Fysisk rehabilitering i eget hjem af Kim Steenstrup Pedersen, DIKU

Computer Vision: Fysisk rehabilitering i eget hjem

Kim Steenstrup Pedersen Datalogisk Institut, Københavns Universitet

& DigiCorpus ApS

D E P A R T M E N T O F C O M P U T E R S C I E N C E U N I V E R S I T Y O F C O P E N H A G E N

1 image.diku.dk/kimstp

Hvem er jeg?

Kim Steenstrup Pedersen •  Image sektionen, Datalogisk

institut, Københavns Universitet: –  Lektor, Ph.D. i Datalogi –  Forsker i computer vision,

billedanalyse, mønstergenkendelse (machine learning)

•  DigiCorpus ApS: –  Medstifter, forskning og udvikling –  Spin-out fra Københavns Universitet


Slagplan

•  Forskning i tracking og modellering af menneskelig bevægelse: –  Hvad går det ud på? –  Hvor langt er forskningen kommet?

•  Velfærdsteknologisk anvendelse: –  DigiCorpus: Computer-assisteret fysisk træning og rehabilitering


Hvad er Computer Vision? (På dansk - datamatsyn)

•  Def.: Handler om at opbygge modeller af verden (scenen) set gennem billeder fra et eller flere digitale kameraer, og fortolke scenen gennem modellerne.

4

Modellering af menneskelig bevægelse: DIKU forskningsinitiativ startet i efteråret 2007 http://humim.org/ •  Tracking:

–  Opmåling af bevægelse vhj. af kamera og sensorer

•  Modellering: –  Fra simple kinematiske modeller

af krop og dynamik til komplet fysisk simulering inklusiv muskler og interaktion med omgivelserne

•  Feedback: –  Fra kvantitativ beskrivelse af

bevægelse til let forståelig kvalitativ opsummering af bevægelse.

MS Kinect sensor

image.diku.dk/kimstp 5

Motiverende case: Interaktiv fysioterapi


Tracking: Visuel opmåling af bevægelse


Det her dur ikke hjemme hos Fru Jensen! (Markør-baseret system fra Vicon - www.vicon.com)

http://www.youtube.com/watch?v=2uDnW4AtFiE&feature=player_embedded

Et kamera og ingen markører – hvad gør man så? 3D via stereo eller struktureret lys

Point Grey Bumblebee2 stereo kamera

MS Kinect sensor

9

Asus Xtion sensor

Model af kroppen

•  Det kinematiske skelet (Tændstik manden): –  Knogler repræsenteret ved

stive pinde forbundet med led.

–  Lemmer har ingen masse eller volumen.

•  Skin model giver volumen: –  Cylindre –  Ellipser –  …

€

Θ = θ1,…,θD[ ]T



Dybde “video” Positur estimater

€

It

€

Θ t

€

t −1

€

t

€

t +1

€

Θ t

€

p(Θ t | I1:t )

Undgå jitter ved filtrering (dynamisk model)

Bayesiansk filtrering



State-of-the-art indenfor tracking

•  Hardware: –  Microsoft Kinect for Xbox 360 (nov. 2010) –  Microsoft Kinect for Windows (feb. 2012) –  Asus Xtion (2011) –  PrimeSense Carmine (2011)

•  Tilgængeligt software biblioteker: –  Microsoft Kinect SDK (Windows) –  OpenNI og PrimeSense NITE tracker (Windows, Mac, Linux) –  Open source: OpenKinect

•  Du kan også skrive din egen tracker! Kan være nødvendigt i visse tilfælde.


Motiverende case: Interaktiv fysioterapi


Eksempel på knæøvelse: Glide til siden

Fysioterapeutens fokusområder: •  Udgangsposition:

–  Stående med ryggen i neutralstilling. Placér en tæppeflise under det raske ben.

•  Træning: –  Lav kortfod –  Hold ryggen i neutral stilling –  Når du bøjer det operede knæ skal

knæet "følge” anden tå og du skal undgå at ”tabe” hoften.

–  Obs: Under øvelsen skal du forsøge at opretholde en stilling, hvor hoften, knæet og foden er på en linie.


Øvelsesmodel: Hvad skal den kunne?


•  Detektion er ikke nok (der er et problem) •  Kausalitet er vigtigt (hvor på kroppen er den gal) •  Vi vil efterligne fysioterapeutens feedback til patienten

DigiCorpus: Computer-assisteret fysisk træning

Fra forskning til en velfærdsteknologisk løsning


Udspringer af forskning på Datalogisk Institut, Københavns Universitet

DigiCorpus: Hvem er vi?

Jon Sporring Datalog, Ph.D.

Kim Steenstrup Pedersen Datalog, Ph.D.

Claus Lorents Sørensen Cand.merc. & E-MBA

Forskning og Udvikling

Ledelse, Salg & Økonomi

Forskning og Udvikling

Mission Levering af computer-understøttet velfærdsteknologi der giver enkel, hurtig og smidig genoptræning både i genoptrænings-centre og i eget hjem. Vision Udvikle en betydende international virksomhed, der arbejder bredt med genoptræning, velfærdsteknologi og telemedicin. Vi er inds)llede på at levere en LANGSIGTET indsats i tæt

samarbejde med fysioterapeuter og borgere hen imod at skabe en dynamisk vækstvirksomhed !


Mindre opdrift i offentlige budgetter……. Og stigende andel borgere med behov for behandlingstilbud

1.   Befolkningen bliver ældre - Andel af over 64 årige Forventning: 16,8 % (2011) til 24,6% (2042) *)

2.   Andel af moderat og svært overvægtige stiger Forventning: (mænd) 50% (2000) til 59% (2020) **)

3.   Borgers forventning til individuel behandling stiger Vil behandles som speciel og helt unik - også udenfor åbningstiden Praktiske løsninger der virker med det samme og ikke tager tid

Dokumentation og succesrater skal være på plads ***)

*) Landsdækkende befolkningsfremskrivning. Danmarks Statistik (DST) og DREAM. 4. maj 2011 **) KL samt Statens Institut for folkesundhed marts 2009

***) Center for fremtidsforskning image.diku.dk/kimstp

Ældreområdet Pleje og Træning Serviceloven (§§ 79, 83, 84, 85, 86.1, 86.2, 117)

Sundhed/ Forebyggelse Sundhedslovens (§140)

Job/Beskæftigelse Lov om sygedagpenge, (§ 24-29) (Sygedagpenge +52 uger)

Målgrupper


Fysioterapeut får redskab der sikrer kvalitetstræning i borgerens eget hjem.

1.   Eksakt feedback både under øvelsen og efter øvelsen. Sikrer at borger træner på en forsvarlig måde. 2.   Rapport til fysioterapeut, borger samt andre interessenter. 3.   Nem betjening. Standard hardware som tilsluttes borgers egen computerskærm eller tv – kvalitetsprodukt der blot vejer 3,5 kg og derfor kan hentes af borger eller af borgers pårørende.

løsning - ‘more with less’


DigiCorpus Dashboard

Funktion

Center Trainer

Home Trainer

•  Forløb med progression over flere sessioner •  Fys kan se antal udførte øvelser og kvalitet •  Patient kan registrere smerte (NRS skala)

•  Fysioterapeut retter øvelsesforløb online. •  Rapporter med relevant info. •  Borger kan deltage på virtuelle hold og samtale med andre

om hvordan det går.

•  Fordeler træning over flere sessioner •  Hjælper borger til at udføre øvelse korrekt •  Indgå i cirkeltræning – Større hold


Sådan bruges DigiCorpus Home Trainer


Opsummering

•  Computer vision forskning er moden til nye innovative anvendelser i industrien. –  MS Kinect er blot ét eksempel –  Tracking teknologi er moden til nye spændende anvendelser –

det er blot at komme i gang

•  Velfærdsteknologisk anvendelse: –  Fysioterapeutisk træning i eget hjem.


Tak for jeres opmærksomhed

Spørgsmål?


Technology

Fysisk rehabilitering i eget hjem af Kim Steenstrup Pedersen, DIKU