Захват репрезентативного использования рук в домашних условиях с использованием эгоцентрического видео у людей с нарушениями верхних конечностей
23 декабря 2020 г.
Предложен протокол для захвата естественной функции рук людей с нарушениями рук во время их повседневной жизни с помощью эгоцентрической камеры. Цель протокола состоит в том, чтобы гарантировать, что записи являются репрезентативными для типичного использования рук человека во время повседневной жизни дома.
Этот протокол фиксирует репрезентативную повседневную жизнь людей с нарушениями верхних конечностей с помощью носимых камер или эгоцентричных видео. Его целью является оценка и использование в домашних условиях для реабилитационных приложений. Визуализированное использование руки может помочь оценить влияние новых методов лечения в домашних условиях.
Протокол предназначен для эффективного сбора данных, отражающих повседневную жизнь пользователя. Информация, полученная с помощью этого протокола, может быть использована для оценки влияния реабилитации, отслеживания прогресса с течением времени или руководства дистанционным лечением. Хорошая коммуникация с участником имеет важное значение.
Убедитесь, что они понимают важность того, чтобы не менять свой обычный распорядок дня или способ выполнения задач. Начните с вопроса у участника, влияют ли его затронутые руки на его способность выполнять повседневные действия, или ADL. Попросите одного из участников привести несколько примеров задач, которые он может или не может выполнять самостоятельно с помощью затронутых им рук.
Попросите участников вспомнить свой распорядок дня за последние две недели. Документируйте, какие ежедневные задачи выполняются, как долго и в какое время. Совместно с участником выберите три временных слота по 90 минут каждый, в течение которых будет осуществляться запись видеороликов.
Выберите временные интервалы, которые распределены по разным дням недели и имеют место, когда ADL с участием рук обычно выполняются последовательно. Получить согласие участника на график записи после обсуждения любых проблем, которые могут у него возникнуть. Поставьте перед собой цель — три часа видео в течение двух недель и сообщите участнику, что недостаточное количество видео может привести к увеличению времени их записи.
Попросите участника сосредоточиться на съемке реалистичных рутинных действий. Убедитесь, что участник понимает, что все записи должны происходить у него дома, а не в общественных местах. Приведите несколько примеров, которые могут вызвать опасения по поводу конфиденциальности, например, купание, одевание и проверка конфиденциальной информации.
Напомните участнику, чтобы он остерегался зеркал, на которых может быть видно его лицо на записях. Предложите участнику по возможности избегать присутствия других людей, таких как члены семьи или опекуны, в видеороликах. Покажите, как пользоваться эгоцентричной камерой.
В частности, покажите участнику, как включать и выключать камеру и как управлять записями. Попросите участника попрактиковаться во включении и выключении камеры, а затем попробовать вести запись с камеры. Если применимо, продемонстрируйте, как использовать планшет с предустановленным приложением камеры.
Покажите, как включать и выключать планшет, как подключить планшет к камере через приложение камеры и как управлять записями. Попросите участника попрактиковаться в показанных шагах. Затем покажите им, как просматривать записанные видео и как обрезать или удалить их.
Предложите участнику попрактиковаться в просмотре, обрезке и удалении записи с планшета. Далее продемонстрируйте, как надевать или снимать камеру с помощью эластичного оголовья, регулируемого по голове участника. Положите камеру на лоб участника и отрегулируйте оголовье так, чтобы носить камеру удобно и устойчиво.
Обеспечьте оптимальный угол наклона камеры по отношению ко лбу. Попросите участника записать короткий фрагмент видео, двигая руками перед собой и манипулируя объектом. Просмотрите записанное видео и убедитесь, что две руки хорошо видны в центральной области сцены во время выполнения манипуляционных задач.
Практикуйтесь в использовании камеры и планшета с участником и его опекунами до тех пор, пока они не продемонстрируют свои навыки. Раздайте участнику комплект с оборудованием для записи ADL в домашних условиях. Помимо фотоаппарата и планшета, в комплект должны входить дополнительные аккумуляторы для фотоаппарата, зарядные устройства для фотоаппарата и планшета, зарядные кабели, оголовье для фотоаппарата и распечатанный набор инструкций по использованию фотоаппарата.
Была набрана выборка из 23 участников, в том числе девять выживших после инсульта и 14 человек с травмой спинного мозга. Предложенный протокол был успешным для 95,7% участников. Записанные действия включали приготовление пищи, прием пищи, мытье посуды, физическую активность и вязание.
Ежедневная средняя продолжительность видеозаписи на одного участника составляла 60 минут, при этом в среднем на одного участника получалось три часа видео. Некоторые участники сообщили, что чувствовали усталость и дискомфорт при ношении камеры в течение более часа из-за ее веса и тепла на лбу. 27% участников нуждались в помощи исследовательской группы во время периодов записи дома.
В среднем каждый звонок в службу поддержки занимал от пяти до 10 минут. Кроме того, 15 лиц, осуществляющих уход за участниками, были привлечены к помощи в записи видеороликов в домашних условиях. Выбор видов деятельности должен быть совместным процессом между исследователем и участниками, чтобы гарантировать реалистичность, репрезентативность и осмысленность рутины.
Данные, полученные из этих видео, могут быть использованы для автоматического анализа, с помощью компьютерного зрения и методов машинного обучения для создания новых инструментов для отслеживания прогресса и результатов реабилитации.
Просмотрите полный транскрипт и получите доступ к тысячам научных видео
Обзор
В данном протоколе описывается типичный распорядок дня людей с нарушениями функций верхних конечностей, зафиксированный с помощью носимых камер или эгоцентрического видео. Цель состоит в том, чтобы оценить функцию кисти во время повседневной деятельности в домашних условиях для применения в целях реабилитации.
Основные компоненты исследования
Область науки
- Нейробиология
- Реабилитация
- Ассистивные технологии
Введение
- Люди с нарушениями функций кистей рук часто сталкиваются с трудностями при выполнении повседневных действий.
- Понимание естественной функции кисти имеет решающее значение для эффективной реабилитации.
- Носимые камеры позволяют получить представление о том, как кисти рук используются в реальной жизни.
- Сбор данных в домашних условиях может улучшить оценку эффективности терапии.
Цель исследования
- Для фиксации типичного использования рук у лиц с нарушениями функций верхних конечностей.
- Для оценки эффективности реабилитационной терапии.
- Для отслеживания прогресса в динамике в естественной среде.
Используемые методы
- Использование эгоцентрических камер для сбора данных.
- Запись повседневной деятельности участников.
- Взаимодействие с участниками для обеспечения эффективной коммуникации.
- Анализ функции кисти в домашних условиях.
Основные результаты
- Собранные данные отражают типичное использование кисти в повседневной деятельности.
- Полученные результаты могут быть использованы для разработки стратегий реабилитации.
- Непрерывный мониторинг облегчает отслеживание прогресса.
- Обратная связь от участников имеет важное значение для эффективности протокола.
Выводы
- Данный протокол эффективно фиксирует естественную функцию кисти.
- Он может быть использован в качестве руководства для приложений по дистанционному уходу и реабилитации.
- В будущих исследованиях данная методология может быть развита для применения в более широком спектре задач.
Часто задаваемые вопросы
Значимость для промышленности
Регистрация естественных функций кисти в домашних условиях позволяет восполнить критический пробел в оценке реабилитации, когда показатели, полученные в клинике, зачастую не отражают эффективность функционирования в реальном мире. Данный протокол позволяет подразделениям биофармацевтических исследований и разработок оценивать терапевтический эффект в экологически валидных условиях, что помогает принимать решения о целесообразности дальнейшего развития (go/no-go) на основе функциональных результатов, значимых для пациентов и плательщиков. Путем получения лонгитюдных поведенческих данных с соблюдением конфиденциальности этот метод повышает прогностическую уверенность в программах нейрореабилитации на ранних стадиях.
Стратегическое применение в биофармацевтических исследованиях и разработках
Ранние этапы поиска и валидация мишени
- Научная ценность: позволяет проверять терапевтические гипотезы путем измерения реального использования руки в качестве функционального биомаркера неврологического восстановления.
- Практическая ценность: способствует валидации мишеней с помощью объективных, экологически релевантных конечных точек, что снижает зависимость от суррогатных клинических показателей.
Скрининг и разработка анализа
- Научная ценность: Обеспечивает получение валидированных поведенческих показателей для последующего скрининга реабилитационных мероприятий путем установления базовой вариабельности и чувствительности к изменениям.
- Практическая ценность: Способствует стандартизации анализа за счет структурированных графиков записи и мер обеспечения конфиденциальности под контролем участников, что повышает воспроизводимость данных между различными центрами.
Трансляционные и доклинические исследования
- Научная ценность: обеспечивает преемственность между этапом открытия и доклиническими исследованиями за счет фиксации релевантных для заболевания функций кисти в моделях повреждения спинного мозга и инсульта, что соответствует целям разработки трансляционных биомаркеров.
- Практическая ценность: облегчает принятие обоснованных решений о дальнейшем продвижении проекта с учетом рисков путем количественной оценки функционального восстановления в естественных условиях, что снижает механистическую неопределенность при трансляции из доклинической фазы в клиническую.
Интеграция конвейеров и рабочих процессов
Данный метод вписывается в континуум исследований — от ранней валидации мишеней до доклинических испытаний эффективности, где функциональное использование кисти служит количественным, пациентоцентрированным показателем для определения приоритетности кандидатов на нейрореабилитацию.
- Открывающая биология: Поддерживает проверку гипотез и уточнение путей передачи сигналов, связывая механизмы восстановления нейронов с наблюдаемыми изменениями при выполнении повседневных задач по манипулированию предметами руками.
- Скрининг: Повышает готовность анализа за счет стандартизированных, повторяемых протоколов видеозахвата, которые позволяют получать анализируемые поведенческие конечные точки для сравнения соединений или методов терапии.
- Аналитика: Позволяет генерировать количественные зависимые переменные (например, продолжительность использования руки, частота выполнения задач, симметрия движений), что обеспечивает возможность статистического сравнения между различными условиями и временными точками.
- Трансляционные исследования: Обеспечивает преемственность с доклиническими исследованиями, предоставляя систему, релевантную для заболеваний (инсульт, травма спинного мозга), где функция руки коррелирует с независимостью и качеством жизни.
- Корпоративное повторное использование: Позиционирует данный протокол как многократно используемую платформу для многоцентровых исследований, используя обучение участников, наборы оборудования и удаленную поддержку для масштабирования сбора данных в различных популяциях пациентов с неврологическими заболеваниями.
Операционное и корпоративное воздействие
- Научная ценность: Повышает точность прогнозирования за счет сокращения разрыва между лабораторными оценками и реальными функциональными результатами в нейрореабилитации.
- Операционная ценность: Улучшает воспроизводимость и масштабируемость благодаря совместному планированию, контролю конфиденциальности и удаленной технической поддержке, что минимизирует вариативность между центрами.
- Стратегическая ценность: Повышает эффективность использования капитала, позволяя раньше выявлять неэффективные методы терапии, что снижает риск неудач на поздних стадиях разработки в области нейрореабилитации.
- Влияние на портфель: Помогает в приоритизации с учетом рисков, предоставляя данные о функциональных исходах, отражающие значимый опыт пациентов, что служит поддержкой при обсуждении вопросов регуляции и возмещения затрат.
Особенности реализации
- Требуется опыт в области оценки нейрореабилитации, взаимодействия с участниками и развертывания носимых датчиков для обеспечения соблюдения протокола и качества данных.
- Зависимость от эгоцентрических систем камер, планшетов или смартфонов для записи, а также инфраструктуры безопасной передачи и хранения видео для поддержки сбора данных на дому.
- Необходима межкомандная стандартизация между клиническими специалистами, специалистами по анализу данных и инженерами для согласования графиков сбора видео, протоколов конфиденциальности и аналитических конвейеров.
- Предусматриваются аспекты адаптации для различных модельных систем, так как графики записи и релевантность заданий должны быть настроены с учетом различных неврологических состояний (например, инсульт в сравнении с травмой спинного мозга) и степени их тяжести.
- Включает практические ограничения, такие как нагрузка на участников при длительном ношении устройств, технические сложности в условиях низкой освещенности и необходимость поддержки со стороны опекунов для лиц с тяжелыми нарушениями, что задокументировано в источнике.
