Capturando representante uso da mão em casa usando vídeo egocêntrico em indivíduos com comprometimento do membro superior

Resumo

Um protocolo é proposto para capturar a função natural da mão de indivíduos com deficiências manuais durante suas rotinas diárias usando uma câmera egocêntrica. O objetivo do protocolo é garantir que as gravações representem o uso típico de mão de um indivíduo durante as atividades de vida diária em casa.

Resumo

A função da mão prejudicada após lesões neurológicas pode ter um grande impacto na independência e qualidade de vida. A maioria das avaliações de membros superiores existentes são realizadas pessoalmente, o que nem sempre indica o uso manual na comunidade. Novas abordagens para capturar a função da mão no cotidiano são necessárias para medir o verdadeiro impacto das intervenções de reabilitação. Vídeo egocêntrico combinado com visão computacional para análise automatizada foi proposto para avaliar o uso manual em casa. No entanto, há limitações à duração das gravações contínuas. Apresentamos um protocolo projetado para garantir que os vídeos obtidos sejam representativos das rotinas diárias, respeitando a privacidade dos participantes.

Um cronograma de gravação representativo é selecionado por meio de um processo colaborativo entre os pesquisadores e participantes, para garantir que os vídeos capturem tarefas naturais e desempenho, ao mesmo tempo em que são úteis para avaliação manual. O uso dos equipamentos e procedimentos é demonstrado aos participantes. Um total de 3 horas de gravações de vídeo estão programadas ao longo de duas semanas. Para reduzir as preocupações com a privacidade, os participantes têm controle total para iniciar e parar as gravações e a oportunidade de editar os vídeos antes de devolvê-los à equipe de pesquisa. Lembretes são fornecidos, bem como chamadas de ajuda e visitas domiciliares, se necessário.

O protocolo foi testado com 9 sobreviventes de acidente vascular cerebral e 14 indivíduos com lesão medular cervical. Os vídeos obtidos continham uma variedade de atividades, como preparação de refeições, lavagem de pratos e tricô. Foram obtidas médias 3,11 ± 0,98h de vídeo. Os períodos de registro variaram de 12 a 69 d, devido a doenças ou eventos inesperados em alguns casos. Os dados foram obtidos com sucesso de 22 dos 23 participantes, com 6 participantes necessitando de assistência dos investigadores durante o período de registro domiciliar. O protocolo foi eficaz para a coleta de vídeos que continham informações valiosas sobre a função da mão em casa após lesões neurológicas.

Introdução

A função manual é determinante da independência e qualidade de vida entre populações clínicas com comprometimento dos membros superiores^1,2. Capturar a função manual de indivíduos com deficiências manuais em casa é vital para avaliar o progresso de sua capacidade de realizar atividades de vida diária (ADLs) durante e após a reabilitação. A maioria das avaliações de funções manuais clínicas são realizadas em ambiente clínico ou laboratorial, e não em casa^3,4. As avaliações de funções clínicas existentes que buscam capturar o impacto sobre as ADLs em casa são questionários e dependem das classificações subjetivas autorrenotadas^5,6,7. Uma avaliação objetiva para avaliar o impacto final da reabilitação na função manual em casa ainda não está disponível.

Nos últimos anos, muitas tecnologias vestíveis foram desenvolvidas e implementadas para capturar a função dos membros superiores em ambientes do mundo real. Sensores vestíveis, como acelerômetros e unidades de medição inercial (IMUs) têm sido comumente usados para medir os movimentos dos membros superiores na vida diária. No entanto, esses dispositivos normalmente não distinguem se as épocas detectadas pertencem a movimentos funcionais do membro superior^8,9, definidos como movimentos propositais destinados a completar uma tarefa desejada. Por exemplo, alguns sensores vestíveis são sensíveis à presença de balanços de membros superiores durante a caminhada, que não é um movimento funcional do membro superior. Além disso, embora os acelerômetros desgastados pelo pulso capturem movimentos dos membros superiores, eles não podem capturar os detalhes da função da mão em ambientes do mundo real. Luvas sensoriais permitem capturar informações mais detalhadas sobre manipulações manuais^10,mas podem ser complicadas para pessoas cuja função e sensação da mão já estão prejudicadas. Abordagens vestíveis também foram propostas para capturar movimentos dos dedos através de magnetometria ou acelerômetros desgastados pelos dedos^11,12,13, mas a interpretação funcional desses movimentos permanece desafiadora¹⁴. Assim, embora os dispositivos vestíveis previamente propostos sejam pequenos e convenientes de usar, eles são insuficientes para descrever os detalhes e o contexto funcional do uso manual.

Câmeras vestíveis foram propostas para preencher essas lacunas e capturar detalhes da função manual durante as ADLs em casa para aplicações de neuroreabilitação^{15,16,17,18,19}. A análise automatizada de vídeos egocêntricos usando visão computacional tem um potencial considerável para quantificar a função da mão no contexto, fornecendo informações tanto sobre as próprias mãos quanto sobre as tarefas realizadas em ADLs^{reais 20}. Por outro lado, a duração das gravações contínuas é tipicamente limitada a aproximadamente 1 a 1,5 h por considerações de bateria, armazenamento e conforto. Aqui, dentro dessas restrições, apresentamos um protocolo egocêntrico de coleta de vídeo destinado a obter dados que sejam tanto representativos do cotidiano de um indivíduo quanto informativos para avaliação da função manual.

Protocolo

O estudo foi aprovado pelo Conselho de Ética em Pesquisa da Rede Universitária de Saúde. O consentimento informado assinado foi obtido de cada participante antes da inscrição no estudo. O consentimento informado assinado também foi obtido de qualquer cuidador ou familiar que aparecesse em gravações de vídeo.

1. Verificação da aplicabilidade do protocolo ao indivíduo

NOTA: Este protocolo destina-se a ser aplicado a indivíduos com função manual prejudicada, mas não completamente ausente (critérios específicos podem ser adaptados à população e/ou questão de interesse).

1. Pergunte aos participantes se suas mãos afetadas afetam sua capacidade de realizar ADLs.
   NOTA: Recomenda-se pedir aos participantes que dêem alguns exemplos de tarefas que podem e não podem realizar independentemente com as mãos afetadas.
2. Verifique se o escore total da Avaliação Cognitiva de Montreal (MoCA) está acima de 21, a fim de evitar possíveis dificuldades para entender e seguir os procedimentos de protocolo.

2. Determinação da rotina diária dos participantes

1. Peça aos participantes que relembrem suas rotinas diárias nas últimas duas semanas. Documento que tarefas diárias são realizadas, por quanto tempo, e aproximadamente em que momento.
2. Em colaboração com os participantes, selecione 3 horários de 1,5 h cada durante o qual para gravar vídeos. Selecione horários que são espalhados ao longo de diferentes dias da semana, e ocorra quando ADLs envolvendo as mãos são normalmente realizadas em sequência.
   NOTA: Os ADLs selecionados devem ser representativos das atividades típicas de cada participante e serem percebidos por eles como significativos. Agendar períodos de gravação em dias diferentes visa aumentar a variedade de ADLs gravadas e promover a captura de dados úteis e significativos.
   NOTA: Os horários de gravação estão programados para registrar a eficiência, mas os participantes devem entender que têm controle total de quando iniciar e parar as gravações.

3. Acordo sobre cronogramas de gravação e conteúdo de vídeo direcionado com os participantes

1. Obtenha concordância de cada participante nos horários de gravação, depois de discutir quaisquer preocupações que possam ter.
2. Estabeleça uma meta de 3h de vídeos ao longo de duas semanas. Informe os participantes que vídeos insuficientes podem levar à extensão de seus períodos de gravação.

4. Ênfase na importância de realizar ADLs naturalmente

1. Instrua os participantes a se concentrarem em capturar rotinas realistas, em vez de especificar atividades específicas para registrar. A intenção da instrução é desencorajar os participantes de registrar artificialmente atividades específicas em maiores quantidades do que é típico para eles.

5. Notificação de possíveis problemas de privacidade durante gravações em casa

1. Certifique-se de que os participantes entendam que todas as gravações devem ocorrer dentro de suas casas, não em locais públicos para evitar problemas de privacidade.
2. Dê alguns exemplos que podem levantar preocupações de privacidade, como tomar banho, vestir/tirar a roupa e verificar informações confidenciais. Lembre os participantes para estarem atentos aos espelhos, que podem mostrar seus rostos nas gravações.
3. Sugiro que os participantes evitem a presença de outras pessoas, como familiares ou cuidadores, tanto quanto possível nos vídeos.
   NOTA: No contexto de estudos de pesquisa, nos casos em que a presença de outras pessoas é inevitável, o consentimento informado deve ser obtido desses indivíduos.

6. Instrução de câmera e tablet

NOTA: Se os participantes indicarem durante o contato inicial que necessitam de assistência ao cuidador para muitas de suas necessidades diárias, o cuidador é incentivado a também participar da visita de estudo e ser treinado sobre o uso do equipamento, para que possam posteriormente auxiliar o participante.

1. Demonstre como usar uma câmera egocêntrica(Tabela de Materiais)aos participantes.
   1. Demonstre como ligar e desligar a câmera.
   2. Demonstre como controlar gravações (iniciar, pausar, parar) usando a câmera.
2. Demonstre como usar um tablet (Tabela de Materiais) com o aplicativo de câmera pré-instalado para controlar as gravações, se for o caso.
   NOTA: A demonstração inclui controlar as gravações do aplicativo da câmera, bem como reproduzir e editar (por exemplo, aparar ou excluir) os vídeos gravados. Um controle remoto da câmera foi inicialmente considerado(Arquivos Suplementares),mas na prática não foi utilizado porque os participantes estavam confortáveis usando a câmera ou tablet para iniciar e parar as gravações.
   1. Demonstre como ligar e desligar o tablet.
   2. Demonstre como conectar o tablet à câmera através do aplicativo de câmera.
   3. Demonstre como controlar as gravações do aplicativo da câmera.
   4. Demonstre como revisar vídeos gravados do aplicativo de câmera.
   5. Demonstre como aparar ou excluir os vídeos do aplicativo da câmera.
3. Demonstre como doar e doff a câmera usando uma faixa elástica ajustável à cabeça do participante.
   NOTA: Veja a Figura 1.
   
   Figura 1. Configuração da câmera vestível.  (A) Posicionamento da câmera egocêntrica. (B) Ângulo de visão da câmera. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.
   1. Coloque a câmera na testa do participante. Ajuste a faixa da cabeça para usar a câmera de forma confortavelmente e constante.
   2. Certifique-se de um ângulo ideal da câmera em relação à testa.
   3. Peça aos participantes que gravem um pequeno segmento de vídeo enquanto movem as mãos na frente deles e manipulam um objeto (por exemplo, o tablet).
   4. Revise o vídeo gravado e garanta que as duas mãos fossem claramente visíveis na região central da cena enquanto conduziam tarefas de manipulação.
   5. Pratique o uso da câmera e do tablet com os participantes e seus cuidadores, até demonstrarem proficiência.

7. Dar o equipamento

1. Dê o kit com todos os equipamentos aos participantes para registrar suas ADLs em casa. Além da câmera e tablet, o kit inclui baterias extras de câmera, carregadores de bateria para câmera e tablet, cabos de carregamento, banda na cabeça para a câmera e um conjunto impresso de diretrizes para o uso da câmera (Veja o Material Suplementar).

8. Solução experimental de problemas e acompanhamento

1. Fornecer informações de contato dos pesquisadores para ajudar a resolver obstáculos durante as gravações reais em casa. Após uma semana, os pesquisadores convocam os participantes para documentar o progresso da gravação e resolver eventuais problemas técnicos.

9. Recuperação de equipamentos e vídeos

1. Retreive todos os equipamentos e vídeos dos participantes pessoalmente ou através de encomendas de correio pré-pagas.
2. Certifique-se de que os participantes concordem em compartilhar todos os vídeos retornados. Os participantes são encorajados a revisar todos os vídeos coletados antes de devolvê-los à equipe de pesquisa e a excluir quaisquer partes que eles não desejam compartilhar.
3. Para estudos de pesquisa, revise os vídeos retornados e verifique se alguém aparece no vídeo sem ter dado seu consentimento. Nesse caso, envie formulários de consentimento ou ligue para os indivíduos que aparecem nos vídeos para obter seus consentimentos para uso dos vídeos. Se os indivíduos não forem alcançáveis, as partes dos vídeos em que aparecem são excluídas pelos pesquisadores.

Resultados

Demografia dos participantes e critérios de inclusão
Foram recrutados 23 participantes para estes estudos: 9 sobreviventes de AVC (6 homens, 3 mulheres) e 14 indivíduos com ICSCI (12 homens, 2 mulheres). As informações demográficas e clínicas sumárias da amostra recrutada são relatadas na Tabela 1.

Idade (ano...

Discussão

Apresentamos um protocolo para gravação de vídeos de ADLs em casa usando câmeras vestíveis em indivíduos com deficiências nos membros superiores, como cSCI e derrame. O protocolo é flexível e pode ser direcionado para capturar o desempenho da função manual em ADLs específicos ou acompanhar o progresso da reabilitação remotamente em pessoas que vivem em casa. O paradigma da visão egocêntrica tem grande potencial para o monitoramento remoto da função manual em indivíduos que vivem na comunidade, e para o...

Materiais

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.