ES2959685T3 - Sistema de control del movimiento cíclico de un segmento corporal de un individuo - Google Patents

Abstract

La invención se refiere a un sistema para controlar un movimiento cíclico de al menos un segmento del cuerpo de un individuo, que comprende: -al menos un sensor de movimiento tridimensional (2), -un medio para unir dicho sensor a dicho segmento del cuerpo del individuo, caracterizándose dicho sistema porque comprende además: -un procesador (5) acoplado a dicho sensor (2) y capaz de ser transportado por el individuo, en el que se establece un movimiento cíclico de referencia y límites de tolerancia específicos del individuo con respecto a al menos un parámetro del movimiento a controlar, que cambian dependiendo del progreso del mismo, estando configurado dicho procesador para detectar dicho movimiento cíclico, integrar los datos de medición de dicho sensor de tal manera que se calcule dicho(s) parámetro(s) del movimiento de dicho segmento y comparar, en tiempo real, el(los) parámetro(s) del movimiento medido (Ctr) con el(los) parámetro(s) del movimiento de referencia (Cref) previamente grabado del individuo, -un dispositivo de realimentación (4) acoplado a dicho procesador (5), diseñado para proporcionar al individuo información en tiempo real sobre el cumplimiento del(los) parámetro(s) del movimiento medido con respecto al(los) parámetro(s) de dicho movimiento de referencia. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN

Sistema de control del movimiento cíclico de un segmento corporal de un individuo

Campo de la invención

La presente invención se refiere a un sistema de control de un movimiento cíclico de un segmento corporal de un individuo.

Antecedentes de la invención

El análisis y la corrección del movimiento de un segmento corporal de un individuo es necesario en diferentes aplicaciones biomédicas, en concreto, la rehabilitación.

De este modo, diferentes patologías son susceptibles de alterar movimientos o posturas de un individuo que, por lo tanto, son necesarios modificar y/o corregir. Mediante un control del movimiento o de la postura, es posible remediar, o por lo menos limitar, las alteraciones debidas a la patología. Para ello, estos movimientos y posturas se realizan, generalmente, bajo el control de un fisioterapeuta o de otro especialista.

Sin embargo, fuera de la supervisión de un terapeuta, el individuo puede adoptar de nuevo posturas o movimientos erróneos, lo que perjudica la calidad y la rapidez de la rehabilitación.

Por lo tanto, sería deseable proporcionar al individuo un medio de controlar sus movimientos y posturas fuera de las sesiones de rehabilitación propiamente dichas, y en ausencia de un terapeuta.

En lo que se refiere a la corrección de la postura, existen sistemas que permiten comparar una postura dada con una postura de referencia, y proporcionar, mediante retroalimentación, información al individuo sobre el ajuste de su postura [1]-[4]. Sin embargo, estas dos soluciones permiten estudiar una cantidad limitada de posturas, pero no orientan sobre la calidad del movimiento que permita pasar de una a la otra de dichas posturas. Sin embargo, existen diferentes movimientos para conseguir llegar a una postura final, de los que algunos pueden ser nefastos en el aspecto fisiológico. Por consiguiente, la sola verificación de una postura correcta no es suficiente para verificar que el movimiento que ha llevado a dicha postura se haya también realizado de manera correcta.

Por otro lado, existen sistemas de captura del movimiento destinados a recrear el movimiento de un individuo en un ordenador, por ejemplo, con fines de animación. Sin embargo, estos sistemas no permiten analizar en tiempo real la calidad del movimiento, ni proporcionar al individuo información sobre un posible movimiento incorrecto.

El documento [5] describe una prenda de vestir en la que se integran sensores y accionadores que permiten corregir en tiempo real los movimientos de un individuo. Un movimiento de referencia, correspondiente a un movimiento ideal de un individuo normal, se registra previamente en el sistema. El movimiento del individuo que lleva puesta la prenda, se compara con respecto a dicho movimiento de referencia y, si se registra una desviación significativa, lo que significa un movimiento erróneo, los actuadores se accionan para corregir en tiempo real el movimiento del individuo. Sin embargo, con un sistema de este tipo, el individuo sigue estando pasivo durante la corrección del movimiento por los actuadores, lo que ralentiza su progresión de cara a un movimiento optimizado. Por otro lado, siendo el movimiento de referencia externo al individuo, sigue siendo posible que las capacidades físicas del individuo no se adapten a la realización de este movimiento ideal.

El documento [6] describe un procedimiento de control de un movimiento realizado por un individuo en el marco de un ejercicio de rehabilitación. Para ello, se realiza previamente un movimiento ideal por un terapeuta equipado con uno o varios sensores tridimensionales de movimiento, y se registra en la memoria de un procesador. El individuo se equipa, a continuación, con dichos sensores y realiza el movimiento deseado, que se registra y compara con el movimiento ideal. Se proporciona una retroalimentación al individuo en forma de una desviación que se puede visualizar entre el movimiento realizado y el movimiento ideal. Sin embargo, la comparación no se efectúa hasta una vez que el movimiento se haya realizado enteramente. Por consiguiente, no permite al individuo modificar la ejecución del movimiento para corregirlo tan pronto se produzca una desviación significativa de este tipo, con respecto al movimiento ideal, durante la ejecución. Además, este procedimiento se destina al seguimiento de ejercicios de rehabilitación o de entrenamiento deportivo efectuados por el individuo, de modo que no se implementa más que en momentos específicos de la vida del individuo.

Ahora bien, para aumentar la eficacia del seguimiento, es deseable poder controlar un movimiento de un individuo en su vida diaria, en concreto, tratándose de los movimientos cíclicos, tales como andar.

El documento US-2013/0207889 A1 divulga un sistema de control de la postura de un individuo.

El documento WO 2008/129442 A1 describe un sistema de control de movimiento adaptado para personas con discapacidad.

El documento US-2011/063114 A1 divulga un sistema de control de la postura de un individuo.

El documento US-2006/184336 A1 se refiere a la captura y al control de movimientos según varios ejes o grados de libertad.

El documento US-2009/204030 A1 se refiere al análisis de movimientos de personas que presentan parálisis laterales (hemiplejia). La utilización funcional de un miembro se evalúa determinando la sincronía de los movimientos del paciente en función del carácter cíclico del movimiento. La progresión de la rehabilitación puede supervisarse, y se puede proporcionar información a los terapeutas y a los pacientes sobre el estado del proceso de rehabilitación. Es posible, igualmente, retroalimentar al paciente (o al terapeuta) en tiempo real, es decir, mientras se efectúan algunos movimientos. El dispositivo descrito comprende un sensor de movimiento, un medio de fijación de dicho sensor, un dispositivo de retroalimentación, y un procesador configurado para registrar un movimiento cíclico de referencia propio del individuo, detectar a partir de datos de medición del sensor un movimiento cíclico de un individuo, compararlo con el movimiento cíclico de referencia, y activar una retroalimentación en función del resultado de esta comparación.

Breve descripción de la invención

Una finalidad de la invención es superar las desventajas de los sistemas existentes, y permitir al individuo mejorar de manera más eficaz la realización de un movimiento cíclico determinado.

Por “ movimiento” de un segmento, se entiende un desplazamiento de dicho segmento, y posiblemente una deformación de dicho segmento.

En el presente texto, por “ movimiento cíclico” , se entiende un movimiento realizado por el individuo de manera repetitiva y predecible, es decir, que dicho movimiento se realiza varias veces según un ritmo determinado. A título de ejemplo, andar, correr, nadar, remar, subir o bajar escaleras, un trabajo en cadena o, más generalmente, cualquier movimiento repetitivo o repetido varias veces consecutivas, son movimientos cíclicos en el sentido de la presente invención.

Por “parámetro del movimiento” , se entiende cualquier parámetro que permita calificar y/o cuantificar el movimiento en un instante dado durante su ejecución, sobre una parte del movimiento, o en su conjunto. Puede tratarse, por ejemplo, de la orientación, velocidad, aceleración, amplitud de desplazamiento, etc., de dicho segmento, o incluso, por supuesto, del movimiento en su conjunto.

Para ello, una finalidad de la invención es permitir el análisis del movimiento cíclico de al menos un segmento corporal de un individuo, y devolver al individuo información en tiempo real si este movimiento se ajusta respecto a un movimiento de referencia, con vistas a permitir al propio individuo corregir su movimiento. Otra finalidad de la invención, es tener en cuenta las capacidades propias del individuo, teniendo en cuenta su progresión a lo largo del tiempo, sin basarse en una referencia externa al individuo.

La invención se define por la reivindicación independiente 1 adjunta. Las realizaciones preferidas del sistema reivindicado se definen por las reivindicaciones dependientes 2-13.

Breve descripción de los dibujos

Otras características y ventajas de la invención se desprenderán de la descripción detallada que sigue, con referencia a los dibujos adjuntos, en donde:

- las Figuras 1A a 1C ilustran diferentes etapas de implementación del control de un movimiento cíclico en un individuo,

- las Figuras 2A y 2B son, respectivamente, una vista frontal y trasera de una prenda destinada a cubrir la parte alta del cuerpo de un individuo, según una realización de la invención,

- las Figuras 3A y 3B son, respectivamente, una vista frontal y trasera de una prenda destinada a cubrir la parte baja del cuerpo de un individuo, según una realización de la invención.

Descripción detallada de la invención

El sistema de control del movimiento cíclico de al menos un segmento corporal de un individuo, comprende al menos un sensor tridimensional destinado a medir movimientos del segmento corporal a estudiar.

El sistema comprende, además, un medio para fijar cada sensor a cada segmento corporal considerado.

Puede emplearse cualquier medio de fijación apropiado, tal como pegamento, una cinta adhesiva, o incluso una prenda destinada a que la lleve puesta el individuo, estando destinada parte de la misma a ajustarse firmemente al segmento a controlar. En el presente texto, por “ prenda” , se entiende cualquier pieza de ropa susceptible de cubrir al menos una parte del cuerpo del individuo: los miembros, que incluyen sus extremidades (pies, manos), el tronco, la cabeza.

Para ello, la prenda se realiza ventajosamente de un material textil (tejido, de punto, no tejido, etc.) elástico.

La naturaleza de las fibras del material textil la determina el experto en la técnica, en función de la aplicación.

De manera alternativa o complementaria, la prenda puede también comprender medios de fijación respecto al segmento considerado, tales como cordones, en caso de que la prenda sea un zapato, por ejemplo.

El sensor tridimensional se sitúa en una zona de la prenda destinada a ajustarse sobre dicho segmento cuando el individuo lleve puesta la prenda. De este modo, el sensor se une a dicho segmento, sin que sea necesario emplear un medio de fijación directo (por ejemplo, pegamento) sobre dicho segmento. Por lo tanto, el sensor siempre está colocado en el mismo lugar del segmento, incluso después de ponerse y quitarse varias veces la ropa.

En el presente texto, por “ sensor tridimensional” , se entiende un sensor adaptado para proporcionar información sobre la posición y orientación en el espacio de un segmento corporal al que esté unido.

Ventajosamente, se utiliza como sensor tridimensional una central inercial, pero se pueden contemplar otras tecnologías de sensores, tales como elastómeros conductores y fibras ópticas. En efecto, ya se han utilizado sensores que utilizan elastómeros conductores [7] o fibras ópticas [8] para medir ángulos articulares. Los elastómeros poseen propiedades piezorresistivas, es decir, que su deformación modifica la corriente eléctrica que los atraviesa, y las fibras ópticas tienen una curvatura proporcional al caudal luminoso que las atraviesa. Por tanto, utilizando una red de fibra óptica o de elastómeros es posible obtener una orientación 3D de un segmento con respecto a otro.

Ventajosamente, varios sensores unidos a un mismo segmento permiten tener en cuenta, de una manera más precisa, el movimiento de dicho segmento, en concreto, cuando el movimiento a ejecutar sea complejo; sin embargo, en algunos casos, la utilización de un solo sensor para un segmento puede ser suficiente, por ejemplo, cuando el movimiento a efectuar sea poco variable o se realice en plano.

Por otro lado, el sistema puede comprender sensores destinados a unirse a diferentes segmentos del cuerpo, cuando el movimiento implique varios segmentos. Por ejemplo, para controlar el movimiento de un miembro, se integran en una prenda sensores unidos a los diferentes segmentos que componen el miembro y, opcionalmente, al menos un sensor unido al tronco del individuo.

El sistema comprende, por otro lado, al menos un procesador acoplado al sensor -o, en su caso, a la pluralidad de sensores- pudiendo la conexión ser por cable o inalámbrica. El procesador se une al individuo, por ejemplo, cuando dicho procesador se disponga en o sobre una prenda. De manera alternativa, el procesador de un teléfono inteligente o cualquier otro dispositivo móvil susceptible de incorporarse al individuo, puede utilizarse para efectuar los cálculos.

El procesador está configurado para registrar el movimiento del individuo, integrando los datos de medición del o de los sensor(es) tridimensional(es), y compararlo en tiempo real con un movimiento de referencia. Para ello, el procesador implementa una comparación de señales (a saber, una o varias señales representativas del movimiento durante la realización, y una o varias señales representativas del movimiento de referencia). Los algoritmos de comparación de señales punto a punto entre límites extremos, son convencionales en sí mismos, y no se describirán en detalle en el presente documento. Esta comparación se realiza en tiempo real para tener en cuenta los aspectos dinámicos del movimiento y de su organización temporal.

Cuando se utilicen varios sensores, el procesador implementa un algoritmo de fusión de datos, para tener en cuenta los datos de medición de los diferentes sensores.

De manera particularmente ventajosa, dicho movimiento de referencia no se definea priori,independientemente del individuo, sino que, al contrario, está registrado de manera previa en el individuo por medio de los sensores, bajo el control de un terapeuta u otro especialista. De este modo, el movimiento de referencia es en función del individuo y sus capacidades motrices; no corresponde a un movimiento ideal en teoría, sino a un movimiento considerado óptimo para el individuo en cuestión.

Para registrar este movimiento de referencia en la memoria del sistema, el individuo equipado con los sensores efectúa el movimiento varias veces bajo el control del terapeuta, que registra varios movimientos que considera óptimos, y que permitirán el cálculo de la referencia más apropiada para el paciente. El conjunto de estos movimientos registrados, también permite calcular límites dinámicos de ejecución sobre el conjunto de los parámetros del movimiento a controlar, dentro de los cuales el movimiento se juzgará correcto. El terapeuta puede también decidir fijar estos límitesa priori.Para un mismo movimiento óptimo, pueden existir diferentes límites que presenten amplitudes decrecientes correspondientes a un aumento de la dificultad del ejercicio, a medida que progrese el individuo.

Cabe señalar, que el especialista puede definir el margen de error para un parámetro del movimiento en particular, según el objetivo de mejora dado al individuo. Por ejemplo, en el caso de andar, un parámetro de este tipo puede ser: la velocidad de ejecución del movimiento, la longitud del movimiento, el ritmo de pisado de un talón sobre el suelo, la simetría (lista no limitativa). De este modo, la retroalimentación podrá activarse específicamente en caso de desviación con respecto a dicho parámetro, y no necesariamente con respecto al movimiento considerado en su conjunto.

Por lo demás, el sistema es capaz de conservar el historial de un número determinado de los últimos ensayos, lo que permite a los límites fijados de manera previa alrededor del movimiento óptimo evolucionar automáticamente a lo largo del tiempo, en función del progreso efectuado por el individuo. El sistema, por tanto, se adapta a la evolución del movimiento del individuo.

Naturalmente, a medida que se produzca el entrenamiento del individuo y la evolución de sus capacidades, el terapeuta puede que también tenga que modificar el movimiento óptimo, y/o afinar los límites alrededor del movimiento óptimo.

Estando el procesador unido al individuo (por ejemplo, integrado en una prenda, o integrado en un teléfono inteligente incorporado al individuo), el individuo se beneficia de una plena libertad de movimientos, puesto que no tiene la necesidad de conectarse a un ordenador que realizaría el registro o la comparación de los movimientos. Ventajosamente, la conexión entre los sensores y el procesador se realiza de manera inalámbrica, con el fin de conservar dicha libertad de movimiento.

Siendo el movimiento cíclico, el sistema es capaz automáticamente de reconocer el movimiento a controlar cuando este último se repita un determinado número de veces consecutivas, y desactivarse de nuevo desde que el usuario cambie de actividad. Obviamente, se entiende que pueden registrarse varios movimientos cíclicos, y que entonces el sistema será capaz de reconocerlos, con el fin de utilizar el movimiento de referencia correspondiente.

El sistema comprende, además, al menos un dispositivo de retroalimentación acoplado al procesador, y destinado a proporcionar al individuo información sobre si el movimiento se ajusta respecto al movimiento de referencia. Esta información puede proporcionarse en forma de señal visual, sonora y/o táctil.

Por ejemplo, estando previamente definidos los límites dinámicos, el movimiento se considera correcto (es decir, se ajusta al movimiento de referencia) si el resultado del conjunto de las comparaciones entre los parámetros del movimiento de referencia y los parámetros del movimiento durante la ejecución se encuentra entre dichos límites. Por el contrario, si el resultado de la comparación se encuentra fuera de dichos límites durante una duración definida previamente, el procesador transmite al dispositivo de retroalimentación una orden de emisión de una señal, que puede ser diferente en función de la naturaleza del error calculado.

La Figura 1A ilustra el registro de los datos de un movimiento cíclico determinado.

En esta etapa, el individuo se equipa con el o los sensores tridimensionales de movimiento. Bajo el control de un especialista (por ejemplo, un terapeuta, un ergónomo), realiza el movimiento cíclico al máximo de sus capacidades actuales. De este modo, se registra un movimiento considerado aceptable, a continuación, se elige el o los parámetros del movimiento a controlar (representando la curva de la izquierda un parámetro de este tipo, en función del tiempo t), designándose cada ciclo mediante la referencia C<1>, C<2>, C<3>, etc. La curva de la derecha representa los datos ideales de este parámetro del movimiento, pudiendo el movimiento realizarse o bien por otro individuo sano, o bien por el propio individuo en un estadio posterior de su tratamiento, lo que significa una progresión en el cumplimiento del movimiento. Posiblemente, pueden existir un determinado número de registros intermedios (no representados), a medida que progrese el individuo.

La Figura 1B ilustra el cálculo de un ciclo C<ref>de referencia, a partir del registro representado en la Figura 1A, correspondiente a una media aritmética de la duración de un cierto número de ciclos, así como el cálculo del error E admitido para dicho ciclo C<ref>.

En el ejemplo ilustrado en la Figura 1B, existen tres niveles de dificultad correspondientes a un margen de error progresivamente decreciente: la curva de la izquierda ilustra un margen de error elevado, correspondiente a un ejercicio fácil, la curva de la derecha ilustra un margen de error mínimo, correspondiente a un ejercicio difícil, y la curva del medio ilustra un margen de error intermedio, correspondiente a un ejercicio de dificultad media. En el presente documento, el margen de error se representa por puntos a lo largo del conjunto del movimiento (es decir, entre el 0 y el 100 % del ciclo), pero este último puede que no se defina más que en un instante, o también sobre una parte del movimiento.

El procesador puede aplicar en un primer momento el margen elevado, luego, una vez que el movimiento del individuo se ajusta a dicho margen, el procesador aplica el margen de error intermedio mientras el movimiento del individuo no se ajuste a dicho margen y, finalmente, el procesador aplica el margen de error mínimo. Una vez que el individuo sea capaz de reproducir el movimiento aceptable, respetando dicho margen de error mínimo sobre el o los parámetros del movimiento que se controlan, el movimiento se ajusta para que tienda hacia el movimiento ideal, aplicándose a este movimiento ajustado los márgenes de error anteriormente definidos.

La Figura 1C ilustra esquemáticamente la implementación del procedimiento en la vida diaria del individuo.

El individuo se equipa con el o los sensores tridimensionales de movimiento, que se ajustan sobre el o los segmentos corporales en cuestión, y que, gracias a la prenda que permite unirlos al individuo, son casi invisibles para terceros.

Cuando el individuo comience a efectuar un movimiento cíclico registrado, el procesador utiliza los primeros ciclos para detectar dicho movimiento y para calcular la duración media del ciclo. En efecto, se considera que un movimiento cíclico dado siempre presenta una misma organización a lo largo del tiempo. Por consiguiente, incluso si el movimiento se realiza a una velocidad diferente de la del movimiento registrado, la organización de este movimiento sigue siendo idéntica, y es suficiente con que el procesador aplique la duración media medida para calibrar el ciclo de referencia registrado.

Por ejemplo, tratándose del movimiento de andar, este se constituye de dos fases principales:

(I) la fase de apoyo, que corresponde al periodo en que al menos una parte del pie está en contacto con el suelo, que se extiende normalmente entre el 0 y el 60 % del ciclo de andar, y que se divide en tres fases secundarias:

(1.1) la fase talígrada, que empieza con el contacto inicial del talón con el suelo, y continúa con la carga del miembro inferior derecho; dicha fase se extiende entre el 0 y el 10 % del ciclo de andar;

(1.2) la fase plantígrada, que empieza cuando el pie descansa sobre la planta del pie, y se acaba cuando el talón pierde contacto con el suelo; dicha fase se extiende entre el 10 y el 50 % del ciclo de andar;

(1.3) la fase digitígrada, que empieza cuando el talón se levanta, y se termina cuando el pie se ha despegado del suelo; dicha fase se extiende entre el 50 y el 60 % del ciclo de andar;

(II) la fase oscilante, en que el pie ya no está en contacto con el suelo, y que permite el avance del miembro inferior, que se extiende entre el 60 y el 100 % del ciclo de andar, y que se divide en dos fases secundarias:

(11.1) la fase de acortamiento de la pierna;

(11.2) la fase de alargamiento de la pierna.

A continuación, a medida que el individuo completa el movimiento (representado por la curva C<tr>) a lo largo del tiempo t, el procesador detecta cada comienzo de ciclo (indicado como “to” ), y aplica el margen de error predeterminado (esquematizado por las curvas C<mín>y C<máx>que rodean el ciclo C<ref>de referencia).

Cuando el movimiento realizado se salga del margen de error, el procesador activa una retroalimentación (indicada como “ F” ) para informar al individuo del error, e incitarlo a corregir su movimiento. De este modo, sobre el primer ciclo, una retroalimentación F se activa, pues el movimiento registrado C<tr>rebasa el límite C<máx>; sobre el segundo ciclo, una retroalimentación F se activa, pues el movimiento registrado C<tr>pasa más allá del límite C<mín>, mientras que no se activa ninguna retroalimentación sobre el tercer ciclo, pues el movimiento registrado sigue encontrándose dentro del intervalo [C<mín>, C<máx>]. Como puede verse en la Figura 1C, la retroalimentación se activa en tiempo real, es decir, tan pronto como se mida una salida del margen de error para el o los parámetros del movimiento considerados. De este modo, el individuo puede modificar la ejecución del movimiento en tiempo real, desde el ciclo considerado, sin esperar a terminar un ejercicio completo.

Preferiblemente, el dispositivo de retroalimentación puede unirse al individuo por cualquier medio apropiado.

Este es el caso, en concreto, cuando la señal de retroalimentación sea táctil. Por ejemplo, el dispositivo de retroalimentación comprende al menos un electrodo o un vibrador que se mantiene en contacto con la piel del individuo. Si el(los) sensor(es) y, posiblemente, el procesador se integran en una prenda, el dispositivo de retroalimentación puede también integrarse en dicha prenda.

Un solo dispositivo de retroalimentación puede ser suficiente para proporcionar al individuo la información sobre si el movimiento se ajusta o no al movimiento de referencia. Opcionalmente, pueden utilizarse y repartirse varios dispositivos de retroalimentación para proporcionar al individuo una información más precisa sobre la parte del movimiento que no se ajusta al movimiento de referencia, el segmento que no haya realizado un movimiento que se ajuste al movimiento de referencia, o sobre el parámetro del movimiento que no se ajuste. Opcionalmente, la intensidad de la señal táctil puede modularse en función del error constatado.

En el caso de una señal visual, el dispositivo de retroalimentación puede comprender, por ejemplo, una luz que se encienda cuando el resultado de la comparación se encuentre fuera de los límites predefinidos. Dicha luz puede unirse al individuo mediante cualquier medio apropiado, tal como una prenda, tal como se mencionó más arriba.

De manera alternativa, el dispositivo de retroalimentación puede comprender la pantalla de un teléfono inteligente, que muestra una información visual.

En el caso de una señal sonora, el dispositivo de retroalimentación puede comprender un altavoz. Dicho altavoz puede estar unido o no al individuo.

De manera alternativa, el dispositivo de retroalimentación puede incluirse en un aparato separado de la prenda, preferiblemente un aparato portátil, tal como un teléfono móvil o un asistente portátil personal. En este caso, el dispositivo de retroalimentación se acopla al procesador mediante tecnología inalámbrica, según un protocolo de comunicación apropiado. La retroalimentación puede consistir, por ejemplo, en simbolizar el o los segmentos implicados en el movimiento, y en mostrar en un color diferente el o los segmentos en cuestión, cuando el movimiento no se ajuste al movimiento de referencia, en la pantalla del aparato. De manera alternativa o complementaria, la retroalimentación puede también consistir en una vibración del aparato que indique un movimiento que no se ajuste respecto al movimiento de referencia. Esto permite, en particular, una retroalimentación perceptible únicamente por el individuo, y no por su entorno.

La retroalimentación puede realizarse en tiempo real, por ejemplo, en el caso de un dispositivo táctil, para permitir al individuo ser consciente de que el movimiento no se ajusta, tan pronto como se constate. De manera alternativa, la comparación del movimiento registrado y del movimiento de referencia puede memorizarse para poder volver a reproducirla posteriormente.

En todos los casos, la retroalimentación tiene como objetivo únicamente proporcionar una información al individuo para llevarle a corregir, por sí mismo, su movimiento, y no a corregir mediante actuadores el movimiento realizado por el individuo. De este modo, el individuo es plenamente activo en el proceso de corrección del movimiento, lo que es, por lo tanto, más eficaz.

Por otra parte, el hecho de que el movimiento de referencia sea propio del individuo, teniendo en cuenta sus capacidades físicas iniciales y su evolución, y no externo a este (como lo sería un movimiento ideal estándar), permite al individuo alcanzar más fácilmente el objetivo fijado, y hace este aprendizaje más eficaz.

Por otro lado, el procesador puede memorizar el historial de las implementaciones sucesivas del movimiento, para representar los fracasos y éxitos del individuo durante su aprendizaje. A este respecto, en el caso en que el o los sensores estén unidos a una prenda es ventajoso en la medida en que esta realización asegura una ubicación constante de cada sensor con respecto a un segmento, de modo que se pueden repetir diferentes pruebas.

El sistema comprende, además, una batería que permite la alimentación eléctrica del o de los sensores, del procesador y, en su caso, del o de los dispositivos de retroalimentación. Para minimizar la necesidad de recargar o sustituir la batería, se emplean preferiblemente elementos cuyo consumo eléctrico sea mínimo.

La integración de los diferentes elementos en la prenda puede hacerse mediante cualquier medio de unión apropiado, por ejemplo, mediante pegado sobre la superficie interna o externa de la prenda, mediante incorporación a las fibras textiles durante su fabricación, consiéndolos, etc.

Debido a la flexibilidad del material textil de la prenda, esta no entorpece los gestos del individuo y, por lo tanto, ofrece una cierta comodidad de utilización. Por lo demás, teniendo la prenda un escaso espesor, y adaptándose a la forma del cuerpo, es relativamente discreta y puede llevarse puesta posiblemente debajo de otra prenda, de modo que otras personas que no sean el individuo no perciban su función técnica. Para favorecer la comodidad de la prenda, los diferentes elementos ventajosamente se han miniaturizados para que tengan el menor peso y volumen posibles.

En función de la patología y/o del individuo, las posturas o los movimientos erróneos pueden implicar diferentes sistemas sensoriales, principalmente, el sistema visual, el sistema propioceptivo y/o el sistema vestibular.

Para identificar el sistema en cuestión que no se ajusta al movimiento, los sensores se eligen y disponen ventajosamente en la prenda, para poder determinar la contribución de cada sistema al movimiento.

De este modo, la contribución del sistema propioceptivo puede calcularse comparando la posición y/o la orientación de un segmento durante el movimiento con respecto al movimiento de referencia. Para ello, se utilizan los sensores tridimensionales colocados sobre los segmentos particulares en los que se quiere evaluar la propiocepción.

La contribución del sistema vestibular puede calcularse evaluando el equilibrio del individuo respecto a la aceleración lineal o angular de uno o varios sensores. Para ello, se utiliza al menos un sensor tridimensional, o simplemente un acelerómetro situado sobre la cabeza. Es posible afinar esta medición con otros sensores situados, por ejemplo, sobre la pelvis o la parte alta del cuerpo, para apreciar el equilibrio general del sujeto.

La contribución del sistema visual puede estimarse evaluando la posición de la cabeza con respecto a los hombros. Para ello, se utiliza un sensor tridimensional situado sobre la cabeza y otro sobre un hombro, o en la parte alta de la espalda.

En función del sistema identificado como defectuoso durante la ejecución del movimiento, el o los dispositivos de retroalimentación pueden disponerse para indicar al usuario la naturaleza del error y su ubicación.

La invención puede encontrar aplicaciones en numerosos campos. De entre estos, se puede citar, en concreto, la rehabilitación o la ergonomía. Fuera del campo médico, se puede citar el campo deportivo y, más generalmente, todas las situaciones de aprendizaje que impliquen la motricidad y la repetición de gestos (entrenamiento del individuo que tenga como objetivo mejorar un gesto).

Las Figuras 2A y 2B ilustran una realización de la invención, respectivamente, en vista frontal y en vista trasera.

En este ejemplo, la prenda 1 es una camiseta realizada con un material textil elástico, para poder ajustarse estrechamente a la parte alta del cuerpo de un individuo.

La prenda comprende varios sensores 2, a saber:

- tres sensores en el plano sagital: un sensor sobre la parte delantera de la prenda, en la proximidad del escote, y dos sensores sobre la espalda de la prenda, respectivamente, en la parte alta y en la parte baja de la espalda; - dos sensores dispuestos cada uno sobre un hombro en la espalda de la prenda, de manera simétrica con respecto al plano sagital. En este caso, el segmento corporal del que se estudia el movimiento es el tronco del individuo. En este caso, los sensores son centrales inerciales dispuestas para reflejar los movimientos del torso del individuo en tres dimensiones.

La prenda 1 comprende, además, cuatro dispositivos 4 de retroalimentación (por ejemplo, electrodos o vibradores): tres de estos dispositivos se disponen en un plano horizontal a la espalda de la prenda, y uno se dispone en la parte baja de la espalda, a distancia del plano sagital.

La prenda 1 comprende, por otro lado, un procesador 5, acoplado a su vez a los sensores 2 y a los dispositivos 4 de retroalimentación. Opcionalmente, si hay un gran número de sensores, la prenda puede comprender varios procesadores. De manera alternativa, el procesador podría ser distinto de la prenda, y pertenecer, por ejemplo, a un teléfono inteligente incorporado al individuo.

En este ejemplo, las conexiones entre el procesador, los sensores y los dispositivos de retroalimentación, se representan de forma cableada, pero podrían realizarse, opcionalmente, de forma inalámbrica, por medio de un protocolo de comunicación adecuado.

Finalmente, la prenda 1 comprende, además, una batería 3 destinada a alimentar de energía al procesador 5, los sensores 2 y los dispositivos 4 de retroalimentación.

La unión de los sensores, de los dispositivos de retroalimentación, del procesador y de la batería a la prenda, puede realizarse mediante cualquier medio. De entre los medios de unión, se pueden citar el pegado, la costura, la integración en el procedimiento de fabricación (por ejemplo, mediante tejido) del material textil, etc.

Las Figuras 3A y 3B ilustran otra realización de la invención, respectivamente, en vista frontal y en vista trasera. En este ejemplo, la prenda 1 es un pantalón realizado con un material textil elástico, para poder ajustarse estrechamente a la parte baja del cuerpo de un individuo.

Los signos de referencia que aparecen en la Figura 1 corresponden a los mismos elementos.

En este caso, la prenda 1 comprende dos sensores sobre la parte delantera de cada pierna, respectivamente, por encima de la rodilla y a media pantorrilla, y un sensor situado en la espalda, próximo a la cintura. Los segmentos de interés son las partes inferior y superior de cada pierna.

La prenda 1 comprende, además, un dispositivo 4 de retroalimentación situado sobre la parte delantera de cada rodilla. El procesador 5 y la batería 3 se disponen en la espalda de la prenda, próximos a la cintura.

Finalmente, ni que decir tiene que los ejemplos que se acaban de dar no son más que ilustraciones particulares, en ningún caso limitativas en cuanto a los campos de aplicación de la invención.

Referencias

[1] Documento WO 2009/112281

[2] Documento US-2011/0063114

[3] Documento US-2013/0184611

[4] Documento US-2013/0207889

[5] Documento US-2014/303529

[6] Documento WO 2008/129442

[7] Williams MJ, Haq I, Raymond YL, Dynamic measurement of lumbar curvature using fibre-optic sensors, Medical Engineering and Physics, 2010

[8] Tognetti A, Lorussi F, Dalle Mura G, Carbonaro N, Pacelli M, Paradiso R, De Rossi D, New generation of wearable goniometers for motion capture systems, Journal of NeuroEngineering and Rehabilitation, 2014

Claims (13)

1. REIVINDICACIONES

   i. Sistema de control de un movimiento cíclico de al menos un segmento corporal de un individuo, que comprende:

   - al menos un sensor (2) tridimensional de movimiento,

   - un medio de fijación de dicho sensor sobre dicho segmento corporal del individuo, - un dispositivo (4) de retroalimentación;

   - un procesador (5) acoplado a dicho sensor (2), y adecuado para incorporarse al individuo, configurándose dicho procesador para

   registrar un movimiento cíclico de referencia propio del individuo, y límites de tolerancia mínimos y máximos para un parámetro del movimiento a controlar, siendo los límites de tolerancia propios del individuo, y evolutivos en función de su progresión, siendo los límites de tolerancia del parámetro de movimiento límites dinámicos para definir una curva de valores mínimos y una curva de valores máximos que rodean la curva seguida por el parámetro de movimiento del movimiento cíclico de referencia;

   detectar, por medio del sensor, dicho movimiento cíclico del segmento corporal;

   a partir de una pluralidad de ciclos del movimiento cíclico detectado, calcular la duración media de un ciclo, y calibrar el movimiento cíclico de referencia con dicha duración media; a partir de datos de medición de dicho sensor, calcular dicho parámetro para el movimiento detectado;

   comparar en tiempo real, por medio de un algoritmo de comparación punto a punto de señales, dicho parámetro para el movimiento detectado (C<tr>) con dicho parámetro del movimiento (C<ref>) cíclico de referencia calibrado, con el fin de determinar si el resultado de la comparación se encuentra entre los límites de tolerancia; y

   activar una retroalimentación mediante el dispositivo de retroalimentación cuando dicho parámetro para el movimiento detectado se salga del margen de error definido por los límites de tolerancia;

   - acoplándose el dispositivo (4) de retroalimentación a dicho procesador (5), y adaptado para proporcionar al individuo información en tiempo real sobre la conformidad del parámetro del movimiento detectado respecto al parámetro de dicho movimiento cíclico de referencia.
2. 2. Sistema según la reivindicación 1, en donde el medio de fijación del sensor sobre el segmento corporal es una prenda cuya al menos una parte se puede ajustar a dicho segmento corporal, estando dicho sensor unido a dicha prenda.
3. 3. Sistema según la reivindicación 2, en donde el dispositivo de retroalimentación se incluye en un aparato portátil separado de la prenda, y se conecta a la prenda (5) mediante una conexión inalámbrica.
4. 4. Sistema según una de las reivindicaciones 2 o 3, en donde el procesador (5) está unido a la prenda (1).
5. 5. Sistema según una de las reivindicaciones 2 o 3, en donde el procesador (5) está separado de la prenda (1).
6. 6. Sistema según una de las reivindicaciones 1 o 5, en donde el dispositivo (4) de retroalimentación está configurado para emitir una señal sonora.
7. 7. Sistema según una de las reivindicaciones 1 a 6, en donde el dispositivo (4) de retroalimentación está configurado para emitir una señal visual.
8. 8. Sistema según una de las reivindicaciones 1 a 7, en donde el dispositivo (4) de retroalimentación está configurado para emitir una señal táctil.
9. 9. Sistema según una de las reivindicaciones 1 a 8, en donde el dispositivo (4) de retroalimentación comprende al menos un vibrador, un electrodo, un altavoz y/o una pantalla que muestra una representación del movimiento.
10. 10. Sistema según una de las reivindicaciones 1 a 9, en donde el sensor tridimensional (2) es una central inercial.
11. 11. Sistema según una de las reivindicaciones 1 a 10, que comprende al menos dos sensores tridimensionales destinados a unirse a un mismo segmento corporal, configurándose el procesador para fusionar los datos de medición de dichos sensores.
12. 12. Sistema según una de las reivindicaciones 1 a 11, en donde el procesador (5) se acopla al sensor (2) mediante una conexión inalámbrica.
13. 13. Sistema según una de las reivindicaciones 1 a 12, en donde el procesador está configurado para, después de la ejecución de una pluralidad de ciclos conformes al movimiento de referencia, hacer evolucionar automáticamente a lo largo del tiempo los límites de tolerancias, para disminuir el margen de tolerancia y/o ajustar el movimiento cíclico de referencia.