Tool per la riabilitazione neuropsicovisiva in pazienti pediatrici

The following thesis project aims to develop a rehabilitation tool in pediatric patients with pathologies concerning visual impairment. It has been developed in collaboration with Electronical, Informatic and Bioengineering department (DEIB) and the Infantile Neurorehabilitationo department of Macchi’s hospital in Varese. Every visual impairment has its own specific characteristics, the symptoms could be: reduced fields of vision, loss of visual field, sensitivity to intense light, inability to perceive colors or generally a visual impairment with involvement of various brain areas that, in case of image processing, collaborate with each other. We can divide visual deficits into peripheral or central origin (DVOC). It are very difficult to identify and treat as they manifest with different clinical symptoms from patient to patient depending also on the anatomical region affected by the pathology. The causes of the onset of DVOC pathologies are multiple and are generally divided into pre-natal, peri-natal and post-natal[1]. According to various studies the main cause of DVOC can be attributed to celebrating child paralysis (PCI) that affects 1 born over 500. The visual function is the main method for the achievement of informations from the world around us, a deficit during development would turn into the compromise of many basic functions such as posture and walking. So it’s really important the early recognition of this disease in order to create a personal rehabilitation process. The following thesis is the natural development of a previous thesis [2] of a tool creation for the visuo-motor rehabilitation through the performance of specific exercises. With the following work we moved on to the construction of various "games" with the aim of creating a useful, funny and personal rehabilitation course. In addition to maintaining the name of the previously designed tool, "ALBI", it was decided to continue using the same programming languages, considered more than suitable for the personalization of the various aspects of the project as well as for their independence from the various platforms and electronic devices on the market. The files that settle the project were therefore designed using various programming languages such as Javascript, HTML and CSS which are in turn connected to a NoSQL database for storing and using information and data. Since this is an online service, this would require the acquisition of personal data and the implementation of data protection guarantees according to the new European regulation EU 679/2016 or GDPR (General Data Protection Regulation) entered into force on 25 May 2018, aimed at legislating and defining the procedures to be implemented to ensure the protection of personal data kept in a database. Being now in a situation of non-use by patients, and therefore still pre-clinical, these measures have only been hypothesized but can be developed and implemented in future works that will resume this project. The structure of the Web-App is rather immediate: there are the therapist and the patients who connect with the respective credentials chosen during registration. Once connected, the therapist will have an interface with a list of all the patients registered in the application. After the therapist will be able to decide whether to assign a specific patient the task of performing an evaluation of his visual functions, see previous evaluation sessions or assign a free exercise. Visual evaluations are calculated through two simple game modes, defined as "touch" and "tracking". In the first exercise the child will have to reach and touch the target, using a touchscreen device, which will appear randomly on the screen. In the second exercise the child is required to follow with the sight and touch a single target that will move in a pre-established way by the therapist within the page. In both exercises are calculated errors. Both evaluation methods have parameters capable of modifying the difficulty and various aspects of the game (parameters decided by the therapist when assigning the exercise to the patient) such as, for example, the type of path to follow in the game called tracking and the size of the target to be hit by the patient. All data and errors are sent and stored in a database and will then be accessible to the therapist through a special section of the tool, where charts will also be available. From here the therapist can make a first evaluation of the visual deficits that the child presents and then adopt a personalized rehabilitation program. Since the two exercises mentioned above are sterile from a graphic point of view and not customizable, when there is a need for an initial evaluation of a new patient or a check-up, these exercises must be performed in the presence of the therapist that will be able to assess the child's condition objectively and immediately. The last section available to the therapist is free exercise. Inside there is a list of games available specifically designed for the rehabilitation at home of the child that can occur, therefore, with a greater frequency, in order to obtain a consistent improvement by performing certain movements with eye-hand coordination (O-M). All games have parameters that can be changed by the therapist such as speed, size, score, difficulty. There is also the possibility to upload images or personal photos of the child and incorporate them into the game to be able to stimulate and encourage the patient even more to perform the exercise at home. The games created take the names of "Fixation Shift", "Puzzle", "Memory", "Saccadici". This project still has many possibilities for future improvement such as a validation of the data collected during the execution of the exercises It is also necessary, for the purpose of future clinical use, as already mentioned, to carefully define and implement adequate data protection methods within the database.

Il seguente progetto di tesi ha lo scopo di sviluppare un tool riabilitativo in pazienti pediatrici con patologie riguardanti deficit visivi. Esso è stato sviluppato in collaborazione con il Dipartimento di Elettronica, Informazione e Bioingegneria (DEIB) e con il reparto di Neuroriabilitazione Infantile dell’Ospedale di Circolo e Fondazione Macchi di Varese. Ogni deficit visivo ha le sue specifiche caratteristiche ed ogni paziente può riportare una varietà di sintomi non indifferente che spaziano dai: campi visivi ridotti, perdita di campo visivo, sensibilità alla luce intensa, cecità notturna, incapacità di percepire i colori o generalmente una grave condizione visiva che può inficiare sulle abilità visuo-percettive-motorie con un coinvolgimento di varie aree celebrali che, in caso di elaborazione dell’immagine, collaborano tra di loro. Possiamo dividere i deficit visivi in periferici o di origine centrale ( DVOC ), a seconda del complesso anatomico colpito. Quest’ultimi risultano molto difficili da individuare e trattare in quanto si manifestano con sintomi clinici differenti da paziente a paziente a seconda anche della regione anatomica colpita dalla patologia. Le cause dell’insorgere di patologie DVOC sono molteplici e generalmente vengono suddivise in pre-natali, peri-natali e post-natali[1]. Secondo vari studi la causa principale di DVOC può essere imputata alla paralisi celebrare infantile (PCI) che colpisce un bambino su 500, dato che aumenta se comprendiamo i nati prematuri. Essendo la funzione visiva il metodo principale per la raccolta di informazioni del mondo che ci circonda, un deficit durante lo sviluppo si tramuterebbe con la compromissione di molte funzioni di base come la postura e il cammino. “Queste funzioni richiedono infatti una percezione multisensoriale unitaria e coerente di un ambiente stabile”. (Pierro, 2000) Quindi risulta di vitale importanza, vista la non esistenza di una cura definitiva e immediata, il riconoscimento precoce di tale patologia al fine di creare un processo riabilitativo personale e mirato a potenziare la funzionalità visiva del paziente evitando cosi l’insorgere di ulteriori problemi. Il seguente lavoro risulta il naturale avanzamento e sviluppo di una tesi precedente [2] atta a creare un tool di riabilitazione visuo-motoria attraverso lo svolgimento di esercizi mirati alla valutazione del danno visivo. Con il seguente lavoro si è passati alla costruzione di vari “giochi” con lo scopo di creare un percorso riabilitativo utile, divertente e personale, considerate le difficoltà di collaborazione dovute all’età dei potenziali destinatari del tool (pazienti pediatrici). Oltre a mantenere il nome del tool precedentemente ideato, “ALBI”, si è deciso di continuare ad utilizzare i medesimi linguaggi di programmazione, ritenuti più che idonei per la personalizzazione dei vari aspetti del progetto nonché per la loro indipendenza dalle varie piattaforme e dispositivi elettronici in commercio. I file che compongono il progetto sono stati quindi ideati utilizzando vari linguaggi di programmazione quali Javascript, HTML e CSS collegati a loro volta ad un database NoSQL per l’archiviazione e l’utilizzo di informazioni e dati. Trattandosi di una Web-App, è più che naturale l’utilizzo del linguaggio HTML, nato per la formattazione e impaginazione di documenti ipertestuali disponibili nel web 1.0, ma ad oggi utilizzato principalmente per il disaccoppiamento della struttura logica di una pagina web e la sua rappresentazione gestita tramite gli stili CSS[22]. Trattandosi a tutti gli effetti di un servizio on-line, ciò richiederebbe l’acquisizione dei dati personali e l’attuazione delle garanzie di protezione dei dati secondo la nuova normativa europea EU 679/2016 o GDPR (General Data Protection Regulation) entrata in vigore il 25 maggio del 2018, atta a legiferare e definire le modalità da attuare per assicurare la protezione dei dati personali custoditi all’interno di un database. Trovandoci ora in una situazione di non utilizzo da parte dei pazienti, e quindi ancora pre-clinica, tali misure sono state solo ipotizzate ma potranno essere sviluppate ed implementate in lavori futuri che riprenderanno tale progetto. La struttura della Web-App è piuttosto immediata: vi sono il terapista e i pazienti che si collegano con le rispettive credenziali scelte in fase di registrazione. Una volta collegato, il terapista avrà davanti un’interfaccia con l’elenco di tutti i pazienti registrati nell’applicativo. A questo punto il terapeuta potrà decidere se assegnare ad uno specifico paziente il compito di effettuare una valutazione delle sue funzioni visive, vedere le sessioni precedenti di valutazione oppure assegnare un esercizio libero. Le valutazioni visive vengono calcolate attraverso due modalità di gioco semplice, definite “touch” e “tracking”. Nel primo esercizio il bambino dovrà raggiungere e toccare il target, utilizzando un dispositivo touchscreen, che si presenterà in maniera casuale sullo schermo. Nel secondo esercizio è richiesto al bambino di seguire con la vista e toccare un unico target che si sposterà in maniera prestabilita dal terapeuta all’interno della pagina. In entrambi gli esercizi vengono calcolati degli errori, sia nel tempo di reazione da parte del bambino nel “colpire” l’oggetto appena comparso (touch), sia nella precisione nel mantenere il dito all’interno del target mentre segue una traiettoria stabilita (tracking). Entrambe le modalità di valutazione hanno dei parametri in grado di modificare la difficoltà e vari aspetti del gioco (parametri decisi dal terapista al momento dell’assegnazione dell’esercizio al paziente) come, per esempio, il tipo di percorso da far seguire nel gioco denominato Tracking e la dimensione del target da colpire da parte del paziente. Tutti i dati e gli errori sono inviati e memorizzati all’interno di un database e saranno poi accessibili al terapista tramite un’apposita sezione del tool, dove saranno disponibili anche dei grafici. Da qui il terapista potrà effettuare una prima valutazione dei deficit visivi che il bambino presenta e quindi adottare un percorso riabilitativo personalizzato. Essendo i due esercizi sopra menzionati sterili da un punto di vista grafico e non personalizzabili, nel momento in cui vi è la necessità di una valutazione iniziale di un nuovo paziente o di un check-up, tali esercizi devono essere eseguiti in presenza del terapeuta che potrà quindi valutare in maniera oggettiva e immediata la condizione del bambino. L’ultima sezione disponibile per il terapeuta è quella riguardante l’esercizio libero. All’interno vi è un elenco di giochi disponibili appositamente ideati per la riabilitazione a domicilio del bambino che potrà avvenire, quindi, con una frequenza maggiore, al fine di ottenere un miglioramento consistente facendo eseguire determinati movimenti con coordinazione occhio-mano (O-M) e caratterizzati anche dal coinvolgimento di specifiche aree cerebrali. Tutti i giochi hanno dei parametri modificabili dal terapista quali velocità, dimensione, punteggio, difficoltà. Vi è anche la possibilità di caricare immagini o foto personali del bambino e inglobarle nel gioco per riuscire così a stimolare e invogliare ancora di più il paziente ad eseguire l’esercizio a casa. I giochi ideati prendono i nomi di “Fixation Shift”, “Puzzle”, “Memory”, “Saccadici”. Tale progetto presenta ancora numerose possibilità di miglioramento futuro. In particolare, si vede necessaria una validazione dei dati raccolti durante l’esecuzione degli esercizi considerati, anche in relazione ai dati restituiti da sistemi simili già implementati, oltre al miglioramento di alcuni aspetti del tool per accrescere ulteriormente le possibilità di personalizzazione dei giochi. È necessario inoltre, al fine di un futuro utilizzo clinico, come già anticipato, definire attentamente ed implementare adeguate modalità di protezione dei dati presenti all’interno del database.