realidade aumentada aplicada no processo de reabilitação

Congresso de Inovação, Ciência e Tecnologia do IFSP - 2016
REALIDADE AUMENTADA APLICADA NO PROCESSO DE REABILITAÇÃO DE
MEMBROS SUPERIORES
RENATO MATOSINHO MARTINS, JUSSARA PIMENTA MATOS
Graduando em Engenharia de Controle e Automação, Bolsista PIBITI, CNPq, IFSP, Câmpus São Paulo,
[email protected].
Jussara Pimenta Matos, doutorado em Computação e Sistemas Digitais, IFSP, Câmpus São Paulo, [email protected].
Área de conhecimento (Tabela CNPq): Processamento Gráfico (Graphics) – 1.03.03.05-7
Apresentado no
7° Congresso de Iniciação Científica e Tecnológica do IFSP
29 de novembro a 02 de dezembro de 2016 - Matão-SP, Brasil
RESUMO: A Realidade Aumentada é uma ferramenta aplicável na reabilitação motora. Exercícios de
reabilitação podem ser preparados para permitir uma usabilidade simples e amigável, não sendo
necessário um controle ser manuseado pelo usuário, a interação é substituída por processamento de
imagem e os movimentos do corpo são os comandos do ambiente virtual. A interatividade advinda da
realidade aumentada, se utilizando de um Serious Game, auxilia na adesão do paciente ao tratamento,
tornando as sessões mais atraentes e menos repetitivas, e em menor grau na efetividade da fisioterapia.
Neste trabalho é apresentado um jogo virtual em que se aplica exercícios direcionados para a
reabilitação de membros superiores.
PALAVRAS-CHAVE: Fisioterapia; Kinect; Unity; Serious Game.
APPLIED AUGMENTED REALITY IN UPPER LIMBS REHABILITATION PROCESS
ABSTRACT: Augmented Reality is a tool applicable in motor rehabilitation. Exercises may be chosen
to allow for a simple and friendly usability not being needed a remote be handled by the user. Interaction
is replaced by image processing and so the body movements become the actions on the virtual space.
The interactivity allowed by augmented reality, allied to a Serious Game, aids in patient engagement to
the therapy. Making the sessions more appealing and less repetitive, and to a lesser degree, more
effective results to the physiotherapy. In this work is presented a virtual game that applies exercises
targeted on upper limbs rehabilitation.
KEYWORDS: Physiotherapy, Kinect, Unity, Serious Game.
INTRODUÇÃO
Realidade virtual, realidade aumentada e suas variações representam técnicas de interface
computacional que levam em conta o espaço tridimensional. Nesse espaço, o usuário atua de forma
multissensorial (Henderson, 2014). Assim, a interação do usuário com os elementos virtuais ocorre de
maneira natural e intuitiva (Kirner, 2011).
Pessoas que sofreram algum tipo de amputação, ou retirada de órgão em alguns poucos casos,
costumam sofrer de uma síndrome chamada de órgão fantasma, aonde tem a sensação que essa parte
que não mais pertence ao corpo continua fixa e se movendo junto com ele. O principal efeito a ser
combatido dessa síndrome é a sensação de dor intensa. O método mais eficaz já aplicado para isso foi
criar terapias aonde é induzida uma pequena ilusão para o cérebro indicando que o membro amputado
físico continua no mesmo lugar. Novas tecnologias podem ser adaptadas para serem utilizadas como
facilitadoras dessas terapias (Regenbrecht, 2014), como a realidade aumentada.
Em um estudo sobre o efeito da realidade virtual na reabilitação Monteiro Junior (2011)
compila os resultados da técnica, notando uma pequena melhora na efetividade do tratamento. Outro
ponto importante é considerar as possibilidades que o uso de realidade aumentada introduz ao
tratamento, ao invés de analisar sua efetividade somente pela evolução do paciente em testes motores,
mas analisar também aspectos como adesão, praticidade e conforto.
Burke (2009) cita que uma das dificuldades dos pacientes que sofreram algum tipo de lesão
que prejudica suas funções motoras é a depressão e, portanto dificuldade de se dedicar ao tratamento
além deste ser potencialmente repetitivo e assim desmotivar o paciente. Nessas situações, o uso de
“serious games”, uma classificação de jogos onde o objetivo não é somente a diversão e sim a
evolução ou aprendizado, aliado à realidade aumentada pode promover maior adesão e conforto ao
longo do tratamento e a realidade aumentada ajuda na praticidade fornecendo uma interface intuitiva
ao paciente, onde o próprio movimento do corpo pode ser usado para interagir com o mundo virtual.
METODOLOGIA E DESENVOLVIMENTO
Para formular a aplicação da realidade aumentada na reabilitação dos membros superiores é
necessário compreender os mecanismos do corpo humano que lidam com a movimentação. O principal
responsável pelo controle é o córtex motor. Em casos onde há amputação do membro, a pessoa pode
sofrer da síndrome do órgão fantasma, pelo fenômeno de neuroplasticidade o cérebro tem a sensação de
que o órgão ainda está presente, podendo até causar dores intensas. Métodos para o tratamento dessa
condição envolvem criar uma ilusão da presença do membro. Também podem ocorrer prejuízos motores
sem amputações, no caso de traumas aos membros e/ou lesões no córtex motor, tratamentos para ambos
os casos são exercícios que comtemplem todos os músculos dos membros superiores, no caso de lesão
do córtex, o fenômeno da neuroplasticidade auxilia remanejando a responsabilidade da área afetada para
áreas adjacentes (Liepert, 2000).
A condição de cada paciente é única, portanto nesse estudo escolheu-se centrar em exercícios
específicos que visam comtemplar todos os músculos dos membros superiores. O Acidente Vascular
Encefálico (AVE) foi escolhido como nicho de estudo, Liepert(2000) publicou um trabalho sobre
recuperação dos movimentos pós-AVE discorrendo sobre a reorganização cerebral, pois o membro
ainda está presente e é possível utilizar ferramentas como o Kinect da Microsoft (Zeng, 2012), que
funciona filmando o usuário e a partir dos dados adquiridos extrai a posição dos membros (Fernandes,
2014). Como o padrão adotado nos membros superiores é flexor, o membro tende a se contrair junto ao
tórax, o exercício deve incentivar a extensão. Listando o movimento por segmentos do membro superior:
mão, extensão dos dedos e do punho; supinação do antebraço; abdução e rotação lateral do braço.
Levando a mão acima da cabeça, depois se o movimento inverso levando a mão ao lado contrário do
quadril. Formando uma diagonal, assim se comtempla a maior parte dos músculos dos membros
superiores.
A realidade aumentada provê uma interface intuitiva e assim abre a possibilidade de introduzir
elementos de jogos, que quando seu principal intento não é a diversão e sim facilitar alguma forma de
desenvolvimento são denominados “serious games”. Segundo Burke (2009), pacientes que sofreram
prejuízos motores podem sofrer de depressão que junto à repetitividade dos exercícios, pode interferir
na adesão do paciente ao tratamento de sua condição. Portanto, adicionar um jogo no qual estejam
integrados os exercícios necessários pode influenciar positivamente a adesão, negando parte da
repetitividade e removendo o foco das sessões da condição do paciente, se tornando uma ferramenta em
potencial para reabilitação.
Como “engine” para facilitar o desenvolvimento de um jogo virtual, e mais profissional, optouse por utilizar o Unity, que possui uma vasta de gama de recursos prontos, integração com o Kinect e
pode produzir softwares para um grande número de plataformas (Unity Technologies, 2016).
RESULTADOS E DISCUSSÃO
Apesar de tornar o tratamento mais confortável, Monteiro (2011) em sua análise nota que a
efetividade do tratamento, do ponto de vista da evolução motora, tem uma melhora pouco significante
comparado ao tratamento convencional. Portanto a grande vantagem na implementação da realidade
aumentada como um “serious game”, é auxiliar a motivação do paciente combatendo uma possível
depressão, causada pela sua condição, apresentando o tratamento como uma atividade lúdica (Burke,
2009).
FIGURA 1. Jogo Desenvolvido
A Figura 1 demonstra o jogo desenvolvido, que consiste em alvos que aparecem ao longo de
uma diagonal, onde está o alvo superior até aproximadamente o alvo inferior. Assim o usuário tem de
executar o exercício descrito anteriormente, estender o braço acima da cabeça e depois estender ao lado
contrário do quadril. É possível incluir outros movimentos no software futuramente.
CONCLUSÕES
Apoiado nas evidências apontadas pelos trabalhos citados, é apresentado um serious game
utilizando realidade aumentada. O teste foi realizado pelo grupo de desenvolvedores e a próxima etapa
é testar com pacientes que sofreram AVC. Para dar continuidade a pesquisa será estudado o impacto da
aplicação desenvolvida e confrontá-la com os resultados obtidos por profissionais da área.
O Kinect é uma boa opção para câmeras de profundidade, outras opções são muito mais caras em
comparação o que torna seu uso em massa proibitivo (Zeng, 2012). Dessa forma, é possível empregá-lo
como ferramenta de reabilitação no domicílio do paciente, reduzindo custos e tornando o tratamento
mais confortável, não necessitando que o mesmo tenha que se deslocar até uma clínica de reabilitação,
que se torna difícil em casos em que a mobilidade do paciente está prejudicada.
AGRADECIMENTOS
Agradecemos ao Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico pelo apoio no
desenvolvimento deste projeto e à Paulo Urbano dos Santos, fisioterapeuta, pela orientação em como
abordar o tratamento de AVE.
REFERÊNCIAS
BURKE, J.W.; MCNEILL, M.D.J.; CHARLES, D.K.; MORROW, P.J.; CROSBIE, J.H.;
MCDONOUGH, S.M. Optimising engagement for stroke rehabilitation using serious games. Disponível
em: <http://link.springer.com/article/10.1007/s00371-009-0387-4>. Acesso em 10 jul 2016.
FERNANDES. F.G.; SANTOS, S.C.; OLIVEIRA, L.C.; RODRIGUES, M.L.; VITA, S.S.B.V.
Realidade Virtual E Aumentada Aplicada Em Reabilitação Fisioterapêutica Utilizando O Sensor Kinect
E Dispositivos Móveis, 2014.
HENDERSON, A.; KORNER-BITENSKY, N.; LEVIN, M. Virtual Reality in Stroke
Rehabilitation: A Systematic Review of its Effectiveness for Upper Limb Motor Recovery. Topics in
Stroke Rehabilitation, 14:2, 52-61, DOI: 10.1310/tsr1402-52.
KIRNER, C.; TORI, R. Fundamentos de Realidade Aumentada. VII Symposium on Virtual
Reality. Belém-PA: SBC. 2006. p. 22-38.
LIEPERT, J.; BAUDER, H.; MILTNER, H.R.W.; TAUB, E.; WEILLER, C. Treatment-Induced
Cortical Reorganization after Stroke in Humans, 2000.
MONTEIRO JÚNIOR, R.S.; CARVALHO, R.J.P; SILVA, E.B; BASTOS, F.G. Efeito da
Reabilitação Virtual em Diferentes Tipos de Tratamento. Revista Brasileira de Ciências da Saúde, ano
9, nº 29, jul/set 2011.
REGENBRECHT, H.; HOERMANN, S.; OTT, C.; MÜLLER, L.; FRANZ, E. Manipulating the
Experience of Reality for Rehabilitation Applications. Proceedings of the IEEE, 102:2, 170-184, DOI:
10.1109/JPROC.2013.2294178.
UNITY TECHNOLOGIES. Multiplataforma. Disponível em:
<http://unity3d.com/pt/unity/multiplatform>. Acesso em 13 jul 2016.
ZHANG, Z. Microsoft Kinect Sensor and Its Effect. Disponível em:
<http://ieeexplore.ieee.org/xpls/abs_all.jsp?arnumber=6190806>. Acesso em 10 jul 2016.