文摘

脑瘫是一种严重的疾病通常是由于怀孕期间大脑氧化减少,在出生或出生后不久。传统治疗脑瘫往往是无聊的和昂贵的,导致病人放弃治疗。在本文中,我们描述一个虚拟环境对病人进行顽皮neuropsychomotor康复治疗性游戏,基于核的职业治疗项目的经验综合医疗援助(NAMI)福塔雷萨大学,巴西。病人之间的集成和虚拟环境通过手运动传感器发生“跳跃运动,加上脑电图仪的传感器”MindWave”,负责测量关注任务执行期间的水平。评价虚拟环境,8个临床脑瘫专家受到问卷关于实验虚拟环境的潜力促进认知和运动康复,以及治疗的潜力提高风险和/或负面影响病人的发展。基于专家的非常积极的评价,我们建议实验虚拟环境是一个有前途的替代工具与脑瘫儿童的康复。

1。介绍

虚拟环境技术能够创建用户和环境之间的关系,使实时集成与控制虚拟物体。虚拟环境可以通过视觉和触觉探索设备,没有真正的限制,例如,重力。迭代来源于人类活动之间的通信,这些行动的结果,由计算机处理在虚拟环境生成一个响应。交互可以是被动的,比如看电视,或活跃时,例如,用户操纵他们的身体动作或特定对象在一个虚拟的场景1- - - - - -3]。

虚拟现实是一种计算技术提供人工感官的反馈,让用户实验活动和事件类似,可以发现在现实生活中,发展运动能力在三维(3 d)类似真实世界的虚拟环境(4]。虚拟现实运动学习所需涉及三个关键元素:(i)重复,因为神经可塑性依赖于重复刺激能够产生最佳的学习;(2)感觉反馈,因为强烈的多种感觉的刺激是一个重要的组成部分,为脑瘫患儿康复,一种全身性疾病;和(3)病人的动机5]。

几项研究已经作为另一种工具进行康复患者的神经或遗传综合征(6- - - - - -15]。在大多数情况下,环境是基于游戏(严重的游戏或exergames)应用于感觉运动加工。结果整体非常有前途,主要是由于创伤性疼痛等症状的抽象和恐惧,逃避现实世界,和动力去克服虚拟环境带来的挑战。

游戏的使用临床康复最近蓬勃发展,因为市场上的低成本设备的可用性(16- - - - - -25]。增长的另一个原因使用这种类型的治疗方法是增强互动环境的吸引力除了游戏追求征服带来的挑战/奖励(正强化)之后一个特定任务的结论。虚拟系统与临床目的一个重要的角色在卫生保健:他们很容易被专家和患者,作为激励源持续治疗比传统的治疗不那么咄咄逼人和乏味。值得强调的是,临床专家的监督是非常必要的治疗成功。

游戏纳入现成的商业娱乐应用程序或专门为临床开发的目的。儿童脑瘫的治疗对医生是一项具有挑战性的任务。缺乏动力和治疗戒断由于延误病人的进步的看法是两个重要的因素,医生必须处理。使用虚拟环境,因此,是一个有趣的方法作为补充常规治疗这些病人,在个人的康复策略建立一个新的标准(6]。

据信,根据传统的目标治疗,康复过程得益于好玩的活动,因为增加的动力和环境干扰的减少可能unfocus孩子的注意力转移到其他操作不治疗的目标。在此背景下,当前工作的目标是开发一个虚拟现实游戏使用统一的3 d版本5.2(特点是严肃游戏)作为替代工具援助汽车和认知康复与脑瘫儿童。我们开发了一个虚拟环境中能够实时交互与脑瘫儿童,通过手和手指的运动传感器(跳跃运动(26]),使用的目的发挥加速复苏,让病人感觉更有动力,兴趣和信心进行机动动作。重要的是,它可以执行操作在虚拟环境中根据每个病人的具体需求没有直接干预的专家。此外,合并后的脑电图(EEG)记录通过设备“MindWave”[27,28)允许实时跟踪病人的临床演变,考虑注意力和放松的水平的变化。

评估系统的性能是由八个临床专家通过调查问卷,小说的几个方面与传统治疗方法相比。除此之外,专家都提交给使用该模型,评估工具的潜力,以及建议可能改变或解决方案。

虚拟环境的描述及其与跳跃运动和MindWave集成传感器可在https://github.com/jullianamartins/ProjetoNami。

2。实验程序

新的虚拟环境的实现之前,几次会议与临床专家(职业治疗师、物理治疗师、心理学家、神经学家和儿科神经学家)进行的职业治疗中心NAMI(核de Atencao书Integrada:核综合医疗)大学的福塔雷萨(UNIFOR),福塔雷萨,西阿拉,巴西。在这些会议中,我们定义了年龄段的病人从0到8岁,使用包含标准的存在主要缺陷儿童精神运动的发展。不同的游戏阶段将总是增加困难病人达到一个目标,那就是,到下一阶段。虚拟环境建模,我们使用了一个直观、高效和有效的开源开发平台叫团结。

2.1。简要描述的活动

后选择组患者在后续访问,我们选择6活动,已经出现在常规治疗中,建模,提出了虚拟环境中使用。这些活动,分为不同级别,鼓励孩子总是克服一个目标(刺激认知和运动领域),被称为“功能的发挥。“据Wallon (29日),这些可以非常简单的运动,如弯曲胳膊或腿,颤抖的手指,触摸物体,平衡身体,或产生声音。

每个阶段的目的如下:(1)第一阶段。选择所有对象包含相同的颜色用最少的错误,在最短的时间内成为可能。具有不同形状和颜色的区分对象,发展与手和手指的运动能力,使用触摸(指向)通过扩展和弯曲手肘关节的运动。(2)第二阶段。选择所有对象,包含相同的形状,在最短的时间内以最少的错误和可能的。区分具有不同形状的对象,发展中通过使用小身体的肌肉运动,运动能力和执行活动,需要更多的运动细节,比如写作,捕捉,用双手和操纵对象,移动关节一样在阶段1。(3)第三阶段。选择所有对象,包含相同的颜色和带他们去一篮子的颜色,在最短的时间内以最少的错误和可能的。区分不同形状的物体,但相同的颜色,发展与手的技能通过extender和肘关节屈肌运动,和区分一侧(左、右)。(4)第四阶段。识别数字和字母通过拖动他们根据一篮子,在最短的时间内以最少的错误和可能的。执行关联区分字母和数字,发展运动技能使用弯曲和扩展运动,和刺激一侧区分左和右。(5)5级。选择所有对象,属于栖息地被呈现,带他们去一个盒子。根据空间区分对象属于同一个栖息地对农村或城市环境。发展运动技能使用手伸肌和屈肌运动的肘关节。(6)6级。补充,没有明确的目标的存在,目的是展示的设备用于创建虚拟环境,建立一个运动行为和对象之间的关系提出的环境。刺激手部运动,通过扩展和肘部的弯曲。

请注意孩子的集成/用户与虚拟环境发生通过手和手指的运动传感器(“跳跃运动”),它是可能的选择和移动对象到达指定目标,像前面解释的那样。此外,在执行活动中,孩子的注意力水平/用户由脑电图监测“MindWave”传感器,目的是与病人的临床相关的进化。注意力水平测量通过β波13 - 30赫兹的范围(30.),捕获阶段期间每一秒;阶段完成时,注意力水平的总和除以的执行时间阶段,最后,注意力的平均水平是测量和存储。在这项研究中,β频率(相当于注意力水平(30.])被分成低β(13 - 16.75赫兹)和高β(18 - 30 Hz),功率计算在这些乐队,然后这些值与一系列有关0 - 100对应于不同程度的孩子们的注意。值0表示ThinkGear无法计算的注意力水平,可由于过量的噪音。值1到20表示“强烈减少”水平的关注,表明分心,激动或精神异常。20至40岁之间的一个值表示“减少”水平的关注。值从60到80被认为是“略升高”的关注。值从80年到100年被认为是“升高”,这意味着他们强烈表明高水平的关注。该系统是呈现在图1。

2.2。设备集成

发展的这个虚拟环境中,我们使用了框架(5.5.2),统一的用户体验能够沉浸在计算机生成的三维(3 d)环境中通过专门的低成本的设备。

团结与用户通过输入设备:(i)跳跃运动传感器,手部运动的捕获与毫米精度,和(2)MindWave传感器,它将注意力反馈发送给虚拟环境通过发送脑电图信号预处理字符串的形式,以提供一个范围的注意力水平从0%(没有注意)到100%(最大的关注)。

计算测量水平的注意力从脑电图信号是基于β波的分析,如下解释。提取这些信息从一个“套接字连接”一个港口和一个标准的本地地址,它允许数据被记录在JSON格式(通信协议)和实时发送到统一。相同的程序应用于跳跃运动及其软件开发工具包(飞跃管理),它允许读取数据的JSON和创建集成各种语言包括一个脚本(通过插头或SDK)可以解释的统一。我们实现全面整合数据与不同的设备,允许相互作用和增强系统的可控性。

2.2.1。跳跃运动和团结

上传的跳跃运动库来执行统一通过命令“使用Leap.Util”;在统一中有一组类旨在使用跳跃运动;有必要导入包”资产“命令”统一CoreAsset”,这个项目是用于版本2.2.4 [31日]。

添加一个控制器对象系统,作为连接与跳跃运动服务/守护进程,框所示1。

图书馆的跳跃运动提供了基本的手势,如以下几点:(i)圈,动作的手指编织一个圆,(ii)刷卡的动作有很长的和一只手和手指的线性运动,(3)屏幕丝锥,采取行动的这一举动,利用手指来模拟垂直触摸显示器,,最后,(iv)关键的开发,通过触摸手指移动的作用,模拟的键盘上的一个键。盒子2代表呼吁这些动作脚本的资格。

2.2.2。MindWave和团结

的集成与统一是通过ThinkGear MindWave连接器(TGC),它使用主机设置127.0.0.1 (localhost), 13845端口和传输控制协议。一旦套接字建立连接、TGC捕获频率耳机发送的数据。当主权财富基金(冲击波Flash)文件打开一个套接字连接,通常这个套接字自动提示TGC的SWF文件,称为crossdomain。xml, xml在盒子里3TGC:”< policy-file-request / >”(32]。

作为回应,TGC会自动编写XML在盒子里3套接字的完整协议的批准。

为了建立的信息通过统一使用的协议,创建一个新类信号捕获。捕获的信息用于应用程序包括PoorSignal和关注功能(见框4)。

2.3。动画

孩子的第一次接触/耐心/用户与该虚拟环境是通过动画的“开放”显示对象和选项选择阶段孩子会扮演虚拟治疗。系统保存过去处理会话执行阶段,以及每个阶段结束时,显示其完成。动画是使用一组骨(骨表示用于动画对象)在这本书的前面显示的对象,如图2,代表“开放”这本书,其呈现的形象。

动画后的“关闭”,对应于给定阶段的完成,一只熊(图3)与快乐或悲伤预定义的表达式提出了积极或消极强化,分别对孩子。为了防止孩子变得沮丧和失去兴趣的虚拟环境中,专家可以帮助他们成功地完成每一个阶段,为下一阶段增加兴趣。

3所示。结果和讨论

建模的活动。6个场景对应于每个孩子将提交的活动,根据他们的临床演变或知识之前通过常规治疗,呈现在图4。每个阶段的目的是描述的部分2。1。

图5显示了使用替代治疗的工具在一个5岁的孩子,考虑到他们的行为在他们与虚拟环境的交互通过MindWave和跳跃运动传感器,以及工具的可用性可能提出的调整根据困难的孩子。最初,我们观察到孩子们倾向于面对困难任务执行,由于操纵对象的距离相对于虚拟手;即虚拟手没有足够的空间。为了解决这个问题,虚拟环境的场景的深度调整规模撤退”中的所有场景轴心”,从这个调整,可以操纵虚拟手有更多的空间和执行任务。

3.1。验证所提出的虚拟环境

进行验证的虚拟环境中,问卷调查的基础上,对专家的看法NAMI被认为在职业治疗中心。根据Pfleeger [33),沃林表示et al。34],沃林表示et al。35),应该使用问卷调查之前提交给定量分析的技术或工具。调查问卷的目的是确保相关重要问题研究被认为是以及描述期望,观念,和机会的实际使用提出虚拟环境作为辅助工具传统治疗脑瘫患儿。

调查问卷进行了虚拟环境的结论后,在专家的实验报告。调查问卷是基于活动已经进行常规治疗,为了调整和评估风险。这个过程结束时,系统提出了孩子。

调查问卷是由14个问题(11客观和3主观问题),并填写后由8专家提出的虚拟环境。我们发现87.5%的专家认为它高度可能提出虚拟环境可以帮助上肢运动康复的。50%的专家认为它高度可能替代工具将帮助病人的认知进化的动力,提高病人治疗期间。37.5%和62.5%的专家认为这极有可能,很有可能,分别提出了虚拟环境可以增加浓度的水平/儿童的注意在治疗期间,对电动机的进化产生积极的影响和认知功能。12.5%、25.0%和62.5%的专家发现,它极有可能,很有可能,或者不可能,分别提出虚拟环境可以避免/减少治疗撤军。37.5%认为这极有可能,37.5%认为这很有可能,25%认为不可能,提出虚拟环境能积极影响儿童的神经可塑性。87.5%的专家指出,这很可能,12.5%的人指出,很可能在每个阶段的活动环境/游戏提出了与传统治疗的目的是一致的。当被问及虚拟环境可以危及电动机和认知进化的孩子,12.5%和87.5%的专业人士强调,这是不太可能或不可能,分别。25%和75%的受访者认为它很可能或不可能,分别,孩子可能拒绝使用脑电波传感器。关于可能拒绝使用跳跃运动,12.5%认为这很有可能,87.5%的人认为它不太可能发生。

关于主观的问题,专家指出以下。

积极点。积极点如下:好玩的游戏,与不同程度的困难,环境友好,易于开发新阶段具有不同的水平,获得技术、运动和认知刺激新的可能性,新的治疗环境,动机,和兴趣的孩子,增强注意力水平的、差异化的选择,和有趣的和当前的工具。

消极点。负点如下:担心过度使用,常规治疗缺乏兴趣,可能拒绝“MindWave”传感器,尽管它的使用是可选的,和困难在处理“跳跃运动传感器由于儿童的运动限制,除了其他因素。

改进的可能性。改善可能性如下:椅子或其他支持孩子适应操作虚拟环境使用跳跃运动没有不必要的工作,考虑到整个身体,例如,使用传感器Kinect,更新环境常常避免儿童脱离任务。

数据分析软件阿特拉斯。德州仪器(36)是用来评估主观问卷答案通过检查频率响应的具体项目。图6显示了主观原因相关的答案:虚拟环境的积极点,负点的虚拟环境,虚拟环境的改善。值得注意的次数与其他物品,积极的因素是相互关联的,显示出巨大的亲和力与其他答案,不同于负面因素,很少与答案。

咨询专家在职业治疗和物理治疗我们建立,潜在用户的选择应该基于活动由专家负责监视特定群体,谁能评估病人是否可以使用该虚拟环境,考虑到他们的运动和认知水平。患者被纳入研究的标准是以下:混乱的,痉挛,和运动障碍的脑瘫;运动发育足够成就的运动如散步,跑步,跳;没有或轻微的痉挛状态;speed-dependent肌肉张力与恶化造成的深部腱反射兴奋过度牵张反射;对光线和无过敏性,出席治疗(37]。

4所示。结论和未来的角度

在这项工作中,我们提出一个新游戏的发展虚拟现实作为另一种工具来帮助治疗脑瘫患儿的运动和认知障碍。虚拟环境的集成与“跳跃运动”被证明是相当可行的应用与CP患者的康复,及其与MindWave集成提供了实时分析,专家,跟孩子在使用这项技术,可以将注意力的进化水平的临床状况。我们发现它是可能的分析,通过测试一个孩子,可能的困难和/或使用该方法的设备。问卷调查的应用专家允许虚拟环境评估的有效性和效率,使其在康复中使用。专家十分看好包括虚拟环境的使用除了传统的治疗方法,作为替代顽皮儿童认知和运动康复的工具。

未来的工作,提出环境将被包含在NAMI作为辅助工具,在互补的活动在儿童脑瘫的治疗,分析真实有效性对病人结果在6个月期间,定期评估每个病人的临床状况。

我们打算分析提出的性能要求系统治疗其他疾病的认知和运动康复。如果有必要,我们将增加的活动/阶段,允许额外的困难水平,提供患者新的挑战在他们的局限性。最后,我们计划智能分配给该系统,使其能够提供新颖的变化根据病人的临床演变。

相互竞争的利益

作者宣称没有利益冲突。

确认

作者感谢专家的核集成医疗援助(NAMI) / UNIFOR的支持,奉献,和兴趣的发展和应用提出了虚拟环境。维克多雨果·c·德·阿尔布开克收到了巴西国家研究和发展的支持(CNPq赠款470501/2013-8和301928/2014-2)。