Sistema de captura de movimiento eficiente y preciso para ayudar en fisioterapia y atletismo

Investigadores de la Universidad Tecnológica de Nanyang, Singapur (NTU Singapur) han desarrollado una tecnología de captura de movimiento llamada Precise Marker-less, que ayudaría a médicos y fisioterapeutas en sus consultas y diagnósticos para pacientes que necesitan rehabilitación después de una lesión o se recuperan de una enfermedad.

Mediante la captura y el análisis de los movimientos de más de 150 sujetos con aprendizaje automático, se ha demostrado que la tecnología es más precisa que los sistemas de captura de movimiento sin marcadores (mocap) disponibles en el mercado, y puede proporcionar ubicaciones anatómicas 3D de puntos de referencia óseos con una precisión de 10 a 15 milímetros, que es aproximadamente el ancho del dedo meñique de un adulto.

Precise Marker-less ya ha recibido interés de The Posture Lab, una empresa que ofrece masajes deportivos y fisioterapia, y JM Vistec System, una empresa de soluciones de imágenes con sede en Singapur. El equipo de investigación también está en el proceso de solicitud de una patente con NTUitive, la empresa empresarial e innovadora de NTU.

Tradicionalmente, para capturar el movimiento humano, la mayoría de los laboratorios de captura de movimiento utilizan un sistema basado en marcadores. Al colocar marcadores reflectantes en el cuerpo de un sujeto, las cámaras reconstruyen el movimiento en 3D al observar los movimientos de los marcadores.

Sin embargo, estos marcadores físicos impiden que el sistema se aplique en muchos entornos comerciales y de atención médica, ya que su uso requiere mucho tiempo y requiere una persona bien capacitada para colocar marcadores en el sujeto. Esos marcadores tampoco capturan los movimientos más naturales del sujeto humano, ya que los sujetos deben tener cuidado de no sacar los marcadores de su lugar.

Precise Marker-less elimina la necesidad de estos marcadores, ya que ha «aprendido» dónde se colocarían los marcadores a través del aprendizaje automático.

En comparación con los laboratorios de mocap convencionales que implican un largo proceso de configuración con técnicos y un fisioterapeuta, la tecnología desarrollada por NTU permitiría a los pacientes iniciar consultas en cuestión de minutos. Como agiliza el análisis de los movimientos de los sujetos al eliminar la colocación de marcadores y el posprocesamiento manual de datos, las consultas también tomarían una hora menos en promedio, dicen los investigadores.

La tecnología desarrollada por NTU presenta una herramienta mejorada para ayudar en el cuidado de la población que envejece en Singapur, lo que refleja el compromiso de NTU de utilizar la investigación y la innovación para responder a las necesidades y desafíos de una vida y un envejecimiento saludables, que es uno de los cuatro grandes desafíos de la humanidad que el Universidad busca abordar a través de su plan estratégico NTU 2025.

Precise Marker-less fue desarrollado por un equipo de investigadores, ingenieros y especialistas en datos del Instituto de Investigación de Rehabilitación de Singapur (RRIS). RRIS fue fundado en 2016 por NTU Singapur, la Agencia para la Ciencia, Tecnología e Investigación (A*STAR) y el Grupo Nacional de Salud (NHG).

RRIS tiene como objetivo desarrollar soluciones de salud basadas en datos y centradas en el paciente para priorizar la calidad de la atención para la población de Singapur que envejece rápidamente, que es vulnerable a enfermedades y discapacidades inmovilizantes como el accidente cerebrovascular y la osteoartritis de rodilla.

El Dr. Prayook Jatesiktat, miembro investigador de RRIS, que dirigió el desarrollo de Precise Marker-less, dijo: «Nuestra herramienta podría ser aplicada por profesionales en varios campos. Por ejemplo, los médicos y terapeutas podrían usarla para analizar objetivamente la salud de sus pacientes». movimientos. La tecnología también podría beneficiar a los atletas y entrenadores, ya que les da acceso a un sistema de captura de movimiento fácil de usar para evaluar sus acciones relacionadas con los deportes. Los animadores también podrían usar nuestra tecnología para controlar los movimientos de sus personajes».

Al proporcionar una evaluación independiente del uso clínico de la tecnología, el Dr. Tan Shu Yun, médico de familia y consultor senior de National Healthcare Group Polyclinics, dijo: «La tecnología se puede implementar potencialmente en clínicas, hospitales y centros de rehabilitación comunitarios para proporcionar evaluaciones objetivas. de diversas patologías, especialmente las relacionadas con los trastornos del movimiento”.

Al brindar una perspectiva de la industria, el Sr. Eugene Goh, Director Gerente de JM VisTec System, dijo: «Sin la necesidad de marcadores, prevemos un buen potencial en la comerciabilidad y el valor comercial de esta innovación. Además, su alta precisión de análisis definitivamente sería su propuesta única de venta.»

La configuración simple de la tecnología.

El equipo de RRIS requiere una configuración simple de dos a cuatro cámaras, una computadora y un kit de calibración, que se utiliza para procesar los datos derivados del análisis de los movimientos del sujeto. Esto lo haría ideal para configuraciones basadas en la industria, que requieren poco tiempo y espacio para usarse después de que esté completamente calibrado y ajustado.

El equipo atribuye la precisión de su tecnología a su caché de datos, que incluye más de diez millones de imágenes de los movimientos de los sujetos, lo que a partir de marzo de 2022 se traduce en 16 terabytes de datos.

El profesor asociado Ang Wei Tech, director ejecutivo de RRIS, que supervisó el desarrollo del proyecto, dijo: «Para mejorar la precisión de dicho modelo, aprovechamos el poder del aprendizaje automático para entrenar un modelo de computación para predecir la ubicación de los marcadores en las secuencias de video. de un sujeto en movimiento. La tecnología desarrollada por nuestro equipo complementa la investigación de rehabilitación de precisión en RRIS, que aprovecha el análisis de datos y las simulaciones por computadora para permitir la traducción de dicho trabajo de investigación a la práctica clínica real». Asoc. El Prof. Ang también es de la Escuela de Ingeniería Mecánica y Aeroespacial de NTU.

Actualmente, el Dr. Jatesiktat y su equipo continúan con las pruebas de su tecnología Precise Marker-less en los laboratorios de RRIS, ubicados en el campus de la NTU en Singapur, y en el Edificio de Ciencias Clínicas en el campus Novena LKCMedicine de la NTU. Los investigadores tienen como objetivo apoyar aún más el análisis y el tratamiento de una gama más amplia de movimientos físicos y entornos de instalación.