Autores

Juan Ramón Candela, Sandra Laguna, Alejandro Zarzalejo, Isabel Sánchez

Rehabilitación post-ictus mediante Realidad Virtual

Briefing

Experiencia inmersiva de realidad virtual diseñada para rehabilitación a los afectados por accidentes cerebrovasculares aprovechando la ventaja de los fisioterapeutas neurológicos. Un usuario puede jugar en las etapas del viaje de rehabilitación del paciente al mismo tiempo que puede disfrutar de la experiencia con amigos, familiares y cuidadores en un entorno social.

Propuesta de valor:

Recuperación acelerada por la creación de nuevas estructuras sinápticas. Gamificación de la rehabilitación y adherencia al proceso.

Usuario/Cliente objetivo:

Pacientes que hayan sufrido ictus cerebrales y su correspondiente lesión cerebral.

Research

El ictus isquémico (obstrucción de una arteria por un coágulo) es el más común, frente a otros como el vascular provocado por derrames. Cualquiera puede sufrirlo.

Cada año alrededor de 15 millones de personas en el mundo sufren un accidente cerebrovascular y aunque la mortalidad está disminuyendo, las secuelas del paciente postictus aumentan.

Entre ellas destacan los déficit motores, un 80% afecta la extremidad superior, un 63% afecta a la extremidad inferior, esto disminuye considerablemente la calidad de vida y conlleva un enorme gasto socio-sanitario.

Fuente: Dr. Álvaro Moyano Vera. Servicio Medicina Física y Rehabilitación. Hospital clínico Universidad de Chile

A nivel internacional:

La Realidad Virtual ha despertado la curiosidad científica prácticamente desde sus inicios. Artículos como “The application of Virtual Reality Technology in Rehabilitation” (2001) o “How Technology Is Changing Stroke Rehabilitation” (2016), han hecho un seguimiento de la tecnología y sus diferentes posibilidades llegando a conclusiones de notables mejoras, si se combina con el uso de periféricos como brazos robóticos, corrientes eléctricas o neurosensores.

En el año 2016, la revista Neurología publicó un estudio realizado por S. Vinas-Dis y M. Sobrido-Prieto “Realidad virtual con fines terapéuticos en pacientes con ictus: revisión sistemática” donde analizaban de manera exhaustiva tratamientos realizados con Realidad Virtual.

Gracias a estos estudios nos encontramos con que los tratamientos de realidad virtual más utilizados son:

  • Entornos gamificados, sin total inmersión.
  • Centrados en rehabilitar la parte superior del cuerpo.
  • Surgen en laboratorios de Universidades y Centros especializados de medicina.

Proyectos internacionales actuales a destacar:

  • CAREN(Amsterdan, Holanda) (The Computer Assisted Rehabilitation ENvironment). Amsterdan. Se centra principalmente en la Rehabilitación utilizando el equilibrio.
  • Tyromotion (Graz, Austria): aúna robótica y Realidad Virtual completamente inmersiva.

Debido al elevado número de casuísticas distintas que pueden presentarse en el caso de un ictus, para nuestro proyecto elegiremos las más frecuentes, los mencionados déficits motores que afectan a la extremidad superior. Suponemos el caso de un paciente cuya extremidad superior izquierda ha quedado paralizada tras el episodio.

Terapia en el centro Tyromotion

Terapia en el centro Tyromotion que combina inmersión en Realidad Virtual con periféricos variados y robótica para el tratamiento ictus. Austria

A nivel nacional destaca:

Método FOREN: basado en las neuronas espejo, así llamadas porque imitan el movimiento o la emoción de la persona que tenemos enfrente.

Estas neuronas también se pueden aplicar a la rehabilitación de los pacientes a través de un entrenamiento de RV que “engaña” al cerebro para que éste crea que la mano o el pie se mueven siguiendo sus órdenes.

Qué son las neuronas espejo

Descubiertas por el equipo del neurobiólogo Giacomo Rizzolatti. Parecen estar relacionadas con los comportamientos empáticos, sociales e imitativos.

El método FOREN funciona de tal manera que, cuando el paciente trata de mover su extremidad lesionada, recibe una respuesta de su terapeuta -por electroestimulación, vibración o temperatura- mientras contempla a través de las gafas un vídeo en el que dicha extremidad se mueve realmente.

Aunque no es su extremidad, su cerebro cree que sí gracias a “una congruencia y una sincronía perfectas” mediante las cuales el paciente se convence de que es él quien realiza el movimiento. “Esto eleva su motivación y alegría” y contribuye hasta en “un 90% del tratamiento” para mejorar progresivamente la recuperación.

Dra. Charo Ortín. Centro de rehabilitación neurológica. Madrid

Dra. Charo Ortín. Centro de rehabilitación neurológica. Madrid

Persona-jes

Pensemos de forma exagerada.

¿Cómo reaccionaría un personaje de ficción, que ha sufrido un ictus, ante nuestro desafío?

•Persona mayor

•Aventurera, activa

•Reticente a la tecnología pero muy culto

Henry Jones

Pensamos en someterle a experiencias alucinantes, que estimulasen su cerebro para forzar su recuperación.

Hacerle saltar de un tren, volver al Jurásico entre dinosaurios, experimentar una guerra rodeado de bombas y Napalm…

Henry Jones viviendo intensas aventuras en VR

Pero continuando con la investigación, nos enteramos de que el escenario elegido para la experiencia VR de rehabilitación, tiene que ser algo cotidiano y familiar para el paciente. Una actividad conocida y rutinaria, para evitarle estrés añadido.

Para que el engaño cerebral sea más efectivo, el escenario que ve el paciente en la realidad y el que experimenta a través de la VR durante la experiencia, han de ser lo más parecidos posible.

Dra. Charo Ortín. Método FOREN

Dra. Charo Ortín. Método FOREN. Centro de rehabilitación neurológica. Madrid

Elección de cliente

Tras la investigación y siendo conscientes del potencial de la VR para este campo en particular, pensamos que merece la pena invertir en que el método FOREN y cualquier otro método orientado al uso de las neuronas espejo para la rehabilitación post-ictus, y así nos decantamos porque dirigiremos nuestro proyecto a los centros de rehabilitación y cuidadores especializados, que puedan sacar los mejores resultados de recuperación con el uso de la VR.

Por tanto, nuestro cliente directo serán los hospitales, centros de rehabilitación y cuidadores, decantándonos por una plataforma de alta gama y con gran versatilidad.

Cliente FINAL:

Pacientes con un lado del cuerpo paralizado en el tren superior.

Elección de dispositivo

Este dispositivo cuenta con:

· Seis grados de libertad

· Alta superficie de trackeo.

· Muy inmersivo.

· Diversidad periféricos = versatilidad ejercicio.

· Inmersión completa.

· Distancia interfocal ajustable.

· Aunque se necesitan cables, nuestro paciente estará sentado o con un movimiento autónomo limitado.

Además, la plataforma habría de estar acompañada por guantes hápticos Glove One, ya disponibles y probados en el mercado, para que las sensaciones táctiles sean lo más realistas posible.

Es fundamental contar con que un terapeuta dirigirá la experiencia aplicando electroestimulación, vibración o temperatura en el miembro afectado y carente de movimiento real, mientras el paciente puede ver que este miembro afectado, realiza exactamente los mismos movimientos que realizará su miembro sano. Es decir, en la experiencia VR el cerebro del paciente creerá que realmente está moviendo el miembro paralizado.

DAFO de la plataforma elegida para el proyecto VR

Proceso de desarrollo VR

En un primer momento, nuestras decisiones en cuanto a los pasos a llevar a cabo para la creación del proyecto resultaron así:

Borrador del proceso de desarrollo VR y sus implicaciones

Vayamos paso a paso…

Tipo de historia

Matriz de Devol Dolan y Kent Bye

Según la matriz de Devol Dolan y Kent Bye, y teniendo en cuenta que en nuestra experiencia nuestro paciente debería creer que es él mismo el que mueve su miembro afectado, la posición de la matriz sería “Character with Impact”, es decir, un personaje dentro de la historia que tenga impacto sobre la misma. Que el protagonista de la experiencia tenga una presencia física dentro de ella y que sus acciones directas tengan una reacción y una consecuencia.

Identificación con el personaje

Para este proyecto resulta fundamental que el usuario de la experiencia se la crea, se vea como se ve uno mismo en el mundo real, se sienta, se note inmerso en un entorno donde se puede mover y donde sus actos tienen reacción.

Necesitamos un cuerpo.

Necesitamos tener perspectiva realista, perspectiva de uno mismo.

¡¡¡Necesitamos tener manos visibles!!!

Guión y Story Board

El escenario tiene que ser algo cotidiano y familiar para el paciente. Una actividad conocida y rutinaria, para evitarle estrés añadido.

Al mismo tiempo nuestro personaje (usuario) tiene que estar sentado y con los brazos apoyados en una superficie.

Nuestra experiencia estará basada en PONER LA MESA

Diseño de personajes y escenarios

Contamos ya con un personaje principal, el propio usuario. Para que la experiencia resulte menos impactante al principio, una imagen frontal de un terapeuta caricaturizado, guiará sus pasos. Mientras el usuario recibe instrucciones de su terapeuta en la realidad, un terapeuta virtual moverá los labios para simular la procedencia de la voz.

Es importante que, sobre todo al principio del tratamiento, el paciente no trate con imágenes humanas demasiado realistas, está demostrado que a no ser que tratemos con vídeo, en VR la “humanización” aún no está demasiado conseguida y resulta inquietante (es el conocido “Uncanny Valley”), por lo que hay que evitar añadir estrés o distracción a una persona en proceso de recuperación post ictus.

Contaremos únicamente con una escena, puesto que en un principio, el paciente de nuestra experiencia permanecerá sentado para evitar inestabilidad y aumentar la concentración en el miembro inmóvil.

El entorno en el que situemos la escena deberá ser lo más parecido posible al sitio en el que se realice de verdad la experiencia. Una buena opción sería la fotografía 360 del lugar en que se realiza el ejercicio.

Las distancias proxémicas en las que nos movemos estarán comprendidas dentro de la zona íntima y la zona personal, por estar sentado el paciente.

El ángulo de visión del usuario será el que habitualmente tiene cualquier persona sentada, pudiendo girar la cabeza en cualquier dirección, viendo así el entorno fiel a la realidad, pero sin interacción.

La cámara principal de la experiencia estará a la altura de la cabeza del usuario y la escala será 1:1, totalmente real.

Diseño de interacción

Planteamos una experiencia por niveles, en los que los resultados del paciente, serán medidos y evaluados en términos de parámetros médicos (velocidad de resolución de ejercicio, precisión, pulso, grado de fuerza), sugiriendo así el propio sistema al terapeuta cuando ha llegado el momento de pasar de nivel, con datos precisos y recogidos de forma constante.

NIVEL I. Sólo toque orientado al reconocimiento

En el nivel I el entorno de la escena no está del todo nítido, aparecerá oscurecido para no distraer al paciente de su ejercicio.

El paciente estará sentado y con ambos miembros superiores apoyados en una mesa.

El ejercicio constará en identificar los elementos enumerados por el terapeuta mediante toque. De esta forma el paciente realizará la traslación del miembro afectado por la mesa real (traducción de esta circunstancia fiel a la realidad en la experiencia virtual) y tocará el elemento. Si el toque es correcto, el objeto tocado se iluminará el verde emitiendo un sonido de acierto, si no lo es, se iluminará en rojo emitiendo un sonido de fallo. El rango de error puede ser configurado por el terapeuta, en función de los progresos del paciente.

NIVEL II. Toque y traslación

En el nivel II el entorno de la escena no está del todo nítido, aparecerá oscurecido para no distraer al paciente de su ejercicio.

El paciente estará sentado y con ambos miembros superiores apoyados en una mesa.

El ejercicio constará en identificar los elementos enumerados por el terapeuta mediante toque. Una vez tocado el elemento, quedará “adherido” a la mano virtual y el paciente hará el camino de regreso hasta situar el elemento en el lugar correspondiente en la mesa virtual, que estará señalado mediante una zona coloreada. De esta forma el paciente realizará la traslación del miembro afectado por la mesa real (traducción de esta circunstancia fiel a la realidad en la experiencia virtual) y tocará el elemento trayéndolo hacia la posición correcta y ubicándolo. Si el toque es correcto, el objeto tocado se iluminará el verde emitiendo un sonido de acierto, si no lo es, se iluminará en rojo emitiendo un sonido de fallo. En este nivel también se introduce un sonido y color de “casi aciertas” para motivar y afinar las ubicaciones, que tendrán un rango de error más elevado que en el nivel I.

NIVEL III. Toque, agarre y traslación. Un invitado

En el nivel III el entorno de la escena no está del todo nítido, aparecerá oscurecido para no distraer al paciente de su ejercicio.

El paciente estará sentado y con ambos miembros superiores apoyados en una mesa.

El ejercicio constará en identificar los elementos enumerados por el terapeuta mediante toque. Una vez tocado el elemento, el paciente tendrá que “agarrarlo” y llevarlo hasta la posición correcta en la mesa virtual, que estará señalado mediante una zona coloreada. Si el toque es correcto, el objeto tocado se iluminará el verde emitiendo un sonido de acierto, si no lo es, se iluminará en rojo emitiendo un sonido de fallo. En este nivel también se introduce un sonido y color de “casi aciertas” para motivar y afinar las ubicaciones, que tendrán un rango de error más elevado que en el nivel I. En este nivel aparecen efectos visuales además de color y sonido para acompañar las acciones de acierto, desacierto y casi acierto. Se incorpora un nuevo personaje, un invitado a la mesa, de esta forma, los elementos se multiplican por dos y los movimientos tendrán que ser más precisos, aumentando el radio de error en las posiciones.

NIVEL IV. Toque, agarre, traslación. En pie. Varios invitados

En el nivel IV el entorno de la escena ya está del todo nítido.

El paciente estará en pie.

Además de todo lo enumerado en el nivel III a nivel de interacción, se incorporan más invitados a la mesa, siendo un total de 4 personas contando al paciente. Los elementos se multiplican por 4 y los movimientos tendrán que ser más precisos, aumentando el radio de error en las posiciones. Se introduce también la interacción entre los comensales, que demandan objetos al paciente (pásame la sal, el pan…). El paciente podrá tener un rango de libertad para moverse de pie, pudiendo coger los elementos de otra parte, por ejemplo, una mesa auxiliar colocada cerca.

Niveles de interacción en función de los avances del paciente en GymVictus

Interfaz de usuario

Planteamos un interfaz sencillo para que el profesional médico, en base a los datos y la evolución, pueda seleccionar el nivel del paciente en la rehabilitación.

Programación. Integración VR layout

•Entorno generado en 3D

•Iluminación generada en Unity

•Sonidos generados en Unity

•Assets generados en Unity

•Interacción generada en Unity

Integración del proyecto en Unity
Primer prototipo gamificado para rehabilitación post-ictus. Tren superior. Nivel 1
Segundo prototipo gamificado para rehabilitación post-ictus. Tren superior

Multiplataforma (Web VR). ¿En qué momento y por qué?

Pensamos en Web VR para informar del método de rehabilitación en las webs de los centros en los que ya se aplique a pleno rendimiento.

Consistirá en un vídeo 360 en el que se mostrarán todos los niveles de la experiencia, resultando así una potente y novedosa herramienta de marketing que llegará a todos los públicos, tanto los consumidores directos, como competencia, familiares, conocidos y amigos de personas que puedan beneficiarse de esta terapia.

Optimización y pruebas

Y hasta aquí hemos llegado, hasta aquí nuestra investigación y nuestro proyecto porque se trata de un curso. Pero la VR da para crear mundos, en este caso, un mundo de esperanza para muchas personas.