Immersive Virtual Reality-Based Serious Games for Therapeutic Rehabilitation

Abstract

The motor rehabilitation process is a crucial step for people who are suffering from the consequences of a stroke, to regain or improve their movements for a better quality of life. However, this process is commonly intense and involves numerous repetitions of advised exercises, which combined with the lack of immediate or short-term visible results leads to problems of motivation and interest on the part of the patient. Thus, patients rarely follow their health-care professionals' advises to perform more exercises at home between physical therapy sessions. Therefore, new solutions to motivate patients should be sought to increase their levels of commitment to their recovery. This dissertation focuses on the development of immersive virtual reality-based serious games for the upper limb rehabilitation, that pursue the same objectives of the conventional motor therapies. By exploring gamification principles and game design theories, it is intended that these therapies become more attractive while providing a playful experience to the individual. To ease the visualization of the results obtained by players, an online back-end application was built that shows the different parameters collected during games, which encode their evolution. A pilot study involving fifteen participants with different impairments was carried out to assess the usability of the proposed system. The results were overall positive, proving that such systems are indeed useful in the aid of the conventional motor rehabilitation therapies.

O processo de reabilitação motora é uma etapa fundamental para as pessoas que sofrem das consequências de um acidente vascular cerebral, recuperem ou melhorem os seus movimentos para terem uma melhor qualidade de vida. No entanto, este processo é frequentemente intenso e envolve uma elevada quantidade de repetições de exercícios aconselhados, o que combinado com a falta de resultados visíveis a curto prazo ou imediatos, conduz a problemas de motivação e de interesse por parte do paciente. Assim, os pacientes raramente seguem os conselhos dos seus profissionais de saúde em realizarem mais exercícios em casa, entre sessões de fisioterapia. Deste modo, novas soluções para motivar os pacientes devem ser procuradas de forma a aumentar os seus níveis de compromisso com as suas recuperações. O presente trabalho foca-se no desenvolvimento de jogos sérios imersivos em realidade virtual para o membro superior, que sigam os mesmos objectivos que as terapias motoras convencionais. Ao explorar princípios de gamificação e teorias de design de jogos, pretende-se que estas terapias se tornem mais atractivas, proporcionando uma experiência divertida para o individuo. Para facilitar a visualização dos resultados obtidos pelos jogadores, construiu-se uma aplicação online de backend que mostra os diferentes parâmetros recolhidos durante os jogos, que codificam a evolução dos mesmos. Um estudo piloto envolvendo quinze participantes com diferentes dificuldades, foi levado a cabo de forma a validar a usabilidade do sistema proposto. Os resultados foram globalmente positivos, mostrando que este tipo de sistemas são de facto uma mais valia para as terapias motoras convencionais.