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Herramienta Para La Rehabilitación Vestibular Interactiva Mediante Realidad Virtual Autor Brayan Fernando Ortiz Caicedo Jeisson Alejandro Hernández Capera UNIVERSIDAD DISTRITAL FRANCISCO JOSÉ DE CALDAS Facultad Tecnológica Ingeniería en Control y Automatización Bogotá D.C. Enero, 2022 Herramienta Para La Rehabilitación Vestibular Interactiva Mediante Realidad Virtual Autor Brayan Fernando Ortiz Caicedo - Código: 20192383010 Jeisson Alejandro Hernández Capera - Código: 20192383020 bfortizc@correo.udistrital.edu.co - cjeissonh@correo.udistrital.edu.co Modalidad Investigación-Innovación Presentado para optar al título de: Ingeniero en Control y Automatización Director Esperanza Camargo Casallas. UNIVERSIDAD DISTRITAL FRANCISCO JOSÉ DE CALDAS Facultad Tecnológica Ingeniería en Control y Automatización Bogotá D.C. Enero, 2022 i Dedicatoria El presente trabajo investigativo lo dedicamos principalmente a Dios, por ser el inspirador y darnos fuerza para continuar en este proceso de obtener uno de los anhelos más deseados. A nuestros padres, por su amor, trabajo y sacrificio en todos estos años, gracias a ustedes hemos logrado llegar hasta aquí́ y convertirnos en lo que somos. A la Universidad Distrital Francisco José de Caldas, por habernos brindado tantas oportunidades, enriquecernos en conocimiento, además, por permitirnos concluir con una etapa de nuestras vidas. A todas las personas que nos han apoyado y han hecho que este trabajo se realice con éxito, en especial a aquellos que nos abrieron las puertas y compartieron sus conocimientos a lo largo de esta formación. A todos infinitas gracias. ii Índice Dedicatoria........................................................................................................................................ i Índice ............................................................................................................................................... ii Índice de Figuras ............................................................................................................................ iii Índice de Tablas .............................................................................................................................. iv Glosario ........................................................................................................................................... v Lista de Abreviaturas y Siglas ........................................................................................................ vi 1. Introducción ............................................................................................................................. 1 2. Planteamiento del problema .................................................................................................... 2 3. Justificación ............................................................................................................................. 3 4. Objetivos .................................................................................................................................. 4 4.1. Objetivo General ............................................................................................................... 4 4.2. Objetivos específicos ........................................................................................................ 4 5. Marco de referencia ................................................................................................................. 5 5.1. Antecedentes ..................................................................................................................... 5 5.2. Marco teórico .................................................................................................................. 11 5.3. Marco Legal .................................................................................................................... 18 6. Metodología ........................................................................................................................... 19 6.1 Etapa de adquisición de información................................................................................... 20 6.2 Etapa selección de hardware ............................................................................................... 22 6.3 Etapa desarrollo de software................................................................................................ 25 7. Resultados .............................................................................................................................. 29 8. Conclusiones y Recomendaciones ........................................................................................ 43 9. Referencias ............................................................................................................................ 44 10. Anexos ................................................................................................................................ 47 iii Índice de Figuras Figura 1: Categorías fundamentales (P.Gomez, 2011). ................................................................... 7 Figura 2: Casco de realidad virtual Oculus Rift (O.Rift, 2020). ..................................................... 9 Figura 3: Fisiología del sistema vestibular (Marck, 2015) ............................................................ 11 Figura 4: Vía vestibular, conexiones y vidas reflejas (Binetti P. , 2015) ...................................... 12 Figura 5: Esquema en el procesamiento cortical vestibular (Sanchez, 2016). .............................. 13 Figura 6: Oculus Rift (Garcia A. , 2019). ...................................................................................... 16 Figura 7: Revisión sobre la aplicación de la realidad virtual (Rafel, 2020). ................................. 17 Figura 8: Ejercicio de seguimiento visual, (Clinica Barona, 2021). ............................................. 20 Figura 9: Ejercicio de marcha simulada, (Clinica Barona, 2021). ................................................ 21 Figura 10: Ejercicio de equilibrio dinámico con pelota, (Clinica Barona, 2021). ......................... 22 Figura 11: Ejercicio carrera de obstáculos, (Clinica Barona, 2021). ............................................. 22 Figura 12: Visor de realidad virtual seleccionado “Oculus Quest 2”, Autores. ............................ 24 Figura 13: Software seleccionado “Unity 2021”, Autores. ........................................................... 25 Figura 14: Software seleccionado “Blender”, Autores. ................................................................. 25 Figura 15: Desarrollo de la interfaz, Autores. ............................................................................... 26 Figura 16: Mapa de acciones de los botones de los controles Oculus Touch, Autores. ................ 27 Figura 17: Creación de un objeto 3D en Blender, Autores. .......................................................... 27 Figura 18: Creación de un entorno en Unity, Autores. .................................................................. 28 Figura 19: Algoritmos de control, autores. .................................................................................... 28 Figura 20: Pruebas de funcionamientos realizados por especialistas, Autores. ............................ 29 Figura 21: Manos y retícula focal en el entorno virtual, Autores. ................................................. 30 Figura 22: Juego de baloncesto entorno virtual, Autores. ............................................................. 30 Figura 23: Atrapa el zorro en el entorno virtual, Autores. ............................................................ 31 Figura 24: Supermercado entornovirtual, Autores. ...................................................................... 31 Figura 25: Automóvil entorno virtual, Autores. ............................................................................ 32 Figura 26: Corte de frutas entorno virtual, Autores....................................................................... 32 Figura 27: Ilusión óptica entorno virtual, Autores. ....................................................................... 33 Figura 28: Montaña rusa entorno virtual, Autores. ....................................................................... 33 Figura 29: Paciente # 1, escenario corte de frutas, Autores. ......................................................... 35 Figura 30: Paciente # 2, escenario bandera de Colombia, Autores. .............................................. 36 Figura 31: Paciente # 3, escenario automóvil, Autores. ................................................................ 36 Figura 32: Paciente # 4, escenario buscar el zorro, Autores.......................................................... 37 Figura 33: Paciente # 5, escenario baloncesto, Autores. ............................................................... 38 Figura 34: Respuesta de los pacientes de adaptación y manejo de controles, Autores. ................ 38 Figura 35: Respuesta de los pacientes de audio y visualización, Autores. .................................... 39 Figura 36: Respuesta de los pacientes de interface principal, Autores. ........................................ 39 Figura 37: Respuesta de los pacientes de desarrollo de la terapia, Autores. ................................. 40 Figura 38: Respuesta de los pacientes de nivel de inmersión y sensación, Autores. .................... 40 Figura 39: Respuesta de los pacientes de favorecimiento a la rehabilitación vestibular, Autores. 41 Figura 40: Respuesta de los pacientes nivel de satisfacción con la herramienta, Autores. ........... 41 Figura 41: Respuesta de los pacientes recomendación de la herramienta, Autores. ..................... 42 iv Índice de Tablas Tabla 1: Comparación de gafas de realidad virtual según sus características, Autores. 23 Tabla 2: Pacientes que utilizaron la herramienta, Autores. 34 v Glosario Concepto Explicación breve y detallada Desensibilización Es conocida como una técnica de modificación de la conducta consistente eliminando respuestas de ansiedad ante ciertos estímulos o situaciones fóbicos, por medio de la exposición progresiva o bien masiva a estos mismos. Estímulos Es una señal externa o interna capaz de provocar una respuesta en un organismo u célula. Propiocepción Es la capacidad que tiene nuestro cerebro de saber la posición exacta de todas las partes de nuestro cuerpo en cada momento. Dicho de otra manera, a nuestro cerebro le llegan diferentes ordenes desde las articulaciones y los músculos de la posición exacta de los mismos. Realidad Virtual Describe un conjunto de tecnologías inmersivas que buscan ubicar a los usuarios en un entorno virtual simulado por computadora. Rehabilitación Este es un proceso en el que el objetivo del paciente es recuperar la función o actividad que ha perdido debido a una enfermedad o lesión. Sistema vestibular Consiste en partes del oído interno y el cerebro, que procesan la información sensorial que está involucrada en el control del equilibrio y los movimientos oculares. Software Se refiere a un programa o conjunto de programas de computadora, así como a datos, procedimientos e instrucciones para realizar varias tareas en un sistema de computadora. Terapéutico La rama de la medicina que se ocupa de los métodos utilizados en el tratamiento de enfermedades y su aplicación. Unity Es un motor de videojuegos multiplataforma creado por Unity Technologies, diseñado con el fin de facilitar la creación de escenarios recreativos. vi Lista de Abreviaturas y Siglas Sigla /Abreviatura Significado ACV Accidente Cerebrovascular CAD Diseño Asistido Por Computadora CDP Posturas Dinámicas Computarizadas JSBM Juegos Serios Basados En Movimientos NIDCD Trastornos De Comunicación PRM Problemas Relacionados Con Medicamentos RV Rehabilitación Vestibular S&E Servicios y Equipos Biomédicos TIC Tecnologías de la Información y las Comunicaciones VR Realidad Virtual VOR El Reflejo Vestíbulo-Ocular VRT Terapia De Rehabilitación Vestibular VRBT Terapia Basada En La Realidad Virtual VPPB Vértigo Posicional Paroxístico Benigno 2D Dos Dimensiones 3D Tres Dimensiones vii Resumen Los trastornos vestibulares son problemas que afectan el equilibrio, la orientación espacial, generan vértigo y problemas visuales. Lo que forma el sistema vestibular son partes del oído interno y también del cerebro, cuando existe una lesión en el sistema vestibular se produce un desbalance en general, lo que provoca sensación de mareo, inestabilidad y desequilibrio, sintomatología que puede llegar a ser incapacitante para la persona que lo padece. Para ello es necesario comenzar con terapias de rehabilitación vestibular (VRT). La rehabilitación es una terapia que se fundamenta en la compensación vestibular, la cual se alcanza realizando ejercicios repetitivos de tipo motores. Las ausencia de terapias oportunas y personalizadas genera que la recuperación de los pacientes con estas afectaciones sean tardías y poco efectivas, debido a la ya conocida emergencia sanitaria dado por la pandemia derivada del Coronavirus (COVID-19), el acceso al servicio de salud terapéutico se ve fuertemente afectado. En consecuencia, se desarrolló una herramienta para la rehabilitación vestibular interactiva bajo la modalidad de investigación e innovación en conjunto con el grupo de investigación DIGITI y en colaboración con la empresa Servicios y Equipos Biomédicos (S&E), esta herramienta está compuesta por un visor VR (realidad virtual) y un software de desarrollo de código libre, en el cual se diseñaron e implementaron escenarios de VR, obteniendo una interfaz en primera persona, donde se asociaron los movimiento del visor VR a los movimiento de la cabeza de un usuario en el espacio virtual. Esta herramienta cuenta con escenarios de realidad virtual donde el paciente realizara diferentes actividades y ejercicios con distintos niveles de dificultad (bajo, medio y alto) enfocados en técnicas y programas de ejercicios diseñados para mejorar los síntomas de ataxia, visión borrosa y pérdida del equilibrio causados por problemas vestibulares. En estos escenarios se asocian los movimientos del paciente a los entornos virtuales replicando sus acciones. Se realizaron diferentes tipos de pruebas de funcionamiento con el acompañamiento de especialistas del “Instituto Nacional de Otología “donde se siguieron las recomendaciones de diseño y de limitaciones físico motoras, lo que permitió a los pacientes realizar los ejercicios previstos tanto de pie como sentados, además de esto se ajustan los entornos de realidad virtual a las limitaciones de espacio del consultorio, lo que permite una movilidad sin restricciones pero siguiendo las limitaciones físicas del espacio disponible. 1 1. Introducción El equilibrio depende de tres fundamentales sistemas: Sistema vestibular (oído interno) quien se encarga de la información de la posición y todos los movimientos de la cabeza en su espacio,el sistema visual encargado de ver dónde estamos y sistema propioceptivo que gracias a sus sensores en cuello, torso, articulaciones y pies nos ayuda a identificar dónde está nuestro cuerpo respecto a nuestro entorno. Cuando existe una lesión en el sistema vestibular se produce un desbalance en general, lo que provoca sensación de mareo, inestabilidad y desequilibrio, sintomatología que puede llegar a ser incapacitante para la persona que lo padece. Para ello es necesario comenzar con rehabilitación vestibular. La rehabilitación es una terapia que se fundamenta en la compensación vestibular, la cual se alcanza realizando ejercicios repetitivos de tipo motores, oculares y vestibulares que desencadenan el cuadro sintomatológico hasta que, mediante la habituación, se alcance una adaptación. Con la adaptación se logra la activación de receptores del equilibrio los cuales ayudan a un proceso de sustitución sensorial, proceso que nos ayuda a adoptar nuevas estrategias para reemplazar la función vestibular disminuida contribuyendo así a la recuperación del equilibrio (Auris Centro Medico, 2021). El desarrollo de las nuevas tecnologías propone un cambio que precisa encontrar formas de mejorar la calidad de vida de las personas, mediante el diseño y la creación de dispositivos que ayuden a los médicos a brindar una mejor atención al paciente. Dentro de una década, los exámenes médicos podrían incluir más interacciones con sensores, cámaras y escáneres robóticos que médicos, según un nuevo informe de Aruba, una compañía de Hewlett Packard Enterprise. (Ruiz, 2018). Las instalaciones médicas tienen una gran demanda por razones obvias: cada día reciben una gran cantidad de pacientes con condiciones muy especiales. Esto significa que la automatización en el cuidado de la salud se ha vuelto esencial en términos de tiempo, calidad y atención de los servicios médicos. Considerando lo expuesto, se desarrolló una herramienta de rehabilitación vestibular interactiva, compuesta por un visor VR (realidad virtual) y un software de desarrollo de código libre, en el cual se diseñaron e implementaron escenarios de VR, obteniendo una interfaz en primera persona, donde se asociaron los movimiento del visor VR a los movimiento de la cabeza de un usuario en el espacio virtual, esto acompañado de una retícula focal que le permitió ubicar el frente de su visión, así mismo se integró el uso de controles tipo Joystick para simular el movimiento de las manos lo que permitió interactuar con el entorno de VR. Por consiguiente, el usuario fue capaz de realizar una lista de ejercicios o actividades de rehabilitación vestibular, estas actividades al estar enfocadas en entornos agradables y personalizables, son más sencillas de realizar que las actividades convencionales y provocando menos cansancio, esto es significativo puesto que el principal factor para lograr buenos resultados es el compromiso del paciente con el programa de rehabilitación. 2 2. Planteamiento del problema Los trastornos vestibulares son problemas que afectan el equilibrio, la orientación espacial, generan vértigo y problemas visuales. El equilibrio se logra y se mantiene a través de un complejo sistema de control sensorial que incluye información que nos llega de los sistemas visual (visual), perceptivo (táctil) y del sistema vestibular (movimiento, equilibrio, orientación espacial) (Veda, 2021). Las terapias de rehabilitación vestibular, Utiliza ejercicios específicos para el cuerpo, la cabeza y los ojos para volver a entrenar al cerebro y así reconozca, procese las señales del sistema vestibular y las coordine con la información de las habilidades visuales y perceptivas. Cuando ocurre una lesión vestibular, la influencia relativa de los sistemas visual, vestibular y perceptivo cambia a través de la rehabilitación, se busca corregirlos utilizando mecanismos adaptativos, de habituación y alternativos. (Otero A. , 2019). Con los avances en la telemedicina y el auge de las nuevas tecnologías, surge la necesidad de mejorar y reinventar la forma en la que se rehabilitan los pacientes, haciendo estas más interactivas e inmersiva de manera que mejoren la respuesta, de los pacientes hacia las terapias de rehabilitación. 3 3. Justificación Las nuevas tecnologías que permiten experiencias virtuales inmersivas están cambiando la forma en que los pacientes se recuperan, ya que el poder cada vez mayor de los microprocesadores permite la visualización (creación de imágenes realistas a partir de modelos 3D) en gráficos de entorno en tres dimensiones, como tableros, ordenadores y aplicaciones móviles. Esto supone la necesidad de implementar diseñar y mejorar entornos, que propicien una rehabilitación más efectiva, en los que el paciente pueda interactuar de manera activa, mejorando así ́la manera en la que se rehabilita. Existen diferentes dispositivos RV para realizar rehabilitación del equilibrio, por lo que a veces puede ser difícil comparar los resultados obtenidos con cada dispositivo, pero todos coinciden en un hecho: la rehabilitación del equilibrio por RV mejora mucho la estabilidad de la mirada, lo que mejora la desensibilización de los estímulos visuales que los desorientan. En la actualidad son muy escasos los métodos de rehabilitación vestibular, en contraparte la realidad virtual supone una gran variedad de ejercicios y entornos que se pueden disponer de manera personalizada dependiendo de la afectación de los pacientes. Los pacientes que han interactuado con estos métodos encuentran que la rehabilitación de equilibrio de realidad virtual es más divertida, más simple y menos estresante, lo cual es importante porque el factor clave para lograr buenos resultados es la adherencia del paciente al programa de rehabilitación. Los pacientes tienen menos síntomas subjetivos después de la rehabilitación, tanto en términos de sensación de desequilibrio como de ansiedad. (Barona, 2019). Por lo que se desarrolló una solución tecnológica competente, que aporte al conocimiento de los sistemas de rehabilitación vestibular. Esto con el propósito de dar una utilidad académica que logre favorecer el uso a nivel investigativo y comercial de estos nuevos métodos de rehabilitación. La rehabilitación vestibular interactiva es una temática de poca profundización en Latinoamérica debido a la reciente adaptación de esta tecnología a un nivel investigativo lo que sugiere que es una buena oportunidad para la investigación y desarrollo de este proyecto. 4 4. Objetivos 4.1. Objetivo General Desarrollar e implementar una herramienta en entornos inmersos de realidad virtual, para realizar terapias interactivas a usuarios con problemas vestibulares, en entornos tridimensionales personalizables y por medio del uso de gafas de realidad virtual. 4.2. Objetivos específicos Se requiere crear una aplicación en un entorno de desarrollo de realidad virtual, que permita alcanzar los siguientes objetivos específicos: 1. Diseñar y desarrollar una interfaz de selección inmersiva, que mediante el uso de una reticular focal superpuesta en la visión, permita al paciente interactuar con el entorno. 2. Diseñar e implementar los modelos tridimensionales de los escenarios y entornos donde se realizará la rehabilitación. 3. Desarrollar e implementar diferentes rutinas de ejercicios interactivos, en las que el paciente, podrá participar de forma activa. 5 5. Marco de referencia 5.1. Antecedentes En la actualidad la medicina posee grandes avances tecnológicos que permiten entender de forma específica las necesidades de cada paciente dependiendo de su trastorno. De esta manera, los tratamientos y ejercicios de recuperación y/o rehabilitación se elaboran con mayor eficacia dado a las correctas intervenciones realizadas por estos avances. A continuación, se mostrarán las tecnologías y estudios enfocados en los pacientes con problemas en elsistema vestibular y su rehabilitación. Situación actual de la rehabilitación vestibular en Colombia, un enfoque audiológico Los mareos y los trastornos del equilibrio son los síntomas más comunes del sistema auditivo vestibular, y su función es mantener la posición de los ojos y el cuerpo en relación con los movimientos direccionales de la cabeza. Para su intervención es necesario conocer el diagnóstico, sus causas y síntomas asociados que permitan, de manera oportuna y certera, encaminar el tratamiento. En relación a lo mencionado anteriormente, en este estudio se estableció́ como objetivo describir la situación actual de la rehabilitación vestibular en Colombia, identificando, caracterizando, determinando y definiendo los perfiles, procedimientos y competencias que se deben de tener en el profesional y/o especialista en la rehabilitación vestibular. En este trabajo se realizaron investigaciones realizadas en torno al sistema vestibular y su rehabilitación. Se proponen diferentes soluciones para tratar el trastorno del equilibrio según su método diferente. Algunas de estas movilidades incluyeron fármacos, interferencia deportiva, dispositivos técnicos y accesorios deportivos. En Colombia, los resultados obtenidos demostraron las habilidades y procedimientos de algunos audiólogos en la evaluación de los trastornos vestibulares. En el estudio realizado por la Doctora Diana Gamboa y Amanda Páez desarrollaron una evaluación vestibular en pacientes con mareos y trastornos del equilibrio. La población fue de 14 adultos (18 - 83 años), con presión endolinfática elevada confirmada por electrocardiograma de hidra endolinfática positiva (delta superior al 40%). Se encontró́ que un 86% de los pacientes que fueron evaluados se asocian con enfermedad de Maniere clásica y el 14% a hidrops disociado vestibular. La presión linfática elevada en los oídos derecho e izquierdo se asocia con reflexología ante estímulos fríos, debilidad unilateral y asimetría calórica. De estos, se observó un grado de discapacidad moderado a alto por vértigo, siendo mayor el grado de discapacidad en el nivel físico menor, el grado IV. (Delgado, 2017). 6 Tratamiento rehabilitador de los trastornos del equilibrio de origen vestibular Este estudio tuvo como objetivo eliminar los síntomas y la inestabilidad para eliminar el riesgo de caídas y así permitir que el paciente retome sus actividades habituales. en el menor tiempo posible. Se realizó el análisis teniendo en cuenta cual es el nivel de la lesión, grado de déficit, las estrategias que se utilizarían para el paciente y la repercusión en su calidad de vida. Según este, existen varias alternativas para la RV, hubo ejercicios en donde los pacientes los realizaron en sus domicilios, en servicios autorizados bajo supervisión autorizada y la unión de ambos sistemas. Los resultados arrojados en dichas terapias de rehabilitación indican que los pacientes compensados son capaces de Coordinación de los movimientos de la cabeza y los ojos manteniendo el equilibrio de la mirada y la postura sin mostrar síntomas negativos a pesar de la persistencia de la asimetría del VOR (Jimenez, 2008). Juegos serios basados en movimiento para apoyar las terapias vestibulares de niños con autismo En esta revisión se muestra el análisis ante la condición de autismo y la falla en el sistema vestibular de los pacientes con ambas patologías en capacidad de infantes. En donde se explica como los niños con autismo exhiben posturas anormales como lo son la espalda arqueada o hiperextensión, aumentando así́, la falta de equilibrio, movimientos extraños con los ojos, movimientos circulares con la cabeza de forma repetitiva, el subir, bajar escaleras o caminar en terrenos irregulares les genera un tipo de dificultad mayor. Teniendo en cuenta lo anterior, se logró́ evidenciar la importancia de los juegos serios basados en el movimiento ya que permiten a los jugadores mantener una seria de actividad física mientras se juega. Este tipo de terapia ofrece beneficios clínicos en apoyo a niños con problemas neurodegenerativos. Finalmente, se concluyó́ que los trabajos relacionados con JSBM tuvieron un impacto positivo en las terapias vestibulares, cuestiones del equilibrio y postura. Estos beneficios terapéuticos incluyen mejorar las habilidades motoras, cognitivas y sociales de los niños con autismo y problemas vestibulares (Ramirez, 2016). Caracterización de la población que consulta por síntomas vertiginosos a urgencias en el Hospital Universitario Mayor – Medero La investigación citada realizó la caracterización de los pacientes con síntomas que indican problemas vestibulares y vertiginosos. Se realizaron exámenes a personas con dichos síntomas teniendo en cuenta que la patología no puede ser benigna, sino que se puede tratar de una ACV o masa cerebral. Se encontraron las causas de origen central el cual indica que el 20% de los ACV isquémicos ocurren en la fosa posterior y una parte de estos se relaciona con el vértigo. Los resultados de esta caracterización indican que fueron analizados 444 pacientes valorados por otorrinolaringología los cuales entraron por sala de urgencias o estaban hospitalizados en HUM por síntomas en relación al vértigo. La edad promedio de los 444 pacientes fue de 55 años, el mayor porcentaje está representado por mujeres en un 69%, de estas pacientes el grupo de edad con mayor 7 numero fue 71 a 75 años con 39 casos. 202 de los pacientes valorados fueron confirmados con vértigo e iniciaron terapias de rehabilitación vestigial y vestibular (Estrada, 2020). Aplicación de ejercicios de compensación laberíntica en síndromes vestibulares Este proyecto está dirigido a pacientes para el tratamiento de lesiones periféricas que afectan múltiples síndromes vestibulares, mareos, nistagmo, trastornos del equilibrio y cambios en prevenir esto, combinaron específicamente la terapia vestibular con el ejercicio compensatorio del laberinto para maximizar las recompensas vestibulares, reducir los mareos, las náuseas y los vómitos, mejorar las discapacidades secundarias como la discapacidad. dicho estudio ayudar a los a tomar conciencia de ese tipo de ejercicio, respetar sus síntomas, evitar posibles mareos, caídas y vómitos, adaptándose a sus necesidades (ver figura 1) (Salgado, 2011). Figura 1: Categorías fundamentales (P.Gomez, 2011). Estudio de casos de alteraciones auditivas y vestibulares con fármacos reportados en Bogotá En este estudio se evidencia que los déficits neurológicos bilaterales o irreversibles se encuentran entre los muchos efectos secundarios que pueden causar otros medicamentos. Ocurre debido a la degeneración celular o defecto en los tejidos del oído interno, como la cóclea y los órganos vestibulares. Provoca disfunción por el uso de fármacos ototóxicos como aminoglucósidos, agentes quimioterapéuticos (derivados del platino), diuréticos de asa, aspirina y quinina. Es importante señalar que existen factores de riesgo que pueden aumentar la exposición a fármacos ototóxicos, tales como (concentraciones del fármaco, características del paciente, uso a largo plazo, uso concomitante con otros fármacos ototóxicos) Algunos de estos medicamentos son muy efectivos, económicos y fáciles de usar sin un manejo adecuado, lo que resulta en problemas relacionados con los medicamentos (PMR), que se consideran estas situaciones. , puede aumentar la aparición 8 de esta toxicidad. Durante el consumo de drogas, puede haber consecuencias negativas asociadas con el consumo de drogas. Usado en humanos para prevenir, diagnosticar, tratar o alterar la función biológica (Perez, 2019). Diseño de arquitectura para un sistema de evaluación y diagnóstico de niños con problemas vestibulares En el curso del desarrollo una serie de problemas que afectan el desarrollo, que ara que el niño fortalezca varios aspectos de su vida y a su vez estos deben ser manejadospor expertos. Se muestra como diferentes casos de problemas vestibulares pueden afectar no solo a la infancia, sino a la vida. Diagnosticar correctamente el problema y encontrar el tratamiento adecuado de calidad. El fin de este proyecto, es realizar una variedad de pruebas de calidad para diagnosticar con precisión los problemas que un niño puede tener en relación con los problemas que han surgido y las alternativas a ellos, y mejorar la calidad de vida a través del tratamiento adecuado (Zaraza Toro, 2020). Uso de la realidad virtual en la rehabilitación de la marcha y el balance: revisión exploratoria Los avances recientes en aspectos de la vida, y subconsciente. En el ámbito la tecnología está provocando cambios dramáticos en varios aspectos de la vida y todas las actividades que tienen lugar allí́ están penetrando en la mente subconsciente. En el ámbito de la rehabilitación no se pasan por alto los cambios que ha realizado comunicación (TIC ́s), sino que se trata de un ámbito rehabilitado dispositivos eléctricos a través de la realidad virtual. El sistema puede sumergirse total y/o parcialmente en un entorno simulado de consolas comerciales para su uso. La etapa actual de la rehabilitación está ganando apoyo con los avances de la ciencia y la tecnología. La realidad virtual (RV) permite que el terapeuta pueda manipular una serie de variables necesarias para la intervención del paciente, al tiempo que incorpora características adicionales importantes para la rehabilitación que permiten mejores resultados en menos tiempo y se mide objetivamente. Terapia de exposición a la realidad virtual - Virtual realista esposare terapia. Es una tecnología terapéutica en un entorno virtual que le permite al paciente experimentar la sensación de estar en un entorno interactivo generado por computadora, lo que permite administrar el tratamiento de una manera diferente, evitando así ciertos medicamentos. (Garcia, 2017). El uso de la realidad virtual inmersiva en terapias motrices El trabajo desarrollado por el autor Jofré Rodríguez y Alvarado Fernández, se encuentra enfocado en establecer la importancia de la realidad virtual en terapias motrices. Aprovechando dicha revolución tecnológica ya que ha influenciado diferentes aspectos de los seres humanos facilitando y mejorando las tareas cotidianas. Las herramientas tecnológicas llegaron también a ayudar a los avances medicinales, las avanzadas tecnologías mencionadas generan gráficos que no solo sirven para la distracción personal sino para algo tan indispensable como la salud, desde estudios 9 tradicionales, educación médica, cirugías, diseño e impresión 3D de prótesis, hasta el tratamiento de enfermedades como los problemas vestibulares y vertiginosos (Rodriguez A. , 2018). Implementación de una aplicación de realidad virtual para el casco Oculus Rift DK2 Este informe presenta el desarrollo de una aplicación de realidad virtual que tiene como objetivo mejorar la salud de los niños que pasan largas temporadas en el hospital. Mostrando así́, las grandes oportunidades que brinda la realidad virtual no solo para los pacientes con alguna patología en especifica, sino que también, a pacientes que sin importar la razón de su estancia en un hospital tienen la oportunidad de generar una diversión segura he innovadora ya que La aplicación implementa un parque infantil virtual con diferentes tipos de columpios y zonas verdes, esta realidad virtual permite que los niños se distraigan unos minutos de su entorno. También se presenta un diseño de experimento para medir las impresiones generales de los usuarios del sistema desarrollado. El sistema se ha desarrollado con la versión DK2 del casco de realidad virtual Oculus Rift (ver figura 2) (O.Rift, 2020). Figura 2: Casco de realidad virtual Oculus Rift (O.Rift, 2020). Desarrollo de un escenario virtual para el prototipo terapéutico para la rehabilitación de la marcha en personas con Parkinson La fisioterapia y, más precisamente, la rehabilitación neurológica, concepto importante de la enfermedad de Parkinson, más precisamente, se utilizan habitualmente estrategias de arbitraje, desde la deficiencia cognitiva hasta la progresión de la función motora. Herramientas y técnicas avanzadas Como la realidad virtual para complementar intervenciones terapéuticas y promover la mejora en pacientes con Parkinson. El tratamiento se asocia con una mejor calidad de vida, por lo que es importante determinar si la realidad virtual se puede utilizar para restaurar la función motora en pacientes con Parkinson. El propósito general de este artículo es mostrar cómo se ha realizado el proyecto utilizando la realidad virtual para ayudar a tratar la enfermedad de Parkinson. Esto le permite retrasar los primeros síntomas y obtener una solución inmersiva para visualizar objetos y situaciones. Además, su rutina diaria motiva a los usuarios a continuar el tratamiento, ya que los usuarios pueden ver los 10 resultados obtenidos mientras interactúan en el mundo virtual. Por tal motivo, este documento presenta las metodologías utilizadas en el proceso de desarrollo de software, así como estudios previos realizados sobre proyectos exitosos tanto a nivel nacional como internacional. Durante el desarrollo, las interacciones en el entorno virtual son flexibles e intuitivas y, según sea necesario, el tiempo de desarrollo y las pruebas, la capacitación sobre conceptos y opciones de enfermedades, la interacción y exposición a enfermedades y los entornos virtuales. Como resultado cierta cantidad de especialistas han entrado en contacto con los creadores de este desarrollo para dichos pacientes con esta enfermedad (Chavarro M. , 2019). Realidad virtual para la rehabilitación de personas que han sufrido un ictus Este articulo tiene como fin informar, pues se estima que 1 de cada 6 personas sufrirá́ un derrame cerebral, una interrupción repentina del flujo sanguíneo al cerebro, una fractura de una arteria o vena en el cerebro o una afección que puede causar daños irreversibles en su vida. De hecho, el accidente cerebrovascular se considera como su principal causa de discapacidad en adultos y la segunda causa principal del deterioro cognitivo. Por tanto, responder eficazmente a los síntomas de la enfermedad es fundamental para minimizar los efectos de la misma. En relación con la recuperación cognitiva, los investigadores de LAM (La linfangioleiomiomatosis pulmonar) crearon una aplicación que simula compras en el supermercado utilizando el entorno de realidad virtual inmersiva. De esta forma, los pacientes demuestran capacidades cognitivas superiores (memoria, coordinación, atención) de forma placentera en su entorno cotidiano (Politecnica, 2019). Realidad virtual aplicada a la rehabilitación física En este proyecto final, se evidencia el desarrollo de un videojuego implementado en realidad virtual para rehabilitar con precisión la lesión del hombro de un paciente. El uso del sistema por parte del usuario final se realiza mediante el casco de una realidad virtual como Oculus Rift. Una herramienta que permite a los usuarios finales sumergirse en videojuegos desarrollados y realizar ejercicios de rehabilitación de lesiones de una forma cómoda y amena. Además del uso de equipos de realidad virtual, existen cámaras que toman el esqueleto del usuario final. Los usuarios finales son responsables de realizar un seguimiento de sus movimientos. Finalmente, hay un servidor responsable de ejecutar videojuegos, recopilar y procesar los movimientos del usuario final y registrar los movimientos del usuario final. Las últimas capacidades del sistema permiten a los usuarios finales recuperar con mayor comodidad y facilidad los devanados del rotor correctamente dañados. El sistema también incorpora sesiones de videojuegos desatendidas y ejecuta todo el proceso de forma automática. Un beneficio directo para el paciente es el beneficiode realizar ejercicios de rehabilitación de forma independiente, ya que no solo está supervisado por el fisioterapeuta, sino que también está puntuando los ejercicios en función de si el sistema está funcionando bien o no. Por otro lado, el paciente desarrolla los movimientos recomendados por el sistema (abducción y adición) contra la gravedad para ganar tono muscular y fuerza en la zona afectada (A.Fidalgo, 2015). 11 Plataforma de Unity para la creación de realidad virtual Unity es la plataforma líder mundial para desarrollar y reproducir contenido 3D interactivo en tiempo real. Proporciona las herramientas para crear y publicar grandes juegos en una variedad de dispositivos. La plataforma central de Unity permite que todo su equipo creativo colabore de manera más eficaz. La plataforma de desarrollo 3D en tiempo real de Unity permite a los artistas, diseñadores y desarrolladores colaborar para crear experiencias sorprendentes, interactivas y envolventes (Disponible para Windows, Mac y Linux). Para gráficos, necesita control para dar forma a la visión y poder para mover la imagen. El renderizado de Unity en tiempo real ofrece imágenes asombrosamente realistas con canales de renderizado decodificados (Unity, 2021). Revisión sobre la aplicación de la realidad virtual en la rehabilitación vestibular La nueva tecnología ofrece nuevas formas de analizar y modificar las relaciones entre los objetos y el entorno. La realidad virtual es probablemente la mejor representación. Explica Otero los fundamentos que se aplican a estas técnicas, que tienen mucho en común con el sentido del equilibrio (Otero R. , 2020). 5.2. Marco teórico Fisiología del sistema vestibular Las máculas otolíticas están ubicadas en dos órganos sensoriales verticales, el utrículo y el sáculo, y están dispuestas para detectar la aceleración o desaceleración lineal en tres planos espaciales. La estimulación más efectiva de estos receptores es la aceleración lineal resultante en el plano paralelo a la mácula, pero en menor grado se pueden excitar la gravedad y la aceleración traslacional. Además de funcionar como un acelerómetro longitudinal, a la mácula se le puede asignar una función inmune protectora laberíntica observando la abundancia de linfocitos que contiene (Marck, 2015) (ver figura 3). Figura 3: Fisiología del sistema vestibular (Marck, 2015) 12 Anatomía del aparato vestibular La anatomía vestibular representa el primer paso básico para comprender la fisiología y patología vestibular. Esto es difícil de entender debido a su tamaño y estructura 3D compleja. Aunque la anatomía no ha cambiado, los nuevos avances en la tecnología de imágenes, como los nuevos enfoques diagnósticos y terapéuticos, requieren conocimientos y están cambiando la forma en que se interpreta y muestra la patología (Arruñada D. , 2015). El equilibrio se logra a través de la información recibida de los órganos vestibulares (sonido del útero y los sacos, el tono de los canales semicirculares), los receptores táctiles en las plantas de los pies, el cuello y los órganos visuales. La corteza cerebral, el sistema cerebeloso y el centro de coordinación de los músculos cerebrales también se conocen como leucocitosis cerebelosa (Arruñada D. , 2015). El cerebelo recibe información de los núcleos vestibulares, la mayoría de los cuales terminan en el ganglio y los agujeros. Otro conjunto de proyecciones se dirigió bilateralmente a los núcleos floral y lateral, núcleos intercalados y núcleo posterior. (Binetti A. , 2015) (ver figura 4). Figura 4: Vía vestibular, conexiones y vidas reflejas (Binetti P. , 2015) Enfoque fisioterapéutico en rehabilitación vestibular El aparato vestibular periférico se encuentra en el laberinto del oído interno. El laberinto se divide en un laberinto óseo que contiene células ciliadas, que son receptores motores del sistema vestibular, y un laberinto membranoso. El laberinto está detrás de la cóclea, adyacente entre el oído medio lleno de aire y el hueso temporal en ambos lados (Valeriolimache, 2020) 13 Corteza vestibular Se puede definir La corteza vestibular como conjunto de redes neuronales situadas dentro de la corteza cerebral, en las que las neuronas son activadas por determinados estímulos de origen vestibular. Estas redes incluyen varias regiones multisensoriales distribuidas principalmente alrededor de la corteza vocal, la unión temporal parietal, el lóbulo posterior, el lóbulo parietal posterior, el lóbulo frontal, el lóbulo medio y el tronco del prosencéfalo. Otras estructuras cerebrales involucradas son el hipocampo, el hipocampo y la circunvolución. Un tipo de célula en el hipocampo. (célula de localización) está muy adaptada a la entrada vestibular, mientras que la velocidad de activación de neuronas del otro tipo de hipocampo (célula en la dirección de la cabeza) depende en gran medida de la información vestibular. A diferencia de la estimulación vestibular, se observó́ inactivación en la circunvolución del cíngulo y la circunvolución parahipocampal, y se evaluó́ mediante tomografía por emisión de positrones o estudios PET (Cuello, 2016) (ver figura 5). Figura 5: Esquema en el procesamiento cortical vestibular (Sanchez, 2016). Vértigo postural paroxístico benigno Esta es considerada como la causa más común de vértigo. Los pacientes con esta enfermedad tienen breves episodios de vértigo a medida que su postura cambia, generalmente al darse la vuelta cuando se está acostado, acostarse y/o levantarse de la cama, agacharse, enderezarse o enderezar el cuello para mirar cosas (el llamado mareo de estantería). El VPPB (vértigo posicional paroxístico benigno) puede ser causado por un traumatismo craneoencefálico, laberintitos virales u oclusión vascular o, más comúnmente, puede ser un fenómeno idiopático. La teoría popular de la etiología del VPPB es que el otolito se ha desprendido del globo o utrículo y se ha desplazado hacia el canal semicircular posterior (Derebery M. J., 2000). Neuronitis Vestibular La neuronitis vestibular se manifiesta como mareos repentinos y severos, que pueden durar varios días. Aunque las náuseas y los vómitos son comunes, no hay pérdida de audición ni otros signos neurológicos focales. Una vez que el vértigo desaparece, la inestabilidad residual puede durar 14 varias semanas y, en algunas personas, especialmente en los ancianos, puede durar varios meses. Aproximadamente el 50% de estos pacientes informan de una infección del tracto respiratorio superior varias semanas antes de la aparición de los mareos. Este síndrome se presenta en ocasiones en forma de epidemia, y puede afectar a varios miembros de una misma familia y es más común en primavera y principios de verano. Aunque estos eventos sugieren en gran medida el origen del virus, los intentos de aislar patógenos comunes no han tenido éxito (Derebery M. , 2000). Síndrome de Ménière La enfermedad de ménière es una anomalía del oído interno que puede causar mareos intensos (vértigo), pérdida de la audición y sensación de plenitud o congestión del oído. La enfermedad de ménière generalmente afecta solo un oído. Puede ocurrir a cualquier edad, pero es más probable que ocurra en adultos de entre 40 y 60 años. Según el Instituto Nacional de Sordera y Otros Trastornos de la Comunicación (INSOTC). se estima que aproximadamente a 615.000 personas se les diagnostica actualmente la enfermedad de Maniere y se diagnostican 45.500 nuevos casos cada año (NIDCD, 2010). Relación entre los trastornos por ansiedad y las alteraciones por el oído interno La ansiedad se caracteriza mentalmente por una serie de síntomas que incluyen señales relacionadas con el sistema auditivo y el equilibrio, como mareos, tinnitus e inquietud. En los lugares especializados en Psiquiatría, estos síntomas son comunes durante los ataques de ansiedad, pero también pueden ser la aparición de síntomas.Dependiendo de la frecuencia de aparición. En el contexto de la literatura mundial, este tipo de relación se ha estudiado en todos los trastornos de ansiedad y otros trastornos psiquiátricos como los trastornos de síntomas somáticos y la depresión. Un estudio portugués encontró que las personas con mareos tenían una mayor incidencia de enfermedades mentales, especialmente debido a los trastornos de ansiedad. Además, trastorno de la armonía, conducta compulsiva y depresión (Urzola, 2012). Tipos de pruebas de rehabilitación vestibular – Viso oculares Las características del movimiento ocular son la forma más directa de evaluar la estructura el sistema nervioso central que controla diferentes movimientos del cuerpo, estos independientemente del sistema vestibular periférico. Existen varios sistemas que se pueden evaluar (Fernandez, 2013). • El sistema de movimiento ocular, o sistema oculomotor ya que produce movimientos oculares rápidos denominados sacadas, puede realizar movimientos oculares únicos para mantener la visibilidad en la fóvea. • Sistema de Seguimiento, se puede usar un sistema de seguimiento para sostener un objeto en movimiento en la fóvea frente al paciente de forma continua. Estos movimientos posibilitan la visión clara y continua de objetos en movimiento. Este reflejo produce movimientos oculares que aseguran la fijación focal continua de los objetos que se mueven. • Nistagmo Optokinético o nistagmo producido mirando un objeto en movimiento con un ángulo de visión de 80-90%. Este movimiento ocular se utiliza para mantener una visión clara cuando la cabeza, la circunferencia o ambos se mueven a una velocidad constante. 15 Prueba rotatoria La prueba de rotación vestibular es un método de diagnóstico para la función vestibular dinámica, así como para el ángulo motor de la cabeza. Su propósito es estimular simétricamente los receptores sensoriales de los oídos en el canal semicircular y registrar la reflexología en sus ojos. (reflejos oftálmicos vestibulares) a través de una serie de rotaciones realizadas por una silla giratoria. Esto con el fin de distinguir las respuestas alteradas por los receptores vestibulares en el momento de haber una aceleración en el movimiento angular (Gonzales, 2018). Exploración de la función vestibular: Test de Romberg Se basa en comprobar la estabilidad del paciente teniendo los ojos cerrados, a lo largo de ambos pies en posición de pie y comprobar si puede mantener el equilibrio. Se puede realizar una acción de distracción Jendrassik para aumentar la fiabilidad de la prueba, esto puede incluir mantener la mano de la paciente presionada hacia afuera y así́ se vuelve vulnerable a las grabaciones cráneocorpográfico. Esta es una prueba estática (Garcia G. , 2010). • En caso de crisis vertiginosa, el paciente no puede mantener la bipedestación, aunque esté con los ojos abiertos y con pies muy abiertos (aumento de los límites de estabilidad). • En caso de fase más crónica, es necesario reducir los límites de estabilidad (juntar los pies) y cerrar los ojos. Test de los índices de Barany. Estudia la desviación segmentaria de los miembros superiores cuando se endereza. Se puede realizar de forma estática y dinámica (Gomes, 2018). • Estático: el paciente debe estar sentado en posición horizontal al nivel del examinador con la espalda recta. El paciente debe mantener esta posición con los brazos y los dedos extendidos y los ojos cerrados. • Dinámico: En primer lugar, es una forma de aumentar la conciencia del paciente, colocado en la misma posición que en el caso anterior, debe mover simultáneamente los brazos al mismo tiempo desde sus rodillas verticalmente hacia arriba hasta un punto especifico señalado anticipadamente 16 Test de la marcha simulada Los pacientes deben marcar los pasos y levantar las rodillas para permanecer en la zona con los ojos cerrados y los brazos rectos. Se requiere un mínimo de 80 pasos para aumentar la confiabilidad de la prueba. Los pacientes sin patología difícilmente pueden permanecer en un solo lugar. La mayoría de ellos dan algunos pasos. Esta es una prueba dinámica (Martinez, 2008). Test de Babinsky-Well Implica cerrar los ojos en un espacio amplio y dejar que el paciente camine de un lado a otro (4-5 pasos en cada dirección) con un diámetro de al menos 5 metros. Al comienzo de la prueba, los pequeños cambios en la marcha se pueden complementar recordando visualmente los alrededores. Después de unos segundos, los cambios de tamaño en el cerebelo se hacen visibles (Gamiz, 2018). Gafas de realidad virtual- Oculus Rift Oculus Rift es quizás el sistema de realidad virtual comercial más popular. Está diseñado específicamente para videojuegos u otras necesidades, y cuenta con un amplio campo de visión que brinda la mejor vista panorámica para una experiencia inmersiva virtual. También viene con controles los cuales permiten tener una interacción completa con el usuario (Ortiz, 2020) (ver figura 6). Figura 6: Oculus Rift (Garcia A. , 2019). Sistema visual La agudeza visual fisiológica binocular es de aproximadamente 120°, la visión periférica alcanza los 200°-220° sin movimiento ocular y la visión de lejos alcanza los 270°. Cuando se usa la Visión microscópica o estereoscópica, el sistema nervioso fusiona dos imágenes ligeramente diferentes en la retina. Esto le permite sentir la tridimensionalidad, la profundidad o el espacio. Se estima que las poblaciones entre 5 y 10 tienen estereoscópica insuficiente. Una simple prueba de la vista puede detectar a las personas que no pueden disfrutar adecuadamente de las películas en 3D y las gafas de realidad virtual. 17 Figura 7: Revisión sobre la aplicación de la realidad virtual (Salamanca, 2020). En la parte izquierda (ver figura 7) están las gafas de realidad virtual estilo Google Cardboard. Puede ver la diferencia entre las imágenes del ojo derecho y del ojo izquierdo. Los pacientes pueden hacer ejercicio en casa usando un teléfono inteligente equipado con un giroscopio, la imagen de la derecha (ver figura 7) es un dispositivo de rehabilitación vestibular avanzado que combina una plataforma dinámica de neuroimagen digital (DND) y una pantalla que muestra una imagen de realidad virtual tridimensional (3D) utilizando un filtro óptico de gafas polarizadas, estas se pueden utilizar con fines de diagnóstico y terapéuticos. (Otero R. , 2021). 18 5.3. Marco Legal Para el desarrollo de este proyecto, es necesario considerar las normativas que permitan el cumplimiento de los requisitos de calidad, así como las que rigen el desarrollo y comercialización de nuevos productos. tecnológicos en el área de investigación para el sector de la salud enfocado a la rehabilitación vestibular. Ley 100 De 1993 Ley N° 100 de 1993: Se establece un sistema integral de seguridad social. La seguridad social integral es un conjunto de instituciones, normas y procedimientos que se brindan a las personas y sociedades para que disfruten de una calidad de vida, mediante la adhesión gradual a los planes y programas que el Estado y la sociedad están trabajando en desarrollar para garantizar condiciones excepcionales, especialmente aquellas que afectan a la sociedad. Se incluyen las capacidades sanitarias y económicas de la población del territorio nacional, con el fin de lograr el bienestar individual y la integración comunitaria. Específicamente sobre atención médica con sistema de seguridad médica, segundo libro, cosas básicas y características del sistema. (Ley 100 de 1993, constitución política Colombia) (Chavarro L. , 2019). Decreto 1412 De 2017 “Por el cual se adiciona el título 16 a la parte 2 del libro 2 del Decreto Único Reglamentario del sector TIC, Decreto 1078 de 2015, para reglamentarse los numerales 23 y 25 del artículo 476 del Estatuto Tributario”Artículo 2.2.16.1 Contenido digital, para que un contenido sea considerado como digital, deberá cumplir con las siguientes características, sin perjuicio de otras que para el efecto determine el Ministerio de Tecnologías de la Información y las Comunicaciones: • Su valor comercial no está́ determinado por los insumos empleados para su desarrollo. • Se puede copiar, transmitir o utilizar mediante redes de telecomunicación o herramientas TIC. • Obedece a productos de información provistos en formato digital como una secuencia de unos y ceros para ser leídos por un computador y dar instrucciones al mismo, tales como software de computadores, videos, películas, música, juegos, libros electrónicos y aplicaciones. 19 6. Metodología Una vez obtenido un estado del arte, que contiene parte de los diferentes proyectos y aplicaciones sobre rehabilitación vestibular con realidad virtual a nivel global y local, se comprende de manera objetiva, las diferentes afectaciones que presentan los pacientes que padecen estas enfermedades, y cómo la tecnología está cambiando la forma en que se recuperan, estos entornos de realidad virtual, suponen una gran mejoría la hora de rehabilitar pacientes, el éxito general de los resultado en terapias de rehabilitación, dependen en el mayoría de los casos de la recurrencia y la adherencia de los pacientes a estas. La escasez en los métodos de rehabilitación vestibular seguido, del poco desarrollo en la región supone una oportunidad de investigación e innovación, que permita dar una solución tecnológica acorde a las necesidades terapéuticas de la rehabilitación vestibular. Es por esto que se propone como solución un software inmersivo e interactivo, acorde a las nuevas tecnologías, que permita solucionar la problemática prevista abordando las siguientes etapas subsiguientes para el desarrollo de la propuesta, las cuales son descritas a continuación. Etapa de adquisición de información, compone la primera etapa en donde se reunió toda la información acerca de las afectaciones vestibulares, consultando con especialistas en el campo, encontrando los diferentes ejercicios y métodos que se pueden desarrollar, esto dependiendo de las patologías más comunes que presentan los pacientes con problemas vestibulares, evaluando su efectividad físico motora y neuronal. Etapa selección de hardware, en esta etapa se evaluó y seleccionó el hardware, que mejor se acopló a las necesidades del proyecto, tomando como referencias las tecnologías descritas en el marco teórico. Etapa de desarrollo de software, en esta etapa, se reunió toda la información acerca de los entornos de desarrollo de realidad virtual, se exploraron y diseñaron entornos tridimensionales de acuerdo a las terapias que se deseaban implementaran, se plantearan las interfaces de control y traslación, además de esto se reunió todos los algoritmos de programación que permitieron la interacción del paciente con los entornos. Etapa finalización (Pruebas y resultados), en esta etapa se realizo la conexión del software y el hardware, donde se puso a prueba con el apoyo de un especialista la efectividad de los entornos interactivos y de programación, al momento de efectuar una terapia de rehabilitación. 20 6.1 Etapa de adquisición de información En esta etapa se realizó un estudio de los ejercicios de rehabilitación más comunes, los cuales tienen como objetivo principal mejorar el equilibrio del paciente, los médicos especialistas determinan cual es el ejercicio adecuado después de realizar un examen de videonistagmografía o posturografía. A continuación, se describen algunos ejercicios que se toman como referencia para realizar las actividades de los escenarios de realidad virtual. Seguimiento visual Cuando se habla de seguimiento visual se hace referencia a la capacidad de controlar correctamente los movimientos de los ojos; se mueven a la misma vez y con precisión de derecha a izquierda. Para ello, la prueba consiste en: • Se sostiene una tarjeta con texto a unos 30 cm de distancia, esto a nivel de los ojos. • Se mueve la tarjeta de texto en dirección de izquierda a derecha, arriba y abajo, y en movimientos diagonales, se mantiene la cabeza quieta y se sigue con los ojos el movimiento de la tarjeta, tratando de mantener el texto enfocado (ver figura 8). • Se repite el ejercicio de 10 a 15 veces en cada dirección. Figura 8: Ejercicio de seguimiento visual, (Clinica Barona, 2021). 21 Marcha simulada La marcha simulada se realiza sobre una misma posición simulando una caminata prolongada, donde se estimulan las habilidades motoras de los pacientes, a quienes se les solicita: • Realizar una caminata sin desplazamiento, con los ojos abiertos y realizando movimiento de cabeza en dirección izquierda a derecha y de arriba abajo. • Ejecutar el ejercicio anterior con los ojos cerrados (ver figura 9). Figura 9: Ejercicio de marcha simulada, (Clinica Barona, 2021). Equilibrio dinámico: pelota Se estimulan los reflejos y la propiocepción mediante ejercicios de equilibrio lanzando y recibiendo una pelota, para esto se le pide al paciente: • Estar de pie, con las piernas separas a una distancia similar a la de los hombros, distribuyendo de manera equilibrado el peso del cuerpo (ver figura 10). • Se requiere la colaboración de otra persona, que le lanzará al paciente una pelota grande, la debe atrapar y devolver, realizando movimientos alrededor del lanzador. 22 Figura 10: Ejercicio de equilibrio dinámico con pelota, (Clinica Barona, 2021). Carrera de obstáculos Se realiza recorridos donde se entrena la habilidad motora, propiocepción, ubicación espacial, para esto se le pide al paciente: • Disponer diferentes tipos de objetos que funcionaran como obstáculos, alrededor del suelo del lugar donde se realizará la prueba (ver figura 11), algunos de los obstáculos deberán poder ser pisados. • Llevar a cabo una caminata por un recorrido previamente establecido, tanto salvando obstáculos como esquivándolos. • Cambiar el recorrido en cada sesión. Figura 11: Ejercicio carrera de obstáculos, (Clinica Barona, 2021). 6.2 Etapa selección de hardware Se realizó una investigación comparativa sobre las diferentes tecnologías disponibles en el mercado las cuales permiten el desarrollo y ejecución de aplicaciones de realidad virtual, esto en función de sus características, requisitos y precios (ver tabla 1), esto permitió una comparación directa de dichas tecnologías, permitiendo así identificar un visor de realidad virtual que se acopla a las necesidades del proyecto, tanto a funcionalidad de hardware como de software 23 Características Oculus Quest 2 HTC Vive PlayStation VR Gear VR Start VR Pantalla OLED OLED OLED AMOLED + Smartphone Quad HD Resolución 2160×1200 píxeles 2160×1200 píxeles 1920×1080 píxeles 2560×1440 pixeles 5120×1440 píxeles Tasa de refresco 90Hz 90Hz 120 Hz 60Hz 90Hz Angulo de visión 110º 110º 100º 90º 210º Auriculares incorporados SI NO NO NO NO Micrófono incorporado SI NO SI SI NO Área de rastreo 1,5 x 3,35 m 4,5 x 4,5 m 85º de visión de la ps4 camera No tiene No se conoce (rango de la cámara que se utilice) Sensores Acelerómetro, giroscopio, magnetómetro, rastreo de posición 360º, 4 cámaras Acelerómetro, giroscopio, sensor laser de posición 360º, cámara frontal Acelerómetro, giroscopio, PlayStation Eye tracking system Acelerómetro, giroscopio, geo magnetómetro, sensor de proximidad Acelerómetro, giroscopio, magnetómetro, sensores ópticos 360º. Reconocimiento ocular Tobii Controladores Oculus Touch, Xbox One Controller Steam VR, Steam controllers y mandos compatibles con PC PlayStation 4 Controller, PlayStation Move Touchpad incluido o controladores Bluetooth compatibles con AndroidNo se conoce (se pueden añadir controles de posición al controlador) Hardware necesario No requiere PC con, 8GB of RAM, Intel i5-4590, Nvidia GeForce GTX Playstation 4 Galaxy S7, Galaxy S7 Edge, Galaxy Note 5, Galaxy Edge, y S6 Edge+ PC de alto rendimiento Inalámbrico SI NO NO SI NO Precio 300 USD 699 USD 399 USD 99 USD 320 USD Tabla 1: Comparación de gafas de realidad virtual según sus características, Autores. http://mundo-virtual.com/gafas-realidad-virtual/htc-vive-steam/ http://mundo-virtual.com/gafas-realidad-virtual/sony-playstation-vr/ http://mundo-virtual.com/gafas-realidad-virtual/samsung-gear-vr/ http://mundo-virtual.com/gafas-realidad-virtual/starbreeze-starvr/ 24 Se seleccionó el visor de realidad virtual “Oculus Quest 2” creado por Oculus (ver figura 12), una marca de Facebook. Esto debido a que es un modelo de visor de realidad virtual que no necesita de una computadora ya que cuenta con su propio sistema operativo basado en Android, este visor cuenta con dos controles de usuario “Oculus Touch Controller”, los cuales son inalámbricos y permiten la interacción con el mundo virtual. Oculus Quest 2 cuenta con una opción de desarrollador, la cual es perfecta para realizar cargar y probar aplicaciones desarrolladas en los motores de desarrollo de realidad virtual más populares del mercado. Figura 12: Visor de realidad virtual seleccionado “Oculus Quest 2”, Autores. 6.3 Etapa selección de software Se ha seleccionado como software de desarrollo “Unity” el cual es un motor de desarrollo de código libre (ver figura 13), cuenta con una serie de procesos de programación que permiten el diseño, creación y operación de un entorno interactivo., soporta la compilación diferentes plataformas en las cuales está incluido el visor de realidad virtual Oculus Quest 2, además de estos Unity puede usarse junto con Blender, 3ds Max, Maya, entre otros los cuales son programas de diseño y animación en 3D, Unity cuenta con un motor de gráficos para renderizar gráficos en 2D y 3D, y un motor de física para simular física, animación, sonido, inteligencia artificial (IA), programación o secuencias de comandos. 25 Figura 13: Software seleccionado “Unity 2021”, Autores. Para el renderizado se optó por elegir el software Blender (ver figura 14) el cual es usado especialmente para el Modelado, iluminación, renderizado, animación y creación de gráficos 3D. Además, la composición digital utiliza técnicas de botones de procedimiento, edición de video, escultura (incluida la estructura dinámica) y pintura digital. Figura 14: Software seleccionado “Blender”, Autores. 6.3 Etapa desarrollo de software Una vez fueron seleccionados el software y el hardware que se adapta a las necesidades del proyecto se procede a realizar un plan de trabajo conforme a los objetivos del presente proyecto, iniciando por el diseño y desarrollo de la interfaz del usuario, seguido de diseño y desarrollo de los entornos en los que se ejecutaran las aplicaciones, por último, se realiza los algoritmos de control de las aplicaciones y objetos en la realidad virtual. 26 Interfaz de usuario El diseño y creación de la interfaz de usuario es posible gracias a las opciones de desarrollador de Oculus, siguiendo la documentación pertinente en los foros de desarrollo y tomando como ejemplos los paquetes disponibles para desarrolladores, se obtiene una interfaz en primera persona, donde se asociaran los movimiento de las gafas a los movimiento de la cabeza en el espacio virtual acompañados de una retícula que le permite ubicar el frente de su visión, así mismo se integran los controles en la realidad virtual, esto junto con un modelo de manos (ver figura 15), asociando el movimiento de los controles al movimiento de las manos en el entorno de realidad virtual. Figura 15: Desarrollo de la interfaz, Autores. Para la traslación del usuario se usa la posición relativa de las gafas, lo que permite que al caminar en la vida real esto se replique en la realidad virtual, además de esto para no limitarse a los movimientos físicos del usuario, se asocia la traslación de la posición a una palanca de mando (ver figura 16), ubicada en uno de los controles de las gafas Oculus Quest. 27 Figura 16: Mapa de acciones de los botones de los controles Oculus Touch, Autores. Entornos tridimensionales Para la creación de los entornos se usan modelos tridimensionales diseñados en softwares de renderizado como lo Blender, o cualquier programa de CAD (diseño asistido por computadora), una vez se obtiene el modelos 3D del entorno u objeto (ver figura 17), se requiere agregar una textura o material. Estas texturas por lo general son mapas de bits, o imágenes. Figura 17: Creación de un objeto 3D en Blender, Autores. Para aplicar las leyes físicas, los objetos tridimensionales deben contener colisionadores o mallas de colisiones, esto les permite estar físicamente en el entorno de realidad virtual, además de esto a cada objeto se le pueden agregar propiedades de material, como su peso, densidad, rebote. existen librerías especiales para desarrolladores donde estos entornos prefabricados pueden ser adquiridos bajo licencia y solo deben ser configurados para usar en el entorno (ver figura 18). 28 Figura 18: Creación de un entorno en Unity, Autores. Algoritmos de control La programación de los entornos requirió que los objetos fuesen interactivos, además estos contienen colisionares llamados “Triggers o desencadenadores”, todos los objetos programables contienen etiquetas únicas mediante las cuales en los algoritmos de programación son invocados. Figura 19: Algoritmos de control, autores. Los algoritmos de control se organizan en archivos llamados “Script” donde además de realizar las opciones configuradas, se pueden configurar el control de animaciones y sonidos preestablecidos y activados por los Triggers cuando el usuario interactúe con ellos (ver figura 19). 29 7. Resultados Se realizaron diferentes tipos de pruebas de funcionamiento con el acompañamiento de especialistas del “Instituto Nacional de Otología “donde se siguieron las recomendaciones de diseño y de limitaciones físico motoras, lo que permite que cualquier paciente sin importar su edad sea capaz de realizar los ejercicios previstos tanto de pie como sentado (ver figura 20), además de esto se ajustan los entornos de realidad virtual a las limitaciones de espacio del consultorio, lo que permite una movilidad sin restricciones pero siguiendo las limitaciones físicas del espacio disponible. Figura 20: Pruebas de funcionamientos realizados por especialistas, Autores. Como resultado del desarrollo se logra obtener una interface de usuario en primera persona, la cual cuenta con una retícula focal (ver figura 21) que le permite al paciente orientarse en el entorno de realidad virtual, además de esto, como respuesta interactiva se integra el uso de los controles tipo joystick, que permiten el control y el desarrollo de las diferentes actividades predispuestas en los escenarios. Se obtuvieron 7 diferentes escenarios tridimensionales con distintos niveles de dificultad (bajo, medio y alto) enfocados en técnicas y programas de ejercicios diseñados para mejorar los síntomas de inestabilidad, visión borrosa y pérdida del equilibrio por problemas vestibulares según la gravedad de la enfermedad del paciente. En estos escenarios se asocian los movimientos del paciente a los entornos virtuales replicando sus acciones. 30 Figura 21: Manos y retícula focal en el entorno virtual, Autores. Estos entornos mencionados son: Escenario 1: el paciente debe encestar cierta cantidad de balones de baloncesto y así mismo debe recogerlos en lugares aleatorios en la escena. Esta actividad hará que el paciente genere diferentes movimientos físicos como lo son inclinarse,levantarse, estirar los brazos, saltar para encestar el balón (nivel bajo) (ver figura 22). Figura 22: Juego de baloncesto entorno virtual, Autores. Escenario 2: el paciente deberá hallar un zorro el cual se ubicará en diferentes espacios del entorno. Esto con el fin de que el examinado se someta a diferentes movimientos con su cabeza en diferentes direcciones (al frente, atrás, a la derecha, a la izquierda, arriba, abajo, a la esquina superior derecha, esquina superior izquierda, esquina inferior derecha, esquina inferior izquierda) buscando y 31 seleccionando al zorro cuando ya haya sido encontrado. Al momento de seleccionar dicho animal, este cambiara de posición inmediatamente. (nivel bajo) (ver figura 23). Figura 23: Atrapa el zorro en el entorno virtual, Autores. Escenario 3: el paciente debe buscar y tomar una serie de productos específicos de la canasta familiar, los cuales, estarán ubicados en unos estantes en los costados laterales del supermercado para garantizar los movimientos del paciente ya sea moverse de un costado al otro, inclinarse y levantarse. El examinado contará con una lista de compras exacta en donde se indica cuáles y cuantos son los productos a escoger. Posterior a esto, el paciente tendrá que llevar los productos a un carro de compras depositándolos allí. El carro de compras estará en un lugar en específico ejerciendo así movimientos físicos en el paciente. (nivel medio) (ver figura 24). Figura 24: Supermercado entorno virtual, Autores. 32 Escenario 4: el paciente debe manejar un automóvil por una pista con diferentes direcciones, utilizando herramientas como: una palanca de cambios que le permita ir hacia adelante, atrás y detenerse, un manubrio para ir hacia diferentes direcciones. Las gafas de realidad virtual permiten tener una visión de 360° con esto el paciente podrá ver la cabina del automóvil, la calle, la pista, etc. Cabe recalcar que la pista cuenta con un inicio y un final para incentivar al paciente a realizar todo el recorrido (nivel medio) (ver figura 25). Figura 25: Automóvil entorno virtual, Autores. Escenario 5: el paciente debe cortar una variedad de frutas que le serán lanzadas por la misma interfaz de forma aleatoria. El examinado deberá ejercer movimiento en sus manos y brazos para poder cortar de forma ágil y precisa, además de esto, el escenario contara con trampas, como lo son bombas, manteniendo así al paciente en un nivel alto de concentración para no detonarlas. Mientras avanza el tiempo, las frutas serán lanzadas con más rapidez (nivel medio) (ver figura 26). Figura 26: Corte de frutas entorno virtual, Autores. 33 Escenario 6: el paciente deberá ordenar cajas sobre una mesa formando la bandera de Colombia. Dichos objetos estarán distribuidos en el suelo del escenario de forma desordenada. Así mismo, el examinado debe moverse de distintas formas para agarrar las cajas. El escenario está rodeado de figuras con ilusión óptica (nivel medio) (ver figura 27). Figura 27: Ilusión óptica entorno virtual, Autores. Escenario 7: el paciente estará situado en una montaña rusa en movimiento, además debe disparar a diferentes tableros de tiro al blanco ubicados de forma aleatoria en los costados del trayecto de la montaña rusa. Se busca generar vértigo en la simulación y desequilibrio en el momento de ser accionado el disparo (nivel alto) (ver figura 28). Figura 28: Montaña rusa entorno virtual, Autores. 34 Criterios de inclusión y de exclusión de la herramienta: Los criterios de inclusión fueron personas voluntarias, institucionales o no, con o sin deterioro cognitivo leve o demencia leve. Para utilizar la consola interactiva, cada persona debe poder moverse con al menos una mano, así como ver y oír. Las personas con trastornos mentales graves o demencia avanzada fueron excluidas del estudio. Criterios de inclusión Pacientes con problemas en el sistema vestibulares como lo son: • Enfermedad de Ménière • Mareo por movimiento • Síndrome de Ramsay Hunt • Vértigo postural paroxístico benigno • Mareo postural fóbico persistente • Migraña • Neuritis vestibular • Lesión en la cabeza Criterios de exclusión Los pacientes serán excluidos del estudio si presentan: • Si es mujer embarazada • Niños menores de 13 años • Miopía severa • Astigmatismo • Hipermetropía • Epilepsia Se realizaron pruebas de funcionamiento de la herramienta de rehabilitación vestibular en el “Instituto Nacional de Otología”, se seleccionaron cinco pacientes voluntarios (ver tabla 2) que padecen problemas vestibulares, cada paciente previamente fue evaluado por el especialista para determinar qué tipo de escenario se acoplaría a sus problemas específicos. Nombre Paciente Edad Patología Escenario duración (m) José Cuevas Rojas 49 Fistula perilinfática 3 7 Clara Inés Oviedo 63 laberintitis vestibular 6 13 Heidy Corrales 15 Falta equilibrio 4 4 Juan Huertas Buitrago 81 vértigo posicional 2 15 Gilberto Díaz Amaya 55 enfermedad de Ménière 1 9 Tabla 2: Pacientes que utilizaron la herramienta, Autores. 35 El paciente José Cuevas rojas de 49 años de edad padece de Fistula Perilinfática la cual Corresponde a una patología incidental en la práctica otorrinolaringológica cotidiana. Esto puede ser de origen congénito, de inicio espontáneo o más a menudo postraumático y, a menudo, se presenta con una presentación clínica de sordera, tinnitus y vértigo. El examinado realizo con éxito el escenario 5 aclarando lo siguiente “al principio me costó realizar la prueba porque nunca había experimentado esa sensación de haber entrado al mundo de la realidad virtual” también comunica lo que sintió durante la prueba “sentí mareo al momento de cortar las frutas y esquivar las bombas ya que los movimientos eran muy bruscos, también sentí como la mirada borrosa pero cuando me quité las gafas la sensación básicamente desapareció” (ver figura 29). Figura 29: Paciente # 1, escenario corte de frutas, Autores. La paciente Clara Ines Oviedo de 63 años de edad padece de laberintitis vestibular la cual corresponde a Neuritis vestibular. El nervio se encuentra en el oído interno. Es responsable de transmitir señales de equilibrio desde el oído interno hasta el cerebro. La inflamación de cualquiera de las dos condiciones puede causar mareos repentinos. Te hace sentir como si estuvieras dando vueltas o girando. La laberintitis también puede causar pérdida temporal de la audición o zumbidos en los oídos. La examinada realizó el escenario 6 aclarando lo siguiente “sentí como si todo el cuarto del escenario se movía por completo ya que si movía mi cabeza o si me dirigía hacia las cajas, a la mesa la ilusión óptica me hacía creer que todo se estaba moviendo lo cual hizo que se dificultara el trabajo de acomodar las cajas de forma correcta” también comunica lo que sintió durante la actividad “sentí mucho mareo, veía muy borroso y el equilibrio se me vio también afectado pero mientras me iba haciendo a la idea pues ya las sensaciones se me iban disipando poco a poco” (ver figura 30). 36 Figura 30: Paciente # 2, escenario bandera de Colombia, Autores. La paciente Heidy Corrales de 15 años de edad padece de falta de equilibrio ya que Los trastornos del oído interno pueden hacer que la cabeza se sienta como si estuviera flotando o subiendo, lo que genera confusión en la vida cotidiana. La examinada realizó el escenario 4 aclarando lo siguiente “la actividad estuvo muy divertida y se me facilito manejar el carro porque las herramientas de desplazamiento son super sencillas de manipular” también comunica lo que sintió durante la actividad “sentí como si me fuera de lado porque no sentía bien mi punto de equilibrio, pero ya después me sentí mucho más cómoda y confiada, también sentí la mirada borrosa pero no sentí nada con mucha intensidad, me gustó mucho esta actividad” (ver figura 31). Figura
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