Development of intuitive graphical applications for interaction with a smart wearable orthotic system

Abstract

The ideal path to treatment might not always be easily extrapolated from the work with previous patients, this could implicate a situation where physical rehabilitation could demand experimentation, traditionally made through observational data which might be costly and less precise. With this in mind SmartOs, a multi-disciplinary project that consists on the creation of a smart wearable orthotic system was started. SmartOs is a modular system whose main goal is to help people with physical, or more specifically, gait impairments, this tool incorporates an array of sensors as well as powered orthotic devices to provide monitoring and assistance capabilitites. To ensure that the system can be integrated in a clinical context, tools with which to control and monitor the system are needed, these were not yet developed for the SmartOs, as interaction required resorting to technical usage of the low-level interfaces of the system. As such the development of these tools will be the focus of this dissertation. An Android application was developed to provide intuitive control over SmartOs’s parameters, also ensuring that therapy sessions are configured without functional compromise for the user or the system. In the scope of this dissertation, a desktop application was also designed, developed and written in Qt to monitor multiple parameters in real time or at a further date, through the usage of plots and other graphical components in a dashboard design tailored to the user. Additionally basic management of therapy sessions and the establishment of a standardized format with which to marshal local session data and record therapies to local files was implemented. The capability and correctness of the applications were validated throughout development by continuous feedback from knowledgeable peers. The focus on intuitiveness and ease of use was validated by testing the applications with non-technical individuals and the execution of a standardized questionnaire, System Usability Scale, in which both applications obtained a score in the range of ”Good” to ”Excellent”. The developed applications culminated in an effective abstraction of the multiple modules of the SmartOs system, presenting great potentiality in regards to the expedition of the configuration process and monitoring of the multiple modules of the system through the development of simple yet complete interfaces that allow to complete proposed objectives with minimal user input whilst ensuring safe and organic usage of the system.

O caminho para a reabilitação física de cada pessoa pode não ser sempre facilmente extrapolado a partir casos prévios. A reabilitação pode assim necessitar de experimentação, tradicionalmente realizada com dados observacionais, podendo estes ser custosos e menos precisos. É com isto em mente que o SmartOs, um projeto multi-disciplinar que consiste na criação de um sistema ortótico inteligente vestível, foi criado. O SmartOs é um sistema modular cujo objetivo principal consiste em ajudar pessoas com problemas físicos, mais especificamente ao nível da marcha. Esta ferramenta incorpora um conjunto de sensores e dispositivos ortóticos ativos para fornecer recursos de monitorização e assistência da marcha respetivamente. De modo a assegurar a usabilidade do sistema, são necessárias ferramentas para controlar e monitorizar o referido sistema, no entanto estas ainda não se encontram desenvolvidas para o SmartOs. O foco desta dissertação é então o desenvolvimento destas ferramentas, as quais foram projetadas, desenvolvidas e validadas nesta dissertação. A aplicação Android foi desenvolvida para proporcionar o controlo intuitivo de parâmetros do SmartOs, bem como para assegurar a configuração de uma sessão de terapia sem qualquer compromisso funcional para o utilizador e o sistema. Ainda no contexto desta dissertação, foi escrita uma aplicação desktop em Qt permite a monitorização de múltiplos parâmetros em tempo real ou numa altura posterior, recorrendo ao traçamento de gráficos e outros componentes interativos num dashboard adaptado ao usuário. Também deverá gerir sessões de terapia que serão gravadas localmente sob um formato estandardizado no qual serão empacotados os dados de cada sessão. A capacidade e correção das aplicações foram validadas durante o desenvolvimento através do feedback continuo de colegas integrados no projeto. O foco na intuição e facilidade de uso das aplicações foi validado atrevés do teste das mesmas com indivíduos não técnicos e da execução de um questionário estandardizado, a Escala de Usabilidade de Sistemas. As aplicações obtiveram um resultado na gama do “Bom” a “Excelente”. As aplicações desenvolvidas resultaram numa abstração efetiva dos múltiplos módulos do sistema SmartOs, apresentando grande potencialidade em relação à expedição do processo de configuração e monitorização dos múltiplos módulos do sistema através do desenvolvimento de interfaces simples mas completas que permitem a execução dos objetivos propostos através da minimização do input do utilizador, garantindo, ainda assim, a segurança e utilização orgânica do sistema.