Nonnegative matrix factorization for the identification of pressure ulcer risks from seating interface pressures in people with spinal cord injury

Abstract

The purpose of this study was to predict and visualize pressure ulcer risks by using a novel approach of extracting computational features from seating interface pressures in people with spinal cord injury (SCI). In conventional clinical practice, seating interface pressure assessments rely on descriptive statistics of pressure magnitude. In this study, rank-2 nonnegative matrix factorization (NMF) was applied to the seating interface pressure maps during loading and pressure-relieving conditions in 16 people with SCI. The NMF basis images were used for visual interpretation and computational prediction of pressure ulcer risks. The two NMF basis images encapsulated pressure concentration and pressure dispersion, respectively. The first basis converged on the ischial tuberosity under both seating conditions, whereas the second basis converged anterior to the ischial tuberosity during loading and converged on the coccyx during unloading. The classification yielded 81.25% overall accuracy. In general, higher ulceration risk was associated with higher and lower activations of the first and second bases, respectively. The NMF pipeline yielded promising performance. Basis visualization affirmed the importance of lower ischial pressure and higher distribution dispersion while also revealing that clinical practice may currently be underestimating the importance of coccygeal pressure in response to pressure relieving activities.

Pressure ulcers in individuals with spinal cord injury: risk factors in neurological rehabilitation

“…Estudo evidenciou que a deformação dos tecidos da região pélvica de indivíduos com lesão medular com história de lesão por pressão é maior, mesmo com baixa pressão (40-60mmHg), na região pélvica (27) . Um dos principais fatores de risco para ocorrência da lesão por pressão é a deformação dos tecidos em resposta à pressão externa (5) , logo, estes dados sugerem que indivíduos com lesão medular e história de lesão por pressão estão em constante risco para ocorrência de lesão por pressão.…”

“…A lesão medular causa alterações autonômicas, sensoriais e motoras que resultam em alterações intrínsecas e extrínsecas que favorecem a ocorrência de lesão por pressão. Intrinsecamente, a lesão medular causa redução da vascularização, hipóxia cutânea, alteração da sensibilidade e diminuição da resistência dos tecidos à pressão externa; extrinsecamente, causa alterações da temperatura, do microclima, predispõe à umidade e ao cisalhamento (5) .…”

“…O risco para ocorrência de lesão por pressão em indivíduos com lesão medular se inicia na fase aguda e persiste após a reinserção do indivíduo na comunidade (fase crônica) (6) . Evidências mostram que 85,0% dos indivíduos desenvolvem pelo menos uma lesão por pressão em qualquer fase da lesão medular e 70,0% dos indivíduos com lesão medular crônica apresentam recidivas de lesão por pressão (5)(6) . A reabi-litação neurológica dos indivíduos com lesão medular é de suma importância e tem como objetivos prevenir complicações secundárias, estimular a neurorrecuperação, a autonomia e independência da pessoa, além de favorecer a reinserção desta na comunidade (7) .…”

A Single Subject, Feasibility Study of Using a Non-Contact Measurement to “Visualize” Temperature at Body-Seat Interface

“…The kernel part of EMD is to separate original signals into slow/fast oscillating components. The procedure of using an EMD-based filter has been introduced previously [ 9 ] and is summarized below: Identification of all of the maxima and minima in the original signal; Interpolate the maxima and minima using a cubic spline function and form upper/lower envelopes. Then divide the summation of the upper and the lower envelopes by two to get the averaged envelope; Subtract the averaged envelope from the signal and iterate until the averaged envelope approximates to zero.…”

“…However, unobserved thermal accumulation at the body-seat interface has a strong bearing on skin tissue integrity [ 4 , 5 , 6 ], by increasing metabolic demand at a time when there is a decreased blood supply due to tissue compression [ 7 , 8 ]. As a result of the above, friction and shear force are more prone to cause tissue damage, eventually resulting in a breach in the integrity of the skin (ulceration) [ 9 , 10 ]. In males, a temperature increase at the body-seat interface can additionally lead to the deterioration of semen quality and quantity as well as sperm chromatin structure [ 11 ].…”