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Methodenartikel

Frame-by-Frame-Video-Analyse von eigenwilligen Reach-Griff Bewegungen beim Menschen

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DOI:

10.3791/56733

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15. Januar 2018

 ,  ,  , 
1Department of Psychology, Thompson Rivers University, 2Department of Neuroscience, University of Lethbridge

In diesem Artikel

Zusammenfassung

Dieses Protokoll beschreibt das video Frame für Frame-Analyse verwenden, um eigenwillige Reichweite zu erfassen Bewegungen beim Menschen zu quantifizieren. Eine vergleichende Analyse der erreichte im Vergleich zu gesunden Erwachsenen ungesehen gesichtet wird verwendet, um die Technik zu demonstrieren, aber die Methode kann auch zur Erforschung der Entwicklungs- und klinischen Populationen.

Zusammenfassung

Greifprobleme, das Gesetz zu erreichen um ein Objekt zu erfassen ist von zentraler Bedeutung für die menschliche Erfahrung. Wir verwenden sie füttern uns, uns selbst zu pflegen und Gegenstände und Werkzeuge in unserer Umwelt zu manipulieren. Solche Verhaltensweisen sind durch viele sensomotorischen Störungen beeinträchtigt, doch unser gegenwärtige Verständnis der neuronalen Kontrolle ist bei weitem nicht vollständig. Aktuelle Technologien zur Untersuchung menschlicher Reichweite zu erfassen Bewegungen nutzen oft Motion-tracking-Systeme, die können teuer sein, erfordert das Anbringen von Markierungen oder Sensoren an den Händen, natürliche Bewegung und sensorisches Feedback zu behindern und kinematische Ausgabe, die schwer zu interpretieren sein kann. Während in der Regel wirksam für das Studium der Stereotypen Reichweite zu erfassen Bewegungen von gesunden Erwachsenen gesichtet, Gesicht viele dieser Technologien zusätzliche Einschränkungen, wenn Sie versuchen, die unberechenbaren und eigenwilligen Reichweite zu erfassen Bewegungen der Studie Kleinkinder und ungesehen Erwachsene Patienten mit neurologischen Erkrankungen. So präsentieren wir Ihnen eine neuartige, preiswert, und höchst zuverlässige noch flexible Protokoll zur Quantifizierung der zeitlichen und kinematischen Struktur der eigenwillige Reichweite zu erfassen Bewegungen beim Menschen. High-Speed-Video-Kameras erfassen mehrere Ansichten der Reach-Griff-Bewegung. Video-Frame-by-Frame-Analyse wird dann verwendet, um das Timing und die Größe der vordefinierten Verhalten Veranstaltungen wie Bewegung beginnen, Sammlung, maximale Höhe, Gipfel Blende, Erstkontakt und endgültige Griff zu dokumentieren. Die zeitliche Struktur der Bewegung wird durch die relative Frame-Nummer der jeweiligen Veranstaltung zu dokumentieren, während die kinematische Struktur der Hand mithilfe der Herrscher oder Maßnahme Funktion in Foto quantifiziert wird-Bearbeitungs-Software, 2-dimensionale kalibrieren rekonstruiert linear Entfernungen zwischen zwei Körperteile oder ein Körperteil und das Ziel. Video-Frame-by-Frame-Analyse kann eine quantitative und umfassende Beschreibung der eigenwillige Reichweite zu erfassen Bewegungen sorgen und Forscher ihre Untersuchung auf eine größere Palette von naturalistischen prehensile erweitern Verhaltensweisen, durch eine breitere Palette von Sinnesmodalitäten in gesunde und klinischen Populationen geführt.

Einleitung

Greifprobleme, das Gesetz zu erreichen um ein Objekt zu erfassen ist für viele tägliche Funktionen einschließlich Erwerb von Lebensmitteln zum Essen, Pflege, Bearbeiten von Objekten, schwingende Werkzeuge und Kommunikation durch Gestik und geschriebene Wort. Die prominentesten Theorie über die neurologischen Kontrolle der Greifprobleme, schlägt die Visuomotor Zweikanal Theorie1,2,3,4, dieser Greifprobleme besteht aus zwei Bewegungen - eine Reichweite das transportiert die Hand an die Position des Ziels und ein Verständnis, das öffnet, Formen, und schließt die Hand, um die Größe und Form des Ziels. Die beiden Sätze sind durch Binom sondern interagierenden Nervenbahnen von visuellen, motorischen Kortex über den Scheitellappen1,2,3,4vermittelt. Verhaltens Unterstützung für die Visuomotor Zweikanal-Theorie wurde nicht eindeutig, weitgehend darauf, dass die Reichweite-Griff-Bewegung als einen einzigen nahtlosen Akt erscheint und entfaltet sich mit wenig bewusste Anstrengung. Dennoch ist Greifprobleme fast immer im Zusammenhang mit optisch geführte Greifprobleme studierte in dem gesunde Teilnehmer erreicht, um ein sichtbares Ziel-Objekt zu erfassen. Unter diesen Umständen erscheint die Aktion als eine einzige Bewegung, die in einer vorhersehbaren und stereotype Weise entfaltet. Vor Beginn der Reichweite die Augen auf das Ziel zu fixieren. Als der Arm erstreckt sich die Ziffern öffnen, preshape auf die Größe des Objekts, und anschließend starten, schließen. Die Augen vom Ziel kurz vor dem Zielkontakt zu lösen und endgültigen Verständnis des Ziels folgt fast unmittelbar danach5. Wenn Vision entfernt wird, ist jedoch die Struktur des Satzes grundlegend anders. Die Bewegung distanziert sich in seine konstituierenden Komponenten so, dass eine reichlich Reichweite zuerst verwendet wird, um das Ziel zu suchen, durch Berühren sie und dann haptische Signale Ziel Kontakt Anleitung gestalten und Schließung der Hand fassen Sie6zugeordnet.

Quantifizierung der Reach-Griff-Bewegung wird in den meisten Fällen durch eine 3 dimensionale (3D) Motion-Tracking-System erreicht. Dazu zählen Infrarot-Tracking-Systeme, elektromagnetische tracking-Systeme, oder videobasiertes Tracking-Systeme. Während solcher Systeme effektiv für den Erwerb der kinematischer Maßnahmen der Greifprobleme in gesunde Erwachsene Teilnehmer Stereotype zu erreichen, Griff Bewegungen in Richtung sichtbar Zielobjekte durchzuführen sind, haben sie eine Reihe von Nachteilen. Diese Systeme erfordern nicht nur sehr teuer, die Befestigung der Sensoren oder Markierungen auf dem Arm, Hand und Ziffern des Teilnehmers. Diese sind in der Regel angebracht, mit medizinischen Klebeband, das taktile Rückmeldung aus der Hand zu behindern, natürliche motor Verhalten ändern und Teilnehmer7ablenken. Da diese Systeme in der Regel numerischen Ausgabe im Zusammenhang mit verschiedenen kinematische Variablen wie Geschwindigkeit, Beschleunigung und Verzögerung zu erzeugen sind sie auch nicht ideal für die Untersuchung, wie die Hand das Ziel Kontakte. Wenn diese Systeme, zusätzliche Sensoren oder Ausrüstung sind erforderlich, um festzustellen, welcher Teil der Hand macht, wenden Sie sich an mit dem Ziel, wo auf dem Ziel Kontakt kommt, und wie die Konfiguration der Hand in ändern könnte um das Ziel zu manipulieren. Darüber hinaus erfordern Infrarot-Tracking-Systeme, die die am meisten verwendeten sind, die Verwendung einer speziellen Kamera um den Standort der Marker auf der Seite im 3D-Raum6verfolgen. Dies erfordert eine direkte Sichtverbindung zwischen der Kamera und Sensoren auf der Hand. Als solche dürften alle Eigenheiten in der Bewegung dieser Blickrichtung zu verschleiern und führen zum Verlust der kritischen kinematische Daten. Allerdings gibt es eine große Anzahl von Instanzen, in denen Eigenheiten in der Reach-Griff-Bewegung tatsächlich die Norm sind. Dazu gehören während der frühen Entwicklung bei Säuglingen nur lernen zu erreichen und für Objekte zu erfassen; Wenn das Zielobjekt nicht sichtbare und fühlbare müssen Hinweise verwendet werden, um die Reichweite und der Griff zu führen; Wenn das Zielobjekt eine seltsame Form oder Textur ist; und wenn die Teilnehmer mit einem von einer Vielzahl von sensomotorischen Störungen wie ein Schlaganfall stellt Huntington-Krankheit, Morbus Parkinson, Zerebralparese, etc. In allen diesen Fällen die Reach-Griff-Bewegung ist weder vorhersehbar noch Stereotype, noch ist es unbedingt von Vision geleitet. Infolgedessen kann die Fähigkeit des 3D Motion-tracking-Systeme, die zeitliche und kinematische Struktur dieser Bewegungen zuverlässig zu quantifizieren stark eingeschränkt durch Störungen in sensorisches Feedback aus der Hand, Änderungen im natürlichen motor Verhalten, Verlust von Daten, und/oder Schwierigkeiten die eigenwillige kinematische Ausgabe von diesen Geräten zu interpretieren.

Der vorliegende Beitrag beschreibt eine neuartige Technik zur Quantifizierung der eigenwilliger Reichweite zu erfassen Bewegungen in verschiedenen menschlichen Populationen, die ist erschwinglich, sensorisches Feedback aus der Hand oder natürliche motor Verhalten nicht behindert und ist zuverlässig aber kann flexibel sein eine Vielzahl von experimentellen Paradigmen angepasst. Bei dieser Technik wird mit mehrere High-Speed-Videokameras um die Reichweite zu greifen-Bewegung aus verschiedenen Blickwinkeln aufnehmen. Das Video wird dann offline analysiert, indem Sie voran durch die video-Frames eine zu einem Zeitpunkt und Sichtprüfung, Dokument Verhaltens Schlüsselereignisse, die zusammen eine quantifizierte Beschreibung der zeitlichen und kinematische Organisation der Reichweite zu Grasp bieten Bewegung. Der vorliegende Beitrag beschreibt eine vergleichende Analyse der optisch - im Vergleich zu nonvisually geführt zu erreichen, Griff Bewegungen bei gesunden erwachsenen Menschen6,8,9,10 um die Wirksamkeit zu demonstrieren der Technik; modifizierte Versionen der Technik haben jedoch auch verwendet worden, um die Reichweite zu greifen-Aktionen der menschliche Säuglinge11 und nicht-menschlichen Primaten12zu quantifizieren. Die umfassenden Ergebnisse der Frame-by-Frame-Videoanalyse aus diesen Studien gehören zu den ersten, zur Unterstützung der Visuomotor Zweikanal-Theorie des Greifprobleme Verhaltens nachzuweisen.

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Protokoll

Alle Verfahren im Zusammenhang mit menschlichen Teilnehmer wurden von der University of Lethbridge menschlichen Themen Research Committee und der Thompson Rivers University Forschungsethik für menschliche Themen Board genehmigt.

(1) Teilnehmer

  1. Erreichen Sie Einwilligung der Erwachsenen, die normal oder korrigiert-zu-normale Vision und sind für eine gute Gesundheit ohne Geschichte der neurologischen oder sensomotorischen Störungen (es sei denn, das Ziel ist, eine bestimmte klinischen Bevölkerung zu untersuchen).

2. Versuchsaufbau

  1. Wählen Sie Blaubeeren, Donut-Kugeln und Orangenscheiben, dienen als Ziele zu erreichen. Messen Sie eine Teilmenge von zehn der einzelnen Ziele über die längste Achse um die mittlere Länge der einzelnen Ziele zu bestimmen.
    Hinweis: Nutzen Sie Ziele, die einheitlich in Form und Größe sind. Die mittlere Größe der Heidelbeere Ziele war 12.41 ± 0,33 mm, die mittlere Größe der Donut Kugel Ziele 28.82 ± 1,67 mm und die mittlere Größe der Orangenscheibe Ziele war 60.53 ± 0,83 mm.
  2. Bestimmen Sie die Prüfungsnummer und die Reihenfolge für das Experiment. Informieren Sie die Teilnehmer, dass sie insgesamt 60 erreichen Studien getrennt in 4 Blöcke (2 Blöcke in der Vision-Zustand) und 2 Blocks in der No-Vision mit jedem Block, bestehend aus 15 Studien (5 Wiederholungen für jede der 3 Zielobjekte) erreichen die Erfüllung sein werden. Informieren Sie die Teilnehmer, dass für jeden Block die Zielobjekte in zufälliger Reihenfolge durch einen Zufallsgenerator bestimmt werden präsentiert. Stellen Sie sicher, dass die Reihenfolge der Block Präsentation über Teilnehmer ausgeglichen ist.
  3. Sitz des Teilnehmers in einem stationären armlosen Stuhl in einem ruhigen, gut beleuchteten Raum frei von Ablenkungen. Die Teilnehmer sitzen gerade auf dem Stuhl mit Füße flach und Platz auf dem Boden und ihre Hände öffnen und Palm-Down auf den Gipfeln der ihre Oberschenkel zu sagen.
  4. Einstellen Sie die Höhe der selbststehende, höhenverstellbare Sockel, der sitzende Teilnehmer Stamm Länge, so dass oben auf dem Podest in der Mitte zwischen dem oberen Rand des Teilnehmers Hip und des Teilnehmers Brustbein steht. Legen Sie den Sockel direkt vor der Teilnehmer Mittellinie.
  5. Sagen Sie die Teilnehmer, ihre dominierende Hand direkt in Richtung der Oberseite des Sockels zu verlängern. Passen Sie die Position des Sockels, sodass es sich auf der Mittellinie des Teilnehmers befindet, sondern in einem Abstand entspricht der Teilnehmer voll ausgestreckten Arm und Hand so, dass der Teilnehmers Mittelfinger ausgestreckten den distalen Rand des Sockels Kontakte. Bitten Sie nach der Positionierung des Sockels die Teilnehmer, ihre ausgestreckte Hand in ihrem Schoß zurückkehren.
  6. 1 high-Speed Videokamera positionieren sagittale an den Teilnehmer, auf der gleichen Seite wie der Teilnehmer nicht-dominanten Hand in 1 m Entfernung vom Sockel Reichweite Seitenansicht des Teilnehmers dominanten Hand aufnehmen. Passen Sie die Position und den Zoom der Kamera bis zum Scheitel des Teilnehmers, die Startposition der Hand auf die Oberschenkel und das erreichte Ziel auf dem Sockel sind alle deutlich sichtbar von dieser Kamerawinkel.
  7. Positionieren Sie eine zweite Videokamera 1 m vor dem Sockel, eine Front-Ansicht des Teilnehmers zu erfassen. Passen Sie die Position und den Zoom der Kamera bis zum Scheitel des Teilnehmers, die Startposition der Hand auf den Oberschenkel und das erreichte Ziel auf dem Sockel sind alle deutlich sichtbar von dieser Kamerawinkel.
    Hinweis: Zusätzliche Videokameras können über, unter oder vor der Teilnehmer und Sockel beliebig positioniert werden.
  8. Stellen Sie jede Kamera zum Aufzeichnen von Videos in der höchstmöglichen Auflösung mit einer Rate von 60, 120 oder 300 Bilder pro Sekunde mit einer Verschlusszeit von 1/250th (oder bis zu 1/1000th wenn die Bewegung sehr schnell ausgeführt wird) eine Sekunde. Legen Sie beide Kameras, jede Videodatei als eine AVI, MP4 oder MOV-Datei zu speichern. Verwenden Sie eine starke Lampe mit coolen LED-Leuchten (die vernachlässigbar Wärme erzeugen), um Bereich Teilnehmer und Tests zu beleuchten. Legen Sie jede Kamera in der Mitte des Sockels zu konzentrieren.
    Hinweis: Bei diesen hohen Frame-Raten und Verschlusszeiten braucht eine starke Lampe Bereich Teilnehmer und Tests zu beleuchten. Dadurch wird sichergestellt, dass die individuelle Videoframes ausreichend beleuchtet und frei von Bewegungsartefakte sind.
  9. Weisen Sie die Teilnehmer beginnen jedes erreichte Test mit ihren Händen offen, entspannt, und Palm nach unten auf den Rücken ihrer Oberschenkel ruht.
  10. Sagen des Teilnehmers, dass am Anfang jeder Versuch der Experimentator ein Zielobjekt – eine Blaubeere, einen Donut-Ball oder einer Orangenscheibe – auf dem Sockel stellen wird und dass der Teilnehmer ist zu warten, bis der Versuchsleiter eine verbale 1, 2, 3 bietet , Gehen ' Befehl aus, um mit ihrer dominanten Hand ausstrecken, das Zielobjekt zu erfassen und dann legen das Zielobjekt in ihrem Mund, als ob sie gehen, um es zu essen.
  11. Sagen Sie des Teilnehmers, dass sie die Aufgabe so natürlich wie möglich durchführen sollte, sondern dass sie tatsächlich keinen, das Zielobjekt zu essen. Weisen Sie die Teilnehmer, dass nach der Platzierung des Zielobjekts in den Mund, die, den Sie dann verwenden sollten, ihrer nichtdominanten Hand das Ziel aus ihrem Mund abrufen und legen Sie sie in einen Entsorgungsbehälter befindet sich Erdgeschoss des Teilnehmers nicht-dominanten Hand neben. Weisen Sie die Teilnehmer dann beide Hände auf ihre Oberschenkel in Vorbereitung auf die nächste Prüfung zur Startposition zurück.
  12. Wählen Sie eine Augenbinde, die ist nicht umständlich, aber verdecken fovealen und peripheren Vision des Ziels. Diese Augenbinde an alle Teilnehmer am Anfang aller No Vision Test Blöcke und sicherzustellen Sie, dass sie es tragen, bevor das Zielobjekt auf dem Sockel platziert wird.
    Hinweis: Wenn keine Vision Test Blöcke abgeschlossen ist, sind Teilnehmer mit verbundenen Augen vor , die erste No Vision Test beginnt. So sind sie mit verbundenen Augen vor ein Zielobjekt auf dem Sockel platziert wird, die sicherstellt, dass die Teilnehmer nicht sehen, welche der möglichen Zielobjekte auf dem Sockel für jede gegebene No Vision Studie platziert wird.
  13. Drücken Sie die Schaltfläche "aufzeichnen" auf beide Videokameras vor Einleitung des Experiments und sicherstellen Sie, dass die Position und Lage der einzelnen Kameras ändert sich nicht für die Dauer der experimentellen Aufgabe für einen bestimmten Teilnehmer.

3. Datenerhebung

  1. Beginnen Sie das Experiment, indem man schnell die zentrale Oberfläche des Sockels mit dem Zeigefinger.
    Hinweis: Der Moment des Kontakts zwischen dem Zeigefinger und dem Sockel dient als ein Zeit-Stichwort, die in alle Videoaufnahmen sichtbar werden.
  2. Platzieren Sie ein Kalibrierung Objekt bekannter Größe wie ein 1 cm3 Kunststoff-Würfel in der Mitte der Oberseite des Sockels, so dass jede Kamera Fronto-parallelen Blick auf einer Seite des Würfels. Lassen Sie die Kalibrierung-Objekt auf dem Sockel für ca. 5 s, so dass jede Kamera eine ungehinderte Sicht auf, fängt dann Kalibrierung Objekt vor der ersten Verhandlung erreichen entfernen.
  3. Informieren Sie die Teilnehmer, dass das Experiment zu starten, stellen Sie sicher, dass der Teilnehmer die Augenbinde tragen wird, wenn sie imsind Begriff, keine Vision Test Block ergänzen, und bitten die Teilnehmer mündlich zu bestätigen, wenn sie bereit sind zu beginnen.
  4. Das erste Zielobjekt auf dem Podest und mit "1, 2, 3, Go" Cue signalisieren dem Teilnehmer erreichen Studie durchführen.
  5. Wiederholen Sie Schritt 3.4. bis der Teilnehmer insgesamt 60 erreichen Studien abgeschlossen hat. Sicherstellen Sie, dass die Teilnehmer nur die Augenbinde für die Testversion Blöcke Nr. Vision trägt.
  6. Nach 60 erreichen Prüfungen abgeschlossen sind, beenden der Aufnahme von der Videokamera. Antwort endgültigen Fragen der Teilnehmer haben und es ihnen ermöglichen, zu verlassen.

4. bereiten Sie Videos für Video Frame für Frame-Analyse

  1. Download der video-Dateien von der Videokamera auf einem sicheren Computer, der ein video editing Softwareprogramm installiert hat.
  2. Öffnen Sie die video-Dateien in video editing Softwareprogramm. Klicken Sie im Start-Fenster , das geöffnet wird auf die Schaltfläche " Neues Projekt ". Wählen Sie für die Option Video Display Format Frames. Wählen Sie die Option Format erfassen DV. Klicken Sie auf OK | Ja.
  3. Klicken Sie auf Media-Browser und navigieren Sie, um die video-Dateien für Ihre Teilnehmer zu finden. Klicken Sie und halten Sie eine der video-Dateien per drag & drop es in der angrenzenden Timeline. Dadurch wird die video-Aufzeichnung im Programmfenster angezeigt werden. Verwenden Sie die Pfeiltasten auf der Tastatur zum Fortschritt vorwärts bzw. rückwärts durch die video-Aufzeichnung.
  4. Verwenden Sie die Pfeiltasten auf der Tastatur, dem Videobild navigieren, die im Moment zeigt, den der Experimentator oben auf dem Podest mit dem Zeigefinger tippt. Die video-Aufzeichnung auf diesen Rahmen anzuhalten, damit die Abspielposition (auf der Zeitachse) an den genauen Rahmen positioniert wo macht der Experimentator Finger zunächst Kontakt mit dem Sockel.
  5. Verwenden Sie der trimmen-Funktion in der Video-editing-Software zu trimmen (entfernen) alle Frames vor dem aktuellen Frame. Um dies zu tun, klicken Sie auf die Mark In | Datei | Exportieren | Media Optionen. Wählen Sie in das sich öffnenden Fenster die Einstellungen exportieren h. 264 für die voreingestellte Option für die Formatoption und Mit Quelle abgleichen .
  6. Klicken Sie auf den Ausgabenamen und durchsuchen Sie, um den Ordner zu finden, wo Sie die neu zugeschnittene video-Aufzeichnung speichern möchten. Geben Sie einem neuen Dateinamen für die neu zugeschnittenen video-Aufzeichnung, die Sie erstellen, dann klicken Sie auf die Schaltfläche " Speichern ". Dadurch kehren Sie an den Einstellungen exportieren. Klicken Sie auf die Option exportieren .
  7. Wiederholen Sie die Schritte 4.1-4.6 für alle video Datensätze für jeden Teilnehmer zu eine neu geschnittenen video-Datei erstellen, die jeweils von der ursprünglichen video-Dateien entspricht. Verwenden Sie nur neu getrimmten Videodateien für alle nachfolgenden Frame-by-Frame-Videoanalysen.
    Hinweis: In die neu getrimmten Videodateien stellt Bild 1 der jede Videodatei die gleiche Verhaltens Ereignis (z.B. Zeitpunkt des ersten Kontaktes zwischen der Experimentator Finger und der Sockel) und sind im wesentlichen zeitsynchronisiert dar. Dies ermöglicht eine schnelle und einfache Wechsel zwischen verschiedenen video-Abrufe eines einzelnen Verhaltens Ereignisses innerhalb einer einzigen Prüfung Sitzung für einen einzigen Teilnehmer.
  8. Schließen und wieder öffnen der Video-editing-Software. Wiederholen Sie die Schritte 4.2. und 4.3. Wählen Sie und ziehen Sie alle neu getrimmten Videoaufzeichnungen für einen einzigen Teilnehmer in separaten Schnittfenster in der Video-editing-Software für die Bild-für-Bild-video-Analyse. Dies ermöglicht Ihnen mehrere video-Abrufe für jeden Teilnehmer in gewissem Sinne zeitsynchronisiert navigieren. Die video-Aufzeichnung zu ändern (zB., front oder Seite) wird in das Programmfenster klicken Sie einfach auf und ziehen Sie die video-Timeline, die die bevorzugten video Ansicht an die Spitze der anderen video Zeitleisten enthält.
    Hinweis: Schritt 4.8. wird mit der Videoschnitt-Software durchgeführt und dient dazu, vorübergehend Zeit-alle video-Abrufe von einem einzelnen Teilnehmer synchronisieren.

5. Bild-für-Bild-Video-Analyse: Zeitorganisation

  1. Beschreiben Sie für jede erreichte Studie die zeitliche Organisation der Reach-Griff Bewegung mit den Pfeiltasten auf der Tastatur an den Fortschritt durch die zeitsynchronisierte Videoaufnahmen Bild für Bild. Zeichnen Sie auf, in einer Tabellenkalkulation (Supplemental Tabelle1), der erste Frame-Nummer für jedes Verhaltens Schlüsselereignis beschriebenen Schritte 5.1.1-5.1.6, die auch in Tabelle 1 beschrieben und in Abbildung 1dargestellt.
    Hinweis: Während alle 6 Verhaltensstörungen Tastenereignisse in jede Vision Test in der Regel vorhanden sind, können einige nicht immer in den Studien keine Vision vorhanden sein.
    1. Identifizieren Sie Bewegung beginnen, die definiert wird als die erste sichtbare Aufhebung der Palme der Hand Weg von der Dorsum des Oberschenkels.
    2. Kollektion, die als die Bildung einer geschlossenen Hand-Haltung definiert ist, in dem die Ziffern maximal flex und der Nähe, zu identifizieren. Im allgemeinen tritt Sammlung nach Bewegung Start und vor der Spitze Blende.
    3. Maximale Höhe, die als die maximale Höhe der meisten proximalen Knöchel des Zeigefingers definiert ist, wie die Hand in Richtung des Zielobjekts greift zu identifizieren.
    4. Peak-Blende, definiert als die maximale Öffnung der Hand (gemessen zwischen der zentralen Spitze des Zeigefingers und die zentrale Spitze des Daumens), das auftritt, nach der Entnahme, aber vor dem ersten Kontakt zu identifizieren. Manchmal werden die Ziffern nach dem ersten Kontakt mit der Target-Objekt, in diesem Fall auch aufzeichnen die Frame-Nummer von dieser zweiten Gipfel Blende wieder geöffnet.
    5. Erstkontakt, definiert als der erste Kontaktpunkt zwischen der Hand und das Zielobjekt zu identifizieren.
    6. Final zu erfassen, die als der Moment definiert ist, an dem alle Manipulation des Zielobjekts ist abgeschlossen und der Teilnehmer hat einen festen Halt auf dem Zielobjekt, zu identifizieren.

6. Bild-für-Bild-Video-Analyse: kinematische Verteilerskala

  1. Erstellen Sie eine Verteilerskala für jeden Teilnehmer, die Entfernung Maßnahmen aus der video-Aufzeichnung von Pixel in Zentimeter konvertieren verwendet werden kann.
    1. Drag & drop die video-Aufzeichnung von Interesse in der Timeline Software Videobearbeitungsprogramm wie in den Schritten 4.2. und 4.3. Bewegen Sie die Abspielposition auf den Rahmen, der die Kalibrierung Objekt darstellt, und klicken Sie auf den Frame exportieren. Geben Sie im Fenster Frame exportieren , dass öffnet, geben Sie einen Namen für das Frame-Standbild im Optionsfeld TIFF im Feld Format -Option, und klicken Sie auf das Optionsfeld Pfad zu dem Ordner zu durchsuchen, die Sie möchten Speichern Sie die Frame-Standbild in.
    2. Öffnen Sie diese noch Frame-Image-Datei in ein Foto-Bearbeitungs-Software-Programm. Klicken Sie auf Bild | Analyse | Festlegen der Messskala | Benutzerdefinierte , den Mauszeiger in ein Tool "Lineal" zu verwandeln. Verwenden Sie das Tool "Lineal", klicken auf eine Seite des Würfels 1 cm3 Kalibrierung, ziehen das Tool "Lineal" auf der gegenüberliegenden Seite des Würfels Kalibrierung, die Linie möglichst horizontal zu halten, und die Freigabe des Klick auf der gegenüberliegenden Seite des Würfels.
      Hinweis: Einmal Schritt 6.1.2. ist die Foto-Bearbeitungs-Software komplett Programm automatisch berechnen die Länge der Linie, die in Pixeln gezeichnet wurde und dieser Wert in der Option Pixel Länge im geöffneten Fenster der Messskala angezeigt.
    3. Geben Sie im Fenster " Messskala " 10 in die Logische Länge Optionsfeld und Millimeter in Logische Einheiten -Optionsfeld. Klicken Sie auf die Voreinstellung zu speichern. Geben Sie im Messung Scale Preset -Fenster die video-Anzeige und die Codenummer des jeweiligen Teilnehmers (z. B. SideView-Participant1) in das Preset Name Optionsfeld und klicken Sie dann auf "OK".
    4. Klicken Sie auf "OK" im Fenster " Messskala ".
      Hinweis: Wiederholen Sie die Schritte 6.1.1 zu 6.1.4. für jede video-Anzeige für jeden Teilnehmer.

7. Bild-für-Bild-Video-Analyse: kinematische Struktur

  1. Beschreiben Sie für jede erreichte Studie die kinematische Struktur der Reach-Griff Bewegung mit dem Linealwerkzeug in der Foto-Bearbeitungs-Software-Programm in Schritten 7,4-7,9 und Tabelle 1beschriebenen Maßnahmen relevanten Entfernung aufnehmen.
  2. Die Video-editing-Software verwenden, um ein Standbild Frame (Schritt 6.1.1.) zu exportieren, die jedes der folgenden Verhaltens Ereignisse schildert: Sammlung, maximale Höhe, Gipfel Blende, Erstkontakt und endgültige Griff (für jeden Versuch).
  3. Öffnen Sie die Frame-Standbild, das zeigt das Schlüsselereignis Verhaltens des Interesses an der Foto-Bearbeitungs-Software. Klicken Sie auf Bild | Analyse | Festlegen der Messskala und wählen Sie die voreingestellten Verteilerskala, das entspricht der Videoansicht und Teilnehmer in das Bild, das Sie eine Abstandsmessung aus (z. B. SideView-Participant1 möchten) dargestellt.
    Hinweis: Auswahl der entsprechenden vorgegebenen Verteilerskala wird sichergestellt, dass alle nachfolgenden Distanzen gemessen mit dem Linealwerkzeug in Millimeter genau aus Pixeln umgewandelt werden. Die voreingestellten Verteilerskala bleibt für alle nachfolgenden Bilddateien automatisch ausgewählt, die geöffnet werden. So gibt es keine Notwendigkeit, wiederholen die Schritt 7.3. bis Sie zu analysieren wechseln Rahmen Sie noch Bilder von verschiedenen video-Anzeige oder eines anderen Teilnehmers.
  4. Öffnen Sie die Frame-Standbild, das das Verhalten Schlüsselereignis der Sammlung in der Foto-Bearbeitungs-Software zeigt. Wählen Sie das Tool "Lineal" und verwenden Sie es zum Zeichnen einer geraden Linie zwischen der zentralen Spitze des Daumens und der zentralen Spitze des Zeigefingers.
  5. Klicken Sie auf Bild | Analyse | Messungen aufzeichnen, die bewirkt das Vermessungsprotokoll zu öffnen. Die Länge dieser Linie als die Sammlung Abstand in der Tabellenkalkulation (Supplemental Tabelle1) aufnehmen.
  6. Öffnen Sie das Frame-Standbild, das maximale Höhe in der Foto-Bearbeitungs-Software darstellt. Verwenden Sie das Tool "Lineal", um den vertikalen Abstand zwischen der Oberseite des Sockels und oberen Rand des Teilnehmers Index Achsschenkel zu messen. Die Länge dieser Linie als die maximale Höhe Abstand in der Tabelle aufnehmen.
  7. Öffnen Sie die Frame-Standbild, das Peak-Blende in der Foto-Bearbeitungs-Software zeigt. Verwenden Sie das Tool "Lineal" zum Messen des Abstands zwischen der zentralen Spitze des Daumens und der zentralen Spitze des Zeigefingers. Die Länge dieser Linie als Spitzenentfernung Blende in die Tabelle aufnehmen.
  8. Öffnen Sie die Frame-Standbild, das zeigt der ersten Kontakt in der Foto-Bearbeitungs-Software. Verwenden Sie das Tool "Lineal" zum Messen des Abstands zwischen der zentralen Spitze des Daumens und der zentralen Spitze des Zeigefingers. Die Länge dieser Linie als den Erstkontakt Blende Entfernung , in die Tabelle aufnehmen.
  9. Öffnen Sie die Frame-Standbild, das letzte Griff in die Foto-Bearbeitungs-Software zeigt. Verwenden Sie das Tool "Lineal" zum Messen des Abstands zwischen der zentralen Spitze des Daumens und der zentralen Spitze des Zeigefingers. Die Länge dieser Linie als der letzte Griff Blende Entfernung in der Tabelle aufnehmen.

8. Bild-für-Bild-Video-Analyse: topographische Maßnahmen

  1. Während die oben Frame-by-Frame-video-Analyse, auch Dokument zusätzliche topografische Merkmale der Reach-Griff-Bewegung wie ein Teil der Hand einen ersten Kontakt herzustellen, wenden Sie sich an Punkte, Griff Punkte, Anpassungen, Grip Typ und Griff-Strategie ( Tabelle 2).
    1. Dokument in der Tabellenkalkulation, welcher Teil der Hand verwendet wird, um ersten Kontakt mit dem Ziel für jeden Versuch, für jeden Teilnehmer zu machen. Verwenden Sie die folgende Notation: 1 = Daumen, 2 = Zeigefinger, 3 = Mittelfinger, 4 = Ringfinger, 5 = Pinky, 6 = Palm, 7 = Dorsum von der Hand.
    2. Erste Anlaufstellen zu bestimmen, indem Sie exportieren eine Frame-Standbild des Ziels, in der Foto-editing-Software zu öffnen und mit Hilfe des Programms-Pinsel-Werkzeug um zu markieren den Standort auf das Ziel an dem erster Kontakt zwischen der Hand und das Ziel für jeden vorgenommen wurde Studie. Passen Sie die Größe, Deckkraft und Farbe für das Pinsel-Werkzeug an Ihre Bedürfnisse anzupassen. Wiederholen Sie diesen Schritt, bis Sie eine topographische Karte erstellt haben, die die Position der ersten Kontaktstellen auf das Ziel für jeden Teilnehmer angibt.
      Hinweis: Ein Beispiel für aggregierte erste Anlaufstellen für alle Teilnehmer in einer einzigen Studie, siehe Vertreter Ergebnisse unten.
    3. Bestimmen Sie die Griff-Punkte durch exportieren ein Frame-Standbild des Ziels, in der Foto-editing-Software zu öffnen und mit Hilfe des Programms-Pinsel-Werkzeug um zu markieren den Standort auf dem Ziel, an dem die Hand das Ziel zum Zeitpunkt der endgültigen Verständnis für jeden Versuch Kontakte. Passen Sie die Größe, Deckkraft und Farbe für das Pinsel-Werkzeug an Ihre Bedürfnisse anzupassen. Wiederholen Sie diesen Schritt, bis Sie eine topographische Karte, die erstellt haben die Position der Griff Punkte auf das Ziel für jeden Teilnehmer angibt.
      Hinweis: Ein Beispiel für aggregierte Griff Punkte über alle Teilnehmer in einer einzigen Studie, siehe Vertreter Ergebnisse unten.
      1. Bestimmen Sie visuell die durchschnittliche Reichweite Kontakt Speicherorte für den Daumen und die gegnerischen Ziffer auf dem Ziel für sehende Teilnehmer. Diese beiden Kontakt Standorte zu bezeichnen, als die "Grundlinie Griff Anlaufstellen"
      2. Verwenden Sie das Pinsel-Werkzeug, um die "Grundlinie Griff Kontaktstellen" auf die topographische Karte, die ersten Anlaufstellen für jeden Teilnehmer zeigt markieren. Verwenden Sie das Tool "Lineal" (siehe Schritt 6.1. zu 6.1.4. und 7.5.), den 2D linearen Abstand zwischen jeder erste Anlaufstelle und der jeweiligen Grundlinie Kontaktstelle zu messen. Wiederholen Sie diesen Schritt für jedes erste Anlaufstelle für jeden Teilnehmer in der Vision und keine Vision Bedingungen. Berechnen Sie den Mittelwert "Abstand zur Grundlinie Kontaktstelle" für jeden Teilnehmer, die anzeigt wie weit im Durchschnitt eines Teilnehmers Standort der erste Kontakt von der Grundlinie Griff Kontaktstelle unterschieden.
      3. Verwenden Sie das Pinsel-Werkzeug, um die "Grundlinie Kontaktstellen" auf die topographische Karte, die zeigt, Griff Kontaktstellen für jeden Teilnehmer markieren. Verwenden Sie das Tool "Lineal" (siehe Schritt 6.1. und 6.1.4. und 7.5.), den 2D linearen Abstand zwischen jeder Griff und der jeweiligen Grundlinie Kontakt Punkt zu messen. Wiederholen Sie diesen Schritt für jeden Griff-Punkt für jeden Teilnehmer in der Vision und keine Vision-Bedingungen. Berechnen Sie den Mittelwert "Abstand zur Grundlinie Kontaktstelle" für jeden Teilnehmer, die anzeigt, wie weit, im Durchschnitt eines Teilnehmers Griff Kontaktstellen von der Grundlinie Griff Kontaktstelle unterschieden.
    4. Bestimmen Sie die Anzahl der Berichtigungen auf jede Prüfung durch die Kontrolle der video-Aufzeichnung, feststellend, dass alle Instanzen, wo die Teilnehmer freigegeben und wieder Kontakt mit dem Ziel zwischen dem Rahmen des ersten Kontaktes und der Rahmen des endgültigen Verständnis hergestellt. Die Gesamtzahl der Anpassungen pro Prozess für jeden Teilnehmer in die Tabelle aufnehmen.
    5. Bestimmen Sie den Griff Typ verwendet, um das Ziel für jeden Versuch abholen und es in die Tabelle aufnehmen: (i) Zange Griff: zeichnet sich durch das Ziel zwischen den Pads des Daumens und eine andere Stelle der gleichen Hand, (Ii) Präzision Griff greifen: gekennzeichnet durch greifen der zwischen den Pads des Daumens und mindestens zwei weitere Ziffern von der gleichen Hand oder (Iii) Power-Grip: gekennzeichnet durch das Ziel zwischen der Handfläche und die Ziffern der gleichen Hand greifen.
    6. Bestimmen die Griff-Strategie (preshaping, Touch-dahin-Griff, Variante 1, Variante 2 oder Variante 3 Strategie; Vertreter Ergebnisse unten zu sehen) verwendet für jeden Versuch und es in die Tabelle aufnehmen.

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Ergebnisse

Dieser Abschnitt enthält Beispiele für die Ergebnisse, die erreicht werden können, wenn Sie Frame für Frame Videoanalyse eigenwillige Reichweite zu erfassen Bewegungen unter visuelle sensorische Anleitung untersuchen. Die wichtigste Erkenntnis ist, dass wenn Teilnehmer Vision präventiv sowohl die extrinsische (Lage/Ausrichtung) identifizieren können und intrinsische (Größe/Form) Eigenschaften eines Ziels einwenden, dass sie die Reichweite und den Griff in einem einzigen nahtlosen prehensi...

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Diskussion

Der vorliegende Beitrag beschreibt das video Frame für Frame-Analyse verwenden, um die zeitliche Organisation, kinematische Struktur und eine Teilmenge der topographischen Merkmale menschlicher Reichweite zu erfassen Bewegungen zu quantifizieren. Die Technik kann verwendet werden, um typische optisch geführte Reichweite zu erfassen Bewegungen, sondern auch eigenwillige Reichweite zu erfassen Bewegungen zu studieren. Solche Bewegungen sind schwierig zu studieren, mit traditionellen 3D Motion-tracking-Systeme, jedoch häufi...

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Offenlegungen

Die Autoren haben keine finanziellen Interessenkonflikte offenlegen.

Danksagungen

Die Autoren möchten Alexis M. Wilson und Marisa E. Bertoli für ihre Unterstützung bei Dreharbeiten und bereitet das Video für dieses Manuskript danken. Diese Forschung wurde von den Naturwissenschaften und Engineering Research Council of Canada (JMK, JRK, IQW), Alberta Innovates-Health-Lösungen (JMK) und der kanadischen Institute der Gesundheit Forschung (IQW) unterstützt.

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Materialien

Liste der in diesem Artikel verwendeten Materialien
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Hochgeschwindigkeits-VideokamerasCasiohttp://www.casio-intl.com/asia-mea/en/dc/ex_f1/ oder http://www.casio-intl.com/asia-mea/en/dc/ex_100/Casio EX-F1 Hochgeschwindigkeitskamera oder Casio EX-100 Hochgeschwindigkeitskamera zum Erfassen von Hochgeschwindigkeits-Videoaufzeichnungen
Adobe PhotoshopAdobehttp://www.adobe.com/ca/products/photoshop.htmlSoftware zum Kalibrieren und Messen von Entfernungen auf einzelnen Videobildern
Adobe Premiere ProAdobehttp://www.adobe.com/ca/products/premiere.html?sdid=KKQOM&mv=search&s_kwcid=AL!3085!3!193588412847!e!!g!!adobe%20premiere%20pro&ef_id=WDd17AAABAeTD6-D:20170606160204:sSoftware zur Durchführung von Frame-by-Frame-Videoanalysen
, höhenverstellbarer SockelSanushttp://www.sanus.com/en_US/products/speaker-stands/htb3/Ein höhenverstellbarer Lautsprecherständer mit einer maßgefertigten dreieckigen Deckplatte von 9 cm x 9 cm, die mit einer Schraube an der Oberseite befestigt ist, wird als 1 cm langer Kalibrierwürfel
(Walmart)https://www.walmart.com/ip/Learning-Resources-Centimeter-Cubes-Set-500/24886372Ein 1 cm großer Kunststoffwürfel wird verwendet, um Entfernungsmaße von Pixeln in Zentimeter umzuwandeln
Studio LightDot Linehttps://www.bhphotovideo.com/c/product/1035910-REG/dot_line_rs_5620_1600w_led_light.htmlStarke Lampe mit kühlem LED-Licht, die zur Beleuchtung des Teilnehmers und des Testbereichs verwendet wird
3-dimensionale (3D) SchlafmaskeKfinehttps://www.amazon.com/Kfine-Sleeping-Contoured-lightweight-Comfortable/dp/B06W5CDY78?th=1Wird als Augenbinde verwendet, um das Sehen in der bedingungslosen Sicht zu verdecken
Orange SlicesN/AN/AOrangenscheiben dienten als großformatige Zielscheiben
Donut-Kugeln TimHortonshttp://www.timhortons.com/ca/en/menu/timbits.phpOld Fashion Plain Timbits von Tim Hortons dienten als mittelgroße Zielscheiben
BlaubeerenN/AN/ABlaubeeren dienten als kleine Zielscheiben
verwendet

Referenzen

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