As life expectancy increases, we are witnessing continuous aging of the population and consequently an increase in age-related diseases. Also for this reason, the costs of health care and rehabilitation continue to rise, forcing hospital facilities to reduce the period of hospitalization, preventing patients from receiving proper treatment and potentially losing the motor skills acquired so far. To try to mitigate this problem, autonomous home rehabilitation has recently begun to spread, allowing patients to practice independently, reducing the workload and costs for hospitals and clinics. However, due to the absence of the therapist, several issues arise regarding the effectiveness of rehabilitation and patient safety. The aim of this research is to explore the critical aspects related to autonomous home rehabilitation and the recently proposed state-of-the-art platforms, and to develop a comprehensive system that allows patients to perform rehabilitation safely and effectively in full autonomy. In the project presented here, particular attention has been paid to the long-term motivation of the patient, with the implementation of exer-games, i.e., exercise through video-games, and other game design techniques, such as the dynamic adjustment of the difficulty. A platform dedicated to therapists is available, giving them all the tools they need to manage their patients, such as the possibility to schedule customized exercises and review the exercises performed. In addition, we have also explored how new mixed reality technologies could be used in rehabilitation and integrated into home rehabilitation platforms. We conclude with the preliminary results of two pilot studies in which 13 patients affected by multiple sclerosis and 24 healthy elderly participated. These tests have demonstrated the goodness and usability of the platform developed, but also the need for further trials with a larger number of patients to validate the proposed solutions and their long-term effectiveness.

Con l'aumento dell'aspettativa di vita, stiamo assistendo a un continuo invecchiamento della popolazione e, di conseguenza, a un aumento delle patologie legate all'età. Anche per questo motivo, i costi della sanità e della riabilitazione sono in continuo aumento, costringendo le strutture ospedaliere a ridurre la durata della degenza, precludendo ai pazienti la possibilità di ricevere cure adeguate e potenzialmente perdendo le capacità motorie acquisite fino a quel momento. Per cercare di mitigare questo problema, la riabilitazione domiciliare autonoma ha recentemente iniziato a diffondersi, permettendo ai pazienti di esercitarsi in modo indipendente, riducendo il carico di lavoro e i costi per ospedali e cliniche. Tuttavia, a causa dell'assenza del terapeuta, sorgono diverse questioni relative all'efficacia della riabilitazione e alla sicurezza del paziente. Lo scopo di questa ricerca è di esplorare gli aspetti critici legati alla riabilitazione autonoma e alle piattaforme recentemente proposte in letteratura, e di sviluppare un sistema esaustivo che permetta ai pazienti di sottoporsi alla riabilitazione in modo sicuro ed efficace in piena autonomia. Nel progetto qui presentato, particolare attenzione è stata posta alla motivazione a lungo termine del paziente, con la realizzazione di exer-games, ossia esercizio fisico attraverso i videogiochi, e altre tecniche di game design, come l'adattamento dinamico della difficoltà. E' disponibile anche una piattaforma dedicata ai terapisti, che fornisce loro tutti gli strumenti necessari per gestire i pazienti, come la possibilità di programmare esercizi personalizzati e di rivedere gli esercizi eseguiti. Abbiamo inoltre esplorato come le nuove tecnologie di realtà mista possano essere utilizzate in riabilitazione e integrate nelle piattaforme di riabilitazione domiciliare. Concludiamo con i risultati preliminari di due studi pilota ai quali hanno partecipato 13 pazienti affetti da sclerosi multipla e 24 anziani sani. Questi test hanno dimostrato la bontà e l'usabilità della piattaforma, ma anche la necessità di ulteriori studi con un numero maggiore di pazienti per convalidare le soluzioni proposte e la loro efficacia a lungo termine.

DESIGN AND DEVELOPMENT OF AN ADVANCED EXER-GAME BASED AUTONOMOUS HOME REHABILITATION PLATFORM / M. Pezzera ; supervisor: N. A. Borghese ; coordinator: P. Boldi. - : . Dipartimento di Informatica Giovanni Degli Antoni, 2021 Mar 22. ((33. ciclo, Anno Accademico 2020. [10.13130/pezzera-manuel_phd2021-03-22].

DESIGN AND DEVELOPMENT OF AN ADVANCED EXER-GAME BASED AUTONOMOUS HOME REHABILITATION PLATFORM

M. Pezzera
2021-03-22

Abstract

Con l'aumento dell'aspettativa di vita, stiamo assistendo a un continuo invecchiamento della popolazione e, di conseguenza, a un aumento delle patologie legate all'età. Anche per questo motivo, i costi della sanità e della riabilitazione sono in continuo aumento, costringendo le strutture ospedaliere a ridurre la durata della degenza, precludendo ai pazienti la possibilità di ricevere cure adeguate e potenzialmente perdendo le capacità motorie acquisite fino a quel momento. Per cercare di mitigare questo problema, la riabilitazione domiciliare autonoma ha recentemente iniziato a diffondersi, permettendo ai pazienti di esercitarsi in modo indipendente, riducendo il carico di lavoro e i costi per ospedali e cliniche. Tuttavia, a causa dell'assenza del terapeuta, sorgono diverse questioni relative all'efficacia della riabilitazione e alla sicurezza del paziente. Lo scopo di questa ricerca è di esplorare gli aspetti critici legati alla riabilitazione autonoma e alle piattaforme recentemente proposte in letteratura, e di sviluppare un sistema esaustivo che permetta ai pazienti di sottoporsi alla riabilitazione in modo sicuro ed efficace in piena autonomia. Nel progetto qui presentato, particolare attenzione è stata posta alla motivazione a lungo termine del paziente, con la realizzazione di exer-games, ossia esercizio fisico attraverso i videogiochi, e altre tecniche di game design, come l'adattamento dinamico della difficoltà. E' disponibile anche una piattaforma dedicata ai terapisti, che fornisce loro tutti gli strumenti necessari per gestire i pazienti, come la possibilità di programmare esercizi personalizzati e di rivedere gli esercizi eseguiti. Abbiamo inoltre esplorato come le nuove tecnologie di realtà mista possano essere utilizzate in riabilitazione e integrate nelle piattaforme di riabilitazione domiciliare. Concludiamo con i risultati preliminari di due studi pilota ai quali hanno partecipato 13 pazienti affetti da sclerosi multipla e 24 anziani sani. Questi test hanno dimostrato la bontà e l'usabilità della piattaforma, ma anche la necessità di ulteriori studi con un numero maggiore di pazienti per convalidare le soluzioni proposte e la loro efficacia a lungo termine.
BORGHESE, NUNZIO ALBERTO
BORGHESE, NUNZIO ALBERTO
BOLDI, PAOLO
As life expectancy increases, we are witnessing continuous aging of the population and consequently an increase in age-related diseases. Also for this reason, the costs of health care and rehabilitation continue to rise, forcing hospital facilities to reduce the period of hospitalization, preventing patients from receiving proper treatment and potentially losing the motor skills acquired so far. To try to mitigate this problem, autonomous home rehabilitation has recently begun to spread, allowing patients to practice independently, reducing the workload and costs for hospitals and clinics. However, due to the absence of the therapist, several issues arise regarding the effectiveness of rehabilitation and patient safety. The aim of this research is to explore the critical aspects related to autonomous home rehabilitation and the recently proposed state-of-the-art platforms, and to develop a comprehensive system that allows patients to perform rehabilitation safely and effectively in full autonomy. In the project presented here, particular attention has been paid to the long-term motivation of the patient, with the implementation of exer-games, i.e., exercise through video-games, and other game design techniques, such as the dynamic adjustment of the difficulty. A platform dedicated to therapists is available, giving them all the tools they need to manage their patients, such as the possibility to schedule customized exercises and review the exercises performed. In addition, we have also explored how new mixed reality technologies could be used in rehabilitation and integrated into home rehabilitation platforms. We conclude with the preliminary results of two pilot studies in which 13 patients affected by multiple sclerosis and 24 healthy elderly participated. These tests have demonstrated the goodness and usability of the platform developed, but also the need for further trials with a larger number of patients to validate the proposed solutions and their long-term effectiveness.
exer-games; serious games; home rehabilitation
Settore INF/01 - Informatica
DESIGN AND DEVELOPMENT OF AN ADVANCED EXER-GAME BASED AUTONOMOUS HOME REHABILITATION PLATFORM / M. Pezzera ; supervisor: N. A. Borghese ; coordinator: P. Boldi. - : . Dipartimento di Informatica Giovanni Degli Antoni, 2021 Mar 22. ((33. ciclo, Anno Accademico 2020. [10.13130/pezzera-manuel_phd2021-03-22].
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