Desarrollo conceptual y uso de un método automatizado de evaluación de la ingesta de alimentos y el comportamiento alimentario

Resumen

Este protocolo muestra y explica un nuevo método de evaluación dietética basado en la tecnología. El método consiste en una bandeja de comedor con múltiples básculas de pesaje incorporadas y una cámara de vídeo. El dispositivo es único en el sentido de que incorpora medidas automatizadas de la ingesta de alimentos y bebidas y el comportamiento alimentario en el transcurso de una comida.

Resumen

La gran mayoría de los métodos de evaluación del comportamiento alimentario y dietético se basan en autoinformes. Son gravosos y también propensos a errores de medición. Las innovaciones tecnológicas recientes permiten el desarrollo de herramientas de evaluación del comportamiento alimentario y dietético más preciso y preciso que requieren menos esfuerzo tanto para el usuario como para el investigador. Por lo tanto, se desarrolló un nuevo dispositivo basado en sensores para evaluar la ingesta de alimentos y el comportamiento alimentario. El dispositivo es una bandeja de comedor regular equipada con una cámara de video y tres estaciones de pesaje integradas separadas. Las estaciones de pesaje miden el peso del tazón, el plato y la taza de bebida continuamente en el transcurso de una comida. La cámara de video colocada en la cara registra las características de comportamiento alimentario (masticaciones, mordeduras), que se analizan utilizando un software de expresión facial automática basado en inteligencia artificial (IA). El peso de la bandeja y los datos de vídeo se transportan en tiempo real a un ordenador personal (PC) mediante un receptor inalámbrico. Los resultados de interés, como la cantidad consumida, la tasa de ingerición y el tamaño de la mordedura, se pueden calcular restando los datos de estas medidas en los momentos de interés. La información obtenida por la versión actual de la bandeja se puede utilizar con fines de investigación, una versión mejorada del dispositivo también facilitaría la provisión de asesoramiento más personalizado sobre la ingesta dietética y el comportamiento alimentario. Contrariamente a los métodos de evaluación dietética convencionales, este dispositivo de evaluación dietética mide la ingesta de alimentos directamente dentro de una comida y no depende de la memoria o la estimación del tamaño de la porción. En última instancia, este dispositivo es, por lo tanto, adecuado para la ingesta diaria de alimentos y las medidas de comportamiento alimentario. En el futuro, este método de evaluación dietética basado en la tecnología se puede vincular a aplicaciones de salud o relojes inteligentes para obtener una visión general completa del ejercicio, la ingesta de energía y el comportamiento alimentario.

Introducción

En la investigación de la nutrición y la práctica dietética, es clave tener buenas medidas de qué, cuánto y cómo comen las personas, para encontrar soluciones a los problemas de sobrepeso y obesidad. Para evaluar la ingesta dietética, a menudo se utilizan cuestionarios convencionales de autoinforme, como diarios de alimentos, retiros de 24 horas o cuestionarios de frecuencia de alimentos^1. Estos métodos se basan en el autoinforme y, por lo tanto, consumen mucho tiempo y son propensos al sesgo debido a respuestas socialmente deseables, insuficiencia de memoria y dificultades para estimar los tamaños de las porciones^2,3. Además de las medidas de la calidad de la dieta (tipo de alimento y cantidad ingerida), también es importante saber cómo se comen los alimentos, ya que se ha demostrado que las conductas alimentarias que ralentizan la ingesta de alimentos previenen el consumo excesivo dentro de una comida^4. Para evaluar el comportamiento alimentario el estándar de oro es que dos observadores anoten grabaciones de video de personas comiendo una comida⁵. Este método es bastante laborioso y lento y no permite una retroalimentación inmediata sobre el comportamiento.

Los avances tecnológicos recientes ahora brindan la oportunidad de combinar medidas automatizadas de la ingesta de alimentos con medidas automatizadas del comportamiento alimentario en el transcurso de una comida. En respuesta a estos desarrollos, se desarrolló un nuevo método de evaluación dietética basado en sensores, llamado mEETr, el acrónimo de las dos palabras holandesas 'Meter' (traducido: dispositivo de medición) y 'eet' (traducido: comer). El mEETr es una bandeja de comedor normal con tres estaciones de pesaje incorporadas(la Figura 1 demuestra el diseño de la bandeja y las placas del sensor) y un soporte para cámara. Cada estación de pesaje consta de tres puntos de medición colocados triangularmente para distribuir el peso. Las estaciones de pesaje miden el peso del tazón, el plato y la taza o el vaso para beber continuamente durante la comida. El mEETr también incluye un soporte para cámara de vídeo. Actualmente, el soporte de la cámara está separado de la bandeja, pero para fines de estandarización, una cámara integrada después de la próxima actualización de mEETr (un stick de cámara de video plegable) sería ideal. La cámara facilita el análisis automatizado en tiempo real del número de mordeduras y masticaciones, y la duración de la alimentación, lo que permite la generación de información sobre la tasa de alimentación y el tamaño de la mordedura. El análisis automatizado del comportamiento alimentario se realiza con el uso de un algoritmo recientemente desarrollado. Varios grupos de investigación han desarrollado dispositivos para proporcionar a las personas retroalimentación en tiempo real sobre la aceleración de la alimentación y la cantidad de personas comen⁶. Además, se han desarrollado horquillas aumentadas para proporcionar retroalimentación en tiempo real sobre el número de picaduras y su frecuencia dentro de una comida^7. Además, se desarrolló un sensor auditivo para medir la microestructura de comer en condiciones de vida libres^8,9. Similar a este dispositivo es la configuración utilizada por Ioakimidis et al.^10,donde las medidas de video se combinaron con una placa de pesaje para determinar la ingesta de alimentos, el número de mordeduras y el comportamiento de masticación.

En comparación con estos dispositivos, la novedad del mEETr es que combina medidas automatizadas de la ingesta de alimentos de dos platos y una taza para beber (n = 3) y el comportamiento alimentario (por ejemplo, la tasa de alimentación, el número de picaduras, el tamaño de la mordedura y el comportamiento de masticación) en un solo dispositivo. El mEETr, como se ha demostrado, es adecuado para las mediciones de la ingesta de alimentos y el comportamiento alimentario dentro de un entorno controlado (laboratorio de alimentación), pero eventualmente el objetivo es usar el mEETr en entornos menos controlados donde se utilizan planes de comidas recurrentes, como guarderías, hogares de ancianos y hospitales.

En última instancia, el mEETr proporcionará una medida más objetiva y, como tal, más precisa y precisa de la ingesta de alimentos y el comportamiento alimentario que los métodos convencionales de evaluación dietética y la codificación manual de videos. Una mejor medida de la ingesta de alimentos beneficiaría a la investigación en nutrición y salud, pero también a los profesionales de la salud en su desafío de combatir el aumento de las enfermedades no transmisibles relacionadas con los alimentos¹¹. En última instancia, el mEETr se puede utilizar en entornos de investigación y atención médica, así como por usuarios conscientes de la salud en el hogar, vinculando el mEETr a tecnologías y software existentes, como otras aplicaciones de salud o relojes inteligentes. En general, estas medidas de salud proporcionan al usuario o al profesional de la salud una visión general bastante diversa y completa de una variedad de patrones de comportamiento de salud (por ejemplo, ingesta de alimentos, comportamiento alimentario, gasto de energía basado en medidas de la vida real, sueño, estrés) que permiten al usuario optimizar su dieta y crear un estilo de vida saludable.

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Protocolo

Este estudio piloto fue aprobado por el METC de la Universidad de Wageningen antes de comenzar el proyecto.

PRECAUCIÓN: Todos los participantes que contribuyeron a este proyecto proporcionaron un consentimiento informado, incluyendo la aprobación de imágenes de video que muestran rostros visibles y reconocibles.

1. Preparación de la muestra y consentimiento del participante

1. Prepare un jugo (vaso o taza), yogur de fruta (tazón de fuente) y trozos de fruta (plato).
   NOTA: Estos alimentos se seleccionan únicamente con fines de demostración (Figura 2).
2. Reclutar a un participante o un voluntario que acepte participar en el estudio.
3. Excluir a los participantes que usen anteojos (que no puedan usar lentes de contacto) y/o que tengan vello facial (barba o bigote) para evitar errores de medición.
4. Informar a los participantes sobre el estudio y la recolección de datos (almacenamiento de datos, accesibilidad). Obtenga permisos independientes en caso de grabaciones de vídeo no anónimas. Obtener la firma del participante en el consentimiento informado antes de recopilar los datos.

2. Configuración del dispositivo y de la ubicación de medición

NOTA: Este protocolo es adecuado para la recopilación de datos en un entorno controlado (laboratorio dealimentación).

1. Asegúrese de que la luz en la sala esté distribuida uniformemente, evite las sombras en las caras de los participantes.
2. Evite el ruido de fondo en las grabaciones de video debido a la presencia de personas que no sean el participante.
3. Asiente al participante en una silla ante una mesa; con la mesa situada justo debajo del pecho del participante.
4. Conecte el receptor inalámbrico de la bandeja y la cámara web a un portátil.
5. Inicie la computadora portátil. Asegúrese de que la computadora portátil tenga las siguientes especificaciones: CPU i7-10750H, SSD M.2 512 GB, Memoria 1x 16 GB, DDR4 2933 MHz sin memoria ECC, Sistema operativo de 64 bits.
6. Encienda la bandeja y asegúrese de que haya carga en la bandeja (luz verde).
7. Abra el programa conector (dos), el receptor y el programa de software del procesador junto con el panel, respectivamente.
8. Compruebe la calidad de imagen entrante en el programa del procesador (Figura 3).
   NOTA: Para detectar el comportamiento alimentario, la calidad de la imagen debe estar dentro del último cuarto de la barra de tareas (verde); tan cerca de 100% verde como sea posible. La formación de sombras puede conducir a una baja calidad de imagen.
9. Asegúrese de que el marco de la imagen es correcto para evitar una mala calidad de imagen. Asegúrese de que la cabeza del participante (por encima del cráneo) hasta el pecho, incluidos los brazos y los hombros, sean claramente visibles.

3. Sistema de pesaje y transporte de datos

1. Valide las medidas antes del uso del mEETr por primera vez.
   NOTA: El dispositivo mEETr consiste en una bandeja de comedor regular disponible comercialmente (bandeja de cena epoxi forzada de fibra) con tres estaciones de pesaje incorporadas(Figura 2).
2. Para validar la configuración, asegúrese de que la bandeja mida continuamente el peso de un plato, un recipiente y un vaso para beber.
   NOTA: La precisión de la báscula de pesaje en toda la gama debe ser del 0,3%.
3. No coloque demasiado peso en cada plataforma de pesaje. El peso máximo para la plataforma más grande (plato de la cena) es de 1,5 kg. El peso máximo de las dos plataformas de pesaje más pequeñas (cuenco y vidrio) es de 800 g. El peso mínimo que se puede medir con precisión es de 1 g para cada estación de pesaje.
4. Asegúrese de que el plato, la taza y el recipiente no estén descansando en la plataforma o en la bandeja circundante. Hacer uso del anillo central para evitar esto.
   NOTA: Cada estación de pesaje consta de tres sensores de fuerza colocados en triángulo que actúan juntos como una báscula. Se eligió una posición triangular para equilibrar el peso.
5. Asegúrese de mantener la bandeja seca. La bandeja incluye un panel base delgado de 50 mm (placa de circuito central) debajo de la bandeja que contiene la electrónica.
6. Para la transferencia de datos, asegúrese de que la bandeja se conecta a un receptor inalámbrico.
   NOTA: Transfiera los datos de pesaje a un intervalo de 1 s a través de una señal de radio de corto alcance (aproximadamente 1 m de distancia). Conecte el receptor a un ordenador personal (PC) a través de un puerto USB.
7. Los tres sensores de fuerza miden las fuerzas (o pesos), las suman y las convierten en un valor de peso calibrado.
8. Recargue la bandeja después de cada uso.
   NOTA: La bandeja está alimentada por una batería interna y se puede cargar con un cargador USB. Un interruptor deslizante de encendido/apagado se encuentra cerca de la toma USB. Una carga de batería completa proporciona alrededor de 20 h de uso.
9. No limpie la bandeja en un lavavajillas; la bandeja no es a prueba de lavavajillas. Limpie la bandeja con un spray de limpieza. Asegúrese de que la bandeja se mantenga limpia y seca. Los canales de fugas a lo largo de las plataformas drenan los derrames de líquido.

4. Explicaciones de los participantes e inicio de la observación

1. Coloque el mEETr delante del participante.
2. Instruya al participante a 1) coma tanto o tan poco como quiera, 2) mire directamente a la cámara web mientras come, y 3) no ponga las manos delante de la cara mientras come.
3. Inicie una nueva observación en el software del receptor. Registre la fecha, el número de participante, el sexo del participante, la edad y los datos antropométricos, como el peso y la altura. Incluya información adicional como la condición del estudio y la visita del estudio en el nombre de la observación.
4. Pulse Grabar en el software receptor para registrar la observación.
5. Active el tablero para comprobar las grabaciones de vídeo y los datos entrantes durante la recogida de datos (Figura 4).
6. Antes de la grabación, pídale al participante que 1) levante la tarjeta con el número de participante, y 2) levante la mano al inicio y al final de la comida.
7. Termine la observación cuando el participante termine de comer. Se tarda 2 minutos en transferir todos los datos a una hoja de cálculo.
8. Este es el final de la sesión para el participante.
9. Desconecte la cámara web y el receptor de la bandeja de la computadora portátil y límpiese con un pañuelo de limpieza o un aerosol de limpieza.

5. Evaluación y transferencia de datos

1. Abra la última observación en el software del receptor. Las medidas automatizadas del comportamiento alimentario se almacenan bajo el título Datos. Haga clic en Exportar datos para extraer los datos sin procesar. El archivo de salida posterior contiene datos sobre el número de participantes, el tiempo real, la hora relativa (de inicio) y las variables de comportamiento alimentario (número de mordeduras, número de masticaciones, duración de la masticación) por participante de la prueba.
   Nota : todos los comportamientos tienen marca de tiempo. En el software receptor, se pueden extraer datos externos adicionales de la bandeja, por ejemplo, los datos sobre el peso de cada una de las tres bandejas. Los datos se registran 10 veces por segundo y se transfieren. El tiempo de recopilación de datos de la bandeja se sincroniza con los registros de comportamiento alimentario.
2. Resuma y visualice los resultados en diferentes gráficos de barras dentro del propio programa. Exportar los resultados como datos sin procesar en archivos de registro (.xsl) (Figura 5).
3. Exporte los archivos de registro a una hoja de cálculo y realice el análisis de datos utilizando el programa estadístico de preferencia.
4. Limpie los datos antes del análisis de datos.
   NOTA: Debido a las distorsiones de prensado con cubiertos en las placas (causando un aumento de peso), los datos de pesaje de la bandeja deben limpiarse a una curva de Kaplan Meier con el tamaño del paso que indica el tamaño de la mordida, la longitud del paso que indica el tiempo entre las mordeduras. El principio de la curva indica el peso inicial, el último paso indica el peso final) de la siguiente manera.
   1. Alisar a lo largo de los puntos de tiempo a las mediciones por segundo para filtrar los valores extremos.
   2. Establezca el límite de 5 g, detecte mesetas de peso (es decir, sin cambios dentro de +/- 5 g) y cambios de peso (cambios a lo largo del tiempo mayores de 5 g) para indicar los tamaños de las mordeduras y los cambios en las porciones.
   3. Excluya el aumento de peso debido a los cubiertos que permanecen en el plato.
      NOTA: La salida es los cambios de peso total por estación de peso comenzar y terminar la comida (= tamaño de la comida), tamaño promedio de la mordida, y mordeduras por minuto.
5. Para determinar los cambios en la tasa de alimentación (g/seg) y el tamaño de la mordida (g/mordida) a lo largo de la comida, integre manualmente los datos de peso de la bandeja y el comportamiento alimentario(Figura 6, Figura 7, Figura 8, Figura 9, Figura 10).

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Resultados

Una tasa de ingestión más lenta(Figura 7),tamaños de sorbo/bocado más pequeños(Figura 8),y más masticaciones(Figura 9)llevaron a una menor ingesta de la ensalada en comparación con el yogur y el jugo(Figura 6)medidos por la bandeja mEETr. Los participantes edieron un 17% menos de la ensalada de frutas en comparación con el jugo de fruta. Todas las características de comportamiento alimentario d...

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Discusión

Una dieta saludable y un comportamiento alimentario saludable han demostrado jugar un papel clave en la prevención y solución al sobrepeso y la obesidad¹¹. Sin embargo, muchos de los métodos utilizados para medir la ingesta dietética y el comportamiento alimentario son onerosos para los usuarios, investigadores y profesionales de la salud y pueden estar sesgados, ya que dependen de las estimaciones de memoria y tamaño de las porciones. El uso del mEETr, de forma independiente o junto con los ...

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Materiales

Name	Company	Catalog Number	Comments
Battery	na	na	Battery pack (LiPo) and charge electronics via an USB port connector. No data from this port.
Connector program	Noldus		Noldus Information technology software dashboard nview
Dinner tray	na	na	Standard dinner tray from glass inforced epoxy
Larger scale	na	na	One high range custom made scale based on a triple force sensor method.
Mainboard	na	na	A mainboard converting the three scale measurements to calibrated weight numbers. This board also contains the low power short range RF transmitter.
OS Windows	Microsoft		windows 10 Pro 64 bit
Processor program	Noldus		Noldus Information technology software FaceReader
Receiver program	Noldus		Noldus Information technology software Observer
RF receiver	na	na	Custom build USB converter connected to a RF receiver. This receiver has a squelch setting for making it low range sensitive.
Small scales	na	na	Two low range custom made scales based on a triple force sensor method.