Z C R ) .   T h ese  ch ar ac ter is tics   en s u r e  a  lo w  co m p u tin g   co s t  ap p r o p r iate  f o r   r ea l - tim e  ex e cu tio n   wh ile  ac cu r ately   r ep r e s en tin g   p atter n s   o f   m u s cle  ac tiv atio n .     3 . 4 .     F e a t ure  s elec t io n   Usi n g   RF   f ea tu r e  im p o r tan ce   an aly s is ,   f ea tu r es  wer e  r an k ed   b ased   o n   th eir   c o n tr ib u tio n   to   class if icatio n   p er f o r m an ce   b a s ed   o n   im p u r ity   r ed u ctio n   s c o r es.  T h e  h ig h est - r an k ed   f ea t u r es  wer e  ch o s en   to   cr ea te  r ed u ce d   f ea tu r e  s ets  with   5 ,   1 6 0 ,   an d   1 8 1   f ea tu r es.  T h is   m eth o d   r ed u ce s   m o d el   co m p lex ity   wh ile   m ain tain in g   th e   d is cr im in ati v e  in f o r m atio n   r eq u i r ed   f o r   p r ec is e  class if icatio n   o f   m u s cu lar   atr o p h y   a n d   m u s cu lar   d y s tr o p h y .     3 . 5 .     Repro du cibili t y   g uid eli nes   E ac h   m ac h in e  lear n in g   m o d el   was  im p lem en ted   u s in g   Py th o n   an d   t h e  s cik it - l ea r n   m o d u l e.   I n   o r d er   to   en s u r e  o b jectiv e  p er f o r m a n ce   esti m atio n ,   ten - f o ld   cr o s s - v alid atio n   was  em p lo y ed   i n   th e  e x p er im e n ts .   W h ile  p r eser v in g   class   b alan ce ,   th e   d ataset  was  r an d o m l y   s p lit  in to   s u b s ets  f o r   test in g   an d   tr ai n in g .   T o   p r o v id e   f air   co m p a r is o n s   b et wee n   class if ier s ,   h y p er p ar am e ter   s ettin g s   wer e  m ain tain ed   t h r o u g h o u t  th e  test s .   T h e  p u b licly   ac ce s s ib le  UC I   d ataset  ca n   b e  u s ed   to   r ep r o d u c e  th e  en tire   wo r k f lo w,   th is   co v er s   m o d el  tr ain in g ,   ev alu atio n ,   f ea t u r e  ex t r ac tio n ,   f ea tu r e  s elec tio n ,   an d   p r e p r o ce s s in g .     3 . 6 .     P re dict io n  m o dels   Fin d in g   p atter n s   in   d if f e r en t  f ea tu r es  is   o n e  o f   th e  m ain   g o a ls   o f   u s in g   m ac h in e  lear n i n g   a lg o r ith m s   o n   lar g e  d atasets .   B o th   m u s cu lar   atr o p h y   a n d   m u s cu lar   d y s t r o p h y   cr iter ia  wer e  u s ed   to   la b el  th e  d ata  in   th is   in v esti g atio n .   SVM,   GB ,   X GB o o s t ,   an d   RF   ar e  th e  s u p er v is ed   lear n in g   m eth o d s   u s ed   in   th is   wo r k .   Py th o n   s cik it - lear n   was  u s ed   to   im p lem en t  ea ch   al g o r ith m .   T h is   p a p er   co m p ar e s   th e  al g o r ith m s   wh ich   ar e  p r o v i d e d   b etter   ac cu r ac y   i n   th e   an al y s is   o f   s E MG   s ig n als  to   id en tify   m u s cu lar   atr o p h y   an d   m u s cu lar   d y s tr o p h y   d is ea s es.  B y   co m p ar in g   t h e  o u tco m es  o f   th ese  f o u r   class if ier s   u s in g   ass es s m en t  p ar am eter s ,   th e  p r ed ictio n   ac cu r ac y   r o s e.   T h e  b est cla s s if ier   is   d escr ib ed   b y   th e  ex p er i m en tal  r esu lt in   b etwe en   th e m .     3 . 6 . 1 .   Su pp o rt   v ec t o r   m a chi ne   I t  is   a  m eth o d   f o r   r eg r ess io n   a n d   class if icatio n .   E ac h   d ata  p o in t  in   SVM  is   p lo tted   in   n - d i m en s io n al  s p ac e,   wh er e  th e  n u m b er   o f   d im en s io n s   co r r esp o n d s   to   th e  a ttrib u te  o r   f ea t u r e  co u n t  as  s h o w  in   Fig u r e  6.   T h e   n u m b er   o f   attr ib u tes  is   d en o ted   b y   n .   E v er y   attr ib u te' s   v al u e  co r r esp o n d s   to   a  s p ec if ic  co o r d in ate ,   a n d   th e   d ec is io n   f u n ctio n   is   r ep r esen te d   as sh o wn   in   ( 1 ) .     = +   ( 1 )      T h e  h y p er p lan e   eq u atio n   is   g iv en   b y   ( 2 ) .     + = 0   ( 2 )           Fig u r e  6 .   Su p p o r t  v ec to r s   m ac h in e       3 . 6 . 2 .   G ra dient  bo o s t ing   On e  o f   th e  m o s t  p o p u lar   ty p es  o f   m ac h in e  lear n in g   m o d e ls   is   th e  p r ed ictio n   m o d el.   I n   m ac h in e   lear n in g ,   th e  GB   alg o r ith m   s tan d s   o u t   f o r   its   ac cu r ac y   an d   s p ee d   o f   p r ed ictio n ,   esp ec ially   wh en   wo r k in g   wit h   b ig   an d   co m p licated   d atasets .   T h e  m ath em atica l   r ep r esen tatio n   o f   GB   is   s h o wn   in   ( 3 ) .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J Ar tif   I n tell     I SS N:   2252 - 8 9 3 8       C o mp a r is o n   o f m a ch in e  lea r n i n g   a lg o r ith ms to   id en tify m u s cu la r   a tr o p h y  a n d   …   ( Ga n g a   B h a va n i B illa )   3511   ( ) = − 1 ( ) + ℎ ( )   ( 3 )     T h e  class if icatio n   p r o b lem ' s   lo s s   f u n ctio n   is   d ef in ed   in   ( 4 ) .     = ∑ ( − ( ) )   ( 4 )     3 . 6 . 3 .   E x t re m e  g ra dient  bo o s t ing   A  s tate - of - th e - ar t  m ac h in e  l ea r n in g   tec h n iq u e   n o te d   f o r   its   ex ce p tio n al  p r ed ictio n   ab ilit ies  is   XGBo o s t.  T h e  f o r m u la  f o r   l o s s   f u n ctio n   o r   m ea n   s q u ar ed   er r o r   ( MSE )   is   as sh o wn   in   ( 5 ) .     ( ) =  min ∑ ( , ) = 1 =  min ∑ ( , ) 2 = 1     ( 5 )     3 .6 .4 .   Ra nd o m   f o re s t   T o   g en er ate  p r ed ictio n s ,   ea c h   tr ee   is   v o ted   ac r o s s   u s in g   th e   RF   alg o r ith m ,   a  p o wer f u l  tr e e  lear n in g   tech n iq u e  in   m ac h in e   lear n in g .   B o th   class if icatio n   an d   r e g r ess io n   task s   m ak e  ex ten s iv e  u s e   o f   th e m .   T h e   f o r m u la  f o r   ca lc u latin g   th e  f ea tu r e  im p o r tan ce   is   d ef in e d   in   ( 6 ) .            = ∑ (          )   ( 6 )     3 . 7 .     E v a lua t i o n pa ra m e t er s   Acc u r ac y ,   p r ec is io n ,   r ec all,   an d   F - m ea s u r e  ar e  a  f ew  d ata  m in in g   ev alu atio n   m ea s u r es .  W h er e  FP ,   FN,  T P,  an d   T N  s tan d   f o r   f a ls e  p o s itiv e,   f alse  n eg ativ e,   tr u e  p o s iti v e,   an d   tr u e  n eg ativ e,   r esp ec tiv ely .   As  s tated   in   ( 7 ) ,   a cc u r ac y   is   ca lc u lated   b y   d i v id in g   th e   n u m b e r   o f   co r r ec tly   id e n tifie d   i n s tan ce s   b y   th e  d ataset' s   o v er all  n u m b er   o f   in s tan ce s .       =    +       +      +      +        ( 7 )     Acc o r d in g   t o   ( 8 ) ,   p r e cisi o n   is   d ef in ed   as th e  m ea n   lik elih o o d   o f   p er ti n en t   r etr iev al.       =  TP   + FP     ( 8 )     Acc o r d in g   t o   ( 9 ) ,   th e  a v er ag e  l ik elih o o d   o f   f u ll r etr iev al  is   th e  r ec all.       =  TP + FN   ( 9 )     As in d icate d   in   ( 10 ) ,   th e  F - m e asu r e  is   co m p u ted   u tili zin g   b o th   p r ec is io n   an d   r ec all.     F − me a s ure = 2 × (  ×  ) Pr ecis i o n + Recal l   ( 10 )       4.   RE SU L T S AN D  D I SCU SS I O N   4 . 1 .     Da t a s et s   T h e  E MG   d ataset  m en tio n ed   i n   Sectio n   3 . 1   was  u s ed   f o r   th e   ex p er im en tal  ev al u atio n .   T h r ee   f ea tu r e   s ets  ( 5 ,   1 6 0 ,   an d   1 8 1   f ea tu r e s )   wer e  p r o d u ce d   f o r   class if icatio n   af ter   p r e p r o ce s s in g   an d   f ea tu r e  ex tr ac ti o n .   B o th   th e  s u g g ested   en s em b le  m o d el   an d   th e   in d iv i d u al  m ac h in e  lear n in g   m o d els  wer e   tr ain ed   an d   test ed   u s in g   th ese  f ea tu r e  s ets.  Stan d ar d   cr iter ia,   s u ch   as  ac cu r ac y ,   p r ec is io n ,   r ec all,   an d   F1 - s co r e,   wer e  u s ed   t o   ass es s   ea ch   class if ier ' s   p er f o r m an ce   an d   c o m p ar e   h o w  well   it  id en tifie d   n o r m al  m u s cle  c o n d itio n ,   m u s cu lar   atr o p h y ,   an d   m u s cu lar   d y s tr o p h y .   T h e  ac cu r ac y ,   co m p leten ess ,   an d   v o lu m e  o f   d ata  i n   th e  UC I   d atab ase  ar e  well - k n o wn .   T h e  s u p er io r   p er f o r m an ce   o f   th e   p r o p o s e d   en s em b le - b ased   f r am ewo r k   d em o n s tr ates  th e   ef f ec tiv e n ess   o f   c o m b in in g   co m p lem en tar y   lear n in g   s tr ateg ies  f o r   E MG   s ig n al  class if icatio n .   T h e  en s em b le  tech n i q u e  b en e f ited   f r o m   lo wer   VAR   an d   b etter   g en er al izatio n   ac r o s s   v a r io u s   f ea tu r e   s u b s ets,  wh er ea s   in d iv id u al  cl ass if ier s   lik e  SVM   an d   GB   p r o d u ce d   co m p etitiv e  r esu lts .   I n   co m p ar is o n   to   in d ep en d e n t  m ac h in e  lear n in g   m o d els,  th e   f in d in g   s u g g ests   th at  en s em b le  lear n i n g   ca n   m o r e  ac c u r ately   ca p t u r e  th e  in tr icate   an d   n o n - lin ea r   p atter n s   lin k ed   t o   m u s cle  atr o p h y   an d   m u s cu lar   d y s tr o p h y ,   en h an cin g   d iag n o s tic  r eliab ilit y .     4 . 2 .     M a chine le a rning   cla s s i f iers   Fo u r   class if icatio n   tech n iq u es   ar e   u s ed   i n   th is   s tu d y   an d   ar e  im p lem en te d   in   Py th o n .   Pre d ictio n   is   en h an ce d   by   th e   u s ag e   of   th e s e   m o d els.   To   d ete r m in e   w h ich   class if ier   b est   p r ed icts   a   p atien t's   lik elih o o d   o f   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 2 5 2 - 8 9 3 8   I n t J Ar tif   I n tell ,  Vo l.  15 ,   No .   4 ,  Au g u s t 2 0 2 6 :   3 5 0 5 - 3 5 1 7   3512   d ev elo p in g   m u s cu lar   atr o p h y   an d   d y s tr o p h y   illn ess es,  s ev er al  class if ier s   ar e  co m p a r ed .   A  b r ief   e x p lan atio n   o f   th ese  ca teg o r izatio n   m eth o d s   an d   class if ier s   is   p r o v id ed   as f o llo ws:   i)   SVM :  t h e  SVM  class if ier   p er f o r m a n ce   was  ev alu ate d   u s i n g   ten - f o ld   cr o s s - v alid atio n .   T h e  o b tain ed   class if icatio n   r esu lts   b ased   o n   ac cu r ac y ,   p r ec is io n ,   r ec all,   a n d   F - m ea s u r e   ar e  p r esen ted   in   Fig u r e  7 .   ii)   GB :  t h e  cla s s if icat io n   p er f o r m an ce   o f   GB   was  ev alu ated   u s in g   th e  s am e  ev alu atio n   p a r am eter s .   T h e   o b tain ed   ac c u r ac y   p er f o r m an c e  is   p r esen ted   in   Fig u r e   8.   iii)   XGBo o s t :  th e  p er f o r m an ce   o f   XGBo o s t   in   cla s s if y in g   m u s cu lar   atr o p h y   an d   m u s cu lar   d y s tr o p h y   u s in g   s E MG   s ig n als is   p r esen ted   in   Fig u r e  9 .   iv )   RF :  th e  RF   cla s s if ier   p er f o r m an ce   was  ev alu ated   u s in g   th e  s am e  ex p er im en tal  s etu p .   T h e  o b tain e d   ac cu r ac y   r esu lts   ar e  p r esen ted   in   Fig u r e  1 0 .               Fig u r e  7 .   Acc u r ac y   p er f o r m an ce   o f   SVM   Fig u r e  8 .   Acc u r ac y   p er f o r m an ce   o f   GB               Fig u r e  9 .   Acc u r ac y   p er f o r m an ce   o f   XGBo o s t   Fig u r e  1 0 .   Acc u r ac y   p er f o r m a n ce   o f   RF       4 . 3 .     Co m pa riso n o f   m a chine le a rning   a lg o rit hm s   T h e  o v er all  ac cu r a cy   p er f o r m an ce   o f   th e   m eth o d s   is   s h o wn   in   Fig u r e  1 1 ,   s u ch   as  SVM   as  in     Fig u r e  1 1 ( a) ,  GB   as  in   Fig u r e  1 1 ( b ) ,   XGBo o s t   as  in   Fig u r e  1 1 ( c) ,   a n d   RF   as  in   Fig u r e  1 1 ( d ) .  Fig u r es  1 2   to   1 4   s h o w  th e   p er f o r m an ce   o f   v ar i o u s   ev alu atio n   p ar am eter s   in   th e  p r ed ictio n   o f   m u s cu lar   atr o p h y   a n d   m u s cu lar   d y s tr o p h y   d is ea s es.  T h e  ex p er im en tal  r esu lts   s h o w  th e  co m p ar is o n   o f   GB ,  XGBo o s t ,   SVM ,   an d   R F   class if ier s   an d   ev alu ate  th e   p er f o r m an ce   o n   t h e  b ases   o f   ac cu r ac y ,   p r ec is io n ,   r ec all ,   an d   F - m ea s u r e.   I n   ter m s   o f   ac cu r ac y ,   p r ec is io n ,   r ec all,   an d   F - m ea s u r e   f o r   th e  class if icatio n   o f   m u s cu lar   atr o p h y   an d   m u s cu lar   d y s tr o p h y   u s in g   s E MG   s ig n als,  th e  ex p er im en tal  f in d in g s   s h o w  th at  th e  RF   class if ier   p er f o r m s   b etter   th an   SVM,   GB ,   an d   X GB o o s t .   T h e  ca p ac ity   o f   RF   to   m an a g e  h ig h - d im en s io n al  d ata  an d   s u cc ess f u lly   ca p tu r e  n o n - lin ea r   c o r r elatio n s   is   r esp o n s ib le  f o r   th is   h ig h er   p er f o r m an ce .   T h ese  r esu lts   alig n   with   ea r lier   r esear ch   th at  h as  b ee n   d o cu m en ted   in   liter atu r e.   Fo r   e x am p le,   Su b asi  et  a l.   [ 1 2 ]   s h o we d   th at  en s em b le - b ase d   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J Ar tif   I n tell     I SS N:   2252 - 8 9 3 8       C o mp a r is o n   o f m a ch in e  lea r n i n g   a lg o r ith ms to   id en tify m u s cu la r   a tr o p h y  a n d   …   ( Ga n g a   B h a va n i B illa )   3513   m eth o d s   g r ea tly   in cr ea s e  class if icatio n   ac cu r ac y   in   n eu r o m u s cu lar   d is o r d er   id en tific ati o n   b y   p r o p o s in g   an   EMG - b ased   class if icatio n   s y s tem   em p lo y in g   d is cr ete  wa v elet  tr an s f o r m   a n d   b ag g in g   tech n iq u es.  T h e   ef f icac y   o f   en s em b le  an d   tr ee - b ased   m o d els  was  also   d em o n s tr ated   b y   Kef alas  et  a l.   [ 1 5 ] ,   wh o   d em o n s tr ated   th at  au to m ated   m ac h i n e  lear n in g   tech n i q u es  p r o d u ce   d e p en d ab le  p er f o r m a n ce   in   d if f e r en tiatin g   b etwe en   n o r m al  an d   p at h o lo g ical  E M G  d ata.   Ad d itio n ally ,   th e  au th o r s   [ 1 0 ] ,   [ 1 4 ]   h a v e  r ep o r ted   g o o d   class if icatio n   ac cu r ac y   wh e n   u s in g   m ac h in e  lear n in g   ap p r o ac h es lik e  SVM  an d   ANN  f o r   E MG   s ig n al  an a ly s is .             ( a)   ( b )           ( c)   ( d )     Fig u r e  1 1 .   C o n f u s io n   m atr ix   o f   class if icatio n   r esu lts : ( a)   SV M,   ( b )   GB ,   ( c)   XGBo o s t ,   an d   ( d )   RF           Fig u r e  1 2 .   Mo d el  co m p ar is o n   f o r   1 6 0   f ea t u r es       Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 2 5 2 - 8 9 3 8   I n t J Ar tif   I n tell ,  Vo l.  15 ,   No .   4 ,  Au g u s t 2 0 2 6 :   3 5 0 5 - 3 5 1 7   3514         Fig u r e  1 3 .   Mo d el  co m p ar is o n   f o r   1 8 1   f ea t u r es           Fig u r e  1 4 .   Mo d el  co m p ar is o n   f o r   5   f ea tu r es       Ho wev er ,   th e   cu r r en t  wo r k   e x p an d s   th e   an aly s is   to   s ev er al  cir cu m s tan ce s ,   b o o s tin g   co m p lex ity   an d   clin ical  im p o r tan ce ,   wh er ea s   p r io r   r esear ch   m o s tly   co n c en tr ated   o n   b in a r y   class if icatio n   p r o b lem s .   T h e   r esu lts   o f   Has s an   et  a l.   [ 2 0 ] ,   wh o   em p h asized   th e  r o b u s tn ess   o f   b o o s tin g   alg o r ith m s   in   class if icatio n   ta s k s   in v o lv in g   co m p licated   d atas ets,  ar e  co n s is ten t  with   th e   p er f o r m an ce   en h a n ce m en t  s ee n   with   GB   an d   XGBo o s t  in   th is   s tu d y .   RF ,   o n   th e   o th er   h an d ,   s h o wed   s u p er io r   g e n er aliza tio n   a n d   s tab ilit y   o v e r   v a r io u s   f ea tu r e  s ets ( 1 6 0 ,   1 8 1 ,   an d   5   f ea tu r es),   m ak in g   it m o r e   ap p r o p r iate  f o r   th is   u s e  ca s e.     T h e  s tu d y   was  ca r r ied   o u t   u s in g   a  p u b licly   av ailab le  UC I   d ataset  with   a  s m all  n u m b er   o f   p ar ticip an ts ,   d esp ite   th e  s u g g e s ted   f r am ewo r k   ac h iev in g   en c o u r ag in g   class if icatio n   r esu lts .   T h e   d ataset' s   s ize   an d   c o n tr o lled   ac q u is itio n   c o n d itio n s   m ay   n o t   ac cu r atel y   r ef lect   th e   v ar iab ilit y   f o u n d   in   ac tu al  clin ical   s ettin g s ,   ev en   th o u g h   it  o f f e r s   a  h elp f u l   b en c h m ar k   f o r   co m p ar in g   m ac h i n e  lear n in g   tech n iq u es.  E MG   f ea tu r es  ca n   b e  g r ea tly   in f l u e n ce d   b y   a  n u m b er   o f   f ac t o r s ,   in clu d in g   p atien t   ag e,   d is ea s e  s ev er ity ,   m u s cle   g r o u p   v ar ian ce s ,   elec tr o d e  p la ce m en t  ch an g es,  a n d   s ig n al  n o is e.   As  a  r esu lt,  th e  p u b lis h ed   f in d in g s   o u g h t  to   b e  r eg ar d e d   as  a  p r elim in ar y   v alid atio n   o f   th e  s u g g ested   f r am ewo r k .   T o   f u r th er   ex am in e  th e  m o d el' s   r o b u s tn ess ,   g en er aliza b ilit y ,   an d   clin ical  r eliab ilit y ,   f u tu r e  r esear ch   s h o u ld   u s e  lar g er ,   m o r e  v ar ied ,   an d   clin ically   v alid ated   E MG   d ata s ets g ath er ed   f r o m   s ev er al  h ea lth ca r e  f ac ilit ies.   Ad d itio n ally ,   th is   s tu d y   h as  an   ed g e  o v er   p r ev io u s   r esear ch   th at  u s ed   s tatic  d atasets   b ec au s e  it  u s es   r ea l - tim e  E MG   d ata.   Acc o r d i n g   to   Nar d o   et  a l.   [ 1 1 ] ,   m ac h in e  lear n i n g   m o d els  n ee d   to   b e  r esil ien t  to   th e   co n s id er ab le  v ar iab ilit y   i n   E MG   s ig n als.  T h is   v ar ia b ilit y   is   h an d led   well  b y   th e   s u g g e s ted   m eth o d ,   wh ich   im p r o v es  d iag n o s tic  p er f o r m an ce .   Ov er all,   th e  r esu lts   s u p p o r t  cu r r e n t  r esear ch   tr en d s   an d   s h o w  th at  en s em b le - b ased   m ac h in e   lea r n in g   m o d els — RF   in   p ar ticu lar — ar e  h ig h ly   ef f ec tiv e   in   class if y in g   E MG   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.