gms | German Medical Science

Bei myofunktionellen Störungen zeigt sich eine inadäquate Koordinationsfähigkeit besonders der Zunge, die sich klinisch sowohl in der Willkürmotorik, beim Schlucken, als auch beim Sprechen zeigen kann. Häufig handelt es sich hierbei um Entwicklungsstörungen des frühen Kindesalters, die über Jahre persistieren können. Seltener treten derartige Störungen aber auch bei Jugendlichen und Erwachsenen auf. Therapeutisch sind unterschiedliche Übungskonzepte verfügbar (Übersicht vgl. [1]), im Rahmen derer neben muskulären Kraft- und Präzisionsaufgaben, imitatorische Elemente und taktile Hilfen Verwendung finden. Insbesondere für Kinder ist es oftmals schwierig, die therapeutisch geforderte Motivation, Aufmerksamkeit und Ausdauerfähigkeit aufrecht zu erhalten. Für die Therapeuten ist es andererseits schwierig, die Bewegungsabläufe ihrer Patienten ausreichend zu erfassen. Eine mögliche neue Perspektive sehen die Autoren in der Anwendung multimedialer Visualisierungstools, die bei geeigneter Plattform-Auswahl ubiquitär einsetzbar wären. Es war daher Ziel des hier vorgestellten Projekts, ein zungengesteuertes opto-palatographisches Serious Game zu entwickeln, das für den Patienten eine visuell ansprechende und den Spieltrieb motivierende Bildschirmaktivität anbietet und das dem Therapeuten per Umschaltung zur Expertenansicht ermöglicht, die messtechnisch erfasste Zungenkonfiguration zu kontrollieren.

Das opto-palatographische Serious Game wurde als Biofeedback-Verfahren entwickelt. Es setzt sich aus den Komponenten Signalaufnahme per Gaumenplatte [2], Berechnung eines 2D-Animationsmodells und aus zwei Visualisierungstools zusammen.

Zur Anwendung des Serious Games trägt der Übende eine individuell angepasste dünne Gaumenplatte (≤0,5 mm), die entlang der Mittellinie mit fünf optischen Abstandssensoren, jeweils bestehend aus einer Infrarot-LED und einem Phototransistor, bestückt ist. Während der Messung senden die LEDs nacheinander einen Strahl Infrarotlicht aus, der von der getroffenen Zungenoberfläche reflektiert wird. Der zugehörige Phototransistor wandelt das reflektierte Infrarotlicht mittels Detektorschaltung in eine Spannung um, die mit der Intensität und damit mit dem Abstand der reflektierenden Zungenoberfläche variiert. Der bisher entwickelte Prototyp arbeitet mit einer Frame-Rate von 100 Hz, was für eine Echtzeiterfassung ausreicht. In der von uns entwickelten Software werden die im Bereich des harten Gaumens gemessenen Signale durch Anwendung von linearen Prädiktionsberechnungen zusätzlich so erweitert [3], dass auch Informationen über den hinteren Zungenabschnitt generiert werden können und die Lippenstellung visualisiert werden kann. In dem als Therapeutenansicht oder Expertenansicht bezeichneten Visualisierungstool wird ein 2D-Echtzeit-Feedback des oberen Vokaltraktes abgebildet (vgl. Abbildung 1 [Abb. 1]). Das Spiel wurde mit dem Frameworks wxWidgets 2.8 in der Programmiersprache C++ entwickelt.

Die eigentliche Spieloberfläche des Serious Games ist als sogenanntes Kipp-O-Meter konzipiert (vgl. Abbildung 2 [Abb. 2]). Der Bildschirm zeigt ein auf einem Boot befindliches Strichmännchen auf See. Nach Spielstart beginnt sich das Boot zu neigen und zu kentern. Durch dramatische Mimik und Gestik des Männchens und durch Verfärbungen eines Farbbalkens von grün über gelb zu rot wird eine Korrekturbewegung des Patienten initiiert. Neigt sich das Boot nach links soll die Zunge z.B. den alveolaren Sensor aktivieren, indem sie eine Artikulationsbewegung wie bei Bildung des /t/-Lautes vollzieht. Kippt das Boot nach rechts soll bspw. eine Artikulationsbewegung wie bei der /k/-Lautbildung erfolgen. Der Spielverlauf kann sowohl im Geschicklichkeitsmodus als auch im Ausdauermodus erfolgen. Während im ersteren schnelle gezielte Zungenbewegungen geübt werden können, ist es im Ausdauermodus möglich eingenommene Zungenpositionen über definierte Zeitfenster zu halten. Die wählbaren Zeiträume können für gegensätzliche Zungenpositionen unabhängig voneinander festgelegt werden.

Durch eine Synthese von Messtechnik, Modellierung und Serious Game Konzeption, ist es gelungen, ein Echtzeit-Biofeedback-Spiel zu entwickeln, das nun klinisch eingesetzt werden kann, um die Präzision und die Ausdauerfunktion der Zunge bei Patienten mit myofunktionellen Störungen zu trainieren. Voraussetzung hierfür ist die individuelle Anpassung einer Gaumenplatte, die mit optischen Sensoren ausgestattet ist. Durch Entwicklung der Expertenansicht des Games ist es den Therapeuten möglich, die Zungenbewegungen ihrer Patienten zu kontrollieren, um die Übungsinhalte jeweils an die erreichten Trainingserfolge der Patienten adaptieren zu könnnen.

Bei dem im Beitrag vorgestellten opto-palatographischen Serious Game handelt es sich um einen Prototyp. Es ist die Aufgabe künftiger Pilotstudien, die Einsatzfähigkeit dieses Games systematisch zu evaluieren und geeigneten Altersgruppen zuzuweisen. Dabei zu bewerten wäre u.a. die Gebrauchstauglichkeit der Hard- und Software sowie die Benutzerfreundlichkeit der Spieloberfläche und der Expertenansicht. Weitere Fragen ergeben sich dahingehend, ob die bereits implementierten Übungsinhalte ausreichen oder Erweiterungen notwendig bzw. wünschenswert wären. So könnte auch die Implementierung alternativer Bild-Szenen zum Training bereits verfügbarer Übungen zur Verbesserung der Therapiemotivation beitragen. Eine noch nicht mögliche Simultandarstellung des Kipp-O-Meters und der Expertenansicht auf getrennten Bildschirmen (Spielansicht für den Patienten, kombinierte Ansicht für den Therapeuten) könnte als zukünftige Option angestrebt werden. Außerdem wird derzeit an der Entwicklung kostengünstigerer Alternativen zu den derzeitigen Gaumenplatten gearbeitet.

Das Serious Game ist nun einsetzbar, um seine therapeutische Wirksamkeit zur Unterstützung mundmotorischer Übungen zeitnah zu erproben.