捕捉代表手在家里使用以自我为中心的视频在个人与上肢损伤

摘要

建议使用以自我为中心的相机捕捉手部损伤个体在日常生活中的自然手部功能。该协议的目标是确保录音代表个人在日常生活中通常使用的手。

摘要

神经损伤后手部功能受损会对独立性和生活质量产生重大影响。大多数现有的上肢评估都是亲自进行的，这并不总是表明在社区中使用手。需要采用新的方法来捕捉日常生活中的手部功能，以衡量康复干预的真正影响。已建议将以Ego为中心的视频与计算机视觉相结合，用于自动分析，以评估家庭使用手部。但是，连续录音的持续时间有限。我们提出了一个协议，旨在确保获得的视频代表日常生活，同时尊重参与者的隐私。

通过研究人员和参与者之间的协作过程选择具有代表性的录制时间表，以确保视频捕捉自然任务和性能，同时对手部评估有用。向与会者演示设备和程序的使用情况。总共安排了两周的3小时录像。为了减少隐私问题，参与者可以完全控制开始和停止录制，并有机会在将视频返回给研究团队之前编辑视频。提供提醒，如有必要，还提供帮助电话和家访。

该方案对9名中风幸存者和14名颈椎损伤患者进行了测试。获得的录像包含各种活动，如准备膳食、洗碗和编织。平均获得3.11±0.98小时的视频。由于在某些情况下生病或意外事件，录制时间从 12-69 d 不等。从23名参与者中的22名成功获得数据，其中6名参与者在家庭录音期间需要调查人员的协助。该协议是有效的收集视频，包含宝贵的信息，手功能在家里后神经损伤。

引言

手部功能是决定上肢损伤^1、2的临床人群的独立性和生活质量。掌握家庭手部损伤者的手部功能对于评估他们在康复期间和康复后开展日常生活活动的能力的进展至关重要。大多数临床手部功能评估是在临床或实验室环境中进行的，而不是在家里^进行的。现有的临床手部功能评估，试图捕捉对国内ADL的影响是问卷，并依靠主观自我报告的评分^5，6，7。目前尚无法进行客观评估，以评估康复对家庭手部功能的最终影响。

近年来，许多可穿戴技术已经开发和实施，以捕捉上肢功能在现实世界中的环境。可穿戴传感器（如加速度计和惯性测量单元 （IMUs） 通常用于测量日常生活中的上肢运动。然而，这些设备通常不能区分检测到的年代是否属于功能上肢运动^8，9，定义为有目的的运动，旨在完成所需的任务。例如，一些可穿戴传感器对行走过程中上肢摆动的存在很敏感，而上肢不是功能运动。此外，虽然手腕磨损的加速度计可以捕捉上肢运动，但在真实环境中，它们无法捕捉到手部功能的细节。感应手套可以捕获有关手部操作的更详细的信息^，但是对于手部功能和感觉已经受损的人来说，它们可能很麻烦。此外，亦有人提出可穿戴方法，透过磁力测量仪或手指磨损加速度计11、12、13捕捉手指运动，但这些运动的功能解释仍具挑战性。因此，虽然以前提出的可穿戴设备体小且使用方便，但不足以描述手部使用的细节和功能背景。

已建议可穿戴相机，以填补这些空白，并捕捉手功能的细节，在家里的ADL神经恢复应用15，16，17，18，19。使用计算机视觉对以自我为中心的视频进行自动分析，通过提供有关手本身和实际 ADL²⁰中执行的任务的信息，具有相当大的潜力，可以量化上下文中的手功能。另一方面，根据电池、存储和舒适性考虑，连续录制的持续时间通常限制在大约 1 到 1.5 小时。在这里，在这些限制下，我们提出了一个以自我为中心的视频收集协议，旨在获得既能代表个人日常生活的数据，又能提供手功能评估的信息。

方案

这项研究得到了大学健康网络研究伦理委员会的批准。在注册研究之前，从每个参与者那里获得了知情同意。还从录像中出现的任何照顾者或家庭成员那里获得了知情同意书。

1. 验证协议对个人的适用性

注:本协议适用于手功能受损但并非完全缺失的个人（具体标准可适应人口和/或兴趣问题）。

1. 询问参与者受影响的手是否影响他们执行 ADL 的能力。
   注:建议参与者举出一些他们能够且不能用受影响的手独立执行的任务示例。
2. 验证蒙特利尔认知评估 （MoCA） 的总分是否高于 21，以避免在理解和遵循协议程序方面出现潜在困难。

2. 确定参与者的日常生活

1. 请参与者回忆过去两周的日常生活。记录执行哪些日常任务、执行时间以及大约在什么时间执行。
2. 与参与者合作，选择 3 个时隙，每个时段 1.5 小时，在此期间录制视频。选择分布在一周中不同天数的时隙，并且通常按顺序执行涉及手的 ADL 时段。
   注:选定的 ADL 必须代表每个参与者的典型活动，并被他们视为有意义的。在不同日期安排记录时间旨在增加记录的 ADL 的多样性，并促进捕获有用和有意义的数据。
   注:录制时隙计划用于记录效率，但参与者应了解他们完全控制何时开始和停止录制。

3. 与参与者就录制时间表和目标视频内容达成协议

1. 在讨论他们可能遇到的任何顾虑后，获得每个参与者对录制时间表的一致意见。
2. 在两周内设定 3 小时视频的目标。告知参与者视频不足可能导致延长录制时间。

4. 强调自然执行 ADL 的重要性

1. 指示参与者专注于捕捉逼真的程序，而不是指定要记录的特定活动。该说明的目的是劝阻参与者人为地记录比他们通常记录的更多的特定活动。

5. 通知家中录音过程中可能存在隐私问题

1. 确保参与者明白，所有录音都应在家中进行，而不是在公共场所进行，以避免隐私问题。
2. 举一些可能引发隐私问题的例子，例如洗澡、穿衣/脱衣服和检查机密信息。提醒参与者注意镜子，镜子可能会在录音中显示他们的脸。
3. 建议参与者尽量避免其他人（如家庭成员或护理人员）出现在视频中。
   注:在研究方面，在不可避免的情况下，应获得这些人的知情同意。

6. 相机和平板电脑指令

注:如果参与者在初始接触期间表示，他们需要护理人员协助满足其许多日常需求，则鼓励护理人员也参加考察访问，并接受设备使用方面的培训，以便他们以后能够协助参与者。

1. 向参与者演示如何使用以自我为中心的相机（材料表）。
   1. 演示如何打开和关闭相机。
   2. 演示如何使用相机控制录音（开始、暂停、停止）。
2. 演示如何使用平板电脑（材料表）与预装相机应用程序来控制录音，如果适用的话。
   注:演示包括控制来自相机应用程序的录制，以及重播和编辑（例如，修剪或删除）录制的视频。相机遥控器最初被认为是（补充文件），但在实践中没有使用，因为参与者是舒适的使用相机或平板电脑开始和停止录音。
   1. 演示如何打开和关闭平板电脑。
   2. 演示如何通过相机应用程序将平板电脑连接到相机。
   3. 演示如何控制来自相机应用的录音。
   4. 演示如何查看相机应用中录制的视频。
   5. 演示如何修剪或删除相机应用程序中的视频。
3. 演示如何使用可调节到参与者头部的弹性头带来穿和擦相机。
   注:见图1。
   
   图1。可穿戴相机设置。 （A）以自我为中心的相机的定位。（B）从相机查看角度。请单击此处查看此图的较大版本。
   1. 将相机放在参与者的额头上。调整头带，舒适而稳定地佩戴相机。
   2. 确保相机与额头的最佳角度。
   3. 要求参与者录制一小段视频，同时移动他们面前的手并操纵对象（例如平板电脑）。
   4. 查看录制的视频，并确保在执行操作任务时，两只手在场景的中心区域清晰可见。
   5. 与参与者及其护理人员一起练习使用相机和平板电脑，直到他们表现出熟练程度。

7. 赠送设备

1. 将所有设备的套件交给参与者，以便在家里记录其 ADL。除了相机和平板电脑，该套件还包括额外的相机电池、用于相机和平板电脑的电池充电器、充电电缆、相机头带以及一套用于使用相机的打印指南（参见 补充材料）。

8. 实验故障排除和后续工作

1. 提供研究人员的联系方式，以帮助解决家庭实际录音过程中的障碍。一周后，研究人员打电话给参与者记录记录进度并解决任何潜在的技术问题。

9. 检索设备和视频

1. 通过预先付费的邮包，将参与者的所有设备和视频进行反驳。
2. 确保参与者同意共享返回的所有视频。鼓励参与者在将所有收集的视频返回给研究团队之前进行审查，并删除他们不想分享的任何部分。
3. 对于研究，请查看返回的视频，并检查是否有人在未经其同意的情况下出现在视频中。如果是这样，发送同意书或致电视频中出现的个人，以获得他们的同意使用视频。如果无法联系到这些个体，研究人员将删除他们出现的视频部分。

结果

参与者人口统计学和包容性标准
为这些研究招募了23名参与者的样本:9名中风幸存者（6名男性，3名女性）和14名患有csCI（12名男性，2名女性）。招聘样本的人口统计学和临床信息摘要报告在 表1中。

	年龄（年）	受伤后的持续时间（月）	病因学	伤害程度		上肢功能评估（平均±SD）
				伤害程度	艾斯	UEMS:右手	UEMS:左手<...

讨论

我们提出了一个协议，用于在家中使用可穿戴摄像头在上肢损伤（如 cSCI 和中风）中录制 ADL 视频。该协议是灵活的，可以以目标为导向，以捕获特定 ADL 中的手功能性能，或远程跟踪居住在家中的人的康复进度。以自我为中心的视力模式在远程监测社区居民的手部功能以及一旦人们出院后优化康复方面具有巨大潜力。尽管在扩展使用期间（例如超过 1 小时）的舒适性存在一些限制，但以自我为中心的摄像机在功能 ADL 期间具有相当大的潜力来捕捉手部使用的详细信息，并提供无法通过加速度计和动用图获得的上下文信息。这项技术的潜在应用包括作为新结果措施的基础，量化国内独立使用手，以及分析姿势信息，以确定掌握策略或补偿姿势，并为治疗规划提供信息。虽然可穿戴相机允许我们在家里捕捉自然手部使用，但由于电池续航时间、存储空间和舒适性的限制，摄像机无法连续记录几个小时，尽管可穿戴技术的快速演变可能会在不远的将来减少这些限制。为了捕捉参与者的代表性程序，尽管记录时间有限，这里提出的协议依赖于研究人员和参与者之间的协作过程来选择适当的记录时间表。

由于从有 cSCI 和中风幸存者的个人那里收集的数据，我们能够完善协议并找...

材料

本文使用的材料清单

姓名	公司	目录编号	评论
以自我为中心的相机	GoPro Inc.， CA， USA GoPro	Hero 4 和 5	从第一人称角度录制的相机。
电池充电器和电池	GoPro Inc.， CA， USA	MAX双电池充电器+电池	相机和电池充电器的额外电池
相机充电器	GoPro Inc.，CA，USA	超级充电器	这个充电器直接连接到相机，无需拆卸相机框架。
相机框架	GoPro Inc.， CA， USA	框架	相机框架的铰链可用于调整相机的视角。
相机头带	GoPro Inc.， CA， USA	头带 + QuickClip
SD 卡	SanDisk， CA， USA	32GB microSD
平板电脑	ASUSTeK Computer Inc.， Taiwan	ZenPad 8.0 Z380M	平板电脑安装了 GoPro 应用程序，以便与相机连接。