Publicação: Desenvolvimento de interface homem-máquina para a avaliação de sinais motores da doença de Parkinson
Carregando...
Tipo do documento
Data
Direito de acesso
Área do conhecimento
CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA BIOMEDICA
Título da Revista
ISSN da Revista
Título de Volume
Autores
Orientador
Coorientador
Resumo
A doença de Parkinson (DP) é uma desordem neurodegenerativa crônica e progressiva
e que ainda não possui cura. A DP causa sinais motores característicos, tais como bradicinesia,
rigidez e tremor. O tratamento da doença é amplo admitindo intervenção fisioterápica
(reabilitação), psicológica, medicamentosa e cirúrgica. O diagnóstico e avaliação da severidade
da doença tem-se baseado em avaliações clínicas fundamentadas em escalas subjetivas. Nos
últimos anos tem se desenvolvido vários estudos e tecnologias para a avaliação objetiva da DP.
Com o diagnóstico positivo para a DP inicia-se o tratamento, que é amplo, e envolve o
uso de medicamentos, bem como a realização de cirurgia, fisioterapia e acompanhamento
psicológico. A fisioterapia é fundamental no processo de reabilitação do paciente, permitindo
maximizar as habilidades funcionais e minimizar complicações secundárias.
O uso de jogos sérios (JS) na reabilitação de indivíduos com desordem neurológica, tem se
mostrado eficaz. Neste contexto o JS é utilizado com carácter educacional e de treinamento.
Quando a reabilitação é baseada em JS, uma Interface Homem Máquina (IHM) mostra-se como
uma parte importante de todo o processo, haja visto a necessidade do usuário interagir com o
jogo de maneira apropriada para que a reabilitação atinja o sucesso desejado.
No contexto da DP e JS, estudos buscam demonstrar a eficácia do uso de sensores de jogos
disponibilizados no mercado. Dentre eles pode ser citado o uso do Nintendo Wiimote,
Microsoft’s Kinect, Sony Playstation Eye e até mesmo o uso de webcams comuns. Estes
sensores são facilmente encontrados no mercado nacional e com preços acessíveis. Contudo,
estes sensores não foram utilizados, pois o presente estudo propõe a utilização de uma IHM
capaz de ser utilizada como sensor de jogo sério e também fornecer dados para avaliação e
monitoramento de sintomas motores, tais como bradicinesia e tremor, sendo que os sensores
comerciais citados não contemplam todos os requisitos do sistema proposto.
Encontrou-se exemplares como o modelo “Prime X Gloves” do fabricante MANUSTM,
contudo, este dispositivo não se encontra no mercado brasileiro e tem um custo elevado (acima
de 4 mil dolares). Com efeito, a melhor opção foi desenvolver o próprio dispositivo, para que
todos os requisitos do sistema fossem alcançados, incluindo ser um dispositivo de baixo custo.
Neste contexto, o objetivo deste trabalho foi desenvolver uma IHM, vestível e móvel, capaz de
ser utilizada para avaliação, reabilitação e monitoramento dos sinais motores de indivíduos com
DP.
O equipamento desenvolvido baseado em sensores inerciais foi utilizado para medir os
movimentos de rotação do punho. A IHM foi utilizada para prover a interação com um jogo
sério, e neste cenário o dispositivo estimou a orientação da mão do usuário e forneceu
informações ao computador para o controle do jogo. Durante o processo as medições dos
sensores inerciais foram gravadas e posteriormente utilizadas para avaliação da condição
motora dos pacientes com DP.
A IHM apresentou-se como parte importante do jogo sério, fornecendo a interação
“homem”, usuários do jogo, e “máquina”, computador, adequada ao processo, e os dados
coletados foram processados e demonstraram-se viáveis à avaliação dos sinais motores dos
pacientes. Os dados coletados foram representados na forma de quatérnios que possibilitaram
uma visualização nova e interessante do sinal motor da DP.
Demonstrou-se a viabilidade da implementação e utilização de uma IHM, vestível e
móvel, para a avaliação de pacientes com DP por meio de jogo sério. A utilização dos ângulos
de rotação do punho mostrou-se eficaz para avaliação da condição motora, abrindo uma
possibilidade para o monitoramento longitudinal do sinal motor.
Abstract
Parkinson's disease (PD) is a chronic and progressive neurodegenerative disorder for
which there is currently no cure. PD causes distinct motor symptoms such as bradykinesia,
rigidity, and tremor. Physical therapy, i.e., rehabilitation, psychological, drug, and surgical
intervention are all used to treat the disease. Clinical assessments using subjective scales have
been used to make diagnoses and assess disease severity. Several studies and technologies for
objectively assessing PD have been developed in recent years. In this context, the goal of this
work was to create a wearable and mobile Human Machine Interface (HMI) capable of being
used for the evaluation, rehabilitation, and monitoring of motor signs in people with PD.
With the positive diagnosis for PD, the treatment begins, which is broad, and involves
the use of medications, as well as the performance of surgery, physical therapy, and
psychological monitoring. Physical therapy is fundamental in the patient's rehabilitation
process, allowing the maximization of functional abilities and minimizing secondary
complications.
The use of serious games (JS) in the rehabilitation of individuals with neurological disorder,
has proven effective. In this context JS is used with educational and training character. When
rehabilitation is based on JS, a Human Machine Interface (HMI) is an important part of the
whole process, since the user needs to interact with the game in an appropriate way for the
rehabilitation to achieve the desired success.
In the context of PD and JS, studies seek to demonstrate the effectiveness of the use of game
sensors available on the market. Among them we can mention the Nintendo Wiimote,
Microsoft's Kinect, Sony Playstation Eye, and even the use of common webcams. These sensors
are easily found in the national market and with accessible prices. However, these sensors were
not used, because the present study proposes the use of an HMI capable of being used as a
serious game sensor and also to provide data for evaluation and monitoring of motor symptoms,
such as bradykinesia and tremor, and the commercial sensors cited do not meet all the
requirements of the proposed system.
We found examples such as the model "Prime X Gloves" from the manufacturer MANUSTM,
however, this device is not available in the Brazilian market and has a high cost (over 4 thousand
dollars). In effect, the best option was to develop the device itself, so that all the system
requirements were met, including being a low-cost device.
The device, which was based on inertial sensors, was used to measure the rotational
movements of the wrist. The device was used in a serious game to obtain information from the
orientation of the user's hand and to control the game. During the procedure, the inertial sensor
measurements were recorded and later used to assess the motor condition of patients with PD.
The results were satisfactory, and the device established itself as an important component of
the serious game, facilitating interaction between "man," i.e., users, and "machine," i.e.,
computer. The collected data were processed, and the feasibility of evaluating the patients'
motor signs was confirmed as a result. The possibility of implementing and using a wearable
and mobile HMI was demonstrated to monitor motor signs from PD patients through serious
game. The use of wrist’s rotation angles showed to be effective for the evaluation of motor
condition, opening a possibility for longitudinal monitoring of motor signs.
Palavras-chave
Interface homem-máquina, Human-machine interface, Doença de Parkinson, Parkinson's disease, Dispositivos vestíveis, Wearable devices, Jogo sério, Serious game, Sensor inercial, Inertial sensors
Citação
ROSA, Rodrigo Ramos. Desenvolvimento de interface homem-máquina para a avaliação de sinais
motores da doença de Parkinson. 2022. 115 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Biomédica) - Universidade Federal de Uberlândia, Uberlândia, 2022. DOI http://doi.org/10.14393/ufu.di.2022.5.
Avaliação
Revisão
Suplementado Por
Referenciado Por
Licença Creative Commons
Exceto quando indicado de outra forma, a licença deste item é descrita como Acesso Aberto