CONCEPTION ET VALIDATION D'UN JEU SÉRIEUX POUR LA LA RÉÉDUCATION ET LE SUIVI DES PERSONNES ATTEINTES MALADIE DE PARKINSON

DESIGN AND VALIDATION OF A SERIOUS GAME FOR REHABILITATION AND MONITORING OF INDIVIDUALS WITH PARKINSON'S DISEASE

• Auteur / Autrice : Luanne Cardoso mendes
• Direction : Yann Morere, Adriano De oliveira andrade, Guy Bourhis
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Automatique, Traitement du signal et des images, Génie informatique
• Date : Soutenance en 2024
• Etablissement(s) : Université de Lorraine en cotutelle avec Université Fédérale d'Uberlândia
• Ecole(s) doctorale(s) : IAEM - INFORMATIQUE - AUTOMATIQUE - ELECTRONIQUE - ELECTROTECHNIQUE - MATHEMATIQUES
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : LCOMS - Laboratoire de Conception, Optimisation et Modélisation des Systèmes
• Jury : Président / Présidente : Thiago Ribeiro teles dos santos
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Yann Morere, François Cabestaing, Guy Bourhis, Céline Jost, Adriano De oliveira andrade, Steffen Walter
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : François Cabestaing, Steffen Walter

Mots clés

Mots clés libres

Maladie de Parkinson

Bradykinésie

Tremblements

Évaluation objective

Jeu sérieux

Parkinson's disease

Bradykinesia

Tremor

Objective evaluation

Serious game

Résumé

Introduction : La maladie de Parkinson (MP) provoque la bradykinésie et les tremblements. L'échelle clinique MDS-UPDRS est la plus largement utilisée pour évaluer ces deux symptômes. Toutefois, ce type d'évaluation présente des limites, telles que la subjectivité. Ce problème peut être surmonté grâce à l'utilisation de capteurs inertiels pour la mesure objective des mouvements. Objectifs : Développer un jeu sérieux aux personnes atteintes de la MP et, en utilisant les signaux enregistrés, évaluer objectivement la bradykinésie et les tremblements. Méthodes : Une revue de la littérature a été réalisée pour identifier les technologies existantes liées aux jeux. Ensuite, un questionnaire a été élaboré pour évaluer les aspects multidimensionnels des patients et guider le développement du jeu. Ainsi, un jeu sérieux composé de 4 phases sur les abeilles (RehaBEElitation), a été conçu dans Unity 3D. L'utilisateur doit contrôler les mouvements d'une abeille dans un environnement 3D. Quinze personnes atteintes de la MP et 15 personnes saines ont interagi avec le jeu, constituant respectivement le groupe expérimental (GE) et le groupe de contrôle (GC), avec des âges et des sexes appariés. Les données ont été collectées dans les états ON et OFF du médicament pour le GE. La facilité d'utilisation du jeu a été évaluée à l'aide de l'heuristique de Nielsen-Shneiderman et de questionnaires d'évaluation et entretien semi-structuré ; et l'accessibilité, en utilisant les scores des joueurs dans chaque phase. La bradykinésie a été évaluée en détectant la tendance des signaux du gyroscope à l'aide de l'analyse du spectre singulier (SSA). Le temps de réponse (TR) et la vitesse angulaire (VA) des participants ont été estimés. Les tremblements ont été détectés en supprimant la tendance du signal original et évalués en estimant la valeur absolue moyenne (MAV), la valeur quadratique moyenne (RMS) et la densité spectrale de puissance (PSD) des signaux du gyroscope. Dans l'évaluation de la facilité d'utilisation du jeu, le test t à échantillons appariés et le test de Wilcoxon ont été utilisés. Lors de l'évaluation de l'accessibilité du jeu et de la bradykinésie, l'analyse de variance à sens unique (ANOVA), le test t avec correction de Bonferroni, le test de Kruskal-Wallis et le test de Wilcoxon avec correction de Bonferroni ont été utilisés. Résultats : L'évaluation heuristique a pris en compte les 14 heuristiques proposées par Shneiderman. Les questionnaires et l'entretien semi-structuré ont également contribué à améliorer la convivialité du jeu. L'évaluation de l'accessibilité n'a révélé aucune différence statistiquement significative (p<0,05) entre les groupes, à l'exception du groupe sain et du groupe PD dans les deux états de médication au cours de la phase 3. Sur la bradykinésie, des différences significatives ont été constatées entre les groupes pour toutes les comparaisons (p<0,05). Dans la plupart des phases, les participants du GC ont obtenu les meilleurs résultats pour le TR et la VA, suivis par le GE à l'état ON et le GE à l'état OFF. Sur le tremblement, la probabilité que les fréquences maximales des signaux GE-OFF se situent dans la plage de fréquences du tremblement parkinsonien (4-7 Hz) était plus élevée que pour le GE-ON, qui à son tour était plus élevé que pour le GC. Pour la MAV et la RMS, la probabilité que la distribution ait un aspect bimodal, qui représente la présence d'un tremblement de la MP, était plus élevée pour le GE dans les états ON et OFF que pour le GC. Le GE-OFF avait la plus forte probabilité d'avoir le pic de puissance le plus élevé dans le signal que les autres groupes. La MAV et la RMS ont montré une forte corrélation avec le MDS-UPDRS. Conclusion : Le jeu sérieux est un outil alternatif pour évaluer les principaux symptômes moteurs de la MP de manière objective et divertissante. En général, les participants du GE dans l'état OFF ont montré une bradykinésie et des tremblements plus prononcés que dans l'état ON.

Introduction: Parkinson's disease (PD) causes bradykinesia and tremor. The MDS-UPDRS clinical scale is the most widely used to assess these two symptoms. However, this type of assessment has its limitations, such as subjectivity. This problem can be overcome by using inertial sensors for the objective measurement of movements. Objectives: To develop a serious game for people with PD and, using the recorded signals, objectively assess bradykinesia and tremor. Methods: A literature review was carried out to identify existing game-related technologies. A questionnaire was then developed to assess the multidimensional aspects of the patients and guide the development of the game. A serious game consisting of 4 phases on bees (RehaBEElitation) was designed in Unity 3D. The user must control the movements of a bee in a 3D environment. Fifteen people with PD and 15 healthy people interacted with the game, constituting the experimental group (EG) and the control group (CG), respectively, with matched ages and sexes. Data was collected in the ON and OFF states of the medication for the EG. Game usability was assessed using the Nielsen-Shneiderman heuristic, evaluation questionnaires, and semi-structured interviews; accessibility was assessed using player scores in each phase. Bradykinesia was assessed by detecting the trend of gyroscope signals using singular spectrum analysis (SSA). Participants' response time (RT) and angular velocity (AV) were estimated. Tremor was detected by removing the trend from the original signal and evaluated by estimating the mean absolute value (MAV), root mean square value (RMS), and power spectral density (PSD) of the gyroscope signals. To assess the usability of the game, the paired sample t-test and the Wilcoxon test were used. To assess game accessibility and bradykinesia, one-way analysis of variance (ANOVA), a t-test with Bonferroni correction, a Kruskal-Wallis test, and a Wilcoxon test with Bonferroni correction were used. Results: The heuristic evaluation took into account the 14 heuristics proposed by Shneiderman. Questionnaires and semi-structured interviews also helped to improve the game's usability. The accessibility assessment revealed no statistically significant differences (p<0.05) between the groups, with the exception of the healthy group and the PD group in the two medication states during phase 3. On bradykinesia, significant differences were found between groups for all comparisons (p<0.05). In most phases, GC participants performed best on RT and AV, followed by GE-ON and GE-OFF. On tremor, the probability that the maximum frequencies of GE-OFF signals fell within the frequency range of parkinsonian tremor (4-7 Hz) was higher than for GE-ON, which in turn was higher than for GC. For MAV and RMS, the probability of the distribution having a bimodal aspect, which represents the presence of a PD tremor, was higher for the GE in the ON and OFF states than for the GC. The GE-OFF group had the highest probability of having the highest power peak in the signal compared to the other groups. MAV and RMS showed a strong correlation with MDS-UPDRS. Conclusion: The serious game is an alternative tool for assessing the main motor symptoms of PD in an objective and entertaining way. In general, participants in the EG in the OFF condition showed more pronounced bradykinesia and tremor than in the ON condition.