MoveYou: feasibility study of movements checking for physiotherapy through a new algorithm for point cloud manipulations captured in real time

• Grant number: 20/12996-7
• Support Opportunities: Scholarships in Brazil - Innovative Research in Small Business - PIPE
• Start date: October 01, 2020
• End date: June 30, 2021
• Field of knowledge: Physical Sciences and Mathematics - Computer Science - Computing Methodologies and Techniques
• Principal Investigator: Alexandre Greluk Szykman
• Grantee: Alexandre Greluk Szykman
• Company: Alexandre Greluk Szykman
• CNAE: Outras atividades de telecomunicações ; Desenvolvimento de programas de computador sob encomenda
• Associated research grant: 19/16672-4 - MoveYou: feasibility study of movements checking for physiotherapy through a new algorithm for point cloud manipulations captured in real time, AP.PIPE

Abstract

A crescente demanda por tratamentos fisioterapêuticos e de reabilitação motora na última década despertou o interesse acadêmico e comercial para o desenvolvimento de soluções tecnológicas que forneçam suporte aos profissionais da área. Neste período, foram criados diversos aparatos, algoritmos e jogos eletrônicos focando na checagem de movimentos de profissionais, previamente gravados, contra os de pacientes, em tempo real, de forma a automatizar/quantificar o feedback do tratamento. De forma geral, notou-se melhorias na qualidade e aceleração nos tratamentos. Contudo, todas as soluções encontradas têm dois aspectos em comum: 1) são baseadas em algoritmos para inferência de juntas corporais advindas da análise de nuvens de pontos; e 2) apresentam problemas relacionados à precisão dos movimentos inferidos. Por outro lado, estudos recentes focando em registro, confronto e parametrização temporal de nuvens de pontos demonstraram resultados com uma precisão claramente maior do que os focados na inferência de juntas. Nossa pesquisa preliminar sugere que é possível convergir o know-how ganho com os estudos baseados diretamente em operações com nuvens de pontos para um algoritmo que faz a checagem de movimentos através da comparação destas nuvens de pontos, eliminando a etapa de inferência de juntas. Embora a precisão encontrada neste novo paradigma proposto seja comprovadamente maior, prevê-se ao menos um novo problema de pesquisa: a checagem por juntas inferidas pode ser facilmente feita por pessoas de diferentes estaturas e índices de massa corporal; na checagem por nuvens de pontos, estes fatores influenciam diretamente no resultado. Para contornar este problema, sugerimos um algoritmo que lê uma série de nuvens pontos gravadas pelo especialista e a transforma, frame a frame, na forma física do paciente. O algoritmo deve mudar a forma da nuvens de pontos, mas manter o movimento gravado pelo especialista. Desta maneira, poderão ser confrontadas, também frame a frame, as nuvens de pontos dos dois atores: paciente versus a simulação resultante da forma física do paciente exercendo os movimentos propostos pelo especialista. O resultado esperado é um sistema que permita aos profissionais de Fisioterapia analisar quantitativamente e com assertividade se os movimentos performados pelo paciente são condizentes aos esperados para o tratamento. Para o teste da solução, nos basearemos em estudos anteriores sobre a qualidade da checagem de movimentos para definir indicadores quantitativos (através de checagem por software) e qualitativos (checagem por um profissional de Fisioterapia). Além da confirmação da eficácia do algoritmo, esperamos obter novos indicadores, que guiarão o seu refinamento a fim de melhorar sua eficiência. Ao alcançar a precisão pretendida, nossa solução poderá revolucionar o meio no qual exercícios fisioterapêuticos são explicados e checados. O algoritmo proposto faz parte do projeto denominado MoveYou. Com aperfeiçoamentos permitidos por tecnologias como realidade virtual e aumentada, a solução proposta pelo MoveYou pode ainda ser expandida e agregar valor para sistemas de aprendizado e análise de movimentos de outros profissionais de educação física, entre outras aplicações. (AU)