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Fisioterapia em ambiente virtual
Dispositivo acompanha o processo
de reabilitação
de membro inferior com deficiência parcial
A
expande cada vez mais para vários setores da atividade humana.
Os simuladores de voo constituem conhecido exemplo, já que
permitem reproduzir as mesmas condições enfrentadas pelos
pilotos de aeronaves diminuindo custos envolvidos em práticas
reais. Hoje a realidade virtual está vulgarizada em vídeo
games, como o modelo Wii, que utiliza um controle sensível
ao movimento, complementando com movimentos naturais os antigos
dispositivos de controle providos somente de botões, permitindo
a imersão na atividade simulada: um jogo de boliche, de tênis,
uma corrida de carros. Imagine-se agora um dispositivo que
integre um sistema mecânico computadorizado à realidade virtual
para aplicação em fisioterapia, de forma a fazer com que a
pessoa assistida se sinta realizando marchas, subindo e descendo
rampas ou escadas. Esse foi o objetivo do trabalho de pesquisa
de doutorado, financiado pela Fapesp, desenvolvido por Alvaro
Joffre Uribe Quevedo, no Laboratório de Automação da Faculdade
de Engenharia Mecânica (FEM) da Unicamp. Orientado pelo professor
João Mauricio Rosário, professor da FEM, o trabalho deu origem
à tese que apresenta o desenvolvimento de um dispositivo mecatrônico
que acompanha o processo de reabilitação de membro inferior
com deficiência parcial através de sua integração com um perambulador,
possibilitando ao usuário o movimento dentro de um ambiente
virtual. O perambulador é um sistema mecatrônico que, por
meio da realidade virtual, permite que o usuário se desloque
em um ambiente gerado por computador através dos movimentos
das pernas.
O professor
explica que as atividades de terapia e reabilitação se caracterizam
pela execução de movimentos repetitivos durante ciclos que
permitem ao terapeuta avaliar o desenvolvimento e a evolução
do paciente. Esta terapia assistida tem a eficácia diminuída
com o cansaço do terapeuta que assiste ou do paciente em razão
de suas capacidades físicas. A terapia também fica comprometida
quando o paciente, ao realizar exercícios por sua conta, não
executa adequadamente os movimentos devido às faltas de supervisão
e referências ou mesmo ao cansaço ou dor. Para contornar esses
problemas, o trabalho propõe a reabilitação de um membro inferior
com deficiência parcial, através do desenvolvimento de um
dispositivo mecatrônico simples que, além de assistir à movimentação,
permita ao usuário a interação com um ambiente virtual, interagindo
com o usuário e incentivando a execução dos movimentos próximos
ao real.
O sistema
proposto torna possível monitorar posição, velocidade e aceleração
do membro inferior durante a movimentação. As informações
sobre os movimentos realizados e as interfaces do usuário
permitirão a imersão e a interação que possibilita ao paciente
a correta execução da terapia. Rosário esclarece que “o trabalho
propõe o desenvolvimento de um dispositivo para membro inferior
de baixo custo, integrado a um ambiente virtual de interação
com o usuário que servirá de ferramenta para complementar
o processo de reabilitação”.
O desenvolvimento
do dispositivo proposto está fundamentado no estudo de conceitos
biomecânicos, cinemáticos e dinâmicos que possibilitam a assistência
da movimentação, proporcionando um ambiente seguro, controlado,
supervisionado e com monitoramento do usuário. O docente explica
que “a metodologia fundamenta-se na análise biomecânica do
membro inferior humano e suas relações antropométricas para
propor a solução do problema cinemático e de geração das trajetórias
para, então, possibilitar a definição de modelo mecatrônico
capaz de responder em consonância com movimentos padronizados”.
A integração
da robótica e da realidade virtual com processos e procedimentos
em diferentes áreas da medicina vem obtendo certo impacto
social. No caso da reabilitação, tanto fisiológica quanto
psicológica, estas áreas apresentam formas únicas e inovadoras
para complementar e melhorar os processos de terapia. Esses
novos processos exigem o desenvolvimento da órtese robótica
– estrutura mecânica que se ajusta à anatomia do membro cujos
movimentos devem ser recuperados e que se semelha a uma prótese
– e do exoesqueleto – dispositivo robótico utilizado para
aumentar a força humana, a exemplo das vestimentas utilizadas
em filmes como Avatar. Esses dispositivos que visam assistir
a fisioterapia do membro inferior são ainda hoje de uso exclusivo
e restrito devido às dimensões e custos.
Segundo
os autores, as pesquisas nas áreas de robótica para o corpo,
de perambulador e de realidade virtual orientada à reabilitação
vêm sendo realizadas isoladamente, com poucas e recentes integrações
entre si. Os novos dispositivos de interface humana permitem
a procura de soluções que aproveitam a anatomia do ser humano
criando motivação no paciente. A realidade virtual oferece
um ambiente que permite expor e monitorar o paciente em cenários
controlados; aplica-se à reabilitação nos casos de déficits
cognitivos, motores e físicos; oferece um aprendizado ativo
e experimental motivante; mostra-se eficaz no tratamento de
fobias, na redução da dor durante o tratamento de queimaduras,
no tratamento através de punções e de pacientes com deficiência
de sentidos.

O sistema
Para o desenvolvimento da metodogia houve necessidade de realizar
a modelagem biomecânica da marcha e da reabilitação; projetar
dispositivo mecatrônico baseado no estudo biomecânico e de
reabilitação; construir um protótipo experimental do dispositivo
e a realização dos respectivos testes; desenvolver um ambiente
virtual para navegação; integrar o dispositivo da perna com
o ambiente virtual e outros elementos do perambular.
O desenvolvimento do trabalho ocorreu em três etapas como
apresentado em ilustração nesta página. A primeira, baseada
em modelos, envolveu a análise biomecânica que incluiu a cinemática,
a geração de movimentos, a dinâmica e o sistema de controle.
Na segunda fase foi desenvolvido o mecanismo adequado à contemplação
dos tipos de movimentos mais utilizados e mais básicos no
dia a dia das pessoas. O exoesqueleto então criado foi testado
em simulações envolvendo os movimentos básicos pretendidos.
Na terceira etapa a preocupação foi a de adaptar o mecanismo
em uma pessoa da forma mais rápida e confortável possível
e introduzir o conceito de realidade virtual de mais baixo
custo.
Em vista disso, diz o docente,
“utilizamos os componentes de mercado, a exemplo do modelo
Wii e Kinect, e basicamente um programa de computador que
permite o mapeamento da pessoa, de tal forma que ela tenha
a sensação que está imersa no ambiente em que realiza os movimentos
solicitados, sejam marchas ou o enfrentamento de rampas ou
escadas, por exemplo”. O paciente acompanha na tela do monitor
o desenvolvimento dos exercícios e recebe a imediata resposta
aos movimentos executados e também, quando necessário, a força
adicional de que precisa, ou então ocorrem adequações do ambiente
que o levem aos movimentos corretos. Em suma, o sistema obriga
ao usuário, a exemplo do fisioterapeuta, a realizar o movimento
exigido pela terapia. O professor considera fases distintas
do trabalho a construção do sistema e a criação de um ambiente
que possa ser utilizado para reabilitação.
Rosário enfatiza que o sistema
desenvolvido é aplicado em pacientes com mobilidade parcial
em apenas uma das pernas, porque o estudo usa como referência
para o movimento a perna sadia. Para ele, o objetivo principal
do trabalho foi a construção de um dispositivo – o exoesqueleto
– que permitisse a uma pessoa com deficiência parcial nas
pernas recuperar os movimentos. Moveu-o ainda ao estudo o
domínio de uma tecnologia, que não considera fácil, e ainda
a redução de custos, que possibilitaria o aumento do universo
atendido.
Publicação
Tese: “Desenvolvimento de dispositivo para reabilitação
de membro inferior com deficiência parcial”
Autor: Alvaro Joffre Uribe Quevedo
Orientador: João Mauricio Rosário
Unidade: Faculdade de Engenharia Mecânica
(FEM)
Financiamento: Fapesp
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