Catturare l'uso rappresentativo della mano a casa usando video egocentrici in individui con compromissione degli arti superiori

La funzione della mano è un fattore determinante dell'indipendenza e della qualità della vita tra le popolazioni cliniche con compromissione degli arti superiori^1,2. Catturare la funzione della mano di individui con disabilità della mano a casa è vitale per valutare i progressi della loro capacità di svolgere attività di vita quotidiana (ADL) durante e dopo la riabilitazione. La maggior parte delle valutazioni cliniche della funzione della mano sono condotte in un ambiente clinico o di laboratorio, piuttosto che a casa^3,4. Le valutazioni cliniche della funzione della mano esistenti che cercano di catturare l'impatto sulle ADL a casa sono questionari e si basano su valutazioni soggettive auto-riferiti^5,6,7. Una valutazione obiettiva per valutare l'impatto finale della riabilitazione sulla funzione della mano a casa non è ancora disponibile.

Negli ultimi anni, molte tecnologie indossabili sono state sviluppate e implementate per catturare la funzione degli arti superiori in ambienti reali. Sensori indossabili come accelerometri e unità di misura inerziale (ICU) sono stati comunemente usati per misurare i movimenti degli arti superiori nella vita quotidiana. Tuttavia, questi dispositivi in genere non distinguono se le epoche rilevate appartengono ai movimenti funzionali degli arti superiori^8,9, definiti come movimenti intenzionali destinati a completare un compito desiderato. Ad esempio, alcuni sensori indossabili sono sensibili alla presenza di oscillazioni degli arti superiori durante la deambulazione, che non è un movimento funzionale dell'arto superiore. Inoltre, sebbene gli accelerometri da polso catturino i movimenti degli arti superiori, non possono catturare i dettagli della funzione della mano in ambienti reali. I guanti sensorizzati consentono di acquisire informazioni più dettagliate sulle manipolazioni delle mani¹⁰, ma possono essere ingombranti per le persone la cui funzione e sensazione della mano sono già compromesse. Sono stati proposti anche approcci indossabili per catturare i movimenti delle dita attraverso la magnetometria o gli accelerometri^indossatidalle dita^{11, 12,13,}ma l'interpretazione funzionale di tali movimenti rimane impegnativa^14. Pertanto, sebbene i dispositivi indossabili precedentemente proposti siano piccoli e convenienti da usare, sono insufficienti per descrivere i dettagli e il contesto funzionale dell'uso manuale.

Le fotocamere indossabili sono state proposte per colmare queste lacune e catturare i dettagli della funzione della mano durante le ADL a casa per applicazioni di neuroriabilitazione^{15,16, 17,18,19.} L'analisi automatizzata di video egocentrici utilizzando la visione artificiale ha un notevole potenziale per quantificare la funzione della mano nel contesto, fornendo informazioni sia sulle mani stesse che sui compiti svolti in ADL^{reali 20}. D'altra parte, la durata delle registrazioni continue è in genere limitata a circa 1-1,5 ore da batteria, archiviazione e considerazioni di comfort. Qui, all'interno di questi vincoli, presentiamo un protocollo di raccolta video egocentrico destinato a ottenere dati che sono sia rappresentativi della vita quotidiana di un individuo che informativi per la valutazione della funzione della mano.

Lo studio è stato approvato dal Research Ethics Board dell'University Health Network. Il consenso informato firmato è stato ottenuto da ciascun partecipante prima dell'arruolamento nello studio. Il consenso informato firmato è stato ottenuto anche da eventuali caregiver o membri della famiglia che appaiono nelle registrazioni video.

1. Verifica dell'applicabilità del protocollo all'individuo

NOTA: Questo protocollo è destinato ad essere applicato a individui con funzione della mano compromessa ma non completamente assente (criteri specifici possono essere adattati alla popolazione e / o alla questione di interesse).

1. Chiedi ai partecipanti se le loro mani colpite influiscono sulla loro capacità di eseguire ADL.
   NOTA: Si consiglia di chiedere ai partecipanti di fornire alcuni esempi di attività che possono e non possono eseguire in modo indipendente con le mani interessate.
2. Verificare che il punteggio totale sul Montreal Cognitive Assessment (MoCA) sia superiore a 21, al fine di evitare potenziali difficoltà di comprensione e seguire le procedure di protocollo.

2. Determinazione della routine quotidiana dei partecipanti

1. Chiedi ai partecipanti di ricordare le loro routine quotidiane nelle ultime due settimane. Documentare quali attività quotidiane vengono eseguite, per quanto tempo e approssimativamente a che ora.
2. In collaborazione con i partecipanti, selezionare 3 fasce orarie di 1,5 ore ciascuna durante le quali registrare video. Seleziona le fasce orarie che sono distribuite in diversi giorni della settimana e si verificano quando le ADL che coinvolgono le mani vengono in genere eseguite in sequenza.
   NOTA: le ADL selezionate devono essere rappresentative delle attività tipiche di ciascun partecipante ed essere percepite da loro come significative. La pianificazione di periodi di registrazione in giorni diversi ha lo scopo di aumentare la varietà di ADL registrati e di promuovere l'acquisizione di dati utili e significativi.
   NOTA: le fasce orarie di registrazione sono programmate per l'efficienza della registrazione, ma i partecipanti devono capire che hanno il pieno controllo di quando avviare e interrompere le registrazioni.

3. Accordo sui programmi di registrazione e sui contenuti video target con i partecipanti

1. Ottenere l'accordo di ciascun partecipante sui programmi di registrazione, dopo aver discusso eventuali dubbi che potrebbero avere.
2. Imposta un obiettivo di 3 ore di video in due settimane. Informare i partecipanti che video insufficienti possono portare a prolungare i loro periodi di registrazione.

4. Enfasi sull'importanza di eseguire ADL in modo naturale

1. Istruisci i partecipanti a concentrarsi sull'acquisizione di routine realistiche, invece di specificare particolari attività da registrare. L'intento dell'istruzione è quello di scoraggiare i partecipanti dal registrare artificialmente attività specifiche in quantità maggiori di quelle tipiche per loro.

5. Notifica di potenziali problemi di privacy durante le registrazioni a casa

1. Assicurati che i partecipanti comprendano che tutte le registrazioni dovrebbero avvenire all'interno delle loro case, non in luoghi pubblici per evitare problemi di privacy.
2. Fornire alcuni esempi che potrebbero sollevare problemi di privacy, come fare il bagno, vestirsi / spogliarsi e controllare le informazioni riservate. Ricorda ai partecipanti di essere consapevoli degli specchi, che possono mostrare i loro volti nelle registrazioni.
3. Suggerisci ai partecipanti di evitare il più possibile la presenza di altre persone come familiari o caregiver nei video.
   NOTA: Nel contesto di studi di ricerca, nei casi in cui la presenza di altre persone è inevitabile, è necessario ottenere il consenso informato da tali individui.

6. Istruzioni per fotocamera e tablet

NOTA: Se i partecipanti indicano durante il contatto iniziale che hanno bisogno dell'assistenza del caregiver per molte delle loro esigenze quotidiane, il caregiver è incoraggiato a partecipare anche alla visita di studio e ad essere addestrato sull'uso dell'attrezzatura, in modo che possano successivamente assistere il partecipante.

1. Dimostrare come utilizzare una fotocamera egocentrica (Tabella dei materiali) ai partecipanti.
   1. Dimostrare come accendere e spegnere la fotocamera.
   2. Dimostrare come controllare le registrazioni (avvio, pausa, arresto) utilizzando la fotocamera.
2. Dimostrare come utilizzare un tablet (Tabella dei materiali) con l'app fotocamera preinstallata per controllare le registrazioni, se applicabile.
   NOTA: la dimostrazione include il controllo delle registrazioni dall'app della fotocamera, nonché la riproduzione e la modifica (ad esempio, tagliare o eliminare) i video registrati. Inizialmente è stato preso in considerazione un telecomando per fotocamera(File supplementari),ma in pratica non è stato utilizzato perché i partecipanti si sono abituati a utilizzare la fotocamera o il tablet per avviare e interrompere le registrazioni.
   1. Dimostrare come accendere e spegnere il tablet.
   2. Dimostrare come collegare il tablet alla fotocamera tramite l'app fotocamera.
   3. Dimostrare come controllare le registrazioni dall'app della fotocamera.
   4. Dimostra come rivedere i video registrati dall'app della fotocamera.
   5. Dimostra come tagliare o eliminare i video dall'app della fotocamera.
3. Dimostrare come donare e sventolare la fotocamera utilizzando una fascia elastica regolabile sulla testa del partecipante.
   NOTA: vedere la Figura 1.
   
   Figura 1. Configurazione della fotocamera indossabile.  (A) Posizionamento della telecamera egocentrica. (B) Angolo di visione dalla telecamera. Fare clic qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.
   1. Posizionare la fotocamera sulla fronte del partecipante. Regolare l'archetto per indossare la fotocamera in modo comodo e costante.
   2. Garantire un angolo ottimale della fotocamera rispetto alla fronte.
   3. Chiedi ai partecipanti di registrare un breve segmento di video mentre muovi le mani davanti a loro e manipolano un oggetto (ad esempio, il tablet).
   4. Rivedi il video registrato e assicurati che le due mani fossero chiaramente visibili nella regione centrale della scena durante lo svolgimento di attività di manipolazione.
   5. Pratica l'uso della fotocamera e del tablet con i partecipanti e i loro caregiver, fino a quando non dimostrano competenza.

7. Dare l'attrezzatura

1. Dare il kit con tutta l'attrezzatura ai partecipanti per registrare i loro ADL a casa. Oltre alla fotocamera e al tablet, il kit include batterie aggiuntive per fotocamera, caricabatterie per fotocamera e tablet, cavi di ricarica, archetto per la fotocamera e una serie stampata di linee guida per l'utilizzo della fotocamera (vedere il materiale supplementare).

8. Risoluzione dei problemi sperimentale e follow-up

1. Fornire le informazioni di contatto dei ricercatori per aiutare a risolvere gli ostacoli durante le registrazioni effettive a casa. Dopo una settimana, i ricercatori chiamano i partecipanti per documentare i progressi della registrazione e risolvere eventuali problemi tecnici.

9. Recupero di attrezzature e video

1. Ritreive tutte le attrezzature e i video dei partecipanti di persona o tramite pacchi postali prepagati.
2. Assicurati che i partecipanti accettino di condividere tutti i video restituiti. I partecipanti sono incoraggiati a rivedere tutti i video raccolti prima di restituirli al team di ricerca e ad eliminare tutte le parti che non desiderano condividere.
3. Per gli studi di ricerca, rivedere i video restituiti e verificare se qualcuno appare nel video senza aver dato il proprio consenso. In tal caso, invia moduli di consenso o chiama le persone che appaiono nei video per ottenere i loro consensi per l'uso dei video. Se gli individui non sono raggiungibili, le parti dei video in cui appaiono vengono eliminate dai ricercatori.

Dati demografici e criteri di inclusione dei partecipanti
Un campione di 23 partecipanti è stato reclutato per questi studi: 9 sopravvissuti all'ictus (6 uomini, 3 donne) e 14 individui con cSCI (12 uomini, 2 donne). Le informazioni demografiche e cliniche riassuntive per il campione reclutato sono riportate nella Tabella 1.

Tabella 1. Informazioni demografiche e cliniche dei partecipanti reclutati.

I criteri di inclusione reciproca per entrambi i gruppi in questi studi erano: 1) oltre i 18 anni, 2) compromissione ma non assente della funzione della mano, 3) assenza di altre malattie neuromuscoloscheletriche che colpiscono i movimenti degli arti superiori, 4) nessuna deformità delle articolazioni degli arti superiori e 5) assenza di dolore durante lo spostamento degli arti superiori. Ulteriori criteri di inclusione per ciascuno dei due gruppi sono stati i seguenti.

Per gli individui con cSCI: 1) livello neurologico di lesione tra C4 e C8 secondo gli standard internazionali per la classificazione neurologica delle lesioni del midollo spinale (ISNCSCI), 2) American Spinal Injury Association Impairment Scale (AIS) grado A-D. 3) Lesioni traumatiche o non traumatiche, 4) Un PUNTEGGIO motorio unilaterale degli arti superiori ISNCSCI (UEMS) tra 10 e 23 per almeno un arto.

Per gli individui con ictus: 1) almeno 6 mesi dopo l'ictus, 2) punteggio totale sull'Action Research Arm Test (ARAT) superiore a 10, 3) Montreal Cognitive Assessment (MoCA) punteggio superiore a 21 per evitare potenziali difficoltà di comprensione e seguire le procedure di studio.

Contenuto e lunghezza del video registrato
I video utilizzati per l'analisi qui presentati provenivano da 22 dei 23 partecipanti. Il partecipante rimanente (uomo con cSCI) ha restituito la fotocamera senza dati utilizzabili dopo essere stato fuori contatto con il team di ricerca per quasi 6 mesi e non è incluso nel resto dell'analisi. Come tale, il protocollo proposto ha avuto successo per il 95,7% dei partecipanti. In media, i partecipanti hanno registrato più di 5 attività. Le attività incluse nelle registrazioni video erano la preparazione dei pasti, mangiare, lavare i piatti, l'attività fisica e il lavoro a maglia (Figura 2). Una media di 3,11 ± 0,98 ore di video sono stati ottenuti per partecipante, dopo aver scartato segmenti in cui erano presenti altre persone che non hanno fornito il consenso o in cui i dati non erano affatto utilizzabili (ad esempio, la fotocamera è stata lasciata registrare su un tavolo). Inoltre, la durata media giornaliera della registrazione video per partecipante è stata di 60 ± 33 minuti. Tre partecipanti hanno posticipato le registrazioni a causa di una malattia. La maggior parte dei partecipanti ha registrato video seguendo gli orari concordati, ma hanno riferito di sentirsi stanchi e a disagio indossando la fotocamera per oltre 1 ora a causa del suo peso e calore contro la fronte. Sono state programmate registrazioni aggiuntive per soddisfare l'obiettivo di durata del video di 3 ore quando necessario. Il periodo medio di registrazione richiesto per acquisire 3 ore di video è stato di 22,3 ± 12,9 d. I periodi di registrazione variavano da 12 a 69 d, contando dal giorno in cui al partecipante è stata data la fotocamera al giorno in cui l'hanno restituita. In 4 casi, la lunghezza dei video ottenuti era inferiore all'obiettivo di 3 ore a causa di condizioni di salute o vincoli di pianificazione. Due partecipanti hanno impiegato più di 2 mesi per registrare 2 ore di video a causa delle responsabilità familiari. Un altro partecipante ha registrato quasi 2 ore di video in due settimane e poi ha deciso di restituire la fotocamera a causa dei piani di viaggio. Un altro partecipante ha cancellato accidentalmente tutti i video registrati e, dopo essere stato programmato per ulteriori registrazioni, è stato in grado di fornire solo 1 ora di video a causa delle responsabilità familiari.

Oltre alle variazioni di durata, la visibilità della mano ha influenzato la qualità dei video. Alcune attività registrate non mostravano chiaramente le mani, come l'allenamento fisico e la ricerca di oggetti in armadi sopra la testa. Le mani non sono state mostrate in 3 ADL da due partecipanti con ictus. Per quanto riguarda l'allenamento fisico, un partecipante stava usando una fascia elastica per gli esercizi degli arti superiori e giocando a tennis nel cortile. Le mani nel video non erano sempre visibili poiché i movimenti del braccio erano grandi e veloci. Oltre alle attività che richiedono movimenti degli arti superiori con una vasta gamma, la maggior parte delle ADL registrate sono state eseguite all'interno di uno spazio di lavoro tra la vita e la spalla, con le mani visibili nelle registrazioni.

Figura 2. Esempi di due ADL registrati di frequente dai video ottenuti. (A) Preparazione dei pasti. (B) Lavaggio dei piatti. Fare clic qui per visualizzare una versione più grande di questa figura. 

Assistenza richiesta
Sei partecipanti su ventidue (27%) hanno richiesto l'assistenza del team di ricerca durante i periodi di registrazione a casa. In media, ogni chiamata di aiuto ha richiesto 5-10 minuti. Non sono state necessarie visite a domicilio. Le difficoltà incontrate riguardavano il cambio della batteria, la connessione Bluetooth, la connessione Wi-Fi, la revisione e il taglio dei video sul tablet e il controllo delle registrazioni dal tablet. Per risolvere questi problemi sono state adottate le seguenti strategie:

Poiché cambiare le batterie può essere difficile per le persone con funzionalità della mano compromessa, il ricercatore ha suggerito di utilizzare il cavo di ricarica per ricaricare la fotocamera. Per questioni tecniche relative alle connessioni fotocamera-tablet (ad esempio, problemi Wi-Fi e Bluetooth) e per la revisione di video sul tablet, i ricercatori hanno guidato verbalmente i partecipanti attraverso le procedure passo dopo passo. Per i problemi relativi al taglio dei video, è stata fornita assistenza quando i partecipanti hanno restituito i video ai ricercatori di persona per evitare di eliminare involontariamente altri video registrati. Nel caso in cui i partecipanti non fossero in grado di utilizzare il tablet per avviare e interrompere le registrazioni, è stato detto loro di utilizzare la fotocamera da soli, facendo clic sul pulsante di registrazione per controllare l'avvio e l'arresto delle registrazioni video.

Problemi di privacy
Coerentemente con i risultati precedenti21, la maggior parte dei partecipanti e dei loro familiari non ha segnalato preoccupazioni sulla privacy sulla registrazione di ADL a casa. Un membro della famiglia di un partecipante non era disposto a essere incluso nel video e il partecipante è stato in grado di evitare la situazione. In totale, un partecipante è stato assistito con il taglio dei video restituiti. Le analisi qualitative delle opinioni dei partecipanti sulla raccolta di video egocentrici a casa saranno riportate altrove, tuttavia, le considerazioni sulla privacy non hanno comportato alcun ostacolo alla raccolta dei dati in questi studi. In questo protocollo, gli ADL sono stati registrati in ambienti domestici al fine di evitare problemi di privacy negli spazi pubblici. Oltre ai partecipanti, 15 spettatori (compresi caregiver e familiari) dei partecipanti sono stati inclusi nei video restituiti e hanno acconsentito alle loro inclusioni nello studio. Tra i 15 passanti inclusi nei video, 6 di loro non erano identificabili poiché i loro volti non erano mostrati. Inoltre, circa 20 minuti di video di 2 familiari di partecipanti con ictus sono stati scartati perché parti dei video mostravano i loro volti senza il loro consenso.

Materiale supplementare. Fare clic qui per scaricare questo file. 

Gli autori non hanno nulla da rivelare.