SmarToyGym:智能检测高危婴儿的非典型玩具导向行为
该研究旨在开发一种 SmarToyGym,其中敏感的无线玩具被策略性地悬挂并放置在婴儿触手可及的范围内,以引发以玩具为导向的身体和手臂/手的运动。 每个玩具都将配备能够测量婴儿抓握动作的传感器,例如挤压、捏、倾斜等。
低成本 3D 动作捕捉系统将用于收集视频数据以及婴儿对玩具的反应和身体运动学。 压力垫将用于测量姿势变化,以检测体重转移、滚动、爬行和其他远离初始姿势的运动。 通过利用这些无线和低成本技术,它将允许对婴儿进行定期和非侵入性监测,从而对运动发育进行详细的、非侵入性的定量评估。 在这方面,研究人员还旨在对非典型和典型发育婴儿进行 SmarToyGym 概念验证测试。 研究人员将使用贝利婴儿神经发育筛查仪将年龄为 3 至 11 个月的婴儿纳入高风险或低风险的范围内。
研究概览
详细说明
研究类型
注册 (实际的)
阶段
- 不适用
联系人和位置
学习地点
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Pennsylvania
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Philadelphia、Pennsylvania、美国、19104
- Childrens Hospital of Philadelphia
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Philadelphia、Pennsylvania、美国、19146
- Michelle J Johnson, PhD
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参与标准
资格标准
适合学习的年龄
接受健康志愿者
描述
纳入标准:
- 在贝利婴儿神经发育筛查仪 (BINS) 上得分处于低风险类别且在 3 个月至 11 个月大之间表现出典型发育的婴儿,在贝利婴儿发育量表 (BSID-II) 的所有子量表上得分均大于 85 ),没有明显的心脏、骨科或神经系统疾病史,并且胎龄至少为 37 周。
- 3 个月至 11 个月大时表现出非典型发育(有神经运动发育迟缓风险)的婴儿,BINS 得分为中度或高风险类别,并且 BSID-II 运动分量表得分为 85 或更低。
- 排除标准:
- 3-11 个月年龄范围以外的婴儿
学习计划
研究是如何设计的?
设计细节
- 主要用途:诊断
- 分配:不适用
- 介入模型:单组作业
- 屏蔽:无(打开标签)
武器和干预
参与者组/臂 |
干预/治疗 |
|---|---|
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实验性的:婴儿
两个人群将参与 SmarToyGym 的测试: 1. 3 个月至 11 个月大时表现出典型发育的婴儿 2 。
3 个月至 11 个月之间表现出非典型发育(有神经运动发育迟缓风险)的婴儿。
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我们的目标是开发一款 SmarToyGym,其中敏感的无线玩具被策略性地悬挂并放置在婴儿触手可及的地方,以引发以玩具为导向的身体和手臂/手的运动。 每个玩具都将配备能够测量婴儿抓握动作的传感器,例如挤压、捏、倾斜等。 低成本 3D 动作捕捉系统将用于收集视频数据以及婴儿对玩具的反应和身体运动学。 压力垫将用于测量姿势变化,以检测体重转移、滚动、爬行和其他远离初始姿势的运动。 |
研究衡量的是什么?
主要结果指标
结果测量 |
措施说明 |
大体时间 |
|---|---|---|
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压力中心,每秒路径长度 - 无玩具(出生状态)
大体时间:1节课,时长约1小时
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垫子上的身体运动(压力中心),以每秒平均路径长度表示。
研究人员对早期姿势控制(通过压力中心测量)进行了研究,以将未来运动控制能力受损的婴儿与正常发育的同龄人区分开来。
较短的路径长度代表更好的姿势控制。
分析的数据是婴儿在没有玩具的情况下在垫子上仰卧运动长达两分钟的情况。
路径长度以距离和归一化为 1 分钟的时间来测量。
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1节课,时长约1小时
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压力中心、每秒路径长度 - 大象玩具(出生状态)
大体时间:1节课,时长约1小时
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垫子上的身体运动(压力中心),以每秒平均路径长度表示。
研究人员对早期姿势控制(通过压力中心测量)进行了研究,以将未来运动控制能力受损的婴儿与正常发育的同龄人区分开来。
较短的路径长度代表更好的姿势控制。
分析的数据是婴儿使用大象玩具在垫子上仰卧运动长达两分钟的情况。
路径长度以距离和归一化为 1 分钟的时间来测量。
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1节课,时长约1小时
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压力中心、每秒路径长度 - 猩猩玩具(出生状态)
大体时间:1节课,时长约1小时
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垫子上的身体运动(压力中心),以每秒平均路径长度表示。
研究人员对早期姿势控制(通过压力中心测量)进行了研究,以将未来运动控制能力受损的婴儿与正常发育的同龄人区分开来。
较短的路径长度代表更好的姿势控制。
分析的数据是婴儿使用猩猩玩具在垫子上仰卧运动长达两分钟的情况。
路径长度以距离和归一化为 1 分钟的时间来测量。
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1节课,时长约1小时
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压力中心,每秒路径长度 - 狮子玩具(出生状态)
大体时间:1节课,时长约1小时
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垫子上的身体运动(压力中心),以每秒平均路径长度表示。
研究人员对早期姿势控制(通过压力中心测量)进行了研究,以将未来运动控制能力受损的婴儿与正常发育的同龄人区分开来。
较短的路径长度代表更好的姿势控制。
分析的数据是婴儿在垫子上用狮子玩具仰卧运动长达两分钟的情况。
路径长度以距离和归一化为 1 分钟的时间来测量。
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1节课,时长约1小时
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压力中心、每秒路径长度 - 无玩具(电机控制结果)
大体时间:1节课,时长约1小时
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垫子上的身体运动(压力中心),以每分钟的路径长度表示。
研究人员对早期姿势控制(通过压力中心测量)进行了研究,以将未来运动控制能力受损的婴儿与正常发育的同龄人区分开来。
较短的路径长度代表更好的姿势控制。
分析的数据是婴儿在没有玩具的情况下在垫子上仰卧运动长达两分钟的情况。
路径长度以距离和归一化为 1 分钟的时间来测量。
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1节课,时长约1小时
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压力中心、每秒路径长度 - 大象玩具(电机控制结果)
大体时间:1节课,时长约1小时
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垫子上的身体运动(压力中心),以每分钟的路径长度表示。
研究人员对早期姿势控制(通过压力中心测量)进行了研究,以将未来运动控制能力受损的婴儿与正常发育的同龄人区分开来。
较短的路径长度代表更好的姿势控制。
分析的数据是婴儿使用大象玩具在垫子上仰卧运动长达两分钟的情况。
路径长度以距离和归一化为 1 分钟的时间来测量。
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1节课,时长约1小时
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压力中心、每秒路径长度 - 猩猩玩具(电机控制结果)
大体时间:1节课,时长约1小时
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垫子上的身体运动(压力中心),以每分钟的路径长度表示。
研究人员对早期姿势控制(通过压力中心测量)进行了研究,以将未来运动控制能力受损的婴儿与正常发育的同龄人区分开来。
较短的路径长度代表更好的姿势控制。
分析的数据是婴儿使用猩猩玩具在垫子上仰卧运动长达两分钟的情况。
路径长度以距离和归一化为 1 分钟的时间来测量。
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1节课,时长约1小时
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压力中心、每秒路径长度 - Lion Toy(电机控制结果)
大体时间:1节课,时长约1小时
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垫子上的身体运动(压力中心),以每分钟的路径长度表示。
研究人员对早期姿势控制(通过压力中心测量)进行了研究,以将未来运动控制能力受损的婴儿与正常发育的同龄人区分开来。
较短的路径长度代表更好的姿势控制。
分析的数据是婴儿在垫子上用狮子玩具仰卧运动长达两分钟的情况。
路径长度以距离和归一化为 1 分钟的时间来测量。
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1节课,时长约1小时
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压力中心,标准差 (Y) - 无玩具(出生状态)
大体时间:1节课,时长约1小时
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垫子上的身体运动(压力中心),以标准差 Y 表示。研究了早期姿势控制(通过压力中心测量),以将未来运动控制受损的婴儿与正常发育的同龄人区分开来。
较短的路径长度代表更好的姿势控制。
分析的数据是婴儿在没有玩具的情况下在垫子上仰卧运动长达两分钟的情况。
路径长度以距离和归一化为 1 分钟的时间来测量。
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1节课,时长约1小时
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压力中心,标准差 (Y) - 大象玩具(出生状态)
大体时间:1节课,时长约1小时
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垫子上的身体运动(压力中心),以标准差 Y 表示。研究了早期姿势控制(通过压力中心测量),以将未来运动控制受损的婴儿与正常发育的同龄人区分开来。
较短的路径长度代表更好的姿势控制。
分析的数据是婴儿使用大象玩具在垫子上仰卧运动长达两分钟的情况。
路径长度以距离和归一化为 1 分钟的时间来测量。
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1节课,时长约1小时
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压力中心,标准差 (Y) - 猩猩玩具(出生状态)
大体时间:1节课,时长约1小时
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垫子上的身体运动(压力中心),以标准差 Y 表示。研究了早期姿势控制(通过压力中心测量),以将未来运动控制受损的婴儿与正常发育的同龄人区分开来。
较短的路径长度代表更好的姿势控制。
分析的数据是婴儿使用猩猩玩具在垫子上仰卧运动长达两分钟的情况。
路径长度以距离和归一化为 1 分钟的时间来测量。
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1节课,时长约1小时
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压力中心,标准差 (Y) - Lion Toy(出生状态)
大体时间:1节课,时长约1小时
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垫子上的身体运动(压力中心),以标准差 Y 表示。研究了早期姿势控制(通过压力中心测量),以将未来运动控制受损的婴儿与正常发育的同龄人区分开来。
较短的路径长度代表更好的姿势控制。
分析的数据是婴儿在垫子上用狮子玩具仰卧运动长达两分钟的情况。
路径长度以距离和归一化为 1 分钟的时间来测量。
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1节课,时长约1小时
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压力中心,标准差 (Y) - 无玩具(电机控制结果)
大体时间:1节课,时长约1小时
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垫子上的身体运动(压力中心),以标准差 Y 表示。研究了早期姿势控制(通过压力中心测量),以将未来运动控制受损的婴儿与正常发育的同龄人区分开来。
较短的路径长度代表更好的姿势控制。
分析的数据是婴儿在没有玩具的情况下在垫子上仰卧运动长达两分钟的情况。
路径长度以距离和归一化为 1 分钟的时间来测量。
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1节课,时长约1小时
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压力中心,标准差 (Y) - 大象玩具(电机控制结果)
大体时间:1节课,时长约1小时
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垫子上的身体运动(压力中心),以标准差 Y 表示。研究了早期姿势控制(通过压力中心测量),以将未来运动控制受损的婴儿与正常发育的同龄人区分开来。
较短的路径长度代表更好的姿势控制。
分析的数据是婴儿使用大象玩具在垫子上仰卧运动长达两分钟的情况。
路径长度以距离和归一化为 1 分钟的时间来测量。
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1节课,时长约1小时
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压力中心,标准差 (Y) - 猩猩玩具(电机控制结果)
大体时间:1节课,时长约1小时
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垫子上的身体运动(压力中心),以标准差 Y 表示。研究了早期姿势控制(通过压力中心测量),以将未来运动控制受损的婴儿与正常发育的同龄人区分开来。
较短的路径长度代表更好的姿势控制。
分析的数据是婴儿使用猩猩玩具在垫子上仰卧运动长达两分钟的情况。
路径长度以距离和归一化为 1 分钟的时间来测量。
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1节课,时长约1小时
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压力中心,标准差 (Y) - Lion Toy(电机控制结果)
大体时间:1节课,时长约1小时
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垫子上的身体运动(压力中心),以标准差 Y 表示。研究了早期姿势控制(通过压力中心测量),以将未来运动控制受损的婴儿与正常发育的同龄人区分开来。
较短的路径长度代表更好的姿势控制。
分析的数据是婴儿在垫子上用狮子玩具仰卧运动长达两分钟的情况。
路径长度以距离和归一化为 1 分钟的时间来测量。
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1节课,时长约1小时
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玩具互动(大象玩具)- 抓握/触摸/踢/嘴时间
大体时间:1 个会话,大象玩具第 1 个会话期间大约 120 秒
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婴儿与大象玩具互动的持续时间(以秒为单位)。
与玩具进行自愿运动(脚和手)互动所花费的时间,分析抓握/触摸/踢/嘴时间。
分析的数据是大象玩具悬挂在仰卧婴儿上方手臂伸手可及的范围内大约 120 秒的情况。
中位数和 IQR 衡量的是婴儿与玩具互动所花费的秒数。
对于报告的数字(0,0),这些婴儿没有反应,也没有花时间与玩具互动。
玩具互动时间范围为0-120秒。
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1 个会话,大象玩具第 1 个会话期间大约 120 秒
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玩具互动(猩猩玩具)- 抓握/触摸/踢/嘴时间
大体时间:1 个会话,猩猩玩具第 1 个会话期间大约 120 秒
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婴儿与猩猩玩具互动的持续时间(以秒为单位)。
与玩具进行自愿运动(脚和手)互动所花费的时间,分析抓握/触摸/踢/嘴时间。
分析的数据是将猩猩玩具悬挂在仰卧婴儿上方手臂可触及的范围内约 120 秒。
中位数和 IQR 衡量的是婴儿与玩具互动所花费的秒数。
对于报告的数字(0,0),这些婴儿没有反应,也没有花时间与玩具互动。
玩具互动时间范围为0-120秒。
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1 个会话,猩猩玩具第 1 个会话期间大约 120 秒
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玩具互动(狮子玩具)- 抓握/触摸/踢/嘴时间
大体时间:1 个会话,狮子玩具第 1 个会话期间大约 120 秒
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婴儿与狮子玩具互动的持续时间(以秒为单位)。
与玩具进行自愿运动(脚和手)互动所花费的时间,分析抓握/触摸/踢/嘴时间。
分析的数据是狮子玩具悬挂在仰卧婴儿上方一英尺范围内约 120 秒的情况。
中位数和 IQR 衡量的是婴儿与玩具互动所花费的秒数。
对于报告的数字(0,0),这些婴儿没有反应,也没有花时间与玩具互动。
玩具互动时间范围为0-120秒。
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1 个会话,狮子玩具第 1 个会话期间大约 120 秒
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玩具互动(大象玩具)-凝视时间
大体时间:1 个会话,大象玩具第 1 个会话期间大约 120 秒
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婴儿与大象玩具互动的持续时间(以秒为单位)。
花时间盯着玩具。
分析的数据是大象玩具悬挂在仰卧婴儿上方手臂伸手可及的范围内大约 120 秒的情况。
中位数和 IQR 衡量的是婴儿注视玩具的秒数。
对于报告的数字(0,0),这些婴儿没有反应,也没有花时间盯着玩具。
玩具互动时间范围为0-120秒。
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1 个会话,大象玩具第 1 个会话期间大约 120 秒
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玩具互动(猩猩玩具)-凝视时间
大体时间:1 个会话,猩猩玩具第 1 个会话期间大约 120 秒
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婴儿与猩猩玩具互动的持续时间(以秒为单位)。
花时间盯着玩具。
分析的数据是将猩猩玩具悬挂在仰卧婴儿上方手臂可触及的范围内约 120 秒。
中位数和 IQR 衡量的是婴儿注视玩具的秒数。
对于报告的数字(0,0),这些婴儿没有反应,也没有花时间盯着玩具。
玩具互动时间范围为0-120秒。
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1 个会话,猩猩玩具第 1 个会话期间大约 120 秒
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玩具互动(狮子玩具)-凝视时间
大体时间:1 个会话,狮子玩具第 1 个会话期间大约 120 秒
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婴儿与狮子玩具互动的持续时间(以秒为单位)。
花时间盯着玩具。
分析的数据是狮子玩具悬挂在仰卧婴儿上方一英尺范围内约 120 秒的情况。
中位数和 IQR 衡量的是婴儿注视玩具的秒数。
对于报告的数字(0,0),这些婴儿没有反应,也没有花时间盯着玩具。
玩具互动时间范围为0-120秒。
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1 个会话,狮子玩具第 1 个会话期间大约 120 秒
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大象玩具互动的发生次数
大体时间:1 个会话,大象玩具第 1 个会话期间大约 120 秒
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婴儿与大象玩具互动的频率。
用嘴、抓握、手触摸、脚触摸和踢玩具的频率。
分析的数据是大象玩具悬挂在仰卧婴儿上方手臂伸手可及的范围内大约 120 秒的情况。
中位数和 IQR 衡量婴儿与玩具互动的次数。
对于报告的数字(0,0),这些婴儿没有反应,也没有花时间与玩具互动。
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1 个会话,大象玩具第 1 个会话期间大约 120 秒
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猩猩玩具互动的发生次数
大体时间:1 个会话,猩猩玩具第 1 个会话期间大约 120 秒
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婴儿与猩猩玩具互动的频率。
用嘴、抓握、手触摸、脚触摸和踢玩具的频率。
分析的数据是将猩猩玩具悬挂在仰卧婴儿上方手臂可触及的范围内约 120 秒。
中位数和 IQR 衡量婴儿与玩具互动的次数。
对于报告的数字(0,0),这些婴儿没有反应,也没有花时间与玩具互动。
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1 个会话,猩猩玩具第 1 个会话期间大约 120 秒
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狮子玩具互动的发生次数
大体时间:1 个会话,狮子玩具第 1 个会话期间大约 120 秒
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婴儿与狮子玩具互动的频率。
用嘴、抓握、手触摸、脚触摸和踢玩具的频率。
分析的数据是狮子玩具悬挂在仰卧婴儿上方一英尺范围内约 120 秒的情况。
中位数和 IQR 衡量婴儿与玩具互动的次数。
对于报告的数字(0,0),这些婴儿没有反应,也没有花时间与玩具互动。
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1 个会话,狮子玩具第 1 个会话期间大约 120 秒
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次要结果测量
结果测量 |
措施说明 |
大体时间 |
|---|---|---|
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手腕位置
大体时间:1节课,时长约1小时
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基于从单个相机捕获的姿势并通过机器学习来表示手腕位置(以 l 为单位)的运动学平面 (x, y) 表示。 测量右臂和左臂手腕位置。 手腕位置以来自相机数据和数据标准化的像素为单位报告(测量单位表示为每躯干长度的像素,相对于躯干长度的标准化单位)。 相对于基线,正值表示手臂向上移动,负值表示手臂向下移动。 分析的摄像头数据是婴儿在垫子上仰卧运动长达两分钟(不带玩具)的情况。 摄像机位于婴儿上方的固定位置。 |
1节课,时长约1小时
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脚踝位置
大体时间:1节课,时长约1小时
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基于从单个摄像机捕获的姿势并通过机器学习来表示脚踝位置(以 l 为单位)的运动学平面 (x, y) 表示。 测量右臂和左臂脚踝位置。 脚踝位置以来自相机数据和数据标准化的像素为单位报告(测量单位表示为每躯干长度的像素,相对于躯干长度的标准化单位)。 相对于基线,正值表示腿向上运动,负值表示腿向下运动。 分析的摄像头数据是婴儿在垫子上仰卧运动长达两分钟(不带玩具)的情况。 摄像机位于婴儿上方的固定位置。 |
1节课,时长约1小时
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手腕速度
大体时间:1节课,时长约1小时
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基于从单个相机捕获的姿势并通过机器学习来表示手腕运动(以 l/s 为单位)的运动学 (x, y) 表示。 测量右臂和左臂手腕运动。 手腕运动以来自相机数据和数据标准化的像素为单位报告(测量单位表示为每躯干长度的像素,相对于躯干长度的标准化单位)。 相对于基线,正值表示手臂向上移动,负值表示手臂向下移动。 分析的摄像头数据是婴儿在垫子上仰卧运动长达两分钟(不带玩具)的情况。 摄像机位于婴儿上方的固定位置。 |
1节课,时长约1小时
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踝关节速度
大体时间:1节课,时长约1小时
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基于从单个相机和机器学习捕获的姿势的脚踝运动(以 l/s 为单位)的运动学 (x, y) 表示。 测量右脚踝和左脚踝的运动。 脚踝运动以来自相机数据和数据标准化的像素为单位报告(测量单位表示为每躯干长度的像素,相对于躯干长度的标准化单位)。 相对于基线,正值表示腿向上运动,负值表示腿向下运动。 分析的摄像头数据是婴儿在垫子上仰卧运动长达两分钟(不带玩具)的情况。 摄像机位于婴儿上方的固定位置。 |
1节课,时长约1小时
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合作者和调查者
调查人员
- 首席研究员:Michelle J Johnson, PhD、Penn Medicine Rittenhouse
- 首席研究员:Laura Prosser, PT, PhD、Children's Hospital of Philadelphia
出版物和有用的链接
一般刊物
- Lysenko S, Seethapathi N, Prosser L, Kording K, Johnson MJ. Towards Automated Emotion Classification of Atypically and Typically Developing Infants. Proc IEEE RAS EMBS Int Conf Biomed Robot Biomechatron. 2020 Nov-Dec;2020:503-508. doi: 10.1109/BioRob49111.2020.9224271. Epub 2020 Oct 15.
- Goyal V, Torres W, Rai R, Shofer F, Bogen D, Bryant P, Prosser L, Johnson MJ. Quantifying infant physical interactions using sensorized toys in a natural play environment. IEEE Int Conf Rehabil Robot. 2017 Jul;2017:882-887. doi: 10.1109/ICORR.2017.8009360.
- Shivakumar SS, Loeb H, Bogen DK, Shofer F, Bryant P, Prosser L, Johnson MJ. Stereo 3D tracking of infants in natural play conditions. IEEE Int Conf Rehabil Robot. 2017 Jul;2017:841-846. doi: 10.1109/ICORR.2017.8009353.
- Prosser LA, Aguirre MO, Zhao S, Bogen DK, Pierce SR, Nilan KA, Zhang H, Shofer FS, Johnson MJ. Infants at risk for physical disability may be identified by measures of postural control in supine. Pediatr Res. 2022 Apr;91(5):1215-1221. doi: 10.1038/s41390-021-01617-0. Epub 2021 Jun 26.
- Chambers C, Seethapathi N, Saluja R, Loeb H, Pierce SR, Bogen DK, Prosser L, Johnson MJ, Kording KP. Computer Vision to Automatically Assess Infant Neuromotor Risk. IEEE Trans Neural Syst Rehabil Eng. 2020 Nov;28(11):2431-2442. doi: 10.1109/TNSRE.2020.3029121. Epub 2020 Nov 6.
- Kather C, Shofer FS, Park JI, Bogen D, Pierce SR, Kording K, Nilan KA, Zhang H, Prosser LA, Johnson MJ. Quantifying interaction with robotic toys in pre-term and full-term infants. Front Pediatr. 2023 Oct 19;11:1153841. doi: 10.3389/fped.2023.1153841. eCollection 2023.
研究记录日期
研究主要日期
学习开始 (实际的)
初级完成 (实际的)
研究完成 (实际的)
研究注册日期
首次提交
首先提交符合 QC 标准的
首次发布 (估计的)
研究记录更新
最后更新发布 (实际的)
上次提交的符合 QC 标准的更新
最后验证
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