Оценка достоверности датчиков для отслеживания движений у детей/подростков с различными нейромоторными способностями (MOCAP)

Проблемы в пренатальном развитии мозга или повреждение мозга в младенчестве могут вызывать церебральный паралич (ЦП) — непрогрессирующее расстройство, связанное с нарушением движений, осанки и равновесия. ЦП — наиболее распространенная двигательная инвалидность у детей, затрагивающая двух-трех детей на каждые 1000 рождений.

Хотя ЦП — это постоянная инвалидность, для улучшения двигательной функции или управления симптомами со временем могут применяться трудотерапия и физиотерапия. Однако доступ к этим терапиям может быть ограничен финансовыми, временными и географическими ограничениями. Это стимулирует интерес к домашним программам реабилитации. Несколько исследований оценили возможность использования активных видеоигр (АВИ) в дополнение к традиционным очным реабилитационным вмешательствам и для повышения мотивации у детей. Пользователь взаимодействует со средой в АВИ через различные интерфейсы отслеживания движений, варьирующиеся по сложности от инерциальных измерительных блоков (например, джойстик Wii) до 3D-датчиков глубины (например, Microsoft Kinect). Согласно метаанализу, проведенному Ren et al., АВИ улучшают крупную моторику у детей с ЦП.

Учитывая индивидуальные реабилитационные цели и способности каждого ребенка, АВИ наиболее эффективны, когда их можно калибровать для нацеливания на конкретные сегменты тела для развития двигательных навыков. В идеале АВИ адаптировались бы к физической работоспособности ребенка так же, как терапевт наблюдает за прогрессом пациента и регулирует интенсивность и частоту упражнений. Данные, собранные с технологических систем, таких как оптоэлектронная система отслеживания движений, потенциально могут отслеживать изменения в двигательных способностях для поддержки мониторинга прогресса. Золотые стандарты оптоэлектронного захвата движения (например, Vicon, Motion Analysis) слишком дороги для дома, но существуют недорогие коммерческие продукты, практичные для домашнего использования (например, Microsoft Kinect, Orbbec Persee). Хотя возможности отслеживания движений этих устройств достаточны для поддержки игры, неизвестно, насколько точно они отслеживают движения (i) во время игры и (ii) у детей с разнообразными двигательными навыками и паттернами. Эта информация важна для валидации использования недорогих оптоэлектронных систем отслеживания движений, чтобы (i) обеспечить качественную обратную связь и поддержать практику терапевтических упражнений (например, в какой степени эти системы могут распознавать и предоставлять обратную связь по упражнениям так же, как терапевт?) и (2) отслеживать изменения в двигательной работоспособности (т.е. в какой степени эти системы можно использовать для точного количественного определения и отслеживания изменений двигательных навыков?).

Чтобы увеличить доступность для большего числа детей с ЦП, в Лаборатории инженерии и исследований возможностей (PEARL) была создана серия интерактивных видеоигр, которые отслеживают реабилитационные упражнения и интегрируют их в игровой процесс. Видеоигры Bootle Blast (BB) и Bootle Boot Camp (BC) используют 3D-датчик глубины Orbbec Persee+. Bootle Blast успешно протестировали 4 ребенка с ЦП в течение 12 недель в их домах, и с 2017 года он используется в клиниках Детской реабилитационной больницы Holland Bloorview. На сегодняшний день отслеживание тела в основном использовалось для поддержки взаимодействия детей в играх. Его точность для отслеживания терапевтических упражнений, потенциал для предоставления качественной обратной связи и валидность для количественной оценки качеств движения (например, диапазон досягаемости, плавность движения, траектория движения) еще не установлены.

Основная цель этого исследования — установить клиническую полезность и точность систем захвата движения без маркеров (например, Orbbec Persee+/Astra 2, Apple LiDAR, 2D-камеры + программное обеспечение для отслеживания тела) для отслеживания терапевтических упражнений и движений во время игры.