Please use this identifier to cite or link to this item: https://hdl.handle.net/10216/83500
Author(s): Carlos Miguel Dias de Brito
Title: Balance Board-based System for Fall Prevention in Older Adults
Issue Date: 2015-07-22
Abstract: The increase in quality of life over the past century led to the growth of life expectancy, which turns population increasingly older. With this change, age related problems are more common. One of these problems is falls and their grave consequences. As age degrades biological elements that control body balance, falls become more frequent and more severe. Fall prevention programes usually integrate several complementary methods. One of them is exercise that improves balance in older adults, decreasing fall risk, but also strengthens the body, mitigating fall consequences. However, motivating seniors to do healthy exercises is difficult.Recent affordable motion sensing devices have been shown to bring motivation as they turn physiotherapy sessions into entertaining and engaging interactive environments. One of those, the Nintendo Wii Balance Board System (WBB), uses four pressure sensors that measure the user's center of pressure (COP) which computation has been proved to be useful in helping the therapists evaluate their patient's balance. Many of these devices were created with entertainment purposes through exergames, which are video games where the player needs to do exercise to play. When oriented to therapy, exergames can be more motivating for patients than traditional rehabilitation methods.The main objective of this dissertation is to study the relation between older adults and interactive exergames to provide a solution for their poor motivation towards regular exercise practice. In addition, the WBB capabilities are explored in order to evaluate the player's balance automatically through COP related metrics, which can help supervisors monitor patients. An alliance of game development techniques with fall-prevention exercises may motivate older adults as it combines the pleasure of playing video games with the need to promote balance.Two interactive exergames were developed. These games require using the WBB to perform exercises that are part of the main fall-prevention programs, such as Otago Exercise Programme or Fitness and Mobility Exercise (FAME), and balance assessment scales as well, such as Berg Balance Scale. While the senior plays the game, the system uses the WBB capabilities to track the COP and compute balance assessment metrics used by physiotherapists, namely the COP's mean velocity and total oscillation. This data can be further processed and COP's path, amplitude over time and frequency maps can be generated.The system was evaluated with two separate set of tests with a total of 17 volunteers, in which they had the chance to interacted with the games. Although most of them did not fully understand the games' mechanics and logic t their first attempt, all of them stated they enjoyed the experience, would like to play regularly and that the exergames motivated them to do exercise. The developed solution can hopefully lead seniors to increase the practice of physical activity and eventually decrease fall risk while providing physiotherapists a mean to monitor the evolution of balance of their patients.
Description: O aumento da qualidade de vida no século passado fez crescer a esperança média de vida que levou ao envelhecimento da populção. Com esta mudança, problemas relacionados com a idade são cada vez mais comuns. Um destes problemas são as quedas as suas graves consequências nos idosos. Como a idade deteriora sistemas biológicos que intervêm no mantimento do equilíbrio, quedas tornam-se mais frequentes e mais severas. Os programas de prevenção de quedas contém vários métodos que se complementam. Um deles é o exercício que melhora o equilíbrio em adultos mais velhos, diminuindo assim o risco de queda, assim como também o fortalecimento da massa muscular, atenuando as consequências das quedas. No entanto, é difícil motivar os idosos para praticar exercícios saudáveis de forma regular.Foi demonstrado que novos e acessíveis equipamentos que captam movimentos trazem maior motivação à fisioterapia ao introduzir ambientes descontraídos e divertidos. Um destes, a Balance Board da Nintendo Wii (WBB), usa quatro sensores de pressão que medem o centro de pressão (COP) de um utilizador e foi provado que este cálculo é útil para ajudar terapeutas a analisar o progresso de um paciente. Muitos destes aparelhos foram criados para propósitos de entretenimento, criando exergames que são jogos de vídeo em que o jogador precisa de fazer exercício para jogar. Orientados à terapia, exergames podem ser mais motivantes para os pacientes que métodos tradicionais de reabilitação para os pacientes.O principal objectivo desta dissertação é estudar a relação entre seniores e exergames interactivos de modo a proporcionar uma solução para a sua falta de motivação para a práctica regular de exercício. É também pretendido explorar as capacidades da WBB para avaliar automaticamente o equilíbrio do jogador, através de métricas relacionadas com o COP para ajudar a monitorização dos pacientes. Uma aliança entre técnicas de desenvolvimento de jogos com exercícios para a prevenção de quedas poderá motivar idosos devido à combinação entre o prazer de jogar jogos de vídeo e a necessidade de promover o equilíbrio.Dois exergames interactivos foram desenvolvidos. Estes jogos requerem o uso da WBB para realizar exercícios retirados de programas para a prevenção de quedas, como o Otago Exercise Programme ou o Fitness and Mobility Exercise (FAME), como também de escalas de avaliação do equilíbro, como a Berg Balance Scale. Enquanto os séniores jogos, o sistema usa as capacidades da WBB para seguir o COP e calcula métricas para a avaliação do equilíbrio usadas por fisioterapeutas, nomeadamente a velocidade média e oscilação total do COP. Com estes dados, é possível gerar gráficos de grande utilidade que podem ajudar terapeutas com a análise, que são o caminho, amplitude ao longo do tempo e mapa de frequência do COP.O sistem foi avaliado a duas sessões de teste com um total de 17 seniores voluntários, onde estes tiveram oportunidade de interagir com os jogos. Apesar de a maior parte deles não ter compreendido totalmente a mecânica e lógica do jogos à primeira tentativa, todos afirmram que gostaram da experiência, gostariam de jogar regularmente e que os exergames os motivam para fazer exercício. A solução desenvolvida pode encaminhar os adultos para a prática de exercício regular e potencialmente diminuir do risco de queda enquanto ao mesmo tempo oferece aos fisioterapeutas um meio para monitorizar o equilíbrio dos seus pacientes.
Subject: Engenharia electrotécnica, electrónica e informática
Electrical engineering, Electronic engineering, Information engineering
Scientific areas: Ciências da engenharia e tecnologias::Engenharia electrotécnica, electrónica e informática
Engineering and technology::Electrical engineering, Electronic engineering, Information engineering
TID identifier: 201299143
URI: https://repositorio-aberto.up.pt/handle/10216/83500
Document Type: Dissertação
Rights: openAccess
License: https://creativecommons.org/licenses/by-nc/4.0/
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