Bezkontaktní sledování absolutní polohy končetiny prostřednictvím identifikace objektů v prostředí virtuální reality

Kód výsledku v IS VaVaI

<a href="https://www.isvavai.cz/riv?ss=detail&h=RIV%2F68407700%3A21460%2F22%3A00365200" target="_blank" >RIV/68407700:21460/22:00365200 - isvavai.cz</a>

Výsledek na webu

<a href="https://ista.tacr.cz/ISTA/action/UserForm_Show@PSProjectReports@1330016304/PSProjectReport_PZ/2/?actionId=hz0kc&ts=1679770912928&hash=+GfK0MdXIAXL93A3NDR0WBpw+7mmTDp0QBmkouCFuO4=&nbl=true&uselastresult=true&_browserSessionID=&lang=cs-CZ" target="_blank" >https://ista.tacr.cz/ISTA/action/UserForm_Show@PSProjectReports@1330016304/PSProjectReport_PZ/2/?actionId=hz0kc&ts=1679770912928&hash=+GfK0MdXIAXL93A3NDR0WBpw+7mmTDp0QBmkouCFuO4=&nbl=true&uselastresult=true&_browserSessionID=&lang=cs-CZ</a>

DOI - Digital Object Identifier

—

Jazyk výsledku

čeština

Název v původním jazyce

Bezkontaktní sledování absolutní polohy končetiny prostřednictvím identifikace objektů v prostředí virtuální reality

Popis výsledku v původním jazyce

Bylo realizováno prototypové softwarové a hardwarové řešení systému pro sledování koncového efektoru (resp. ruky), které demonstruje možnosti sledování absolutní polohy efektoru robota spojeného s distální částí horní končetiny pomocí komerčně dostupných zařízení určených pro sledování (tracking) ovladačů a dalších objektů v prostředí virtuální reality. Byla ověřena aplikovatelnost těchto zařízení pro sledování pohybu ruky při roboticky asistovaných rehabilitačních cvičeních určených pro pacienty s poruchami hybnosti. Vytvořené HW i SW řešení bylo preklinicky otestováno a připraveno ke klinické evaluaci v rámci klinických zkoušek (součást procesu certifikace zdravotnického prostředku).

Název v anglickém jazyce

Contactless monitoring of the absolute position of the limb through the identification of objects in a virtual reality environment

Popis výsledku anglicky

A prototype software and hardware solution of the end effector (or hand) tracking system was implemented, which demonstrates the possibilities of tracking the absolute position of the robot effector connected to the distal part of the upper limb using commercially available devices designed for tracking controllers and other objects in a virtual reality environment . The applicability of these devices for monitoring hand movement during robotically assisted rehabilitation exercises intended for patients with mobility disorders was verified. The created HW and SW solutions were preclinically tested and prepared for clinical evaluation as part of clinical trials (part of the medical device certification process).

Druh

G_funk - Funkční vzorek

CEP obor

—

OECD FORD obor

20601 - Medical engineering

Projekt

<a href="/cs/project/FW03010025" target="_blank" >FW03010025: Terapeutický rehabilitační robot řízený signály mozku</a><br>

Návaznosti

P - Projekt vyzkumu a vyvoje financovany z verejnych zdroju (s odkazem do CEP)

Rok uplatnění

2022

Kód důvěrnosti údajů

S - Úplné a pravdivé údaje o projektu nepodléhají ochraně podle zvláštních právních předpisů

Interní identifikační kód produktu

Position locator

Číselná identifikace

Neurorehabilitation robotics position locator

Technické parametry

Systém je založen na softwarové platformě OpenVR. Navržené řešení využívá zařízení Steam VR Base Station a HTC Vive Tracker. Tato zařízení jsou běžně komerčně dostupná a jsou kompatibilní s řadou dalších systémů. Předpokládá se i dopředná kompatibilita s budoucími zařízeními. Z hlediska softwaru je HTC Vive Tracker obecné zařízení („tracker“) umožňující sledování polohy a orientace ve trojrozměrném prostoru. Zařízení, pro které je systém navržen, pracují na principu zpracování a integrace hodnot z akcelerometru, gyroskopu a magnetometru, které jsou integrovány v tzv. innertial measurement unit (IMU). Data z gyroskopu a magnetometru je možné využít pro určení orientace zařízení v prostoru, zatímco data z akcelerometru je možné dvojí integrací převést na údaje o poloze zařízení. Takovéto řešení poskytuje rychlou odezvu, je však silně náchylné k akumulaci integrační chyby. Systém proto kromě IMU pracuje ještě s další sadou optických senzorů, které reagují na impulsy vysílané ze základových stanic (Stream VR Base Station), jejichž vzájemná poloha je automatickým procesem kalibrována. Z dat o zachycených impulsech je možné rekonstruovat absolutní polohu senzorů, která není ovlivněna integrační chybou, je však aktualizována s významně nižší frekvencí než informace z IMU. Systém proto používá absolutní polohu ke korekci dat z IMU a dosahuje tak dobré přesnosti a zároveň dostatečné rychlosti pro účely sledování objektů pro virtuální realitu. Součástí řešení jsou dvě části aplikace. Serverová část aplikace sleduje polohu HTC Vive Tracker a odesílá ji pomocí síťového připojení do klientské aplikace. Ta následně zobrazuje polohu koncového efektoru zařízení v 3D prostoru a poskytuje ji k plnění dalších řídících úkolů robota. Umístění základových stanic systému OpenVR bylo testy stanoveno na cca 36 cm nad horní hranou (ve svislé ose) pracovního prostoru, obě stanice jsou umístěny paralelně s vodorovnou osou z pohledu uživatele, posunuté o cca 23 cm v ose směrem do pracovního prostoru. Stanice jsou od sebe ve vodorovné ose vzdálené cca 112 cm. Toto umístění zajišťuje dobrou viditelnost trackeru, takže nedochází k jeho zakrytí uživatelem stroje. Softwarová část řešení byla rozdělena na dvě části (server, klient) z důvodu umožnění snadné výměny jedné či druhé části (např. zobrazování polohy koncového efektoru přímo v prostředí virtuální reality, či výměnou sledovacího zařízení za přesnější či modernější typ). Navržené řešení zároveň umožňuje obecné softwarové aplikaci realizující rehabilitační cvičení s využitím stroje připojit se ke sledovacímu subsystému a získávat z něj data s využitím jednoduchého a jednoznačného rozhraní. Serverová část je implementována v prostředí jazyka Python, který umožňuje velmi jednoduché a elegantní napojení na systém OpenVR, stejně jako snadnou síťovou komunikaci s klientskou částí aplikace.

Ekonomické parametry

Funkční vzorek je jedním z výchozích modulů uplatněných pro vývoj a zhotovení prototypu neurorehabilitačního robota řízeného elektrickými signály mozku, který bude východiskem pro zavedení výroby robota těchto atributů, který je zamýslšen pro uvedení na trh a do používání ve zdraviotnictví s ekonomickými efekty plánovanými v projektu FW03010025.

Kategorie aplik. výsledku dle nákladů

—

IČO vlastníka výsledku

68407700

Název vlastníka

České vysoké učení technické v Praze / Fakulta biomedicínského inženýrství

Stát vlastníka

CZ - Česká republika

Druh možnosti využití

V - Výsledek je využíván vlastníkem

Požadavek na licenční poplatek

A - Poskytovatel licence na výsledek požaduje licenční poplatek

Adresa www stránky s výsledkem

https://ista.tacr.cz/ISTA/action/UserForm_Show@PSProjectReports@1330016304/PSProjectReport_PZ/2/?actionId=hz0kc&ts=1679770912928&hash=+GfK0MdXIAXL93A3NDR0WBpw+7mmTDp0QBmkouCFuO4=&nbl=true&uselastresult=true&_browserSessionID=&lang=cs-CZ