63ª Reunião Anual da SBPC

B. Engenharias - 1. Engenharia - 8. Engenharia Elétrica

REALIDADE VIRTUAL, VIDEOGRAMETRIA E ACELEROMETRIA NO DESENVOLVIMENTO DE TECNOLOGIA ASSISTIVA: UM SISTEMA PARA ANÁLISE DE MARCHA

Daniel dos Santos Corrêa 1 Alexandre Balbinot 2

1. Lab. de Instrumentação Eletro-Eletrônica, Escola de Engenharia - UFRGS 2. Prof. Dr. Eng/Orientador – Lab. de Instrumentação Eletro-Eletrônica - UFRGS

INTRODUÇÃO:

A marcha humana , ou caminhada, é uma conduta motora caracterizada por eventos cíclicos que transcorrem durante o percurso de um indivíduo de um lugar a outro. Esses eventos são descritos como o deslocamento rítmico das partes do corpo que mantém o indivíduo em progresso para diante. Atualmente, exames biomecânicos da caminhada por imagem tem sido utilizados no diagnóstico de alterações cinemáticas desta conduta, vindo a ser importantes na avaliação de tratamentos fisioterapêuticos e ortopédicos. Contudo, o elevado custo do equipamento e programas necessários para esse fim tem evitado sua ampla utilização. O objetivo deste trabalho é o desenvolvimento de um sistema de baixo custo para o estudo da marcha humana através da videogrametria, sendo complementado por recursos como acelerometria e modelagem virtual, vindo a agregar ainda mais funcionalidades e precisão ao exame.

METODOLOGIA:

Este sistema se baseia na captura de imagens por webcams e marcadores coloridos posicionados nas articulações do usuário. Durante a marcha, o sistema captura as imagens representativas deste movimento e em paralelo o sistema de processamento de imagens determina os ângulos, no plano da câmera, dos membros característicos da marcha em tempo real. Juntamente com esse processo, uma rede de dispositivos sem fio com acelerômetros, distribuídos ao longo do corpo do usuário, também permite a leitura desses movimentos e acelerações complementando os dados capturados. Para apreciação dos resultados é demonstrado, em tempo real, à movimentação do corpo em um modelo computacional, com a finalidade de facilitar a observação do profissional que acompanha o exame. Para verificar a resposta e a precisão do sistema desenvolvido foram realizados diversos ensaios com o posicionamento de acelerômetros e marcadores em regiões do corpo humano de voluntários durante sua caminhada. As medidas aferidas foram comparadas entre os dois sistemas e em ensaios estáticos também foram comparadas às medidas realizadas por um goniômetro.

RESULTADOS:

Os ensaios realizados revelaram um sistema robusto e independente do ambiente onde foram realizados, pois o sistema de processamento de imagens filtra o ruído de fundo das imagens registrando apenas a região de interesse para ensaios de marcha. A movimentação do usuário realizada no ensaio foi reproduzida inteiramente pelo sistema de aquisição, processamento de imagens e modelo virtual sendo sensível apenas a inclinações fora do plano da câmera de vídeo. Em paralelo, o sistema de acelerometria também apresentou resultados que permitem seu uso em ensaios de marcha. Para o sistema de videogrametria quando comparado ao goniômetro, apresentou um erro máximo de 5,9 graus, sendo que seu erro médio máximo foi de 3,1 graus com uma variância de 2,25 graus. Para o sistema de acelerometria quando também comparado ao goniômetro, apresentou um erro máximo de 3,9 graus, sendo que seu erro médio máximo foi de 1,4 graus com uma variância de 0,35 graus. Entre uma comparação dinâmica entre os dois sistemas o erro médio não ultrapassou 5 graus.

CONCLUSÃO:

Os resultados obtidos permitem determinar que o sistema de baixo custo desenvolvido apresenta resultados adequados a sua proposta. Este sistema apresenta como grande vantagem seu pequeno custo e principalmente erros pequenos quando comparados a muitos sistemas utilizados no mercado, como por exemplo, goniômetros na fisiatria e fisioterapia. Atualmente está sendo desenvolvido rotinas de filtros mais adequados a aplicação tentando atenuar as pequenas oscilações encontradas nas medidas. Para complemento da ferramenta foi inserido um banco de dados para permitir que o profissional da área da saúde possa avaliar os ensaios e principalmente gerar uma base de dados permitindo comparar o tratamento realizado e seus resultados através das imagens capturadas e demais variáveis da cinemática humana.

Palavras-chave: Instrumentação, Tecnologia Assistiva, Videogrametria.