Microsoft Kinect 2.0 in der Rehabilitation

3D-Bildgebungsverfahren sind für die Haltungs- und Bewegungsanalyse immer wichtiger. Die Veröffentlichung der Kinect für Xbox One - Version 2 des von Microsoft angebotenen 3-D Sensors - bereitete den Weg für vielseitige Softwareanwendungen für Training und Rehabilitation. Die geringen Sensorkosten, die hohe örtliche Auflösung und die beleuchtungsunabhängige Infrarotmesstechnik sowie der offene Schnittstellenstandard macht die Kinect attraktiv. Zudem stellt die Kamera ein Skelettmodell mit 25 Gelenkpunkten bereit, auf das in Echtzeit die erfasste Bewegung des Probanden abgebildet wird. Um das Potential der Kamera für die optische Diagnose und kontaktlose Therapiekontrolle bei der gerätegestützten Behandlung adoleszenter Skoliose auszuloten, wurde die Genauigkeit der verbauten Time-of-Flight Kamera evaluiert. Die Genauigkeit wurde in Abhängigkeit vom Neigungswinkel a und der Entfernung d des Sensors zum Objekt untersucht. Ein starres Oberflächenmodell des Rückens dient als Referenz. Dessen Oberflächenkontur wurde mit einem Steifenlichtscanner vermessen. Die durchschnittliche Messabweichung im Vergleich zu den Referenzkoordinaten stieg bei a = 0 ° von 1,3 mm (d = 0,5 m) auf 4,4 mm (d = 2,0 m). Die maximale Messabweichung stieg von 6,7 mm (d = 0,5 m) auf 21,0 mm (d = 2,0 m). Die durchschnittliche Messunsicherheit bei d = 0,5 m betrug für a <= 20 ° 1,2 mm und bei a = 30 ° 1,9 mm. Die maximale Abweichung stieg von 6,4 mm bis a = 10 ° auf 7,2 mm bei a = 20 ° und 15,4 mm bei a = 30 °. Die Ergebnisse zeigen, dass in einem begrenzten Sichtfeld mit einem geringen Abstand zum Objekt gemessen werden muss, um die Messabweichung gering zu halten. Die Genauigkeit reicht für einfache Anwendungen in der Rehabilitationstechnik, wie die visuelle Unterstützung oder ein Compliance-Monitoring aus. Für diagnostische Anwendungen mit einer geforderten Genauigkeit unter 5 mm müssen die Kameradaten jedoch noch softwareseitig durch Filterprozesse vorverarbeitet werden.

3D imaging techniques are becoming increasingly important for posture and movement analysis. The release of the Kinect for Xbox One - version 2 of the 3 D sensor offered by Microsoft - paved the way for a variety of training and rehabilitation software. The low costs, the high spatial resolution, the lighting independent infrared measurement technology and the open interface standard makes the Kinect especially attractive. Moreover, a skeleton model with 25 joints is an integrated feature which projects the movement of the test person to the model and can be accessed in real time. To explore the potential of the camera for optical diagnosis and contactless real time monitoring in device-assisted scoliosis therapy, the accuracy of the built-in time of flight camera is evaluated. Depending on distance d and inclination a between sensor and object, the level of measurement accuracy was investigated. A rigid surface model of the back was used as reference. Its surface contour was measured by a structured-light 3D scanner. The average deviation to the reference increased at a = 0 ° from 1.3 mm (d = 0.5 m) to 4.4 mm (d = 2.0 m). The maximum deviation increased from 6.7 mm (d = 0.5 m) to 21.0 mm (d = 2.0 m). The average deviation for d = 0.5 m was 1.2 mm at a <= 20 °, at a = 30 ° it accounted for 1.9 mm. The maximum deviation increased from 6.4 mm at a = 10 ° to 7.2 mm at a = 20 ° and up to 15.4 mm at a = 30 °. The results show that the field of view has to be limited to a small distance and measurement angle in order to reduce the measurement uncertainty. The measurement accuracy is sufficient for simple applications as offering visual feedback or compliance monitoring. For diagnostic applications, with one required accuracy less than 5 mm, filtering algorithms must be supplemented to compensate the measurement inaccuracy.