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Development of a virtual reality game for stroke rehabilitation
Seyed Farhad Mohammadian Masouleh
Art der Arbeit
Masterarbeit
Universität
Universität Wien
Fakultät
Fakultät für Informatik
Studiumsbezeichnung bzw. Universitätlehrgang (ULG)
Masterstudium Wirtschaftsinformatik
Betreuer*in
Moritz Grosse-Wentrup
DOI
10.25365/thesis.80009
URN
urn:nbn:at:at-ubw:1-16272.09589.858128-1
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(Print-Exemplar eventuell in Bibliothek verfügbar)
Abstracts
Abstract
(Deutsch)
Die Rehabilitation nach einem Schlaganfall erfordert intensive und wiederholte Trainingsmaßnahmen, um motorische Funktionen wiederherzustellen. Traditionelle Methoden stoßen jedoch häufig an ihre Grenzen, da sie wenig abwechslungsreich sind und dadurch die Motivation der Patienten verringern können. In dieser Arbeit wird daher ein Virtual-Reality-(VR)-basiertes Rehabilitationssystem vorgestellt, das gezielt die Wiederherstellung der motorischen Funktionen des Oberkörpers unterstützt. Das System kombiniert Echtzeit-Bewegungserfassung mit einem physikbasierten Interaktionsmodell, um natürliche Hand-Objekt-Interaktionen in einer virtuellen Umgebung zu ermöglichen. Ein zentrales Merkmal ist die strukturierte Auswahl von Rehabilitationsaufgaben, die auf Koordination, Präzision und funktionelle Bewegungen abzielen. Diese Aufgaben orientieren sich an Alltagstätigkeiten und bieten den Patienten motivierende und zielgerichtete Übungen. Zusätzlich werden mithilfe des Lab Streaming Layer (LSL)-Protokolls Bewegungsdaten in Echtzeit erfasst und analysiert, wodurch eine objektive Leistungsbewertung möglich ist. Spezielle Kalibrierungsverfahren sorgen dafür, dass virtuelle Objekte präzise mit realen Gegenständen übereinstimmen. Das System wurde im Labor durch eine Reihe funktionaler und nutzerorientierter Tests überprüft. Dabei wurden unter anderem die Genauigkeit der Bewegungserfassung, die Stabilität der Kalibrierung sowie die Zuverlässigkeit der Datenübertragung untersucht. Diese Tests belegen die technische Machbarkeit und Benutzerfreundlichkeit der Anwendung. Darüber hinaus wurde das System von der Neuroinformatics-Forschungsgruppe mit Schlaganfallpatienten erprobt. Die Ergebnisse dieser externen Studie liegen außerhalb des Rahmens dieser Arbeit, zeigen jedoch das therapeutische Potenzial des Systems. Die Ergebnisse deuten darauf hin, dass VR-basierte Rehabilitation die Motivation der Patienten steigern und eine individuell anpassbare Therapieumgebung schaffen kann. Diese Arbeit leistet damit einen Beitrag zur digitalen Rehabilitation, indem sie aufzeigt, wie VR-Systeme systematisch in die Schlaganfalltherapie integriert werden können, und bildet eine Grundlage für zukünftige Forschungs- und Entwicklungsarbeiten im Bereich der Neurorehabilitation.
Abstract
(Englisch)
Stroke rehabilitation is a critical process that requires intensive and repetitive Training to restore motor functions. Traditional rehabilitation methods often face limitations in engagement and adaptability, leading to reduced patient motivation and suboptimal recovery outcomes. To address these challenges, this thesis presents a Virtual Reality (VR)-based rehabilitation system designed to enhance upper-limb motor recovery through interactive and immersive exercises. The system integrates real-time motion tracking and a physics-based interaction model to ensure natural hand-object interactions within a virtual environment. A key feature of this system is the structured set of rehabilitation tasks that Focus on hand coordination, precision, and functional movement. These tasks are designed to simulate real-world activities, providing patients with engaging and goal-oriented exercises. Additionally, the system incorporates real-time data collection and Analysis via the Lab Streaming Layer (LSL) protocol, thereby allowing an objective assessment of user performance. Special calibration techniques are implemented to align virtual objects with real-world counterparts, ensuring accuracy in user interactions. The system was tested and validated in a laboratory setting through a series of functional and usability tests, including assessments of motion tracking, calibration accuracy, and real-time data transmission. These evaluations demonstrated the feasibility and stability of the application. In addition, the system was tested with stroke patients by the Neuroinformatics research group, whose published results confirm its therapeutic potential, although the detailed outcomes are beyond the scope of this thesis. Compared to existing VR rehabilitation approaches, this work contributes a structured set of realworld–inspired tasks combined with real-time data Collection through the LSL protocol and calibration techniques for precise alignment between virtual and physical environments. The findings suggest that immersive VR-based rehabilitation can improve Patient engagement and facilitate personalized and adaptable recovery processes. This Research contributes to the growing field of digital rehabilitation by demonstrating how VR Systems can be systematically integrated into stroke therapy, offering both clinical applicability and a foundation for future research on neurorehabilitation technologies.
Schlagwörter
Schlagwörter
(Deutsch)
Schlaganfallrehabilitation Virtuelle Realität (VR) VR-gestützte Therapie Echtzeit-Datenerfassung Lab Streaming Layer (LSL)-Protokoll Unity-Spiel-Engine Aufgabenorientierte Rehabilitation Motorische Rehabilitation Oberer-Extremitäten-Rehabilitation
Schlagwörter
(Englisch)
Stroke Rehabilitation Virtual Reality (VR) VR-based Therapy Real-time Data Collection Lab Streaming Layer (LSL) Protocol Unity Game Engine Task-Oriented Rehabilitation Motor Function Recovery Upper Limb Rehabilitation
Autor*innen
Seyed Farhad Mohammadian Masouleh
Haupttitel (Englisch)
Development of a virtual reality game for stroke rehabilitation
Publikationsjahr
2025
Umfangsangabe
viii, 45 Seiten : Illustrationen
Sprache
Englisch
Beurteiler*in
Moritz Grosse-Wentrup
Klassifikation
54 Informatik > 54.99 Informatik. Sonstiges
AC Nummer
AC17747676
Utheses ID
78150
Studienkennzahl
UA | 066 | 926 | |