儿童屏幕媒体使用的自动测量的开发和验证：FLASH

通过流行病学和随机对照干预研究，屏幕媒体使用和看电视与儿童肥胖有关，导致过度看电视成为一个公共健康问题。 儿童看电视的次数增多也与体质下降和代谢综合征风险增加有关。 虽然看电视经常被用作久坐行为的标志，但它已与不活动（或缺乏身体活动 (PA)）区分开来，一项荟萃分析发现儿童的看电视和 PA。 荟萃分析的一个主要局限性是大多数纳入的研究依赖于父母或自我报告的屏幕观看行为，可能会引入错误并低估或高估真实影响大小。 屏幕媒体使用和看电视是儿童中常见的久坐行为，准确评估屏幕使用对于表征其在儿童整体久坐行为中所起的作用非常重要。 还需要对屏幕媒体使用和电视观看进行准确评估，以描绘屏幕使用对儿童身体活动、肥胖发展和其他健康结果的因果关系。

在当前可用的电视观看测量中已经确定了实质性问题和局限性，这降低了对屏幕使用进行“高质量曝光评估”的可能性。 最常用的衡量标准、儿童自我报告或家长报告来估计典型一天的电视观看分钟数与家庭视频观察的相关性较低 (0.27)。 目前衡量儿童看电视的黄金标准方法，直接或视频记录观察，对于大多数实地研究来说过于昂贵且具有侵入性。 此外，它可能会引起参与者的隐私问题，并且需要在以后对视频记录进行编码的额外费用。 电视日记与家庭录像的相关性更高 (r=0.84) 比父母估计的要多，但非常繁琐，需要连续几天每 15 分钟记录一次儿童活动，这可能会引入系统错误。 最后，儿童的电视观看行为正在迅速改变，许多儿童现在在其他屏幕设备上观看电视节目和电影，例如智能手机和移动平板电脑（例如平板电脑）。 iPad 或 Kindle）。 总而言之，目前衡量和监控儿童看电视时间的能力是侵入性的（观察）、繁重的（电视日记）或粗糙且充满错误和偏见（一般估计）。 这限制了研究人员确定与健康结果的因果关系的能力。 虽然 PA 的自动和客观测量（例如加速度计）已显示出量化儿童 PA 的有效性和可靠性，但尚未开发出自动、准确且不显眼的系统来评估儿童在传统电视屏幕或平板电脑上的屏幕使用情况。

成像、计算机视觉和信号处理算法在过去十年中取得了巨大进步，为人脸检测、人脸识别、注视跟踪、人类活动识别和 3D 传感等许多任务带来了高性能、可靠的算法。 与莱斯大学的电气工程师合作，贝勒医学院的研究人员正在利用这些最新进展来构建首创的“家庭屏幕使用家庭水平评估”(FLASH)，这是一个完全集成的、不引人注目的用于准确、保护隐私和可靠地监控儿童和成人在家中使用电视和其他屏幕的系统。 在这项研究中，研究人员将专注于 (a) 集成视觉和信号处理算法以及开发 FLASH 所需的成像硬件（Rice 研究人员）； (b) 通过 alpha 和 beta 实验室研究（Rice 和 BCM 研究人员）改进电视和移动设备的 FLASH 硬件和软件管道； (c) 根据黄金标准（观察）在 6-11 岁的儿童中验证 FLASH 电视和移动设备，这些儿童的年龄足以在受控观察实验室中遵循说明，以确保对协议的忠实度（BCM 调查员），以及（d ) 对家庭使用和收养的挑战进行初步调查（家庭可行性研究）（BCM 调查员）。

该项目的最终目标是开发一个高度准确的系统来测量指标儿童在各种屏幕（包括电视、智能手机和平板电脑）上的屏幕使用情况。 由于智能手机和平板电脑的软硬件相似，调查人员只需开发两个系统：FLASH-TV和FLASH-Mobile。 两个系统都将采用三步法：1) 使用检测，2) 索引用户识别，以及 3) 使用记录，以评估索引儿童的屏幕使用情况。 目标是将儿童跨屏幕平台的使用合并到一个数据库中，以便能够跟踪他们跨设备的屏幕使用以及设备的同时使用。

FLASH 将与莱斯大学的电气工程师和贝勒医学院的行为研究人员合作开发，分为四项系列研究：

研究 1：在 CNRC 代谢研究单位 (MRU) 观察实验室中，使用单个 FLASH 组件和集成 FLASH 系统的小样本家族二元组或三元组（每次试验 n=3-5 个家族）进行迭代 alpha 测试。 调查人员计划大约每 3 个月进行一次这些 alpha 测试，以评估 FLASH 技术的最新进展。 大约 3-4 个单独的 alpha 测试，每个测试有 3-5 个三元组，预计样本有 42-60 名参与者（12-20 个三元组）。 我们进行的试点研究的经验表明，用小样本对新组件进行迭代测试，然后进行改进和重新测试，可以根据两个团队的输入提供理想的紧密循环反馈，以利用人类受试者数据收集并实现进步的技术发展。

研究 2：还将在 CNRC MRU 观察实验室进行集成原型 FLASH 系统的一到六次 Beta 测试（取决于结果），每次测试有 10 个家庭二元组或三元组，最多 240 名参与者（80 个三元组或二元组） . 试点研究的经验表明，每个 Beta 测试来自 10 个三元组或二元组的数据将允许对 FLASH 原型的功能进行充分评估。

研究 3：在 CNRC MRU 观察实验室使用 32 个父子三元组对最终的 FLASH-TV 和 FLASH-Mobile 设备进行基于实验室的验证。 这个数字已经根据我们在 alpha 和 beta 测试中的经验从我们的初始估计中进行了修改。 调查人员将招募 32 名父母兄弟姐妹（96 名参与者）来完成验证研究。 如果需要，父母兄弟姐妹中的三个（9 名参与者）将在开始对剩余样本进行数据收集之前参与试点研究，以完善最终验证方案。 为保守起见，我们在计算此验证研究所需的样本量时考虑了 0.6 的 ICC。 当评估的估计 ICC 为 0.6 时，随机抽取 29 名受试者，每名受试者至少测量 100 次，得出宽度为 0.25 的双侧 95% 置信区间（误差幅度 = 0.25/2 = 0.125 = 12.5%）使用双向混合效应方差分析模型。

研究 4：家庭可行性研究，以评估家庭在有限的研究时间内在家中安装设备的意愿，以及 FLASH 设备捕获儿童一整天屏幕使用情况的能力。 在功效为 80% 和 alpha 为 0.05 的情况下，要检测由 FLASH 测量的电视观看分钟数与电视日记相比具有双变量相关性的中到大效应 (0.4)，最终需要 37 个家庭的样本量。 中到大的效应量将有助于确保 FLASH 测量家庭电视收视率的高精度。 调查人员预计拥有 80% 的参与家庭的完整数据，因此将招募 46 个家庭（184 个参与者，估计每个家庭有 4 个家庭成员）以获得 37 个家庭的最终样本。

因此，在这四项研究中，研究人员预计总样本量为 448 名参与者（研究 1-3 中有 88 个三联体，研究 4 中有 46 个家庭）。 每项研究都是一项观察性研究，没有分组，也没有对照/安慰剂。