Development of a patient-robot interface for a long-term interaction in cardiac rehabilitation at fundación cardioinfantil - instituto de cardiología

Abstract

According to the World Health Organization, Cardiovascular diseases (CVDs) are the first cause of death worldwide. An estimated 17.9 million people die each year because of CVDs. In order to treat the consequences and improve the quality of life of the patients affected by these diseases, Cardiac Rehabilitation (CR) is developed. CR is a strategy that consists commonly in different phases with an established number of sessions (e.g., 20-36 sessions). CR is based mainly on exercise procedures and educational approaches. The main goals of CR are to achieve a full patient recovery, in terms of reach optimal physical, mental and social status, and modify the coronary risk factor to reduce subsequent mortality due to cardiovascular illnesses. However, there is evidence that adherence to the CR programs is very low, less than 50% of patients assist actively in the rehabilitation. This limitation can cause major public health issues and negative effects on the patients’ health. In this context, different applications can be used to motivate the patients and enhance the engagement to the rehabilitation. This master thesis presents the evaluation and integration of a patient-robot interface for CR in two studies. The first study (Study I) assess the effects of a socially assistive robot in a control vs a robot without personalized behavior scenario, through qualitative and quantitative parameters. The second study ( Study II) presents the integration of a multi-modal open set identification system and the evaluation of this strategy within a memory scenario. A total of 36 patients were evaluated in this master thesis (15 for the control and robot scenario; and 6 for the memory robot scenario). These patients perform on average 36 sessions of phase II of the CR program. Overall, the results regarding the physiological parameters do not show differences between groups due to the variability of the data and its high dependence on external factors. In contrast, qualitative results show that the patients recommend the use of the robot in CR and they feel more secure thanks to the on-line monitoring. However, clinicians and patients suggest improving the social behaviors of the robot. Thus, in Study II a memory module was implemented. In this case, the outcomes show that the patients perceive the social presence of the robot as they elucidate positive and negative attitudes towards the robot role. Concluding, this master thesis presents the results of the patient robot interface in a long-term/ real-world scenario, demonstrating that SAR holds the promising potential to be a feasible approach that enhances CR programs, increase the adherence to these programs and help to improve the quality of life of cardiac patients.

Según la Organización Mundial de la Salud, las enfermedades cardiovasculares (CVD) son la primera causa de muerte en el mundo. Se estima que 17,9 millones de personas mueren cada año debido a las enfermedades cardiovasculares. Con el fin de tratar las consecuencias y mejorar la calidad de la vida de los pacientes afectados por estas enfermedades se crea la Rehabilitación Cardíaca (RC). La RC es una estrategia que consiste comúnmente en diferentes fases con un número establecido de sesiones (por ejemplo, 20-36 sesiones), se basa principalmente en procedimientos de ejercicio y enfoques educativos. Los principales objetivos de la RC son lograr una completa recuperación del paciente, en términos de alcanzar un óptimo nivel físico, mental y condición social; y modificar el factor de riesgo coronario para reducir la mortalidad. Sin embargo, hay evidencias de que la adherencia a los programas de RC es muy baja, menos del 50% de los pacientes asisten activamente a la rehabilitación. Esta limitación puede causar importantes problemas de salud pública y efectos negativos en la salud de los pacientes. En este contexto, se pueden utilizar diferentes aplicaciones para motivar a los pacientes y mejorar el compromiso con la rehabilitación. Esta tesis de maestría presenta la evaluación e integración de una interfaz paciente-robot para la RC en dos estudios. El primer estudio (Estudio I) evalúa los efectos de la robótica de asistencia social en un grupo control vs un grupo robot, a través de parámetros cualitativos y cuantitativos. El segundo estudio ( Estudio II) presentar la integración de un sistema de identificación multimodal dentro de un escenario de memoria (robot personalizado). Un total de 36 pacientes fueron evaluados (15 para el escenario de control y robot; y 6 para el escenario del robot de memoria). Estos pacientes realizan en promedio 36 sesiones de fase II del programa de RC. En general, los resultados relativos a los parámetros fisiológicos no muestran diferencias entre grupos debido a la variabilidad de los datos y su alta dependencia de las factores externos. Por el contrario, los resultados cualitativos muestran que los pacientes recomiendan el uso del robot en CR y se sienten más seguros gracias al monitoreo en línea. Sin embargo, durante el Estudio I los clínicos y los pacientes sugieren mejorar los comportamientos sociales de los robot. Por lo tanto, en el Estudio II se implementó un módulo de memoria. En este caso, los resultados muestran que los pacientes perciben la presencia social del robot mediante actitudes positivas y negativas. En conclusión, est a tesis de maestría presenta los resultados de la interfaz paciente-robot en un escenario de largo plazo/real, demostrando que el SAR tiene un potencial prometedor para ser un enfoque que mejora los programas de RC, aumentar la adherencia a estos programas y ayudar a mejorar la calidad de vida de los pacientes con enfermedad cardiovascular.