Die Zukunft der Hand- und Handgelenksrehabilitation sind unterhaltsame Arcade-Spiele

Wenn man an Virtual Reality (VR) und Videospiele denkt, denkt man als Erstes an digitale Freizeiterlebnisse. In den letzten Jahren haben wir jedoch ein zunehmendes Interesse an VR-Headset-gesteuerten Trainingsroutinen festgestellt. Die Anwendungen gehen jedoch weit darüber hinaus. Anfang des Jahres stellten Neurowissenschaftler eine Plattform vor, die bei der Früherkennung der Alzheimer-Krankheit helfen kann.

VR-basierte Therapieprogramme werden auch eingesetzt, um Menschen bei der Bewältigung postoperativer Schmerzen zu helfen. Ärzte setzen VR-Trainingsprogramme für ein noch intensiveres Lern- und Lehrerlebnis ein. Dr. Yasir Naseem, ein Experte für Linguistik, sagte kürzlich gegenüber Digital Trends, dass Gamification die Branche revolutioniere und dass dies bis weit in die medizinische Wissenschaft hineinreicht.

Die neueste Entwicklung dieser Art ist das Ergebnis von Experten der Universidad Carlos III de Madrid, die mit Krankenhäusern in Barcelona und Madrid zusammenarbeiten, um Menschen mit Mobilitätsproblemen in ihren Handgelenken und Händen mithilfe von Spielen zu helfen. Das Team setzt insbesondere auf das Konzept der Exergames, bei denen Bewegung mit Videospielen kombiniert wird.

Zu diesem Zweck entwickelte das Team zwei Arcade-inspirierte Spiele und einen speziellen Controller mit Sensoren, der die Griffstärke einer Person messen und außerdem den gesamten Bewegungsbereich von Hand und Handgelenk analysieren kann. Die angeschlossene Plattform ist anschließend in der Lage, Details wie Ermüdung und Reaktionszeiten zu protokollieren und ein ganzheitliches Profil ihrer Stärke zu erstellen.

Spiele und Rehabilitation

Im medizinischen Lexikon geht es im Wesentlichen um die Rehabilitation mit den Schwerpunkten Handgriff, Pronation-Supination, Flexion-Extension und Ulnar-Radial-Deviation. Im Vergleich zu früheren Untersuchungen zur Wirksamkeit von Exergames trägt die neue eJamar-Plattform dazu bei, die Griffstärke zu verbessern und gleichzeitig die Rehabilitation der Beweglichkeit der Gliedmaßen in einem gesunden Ausmaß zu fördern.

Laut einem der Experten hinter dem Projekt hat bereits 30 Minuten regelmäßiges Training dazu beigetragen, die Griffkraft der Patienten um 100 % zu verbessern und gleichzeitig den Bewegungsbereich des Handgelenks zu erweitern. Das Potenzial ist jedoch immens.

Das Team stellt fest, dass die eJamar-Plattform bei der Heilung von Handverletzungen und Brüchen helfen und in naher Zukunft auch Patienten helfen kann, die mit neurologischen Problemen wie Parkinson, Multipler Sklerose und Schlaganfall zu kämpfen haben.

Ein weiterer großer Erfolg besteht darin, dass der Ansatz die Logistikprobleme im Zusammenhang mit der Buchung eines Termins, der Reise und der Erlangung der erforderlichen Aufmerksamkeit in Gesundheitszentren und Krankenhäusern erheblich lindern kann.

Kurz gesagt: Die eJamar-Telerehabilitation kann Kosten, Zeit und Zugänglichkeit für alle Beteiligten im nationalen Gesundheitsökosystem einsparen. „Peter Jumper- und Andromeda-Spiele sind einfach zu bedienen und es sind keine Vorkenntnisse erforderlich, um das Spiel zu genießen“, sagt Oña Simbaña gegenüber Digital Trends.

Wie funktioniert die eJamar-Plattform?

Das wichtigste Element der eJamar-Plattform ist der benutzerdefinierte Controller, der sich auf die Greifkraft und -fähigkeit einer Person konzentriert. „Das eJamar-System integriert Kraftsensoren, IMUs und ein Arduino-basiertes Steuerungssystem, um Handbewegungen zu identifizieren und die Handgriffkraft zu messen“, erklärt uns Edwin Daniel Oña Simbaña, Assistenzprofessor an der UC3M-Abteilung für Systemtechnik und Automatisierung (CC) des Instituts.

Das Herzstück der eJamar-Plattform ist ein spezieller drahtloser Controller, der die Bewegung und Kraft des Handgelenks steuert. Der Controller verfügt über einen Griff mit Rillen, die sich an die Form von Fingern anpassen, die einen Gegenstand festhalten, ähnlich wie ein Handgriff.

Die im Wireless-Controller eingebauten internen Vibrationsaktoren geben den Spielern auch haptisches Feedback entsprechend der Spielaktion, wie z. B. Aufprall oder Fortschrittsmeilensteinen. Der Inertialmesssystem-Sensor (IMU) ist in der Lage, neun Freiheitsgrade entlang der drei Achsen zu verfolgen.

Außerdem gibt es einen Druckknopf, der als Aktivierungs- und Deaktivierungsbefehl für die In-Game-Erlebnisse dient und den Controller auch aus dem Schlafmodus weckt. Eine integrierte Recheneinheit erfasst und zeichnet selektiv Handbewegungsdaten auf, je nachdem, mit welchem ​​Spiel sie verbunden ist.

Eines der wichtigsten Elemente des eJamar-Controllers ist der Dehnungsmessstreifen, der die Griffstärke bis zu 100 kgf messen kann. Für maximalen Komfort gibt es einen integrierten Knopf, mit dem Sie die Position des Handgriffs je nach individueller Handgröße und Komfortniveau jeder Person anpassen können.

Was die Spiele betrifft, ist Peter Jumper der erste unter ihnen. Der Titel spielt in einer 3D-Welt, in der Spieler durch eine Stadtlandschaft navigieren und dabei Hindernissen ausweichen. Basierend auf individuellen Vorlieben können Aspekte wie Schwierigkeitsgrad, haptisches Feedback, Geschwindigkeit und Dauer angepasst werden. Vor dem Eintauchen in das Spiel werden die Griffgrenzen basierend darauf kalibriert, wie viel Kraft eine Person auf den Controller ausüben kann.

Wenn das Spiel im Greifer-Squeeze-Modus gespielt wird, müssen Benutzer den Greifer des Controllers drücken, um zu springen. Das zweite Spiel heißt Andromeda, ein 2D-Weltraum-Shooter-Spiel, bei dem Spieler ein Raumschiff steuern und auf Feinde schießen. und sammle dabei wertvolle Gegenstände.

Das Hauptziel dieses Spiels besteht darin, den Benutzern dabei zu helfen, ihren Griff zu verbessern und die Bewegungen des Handgelenks freier zu machen. „Das Ziel dieser Spielsteuerungsfunktionen besteht darin, Übungen zu reproduzieren, die üblicherweise bei Hand- und Handgelenk-Rehabilitationssitzungen durchgeführt werden“, heißt es in dem in der Fachzeitschrift Applied Sciences veröffentlichten Forschungsbericht.

Interessanterweise sind die Systemanforderungen zum Ausführen dieser Spiele recht bescheiden und sie funktionieren unter macOS und Windows. Hardwareseitig benötigen Sie einen Intel Core i3-2100-Prozessor, 4 GB RAM, 1 GB Speicherplatz und einen Bildschirm mit einer Auflösung von 1280 x 720 Pixel.

Interessanterweise ist der eJamar-Controller nicht nur mit den beiden oben genannten Spielen kompatibel, sondern auch mit anderen Spielen, die auf der Unity-Entwicklungs-Engine basieren. Während der Tests lobten die Teilnehmer das Gesamterlebnis und die ansprechende Umsetzung.

„Diese Behandlungen werden insbesondere von Patienten mit neurologischen Erkrankungen benötigt, die beim Besuch medizinischer Rehabilitationszentren Schwierigkeiten haben“, heißt es in der Forschungsarbeit.

Warum sind Spiele ideal für die Rehabilitation?

Ein entscheidendes Element der gesamten Übung sind Spiele und wie sie einen umfassenden und fesselnden Weg zur Rehabilitation bieten, die oft sowohl geistig als auch körperlich anstrengend sein kann. Es scheint, dass das Ziel von Anfang an darin bestand, den Teilnehmern den gesamten Prozess unterhaltsam zu gestalten, ohne Kompromisse bei der therapeutischen Wirksamkeit einzugehen

„Eine der Herausforderungen bei der Entwicklung von Serious Games für die Gesundheit ist das Engagement. Der Einsatz eines Arcade-Designs war vorteilhaft, um das Engagement der Patienten und damit die Einhaltung der Behandlung zu fördern“, sagte Oña Simbaña, Assistenzprofessorin an der UC3M-Abteilung für Systemtechnik und Automatisierung (CC) des Instituts gegenüber Digital Trends.

Interessanterweise sind die beiden Spiele nicht nur ein interaktives, unterhaltsames Erlebnis. Tatsächlich zeichnen sie alle Bewegungsdaten der Gliedmaßen auf, die anschließend in das elektronische Gesundheitsprofil jedes Patienten importiert werden.

Die Idee ist faszinierend und äußerst nützlich, birgt jedoch auch ihre eigenen Herausforderungen. In diesem Fall ist die Einbeziehung eines zertifizierten medizinischen Fachpersonals von entscheidender Bedeutung, im Gegensatz zu Ihrer regulären telemedizinischen Beratung mit einem Arzt per Videoanruf.

„Obwohl unsere Systeme so konzipiert sind, dass sie auf Selbstverabreichung ausgerichtet sind, ist eine der Herausforderungen, vor denen wir jetzt stehen, die Fernunterstützung, denn es müssen Methoden integriert werden, die es dem Therapeuten ermöglichen, bei Bedarf mit dem Patienten zu interagieren“, erklärt Oña Simbaña.

Beim Einstieg in den Bereich der virtuellen Realität hofft das Team hinter der eJamar-Plattform, den Mainstream-Status, insbesondere den niedrigeren Preis von VR-Headsets, für die Entwicklung von Rehabilitationstools zu nutzen. Die Arbeiten sind offenbar bereits im Gange.

Der Zukunftsausblick

Künftig möchte das Team bei der Entwicklung seiner Exergame-Plattform für spielgestützte Rehabilitation auf Augmented Reality- und Virtual Reality-Plattformen zurückgreifen.

„Unsere laufenden Pläne bestehen darin, Augmented Reality zu nutzen, um Exergames zu entwickeln, die die Interaktion mit physischen Objekten ermöglichen, die bei der motorischen Funktionsbewertung verwendet werden und ein breites Spektrum potenzieller Patienten abdecken“, sagte Oña Simbaña gegenüber Digital Trends. Die Ambitionen sind nicht unbekannt.

Meta hat beispielsweise seine hauseigenen XR-Hardware- und Softwareplattformen auf zahlreiche akademische Einrichtungen und Forschungslabore auf der ganzen Welt ausgeweitet. In Zusammenarbeit mit der University of Iowa werden die Datenbrillen „Project Aria AR“ verwendet , um Hörgerätetechnologie mit kontextbezogenen Wahrnehmungsfunktionen zu entwickeln.

Die Leute an der Universität Bristol nutzen die Smart-Brillen-Plattform, um ein räumliches 3D-Tracking-System zu entwickeln, während Forscher an der Carnegie Mellon University das Projekt Aria nutzen, um unterstützende Wegfindungslösungen für Sehbehinderte zu entwickeln. Am IIIT Hyderabad nutzen Forscher die Aria-Brille, um ein System zur Blickerkennung des Fahrers zu bauen.

„Unsere laufenden Pläne bestehen darin, Augmented Reality zu nutzen, um Exergames zu entwickeln, die die Interaktion mit physischen Objekten ermöglichen, die bei der motorischen Funktionsbewertung verwendet werden und ein breites Spektrum potenzieller Patienten abdecken“, sagte Oña Simbaña gegenüber Digital Trends.

Das Team konzentriert sich nun darauf, die eJamar-Plattform bei Menschen mit neurologischen oder pathologischen Erkrankungen zu testen, um die klinische Akzeptanz zu erhöhen. Sie planen außerdem weitere Exergames, um auf die besonderen Bedürfnisse von Rehabilitationssuchenden einzugehen.

Bisher wurden die Tests im klinischen Umfeld durchgeführt und lieferten „sehr ermutigende“ Ergebnisse. Bisher hat das System die Zustimmung von Ärzten und Gesundheitsdienstleistern erhalten und Tests bei Patienten haben positive Ergebnisse erbracht.