Sviluppo e utilizzo di un metodo automatizzato di assunzione e valutazione del comportamento alimentare

Summary

Questo protocollo mostra e spiega un nuovo metodo di valutazione dietetica basato sulla tecnologia. Il metodo consiste in un vassoio da pranzo con più bilance integrate e una videocamera. Il dispositivo è unico nel senso che incorpora misure automatizzate di assunzione di cibi e bevande e comportamento alimentare nel corso di un pasto.

Abstract

La stragrande maggioranza dei metodi di valutazione del comportamento alimentare e alimentare si basa su auto-rapporti. Sono onerosi e anche inclini a errori di misurazione. Le recenti innovazioni tecnologiche consentono lo sviluppo di strumenti di valutazione del comportamento dietetico e alimentare più accurati e precisi che richiedono meno sforzo sia per l’utente che per il ricercatore. Pertanto, è stato sviluppato un nuovo dispositivo basato su sensori per valutare l’assunzione di cibo e il comportamento alimentare. Il dispositivo è un normale vassoio da pranzo dotato di videocamera e tre stazioni di pesatura integrate separate. Le stazioni di pesatura misurano continuamente il peso della ciotola, del piatto e della tazza per bere nel corso di un pasto. La videocamera posizionata sul viso registra le caratteristiche del comportamento alimentare (masticazioni, morsi), che vengono analizzate utilizzando un software di espressione facciale automatica basato sull’intelligenza artificiale (AI). Il peso del vassoio e i dati video vengono trasportati in tempo reale su un personal computer (PC) utilizzando un ricevitore wireless. I risultati di interesse, come la quantità mangiata, il tasso di mangiare e la dimensione del morso, possono essere calcolati sottraendo i dati di queste misure nei punti di interesse. Le informazioni ottenute dall’attuale versione del vassoio possono essere utilizzate a scopo di ricerca, una versione aggiornata del dispositivo faciliterebbe anche la fornitura di consigli più personalizzati sull’assunzione alimentare e sul comportamento alimentare. Contrariamente ai metodi di valutazione dietetica convenzionali, questo dispositivo di valutazione dietetica misura l’assunzione di cibo direttamente all’interno di un pasto e non dipende dalla memoria o dalla stima delle dimensioni delle porzioni. In definitiva, questo dispositivo è quindi adatto per l’assunzione giornaliera di cibo principale e misure di comportamento alimentare. In futuro, questo metodo di valutazione dietetica basato sulla tecnologia può essere collegato ad applicazioni sanitarie o orologi intelligenti per ottenere una panoramica completa dell’esercizio fisico, dell’assunzione di energia e del comportamento alimentare.

Introduction

Nella ricerca nutrizionale e nella pratica dietetica, è fondamentale avere buone misure su cosa, quanto e come le persone mangiano, per trovare soluzioni ai problemi di sovrappeso e obesità. Per valutare l’assunzione alimentare, vengono utilizzati questionari di auto-segnalazione spesso convenzionali come diari alimentari, richiami di 24 ore o questionari sulla frequenza alimentare¹. Questi metodi si basano sull’auto-report e sono quindi dispendiosi in termini di tempo e inclini a pregiudizi dovuti a risposte social-desiderabili, inadeguatezza della memoria e difficoltà nella stima delle dimensioni delle^{porzioni 2,3}. Oltre alle misure della qualità della dieta (tipo di cibo e quantità mangiata), è anche importante sapere come viene mangiato il cibo, poiché i comportamenti alimentari che rallentano l’assunzione di cibo hanno dimostrato di prevenire il consumo eccessivo all’interno di un^{pasto 4}. Per valutare il comportamento alimentare lo standard d’oro è quello di avere due osservatori annotare le registrazioni video di persone che mangiano^{un pasto 5}. Questo metodo è piuttosto laborioso e richiede molto tempo e non consente un feedback immediato sul comportamento.

I recenti progressi tecnologici ora offrono l’opportunità di combinare misure automatizzate di assunzione di cibo con misure automatizzate del comportamento alimentare nel corso di un pasto. In risposta a questi sviluppi, è stato sviluppato un nuovo metodo di valutazione dietetica basato su sensori, chiamato mEETr, l’acronimo delle due parole olandesi “Meter” (tradotto: dispositivo di misurazione) e “eet” (tradotto: mangiare). Il mEETr è un vassoio da pranzo regolare con tre stazioni di pesatura integrate (la figura1 dimostra il design del vassoio e delle piastre del sensore) e un supporto per fotocamera. Ogni stazione di pesatura è costituita da tre punti di misurazione posizionati triangolari per distribuire il peso. Le stazioni di pesatura misurano continuamente il peso della ciotola, del piatto e della tazza o del bicchiere durante il pasto. L’mEETr include anche un supporto per videocamera. Attualmente, il supporto della fotocamera è separato dal vassoio, ma per scopi di standardizzazione una fotocamera integrata dopo il prossimo aggiornamento di mEETr (una videocamera pieghevole) sarebbe l’ideale. La fotocamera facilita l’analisi automatizzata in tempo reale del numero di morsi e masticazioni e la durata del consumo, che consente la generazione di informazioni sul tasso di alimentazione e sulle dimensioni del morso. L’analisi automatizzata del comportamento alimentare viene eseguita con l’uso di un algoritmo di nuova sviluppo. Vari gruppi di ricerca hanno sviluppato dispositivi per fornire alle persone feedback in tempo reale sull’accelerazione del mangiare e sulla quantità di persone che^{mangiano 6}. Inoltre, le forche potenziate sono state sviluppate per fornire feedback in tempo reale sul numero di morsi e sulla loro frequenza all’interno di un pasto⁷. Inoltre, è stato sviluppato un sensore auricolare per misurare la microstruttura del mangiare in condizioni di vita^{libere 8,9}. Simile a questo dispositivo è l’impostazione utilizzata da Ioakimidis et^al.

Rispetto a questi dispositivi la novità del mEETr è che combina misure automatizzate di assunzione di cibo di due piatti e una tazza da bere (n = 3) e comportamento alimentare (ad esempio, tasso di mangiare, numero di morsi, dimensioni del morso e comportamento di masticazione) in un unico dispositivo. Il mEETr, come dimostrato, è adatto per misure all’interno dei pasti di assunzione di cibo e comportamento alimentare all’interno di un ambiente controllato (laboratorio alimentare), ma alla fine l’obiettivo è quello di utilizzare il mEETr in ambienti meno controllati in cui vengono utilizzati piani pasto ricorrenti come asili nido, case di riposo e ospedali.

In definitiva, il mEETr fornirà una misura più obiettiva e, come tale, più accurata e precisa dell’assunzione di cibo e del comportamento alimentare rispetto ai metodi di valutazione dietetica convenzionali e alla codifica manuale dei video. Migliori misure dell’assunzione di cibo gioverebbero alla ricerca nutrizionale e sanitaria, ma anche agli operatori sanitari nella loro sfida per combattere l’aumento delle malattie non trasmissibili legate agli^{alimenti 11}. In definitiva, l’mEETr può essere utilizzato in contesti di ricerca e assistenza sanitaria, nonché da utenti attenti alla salute a casa collegando l’mEETr alle tecnologie e al software esistenti, come altre app per la salute o orologi intelligenti. Nel complesso, queste misure sanitarie forniscono all’utente o al professionista sanitario una panoramica piuttosto diversificata e completa di una varietà di modelli di comportamento sanitario (ad esempio, assunzione di cibo, comportamento alimentare, dispendio energetico basato su misure di vita reale, sonno, stress) consentendo all’utente di ottimizzare la propria dieta e creare uno stile di vita sano.

Protocol

Questo studio pilota è stato approvato dal METC dell’Università di Wageningen prima di iniziare il progetto. ATTENZIONE: Tutti i partecipanti che hanno contribuito a questo progetto hanno fornito un consenso informato, compresa l’approvazione di immagini video che mostrano volti visibili e riconoscibili. 1. Preparazione del campione e consenso dei partecipanti Preparare un succo (bicchiere o tazza), yogurt alla frutta (ciotola) e pezzi di frutta (piatto)…

Representative Results

Un tasso di ingestione più lento (Figura 7), dimensioni più piccole di sorso/morso (Figura 8) e più masticazioni (Figura 9) ha portato a un minore apporto dell’insalata rispetto allo yogurt e al succo (figura 6) misurato dal vassoio mEETr. I partecipanti hanno mangiato il 17% in meno di macedonia rispetto al succo di frutta. Tutte le caratteristiche del comportamento alimentare differivano tra succo,…

Discussion

Una dieta sana e un comportamento alimentare sano hanno dimostrato di svolgere un ruolo chiave nella prevenzione e nella soluzione del sovrappeso e dell’obesit๹. Tuttavia, molti dei metodi utilizzati per misurare l’assunzione alimentare e il comportamento alimentare sono onerosi per utenti, ricercatori e professionisti sanitari e possono essere di parte in quanto dipendono dalle stime della memoria e delle dimensioni delle porzioni. L’utilizzo del mEETr, indipendentemente o insieme ai metodi co…

Materials

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.