使用第一人称视角视频在上肢功能障碍个体中捕捉家庭环境下的代表性手部使用情况

摘要

提出了一种使用第一人称视角相机在日常活动中捕捉手部功能障碍个体自然手部功能的方案。该方案的目的是确保所记录的内容能够真实反映个体在家中进行日常生活活动时典型的手部使用情况。

摘要

神经损伤后手功能受损可能对独立性和生活质量产生重大影响。目前大多数上肢功能评估需由人员亲自实施，但此类评估并不总能反映个体在社区环境中的实际手部使用情况。为了准确衡量康复干预的真实效果，亟需采用新方法来捕捉日常生活中的手功能表现。已有研究提出，采用以自我为中心的视频记录并结合计算机视觉进行自动化分析，可用于评估个体在家庭环境中的手部使用情况。然而，连续录制视频的时间长度存在局限性。本文介绍了一种实验方案，旨在确保所获取的视频既能代表日常活动模式，同时又能保护参与者的隐私。

研究人员与参与者共同协商选择一个具有代表性的录制时间表，以确保视频能够捕捉到自然状态下的任务和行为表现，同时适用于手功能评估。研究人员会向参与者演示设备的使用方法和操作流程。视频录制总共安排3小时，分两周完成。为减少隐私顾虑，参与者可完全自主控制录制的开始与停止，并可在将视频交还研究团队前对其进行编辑。研究团队将提供提醒服务，必要时还可提供电话协助或上门帮助。

该方案在9名脑卒中幸存者和14名颈椎脊髓损伤个体中进行了测试。所获得的视频包含多种活动，例如准备餐食、洗碗和编织。平均获得3.11 ± 0.98小时的视频资料。由于部分参与者出现疾病或意外事件，记录周期在12至69天之间不等。23名参与者中有22名成功获取了数据，其中6名参与者在家庭录制期间需要研究人员提供协助。该方案在收集神经系统损伤后患者居家手功能相关重要信息方面具有有效性。

引言

手部功能是影响上肢功能障碍临床人群独立性和生活质量的关键因素^1,2。在家中对存在手部功能障碍的个体进行手功能评估，对于判断其在康复期间及康复后完成日常生活活动（ADLs）能力的进展至关重要。目前大多数临床手功能评估均在临床或实验室环境中进行，而非在家庭环境中^3,4。现有旨在评估家庭环境中手功能对日常生活活动影响的临床评估工具多为问卷形式，依赖于主观的自我报告评分^5,6,7。目前仍缺乏一种可用于客观评估康复治疗在家用手功能方面最终效果的方法。

近年来，许多可穿戴技术已被开发并应用于在真实世界环境中捕捉上肢功能。加速度计和惯性测量单元（IMU）等可穿戴传感器通常被用于测量日常生活中的上肢运动。然而，这些设备通常无法区分所检测到的运动片段是否属于功能性上肢运动^8,9，即旨在完成特定任务的有目的性动作。例如，某些可穿戴传感器对行走过程中上肢摆动的存在较....

方案

本研究获得了大学健康网络研究伦理委员会的批准。在参与者入组前，均已获得其签署的知情同意书。对于出现在视频记录中的任何护理人员或家庭成员，也均已获得其签署的知情同意书。

1. 验证该方案对个体的适用性

注意：本方案适用于手部功能受损但未完全丧失的个体（具体标准可根据目标人群和/或研究问题进行调整）。

1. 询问参与者患侧手是否影响其进行日常生活活动（ADL）的能力。
   注：建议要求参与者举例说明其患侧手能够独立完成和无法独立完成的具体任务。
2. 确认蒙特利尔认知评估（MoCA）的总分高于21分，以避免参与者在理解与遵循实验方案时可能出现困难。

2. 确定参与者的每日作息

1. 请参与者回忆过去两周内的日常活动。记录他们所执行的日常任务、持续时间以及大致进行时间。
2. 与参与者合作，选择三个各为1.5小时的时间段用于视频录制。所选时间段应分布在一周中的不同日期，并选择在通常会连续进行涉及手部的日常生活活动（ADLs）的时间段。
   注意：所选的日常生活活动应能代表每位参与者典型的日常行为，并被其视为具有实际意义。将录制时段安排在不同日期，旨在增加所记录的日常生活活动的多样性，以促进获取有用且有意义的数据。
   ​注意：虽然录制时间段的安排旨在提高录制效率，但参与者应明确....

结果

参与者人口统计学特征与纳入标准
本研究共招募了23名参与者：其中9名为脑卒中幸存者（6名男性，3名女性），14名为慢性脊髓损伤（cSCI）患者（12名男性，2名女性）。招募样本的人口统计学与临床信息汇总见表1。

	年龄（岁）	损伤后持续时间（月）	病因	损伤水平		上肢功能评估（均值 ± 标准差）
				损伤水平	ASIA损伤分级	上肢.......

讨论

我们提出了一种使用可穿戴摄像头在家中记录上肢功能障碍个体（如慢性脊髓损伤和脑卒中患者）日常生活活动（ADL）视频的方案。该方案具有灵活性，可针对特定日常生活活动中的手功能表现进行目标导向性记录，也可用于远程追踪居家个体的康复进展。以自我为中心的视觉范式在社区居住个体手功能的远程监测方面具有巨大潜力，也可在患者结束住院治疗后进一步优化康复过程。尽管长时间佩戴（例如超过1小时）存在舒适度方面的某些局限性，但以自我为中心的摄像头能够详细捕捉功能性日常生活活动中手部使用的情况，并提供加速度计和惯性测量单元（IMUs）无法获取的情境信息。该技术的潜在应用包括：作为量化个体在家中独立用手情况的新型结局评估指标的基础，以及通过分析姿势信息识别抓握策略或代偿性姿势，从而为治疗方案制定提供依据。尽管可穿戴摄像头能够记录个体在家中自然的手部使用情况，但由于电池续航、存储容量和佩戴舒适度的限制，摄像头无法连续数小时录制；不过，随着可穿戴技术的快速发展，这些限制有望在不久的将来得到缓解。为了在录制时间有限的情况下仍能捕捉到具有代表性的参与者日常活动模式，本方案采用研究人员与参与者协作的方式，共同确定合适的录制时间安排。

材料

本文使用的材料清单

姓名	公司	目录编号	评论
第一人称视角相机	GoPro Inc., CA, USA	GoPro Hero 4 和 5	一种从第一人称视角进行录制的相机。
电池充电器和电池	GoPro Inc., CA, USA	MAX 双电池充电器 + 电池	相机的备用电池及电池充电器
相机充电器	GoPro Inc., CA, USA	Supercharger	该充电器可直接连接相机，无需拆卸相机外壳。
相机外壳	GoPro Inc., CA, USA	The Frame	相机外壳的铰链可用于调节相机的视角。
相机头带	GoPro Inc., CA, USA	Head Strap + QuickClip
SD 卡	SanDisk, CA, USA	32GB microSD
平板电脑	ASUSTeK Computer Inc., 中国台湾	ZenPad 8.0 Z380M	平板电脑上已安装 GoPro 应用程序，以便与相机连接。