Nous entorns interactius de realitat virtual immersiva aplicats a la neurorehabilitació de funcions cognitives i sensoriomotores

(English) Recovery following an acquired brain injury (ABI) represents a major challenge with significant implications for health, quality of life, and socioeconomic burden. Advances in medicine and neurorehabilitation —particularly personalized, patient-centred clinical practice— have contributed to improved outcomes by promoting autonomy and participation in society. Technology has become a cornerstone in this continuous improvement, and virtual reality (VR) has emerged as a promising therapeutic tool. VR immersive properties, ergonomic interaction capabilities, ecological validity, and intrinsic advantages of digitalisation can enhance motor learning and cognitive improvement. However, there is still no conclusive evidence regarding VR clinically significant effects and consistent adoption in routine hospital practice. The aim of this thesis is to identify the barriers to VR implementation in neurorehabilitation and to elicit the specific requirements for its integration as an effective support tool. To achieve this goal, a systematic review of current applications was first conducted to identify methodologies and features associated with significant therapeutic outcomes. This analysis revealed considerable heterogeneity across clinical protocols, as well as the hardware and software used, highlighting the lack of standards and quality criteria that hinder result generalization. To address this gap, a new conceptual framework for evaluating VR tools in clinical contexts was developed: the Virtual Reality-tools Quality Assessment Framework (VR-tools QAF), which defines technical, functional, and safety requirements for VR equipment and virtual environments. In parallel, a comprehensive methodology for user-centred design, iterative development, and clinical validation was created, termed the Virtual Reality-tools Design and Development Guide (VR-tools DDG). Through the combined model (VR-tools QAF + DDG), eleven multimodal VR environments were developed to support the rehabilitation of cognitive and sensorimotor functions in individuals who have suffered an ABI. These environments integrate principles of repetitive practice, multisensory feedback, adaptive difficulty, and mechanisms for tailoring the experience to the patient’s profile. Validation was carried out in collaboration with a leading hospital in neurorehabilitation and brain health, where usability and feasibility tests were conducted with healthcare professionals and patients with ABI. Proof-of-concept trials demonstrated good acceptance and ease of use among clinicians (n = 26) from different specialties, as well as good tolerance and absence of adverse effects among the 20 patients. Moreover, a longitudinal VR intervention conducted within an efficacy study confirmed the feasibility and safety of delivering a 9-hour VR-based cognitive rehabilitation protocol with 21 patients with ABI, distributed in 20–30-minute sessions, 2–3 times per week. Overall, this research establishes a comprehensive methodological model for effectively integrating immersive VR into neurorehabilitation hospital settings, combining scientific rigour with technical and clinical feasibility. The results lay a solid foundation for future efficacy studies aimed at developing standardized treatment protocols for patients with ABI. (Català) La recuperació després d’un dany cerebral adquirit (DCA) és un repte que té un gran impacte en la salut i la qualitat de vida de les persones afectades i que comporta implicacions socioeconòmiques importants. Els millors resultats s’observen avui gràcies als avenços en la medicina i la neurorehabilitació —una pràctica clínica personalitzada que reforça l’autonomia i la participació en la societat. La tecnologia esdevé un pilar essencial d’aquesta evolució, i la realitat virtual (RV) ha emergit com una eina amb potencial per donar suport terapèutic. Les propietats immersives, interaccions ergonòmiques, fidelitat a la realitat i els avantatges intrínsecs de la digitalització, faciliten l’aprenentatge motor i la millora cognitiva. Tanmateix, encara no hi ha evidència concloent sobre els seus efectes clínics rellevants ni la constància del seu ús dins la pràctica hospitalària. La present tesi té com a objectiu estudiar les barreres d’aplicació i definir els requisits mínims necessaris per implementar la tecnologia de la RV com a eina de suport efectiva per a la neurorehabilitació. Per assolir aquest propòsit, en primer lloc s’ha dut a terme una revisió sistemàtica de les aplicacions actuals, per identificar les metodologies i característiques d’aquelles que han mostrat resultats d’eficàcia significativa. Això ha permès constatar la gran heterogeneïtat entre protocols clínics i el tipus de maquinari i programari emprats, posant de manifest la manca d’estàndards i criteris de qualitat que dificulten la generalització de resultats. Seguidament, i com a resposta a aquest buit, s’ha elaborat un nou marc conceptual d’avaluació dels requisits tècnics dels equips, de desenvolupament dels entorns virtuals, funcionals i de seguretat de les eines de RV aplicades en entorns clínics, anomenat Virtual Reality-tools Quality Assessment Framework (VR-tools QAF). Per últim, s’ha desenvolupat una nova metodologia global per al disseny centrat en l’usuari, el desenvolupament iteratiu i la validació clínica d’entorns interactius de RV immersiva, denominada Virtual Reality-tools Design and Development Guide (VR-tools DDG). Amb l’aplicació del model combinat (VR-tools QAF + DDG) s’han desenvolupat onze entorns multimodals de RV enfocats a la rehabilitació de funcions cognitives i sensoriomotores per a pacients que han sofert un DCA, que integren principis de pràctica repetitiva, retroalimentació multisensorial, dificultat adaptativa i mecanismes de personalització. La validació d’aquests entorns s’ha dut a terme en col·laboració amb un hospital de referència en neurorehabilitació i salut cerebral, on s’han realitzat proves d’usabilitat i viabilitat amb professionals assistencials i pacients amb DCA. Els resultats de l’aplicació dels nous entorns de RV en proves de concepte han mostrat una bona acceptació i facilitat d’ús de les eines per part del personal sanitari (n = 26) de diferents especialitats, així com una bona tolerància i absència d’efectes adversos per part dels 20 pacients amb DCA. L’aplicació longitudinal de la RV dins el marc d’un estudi clínic d’eficàcia ha permès validar la viabilitat i seguretat d’una intervenció de 9 hores d’exposició amb 21 pacients amb DCA, distribuïdes en sessions de 20 a 30 minuts, de 2 a 3 cops per setmana, per donar suport a la rehabilitació cognitiva. En conjunt, la recerca en aquest camp ha permès establir un model metodològic complet per a la integració efectiva de la RV immersiva en la neurorehabilitació hospitalària, combinant el rigor científic amb la viabilitat tècnica i assistencial. Els resultats obtinguts consoliden una base per al desenvolupament de futurs estudis d’eficàcia que permetin concretar protocols de tractament per a pacients amb DCA. (Español) La recuperación tras un daño cerebral adquirido (DCA) es un desafío que tiene un gran impacto en la salud y la calidad de vida de las personas afectadas, además de implicaciones socioeconómicas relevantes. Los mejores resultados se observan hoy gracias a los avances en la medicina y neurorrehabilitación —una práctica clínica personalizada que promueve la autonomía y la participación en la sociedad. La tecnología se ha convertido en un pilar esencial de esta evolución, y la realidad virtual (RV) ha emergido como una herramienta prometedora para el apoyo terapéutico. Sus propiedades inmersivas, las interacciones ergonómicas, la fidelidad al entorno real y las ventajas inherentes de la digitalización facilitan el aprendizaje motor y la mejora cognitiva. Sin embargo, todavía no existe evidencia concluyente sobre sus efectos clínicos relevantes ni sobre la consistencia de su uso en la práctica hospitalaria. Esta tesis tiene como objetivo analizar las barreras de aplicación y definir los requisitos mínimos necesarios para implementar la tecnología de RV como herramienta de apoyo eficaz en la neurorrehabilitación. Para ello, en primer lugar, se ha llevado a cabo una revisión sistemática de las aplicaciones actuales, con el fin de identificar las metodologías y características de aquellas que han mostrado resultados de eficacia significativos. Este análisis ha permitido constatar la gran heterogeneidad entre los protocolos clínicos y entre los tipos de hardware y software empleados, manifestando la ausencia de estándares y criterios de calidad que dificulta la generalización de los resultados. A continuación, y como respuesta a esta carencia, se ha desarrollado un nuevo marco conceptual para la evaluación de los requisitos técnicos del equipo, el desarrollo de los entornos virtuales, las funcionalidades y la seguridad de las herramientas de RV aplicadas en contextos clínicos, denominado Virtual Reality-tools Quality Assessment Framework (VR-tools QAF). Finalmente, se ha elaborado una metodología global para el diseño centrado en el usuario, el desarrollo iterativo y la validación clínica de entornos interactivos de RV inmersiva, denominada Virtual Reality-tools Design and Development Guide (VR-tools DDG). Mediante la aplicación del modelo combinado (VR-tools QAF + DDG), se desarrollaron once entornos multimodales de RV orientados a la rehabilitación de funciones cognitivas y sensoriomotoras para pacientes que han sufrido un DCA, integrando principios de práctica repetitiva, retroalimentación multisensorial, dificultad adaptativa y mecanismos de personalización. La validación de estos entornos se ha llevado a cabo en colaboración con un hospital de referencia en neurorrehabilitación y salud cerebral, donde se realizaron pruebas de usabilidad y viabilidad con profesionales asistenciales y pacientes con DCA. Los resultados de las pruebas de concepto mostraron una buena aceptación y facilidad de uso por parte del personal sanitario (n = 26) de distintas especialidades, así como una buena tolerancia y ausencia de efectos adversos en los 20 pacientes con DCA. La aplicación longitudinal de la RV en el marco de un estudio clínico de eficacia permitió validar la viabilidad y seguridad de una intervención de 9 horas de exposición con 21 pacientes con DCA, distribuida en sesiones de 20 a 30 minutos, de 2 a 3 veces por semana, para dar apoyo a la rehabilitación cognitiva. En conjunto, la investigación realizada ha permitido establecer un modelo metodológico completo para la integración efectiva de la RV inmersiva en la neurorrehabilitación hospitalaria, combinando el rigor científico con la viabilidad técnica y asistencial. Los resultados obtenidos consolidan una base sólida para el desarrollo de futuros estudios de eficacia que permitan definir protocolos de tratamiento para pacientes con DCA.