DESENVOLVIMENTO DE UMA PLATAFORMA PARA
AUXILIO NA FISIOTERAPIA DE PACIENTES COM
PARALISIA CEREBRAL
Jorge Aikes Junior1,L´ıvia Willemann Peres2, Rafael Augusto Alflen1, Wilson Kihara1
1Curso de Ciˆencia da Computac¸˜ao da Faculdade Anglo-Americano Av. Paran´a - 5661 - Vila A – Foz do Iguac¸u – PR – Brazil
2Curso de Fisioterapia da Faculdade Anglo-Americano
jorgeaikes@gmail.com, livia@anglofoz.com.br,
rafaelalflen@hotmail.com, wkihara@gmail.com
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 invol-ved, different than normal treatment that tends to be repetitive and tiresome. This project aims to build a game that assists physical therapists during ses-sions 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 reabilitac¸˜ao virtual (gameterapia) tˆem aumentado a sua presenc¸a em tratamentos fisioterapˆeuticos, uma vez que os jogos deixam os pacientes mais envolvidos, diferente do tratamento normal que tem a tendˆencia de serem repetitivos e cansativos. Esse projeto visa a construc¸˜ao de um jogo que auxilie os fisioterapeutas durante as sess˜oes de fisioterapia de pacientes com paralisia cerebral leve, com o intuito de que o jogo se adapte as sess˜oes, ao contr´ario do que acontece geralmente.
1. Introduc¸˜ao
A paralisia cerebral ´e caracterizada por uma les˜ao no Sistema Nervoso Central (SNC) em desenvolvimento que cursa com alterac¸˜ao no comportamento motor. Definido como “uma desordem dos movimentos da postura devida a um defeito ou les˜ao do c´erebro imaturo” [Bax 1964]. Ocorre quando o c´erebro ´e imaturo e ainda est´a em desenvolvimento geral-mente nos per´ıodos pr´e, peri ou p´os-natal levando a consequˆencias espec´ıficas tais como deficiˆencia motora, incapacidade da crianc¸a em manter postura, dist´urbios da percepc¸˜ao, problemas de fala, vis˜ao e audic¸˜ao.
Assim, a Paralisia Cerebral ´e um conjunto de dist´urbios causados por alguma les˜ao 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 modificac¸˜oes relacionadas a adaptac¸˜ao do comprimento muscular e deformidades ´osseas s˜ao algumas das caracter´ısticas destes dist´urbios.
A PC pode ser causada por diversos fatores como, uma falha heredit´aria do de-senvolvimento, suscetibilidade heredit´aria por outros elementos de risco, fatores mater-nos como doenc¸a ou uso de drogas, problemas na placenta ou como resultado de mau formac¸˜ao cerebral, prematuridade ou fatores perinatais traum´aticais que resultaram les˜ao cerebral [SULLIVAN and SCHMITZ 2004].
Um dos principais fatores para que os pacientes tenham uma boa reabilitac¸˜ao neurol´ogica ´e a avaliac¸˜ao do fisioterapeuta, pois atrav´es de sua intervenc¸˜ao s˜ao iden-tificados os comprometimentos neurol´ogicos que necessitam de intervenc¸˜ao, bem como identificar a gravidade do problema. Para isso a avaliac¸˜ao deve ser minu-ciosa para que se possa realizar um diagn´ostico para um tratamento realmente efi-caz [SULLIVAN and SCHMITZ 2004].
A neurologia infantil frequentemente se utiliza da relac¸˜ao entre o movimento da crianc¸a e a postura, no que se trata da interferˆencia fisioterapˆeutica. Isso porque os mo-vimentos da crianc¸a dependem do controle postural, uma vez que o mesmo tem respon-sabilidade de resistir a ac¸˜ao da gravidade e manutenc¸˜ao do equil´ıbrio corporal durante os movimentos volunt´arios [Campos and Santos 2005].
Durante o atendimento com paralisia cerebral, o fisioterapeuta deve observar os est´agios de desenvolvimento motor normal, utilizando como base diferentes est´ımulos sensitivos e sensoriais, tendo-se em vista que o desenvolvimento ´e dependente da tarefa e exigˆencias do ambiente, e por isso ´e necess´ario ter uma relac¸˜ao com os desenvolvimentos visual, cognitivo e de fala de maneira bem estreita. Assim `a medida que se processa o amadurecimento do sistema nervoso, o comportamento da crianc¸a muda, ficando mais intencional [Shepherd 1996].
Muitas vezes, o paciente pode achar mon´otonas ou repetitivas as sess˜oes de fi-sioterapia, pela pr´opria natureza baseada em repetic¸˜ao do tratamento. Dessa maneira, a inclus˜ao de ferramentas l´udicas, como jogos, podem auxiliar trazendo novo ˆanimo as sess˜oes de fisioterapia. A essa utilizac¸˜ao de jogos durante as sess˜oes de fisioterapia da-se o nome de gameterapia, e ela traz uma abordagem l´udica atrav´es de meios interativos.
Segundo [Bandeira and Monteiro 2011], um tipo de abordagem recente ´e de Reabilitac¸˜ao Virtual (RV) Virtual Rehabilitation - que serve para motivar func¸˜oes motoras atrav´es da interac¸˜ao com algum ambiente virtual. Essa t´ecnica de utilizar um ambiente virtual pode trazer grandes benef´ıcios ao paciente, que pode adquirir conhecimentos que n˜ao adquiriria atrav´es de m´etodos tradicionais.
Os jogos podem ser inseridos na fisioterapia por meio de uma grande gama de fer-ramentas tecnol´ogicas. Independentemente da tecnologia empregada, uma das principais vantagens de sua utilizac¸˜ao ´e a ades˜ao de mais um motivador para a realizac¸˜ao das sec¸˜oes, principalmente para as crianc¸as, 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 sess˜oes, al´em 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 con-tenha jogos que auxiliem os fisioterapeutas durante as sess˜oes com pacientes com PC, de
modo que o jogo de adapte a fisioterapia, ao inv´es do fisioterapeuta se adaptar ao jogo, como ocorre geralmente.
3. Justificativa
Com o crescimento da utilizac¸˜ao dos jogos durante tratamentos, a chamada gametera-pia, e a escassez de ferramentas tecnol´ogicas para auxilio na sess˜oes de fisioteragametera-pia, verificou-se a necessidade de criac¸˜ao de algum software que auxilie o fisioterapeuta, no caso utilizando-se de jogos.
O benefici´ario deste projeto ser´a a Cl´ınica-Escola de Fisioterapia da Faculdade UDC Anglo-Americano, pois a mesma conta com poucos recursos tecnol´ogicos para au-xilio nas sess˜oes de fisioterapia, bem como apresenta pacientes do p´ublico alvo, ou seja, crianc¸as com PC.
Na maioria dos casos em que ´e utilizada a gameterapia, o fisioterapeuta busca adaptar o jogo `a fisioterapia, ou seja, com base nos movimentos do jogo o fisioterapeuta monta a sess˜ao. No caso desse projeto, acontecer´a o contr´ario: o jogo se adaptar´a ao fisioterapeuta, ao inv´es dele se adaptar ao jogo, pois o mesmo conter´a os movimentos pretendidos pelo fisioterapeuta.
Esse tipo de abordagem l´udica que se adapta a sess˜ao de fisioterapia ´e, pratica-mente, inexistente, de modo que se torna algo interessante de ser explorado.
Tamb´em verificou-se que o jogo precisar´a de desenvolvimento em diferentes ´areas, como cognitiva e motora, pois n˜ao seria interessante o paciente ter desenvolvi-mento unilateral. Isto ´e, n˜ao ´e de interesse o desenvolvidesenvolvi-mento apenas da parte motora, sendo que ´e poss´ıvel o desenvolvimento da parte coginitiva tamb´em.
Com o levantamento dos movimentos utilizados pelo fisioterapeuta, ser´a poss´ıvel desenvolver um jogo que se torne parte das sess˜oes de fisioterapia, o que pode levar a uma verificac¸˜ao a respeito do envolvimento do paciente com a sess˜ao quando se h´a ou n˜ao a Gameterapia envolvida.
4. Escopo
Dentre os v´arios pacientes da Cl´ınica-Escola da Faculdade Anglo-Americano ser˜ao uti-lizadas as crianc¸as que possuem PC, pois n˜ao h´a no mercado jogos voltados para este p´ublico alvo, devido a complexa aprendizagem que esse tipo de paciente apresenta.
Dessa maneira, este projeto se limita a criar um jogo que auxiliar´a nas sess˜oes de fisioterapia de pacientes com PC, de modo que n˜ao ser´a realizado o estudo para a implementac¸˜ao pra outros tipos de pacientes, nem para pacientes com diferentes patolo-gias, ou ainda pacientes de diferentes idades.
Esse projeto tamb´em n˜ao tratar´a de causas ou diagn´ostico destes pacientes, muito menos visa ser uma alternativa completa ao acompanhamento profissional de um fisiote-rapeuta.
5. Ferramentas
O projeto uilizar´a as ferramentas Unity 3D1, para desenvolvimento do jogo, como regras, f´ısica, cen´ario, juntamente com o sensor de movimentos Kinect2que ser´a utilizado para a animac¸˜ao de personagens.
A ferramenta Unity 3D ´e muito utilizada para o desenvolvimento de ambientes gr´aficos, sejam jogos ou animac¸˜oes. Os ambientes gr´aficos desenvolvidos dentro da fer-ramenta podem ser tanto 2D (bidimensional - 2 dimens˜oes) como 3D (tridimensional - 3 dimens˜oes).
Figura 1. Interface Unity3D.
Sua vers˜ao gratuita possibilita o desenvolvimento de jogos para os sistemas ope-racionais Microsoft Windows, Apple Mac OS, e para ambiente Internet. Por´em ´e poss´ıvel adquirir vers˜oes pagas, que possibilitam o desenvolvimento para IPhone3, Nintendo WII4, XBOX 3605e para o sistema Android em geral.
O Unity3D possui uma interface simples e de f´acil uso, facilitando dessa maneira o desenvolvimento de jogos ou animac¸˜oes. A interface ´e dividida em v´arias abas, em que cada uma possui um prot´otipo diferente. Assim, como mostra a Figura 1.
Dentro do Unity3D ´e poss´ıvel trabalhar com as linguagens de programac¸˜ao Boo, C ] e JavaScript, durante o desenvolvimento de ambientes gr´aficos. Nas quest˜ao de execuc¸˜ao de scripts ele conta com o editor MonoDevelop, que est´a integado ao Unity3D. Tamb´em ´e poss´ıvel integrar outros editores, por´em o MonoDevelop ja conta com tudo o que ´e necess´ario para execuc¸˜ao de scripts. Durante a execuc¸˜ao dos scripts ´e utilizada uma vers˜ao de autodesempenho que est´a na biblioteca Mono, que ´e uma implementac¸˜ao de c´odigo aberto do framework .Net6 da Microsoft.
O Unity3D tamb´em trabalha com a importac¸˜ao de modelos 2D/3D, e tem como principais extens˜oes suportadas: .fbx, .max, .3ds, .obj, e .dexf. Os principais softwares utilizados juntamente com o Unity3D sao o Blender7ou Est´udio Max8.
1http://unity3d.com/pt/ 2http://www.microsoft.com/en-us/kinectforwindows/ 3http://www.apple.com/br/iphone/ 4https://www.nintendo.com/wii 5http://www.xbox.com/pt-br/Xbox360/ 6http://www.microsoft.com/net 7http://www.blender.org/ 8http://www.autodesk.com/products/autodesk-3ds-max/overview
Al´em disso, o Unity3D tamb´em conta com uma s´erie de funcionalidades que au-xiliam no desenvolvimento de jogos, como a f´ısica, onde ´e poss´ıvel aplicar a f´ısica de maneira f´acil, tal como aplicar gravidade aos objetos; sistema de colis˜ao, onde ´e poss´ıvel realizar a detecc¸˜ao de colis˜ao de maneira simples; aplicac¸˜ao de materiais, que definem a aparˆencia de um objeto ap´os a renderizac¸˜ao [Viana 2009] .
Outro fator importante do Unity 3D, ´e que ele conta com um Assets Store, uma loja e Assets, ou objetos, que podem ser utilizados dentro de um projeto. Na Assets Store ´e poss´ıvel encontrar desde modelos 2Ds/3Ds at´e projetos completos.
O Kinect foi desenvolvido pela empresa PrimeSense9 e foi projetado, primeira-mente, para ser utilizado juntamente com o console Xbox 36010. Ap´os a Microsoft libe-rar API (Application Programming Interface –Interface de Programac¸˜ao de Aplicativo) foi poss´ıvel construir softwares para que o Kinect fosse utilizado junto de um computa-dor [Flores 2011].
O Kinect conta com sensores de cor e profundidade, microfone, sensor infraver-melho - utilizados para localizac¸˜ao do jogador e para tilizac¸˜ao de comandos de voz - e cˆamera VGA(Video Graphics Array - Padr˜ao de Disposic¸˜ao Gr´afica para V´ıdeo) colo-rida [Cargnin 2012]. Na Figura 2 ´e poss´ıvel observar o hardware interno de um Kinect.
Figura 2. Kinect: Seu Hardware.
A utilizac¸˜ao do Kinect com ferramentas de avaliac¸˜ao e controle de ambiente virtual em sess˜oes de fisioterapia pode trazer benef´ıcios como ganho de concentrac¸˜ao, equil´ıbrio, forc¸a muscular. Al´em do mais, seu uso faz com que as atividades se tornem mais agrad´aveis de modo que envolva o paciente, o qual poder´a realizar os movimentos com mais espontaneidade [Fabr´ıcio 2013].
9http://www.primesense.com/
6. Desenvolvimento de Prot´otipo
O prot´otipo para testes, j´a em faze de elaborac¸˜ao, com duas interfaces ainda n˜ao funcio-nais. As interfaces s˜ao dos jogos que possivelmente ser˜ao implementados.
Os jogos desenvolvidos envolver˜ao o desenvolvimento cognitivo, motor e cognitivo-motor do usu´ario. O desenvolvimento cognitivo diz respeito ao desenvol-vimento de racioc´ınio l´ogico. O motor ir´a desenvolver a coordenac¸˜ao motora. J´a o cognitivo-motor tem a responsabilidade de desenvolver tanto a func¸˜ao cognitiva como a motora.
O jogo que desenvolver´a a parte cognitiva dever´a ser desenvolvido de maneira que o usu´ario precise pensar antes de realizar o que foi pedido. Por exemplo:a interface apre-senta um determinado objeto ao jogador, solicitando a letra inicial do objeto apreapre-sentado. J´a o m´odulo que desenvolver´a a parte motora tem a miss˜ao de desenvolver a func¸˜ao motora do usu´ario, ou seja, trabalhar´a com a coordenac¸˜ao motora. Um jogo de estourar bolhas pode ser um exemplo deste tipo de jogo.
O desenvolvimento cogitivo-motor pode ser realizado atrav´es um jogo em que o usu´ario deve realizar determinado movimento, ao mesmo tempo que deve pensar antes de realizado, como estourar bal˜oes de determinada cor.
O primeiro jogo consiste no apontamento de cores, ou seja, o usu´ario dever´a apon-tar qual a cor correta. A Figura 3 demonstra a interface provis´oria implementada. Esse jogo pretende desenvolver a parte cognitiva do paciente, uma vez que trabalhar´a com a l´ogica do usu´ario, de forma que o mesmo deve identificar a cor correta.
Figura 3. Interface N ˜ao Funcional Jogo Cognitivo
A segunda interface, apresentada na Figura 4, demostra um jogo que consiste em estouro de bal˜oes. Isto ´e, o usu´ario ter´a que estourar os bal˜oes da tela. Dessa forma ser´a trabalhada o desenvolvimento da coordenac¸˜ao motora, uma vez que os bal˜oes podem estar e determinados lugares da tela, a fim de que o paciente execute determinado movimento.
O desenvolvimento do jogo cognitivo-motor ainda n˜ao foiiniciado, desse modo, sua interface ainda n˜ao se encontra implementada.
Para a interac¸˜ao entre o Unity 3D ser´a utilizado um projeto encontrado na Assets Store do Unity 3D. Tal projeto prove a interac¸˜ao a animac¸˜ao do personagem atrav´es do Kinect.
Ser´a realizada a mudanc¸a de personagem, pois o pertencente ao projeto pode ser considerado inadequado para a criac¸˜ao de jogos para o p´ublico alvo pretendido. O
per-Figura 4. Interface N ˜ao Funcional Jogo Motor
sonagem ideal dever´a ser mais did´atico, de forma a ser algo que chame a atenc¸˜ao das crianc¸as, como um animal ou um(a) menino(a).
O projeto prevˆe tamb´em a inclus˜ao e um m´etodo estat´ıstico, o qual contara com informac¸˜oes sobre as sess˜oes dos pacientes. Os dados que podem ser analisados podem variar desde a comparac¸˜ao de pontuac¸˜oes entre as sess˜oes at´e pontuac¸˜ao em determinado tempo.
Outro dados que est´a sendo discutido para implementac¸˜ao ´e a criac¸˜ao de uma analise de melhoramento de movimentos. Esta analise poder´a ser realizada atrav´es de gravac¸˜oes realizadas durante as sess˜oes. As gravac¸˜oes poder˜ao ser realizadas pelo Kinect, uma vez que o mesmo consegue gravar os movimentos realizados.
Ap´os as coletas de dados poder´a ser constru´ıdo um gr´afico para se averiguar se o paciente teve alguma melhora. Tal gr´afico pode ser utilizado tamb´em para avaliac¸˜ao da plataforma.
7. Materias e M´etodos
Para se desenvolver o projeto ser´a utilizado um computador do tipo notebook, com plata-forma Windows 8.1. Um Kinect for X–BOX 360, utilizando o kit de ferramentas contido no SDK disponibilizado pela Microsoft para o desenvolvimento de aplicac¸˜oes voltadas para o uso do Kinect. Tamb´em ser´a utilizado o Unity 3D em sua vers˜ao 4.3.4.
Os requisitos do jogo, bem como os movimentos que os pacientes devem realizar ser˜ao levantados juntamente com os profissionais de fisioterapia durante reuni˜oes ou at´e mesmo durante os teste, pois durante os mesmo pode-se sentir a necessidade de alterac¸˜ao de alguma coisa.
8. Visitas Realizadas
A fim de levantamento de requisitos, foram realizadas duas visitas t´ecnicas: uma `a Cl´ınica-Escola de Fisioterapia da Faculdade Anglo-Americano e outra a ACDD (Assciac¸˜ao Crist˜a e Portadores de Deficiˆencia). Durante as visitas, a maioria dos paci-entes testaram o uso do Kinect, utilizando o projeto retirado da loja de Assets do Unity 3D, j´a citado anteriormente.
Durante a visita a Cl´ınica-Escola, foram manipulados 2 pacientes, um do sexo masculino e outro do sexo feminino. A paciente n˜ao realizou teste com o Kinect, por´em serviu como base para conhecimento sobre os pacientes que ser˜ao encontrados durante o
projeto, ou seja, foi poss´ıvel ter uma pequena noc¸˜ao de como ´e a coordenac¸˜ao motora, como interagir, quais as dificuldades encontradas para se realizar as sess˜oes de fisiotera-pia.
O paciente do sexo masculino manipulado na visita `a Clinica-Escola, realizou testes com Kinect. Atrav´es dos testes foi poss´ıvel observar a captac¸˜ao de movimentos realizada pelo Kinect, bem como a interac¸˜ao do Kinect com o Projeto do Assets do Unity 3D.
J´a durante a visita realizada a ACDD, foram manipulados 3 pacientes do sexo masculino. Com estes pacientes foram realizados diversos testes, como afastamento ou aproximac¸˜ao e nivelamento do Kinect, a fim de se detectar a melhor posic¸˜ao para captac¸˜ao dos movimentos.
Os testes no primeiro paciente n˜ao foram bem sucedidos, pois o mesmo era cap-tado como se estivesse de lado devido a baixa estatura e peso do paciente. Os testes com o segundo paciente obtiveram em n´ıveis aceit´aveis para a realizac¸˜ao das atividades pro-postas nos jogos dos m´odulos, pois foi poss´ıvel realizar uma captac¸˜ao de movimentos satisfat´oria. Com isso foram realizados testes no que se refere a altura do equipamento e sua distˆancia do paciente. A captac¸˜ao do terceiro paciente necessitou de v´arios testes de altura do equipamento e distˆancia do mesmo, at´e se obter uma captura.
Com os teste realizados durante a visita a ACDD foi poss´ıvel realizar um protocolo para testes de prot´otipos, em que o equipamento deve estar a 1,80 m (um metro e oitenta cent´ımetros) de distˆancia do paciente e estar posicionado na altura do peito do mesmo, assim como ilustrado na Figura 5.
Figura 5. Protocolo de Teste de Prot ´otipo.
9. Conclus˜ao
Os jogos podem trazer grande aux´ılio durante as sess˜oes de fisioterapia, de maneira que facilitem o trabalho dos fisioterapeutas, seja trazendo novos est´ımulos para as sess˜oes ou sendo apenas uma maneira diferente de se realizar a sess˜ao 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 sess˜oes de fisioterapia.
Dessa maneira o projeto pretende trazer grandes benef´ıcios para os pacientes com Paralisia Cerebral da Cl´ınica-Escola da Faculdade Anglo-Americano.
Referˆencias
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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 Humano-Computador para um Sistema de Reabilitac¸˜ao Motora utilizando Microsoft Kinect. Domit, K. (2013). Videogame Interativo Ajuda na Fisioterapia. Zero Hora.
Fabr´ıcio, D. L. d. M. L. (2013). Kinect e Reabilitac¸˜ao. page 1.
Flores, L. E. V. (2011). Aplicativo para Detecc¸˜ao de Movimentos para Reabilitac¸˜ao Fisi-oterapia Utilizando Microsoft Kinect.
Shepherd, R. (1996). Fisioterapia em Pediatria. S˜ao Paulo, 3 edition.
SULLIVAN, S. B. and SCHMITZ, T. (2004). Fisioterapia Avaliac¸˜ao e Tratamento. 4 edition.
