לכידת שימוש ביד נציג בבית באמצעות וידאו אגוצנטרי אצל אנשים עם ליקוי בגפיים העליונות
Summary
פרוטוקול מוצע ללכוד תפקוד יד טבעי של אנשים עם ליקויים ביד במהלך שגרת היומיום שלהם באמצעות מצלמה אגוצנטרית. מטרת הפרוטוקול היא להבטיח שההקלטות מייצגות שימוש אופייני ביד של אדם במהלך פעילויות של חיי היומיום בבית.
Abstract
תפקוד ידיים לקוי לאחר פציעות נוירולוגיות יכול להיות בעל השפעה גדולה על עצמאות ואיכות החיים. רוב הערכות הגפיים העליונות הקיימות מתבצעות באופן אישי, מה שלא תמיד מעיד על שימוש ביד בקהילה. גישות חדשניות ללכידת תפקוד היד בחיי היומיום נדרשות כדי למדוד את ההשפעה האמיתית של התערבויות שיקומיות. וידאו אגוצנטרי בשילוב עם ראייה ממוחשבת לניתוח אוטומטי הוצע להעריך את השימוש ביד בבית. עם זאת, קיימות מגבלות למשך ההקלטות הרציפה. אנו מציגים פרוטוקול שנועד להבטיח שהסרטונים המתקבלים מייצגים את שגרת היומיום תוך כיבוד פרטיות המשתתפים.
לוח זמנים מייצג להקלטה נבחר באמצעות תהליך שיתוף פעולה בין החוקרים למשתתפים, כדי להבטיח שהסרטונים יתפסו משימות וביצועים טבעיים, תוך שימוש בהערכת ידיים. השימוש בציוד ובנהלים מודגם למשתתפים. בסך הכל 3 שעות של הקלטות וידאו מתוכננות במשך שבועיים. כדי להפחית את חששות הפרטיות, למשתתפים יש שליטה מלאה להתחיל ולהפסיק הקלטות, ואת ההזדמנות לערוך את הסרטונים לפני החזרתם לצוות המחקר. תזכורות מסופקות, כמו גם שיחות עזרה וביקורי בית במידת הצורך.
הפרוטוקול נבדק עם 9 ניצולי שבץ ו -14 אנשים עם פגיעה בחוט השדרה צוואר הרחם. הסרטונים שהושגו הכילו מגוון פעילויות, כגון הכנת ארוחות, שטיפת כלים וסריגה. התקבלו בממוצע 3.11 ± 0.98 שעות של וידאו. תקופות ההקלטה נעו בין 12-69 d, בשל מחלה או אירועים בלתי צפויים במקרים מסוימים. הנתונים התקבלו בהצלחה מ-22 מתוך 23 משתתפים, כאשר 6 משתתפים נזקקו לסיוע מהחוקרים במהלך תקופת ההקלטה הביתית. הפרוטוקול היה יעיל לאיסוף סרטונים שהכילו מידע רב ערך על תפקוד היד בבית לאחר פציעות נוירולוגיות.
Introduction
תפקוד היד הוא דטרמיננטה של עצמאות ואיכות חיים על פני אוכלוסיות קליניות עם ליקויים בגפיים העליונות1,2. לכידת תפקוד היד של אנשים עם ליקויים ביד בבית חיונית להערכת התקדמות יכולתם לבצע פעילויות של חיי היומיום (ADLs) במהלך השיקום ואחריו. רוב הערכות תפקוד היד הקליניות מתבצעות בסביבה קלינית או מעבדתית, ולא בבית3,4. הערכות קיימות של תפקודי יד קליניים המבקשים ללכוד את ההשפעה על ADLs בבית הן שאלונים והסתמכות על דירוגים סובייקטיביים המדווחים על עצמם5,6,7. הערכה אובייקטיבית להערכת ההשפעה הסופית של שיקום על תפקוד היד בבית עדיין אינה זמינה.
בשנים האחרונות פותחו ויושמה טכנולוגיות לבישים רבות ללכידת תפקוד הגפיים העליונות בסביבות בעולם האמיתי. חיישנים לבישים כגון מדי תאוצה ויחידות מדידה אינרציאליות (IMUs) שימשו בדרך כלל למדידת תנועות הגפיים העליונות בחיי היומיום. עם זאת, התקנים אלה בדרך כלל אינם מבחינים אם התקופות שזוהו שייכות לתנועות הגפיים העליונות התפקודיות8,9, המוגדרות כתנועות תכליתיות שנועדו להשלים את המשימה הרצויה. לדוגמה, כמה חיישנים לבישים רגישים לנוכחות של נדנדות גפיים עליונות במהלך הליכה, אשר אינה תנועה פונקציונלית של הגפה העליונה. יתר על כן, למרות מדי תאוצה שחוקים בפרק כף היד ללכוד תנועות הגפיים העליונות, הם לא יכולים ללכוד את הפרטים של תפקוד היד בסביבות בעולם האמיתי. כפפות חושיות מאפשרות ללכוד מידע מפורט יותר על מניפולציות ביד10, אבל הם עשויים להיות מסורבלים עבור אנשים שתפקוד היד שלהם ותחושה כבר לקויים. גישות לבישות הוצעו גם כדי ללכוד תנועות אצבע באמצעות מגנטומטריה או מדי תאוצה שחוקים באצבע11,12,13, אבל הפרשנות התפקודית של תנועות אלה נותר מאתגר14. לכן, למרות מכשירים לבישים שהוצעו בעבר הם קטנים ונוחים לשימוש, הם אינם מספיקים כדי לתאר את הפרטים ואת ההקשר הפונקציונלי של שימוש ביד.
מצלמות לבישים הוצעו כדי למלא פערים אלה ולתפוס פרטים של תפקוד יד במהלך ADLs בבית עבור יישומי neurorehabilitation15,16,17,18,19. ניתוח אוטומטי של קטעי וידאו אגוצנטריים באמצעות ראייה ממוחשבת יש פוטנציאל ניכר לכמת את תפקוד היד בהקשר, על ידי מתן מידע הן על הידיים עצמן והן על המשימות שבוצעו ב- ADLsאמיתי 20. מצד שני, משך ההקלטות הרציפה מוגבל בדרך כלל לכ- 1 עד 1.5 שעות על ידי שיקולי סוללה, אחסון ונוחות. כאן, במסגרת אילוצים אלה, אנו מציגים פרוטוקול איסוף וידאו אגוצנטרי שנועד להשיג נתונים המייצגים הן את חיי היומיום של הפרט והן אינפורמטיביות להערכת תפקוד יד.
Protocol
Representative Results
Discussion
הצגנו פרוטוקול להקלטת קטעי וידאו של ADLs בבית באמצעות מצלמות לבישים אצל אנשים עם ליקויים בגפיים העליונות, כגון cSCI ושבץ. הפרוטוקול גמיש וניתן לכוון אותו למטרה ללכוד ביצועי תפקוד יד ב- ADLs ספציפיים או כדי לעקוב אחר התקדמות השיקום מרחוק אצל אנשים המתגוררים בבית. פרדיגמת הראייה האגוצנטרית בעלת פ…
Declarações
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
המחקרים באמצעות פרוטוקול זה מומנו על ידי קרן הלב והשבץ (G-18-0020952), קרן קרייג ה. נילסן (542675), המועצה למדעי הטבע ומחקר ההנדסה של קנדה (RGPIN-2014-05498) ומשרד המחקר, החדשנות והמדע, אונטריו (ER16-12-013).
Materials
| 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. |
Referências
- Nichols-Larsen, D. S., Clark, P., Zeringue, A., Greenspan, A., Blanton, S. Factors influencing stroke survivors’ quality of life during subacute recovery. Stroke. 36 (7), 1480-1484 (2005).
- Anderson, K. D. Targeting recovery: priorities of the spinal cord-injured population. Journal of Neurotrauma. 21 (10), 1371-1383 (2004).
- Gladstone, D. J., Danells, C. J., Black, S. E. The Fugl-Meyer assessment of motor recovery after stroke: a critical review of its measurement properties. Neurorehabilitation and Neural Repair. 16 (3), 232-240 (2002).
- Barreca, S. R., Stratford, P. W., Lambert, C. L., Masters, L. M., Streiner, D. L. Test-retest reliability, validity, and sensitivity of the Chedoke arm and hand activity inventory: a new measure of upper-limb function for survivors of stroke. Archives of Physical Medicine and Rehabilitation. 86 (8), 1616-1622 (2005).
- Uswatte, G., Taub, E., Morris, D., Vignolo, M., McCulloch, K. Reliability and validity of the upper-extremity Motor Activity Log-14 for measuring real-world arm use. Stroke. 36 (11), 2493-2496 (2005).
- Duncan, P. W., Bode, R. K., Lai, S. M., Perera, S., Antagonist, G. Rasch analysis of a new stroke-specific outcome scale: the Stroke Impact Scale. Archives of Physical Medicine and Rehabilitation. 84 (7), 950-963 (2003).
- Marino, R. J., Shea, J. A., Stineman, M. G. The capabilities of upper extremity instrument: reliability and validity of a measure of functional limitation in tetraplegia. Archives of Physical Medicine and Rehabilitation. 79 (12), 1512-1521 (1998).
- Hayward, K. S., et al. Exploring the role of accelerometers in the measurement of real world upper-limb use after stroke. Brain Impairment. 17 (1), 16-33 (2016).
- van der Pas, S. C., Verbunt, J. A., Breukelaar, D. E., van Woerden, R., Seelen, H. A. Assessment of arm activity using triaxial accelerometry in patients with a stroke. Archives of Physical Medicine and Rehabilitation. 92 (9), 1437-1442 (2011).
- Oess, N. P., Wanek, J., Curt, A. Design and evaluation of a low-cost instrumented glove for hand function assessment. Journal of Neuroengineering and Rehabilitation. 9 (1), 2 (2012).
- Friedman, N., Rowe, J. B., Reinkensmeyer, D. J., Bachman, M. The manumeter: a wearable device for monitoring daily use of the wrist and fingers. IEEE Journal of Biomedical Health Informatics. 18 (6), 1804-1812 (2014).
- Liu, X., Rajan, S., Ramasarma, N., Bonato, P., Lee, S. I. The use of a finger-worn accelerometer for monitoring of hand use in ambulatory settings. IEEE Journal of Biomedical Health Informatics. 23 (2), 599-606 (2018).
- Lee, S. I., et al. A novel upper-limb function measure derived from finger-worn sensor data collected in a free-living setting. PloS One. 14 (3), (2019).
- Rowe, J. B., et al. The variable relationship between arm and hand use: a rationale for using finger magnetometry to complement wrist accelerometry when measuring daily use of the upper extremity. 2014 36th Annual International Conference of the IEEE Engineering in Medicine and Biology Society. , 4087-4090 (2014).
- Dousty, M., Zariffa, J. Tenodesis Grasp Detection in Egocentric Video. IEEE Journal of Biomedical and health. , (2020).
- Likitlersuang, J., et al. Egocentric video: a new tool for capturing hand use of individuals with spinal cord injury at home. Journal of Neuroengineering and Rehabilitation. 16 (1), 83 (2019).
- Tsai, M. -. F., Wang, R. H., Zariffa, J. Generalizability of Hand-Object Interaction Detection in Egocentric Video across Populations with Hand Impairment. 2020 42nd Annual International Conference of the IEEE Engineering in Medicine & Biology Society (EMBC). , 3228-3231 (2020).
- Bandini, A., Dousty, M., Zariffa, J. A wearable vision-based system for detecting hand-object interactions in individuals with cervical spinal cord injury: First results in the home environment. 2020 42nd Annual International Conference of the IEEE Engineering in Medicine & Biology Society (EMBC). , 2159-2162 (2020).
- Dousty, M., Zariffa, J. Towards Clustering Hand Grasps of Individuals with Spinal Cord Injury in Egocentric Video. 2020 42nd Annual International Conference of the IEEE Engineering in Medicine & Biology Society (EMBC). , 2151-2154 (2020).
- Bandini, A., Zariffa, J. Analysis of the hands in egocentric vision: A survey. IEEE Transactions on Pattern Analysis and Machine Intelligence. , (2020).
- Likitlersuang, J., Sumitro, E. R., Theventhiran, P., Kalsi-Ryan, S., Zariffa, J. Views of individuals with spinal cord injury on the use of wearable cameras to monitor upper limb function in the home and community. Journal of Spinal Cord Medicine. 40 (6), 706-714 (2017).
