Juego serio con sensores inerciales y de electromiografía para rehabilitación física

Abstract

El uso de biofeedback con electromiografía (EMG) está aumentando recientemente en terapias de rehabilitación. Este tipo de retroalimentación ofrece muchos beneficios tanto a pacientes como a terapeutas al devolver datos objetivos sobre las activaciones musculares a tiempo real. Otra técnica que se utiliza cada vez más son los juegos serios, que además de hacer más amigable el proceso de la rehabilitación mejoran sus resultados. La combinación de estas dos técnicas ha dado lugar a una nueva forma de rehabilitación que, aunque aún no está demasiado extendida, cada vez está tomando más fuerza debido a sus múltiples beneficios frente a terapias convencionales. Este proyecto ha consistido en el desarrollo de un juego serio que, haciendo uso de biofeedback EMG, sirviese para reeducar el ciclo de la marcha de pacientes con trastornos neuromusculares. Para ello se recogen con dos sensores colocados en la pierna con patrón patológico datos inerciales (IMU) para caracterizar el ciclo de la marcha y EMG para analizar las activaciones de los músculos estudiados. Todos estos datos se van mostrando por pantalla para que tanto el paciente como el terapeuta puedan ver a tiempo real las activaciones musculares durante la marcha. Además, el juego incluye marcadores que indican el comportamiento deseado por parte del paciente. En todo momento aparecen señalados los momentos de la marcha donde se espera la activación de cada uno de los músculos y los momentos donde se espera que estén relajados. Por último, se dispone también de un sistema de puntos que recompensa o penaliza al paciente en función de si se mantiene o no dentro del comportamiento esperado. Este sistema de puntos está apoyado por estímulos sonoros que incrementan la retroalimentación del juego, reforzando los comportamientos deseados y alertando de los que no lo son.

The use of electromyography (EMG) in biofeedback is recently increasing in rehabilitation therapies. This type of feedback offers many benefits to both patients and therapists by returning objective data about muscle activations in real time. Another technique that is increasingly being used is serious games, which in addition to making the rehabilitation process more friendly, improves its results. The combination of these two techniques has given rise to a new form of rehabilitation that, although it is not yet very widespread, is increasingly gaining strength due to its multiple benefits compared to conventional therapies. This project has consisted of the development of a serious game that, using EMG biofeedback, serves to reeducate the gait cycle of patients with neuromuscular disorders. To this end, inertial (IMU) data are collected with two sensors placed on the leg with a pathological pattern to characterize the gait cycle and EMG to analyze the activations of the muscles studied. All this data is displayed on the screen so that both the patient and the therapist can see the muscle activations during walking in real time. Additionally, the game includes markers that indicate the patient's desired behavior. At all times, the moments of the gait where the activation of each of the muscles is expected and the moments where they are expected to be relaxed are indicated. Finally, there is also a score system that rewards or penalizes the patient depending on whether they maintain the expected behavior or not. This score system is supported by sound stimuli that increase game feedback, reinforcing desired behaviors and alerting of those that are not.