DESENVOLVIMENTO DE UMA PLATAFORMA PARA AUXILIO NA FISIOTERAPIA DE PACIENTES COM PARALISIA CEREBRAL

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1 DESENVOLVIMENTO DE UMA PLATAFORMA PARA AUXILIO NA FISIOTERAPIA DE PACIENTES COM PARALISIA CEREBRAL Jorge Aikes Junior 1,Lívia Willemann Peres 2, Rafael Augusto Alflen 1, Wilson Kihara 1 1 Curso de Ciência da Computação da Faculdade Anglo-Americano Av. Paraná Vila A Foz do Iguaçu PR Brazil 2 Curso 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 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 períodos pré, peri ou pós-natal levando a consequências específicas 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 características destes distúrbios.

2 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 equilíbrio 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 estímulos 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 benefícios 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

3 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 Clínica-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 possível o desenvolvimento da parte coginitiva também. Com o levantamento dos movimentos utilizados pelo fisioterapeuta, será possível 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 Clínica-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.

4 5. Ferramentas O projeto uilizará as ferramentas Unity 3D 1, para desenvolvimento do jogo, como regras, física, cenário, juntamente com o sensor de movimentos Kinect 2 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 possível adquirir versões pagas, que possibilitam o desenvolvimento para IPhone 3, Nintendo WII 4, XBOX 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 possível 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 possível 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.net 6 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 Blender 7 ou Estúdio Max

5 Além disso, o Unity3D também conta com uma série de funcionalidades que auxiliam no desenvolvimento de jogos, como a física, onde é possível aplicar a física de maneira fácil, tal como aplicar gravidade aos objetos; sistema de colisão, onde é possível 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 possível encontrar desde modelos 2Ds/3Ds até projetos completos. O Kinect foi desenvolvido pela empresa PrimeSense 9 e foi projetado, primeiramente, para ser utilizado juntamente com o console Xbox Após a Microsoft liberar API (Application Programming Interface Interface de Programação de Aplicativo) foi possível 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 Vídeo) colorida [Cargnin 2012]. Na Figura 2 é possível 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 benefícios como ganho de concentração, equilíbrio, 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 [Fabrício 2013]

6 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 raciocínio 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-

7 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 estatístico, 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 construído 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 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 Clínica-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 Clínica-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

8 projeto, ou seja, foi possível 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 possível 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 níveis aceitáveis para a realização das atividades propostas nos jogos dos módulos, pois foi possível 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 possível realizar um protocolo para testes de protótipos, em que o equipamento deve estar a 1,80 m (um metro e oitenta centímetros) 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 auxílio durante as sessões de fisioterapia, de maneira que facilitem o trabalho dos fisioterapeutas, seja trazendo novos estímulos 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 benefícios para os pacientes com Paralisia Cerebral da Clínica-Escola da Faculdade Anglo-Americano. Referências Bandeira, C. and Monteiro, D. E. M. (2011). Realidade Virtual na Paralisia Cerebral. são Paulo.

9 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 Cargnin, D. J. a. (2012). Desenvolvimento de um Aplivativo com Interfaces Humano- Computador para um Sistema de Reabilitação Motora utilizando Microsoft Kinect. Domit, K. (2013). Videogame Interativo Ajuda na Fisioterapia. Zero Hora. Fabrício, 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.