Riabilitazione e valutazione di pazienti con deficit neurologici mediante l'utilizzo di realtà virtuale, feedback aumentati, sensori inerziali e tecnologie video a basso costo.
Training and assessment of patients with neurological impairments using virtual reality, augmented feedback, inertial sensing and low cost video technology.
Creators: name: Peruzzi, Agnese <1984>
Publisher: name: Alma Mater Studiorum - Università di Bologna
Year: 2013
Subjects: ING-INF/06 Bioingegneria elettronica e informatica

description: La neuroriabilitazione è un processo attraverso cui individui affetti da patologie neurologiche mirano al conseguimento di un recupero completo o alla realizzazione del loro potenziale ottimale benessere fisico, mentale e sociale. Elementi essenziali per una riabilitazione efficace sono: una valutazione clinica da parte di un team multidisciplinare, un programma riabilitativo mirato e la valutazione dei risultati conseguiti mediante misure scientifiche e clinicamente appropriate. 
Obiettivo principale di questa tesi è stato sviluppare metodi e strumenti quantitativi per il trattamento e la valutazione motoria di pazienti neurologici. 
I trattamenti riabilitativi convenzionali richiedono a pazienti neurologici l’esecuzione di esercizi ripetitivi, diminuendo la loro motivazione. La realtà virtuale e i feedback sono in grado di coinvolgerli nel trattamento, permettendo ripetibilità e standardizzazione dei protocolli. È stato sviluppato e valutato uno strumento basato su feedback aumentati per il controllo del tronco.
Inoltre, la realtà virtuale permette l’individualizzare il trattamento in base alle esigenze del paziente. Un’applicazione virtuale per la riabilitazione del cammino è stata sviluppata e testata durante un training su pazienti di sclerosi multipla, valutandone fattibilità e accettazione e dimostrando l'efficacia del trattamento.
La valutazione quantitativa delle capacità motorie dei pazienti viene effettuata utilizzando sistemi di motion capture. Essendo il loro uso nella pratica clinica limitato, una metodologia per valutare l’oscillazione delle braccia in soggetti parkinsoniani basata su sensori inerziali è stata proposta. Questi sono piccoli, accurati e flessibili ma accumulano errori durante lunghe misurazioni. È stato affrontato questo problema e i risultati suggeriscono che, se il sensore è sul piede e le accelerazioni sono integrate iniziando dalla fase di mid stance, l’errore e le sue conseguenze nella determinazione dei parametri spaziali sono contenuti.
Infine, è stata presentata una validazione del Kinect per il tracking del cammino in ambiente virtuale. Risultati preliminari consentono di definire il campo di utilizzo del sensore in riabilitazione.
description: Neurorehabilitation is a process by which neurological individuals achieve full recovery or, when not possible, realize their optimal physical, mental and social potential. Essential components of effective motor rehabilitation process include an expert multidisciplinary assessment, a realistic goal-oriented program and the evaluation of patient’s achievements through clinically appropriate, scientifically sound outcome measures. The main aim of this thesis was to develop quantitative methods and tools for the clinical treatment and assessment of neurological patients. 
Conventional rehabilitation treatments typically require neurological patients to execute repetitive exercises, consequently limiting their engagement and motivation. Virtual reality and augmented feedback are tools which have shown to involve patients, allowing repeatability and standardization of protocols. An augmented feedback tool for trunk control was developed and evaluated. Moreover, virtual reality allows individualizing the treatment on patient’s needs gradually adapting the difficulty level to the progress. A virtual reality-based application for gait rehabilitation was developed and tested in a 6-weeks training program on multiple sclerosis subjects. Its feasibility and acceptance were evaluated and the effectiveness of treatment demonstrated. Traditionally, quantitative motor assessments have been performed using motion capture systems. Unfortunately, their effective use in clinical practice is still limited. To overcome these limitations inertial sensors have been introduced. A methodology based on their use to assess arm swing in Parkinson’s diseased is proposed. Inertial sensors, are small, accurate, flexible and portable but accumulate significant drift during long measurements. This issue has been analyzed and findings suggest that drift and its consequences in determining gait parameters can be contained if the inertial unit is placed on the foot and accelerations are integrated starting from the mid stance phase. Finally, a validation of the Microsoft Kinect in tracking gait in a virtual reality-based training is presented. Preliminary results allow defining its range of use in rehabilitation.