Exergames : design, development and test of virtual reality for neuromotor rehabilitation

The aim of this thesis concerns the design, development and testing of exergames for the rehabilitation of patients with motor impairment of the upper limb caused by a stroke event. Starting from the principles at the base of the traditional occupational therapy, recovery, and from the possibility of the integrated used with an upper limb exoskeleton the main features for the design of the exergames have been derived: increasing the repetition number, task-oriented exercises during the completion of activities of daily life, creation of personalized training modules over the subjects needed, implementation of the first perspective view and creation of anatomical avatars. The developing of the four exergames, done on Unity software, started with the creation of a basic project in which has been inserted the two upper limbs, right and left, and the camera has been positioned at the eyes height to recreate the first person view. Then all the interaction between the interactive objects have been defined, visual and sound feedbacks have been inserted to keep up patient’s salience. Furthermore some parameters must be inserted to define the game environment: repetition number, location of the objects and arm side. For the testing the integration with the Xsens sensors has been created using the Robot Operating System. At the end of the work four exergames were completed and tested: Fruit salad, Coffee break, Market and Catch the ball. These will allow the insertion of virtual reality in rehabilitation sessions for upper limb motor impaired post-stroke patients.

Lo scopo di questa tesi riguarda la progettazione, lo sviluppo e la sperimentazione di exergames per la riabilitazione di pazienti con menomazioni motorie dell'arto superiore causate da un evento di ictus. Partendo dai principi alla base della terapia occupazionale tradizionale, il recupero, e dalla possibilità dell'integrato utilizzato di un esoscheletro dell'arto superiore sono state derivate le principali caratteristiche per la progettazione degli exergame: aumentare il numero di ripetizioni, esercizi di task-oriented durante il completamento delle attività della vita quotidiana, creazione di moduli di formazione personalizzati sulle materie necessarie, l'attuazione della prima visione prospettica e la creazione di avatar anatomici. Lo sviluppo dei quattro exergames, fatto sul software Unity, è iniziato con la creazione di un progetto di base in cui sono stati inseriti i due arti superiori, destro e sinistro, e la fotocamera è stata posizionata all'altezza degli occhi per ricreare la vista in prima persona. Quindi sono state definite tutte le interazioni tra gli oggetti interattivi, sono stati inseriti feedback visivi e sonori per mantenere l’attenzione del paziente. Inoltre devono essere inseriti alcuni parametri per definire l'ambiente di gioco: numero di ripetizione, posizione degli oggetti e lato braccio. Per il collaudo l'integrazione con i sensori Xsens è stata realizzata utilizzando il Robot Operating System. Alla fine sono stati completati e testati quattro exergames: Macedonia, Pausa caffè, Supermercato e Prendi la palla. Questi permetteranno l'inserimento della realtà virtuale nelle sessioni di riabilitazione per pazienti con disabilità motoria degli arti superiori post-ictus.