Aufnahme des repräsentativen Handgebrauchs zu Hause mit egozentrischem Video bei Personen mit Beeinträchtigung der oberen Extremitäten

Zusammenfassung

Es wird ein Protokoll vorgeschlagen, um die natürliche Handfunktion von Personen mit Handbeeinträchtigungen während ihrer täglichen Routinen mit einer egozentrischen Kamera zu erfassen. Das Ziel des Protokolls ist es, sicherzustellen, dass die Aufzeichnungen repräsentativ für den typischen Handgebrauch einer Person bei Aktivitäten des täglichen Lebens zu Hause sind.

Zusammenfassung

Eine eingeschränkte Handfunktion nach neurologischen Verletzungen kann einen großen Einfluss auf die Unabhängigkeit und Lebensqualität haben. Die meisten bestehenden Untersuchungen der oberen Gliedmaßen werden persönlich durchgeführt, was nicht immer auf den Handgebrauch in der Gemeinschaft hinweist. Neuartige Ansätze zur Erfassung der Handfunktion im täglichen Leben sind erforderlich, um die tatsächlichen Auswirkungen von Rehabilitationsmaßnahmen zu messen. Egozentrisches Video in Kombination mit Computer Vision für die automatisierte Analyse wurde vorgeschlagen, um die Handnutzung zu Hause zu bewerten. Es gibt jedoch Einschränkungen für die Dauer kontinuierlicher Aufnahmen. Wir präsentieren ein Protokoll, das sicherstellen soll, dass die erhaltenen Videos repräsentativ für die täglichen Routinen sind und gleichzeitig die Privatsphäre der Teilnehmer respektieren.

Ein repräsentativer Aufzeichnungsplan wird durch einen kollaborativen Prozess zwischen den Forschern und den Teilnehmern ausgewählt, um sicherzustellen, dass die Videos natürliche Aufgaben und Leistungen erfassen und gleichzeitig für die Handbewertung nützlich sind. Die Verwendung der Geräte und Verfahren wird den Teilnehmern demonstriert. Insgesamt sind 3 h Videoaufnahmen über zwei Wochen geplant. Um Datenschutzbedenken zu reduzieren, haben die Teilnehmer die volle Kontrolle über das Starten und Stoppen von Aufnahmen und die Möglichkeit, die Videos zu bearbeiten, bevor sie an das Forschungsteam zurückgegeben werden. Erinnerungen werden zur Verfügung gestellt, sowie Hilfeanrufe und Hausbesuche, falls erforderlich.

Das Protokoll wurde mit 9 Schlaganfallüberlebenden und 14 Personen mit zervikaler Rückenmarksverletzung getestet. Die erhaltenen Videos enthielten eine Vielzahl von Aktivitäten wie Essenszubereitung, Geschirrspülen und Stricken. Es wurden durchschnittlich 3,11 ± 0,98 h Video erzielt. Die Aufzeichnungszeiträume variierten zwischen 12 und 69 d, aufgrund von Krankheit oder unerwarteten Ereignissen in einigen Fällen. Die Daten wurden erfolgreich von zweiundzwanzig von 23 Teilnehmern erhalten, wobei 6 Teilnehmer während der Aufzeichnungsphase zu Hause Unterstützung von den Ermittlern benötigten. Das Protokoll war effektiv, um Videos zu sammeln, die wertvolle Informationen über die Handfunktion zu Hause nach neurologischen Verletzungen enthielten.

Einleitung

Die Handfunktion ist eine Determinante für Unabhängigkeit und Lebensqualität in klinischen Populationen mit Beeinträchtigungen der oberen Extremitäten^1,2. Die Erfassung der Handfunktion von Personen mit Handbeeinträchtigungen zu Hause ist von entscheidender Bedeutung, um den Fortschritt ihrer Fähigkeit zur Durchführung von Aktivitäten des täglichen Lebens (ADLs) während und nach der Rehabilitation zu bewerten. Die meisten klinischen Handfunktionsbewertungen werden in einer klinischen oder Laborumgebung und nicht zu Hause durchgeführt^3,4. Bestehende klinische Handfunktionsbewertungen, die versuchen, die Auswirkungen auf ADLs zu Hause zu erfassen, sind Fragebögen und stützen sich auf subjektive selbstberichtete Bewertungen^5,6,7. Eine objektive Evaluierung zur Bewertung der endgültigen Auswirkungen der Rehabilitation auf die Handfunktion zu Hause ist noch nicht verfügbar.

In den letzten Jahren wurden viele tragbare Technologien entwickelt und implementiert, um die Funktion der oberen Gliedmaßen in realen Umgebungen zu erfassen. Tragbare Sensoren wie Beschleunigungssensoren und Trägheitsmesseinheiten (IMUs) wurden häufig verwendet, um Bewegungen der oberen Gliedmaßen im täglichen Leben zu messen. Diese Geräte unterscheiden jedoch typischerweise nicht, ob die erkannten Epochen zu den funktionellen Bewegungen der oberen Gliedmaßen^8,9gehören, definiert als zielgerichtete Bewegungen, die dazu bestimmt sind, eine gewünschte Aufgabe zu erledigen. Zum Beispiel reagieren einige tragbare Sensoren empfindlich auf das Vorhandensein von Schwingungen der oberen Gliedmaßen während des Gehens, was keine funktionelle Bewegung der oberen Extremität ist. Obwohl am Handgelenk getragene Beschleunigungsmesser bewegungen der oberen Gliedmaßen erfassen, können sie die Details der Handfunktion in realen Umgebungen nicht erfassen. Sensorisierte Handschuhe ermöglichen es, detailliertere Informationen über Handmanipulationen zu erfassen¹⁰, aber sie können für Menschen, deren Handfunktion und Empfindung bereits beeinträchtigt sind, umständlich sein. Es wurden auch tragbare Ansätze vorgeschlagen, um Fingerbewegungen durch Magnetometrie oder fingergetragene Beschleunigungsmesser^11,12,13zu erfassen, aber die funktionelle Interpretation dieser Bewegungen bleibt herausfordernd¹⁴. Obwohl zuvor vorgeschlagene tragbare Geräte klein und bequem zu bedienen sind, reichen sie nicht aus, um die Details und den funktionalen Kontext der Handnutzung zu beschreiben.

Tragbare Kameras wurden vorgeschlagen, um diese Lücken zu füllen und Details der Handfunktion während ADLs zu Hause für Neurorehabilitationsanwendungen zu erfassen^{15,16,17,18,19}. Die automatisierte Analyse egozentrischer Videos mit Computer Vision hat ein erhebliches Potenzial, die Handfunktion im Kontext zu quantifizieren, indem sie Informationen sowohl über die Hände selbst als auch über die in realen ADLs ausgeführten Aufgaben liefert²⁰. Auf der anderen Seite ist die Dauer kontinuierlicher Aufnahmen in der Regel durch Batterie-, Speicher- und Komfortüberlegungen auf etwa 1 bis 1,5 h begrenzt. Hier präsentieren wir innerhalb dieser Einschränkungen ein egozentrisches Videoerfassungsprotokoll, das datenbezieht, die sowohl repräsentativ für das tägliche Leben eines Individuums als auch informativ für die Bewertung der Handfunktion sind.

Protokoll

Die Studie wurde vom Research Ethics Board des University Health Network genehmigt. Vor der Einschreibung in die Studie wurde von jedem Teilnehmer eine unterschriebene Einwilligung nach Aufklärung eingeholt. Eine unterzeichnete Einwilligung nach Aufklärung wurde auch von allen Betreuern oder Haushaltsmitgliedern eingeholt, die in Videoaufzeichnungen erscheinen.

1. Überprüfung der Anwendbarkeit des Protokolls auf den Einzelnen

HINWEIS: Dieses Protokoll ist für Personen mit eingeschränkter, aber nicht vollständig fehlender Handfunktion gedacht (spezifische Kriterien können an die Bevölkerung und / oder die Frage von Interesse angepasst werden).

1. Fragen Sie die Teilnehmer, ob ihre betroffenen Hände ihre Fähigkeit zur Durchführung von ADLs beeinträchtigen.
   HINWEIS: Es wird empfohlen, die Teilnehmer zu bitten, einige Beispiele für Aufgaben zu geben, die sie unabhängig voneinander mit ihren betroffenen Händen ausführen können und nicht können.
2. Stellen Sie sicher, dass die Gesamtpunktzahl des Montreal Cognitive Assessment (MoCA) über 21 liegt, um potenzielle Schwierigkeiten beim Verstehen und Befolgen von Protokollverfahren zu vermeiden.

2. Bestimmung des Tagesablaufs der Teilnehmer

1. Bitten Sie die Teilnehmer, sich an ihre täglichen Routinen der letzten zwei Wochen zu erinnern. Dokumentieren Sie, welche täglichen Aufgaben wie lange und ungefähr zu welcher Zeit ausgeführt werden.
2. Wählen Sie in Zusammenarbeit mit den Teilnehmern 3 Zeitfenster von jeweils 1,5 h aus, in denen Videos aufgezeichnet werden sollen. Wählen Sie Zeitfenster aus, die über verschiedene Wochentage verteilt sind und stattfinden, wenn ADLs mit den Händen typischerweise nacheinander ausgeführt werden.
   HINWEIS: Die ausgewählten ADLs müssen repräsentativ für die typischen Aktivitäten jedes Teilnehmers sein und von ihnen als sinnvoll wahrgenommen werden. Die Planung von Aufzeichnungszeiträumen an verschiedenen Tagen soll die Vielfalt der erfassten ADLs erhöhen und die Erfassung nützlicher und aussagekräftiger Daten fördern.
   HINWEIS: Aufzeichnungszeitfenster sind für die Aufzeichnungseffizienz geplant, aber die Teilnehmer sollten verstehen, dass sie die volle Kontrolle darüber haben, wann sie mit der Aufnahme beginnen und aufhören müssen.

3. Vereinbarung von Aufzeichnungsplänen und Zielvideoinhalten mit den Teilnehmern

1. Holen Sie die Zustimmung jedes Teilnehmers zu den Aufzeichnungsplänen ein, nachdem Sie alle Bedenken besprochen haben, die sie möglicherweise haben.
2. Setzen Sie sich ein Ziel von 3 Stunden Videos über zwei Wochen. Informieren Sie die Teilnehmer, dass unzureichende Videos zu einer Verlängerung ihrer Aufzeichnungszeiträume führen können.

4. Betonung der Wichtigkeit, ADLs auf natürliche Weise durchzuführen

1. Weisen Sie die Teilnehmer an, sich auf die Erfassung realistischer Routinen zu konzentrieren, anstatt bestimmte Aktivitäten anzugeben, die aufgezeichnet werden sollen. Die Absicht der Anweisung ist es, die Teilnehmer davon abzuhalten, bestimmte Aktivitäten in größeren Mengen als für sie typisch künstlich aufzuzeichnen.

5. Benachrichtigung über mögliche Datenschutzprobleme bei Aufnahmen zu Hause

1. Stellen Sie sicher, dass die Teilnehmer verstehen, dass alle Aufnahmen in ihren Häusern und nicht an öffentlichen Orten stattfinden sollten, um Datenschutzprobleme zu vermeiden.
2. Geben Sie einige Beispiele, die Datenschutzbedenken aufwerfen können, z. B. Baden, An- und Ausziehen und Überprüfen vertraulicher Informationen. Erinnern Sie die Teilnehmer daran, spiegel zu beachten, die ihre Gesichter in den Aufnahmen zeigen können.
3. Schlagen Sie vor, dass die Teilnehmer die Anwesenheit anderer Personen wie Familienmitglieder oder Betreuer in den Videos so weit wie möglich vermeiden.
   HINWEIS: Im Rahmen von Forschungsstudien sollte in Fällen, in denen die Anwesenheit anderer Personen unvermeidbar ist, die Einwilligung nach Aufklärung von diesen Personen eingeholt werden.

6. Kamera- und Tablet-Anleitung

HINWEIS: Wenn die Teilnehmer während des Erstkontakts angeben, dass sie für viele ihrer täglichen Bedürfnisse Unterstützung durch die Pflegekraft benötigen, wird die Pflegekraft ermutigt, auch am Studienbesuch teilzunehmen und sich in der Verwendung der Ausrüstung schulen zu lassen, damit sie den Teilnehmer später unterstützen können.

1. Demonstrieren Sie den Teilnehmern, wie Sie eine egozentrische Kamera (Table of Materials) verwenden.
   1. Demonstrieren Sie, wie Sie die Kamera ein- und ausschalten.
   2. Demonstrieren Sie, wie Sie Aufnahmen (Start, Pause, Stopp) mit der Kamera steuern.
2. Demonstrieren Sie, wie Sie ein Tablet (Materialtabelle) mit der vorinstallierten Kamera-App verwenden, um die Aufnahmen gegebenenfalls zu steuern.
   HINWEIS: Die Demonstration umfasst die Steuerung der Aufnahmen über die Kamera-App sowie die Wiedergabe und Bearbeitung (z. B. Trimmen oder Löschen) der aufgenommenen Videos. Eine Kamerafernbedienung wurde zunächst in Betracht gezogen (Supplemental Files), wurde aber in der Praxis nicht verwendet, da die Teilnehmer mit der Kamera oder dem Tablet zum Starten und Stoppen von Aufnahmen vertraut waren.
   1. Demonstrieren Sie, wie Sie das Tablet ein- und ausschalten.
   2. Demonstrieren Sie, wie Sie das Tablet über die Kamera-App mit der Kamera verbinden.
   3. Demonstrieren Sie, wie Sie die Aufnahmen über die Kamera-App steuern.
   4. Demonstrieren Sie, wie Sie aufgezeichnete Videos aus der Kamera-App überprüfen.
   5. Demonstrieren Sie, wie Sie die Videos aus der Kamera-App zuschneiden oder löschen.
3. Demonstrieren Sie, wie Sie die Kamera mit einem elastischen Kopfband an- und ablegen, das am Kopf des Teilnehmers verstellbar ist.
   HINWEIS: Siehe Abbildung 1.
   
   Abbildung 1. Tragbare Kamera-Setup.  (A) Positionierung der egozentrischen Kamera. (B) Betrachtungswinkel von der Kamera. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen.
   1. Legen Sie die Kamera auf die Stirn des Teilnehmers. Stellen Sie das Stirnband so ein, dass die Kamera bequem und gleichmäßig getragen wird.
   2. Sorgen Sie für einen optimalen Winkel der Kamera in Bezug auf die Stirn.
   3. Bitten Sie die Teilnehmer, ein kurzes Videosegment aufzunehmen, während Sie die Hände vor sich bewegen und ein Objekt (z. B. das Tablet) manipulieren.
   4. Überprüfen Sie das aufgenommene Video und stellen Sie sicher, dass die beiden Hände im zentralen Bereich der Szene deutlich sichtbar waren, während Sie Manipulationsaufgaben durchführten.
   5. Üben Sie den Umgang mit Kamera und Tablet mit den Teilnehmern und ihren Betreuern, bis sie ihre Fähigkeiten unter Beweis stellen.

7. Geben der Ausrüstung

1. Geben Sie das Kit mit der gesamten Ausrüstung den Teilnehmern, um ihre ADLs zu Hause aufzuzeichnen. Zusätzlich zu Kamera und Tablet enthält das Kit zusätzliche Kamerabatterien, Ladegeräte für Kamera und Tablet, Ladekabel, Stirnband für die Kamera und einen gedruckten Satz von Richtlinien für die Verwendung der Kamera (siehe Zusatzmaterial).

8. Experimentelle Fehlerbehebung und Nachverfolgung

1. Geben Sie Kontaktinformationen der Forscher an, um Hindernisse während der eigentlichen Aufnahmen zu Hause zu lösen. Nach einer Woche rufen die Forscher die Teilnehmer an, um den Aufzeichnungsfortschritt zu dokumentieren und mögliche technische Probleme zu lösen.

9. Abruf von Geräten und Videos

1. Erhalten Sie alle Geräte und Videos von den Teilnehmern persönlich oder durch vorausbezahlte Postpakete.
2. Stellen Sie sicher, dass die Teilnehmer damit einverstanden sind, alle zurückgegebenen Videos zu teilen. Die Teilnehmer werden aufgefordert, alle gesammelten Videos zu überprüfen, bevor sie sie an das Forschungsteam zurückgeben, und alle Teile zu löschen, die sie nicht teilen möchten.
3. Überprüfen Sie für Forschungsstudien die zurückgegebenen Videos und überprüfen Sie, ob jemand im Video erscheint, ohne seine Zustimmung gegeben zu haben. Wenn ja, senden Sie Einwilligungsformulare oder rufen Sie die Personen an, die in den Videos erscheinen, um ihre Zustimmung zur Verwendung der Videos einzuholen. Wenn die Personen nicht erreichbar sind, werden die Teile der Videos, in denen sie erscheinen, von den Forschern gelöscht.

Ergebnisse

Demografie der Teilnehmer und Einschlusskriterien
Für diese Studien wurde eine Stichprobe von 23 Teilnehmern rekrutiert: 9 Schlaganfallüberlebende (6 Männer, 3 Frauen) und 14 Personen mit cSCI (12 Männer, 2 Frauen). Zusammenfassende demografische und klinische Informationen für die rekrutierte Stichprobe sind in Tabelle 1 aufgeführt.

Diskussion

Wir haben ein Protokoll für die Aufnahme von Videos von ADLs zu Hause mit tragbaren Kameras bei Personen mit Beeinträchtigungen der oberen Extremitäten wie cSCI und Schlaganfall vorgestellt. Das Protokoll ist flexibel und kann zielgerichtet sein, um die Handfunktionsleistung in bestimmten ADLs zu erfassen oder den Fortschritt der Rehabilitation bei zu Hause lebenden Menschen aus der Ferne zu verfolgen. Das egozentrische Sehparadigma hat ein großes Potenzial für die Fernüberwachung der Handfunktion bei In der Gemein...

Materialien

Name	Company	Catalog Number	Comments
Egocentric camera	GoPro Inc., CA, USA	GoPro Hero 4 and 5	A camera that records from a first-person angle.
Battery chager and batteries	GoPro Inc., CA, USA	MAX Dual Battery Charger + Battery	Extra batteries for the camera and battery charger
Camera charger	GoPro Inc., CA, USA	Supercharger	This charger is connected to the camera directly without disassembling the camera frame.
Camera frame	GoPro Inc., CA, USA	The Frame	The hinge of the camera frame can be used to adjust the angle of view of the camera.
Headband for the camera	GoPro Inc., CA, USA	Head Strap + QuickClip
SD card	SanDisk, CA, USA	32GB microSD
Tablet	ASUSTeK Computer Inc., Taiwan	ZenPad 8.0 Z380M	The tablet is installed with the GoPro App in order to connect with the camera.