Sensorien pätevyyden arviointi liikkeen seurantaan lapsilla/nuorilla, joilla on erilaisia neuromotorisia kykyjä (MOCAP)

Ongelmat aivojen kehityksessä ennen syntymää tai aivovammat varhaislapsuudessa voivat aiheuttaa cerebral palsy -halvauksen (CP), joka on ei-etenevä häiriö, johon liittyy liikkeiden, asennon ja tasapainon heikentymistä. CP on yleisin motorinen vamma lapsilla, joka vaikuttaa kahteen tai kolmeen lapseen jokaista 1000 syntymää kohti.

Vaikka CP on pysyvä vamma, työ- ja fysioterapiaa voidaan toteuttaa auttamaan motorisen toiminnan parantamisessa tai oireiden hallinnassa ajan myötä. Näihin terapioihin pääsy voi kuitenkin olla rajoitettua taloudellisista, ajallisista ja maantieteellisistä syistä. Tämä motivoi kiinnostusta kotipohjaisiin kuntoutusohjelmiin. Useat tutkimukset ovat arvioineet aktiivisten videopelien (AVG) mahdollisuutta täydentää perinteisiä kasvokkain tapahtuvia kuntoutusinterventioita ja lisätä motivaatiota lapsilla. Käyttäjä vuorovaikuttaa AVG:n ympäristön kanssa erilaisten liikkeen seurantaliittymien kautta, joiden monimutkaisuus vaihtelee inertia-anturiyksiköistä (esim. Wii-ohjaussauva) 3D-syvyysantureihin (esim. Microsoft Kinect). Ren ym. tekemän meta-analyysin mukaan AVG:t on havaittu parantavan cerebral palsy -halvausta sairastavien lasten karkean motorisen toiminnan.

Kunkin lapsen yksilöllisten kuntoutustavoitteiden ja kykyjen perusteella AVG:t ovat tehokkaimpia, kun niitä voidaan kalibroida kohdistamaan tiettyjä kehon osia motoristen taitojen kehittämiseksi. Ihanteellisesti AVG:t sopeutuisivat lapsen fyysiseen suorituskykyyn samalla tavalla kuin terapeutti seuraa potilaan edistymistä ja säätää harjoituksen intensiteettiä ja tiheyttä. Teknologisista järjestelmistä, kuten optoelektronisesta liikkeen seurantajärjestelmästä, kerättyjen tietojen avulla voidaan mahdollisesti seurata liikkumiskykyjen muutoksia edistymisen seurannan tukemiseksi. Kultaiset standardit optoelektronisessa liikkeenkaappauksessa (esim. Vicon, Motion Analysis) ovat liian kalliita kotikäyttöön, mutta on olemassa edullisia kaupallisia tuotteita, jotka ovat käytännöllisiä kotikäyttöön (esim. Microsoft Kinect, Orbbec Persee). Vaikka näiden laitteiden liikkeen seurantakyvyt riittävät pelin pelaamisen tukemiseen, ei tiedetä, kuinka tarkasti ne seuraavat liikkeitä (i) pelin pelaamisen aikana ja (ii) lapsilla, joilla on erilaisia motorisia taitoja ja liikemalleja. Tämä tieto on oleellista edullisten optoelektronisten liikkeen seurantajärjestelmien käytön validoimiseksi (i) tarjoamaan laadukasta palautetta ja tukemaan terapiaharjoitusten harjoittelua (esim. missä määrin nämä järjestelmät voivat tunnistaa ja antaa palautetta harjoituksista samalla tavalla kuin terapeutti tekisi?) ja (2) seurata motorisen suorituskyvyn muutoksia (eli missä määrin näitä järjestelmää voidaan käyttää motoristen taitojen muutosten tarkkaan mittaamiseen ja seurantaan?).

Lisätäkseen saatavuutta suuremmalle cerebral palsy -halvausta sairastavien lasten joukolle, Possibility Engineering and Research Lab (PEARL) on luonut sarjan interaktiivisia videopelejä, jotka seuraavat kuntoutusharjoituksia ja integroivat nämä pelin pelaamiseen. Videopelit, Bootle Blast (BB) ja Bootle Boot Camp (BC), hyödyntävät 3D-syvyysanturia, Orbbec Persee+. Bootle Blastia on onnistuneesti testannut 4 cerebral palsy -halvausta sairastavaa lasta 12 viikon ajan kodeissaan, ja sitä on käytetty Holland Bloorview Kids Rehabilitation Hospitalin klinikoilla vuodesta 2017 lähtien. Tähän mennessä kehon seurantaa on käytetty ensisijaisesti lasten vuorovaikutuksen tukemiseen peleissä. Sen tarkkuus terapiaharjoitusten seurannassa, mahdollisuus tarjota laadukasta palautetta ja pätevyys liikkeen laadun mittaamisessa (esim. ulottuvuus, liikkeen sujuvuus, liikerata) on vielä vahvistamatta.

Tämän tutkimuksen yleinen tavoite on määrittää merkitsemättömien liikkeenkaappausjärjestelmien (esim. Orbbec Persee+/Astra 2, Apple LiDAR, 2D-kamerat + kehon seurantaohjelmisto) kliininen hyödyllisyys ja tarkkuus terapiaharjoitusten ja liikkeen seurannassa pelin pelaamisen aikana.