A RGBD-Based interactive system for gaming-driven rehabilitation of upper limbs

Current physiotherapy services may not be effective or suitable for certain patients due to lack of motivation, poor adherence to exercises, insufficient supervision and feedback or, in the worst case, refusal to continue with the rehabilitation plan. This paper introduces a novel approach for rehabilitation of upper limbs through KineActiv, a platform based on Microsoft Kinect v2 and developed in Unity Engine. KineActiv proposes exergames to encourage patients to perform rehabilitation exercises prescribed by a specialist, controls the patient's performance, and corrects execution errors on the fly. KineActiv comprises a web platform where the physiotherapist can review session results, monitor patient health, and adjust rehabilitation routines. We recruited 10 patients for assessing the system usability as well as the system performance. Results show that KineActiv is a usable, enjoyable and reliable system, that does not cause any negative feelings

Sistema interactivo de realidad aumentada y gamificación para la rehabilitación y mejora física asistida en entornos no supervisados basado en cámaras RGB-D

Doctorat industrialKineActiv es un sistema que permite la rehabilitación de miembros superiores e inferiores de manera autónoma, no supervisada por un fisioterapeuta. Se ha desarrollado un entorno de realidad aumentada, usado cámaras RGB-D, implementado interfaces avanzadas de usuario y un entorno gamificado, que guía, supervisa y evalúa en tiempo real todos los movimientos del usuario. Permite la ejecución de ejercicios prescritos por un fisioterapeuta para cada paciente. Además, se presenta una adaptación del sistema inicial de rehabilitación para la mejora de la condición física de las personas de la tercera edad. Debido a la pandemia, se detectó un incremento de la degeneración física y cognitiva de las personas mayores por la inactividad y el aislamiento. KineActiv pretende que las personas mayores realicen actividades para mejorar su condición física y cognitiva y que sean autosuficientes. KineActiv, se muestra como un sistema usable y efectivo en la rehabilitación y motivación de personas mayores.KineActiv is a system that allows the rehabilitation of upper and lower limbs in an autonomous way, not supervised by a physiotherapist. An augmented reality environment has been developed, using RGB-D cameras, implementing advanced user interfaces and a gamified environment, which guides, supervises and evaluates all user movements in real time. It allows the execution of exercises prescribed by a physiotherapist for each patient. In addition, an adaptation of the initial rehabilitation system for the improvement of the physical condition of the elderly is presented. Due to the pandemic, an increase in physical and cognitive degeneration of the elderly due to inactivity and isolation was detected. KineActiv wants older people to carry out activities to improve their physical and cognitive condition and to be self-sufficient. KineActiv shows itself as a usable and effective system in the rehabilitation and motivation of the elderly.Programa de Doctorat en Informàtic

Digital health applications in rehabilitation: Adherence and motivation by gamification

Bei der Entwicklung Digitaler Gesundheitsanwendungen (DiGA) sind eine Reihe rechtlicher, finanzieller und qualitativer Rahmenbedingungen zu berücksichtigen. Hinzu kommen organisatorische und technische Anforderungen zur Einbindung einer DiGA in Versorgungsprozesse. In Rehabilitationsprozessen spielt die Therapieadhärenz der Patienten eine wesentliche Rolle. Wie bereits vergangene Studien gezeigt haben, können diese durch den Einsatz von Spiel-Design-Elementen gesteigert werden. Die Auswahl, Kombination und das Design einzelner Spiele-Komponenten wirkt jedoch oftmals unüberlegt. Das Ziel dieser Dissertation ist es, einen ganzheitlichen Ansatz zur Entwicklung und Verbesserung von DiGA für die Rehabilitation zum Zweck der Adhärenzsteigerung durch Gamification zu erstellen und in der Praxis zu erproben. Um den Realitätsbezug des Ansatzes zu sichern, wurde das Krankheitsbild der Schulterläsionen als Anwendungsbeispiel genutzt. In acht Ebenen erfolgte die systematische Entwicklung des GISMOR-Ansatzes – ‘Gamification Increasing Motivation for Rehabilitation’. GISMOR unterstützt sowohl bei der Identifikation potentieller Adhärenzfaktoren (Patientenebene) als auch bei der adäquaten auf die Zielgruppe ausgerichteten Auswahl, Kombination und Umsetzung von Spiel-Design-Elementen (Gamificationebene). Dabei legt GISMOR besonderen Wert auf die Interaktion zwischen der DiGA und dem Patienten und stellt damit nicht nur die interaktive und visuelle Gestaltung des User Interface in den Vordergrund, sondern auch die resultierende User Experience (Interaktionsebene). Darüber hinaus gibt GISMOR den rechtlichen, finanziellen und qualitativen Rahmen für die Umsetzung abrechnungsfähiger DiGA vor (Dienstleistungsebene). Für den erfolgreichen Einsatz von DiGA liefert GISMOR weiterhin Anhaltspunkte zur Einbindung dieser in Rehabilitationsprozesse (Prozessebene) sowie zur Integration in transinstitutionelle Informationssystemarchitekturen (Informationssystemebene). Über den Anwendungsleitfaden zu GISMOR wird der entwickelte Ansatz schließlich in der Praxis einsetzbar. Als eigenständiges Dokument dient der Anwendungsleitfaden Softwareentwicklern, Medizininformatikern und Gesundheitsversorgern als Handlungshilfe zur Entwicklung und Verbesserung von DiGA sowie Medizinischen Assistenzsystemen. Am Beispiel des Telerehabilitationssystems AGT-Reha konnte dabei gezeigt werden, dass GISMOR sowohl für die Analyse als auch Ausarbeitung konkreter Maßnahmen zur Verbesserung einer DiGA geeignet ist.A number of legal, financial, and qualitative constraints must be considered in developing operational and billable digital health applications (DiGA). Furthermore, there are organizational and technical requirements for integrating DiGAs into care processes. In rehabilitation processes, patients' motivation and adherence are essential factors as well. Past studies have already shown that these can be increased through the use of game design elements. However, the selection, combination, and design of game components often seems rash. The objective of this thesis is to design and evaluate a holistic approach for developing and improving DiGAs in rehabilitation for the purpose of increasing motivation and adherence through gamification. Shoulder lesions were used as a consistent application example. The systematic development of GISMOR – ‘Gamification Increasing Motivation for Rehabilitation’ – was done in eight tiers. GISMOR supports both the identification of potential adherence factors (patient tier) and the adequate selection, combination, and implementation of game design elements aligned with the target group (gamification tier). GISMOR emphasizes the interaction between a DiGA and the patient, thus focusing not only on the interactive and visual design of the user interface, but also on the resulting user experience (interaction tier). In addition, GISMOR provides a legal, financial and qualitative framework for the implementation of billable DiGAs (service tier). For the successful use of DiGAs, GISMOR continues to provide guidance on how to embed them in rehabilitation processes (process tier) and how to integrate them into transinstitutional information system architectures (information system tier). By means of the GISMOR guide for use, the developed approach will finally be applicable in practice. As a stand-alone document, the User Guide serves software developers, medical informaticians, and healthcare providers as a reference for action in the development and improvement of DiGAs and Medical Assistance Systems. Using the telerehabilitation system AGT-Reha as an example, it could be shown that GISMOR is suitable for both the analysis and the development of concrete measures for the improvement of a DiGA