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FACULDADE DE MEDICINA DO ABC - FMABC

PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO, PESQUISA E INOVAÇÃO EM CIÊNCIA DA SAÚDE

TÂNIA BRUSQUE CROCETTA


VALIDADE E CONFIABILIDADE DA REALIDADE VIRTUAL PARA AVALIAÇÃO DO CONTROLE MOTOR E AUXÍLIO NA APRENDIZAGEM MOTORA PARA RECUPERAÇÃO DE INDIVÍDUOS COM TRANSTORNOS DAS HABILIDADES MOTORAS NA EXTREMIDADE SUPERIOR

SANTO ANDRÉ

2016
TÂNIA BRUSQUE CROCETTA


VALIDADE E CONFIABILIDADE DA REALIDADE VIRTUAL PARA AVALIAÇÃO DO CONTROLE MOTOR E AUXÍLIO NA APRENDIZAGEM MOTORA PARA RECUPERAÇÃO DE INDIVÍDUOS COM TRANSTORNOS DAS HABILIDADES MOTORAS NA EXTREMIDADE SUPERIOR

Tese elaborada no Departamento XXXXXX da Faculdade de Medicina do ABC, junto ao Programa de Pós-Graduação, Pesquisa e Inovação (recomendado pelo Conselho Técnico-Científico CAPES – Parecer nnn/aaaa).

Área de Concentração: Saúde Coletiva
Orientador: Carlos Bandeira de Mello Monteiro


SANTO ANDRÉ

2016
TÂNIA BRUSQUE CROCETTA
VALIDADE E CONFIABILIDADE DA REALIDADE VIRTUAL PARA AVALIAÇÃO DO CONTROLE MOTOR E AUXÍLIO NA APRENDIZAGEM MOTORA PARA RECUPERAÇÃO DE INDIVÍDUOS COM TRANSTORNOS DAS HABILIDADES MOTORAS NA EXTREMIDADE SUPERIOR
Projeto de tese qualificado para continuidade e posterior obtenção do título de doutor em Ciência da Saúde pela Faculdade de Medicina do ABC, na área de concentração em Saúde Coletiva, linha XXXXXX.
Banca examinadora
Orientador: ___________________________________________________________

Prof. Dr. Carlos Bandeira de Mello Monteiro

XXXXX/XXXXX
Membro 1: ___________________________________________________________

Prof. Dr. Luiz Carlos de Abreu

Faculdade de Medicina do ABC e USP
Membro 2: ___________________________________________________________

Prof. Dr. Alexandro Andrade



CEFID/UDESC
Membro 3: ___________________________________________________________

Prof. Dr. Marcelo da Silva Hounsell



CCT/UDESC


Santo André - SP, XX de agosto de 2016

RESUMO
Os jogos com realidade virtual assumem formas e são acionados por movimentos dos participantes, que são motivados a realizar movimentos mais amplos, saindo do uso apenas do teclado e mouse, para acionar os dispositivos interativos com movimentos corporais. Esta nova dimensão de jogos permite simular situações que envolvem o participante de forma motivadora, unindo a diversão e a reabilitação e a atividade física, além do aprendizado, coordenação e controle motor quando supervisionado por um profissional. A interação da tecnologia, jogo e atividade motora, pode auxiliar nas intervenções de indivíduos com deficiência motora, tanto leve quanto severa, pois permite ao profissional avaliar de forma mais fidedigna o desempenho destes indivíduos, desde que se disponibilizem ferramentas adequadas para isso. E quando devidamente orientadas, estas atividades podem não se restringir apenas às sessões supervisionadas. Portanto, o objetivo deste trabalho será construir, validar e aplicar jogos com realidade virtual para aprendizagem e controle motor de indivíduos com deficiência motora nas extremidades superiores. Para isso, este trabalho se propõe também a analisar a validade de conteúdo e construto de tarefas motoras propostas pelos jogos virtuais para discriminar o comportamento motor. Para a análise teórica de conteúdo e construto participarão professores doutores, especialistas na área de Comportamento Motor. Para os estudos empíricos de validação serão constituídas amostras representativas de crianças, adultos e idosos. Para o estudo da estrutura interna da tarefa serão utilizados critérios descritos na literatura e para análise do desempenho nas tarefas serão aplicados os jogos virtuais do Grupo Tucano Games, com dispositivos de contato físico (teclado e monitor touchscreen) e sensores de movimento (câmera Kinect e Leap Motion). A análise dos dados se dará pelas medidas de desempenho (número de peças alcançadas, tempo de reação, tempo de movimento e erro). Os resultados oferecerão parâmetros para análise da validade e fidedignidade dos jogos virtuais com medidas de desempenho que permitam intervenções dos profissionais da saúde.
Palavras-chave: Controle motor. Transtornos das habilidades motoras. Extremidades superiores. Realidade virtual.




SUMÁRIO
REVISÃO DA LITERATURA
Nesta revisão é apresentada primeiramente a base epistemólogica que envolve o Comportamento Motor, e a partir disto, reconhecer a ideia da abordagem utilizada. Somente após esta definição passou-se a apresentar a fundamentação teórica dos conceitos utilizados neste trabalho.
A base epistemológica

O Comportamento Motor é uma área integrada de estudo que envolve três campos de investigação: Controle Motor, Desenvolvimento Motor e Aprendizagem Motora. Estes fenômenos do movimento podem ser caracterizados individualmente, mas são difíceis de serem separados quando observados como fenômeno (Tani, 1998; Manoel, 1999) estando os problemas abordados por esses três campos de investigação profundamente inter-relacionados, e que atualmente vem sendo investigados de forma multidisciplinar com utilização de conceitos, metodologias, recursos e tecnologias de diversas áreas (Tani et al., 2010).

Estas convergências interdisciplinares contribuem para o entendimento de mecanismos perceptuais associados a movimentos que ocorrem no esporte, nas habilidades motoras fundamentais, bem como nas habilidades da vida diária (De Castro, 2004), e vamos buscar na abordagem dos Sistemas Dinâmicos os conceitos que nos permitam entender o movimento sob as restrições do organismo, do ambiente e da tarefa, numa relação dinâmica entre o ser humano e o meio ambiente.

A ideia básica da abordagem do sistema dinâmico é tratar o problema do controle motor de forma dinâmica, propondo que a maioria dos movimentos humanos são movimentos coordenados e executados com certo padrão (Li, 2013), tendo como característica uma forte ênfase ecológica, ênfase na noção de que o nosso sistema efetor foi organizado através da evolução, numa interação dinâmica do organismo com as características físicas do meio ambiente, e que devemos, portanto, tentar compreender a estrutura e função do sistema motor usando situações naturais de pesquisa (Tani, 1998).

Dentre os avanços das tecnologias vamos nos ater aos avanços nas pesquisas do Comportamento Motor com uso do recurso computacional da Realidade Virtual (RV) e Realidade Aumentada (RA), buscando seus resultados e desenvolvimento. Vários estudos têm mostrado que a RV e RA são tecnologias adequadas para terapia de reabilitação devido à capacidade inerente de simular atividades reais de vida diária, melhorando a motivação do paciente (De Mauro et al., 2013).

Buscamos a conceituação dos principais pontos de estudo que envolvem este trabalho, quais sejam: Controle Motor, Desenvolvimento Motor, Aprendizagem Motora e Realidade Virtual; e em seguida a Teoria dos Sistemas Dinâmicos, para então tentar compreender como estes conceitos podem auxiliar no entendimento das deficiências motoras, mais especificamente na função manual. Portanto, todo este trabalho está norteado pelos princípios da perspectiva dos sistemas dinâmicos.

O Controle Motor busca o registro de ações motoras levando em consideração aspectos da Biomecânica, Neurologia, Neurofisiologia, Neurociência Cognitiva, Psicologia Experimental, Bioengenharia, Educação Física e outras (Tani, 1998; Tani et al., 2010). Procura estudar como os movimentos são produzidos e controlados (Tani, 1998) ou explorar a forma como o sistema nervoso central (SNC) produz movimentos intencionais, coordenados na sua interação com o resto do corpo e com o ambiente, assim, o principal objetivo da pesquisa de controle motor é a criação de uma descrição formal, operando com variáveis exatamente definidas, dos processos físicos e fisiológicos que fazem esse movimento possível (Latash et al., 2010).

O Desenvolvimento Motor considera a influência dos fatores genéticos e ambientais, considerando o ser humano como uma manifestação do conjunto de transformações motoras que ocorrem ao longo do seu ciclo de vida. Refere-se às mudanças em classes gerais do comportamento motor condicionadas pelo histórico de vida do indivíduo (Manoel, 1999).

A Aprendizagem Motora considera o processo de aquisição de conhecimentos na área motora e os fatores que a influenciam; investigando os mecanismos e processos subjacentes a aquisição de habilidades motoras e os fatores que afetam ou influenciam esta aquisição (Tani, 1998; Tani et al., 2010), referindo-se ao processo em que uma dada habilidade motora é adquirida com auxílio de prática sistemática, informações externas sobre a habilidade (instrução) e sobre a própria execução (“feedback”) (Manoel, 1999).

Estudos tem demonstrado os avanços no uso de recursos tecnológicos para estudo do Controle Motor e reabilitação e recuperação de membros superiores (Brochard et al., 2010; Semrau et al., 2013). Quando envolvemos recursos tecnológicos com ambientes virtuais para os estudos do Controle Motor podemos utilizar uma classificação de acordo com a interação do usuário com o ambiente, ou seja, em Realidade Aumentada, Realidade Virtual não imersiva, semi imersiva e imersiva.

A Realidade Virtual (RV) é um ambiente que é simulado em um computador e experimentado pelo usuário através de estímulos sensoriais sintetizados artificialmente, usado para criar uma simulação realista e interativa de movimentos (Cohen et al., 2013). O objetivo de uma simulação em ambiente virtual não é para replicar totalmente os movimentos no espaço tridimensional, mas sim, para fornecer informações suficientemente realistas, que, quando combinadas com o estímulo visual, permitem convencer o usuário da realidade do ambiente em que está inserido, proporcionando um ambiente de prática e repetição sem risco (Hounsell et al., 2010), permitindo múltiplas e variadas situações, com feedback imediato, padrões uniformes, medidas objetivas e análise de tendências (Cohen et al., 2013).

Os sofisticados ambientes de RV precisam atender três indicadores de qualidade propostos: a) Presença é o sentido de estar fisicamente em um ambiente, não necessariamente como eles existem no mundo físico, mas com a percepção desses ambientes mediados por ambos os processos mentais automáticos e controlados; b) Imersão que representa a riqueza de representação de um ambiente, tal como definido pelas características formais, ou seja, a forma com que um ambiente apresenta informação para os sentidos; c) Interatividade refere-se ao grau em que os utilizadores da RV podem influenciar a forma ou o conteúdo do ambiente mediado (Lisewski, 2006). A sensação de presença, o nível de realismo e o grau de realidade medem a qualidade da experiência do usuário com os ambientes de RV (Baus e Bouchard, 2014).

Uma experiência com RV pode ser considerada não imersiva, semi imersiva e imersiva de acordo com o recurso empregado. Um sistema de RV não-imersiva emprega um recurso gráfico convencional, como um monitor, teclado e mouse; um sistema de semi-imersão utiliza um sistema computacional com alto desempenho gráfico e requer uma grande superfície para exibir a cena visual; e um sistema de RV imersiva projeta a cena visual em algum tipo de dispositivo acoplado na cabeça do usuário ou em grandes superfícies de projeção (como uma cabine) preenchendo completamente o campo de visão do usuário (Baus e Bouchard, 2014).

A realidade aumentada (RA) mantém o usuário no seu ambiente físico e transporta o ambiente virtual para o espaço do usuário, com o uso de algum dispositivo tecnológico como uma webcam (Kirner e Kirner, 2011), o LeapMotion ou uma câmera Kinect. A RA não se limita a introdução de elementos virtuais no mundo físico, esta técnica pode também inibir a percepção de objetos físicos sobrepondo-os com representações virtuais, com objetos virtuais ou mesmo com espaços virtuais vazios (Baus e Bouchard, 2014).

A partir da abordagem dos sistemas dinâmicos, as pessoas acometidas por um acidente vascular cerebral, por exemplo, perdem o equilíbrio da dinâmica e eles precisam se readaptar às novas dinâmicas impostas por suas limitações físicas (Li, 2013). Para a evolução das funções motoras é necessária a participação em um meio físico onde exista liberdade para execução de movimentos, além de espaço físico apropriado, podendo ser necessário também, estímulos que estimulem a curiosidade e, por conseguinte, a exploração (Martinez, 2007). O uso de recursos de RV reúne o conjunto de requisitos necessários para que um indivíduo com deficiência motora possa ter as oportunidades necessárias à aquisição ou desenvolvimento de funções motoras e deste modo influenciar seu desempenho em atividades da vida diária, pois se espera que estes indivíduos possam ser influenciados pelas experiências vividas, considerando as restrições físicas e ambientais.
Deficiência Motora nos membros superiores e a Realidade Virtual

Um dos principais objetivos da reabilitação é fazer melhorias quantitativas e qualitativas nas atividades diárias, a fim de melhorar a qualidade de vida e a independência (Sveistrup, 2004) e como as funções do movimento cooperativo dos membros superiores são muito importantes em nossa vida cotidiana, estudos tem apontado que a capacidade de controle de movimento humano pode ser reconstruido no cérebro por formação repetida do movimento (You et al., 2005; Nishida, Zhiwei e Nagano, 2013; Monteiro et al., 2014).

Existe evidência suficiente de que a relação do aumento da terapia não está diretamente relacionada ao aumento dos benefícios, mas que existe uma relação positiva entre a dose e a resposta, utilizando-se diferentes intervenções e mensuração de resultados com diferentes ferramentas (Lohse, Lang e Boyd, 2014).

O uso da realidade virtual (RV) tem sido aplicado em várias iniciativas para aderência das sessões de fisioterapia supervisionadas (Merians et al., 2002; Standen et al., 2012; Standen et al., 2014), com indicações de que a reabilitação usando RV foi funcionalmente eficaz, tornando a reabilitação uma experiência fácil e agradável para os pacientes (Merians et al., 2002; Jo, Yu e Jung, 2012).

Laver e colaboradores (2012) afirmam ainda que a intervenção com RV foi mais efetiva do que a terapia convencional no retreinamento das funções dos membros superiores e significativamente mais eficiente em melhorar as atividades da vida diária, além de reportar poucos eventos adversos sugerindo que as intervenções com RV foram relativamente seguras quando administradas por profissionais (Laver et al., 2012).

Revisões sistemáticas indicam que a RV é uma ferramenta viável para melhorar a função de membros superiores em crianças com paralisia cerebral (Chen, Lee e Howard, 2014) e na reabilitação pós acidente vascular cerebral (Pietrzah, Cotea e Pullman, 2014). Também foi reportado resultados positivos na terapia adjuvante a outras intervenções de reabilitação em crianças com Síndrome de Down (Wuang et al., 2011), e que o uso da terapia com RV pode ser estendida para um atendimento remoto realizado em casa onde os terapeutas podem desenvolver programas adequados para pacientes que sofrem de acidente vascular cerebral, bem como outras doenças (Jo, Yu e Jung, 2012).

No entanto, ainda não estão claras quais as características do programa de RV que são importantes, qual o programa que deve ser utilizado e qual o tempo para uso, além disso, é necessário identificar o nível de motivação do participante e aderência ao programa de terapia proposto (Laver et al., 2012).

A implementação de um programa de RV com intervenção remota ou baseados em laboratório, utilizando um sistema de RV para crianças com PC parece render mais melhoria na sua função dos membros superiores, no entanto, projetos de pesquisa mais vigorosos são necessários para fazer uma recomendação conclusiva (Chen, Lee e Howard, 2014).

As evidências para o uso de RV para melhora das habilidades dos membros superiores está em fase emergente (Soares et al., 2014). Amostras pequenas e inconsistências nas medidas de resultado limitam a capacidade de generalização dos resultados. Mais estudos são necessários para investigar a capacidade de manter os ganhos obtidos com a RV ao longo do tempo e para determinar os ganhos da transferência das atividades realizadas em RV para as tarefas da vida real (Galvin et al., 2011).

Ainda não há evidências suficientes para fornecer informações sobre a dose mais eficaz de terapia, o tipo de programa de RV ou o ponto no tempo em que a intervenção com RV é mais benéfica em retreinar a função do membro superior (Laver et al., 2012) quando comparada às terapias convencionais. Fato este que justifica a necessidade de desenvolvimento de mais recursos com diferentes instrumentos para aquisição ou reprogramação de movimentos nas extremidades superiores.

OBJETIVO
Objetivo geral

Validar jogos sérios com recursos da Realidade Virtual para avaliação do controle motor e seu auxílio na aprendizagem motora e reabilitação dos membros superiores.


Objetivos específicos

  1. Validar jogos sérios em ambiente de realidade virtual com diferentes dispositivos para aquisição do movimento, como câmera Kinect, Leap Motion, monitor com touch screen, mesa digitalizadora e teclado;

  2. Descrever a tarefa proposta em cada jogo, a partir dos diferentes dispositivos de interação;

  3. Identificar a estrutura interna da tarefa que engloba a organização da mesma, número de habilidades motoras envolvidas, grupos musculares empregados, número de membros e região do corpo envolvida na sua execução;

  4. Analisar a variabilidade (efeito teto e chão) da tarefa proposta em cada jogo em diferentes populações;

  5. Comparar o desempenho de acordo com a interface para aquisição do movimento;

  6. Comprar o desempenho no jogo em diferentes agrupamentos, como idade, sexo, comprometimento do membro superior, diagnóstico da doença;

  7. Avaliar o desempenho no uso de jogos com realidade virtual para aprendizagem motora de indivíduos com deficiência motora nos membros superiores;

  8. Avaliar o controle motor de indivíduos com deficiência motora nos membros superiores;

  9. Desenvolver jogos com uso da realidade virtual;

  10. Propor um protocolo para aplicação da avaliação do controle motor com o uso dos recursos de realidade virtual.

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