desenvolvimento de uma plataforma para auxilio na

DESENVOLVIMENTO DE UMA PLATAFORMA PARA
AUXILIO NA FISIOTERAPIA DE PACIENTES COM
PARALISIA CEREBRAL
Jorge Aikes Junior1 ,Lı́via Willemann Peres2 ,
Rafael Augusto Alflen1 , Wilson Kihara1
1
Curso de Ciência da Computação da Faculdade Anglo-Americano
Av. Paraná - 5661 - Vila A – Foz do Iguaçu – PR – Brazil
2
Curso de Fisioterapia da Faculdade Anglo-Americano
[email protected], [email protected],
[email protected], [email protected]
Abstract. Games with virtual rehabilitation (gameterapia) have increased their
presence in physical therapy treatments, it has more of an incentive to patients
during physical therapy sessions once the games leave the patient more involved, different than normal treatment that tends to be repetitive and tiresome.
This project aims to build a game that assists physical therapists during sessions of physiotherapy for patients with mild cerebral palsy, in order that the
game adapts the sessions, contrary to what usually happens.
Resumo. Os jogos com reabilitação virtual (gameterapia) têm aumentado a
sua presença em tratamentos fisioterapêuticos, uma vez que os jogos deixam os
pacientes mais envolvidos, diferente do tratamento normal que tem a tendência
de serem repetitivos e cansativos. Esse projeto visa a construção de um jogo
que auxilie os fisioterapeutas durante as sessões de fisioterapia de pacientes
com paralisia cerebral leve, com o intuito de que o jogo se adapte as sessões,
ao contrário do que acontece geralmente.
1. Introdução
A paralisia cerebral é caracterizada por uma lesão no Sistema Nervoso Central (SNC) em
desenvolvimento que cursa com alteração no comportamento motor. Definido como “uma
desordem dos movimentos da postura devida a um defeito ou lesão do cérebro imaturo”
[Bax 1964]. Ocorre quando o cérebro é imaturo e ainda está em desenvolvimento geralmente nos perı́odos pré, peri ou pós-natal levando a consequências especı́ficas tais como
deficiência motora, incapacidade da criança em manter postura, distúrbios da percepção,
problemas de fala, visão e audição.
Assim, a Paralisia Cerebral é um conjunto de distúrbios causados por alguma
lesão ou devido a problemas no desenvolvimento durante a via intra-uterina ou durante
os primeiros meses de vida. A falta de controle motor dos movimentos, as modificações
relacionadas a adaptação do comprimento muscular e deformidades ósseas são algumas
das caracterı́sticas destes distúrbios.
A PC pode ser causada por diversos fatores como, uma falha hereditária do desenvolvimento, suscetibilidade hereditária por outros elementos de risco, fatores maternos como doença ou uso de drogas, problemas na placenta ou como resultado de mau
formação cerebral, prematuridade ou fatores perinatais traumáticais que resultaram lesão
cerebral [SULLIVAN and SCHMITZ 2004].
Um dos principais fatores para que os pacientes tenham uma boa reabilitação
neurológica é a avaliação do fisioterapeuta, pois através de sua intervenção são identificados os comprometimentos neurológicos que necessitam de intervenção, bem
como identificar a gravidade do problema. Para isso a avaliação deve ser minuciosa para que se possa realizar um diagnóstico para um tratamento realmente eficaz [SULLIVAN and SCHMITZ 2004].
A neurologia infantil frequentemente se utiliza da relação entre o movimento da
criança e a postura, no que se trata da interferência fisioterapêutica. Isso porque os movimentos da criança dependem do controle postural, uma vez que o mesmo tem responsabilidade de resistir a ação da gravidade e manutenção do equilı́brio corporal durante os
movimentos voluntários [Campos and Santos 2005].
Durante o atendimento com paralisia cerebral, o fisioterapeuta deve observar os
estágios de desenvolvimento motor normal, utilizando como base diferentes estı́mulos
sensitivos e sensoriais, tendo-se em vista que o desenvolvimento é dependente da tarefa e
exigências do ambiente, e por isso é necessário ter uma relação com os desenvolvimentos
visual, cognitivo e de fala de maneira bem estreita. Assim à medida que se processa o
amadurecimento do sistema nervoso, o comportamento da criança muda, ficando mais
intencional [Shepherd 1996].
Muitas vezes, o paciente pode achar monótonas ou repetitivas as sessões de fisioterapia, pela própria natureza baseada em repetição do tratamento. Dessa maneira,
a inclusão de ferramentas lúdicas, como jogos, podem auxiliar trazendo novo ânimo as
sessões de fisioterapia. A essa utilização de jogos durante as sessões de fisioterapia da-se
o nome de gameterapia, e ela traz uma abordagem lúdica através de meios interativos.
Segundo [Bandeira and Monteiro 2011], um tipo de abordagem recente é de
Reabilitação Virtual (RV) Virtual Rehabilitation - que serve para motivar funções motoras
através da interação com algum ambiente virtual. Essa técnica de utilizar um ambiente
virtual pode trazer grandes benefı́cios ao paciente, que pode adquirir conhecimentos que
não adquiriria através de métodos tradicionais.
Os jogos podem ser inseridos na fisioterapia por meio de uma grande gama de ferramentas tecnológicas. Independentemente da tecnologia empregada, uma das principais
vantagens de sua utilização é a adesão de mais um motivador para a realização das seções,
principalmente para as crianças, que se divertem enquanto se reabilitam. Dessa maneira, a
gameterapia pode trazer grande ajuda para o fisioterapeuta, pois se tem mais um incentivo
para que o paciente venha para as sessões, além do apoio de mais uma ferramenta durante
o tratamento do paciente [Domit 2013].
2. Objetivo Geral
Este projeto tem como objetivo principal o desenvolvimento de uma plataforma que contenha jogos que auxiliem os fisioterapeutas durante as sessões com pacientes com PC, de
modo que o jogo de adapte a fisioterapia, ao invés do fisioterapeuta se adaptar ao jogo,
como ocorre geralmente.
3. Justificativa
Com o crescimento da utilização dos jogos durante tratamentos, a chamada gameterapia, e a escassez de ferramentas tecnológicas para auxilio na sessões de fisioterapia,
verificou-se a necessidade de criação de algum software que auxilie o fisioterapeuta, no
caso utilizando-se de jogos.
O beneficiário deste projeto será a Clı́nica-Escola de Fisioterapia da Faculdade
UDC Anglo-Americano, pois a mesma conta com poucos recursos tecnológicos para auxilio nas sessões de fisioterapia, bem como apresenta pacientes do público alvo, ou seja,
crianças com PC.
Na maioria dos casos em que é utilizada a gameterapia, o fisioterapeuta busca
adaptar o jogo à fisioterapia, ou seja, com base nos movimentos do jogo o fisioterapeuta
monta a sessão. No caso desse projeto, acontecerá o contrário: o jogo se adaptará ao
fisioterapeuta, ao invés dele se adaptar ao jogo, pois o mesmo conterá os movimentos
pretendidos pelo fisioterapeuta.
Esse tipo de abordagem lúdica que se adapta a sessão de fisioterapia é, praticamente, inexistente, de modo que se torna algo interessante de ser explorado.
Também verificou-se que o jogo precisará de desenvolvimento em diferentes
áreas, como cognitiva e motora, pois não seria interessante o paciente ter desenvolvimento unilateral. Isto é, não é de interesse o desenvolvimento apenas da parte motora,
sendo que é possı́vel o desenvolvimento da parte coginitiva também.
Com o levantamento dos movimentos utilizados pelo fisioterapeuta, será possı́vel
desenvolver um jogo que se torne parte das sessões de fisioterapia, o que pode levar a uma
verificação a respeito do envolvimento do paciente com a sessão quando se há ou não a
Gameterapia envolvida.
4. Escopo
Dentre os vários pacientes da Clı́nica-Escola da Faculdade Anglo-Americano serão utilizadas as crianças que possuem PC, pois não há no mercado jogos voltados para este
público alvo, devido a complexa aprendizagem que esse tipo de paciente apresenta.
Dessa maneira, este projeto se limita a criar um jogo que auxiliará nas sessões
de fisioterapia de pacientes com PC, de modo que não será realizado o estudo para a
implementação pra outros tipos de pacientes, nem para pacientes com diferentes patologias, ou ainda pacientes de diferentes idades.
Esse projeto também não tratará de causas ou diagnóstico destes pacientes, muito
menos visa ser uma alternativa completa ao acompanhamento profissional de um fisioterapeuta.
5. Ferramentas
O projeto uilizará as ferramentas Unity 3D1 , para desenvolvimento do jogo, como regras,
fı́sica, cenário, juntamente com o sensor de movimentos Kinect2 que será utilizado para a
animação de personagens.
A ferramenta Unity 3D é muito utilizada para o desenvolvimento de ambientes
gráficos, sejam jogos ou animações. Os ambientes gráficos desenvolvidos dentro da ferramenta podem ser tanto 2D (bidimensional - 2 dimensões) como 3D (tridimensional - 3
dimensões).
Figura 1. Interface Unity3D.
Sua versão gratuita possibilita o desenvolvimento de jogos para os sistemas operacionais Microsoft Windows, Apple Mac OS, e para ambiente Internet. Porém é possı́vel
adquirir versões pagas, que possibilitam o desenvolvimento para IPhone3 , Nintendo WII4 ,
XBOX 3605 e para o sistema Android em geral.
O Unity3D possui uma interface simples e de fácil uso, facilitando dessa maneira
o desenvolvimento de jogos ou animações. A interface é dividida em várias abas, em que
cada uma possui um protótipo diferente. Assim, como mostra a Figura 1.
Dentro do Unity3D é possı́vel trabalhar com as linguagens de programação Boo,
C ] e JavaScript, durante o desenvolvimento de ambientes gráficos. Nas questão de
execução de scripts ele conta com o editor MonoDevelop, que está integado ao Unity3D.
Também é possı́vel integrar outros editores, porém o MonoDevelop ja conta com tudo o
que é necessário para execução de scripts. Durante a execução dos scripts é utilizada uma
versão de autodesempenho que está na biblioteca Mono, que é uma implementação de
código aberto do framework .Net6 da Microsoft.
O Unity3D também trabalha com a importação de modelos 2D/3D, e tem como
principais extensões suportadas: .fbx, .max, .3ds, .obj, e .dexf. Os principais softwares
utilizados juntamente com o Unity3D sao o Blender7 ou Estúdio Max8 .
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http://unity3d.com/pt/
http://www.microsoft.com/en-us/kinectforwindows/
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http://www.apple.com/br/iphone/
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https://www.nintendo.com/wii
5
http://www.xbox.com/pt-br/Xbox360/
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http://www.microsoft.com/net
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http://www.blender.org/
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http://www.autodesk.com/products/autodesk-3ds-max/overview
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Além disso, o Unity3D também conta com uma série de funcionalidades que auxiliam no desenvolvimento de jogos, como a fı́sica, onde é possı́vel aplicar a fı́sica de
maneira fácil, tal como aplicar gravidade aos objetos; sistema de colisão, onde é possı́vel
realizar a detecção de colisão de maneira simples; aplicação de materiais, que definem a
aparência de um objeto após a renderização [Viana 2009] .
Outro fator importante do Unity 3D, é que ele conta com um Assets Store, uma
loja e Assets, ou objetos, que podem ser utilizados dentro de um projeto. Na Assets Store
é possı́vel encontrar desde modelos 2Ds/3Ds até projetos completos.
O Kinect foi desenvolvido pela empresa PrimeSense9 e foi projetado, primeiramente, para ser utilizado juntamente com o console Xbox 36010 . Após a Microsoft liberar API (Application Programming Interface –Interface de Programação de Aplicativo)
foi possı́vel construir softwares para que o Kinect fosse utilizado junto de um computador [Flores 2011].
O Kinect conta com sensores de cor e profundidade, microfone, sensor infravermelho - utilizados para localização do jogador e para tilização de comandos de voz - e
câmera VGA(Video Graphics Array - Padrão de Disposição Gráfica para Vı́deo) colorida [Cargnin 2012]. Na Figura 2 é possı́vel observar o hardware interno de um Kinect.
Figura 2. Kinect: Seu Hardware.
A utilização do Kinect com ferramentas de avaliação e controle de ambiente
virtual em sessões de fisioterapia pode trazer benefı́cios como ganho de concentração,
equilı́brio, força muscular. Além do mais, seu uso faz com que as atividades se tornem
mais agradáveis de modo que envolva o paciente, o qual poderá realizar os movimentos
com mais espontaneidade [Fabrı́cio 2013].
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http://www.primesense.com/
http://www.xbox.com/pt-BR/Home-20
6. Desenvolvimento de Protótipo
O protótipo para testes, já em faze de elaboração, com duas interfaces ainda não funcionais. As interfaces são dos jogos que possivelmente serão implementados.
Os jogos desenvolvidos envolverão o desenvolvimento cognitivo, motor e
cognitivo-motor do usuário. O desenvolvimento cognitivo diz respeito ao desenvolvimento de raciocı́nio lógico. O motor irá desenvolver a coordenação motora. Já o
cognitivo-motor tem a responsabilidade de desenvolver tanto a função cognitiva como
a motora.
O jogo que desenvolverá a parte cognitiva deverá ser desenvolvido de maneira que
o usuário precise pensar antes de realizar o que foi pedido. Por exemplo:a interface apresenta um determinado objeto ao jogador, solicitando a letra inicial do objeto apresentado.
Já o módulo que desenvolverá a parte motora tem a missão de desenvolver a
função motora do usuário, ou seja, trabalhará com a coordenação motora. Um jogo de
estourar bolhas pode ser um exemplo deste tipo de jogo.
O desenvolvimento cogitivo-motor pode ser realizado através um jogo em que o
usuário deve realizar determinado movimento, ao mesmo tempo que deve pensar antes de
realizado, como estourar balões de determinada cor.
O primeiro jogo consiste no apontamento de cores, ou seja, o usuário deverá apontar qual a cor correta. A Figura 3 demonstra a interface provisória implementada. Esse
jogo pretende desenvolver a parte cognitiva do paciente, uma vez que trabalhará com a
lógica do usuário, de forma que o mesmo deve identificar a cor correta.
Figura 3. Interface Não Funcional Jogo Cognitivo
A segunda interface, apresentada na Figura 4, demostra um jogo que consiste em
estouro de balões. Isto é, o usuário terá que estourar os balões da tela. Dessa forma será
trabalhada o desenvolvimento da coordenação motora, uma vez que os balões podem estar
e determinados lugares da tela, a fim de que o paciente execute determinado movimento.
O desenvolvimento do jogo cognitivo-motor ainda não foiiniciado, desse modo,
sua interface ainda não se encontra implementada.
Para a interação entre o Unity 3D será utilizado um projeto encontrado na Assets
Store do Unity 3D. Tal projeto prove a interação a animação do personagem através do
Kinect.
Será realizada a mudança de personagem, pois o pertencente ao projeto pode ser
considerado inadequado para a criação de jogos para o público alvo pretendido. O per-
Figura 4. Interface Não Funcional Jogo Motor
sonagem ideal deverá ser mais didático, de forma a ser algo que chame a atenção das
crianças, como um animal ou um(a) menino(a).
O projeto prevê também a inclusão e um método estatı́stico, o qual contara com
informações sobre as sessões dos pacientes. Os dados que podem ser analisados podem
variar desde a comparação de pontuações entre as sessões até pontuação em determinado
tempo.
Outro dados que está sendo discutido para implementação é a criação de uma
analise de melhoramento de movimentos. Esta analise poderá ser realizada através de
gravações realizadas durante as sessões. As gravações poderão ser realizadas pelo Kinect,
uma vez que o mesmo consegue gravar os movimentos realizados.
Após as coletas de dados poderá ser construı́do um gráfico para se averiguar se o
paciente teve alguma melhora. Tal gráfico pode ser utilizado também para avaliação da
plataforma.
7. Materias e Métodos
Para se desenvolver o projeto será utilizado um computador do tipo notebook, com plataforma Windows 8.1. Um Kinect for X–BOX 360, utilizando o kit de ferramentas contido
no SDK disponibilizado pela Microsoft para o desenvolvimento de aplicações voltadas
para o uso do Kinect. Também será utilizado o Unity 3D em sua versão 4.3.4.
Os requisitos do jogo, bem como os movimentos que os pacientes devem realizar
serão levantados juntamente com os profissionais de fisioterapia durante reuniões ou até
mesmo durante os teste, pois durante os mesmo pode-se sentir a necessidade de alteração
de alguma coisa.
8. Visitas Realizadas
A fim de levantamento de requisitos, foram realizadas duas visitas técnicas: uma
à Clı́nica-Escola de Fisioterapia da Faculdade Anglo-Americano e outra a ACDD
(Assciação Cristã e Portadores de Deficiência). Durante as visitas, a maioria dos pacientes testaram o uso do Kinect, utilizando o projeto retirado da loja de Assets do Unity
3D, já citado anteriormente.
Durante a visita a Clı́nica-Escola, foram manipulados 2 pacientes, um do sexo
masculino e outro do sexo feminino. A paciente não realizou teste com o Kinect, porém
serviu como base para conhecimento sobre os pacientes que serão encontrados durante o
projeto, ou seja, foi possı́vel ter uma pequena noção de como é a coordenação motora,
como interagir, quais as dificuldades encontradas para se realizar as sessões de fisioterapia.
O paciente do sexo masculino manipulado na visita à Clinica-Escola, realizou
testes com Kinect. Através dos testes foi possı́vel observar a captação de movimentos
realizada pelo Kinect, bem como a interação do Kinect com o Projeto do Assets do Unity
3D.
Já durante a visita realizada a ACDD, foram manipulados 3 pacientes do sexo
masculino. Com estes pacientes foram realizados diversos testes, como afastamento ou
aproximação e nivelamento do Kinect, a fim de se detectar a melhor posição para captação
dos movimentos.
Os testes no primeiro paciente não foram bem sucedidos, pois o mesmo era captado como se estivesse de lado devido a baixa estatura e peso do paciente. Os testes com
o segundo paciente obtiveram em nı́veis aceitáveis para a realização das atividades propostas nos jogos dos módulos, pois foi possı́vel realizar uma captação de movimentos
satisfatória. Com isso foram realizados testes no que se refere a altura do equipamento e
sua distância do paciente. A captação do terceiro paciente necessitou de vários testes de
altura do equipamento e distância do mesmo, até se obter uma captura.
Com os teste realizados durante a visita a ACDD foi possı́vel realizar um protocolo
para testes de protótipos, em que o equipamento deve estar a 1,80 m (um metro e oitenta
centı́metros) de distância do paciente e estar posicionado na altura do peito do mesmo,
assim como ilustrado na Figura 5.
Figura 5. Protocolo de Teste de Protótipo.
9. Conclusão
Os jogos podem trazer grande auxı́lio durante as sessões de fisioterapia, de maneira que
facilitem o trabalho dos fisioterapeutas, seja trazendo novos estı́mulos para as sessões ou
sendo apenas uma maneira diferente de se realizar a sessão de fisioterapia.
O projeto pretende se tornar uma ferramenta a mais no dia-a-dia do fisioterapeuta,
de modo que traga resultados positivos para as sessões de fisioterapia.
Dessa maneira o projeto pretende trazer grandes benefı́cios para os pacientes com
Paralisia Cerebral da Clı́nica-Escola da Faculdade Anglo-Americano.
Referências
Bandeira, C. and Monteiro, D. E. M. (2011). Realidade Virtual na Paralisia Cerebral.
são Paulo.
Bax, M. C. O. (1964). Terminology and Classification of Cerebral Palsy. Developmental
Medicine and Child Neurology.
Campos, D. and Santos, D. C. C. (2005). Controle Postural E Motricidade Apendicular
Nos Primeiros Anos De Vida. Fisioterapia em Movimento, pages 71–77.
Cargnin, D. J. a. (2012). Desenvolvimento de um Aplivativo com Interfaces HumanoComputador para um Sistema de Reabilitação Motora utilizando Microsoft Kinect.
Domit, K. (2013). Videogame Interativo Ajuda na Fisioterapia. Zero Hora.
Fabrı́cio, D. L. d. M. L. (2013). Kinect e Reabilitação. page 1.
Flores, L. E. V. (2011). Aplicativo para Detecção de Movimentos para Reabilitação Fisioterapia Utilizando Microsoft Kinect.
Shepherd, R. (1996). Fisioterapia em Pediatria. São Paulo, 3 edition.
SULLIVAN, S. B. and SCHMITZ, T. (2004). Fisioterapia Avaliação e Tratamento. 4
edition.
Viana, T. C. (2009). Unity3D - Uma Introdução. São Carlos.