Computer Vision: Fysisk rehabilitering i eget hjem

Transkript

1 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 Computer Vision: Fysisk rehabilitering i eget hjem Kim Steenstrup Pedersen Datalogisk Institut, Københavns Universitet & DigiCorpus ApS 1

2 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 2

3 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 3

4 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

5 Modellering af menneskelig bevægelse: DIKU forskningsinitiativ startet i efteråret 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 5

6 Motiverende case: Interaktiv fysioterapi 6

7 Tracking: Visuel opmåling af bevægelse 7

8 Det her dur ikke hjemme hos Fru Jensen! (Markør-baseret system fra Vicon -

9 Et kamera og ingen markører hvad gør man så? 3D via stereo eller struktureret lys Point Grey Bumblebee2 stereo kamera MS Kinect sensor Asus Xtion sensor 9

10 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 = [ θ 1,,θ D ] T 10

11 Tracking: Visuel opmåling af bevægelse Dybde video I t Positur estimater Θ t t 1 t t +1 p(θ t I 1:t ) Bayesiansk filtrering Undgå jitter ved filtrering (dynamisk model) Θ t

12 Tracking: Visuel opmåling af bevægelse 12

13 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. 13

14 Motiverende case: Interaktiv fysioterapi 14

15 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. 15

16 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 16

17 DigiCorpus: Computer-assisteret fysisk træning Fra forskning til en velfærdsteknologisk løsning 17

18 DigiCorpus: Hvem er vi? Udspringer af forskning på Datalogisk Institut, Københavns Universitet Jon Sporring Datalog, Ph.D. Forskning og Udvikling Kim Steenstrup Pedersen Datalog, Ph.D. Forskning og Udvikling Claus Lorents Sørensen Cand.merc. & E-MBA Ledelse, Salg & Økonomi Vi er inds)llede på at levere en LANGSIGTET indsats i tæt samarbejde med fysioterapeuter og borgere hen imod at skabe en dynamisk vækstvirksomhed! Mission Levering af computerunderstøttet 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. 18

19 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

20 Målgrupper 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) 20

21 løsning - more with less 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. 21

22 Funktion Center Trainer Fordeler træning over flere sessioner Hjælper borger til at udføre øvelse korrekt Indgå i cirkeltræning Større hold Home Trainer Forløb med progression over flere sessioner Fys kan se antal udførte øvelser og kvalitet Patient kan registrere smerte (NRS skala) DigiCorpus Dashboard Fysioterapeut retter øvelsesforløb online. Rapporter med relevant info. Borger kan deltage på virtuelle hold og samtale med andre om hvordan det går. 22

23 Sådan bruges DigiCorpus Home Trainer 23

24 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. 24

25 Tak for jeres opmærksomhed Spørgsmål? 25