BR112015012301A2 - método para estimar o risco de queda de um usuário, produto de programa de computador, aparelho para estimar um risco de queda para um usuário, dispositivo que é configurado para ser usado junto ao corpo de um usuário e sistema - Google Patents

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Abstract

resumo método para estimar o risco de queda de um usuário, produto de programa de computador, aparelho para estimar um risco de queda para um usuário, dispositivo que é configurado para ser usado junto ao corpo de um usuário e sistema a presente invenção apresenta um método para estimar o risco de queda de um usuário, sendo que o método compreende analisar as medições da aceleração do usuário para determinar se o usuário conseguiu executar uma transferência da posição sentada para a posição em pé; identificar a aceleração vertical máxima do usuário durante a transferência da posição sentada para a posição em pé, a partir das medições da aceleração do usuário; e estimar um risco de queda para o usuário a partir da aceleração vertical máxima identificada. 1/1

Description

MÉTODO PARA ESTIMAR O RISCO DE QUEDA DE UM USUÁRIO,
PRODUTO DE PROGRAMA DE COMPUTADOR, APARELHO PARA ESTIMAR UM RISCO DE QUEDA PARA UM USUÁRIO, DISPOSITIVO QUE É CONFIGURADO PARA SER USADO JUNTO AO CORPO DE UM USUÁRIO E SISTEMA
CAMPO DA TÉCNICA DA INVENÇÃO
[001] A invenção se refere a um método e a um
aparelho para est imar o risco de queda de um usuário e, em
particular, está relacionada a um método e a um aparelho
para estimar o risco de queda de um usuário com base em uma análise de um movimento de transferência da posição sentada para a posição em pé executado pelo usuário.
ANTECEDENTES DA INVENÇÃO [002] As quedas são um dos maiores fatores de risco à saúde de pessoas idosas. Cerca de um terço de pessoas com idade acima de 65 anos cai ao menos uma vez por ano.
[003] Muitas dessas quedas poderiam ser evitadas pela identificação precoce do risco de queda e a aplicação de programas eficazes e específicos de prevenção de quedas.
[004] Testes de prevenção de quedas com base no treinamento de força e equilíbrio (SBT - Strength and Balance Training) mostram que o risco de queda para pessoas idosas pode ser reduzido. Medidas de desempenho de equilíbrio podem ser usadas como indicadores precoces do risco de queda, e também para medir o progresso de programas de prevenção de quedas. A transferência da posição sentada para a posição em pé, indicada a partir deste ponto do documento como transferência da posição sentada para a posição em pé, ou transferência STS (STS - Sit to Stand) foi identificada como um movimento importante que pode ser usado como uma medida do desempenho de equilíbrio e, consequentemente, uma medida do
2/38 risco de queda. Em sua rotina diária, uma pessoa realiza o movimento de transferência STS muitas vezes por dia.
[005] Convencionalmente, são usados sistemas de medição clínicos (como os que incluem uma plataforma de força e um sistema de marcador óptico) para fornecer uma quantificação acurada de força durante uma transferência da posição sentada para a posição em pé. Nesses sistemas de medição, a plataforma de força fornece o componente vertical da força de reação do solo e o sistema de marcador óptico fornece uma medida de deslocamento em três dimensões. Uma combinação de ambas as medições é usada para quantificar a força durante uma transferência da posição sentada para a posição em pé.
[006] Esses sistemas de medição têm várias desvantagens. Primeiramente, são equipamentos clínicos que exigem a presença física do usuário em uma clínica. A preparação e a realização das medições são tarefas trabalhosas (particularmente se for necessário prender marcadores ópticos a partes específicas do corpo). Além disso, as medições fornecem apenas uma imagem instantânea do desempenho de equilíbrio do usuário, onde, graças ao ambiente clínico, o usuário comumente tem um desempenho acima de sua capacidade média. Finalmente, os sistemas de medição envolvem um procedimento que é muito pouco prático para o usuário.
[007] A avaliação do risco de queda no ambiente doméstico é, em geral, executada através de uma entrevista por telefone ou por autorrelato do próprio usuário, mas essas avaliações não são particularmente confiáveis.
[008]
Todavia avanços recentes em sensores
3/38 presos ao corpo aprimoraram as aplicações/ferramentas de avaliação do risco de queda feita no ambiente doméstico. A força de movimentos de transferência da posição sentada para a posição em pé pode ser determinada com o uso de uma plataforma de detecção presa ao corpo que inclui acelerômetros. Um desses sistemas é descrito no documento WO 2010/035187.
[009] Experimentos têm mostrado que a força exercida durante uma transferência STS medida com um acelerômetro equivale à força medida com uma plataforma de força na avaliação clínica padrão. Entretanto, uma desvantagem desse método é que o mesmo exige uma delineação clara dos tempos de início e de fim do movimento de transferência STS, uma vez que esses tempos afetam o resultado dos cálculos. Em particular, o tempo do início afetará a força máxima que é identificada, uma vez que tem um efeito sobre a integração que precisa ser aplicada ao sinal do acelerômetro para determinar a força.
[010] Em um ambiente de clínica ou laboratório, esse problema é menos crítico, uma vez que os tempos de início e de fim podem ser determinados através da observação do usuário durante sua execução da transferência STS. A análise do sinal pode ser feita com a assistência dessas observações. Adicionalmente, o sinal de aceleração ao redor do movimento de transferência STS é menos ruidoso do que seria em uma situação cotidiana. Isso ajuda também na delineação e na redução da influência de erros na delineação. Fora do ambiente clínico (por exemplo, em situações do dia a dia) , essa observação está ausente, e a delineação é um problema. Além disso, o sinal de aceleração será mais ruidoso. É possível para o usuário indicar manualmente o
4/38 início e/ou o fim da transferência, por exemplo, pressionando um botão no começo ou no final do movimento da transferência STS, mas isto significa que o sistema é intrusivo.
[011] Portanto, existe uma necessidade por um método e aparelho aprimorados para estimar um risco de queda através da análise de uma transferência da posição sentada para a posição em pé.
SUMÁRIO DA INVENÇÃO [012] Descobriu-se que há uma correlação altamente linear entre a aceleração vertical máxima que ocorre durante uma transferência da posição sentada para a posição em pé e a força máxima gerada pelo usuário durante a transferência. Essa correlação é mostrada na Figura 1 na qual é representada a força máxima durante uma transferência da posição sentada para a posição em pé em função da aceleração vertical máxima para diversas variações do movimento de passar da posição sentada para a posição em pé, para vários usuários diferentes. Nessa figura, tanto a aceleração como a força foram dimensionadas e normalizadas com relação à gravidade. As variações da transferência da posição sentada para a posição em pé incluem uma transferência em velocidade normal (NormSTS) , uma transferência em velocidade normal na qual o usuário não usa seus braços (NormSTSwithoutArms), uma transferência mais rápida (FastSTS), e transferências que ocorrem como parte de um teste de mobilidade TUG (timed-upand-go) em velocidades rápida e normal, nas quais o usuário precisa levantar, caminhar e retornar à posição sentada (identificadas como STSinFastTUG e STSinNormTUG, respectivamente) .
[013]
Os gráficos na Figura 2 mostram que a
5/38 aceleração vertical máxima exibe a mesma sensibilidade ao risco de queda que a força máxima. Em particular, o lado esquerdo da Figura 2(a) mostra uma análise da variância dos valores da aceleração vertical máxima (dimensionados para gravidade) obtidos para usuários saudáveis (isto é, baixo risco de queda) , e o lado direito mostra uma análise da variância dos valores da aceleração vertical máxima (dimensionados para gravidade) obtidos para usuários frágeis (isto é, com alto risco de queda) . A Figura 2 (b) mostra a análise de variância correspondente para a força máxima, e, consequentemente, pode-se notar que a aceleração vertical máxima durante uma transferência da posição sentada para a posição em pé fornece informações sobre o risco de queda do usuário similares àquelas da força máxima.
[014]
Dessa forma a invenção explora descoberta de que a aceleração vertical máxima durante uma transferência da posição sentada para a posição em pé fornece uma medida útil do risco de queda do usuário. Em particular, de acordo com um primeiro aspecto da invenção, é apresentado um método para estimar o risco de queda de um usuário, sendo que o método compreende a análise das medições da aceleração do usuário para determinar se o usuário conseguiu executar uma transferência da posição sentada para a posição em pé; identificar a aceleração vertical máxima do usuário durante a transferência da posição sentada para a posição em pé a partir das medições da aceleração do usuário; e estimar um risco de queda para o usuário a partir da aceleração vertical máxima identificada.
[015]
Em modalidades preferenciais, a aceleração vertical máxima identificada é dimensionada com o uso de uma
6/38 estimativa da gravidade obtida a partir das medições da aceleração do usuário e a aceleração vertical máxima dimensionada é usada para estimar o risco de queda para o usuário. Erros de calibração nas medições dos sensores podem introduzir erros na aceleração vertical máxima e, consequentemente, na avaliação do risco de queda. Portanto, dimensionar a aceleração vertical máxima dessa maneira significa que os erros de calibração podem ser removidos das medições dos sensores.
[016] Em uma modalidade preferencial, o método compreende adicionalmente as etapas de: estimar a aceleração devida à gravidade a partir das medições da aceleração do usuário; e subtrair a aceleração estimada devida à gravidade a partir da aceleração vertical máxima identificada para fornecer uma aceleração vertical máxima dimensionada.
[017] Em uma modalidade alternativa, o método compreende adicionalmente as etapas de: estimar aceleração devida à gravidade a partir das medições da aceleração do usuário; e subtrair a aceleração estimada devida à gravidade a partir das medições da aceleração do usuário para fornecer medições dimensionadas da aceleração do usuário; sendo que a etapa de identificação da aceleração vertical máxima do usuário durante a transferência da posição sentada para a posição em pé compreende identificar a aceleração vertical máxima do usuário a partir das medições dimensionadas da aceleração.
[018] De preferência, a estimativa da gravidade é obtida a partir das medições de aceleração calculando-se a média de uma pluralidade das medições de aceleração que ocorrem em um período de tempo antes do início da
7/38 transferência da posição sentada para a posição em pé para fornecer a estimativa de gravidade.
[019] Em algumas modalidades, a estimativa da gravidade é obtida a partir das medições de aceleração em um período de tempo antes do início da transferência da posição sentada para a posição em pé apenas se o desvio padrão, a variância ou a faixa da pluralidade das medições de aceleração ocorrendo em um dado período de tempo forem menores que um valor-limite.
[020] Em algumas modalidades, a aceleração vertical máxima dimensionada é normalizada com o uso da estimativa da gravidade, e a aceleração vertical máxima dimensionada normalizada é usada para estimar o risco de queda para o usuário.
[021] Em implementações preferenciais, as medições da aceleração do usuário são obtidas com o uso de um ou mais acelerômetros presos ao usuário ou usados junto ao seu corpo.
[022] Em implementações alternativas, as medições da aceleração do usuário são obtidas com o uso de uma plataforma de força que mede as forças geradas pelo usuário durante o movimento.
[023] Em algumas modalidades, o método compreende executar a etapa de identificação para uma pluralidade de transferências da posição sentada para a posição em pé, sendo que a etapa de estimativa do risco de queda compreende a determinação do risco de queda a partir da média das acelerações verticais máximas identificadas para uma pluralidade de transferências da posição sentada para a posição em pé.
8/38 [024] Em algumas modalidades, a etapa de estimativa do risco de queda compreende a determinação do risco de queda a partir da média das acelerações verticais máximas identificadas para uma pluralidade de transferências da posição sentada para a posição em pé e uma indicação do número de vezes que o usuário executou a transferência da posição sentada para a posição em pé em um periodo de tempo especifico.
[025] Algumas modalidades compreendem adicionalmente a etapa de comparação do risco de queda estimado com um ou mais riscos de queda estimados previamente para determinar uma tendência de risco de queda para o usuário.
[026] De acordo com um segundo aspecto da invenção, é fornecido um produto de programa de computador que compreende código de programa de computador que, quando executado em um computador ou um processador, faz com que o computador ou um processador determine um risco de queda para um usuário por meio das etapas de: analisar as medições da aceleração do usuário para determinar se o usuário conseguiu executar uma transferência da posição sentada para a posição em pé; identificar a aceleração vertical máxima do usuário durante a transferência da posição sentada para a posição em pé a partir das medições da aceleração do usuário; e estimar um risco de queda para o usuário a partir da aceleração vertical máxima identificada.
[027] Em modalidades preferenciais, o produto de programa de computador é adicionalmente configurado para fazer com que o computador ou o processador dimensione a aceleração vertical máxima identificada com o uso de uma
9/38 estimativa da gravidade obtida a partir das medições da aceleração do usuário, e use a aceleração vertical máxima dimensionada para estimar o risco de queda para o usuário.
[028] São contempladas, também, várias outras modalidades do produto de programa de computador nas quais o código de programa de computador é adicionalmente configurado para fazer com que um computador ou um processador execute qualquer um dos métodos supracitados.
[029] De acordo com um terceiro aspecto da invenção, é fornecido um aparelho para estimar um risco de queda para um usuário, sendo que o aparelho compreende uma unidade de processamento configurada para analisar as medições da aceleração do usuário para determinar se o usuário conseguiu executar uma transferência da posição sentada para a posição em pé; identificar a aceleração vertical máxima do usuário durante a transferência da posição sentada para a posição em pé a partir das medições da aceleração do usuário; e estimar um risco de queda para o usuário a partir da aceleração vertical máxima identificada.
[030] Em modalidades preferenciais, a unidade de processamento é configurada para dimensionar a aceleração vertical máxima identificada com o uso de uma estimativa da gravidade obtida a partir das medições da aceleração do usuário e para usar a aceleração vertical máxima dimensionada para estimar o risco de queda para o usuário.
[031] São contempladas, também, várias outras modalidades do aparelho nas quais a unidade de processamento é adicionalmente configurada para executar qualquer uma das etapas dos métodos supracitados.
[032] De acordo com um quarto aspecto da
10/38 invenção, é fornecido um dispositivo que é configurado para ser usado junto ao corpo de um usuário, sendo que o dispositivo compreende um acelerômetro que mede a aceleração agindo sobre o dispositivo em três dimensões; e um aparelho conforme descrito anteriormente, sendo que a unidade de processamento é configurada para processar as medições de aceleração do acelerômetro.
[033] De acordo com um quinto aspecto da invenção, é fornecido um sistema que compreende um dispositivo que é configurado para ser usado junto ao corpo de um usuário, sendo que o dispositivo compreende um acelerômetro que mede a aceleração agindo sobre o dispositivo em três dimensões; e uma unidade de base que é configurada para se comunicar com o dispositivo, e que compreende um aparelho conforme descrito anteriormente, sendo que a unidade de processamento é configurada para processar as medições de aceleração do acelerômetro.
[034] De acordo com um sexto aspecto da invenção, é fornecido um sistema que compreende uma plataforma de força; e uma unidade de base que compreende um aparelho conforme descrito anteriormente, sendo que a unidade de processamento é configurada para receber medições de forças da plataforma de força e para processar as medições de forças para determinar as medições da aceleração.
[035] De acordo com um sétimo aspecto da invenção, é apresentado um método para estimar o risco de queda de um usuário, sendo que o método compreende a análise das medições da aceleração do usuário para determinar se o usuário conseguiu executar uma transferência da posição
11/38 sentada para a posição em pé; identificar a aceleração vertical máxima do usuário durante a transferência da posição sentada para a posição em pé a partir das medições da aceleração do usuário, sendo que a aceleração vertical máxima identificada é dimensionada com o uso de uma estimativa da gravidade obtida a partir das medições da aceleração do usuário; e estimar um risco de queda para o usuário a partir da aceleração vertical máxima dimensionada.
BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS [036] Para um melhor entendimento da invenção, e para mostrar mais claramente como a mesma pode ser levada a efeito, será feita agora referência, somente a titulo de exemplo, aos desenhos em anexo, nos quais:
A Figura 1 é um gráfico ilustrando a correlação entre a aceleração vertical máxima e a força máxima em uma transferência da posição sentada para a posição em pé;
A Figura 2 ilustra a sensibilidade da aceleração vertical máxima e da força máxima ao risco de queda;
A Figura 3 é um gráfico ilustrando um exemplo da variação em aceleração vertical durante uma transferência da posição sentada para a posição em pé;
A Figura 4 é um fluxograma ilustrando um método para determinar um risco de queda de acordo com uma modalidade;
A Figura 5 é um fluxograma ilustrando um método para determinar um risco de queda de acordo com uma outra modalidade;
A Figura 6 é um diagrama de blocos de um aparelho de acordo com uma modalidade da invenção;
A Figura 7 é um diagrama de blocos ilustrando um algoritmo para detectar uma transferência da posição sentada
12/38 para a posição em pé em medições da aceleração vertical do usuário;
A Figura 8 mostra os sinais de entrada para o algoritmo e os sinais obtidos durante algumas das etapas de processamento; e
A Figura 9 ilustra um filtro adaptado exemplificador que foi otimizado para uso na detecção de uma transferência da posição sentada para a posição em pé.
DESCRIÇÃO DETALHADA DAS MODALIDADES PREFERENCIAIS [037] O gráfico na Figura 3 mostra a aceleração vertical durante um típico movimento de passar da posição sentada para a posição em pé (que foi dimensionada para excluir a aceleração devida à gravidade). O usuário inicia a partir da posição de repouso (isto é, a aceleração medida na direção vertical devido ao movimento do usuário é aproximadamente 0) e o usuário começa a se mover no instante ts. A aceleração medida nesse instante é representada por Accvert_s · Tipicamente, há um pequeno valor mínimo no perfil de aceleração logo depois que o usuário começa a se mover e antes de se levantar da cadeira. Em seguida, o quadril do usuário deixa o meio de suporte (isto é, a cadeira) no instante tho ( 'ho' representa quadril fora da cadeira), e a aceleração nesse instante é representada por AccVert_ho- A aceleração na direção vertical aumenta então para um valor de pico (a reação de pico) representado por AccVert_pr no instante tpr. A reação de pico é seguida da reação mais baixa que é uma aceleração negativa representada por AccVert_ir que ocorre no instante tir. O final do movimento ocorre no instante te, com a aceleração representada por AccVert_e[038] O fluxograma na Figura 4 ilustra um método
13/38 para determinar um risco de queda para um usuário de acordo com uma modalidade. Na etapa 101, é determinado se o usuário executou uma transferência da posição sentada para a posição em pé. Essa etapa pode ser feita de diversas maneiras, dependendo do modo como os movimentos do usuário são monitorados.
[039] Em algumas modalidades, o usuário pode executar uma transferência da posição sentada para a posição em pé enquanto está posicionado sobre uma plataforma de força que mede as forças geradas pelo usuário durante a execução da transferência. Nesse caso, a etapa 101 pode compreender a recepção de uma indicação (por exemplo, resultante do pressionamento de um botão) fornecida por um médico que está observando o usuário enquanto este executa a transferência ou fornecida pelo usuário ao executar uma transferência, ou a etapa pode compreender a análise de sinais enviados por um sistema de marcador óptico ou a análise das forças medidas pela plataforma de força para determinar se o usuário conseguiu executar uma transferência.
[040] Em outras modalidades, o usuário pode vestir ou carregar um dispositivo que contém um ou mais sensores de movimento, como um acelerômetro, e os sinais desse ou desses sensores podem ser processados para determinar se o usuário conseguiu executar uma transferência. Nessas modalidades, pode ser possível, também, que o usuário forneça manualmente uma indicação de que o mesmo iniciou e/ou concluiu uma transferência (por exemplo, pressionando um botão no dispositivo).
[041] Se for determinado que o usuário executou a transferência da posição sentada para a posição em pé, o
14/38 método continua, então, para identificar a aceleração vertical máxima gerada pelo usuário ao concluir a transferência da posição sentada para a posição em pé (etapa 103). Essa aceleração vertical máxima corresponderá, em geral, ao valor máximo indicado como reação de pico na Figura 3, e é a maior aceleração ascendente que ocorre durante a transferência da posição sentada para a posição em pé.
[042] Nos casos em que os movimentos do usuário são monitorados com o uso de uma plataforma de força, um sinal representando a aceleração vertical pode ser determinado a partir das medições de força dividindo-se as forças medidas pela massa do usuário. De outro modo, nos casos em que os movimentos do usuário são monitorados com o uso de um acelerômetro, a aceleração na direção vertical
pode ser estimada a partir do sinal obtido do acelerômetro
tridimensional. Em algumas modal idades, a aceleração
vertical pode ser estimada como a norma das medições de
aceleração tridimensional.
[043] Dessa forma, após a determinação na etapa 101 de que ocorreu uma transferência da posição sentada para a posição em pé (a determinação fornecendo também uma indicação do tempo no qual a transferência ocorreu, por exemplo, em termos de tempos de início e de fim da transferência), uma porção do sinal de aceleração vertical ao redor da transferência da posição sentada para a posição em pé identificada é selecionada para análise (isto é, a porção entre os tempos de início e de fim identificados da transferência da posição sentada para a posição em pé), e uma aceleração vertical máxima identificada como o maior máximo na porção do sinal de aceleração vertical correspondente à
15/38 transferência da posição sentada para a posição em pé.
[044] Depois que a aceleração vertical máxima é determinada na etapa 103, o método passa para a etapa 105 na qual a aceleração vertical máxima é usada para estimar um risco de queda para o usuário. Em geral, conforme mostrado na Figura 2(a), as pessoas com maior risco de queda produzem menores valores da aceleração vertical máxima que aquelas com menor risco de queda. Dessa forma, em algumas modalidades, o risco de queda pode ser inversamente proporcional ao valor da aceleração vertical máxima (por exemplo, risco_de_queda α l/aceleração_vertical_máxima).
[045] Em algumas modalidades, um risco de queda pode ser gerado na etapa 105 a partir de uma média da aceleração vertical máxima gerada pelo usuário em relação a uma pluralidade de transferências da posição sentada para a posição em pé. A média da aceleração vertical máxima pode ser obtida a partir de várias transferências da posição sentada para a posição em pé executadas em uma única sessão de monitoramento, ou a partir de transferências da posição sentada para a posição em pé executadas ao longo de vários dias diferentes.
[046] Em algumas modalidades, o risco de queda determinado na etapa 105 pode ser comparado com riscos de queda determinados anteriormente para identificar uma tendência no desempenho da transferência da posição sentada para a posição em pé executada pelo usuário. Assim, uma diminuição na aceleração vertical máxima (ou aceleração vertical máxima média) indica um aumento no risco de queda do usuário, e vice-versa.
[047] Em algumas modalidades, o número de
16/38 vezes que o usuário executa uma transferência da posição sentada para a posição em pé em um dado periodo de tempo (por exemplo, um dia) também pode ser registrado e usado em conjunto com a aceleração vertical máxima para fornecer a indicação do risco de queda.
[048] Usar a aceleração vertical máxima como o parâmetro para estimar risco de queda tem várias vantagens em relação ao uso de força ou força máxima. Primeiramente, a aceleração vertical máxima é menos sensivel à detecção precisa dos pontos de inicio e de fim da transferência da posição sentada para a posição em pé, o que a torna mais robusta e confiável para a avaliação do risco de queda do que a força. Além disso, a estimativa da aceleração vertical máxima exige menos esforço computacional que a estimativa da força (que envolve a integração de sinais de aceleração). Essas desvantagens tornam o monitoramento da aceleração vertical máxima adequado para implementar aplicações de monitoramento de risco de queda de longo prazo, por exemplo, com o uso de sensores presos ao corpo.
[04 9] A Figura 5 mostra um método para determinar um risco de queda de acordo com uma outra modalidade da invenção. Nesse método, as primeiras duas etapas são iguais àquelas mostradas na Figura 4. Ou seja, é
determinado se um usuário executou uma transferência da
posição sentada para a posição em pé (etapa 101) e, em caso
afirmativo, a aceleração vertical máxima durante a
transferência é identificada (etapa 103) •
[050] Nessa modalidade, é reconhecido que, particularmente (mas não exclusivamente) para implementações que utilizam sensores presos ao corpo da invenção, erros de
17/38 calibração nas medições dos sensores podem introduzir erros na avaliação do risco de queda.
[051] Portanto, esses erros de calibração são levados em consideração mediante o dimensionamento da aceleração vertical máxima com o uso de uma estimativa da aceleração gravitacional que é derivada das medições de aceleração vertical durante o tempo em que a transferência da posição sentada para a posição em pé é executada.
[052] Em particular, na etapa 107, uma estimativa da aceleração devida à gravidade é calculada a partir do sinal de aceleração vertical, e na etapa 109 essa estimativa é usada para dimensionar a aceleração vertical máxima identificada para fornecer uma aceleração vertical máxima dimensionada. A aceleração vertical máxima é, de preferência, dimensionada subtraindo-se a estimativa da gravidade da aceleração vertical máxima. A aceleração vertical máxima dimensionada é então usada para determinar o risco de queda para o usuário (etapa 111).
[053] Como a estimativa da aceleração gravitacional é derivada a partir das medições de aceleração vertical obtidas do sensor (por exemplo, acelerômetro), a estimativa também estará sujeita ao erro de calibração do sensor, e dimensionamento da aceleração vertical máxima com essa estimativa removerá em grande parte o erro de calibração.
[054] Deve-se compreender que as etapas 101, 103, 107 e 109 não precisam ser executadas na ordem mostrada na Figura 5. Por exemplo, é possível determinar e atualizar periodicamente uma estimativa da aceleração devida à gravidade para uso quando uma transferência da posição sentada para a posição em pé for subsequentemente detectada, e, então,
18/38 aplicá-la a uma aceleração vertical máxima quando a mesma for identificada na etapa 103. Alternativamente, a estimativa da gravidade pode ser usada para dimensionar todas as medições de aceleração vertical, sendo a aceleração vertical máxima identificada a partir das medições de aceleração vertical dimensionadas.
[055] Em algumas modalidades, a estimativa da aceleração devida à gravidade é derivada na etapa 107 tomandose a média (por exemplo, valor médio) da aceleração vertical em relação a uma pluralidade de amostras de aceleração vertical em um periodo predeterminado antes do inicio indicado da transferência da posição sentada para a posição em pé. O periodo predeterminado deve, em geral, corresponder a um periodo de tempo no qual o usuário está sentado na cadeira, e, portanto, a aceleração vertical deve ser superada pela aceleração devida à gravidade. O periodo predeterminado pode ser qualquer extensão adequada, por exemplo, 3 segundos.
[056] Em algumas modalidades, pode ser confirmado que a aceleração vertical no periodo predeterminado provavelmente resulta apenas da gravidade determinando-se se o desvio padrão da aceleração vertical no periodo predeterminado é menor que um limite. Em algumas modalidades, o limite pode ser 0,1, mas deve-se compreender que outros valores podem ser usados. Deve-se compreender também que medidas além do desvio padrão podem ser usadas para determinar se a aceleração vertical no periodo predeterminado provavelmente resulta apenas da gravidade, como a variância da aceleração vertical ou a faixa. Se for menor que o limite, os valores médios de aceleração vertical poderão ser determinados e usados como a estimativa da
19/38 aceleração devida à gravidade. No exemplo da Figura 3, o valor médio da aceleração vertical do indice de amostra 100 a 250 (onde a transferência da posição sentada para a posição em pé é iniciada) é usado como a estimativa da aceleração devida à gravidade para dimensionar a aceleração vertical máxima da transferência.
[057] Em modalidades onde uma estimativa da aceleração devida à gravidade é determinada e periodicamente atualizada, as medidas de aceleração podem ser monitoradas continua ou regularmente quanto à ocorrência de um periodo predeterminado conforme descrito acima (isto é, onde o desvio padrão é menor que o limite) , e se tal periodo ocorrer, um novo valor para a estimativa da aceleração gravitacional poderá ser determinado com o uso das amostras nesse periodo.
[058] A Figura 6 ilustra um aparelho 2 para uso na determinação de um risco de queda para um usuário de acordo com uma modalidade da invenção. Nessa modalidade, a invenção apresenta um aparelho sob a forma de uma unidade de sensor 2 que deve ser usada junto ao corpo de um usuário. A unidade de sensor 2 pode ser fornecida sob a forma de um pingente com um fio ou cordão para ser usada ao redor do pescoço do usuário. Alternativamente, a unidade de sensor 2 pode ser configurada para ser usada em uma parte diferente do corpo do usuário, como tronco, pelve ou esterno, e compreender um arranjo adequado de fixação da unidade de sensor 2 a essa parte do corpo (por exemplo, uma correia ou uma cinta no caso de a unidade 2 ser fixada à pelve ou ao esterno).
[059] A unidade de sensor 2 é usada para medir o movimento do usuário e pode ser usada para processar as
20/38 medições para determinar quando o usuário alterou sua postura da posição sentada para a posição em pé e a aceleração vertical máxima que ocorre durante esse movimento. A unidade de sensor 2 pode ser usada também para determinar o risco de queda para o usuário 4 a partir da aceleração vertical máxima determinada.
[060] Em implementações alternativas, parte ou todo o processamento das medições, a determinação da aceleração vertical máxima e a indicação do risco de queda podem ser executadas em uma unidade de base que é separada da unidade de sensor 2 usada pelo usuário (não mostrada na Figura 6). Nesse caso, a unidade de sensor 2 pode transmitir as medições de movimento ou informações sobre as transferências identificadas para a unidade de base por meio de uma conexão com fio ou sem fio.
[061] Na modalidade ilustrada, a unidade de sensor 2 compreende um acelerômetro 4 que mede a aceleração ao longo de três eixos ortogonais (e que fornece os respectivos sinais indicando a aceleração ao longo de cada um dos eixos) e um sensor opcional 6 que mede a altitude ou a altura da unidade de sensor 2 acima do solo (ou mais particularmente que mede alterações de altitude ou altura da unidade de sensor 2 acima do solo, ou possibilita que essas alterações sejam medidas). O sensor 6 para medir a altitude ou altura da unidade de sensor 2 pode compreender, por exemplo, um altimetro ou um sensor da pressão do ar, embora os versados na técnica compreenderão que outros tipos de sensores podem ser usados. Em algumas modalidades, as medições feitas com o acelerômetro 4 podem ser processadas para determinar a altura da unidade de sensor 2 acima do
21/38 solo, ou para determinar a alteração em altura da unidade de sensor 2. Os sinais fornecidos pelo acelerômetro 4 e o sensor 6 (onde presente) são enviados para uma unidade de processamento 8 para análise.
[062] A unidade de sensor 2 compreende também uma memória 10 e opcionalmente um circuito transmissor/transceptor (TX/TRX) 12. A memória 10 é usada para armazenar medições feitas com o acelerômetro 4 e o sensor 6, e para armazenar os resultados da análise feita pelo processador
8. O circuito transmissor ou transceptor 12 pode ser usado para transmitir as medições ou os resultados da análise para uma unidade (base) remota ou um computador onde possam ser vistos ou estudados pelo usuário ou um provedor de serviços de saúde.
[063] Em algumas modalidades, o acelerômetro 4 é um sistema microeletromecânico (MEMS). A aceleração detectada pelo acelerômetro 4 pode ser obtida a uma taxa de 50 Hz, embora deve-se compreender que muitas outras frequências de amostragem podem ser usadas. No caso de o sensor 6 ser um sensor de pressão do ar ou um altimetro, as medições da altura da unidade de sensor 2 acima do solo podem ser obtidas a uma frequência de cerca de 1,8 Hz, embora, novamente, deve-se compreender que outras frequências de amostragem podem ser usadas.
[064] Dependendo do tipo especifico de sensor usado como o sensor 6 para medir a altura, o sensor 6 pode enviar sinais indicativos da altura acima do solo (ou nivel do mar no caso de um sensor da pressão do ar) , caso em que a série de tempos de medições de altura pode ser analisada pela unidade de processamento 8 para determinar a alteração em
22/38 altura de uma amostra de medição para a próxima (ou abrangendo um número predeterminado de amostras de medição). Alternativamente, o sensor 6 pode fornecer diretamente uma indicação da alteração em altura da unidade de sensor 2 a partir da amostra de medição prévia ou de uma anterior especificada.
[065] Conforme observado anteriormente, em algumas modalidades, as medições coletadas pelo acelerômetro 4 e o sensor 6 podem ser analisadas pela unidade de processamento 8 no dispositivo sensor 2 para determinar quando um usuário executou uma transferência da posição sentada para a posição em pé, a aceleração vertical máxima experimentada pelo usuário durante a execução da transferência da posição sentada para a posição em pé, e um risco de queda para o usuário a partir da aceleração vertical máxima. Alternativamente, as medições feitas com o acelerômetro 4 e o sensor 6 poderíam ser transmitidas para uma unidade de base através do circuito transmissor/transceptor 12, sendo que a unidade de base faria a análise das medições para determinar a ocorrência de uma transferência da posição sentada para a posição em pé. Em qualquer caso, o processamento pode ser executado em tempo real (ou quase real) , ou as medições feitas com o acelerômetro 4 e o sensor 6 podem ser armazenadas na memória 10 ou na unidade de base para processamento posterior (ou seja, off-line).
[066] Deve-se compreender que em implementações alternativas da invenção, ao invés de ser fornecido sob a forma de um dispositivo a ser usado junto ao corpo que compreende um acelerômetro 4 e um sensor 6, o
23/38 aparelho 2 pode ser configurado para usar ou incluir uma plataforma de força para medir as forças verticais exercidas pelo usuário ao executar a transferência da posição sentada para a posição em pé. Nesse caso, a unidade de processamento 8 pode ser configurada para processar as medições da plataforma de força e determinar a aceleração vertical do usuário na transferência da posição sentada para a posição em pé .
DETECÇÃO DE UMA TRANSFERÊNCIA DA POSIÇÃO SENTADA PARA A POSIÇÃO EM PÉ EM MEDIÇÕES DE ACELERAÇÃO [067] Um algoritmo exemplificador de processamento das medições do acelerômetro para detectar uma transferência da posição sentada para a posição em pé é descrito abaixo com referência às Figuras 7, 8 e 9. Essa técnica foi descrita no pedido de patente internacional n° PCT/IB2012/053083 que foi depositada em 19 de junho de 2012 em nome de Koninklijke Philips Electronics N.V., cujo conteúdo está aqui incorporado, por referência. Os versados na técnica compreenderão que a invenção não se limita ao uso da técnica descrita a seguir para detectar transferências da posição sentada para a posição em pé, e que podem ser usadas outras técnicas para detectar uma transferência da posição sentada para a posição em pé.
[068] A Figura 7 mostra um algoritmo exemplificador para detectar uma transferência da posição sentada para a posição em pé e para determinar o tempo da transferência. O algoritmo recebe como entrada o sinal tridimensional de aceleração medido pelo acelerômetro 4 (que compreende um sinal separado para cada um dos três eixos do acelerômetro 4) e uma medição da pressão de ar obtida do
24/38 sensor da pressão do ar 6.
[069] A parte inicial do algoritmo, representada pelos blocos 19, 20, 21, 22 e 23, é um estágio de préprocessamento no qual os sinais do acelerômetro e do sensor de pressão são processados para uso nos estágios subsequentes de análise do algoritmo. Primeiramente, os sinais de aceleração 3D obtidos do acelerômetro 4 são filtrados por um filtro passa baixo (bloco 19) para remover ruidos que poderiam afetar a exatidão do processamento subsequente. Em uma modalidade, um filtro passa baixo Butterworth com uma frequência de corte de 2 Hz é aplicado aos sinais de cada um dos três eixos do acelerômetro 4. Alternativamente, seria possível aplicar características de filtragem diferentes como um filtro passa baixo Chebyshev ou outros tipos de filtros conhecidos pelos versados na técnica. Deve-se compreender, também, que a frequência de corte de 2 Hz poderia ser variada dependendo das características específicas do ruído proveniente do acelerômetro 4.
[070] Como a orientação da unidade de sensor 2 em relação à estrutura de referência fixa (como a Terra) na qual o usuário se move pode mudar (particularmente onde a unidade de sensor 2 é sob a forma de um pingente) , é necessário processar as medições feitas com o acelerômetro 4 para determinar o componente vertical da aceleração detectada pela unidade de sensor 2 (e, portanto, experimentada pelo usuário) durante o movimento.
[071] Dessa forma, os sinais de aceleração 3D filtrados por um filtro passa baixo são inseridos como entrada no bloco 20 que estima a aceleração vertical. A aceleração vertical é representada por vert_acc.
25/38 [072] Uma técnica para estimar o componente vertical da aceleração a partir de um sinal do acelerômetro 3D que tem uma orientação arbitrária é descrita no documento WO 2010/035191, cujo conteúdo está aqui incorporado, por referência. Brevemente, de acordo com essa técnica, o componente vertical da aceleração é estimado a partir das medições da aceleração agindo sobre um acelerômetro, sendo que o acelerômetro tem uma orientação arbitrária em relação à estrutura de referência fixa, mediante (i) o exame dos sinais obtidos do acelerômetro para identificar o eixo do acelerômetro com o componente mais elevado da aceleração, (ii) a determinação da orientação do acelerômetro determinando-se o ângulo entre a aceleração agindo sobre o acelerômetro (assume-se que essa aceleração deve-se, em geral, à gravidade) e o eixo com o componente mais elevado da aceleração, e (iii) o uso da orientação estimada do acelerômetro para determinar a aceleração na direção vertical a partir das medições de aceleração.
[073] Os versados na técnica compreenderão que podem ser usadas outras técnicas para estimar o componente vertical da aceleração a partir das medições de um acelerômetro 3D. Por exemplo, a unidade de sensor 2 pode incluir um giroscópio para fornecer um sinal indicando a orientação da unidade de sensor 2, e esse sinal pode ser usado para derivar o componente vertical da aceleração.
[074] A Figura 8(a) mostra um sinal exemplificador que representa a aceleração vertical obtida a partir das medições pela unidade de sensor 2 de um usuário que executa uma transferência da posição sentada para a posição em pé, caminha 3 metros e, então, volta a sentar, compondo um
26/38 ciclo que é repetido três vezes. Pode ser visto na Figura 8(a) que existem três áreas distintas de atividade representadas no sinal.
[075] Um outro estágio do pré-processamento diz respeito ao cálculo de uma estimativa da variação da aceleração. Primeiramente, um filtro passa alto 21 é aplicado a cada um dos sinais de aceleração 3D filtrados por um filtro passa baixo para remover o componente de CC. Em uma modalidade, um filtro passa alto Butterworth com uma frequência de corte de 0,5 Hz é usado para remover o componente de CC nos sinais de aceleração. Deve-se compreender que um outro filtro, por exemplo, um filtro passa alto Chebyshev ou outros tipos de filtros conhecidos pelos versados na técnica poderiam ser usados. Deve-se compreender, também, que uma frequência de corte diferente de 0,5 Hz poderia ser escolhida.
[076] Após a filtragem com o filtro passa alto, a variação da aceleração é estimada no bloco 22. Em uma modalidade preferencial, o desvio padrão de cada um dos três componentes do sinal de aceleração 3D é calculado para um tempo t ao longo de um intervalo de extensão predeterminada (por exemplo, um segundo, embora deve-se compreender que outro intervalo com extensão adequada poderia ser usado) e o desvio padrão máximo em relação aos três eixos é identificado. O desvio padrão máximo no instante t é representado por max_std_acc e é dado pela equação 1 abaixo.
max_std_acc = max[std(acc_i(t-0,5, t+0,5)), i = x, y, z] (D [077] A Figura 8(d) mostra o desvio padrão
27/38 calculado para cada um dos três eixos de aceleração. Na Figura 8(d), a linha 40 corresponde ao sinal do acelerômetro no eixo x, a linha 42 corresponde ao sinal do acelerômetro no eixo y, e a linha 44 corresponde ao sinal do acelerômetro no eixo z.
[078] Um terceiro estágio de pré-processamento 23 estima a altitude da unidade de sensor 2 a partir das medições obtidas com o sensor da pressão do ar 6. Conforme indicado acima, a entrada desse estágio 23 é o sinal de pressão do ar não processado pt obtido do sensor da pressão do ar 6. Como mencionado anteriormente, a pressão do ar pode ser obtida a uma taxa de 1,8 Hz (ou, em qualquer caso, a uma taxa de amostragem muito mais baixa que a dos sinais de aceleração) . Portanto, o sinal de pressão do ar pt deve ter primeiramente a taxa de amostragem aumentada para corresponder à taxa de amostragem (por exemplo, 50 Hz) dos sinais de aceleração (o sinal de pressão com taxa de amostragem aumentada é representado por pt' ) . A altitude no instante t (representada por alt_t) pode, então, ser estimada a partir das medições da pressão do ar com os sensores usando-se a equação 2 abaixo:
alt_t = 44330 * (1
Pt / 101325) 0'19 [079] equação (2) é derivada da função de conversão da pressão do ar em altitude mostrada na equação alt t
Figure BR112015012301A2_D0001
RL t gM (3) [080]
Onde:
Simbolo Quantidade
Valor tipico
28/38 alt_t Altitude em metros p Pressão do ar po Pressão atmosférica padrão 101325 kPa ao nivel do mar
L
To g
M
R
Taxa de variação da temperatura
Temperatura padrão ao nivel do mar
Aceleração da gravidade na superfície da Terra
Massa molar do ar seco
Constante universal dos gases
-273 °Cm-1 (0,0065 Km-1) °C (288,15 K)
9, 80665 ms-2
0,0289644 kg mol 1
0,03055 J mol-1 °C-1 (8,31447 J mol-1 K x)
[081] 0 sinal de altitude resultante é então
suavizado, de preferência com um filtro mediano com uma
extensão predeterminada, por exemplo, de cerca de 3
segundos. 0 filtro é aplicado à série de tempos de altitudes
estimadas, resultando em um sinal de altitude suavizado
alt_meas que é obtido no estágio de estimativa da altitude 23, conforme mostrado na Figura 8(c). Na Figura 8(c), o eixo y representa a altitude em metros em relação ao nivel do mar .
[082] Deve-se compreender que em modalidades alternativas da invenção nas quais é usado um tipo diferente de sensor de altitude, altura ou de alteração em altura, o estágio de processamento 23 pode ser adaptado ou omitido conforme for adequado.
[083] Após o pré-processamento dos sinais de entrada, várias características são extraídas para determinar se ocorreu uma transferência da posição sentada para a posição em pé, e, em caso afirmativo, a força do
29/38 usuário na execução da transferência da posição sentada para a posição em pé.
[084] São necessários dois estágios principais de extração de características para determinar se ocorreu uma transferência da posição sentada para a posição em pé. O primeiro estágio 24 identifica os movimentos candidatos no sinal vert_acc. Em particular, o bloco 24 compara o sinal vert_acc com um padrão predeterminado representando a aceleração vertical que deve ocorrer durante uma transferência da posição sentada para a posição em pé.
[085] Em algumas implementações, o primeiro estágio 24 da extração de características aplica um filtro adaptado que tem uma resposta de impulso que se aproxima da aceleração vertical detectada durante uma transferência da posição sentada para a posição em pé ao sinal de aceleração vertical (vert_acc) obtido a partir da estimativa da aceleração vertical no bloco 20. A saída do filtro adaptado é um conjunto de coeficientes que indicam a correspondência das medições com o padrão. Cada coeficiente representa a correspondência de várias amostras de medição consecutivas (abrangendo um período de tempo de mesma extensão que o padrão predeterminado) com o padrão predeterminado. Quanto mais elevado o coeficiente, melhor a correspondência das medições com o padrão (e, portanto, maior a chance de que uma transferência da posição sentada para a posição em pé ocorreu). O sinal filtrado é representado por vert_acc_matfilt e é mostrado na Figura 8(b).
[086] Em algumas implementações, o filtro adaptado usado no bloco 24 pode ser conforme mostrado na Figura 9, que foi otimizado para detectar uma transferência da
30/38 posição sentada para a posição em pé. 0 filtro adaptado mostrado na Figura 9 exclui a gravidade (9,8 ms2) . A primeira curva 50 mostra um típico padrão de aceleração vertical de uma transferência da posição sentada para a posição em pé. A segunda curva 51 mostra uma característica do filtro adaptado aplicada que se aproxima da primeira curva 50. Deve-se compreender que a característica do filtro adaptado pode ser expressa com o uso de muitas funções diferentes, mas nessa implementação, a característica do filtro adaptado é dada pela equação 4 abaixo.
Αγ sinc [0j(t -t1)] + A2· sinc[W2(t-t2) [087] Essa característica é uma combinação de duas funções sinc (seno cardinal) com parâmetros de escala definidos em p. pé um vetor de parâmetros com seis elementos:
[A» a2, jy, w2, ίγ, t2 ] [088] Cada entrada em p define um parâmetro de escala diferente. Ai e A2 são parâmetros de escala de amplitude que definem o desvio máximo das duas ondas sinc respectivamente. Os parâmetros Wi e W2 são parâmetros de escala de frequência que definem a frequência das duas ondas sinc. Os parâmetros ti e t2 são parâmetros de escala de fase que definem a posição das ondas sinc. Os valores dos seis elementos no vetor de parâmetros p são definidos para ajustar a função do filtro adaptado à característica da transferência da posição sentada para a posição em pé 50 na Figura 7.
[089] Deve-se compreender que os valores dos elementos do vetor de parâmetros p podem ser fornecidos com o uso de muitos métodos de ajuste de curvas conhecidos. Em um caso, os parâmetros desejados poderíam ser calculados mediante
31/38 a aplicação de um algoritmo de regressão de quadrados minimos não linear, embora muitos outros tipos de algoritmos de ajuste são bem conhecidos na técnica e poderiam também ser aplicados. 0 algoritmo de regressão de quadrados minimos não linear gera combinações de parâmetros diferentes que correspondem a funções diferentes. As funções geradas são então ajustadas ao conjunto de dados dos padrões desejados de acordo com um critério de erro de quadrados minimos. Quando a função fornece um valor minimo de erro de quadrado minimo entre a combinação de parâmetros, um ajuste otimizado foi encontrado.
[090] Após a aplicação do filtro adaptado, o sinal filtrado é processado para identificar movimentos que possam corresponder a uma transferência da posição sentada para a posição em pé executada pelo usuário. O processamento consiste em primeiramente identificar qualquer pico que tem uma magnitude em um intervalo predeterminado no sinal vert_acc_matfilt. No sinal exemplificador mostrado na Figura 8 (d) , são identificados os picos cujas magnitudes situam-se na faixa de 110 a 200. Deve-se compreender que essa parte do processamento pode compreender alternativamente a identificação de qualquer valor de pico que tem uma magnitude acima de um valor-limite no sinal vert_acc_matfilt. Nesse caso, o limite pode corresponder ao limite inferior do intervalo predeterminado descrito acima. Entretanto, essa classificação pode resultar na taxa de identificação de um falso positivo maior que a implementação de faixa descrita acima.
[091] Para cada valor de pico identificado, o algoritmo tenta identificar os respectivos minimos locais que ocorrem dentro de um periodo de tempo predeterminado
32/38 antes e depois do valor de pico identificado no sinal vert_acc_matfilt. No sinal exemplificador mostrado na Figura 8 (b) , o algoritmo procura por minimos locais dentro de um periodo de 2 segundos antes e depois do valor de pico identificado. Se não forem identificados minimos locais para um valor de pico especifico, esse valor de pico do sinal vert_acc_matfilt não é considerado como correspondente a uma transferência da posição sentada para a posição em pé.
[092] Finalmente, um movimento candidato que corresponde a uma transferência da posição sentada para a posição em pé é identificado como um valor de pico que tem os minimos locais necessários e no qual a diferença entre a magnitude do valor de pico e a magnitude do minimo local antes do valor de pico é menor que um primeiro valor-limite, a diferença entre a magnitude do valor de pico e o minimo local depois do valor de pico é menor que um segundo valor-limite, e a magnitude do minimo local depois do valor de pico é menor que a magnitude do minimo local antes do valor de pico.
[093] Em implementações simplificadas, os requisitos de magnitude aplicados aos minimos locais podem ser relaxados, com o algoritmo simplesmente identificando o valor de pico, a magnitude do valor de pico e a presença de minimos locais antes e depois do valor de pico.
[094] No sinal exemplificador mostrado na Figura 8(b), o primeiro limite é 25 e o segundo limite é 200. Deve-se compreender que os valores escolhidos para o primeiro e o segundo limites são ajustados para um conjunto de dados experimental, e que poderiam ser utilizados valores-limite diferentes.
[095]
Pode ser visto na Figura 8 (b) que quatro
33/38 possíveis movimentos foram destacados como transferências da posição sentada para a posição em pé candidatas, que ocorrem aproximadamente nos instantes 1,65, 1,69, 1,78 e 1,87.
[096] As transferências da posição sentada para a posição em pé candidatas são identificadas como transferências da posição sentada para a posição em pé reais quando ocorrem ao mesmo tempo como uma alteração na altura da unidade de sensor 2 que está dentro de um intervalo predeterminado. Dessa forma, o bloco 25 determina a alteração em altura ou altitude que ocorreu durante cada transferência da posição sentada para a posição em pé candidata. Para que o bloco 25 avalie a alteração em altitude de uma transferência da posição sentada para a posição em pé candidata identificada no bloco de aplicação do filtro adaptado 24, o bloco 25 recebe do bloco de aplicação do filtro adaptado 24 uma cópia do sinal vert_acc_matfilt e indicações de quais partes do sinal correspondem a transferências da posição sentada para a posição em pé candidatas. O bloco 25 recebe, também, do bloco de estimativa 23 o sinal de medição da altitude estimada, altjneas.
[097] A transferência da posição sentada para a posição em pé candidata encontrada na saída do filtro adaptado 24 consiste em três amostras principais. Elas são o valor de pico, o mínimo local antes do valor de pico , e o mínimo local depois do valor de pico (min_2). Essas amostras são marcadas para uma das transferências da posição sentada para a posição em pé candidatas mostradas na Figura 8 (b) . Para estimar a alteração em altitude ao longo do período de tempo correto, é necessário identificar as
34/38 amostras corretas no sinal de medição da altitude.
[098] Primeiramente, é determinada a amostra mais próxima (si) antes do mínimo local antes do valor de pico cujo valor é maior que um dado limite. Em seguida, é determinada a amostra mais próxima (s2) depois do mínimo local depois do valor de pico (min_2) cujo valor é maior que um dado limite. Deve-se compreender que, teoricamente, esse limite deveria ser g2; mas, na prática, valores diferentes poderíam ser fornecidos pelo conjunto de dados de treinamento devido a pequenas imprecisões no acelerômetro, por exemplo. Em uma implementação, esse limite é 98.
[099] A alteração em altitude da transferência da posição sentada para a posição em pé candidata é então estimada como a diferença entre as altitudes nas amostras sl e s2.
[0100] Como pode haver pequenas flutuações na medição da altitude (devido ao ruído), a alteração em altitude da transferência da posição sentada para a posição em pé candidata pode ser estimada como a diferença entre a média da medição da altitude em um intervalo de tempo começando no segundo mínimo local, e a média da medição da altitude em um intervalo de tempo terminando no primeiro mínimo local. Esses intervalos de tempo podem ser de um segundo, embora deve-se compreender que podem ser usados intervalos de outras extensões. Na forma da equação, isso pode ser expresso como alt_diff = média(alt_meas(s2:s2+tw) ) - média(alt_meas(sltw:sl)) (6) onde tw é a extensão do intervalo. Desse modo, o valor médio dos dados de altitude um segundo antes do início e um
35/38 segundo depois de a transferência candidata ser avaliada. Após a ocorrência de uma transferência da posição sentada para a posição em pé, deveria ser observada antes da transferência (quando o usuário está na posição sentada) uma altitude menor que a altitude observada após a transferência (quando o usuário está em pé).
[0101] As saidas do bloco de identificação da transferência da posição sentada para a posição em pé candidata 24 e do bloco de alteração em altitude 25 são fornecidas a um bloco de decisão 26 que determina se qualquer uma das candidatas é uma transferência da posição sentada para a posição em pé. Em particular, qualquer movimento candidato que ocorre simultaneamente a uma alteração em altitude ou altura dentro de um intervalo predeterminado é interpretado como uma transferência da posição sentada para a posição em pé. A alteração em altura deve ser um aumento em altura (por definição de uma transferência da posição sentada para a posição em pé), e o intervalo predeterminado pode ser, por exemplo, entre 0,1 e 0,75 metros. Em alguns casos, o limite superior pode ser omitido em detrimento de uma taxa maior de detecção de falso positivo.
[0102] Pode ser visto na Figura 8 que dos quatro movimentos candidatos destacados na Figura 8 (b), os três últimos ocorrem ao mesmo tempo como um aumento em altura que está na faixa de 0,1 a 0.75. Dessa forma, os movimentos candidatos nos instantes 1,69, 1,78 e 1,87 são considerados como correspondentes a transferências da posição sentada para a posição em pé. O movimento candidato no instante 1,65 coincide com uma redução na altura medida e é, portanto, descartado. O algoritmo é então repetido para um novo conjunto
36/38 de dados de entrada (representado pelo bloco 27 na Figura 7).
[0103] Conforme descrito acima, a etapa 103 de
identificação da aceleração vertical máxima faz uso de
informações sobre o tempo estimado das transferências da
posição sentada para a posição em pé detectadas (por exemplo,
tempos estimados de início e de fim) para transferências da
posição sentada para a posição em pé detectadas.
[0104] Portanto, um bloco 30 determina o tempo
da transferência da posição sentada para a posição em pé e
recebe entradas do bloco 22 que estima a variação da
acelera ção e o perfil de aceleração vertical após a
aplicação do filtro adaptado, vert_acc_matfilt.
[0105] Em uma modalidade simplificada, si e s2 são usados para identificar o inicio e o final da transferência da posição sentada para a posição em pé com a finalidade de identificar a aceleração vertical máxima.
[0106] Entretanto, como é conhecido pelos versados na técnica, o filtro adaptado introduz um atraso que está relacionado ao número de derivações do filtro. Esse atraso faz com que a transferência da posição sentada para a posição em pé candidata seja atrasada em relação ao início real da transferência da posição sentada para a posição em pé no sinal vert_acc_matfilt. Portanto, em algumas implementações, a saída do bloco 22 que estima a variação em aceleração, max_std_acc pode ser usada para determinar o início real de uma transferência da posição sentada para a posição em pé.
[0107] Primeiramente, é identificada a amostra mais adjacente no sinal max_std_acc antes de si cujo valor é menor que um dado limite. Esse limite determina onde se
37/38 encontra o início real da transferência da posição sentada para a posição em pé (representado por t_start) . Em um caso exemplificador, o limite pode ser 0,35, deve-se compreender que podem ser usados outros valores-limite menores que 1, sendo o valor específico selecionado, em parte, com base no tamanho do intervalo de computação sendo aplicado ao sinal. Em seguida, é determinado o maior mínimo local da estimativa da aceleração vertical (vert_acc) entre sl e s2 (em outras palavras, o menor valor de vert_acc entre sl e s2). A amostra mais adjacente depois do maior mínimo local da estimativa da aceleração vertical, cujo valor é maior que um valor-limite, que em uma implementação específica tem por base a gravidade (isto é, 9,8 ms2), é definida como o final da transferência da posição sentada para a posição em pé real (t_end) . As barras sólidas pretas na Figura 8 (b) e os círculos correspondentes na Figura 8 (a) indicam o tempo de início, t_start, e o tempo de fim, t_end, para cada transferência da posição sentada para a posição em pé real. Os valores para t_start e t_end de cada transferência da posição sentada para a posição em pé detectada são fornecidos pelo bloco 30 e usados para determinar o subconjunto de amostras que são analisadas para determinar a aceleração vertical máxima.
[0108] A presente invenção fornece, portanto, um método e aparelho para estimar um risco de queda de um usuário através da análise de uma transferência da posição sentada para a posição em pé, e, em particular, através da estimativa de uma aceleração vertical máxima gerada pelo usuário ao executar uma transferência da posição sentada para a posição em pé.
[0109]
Embora invenção seja ilustrada
38/38 descrita em detalhe com referência aos desenhos e à descrição supracitada, tal ilustração e descrição devem ser consideradas meramente ilustrativas ou exemplificadoras e não restritivas, isto é, a invenção não se limita às modalidades reveladas.
[0110] Outras variações das modalidades apresentadas podem ser entendidas e realizadas pelos versados na técnica na prática da invenção reivindicada, a partir de um estudo dos desenhos, da revelação e das reivindicações em anexo. Nas reivindicações, o uso do verbo compreender e suas conjugações não exclui outros elementos ou etapas, e o artigo indefinido um(a) precedendo um elemento não exclui a presença de uma pluralidade de tais elementos. Um único processador ou outra unidade pode desempenhar as funções de vários itens referidos nas reivindicações. O simples fato de que certas medidas são referidas em reivindicações dependentes mutuamente diferentes não indica que uma combinação de tais medidas não possa ser usada vantajosamente. Um programa de computador pode ser armazenado/distribuido em um meio adequado, como um meio de armazenamento óptico ou um meio de armazenamento de estado sólido fornecido com ou como parte de outro hardware, mas pode ser também distribuído em outras formas, como através da Internet ou outros sistemas de telecomunicação com fio ou sem fio. Qualquer sinal de referência nas reivindicações não deve ser interpretado como limitador do escopo da invenção.

Claims (5)

REIVINDICAÇÕES
1 a 8, caracterizado por compreender a etapa de:
- comparar o risco de queda estimado com um ou mais riscos de queda estimados previamente para determinar uma tendência de risco de queda para o usuário.
10. PRODUTO DE PROGRAMA DE COMPUTADOR, caracterizado por compreender código de programa de computador que, quando executado em um computador ou um processador, faz com que o computador ou o processador determine um risco de queda para um usuário executando as etapas de:
- analisar as medições da aceleração do usuário para determinar se o usuário conseguiu executar uma transferência da posição sentada para a posição em pé;
- identificar a aceleração vertical máxima do usuário durante a transferência da posição sentada para a posição em pé a partir das medições da aceleração do usuário, sendo que a aceleração vertical máxima identificada é dimensionada com o uso de uma estimativa da gravidade obtida a partir das medições da aceleração do usuário; e
- estimar um risco de queda para o usuário a
1. MÉTODO PARA ESTIMAR O RISCO DE QUEDA DE UM USUÁRIO, sendo o método caracterizado por compreender as etapas de:
analisar as medições da aceleração do usuário para determinar se o usuário conseguiu executar uma transferência da posição sentada para a posição em pé;
identificar a aceleração vertical máxima do usuário durante a transferência da posição sentada para a posição em pé a partir das medições da aceleração do usuário, sendo que a aceleração vertical máxima identificada é dimensionada com o uso de uma estimativa da gravidade obtida a partir das medições da aceleração do usuário; e estimar um risco de queda para o usuário a partir da aceleração vertical máxima dimensionada.
2/5 máxima do usuário durante a transferência da posição sentada para a posição em pé compreende identificar a aceleração vertical máxima do usuário a partir das medições dimensionadas da aceleração.
2. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por compreender adicionalmente as etapas de:
- estimar a aceleração devida à gravidade a partir das medições da aceleração do usuário; e
- subtrair a aceleração estimada devida à gravidade a partir da aceleração vertical máxima identificada para fornecer uma aceleração vertical máxima dimensionada.
3/5 máximas identificadas para uma pluralidade de transferências da posição sentada para a posição em pé.
8. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pela etapa de estimativa do risco de queda compreender a determinação do risco de queda a partir da média das acelerações verticais máximas identificadas para uma pluralidade de transferências da posição sentada para a posição em pé e uma indicação do número de vezes que o usuário executou a transferência da posição sentada para a posição em pé em um periodo de tempo especifico.
9. MÉTODO, de acordo com qualquer das reivindicações
3, caracterizado pela estimativa da gravidade ser obtida a partir das medições de aceleração por:
- cálculo da média de uma pluralidade das medições de aceleração que ocorrem em um periodo de tempo antes do inicio da transferência da posição sentada para a posição em pé para fornecer a estimativa de gravidade.
5. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pela estimativa da gravidade ser obtida a partir das medições de aceleração em um periodo de tempo antes do inicio da transferência da posição sentada para a posição em pé apenas se o desvio padrão, a variância ou a faixa da pluralidade das medições de aceleração ocorrendo em um dado periodo de tempo forem menores que um valor-limite.
6. MÉTODO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, caracterizado pela aceleração vertical máxima dimensionada ser normalizada com o uso da estimativa da gravidade, e a aceleração vertical máxima dimensionada normalizada ser usada para estimar o risco de queda para o usuário.
7. MÉTODO, de acordo com qualquer das reivindicações 1 a 6, caracterizado por compreender a execução da etapa de identificação de uma pluralidade de transferências da posição sentada para a posição em pé, e sendo que a etapa de estimativa do risco de queda compreende a determinação do risco de queda a partir da média das acelerações verticais
3. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por compreender adicionalmente as etapas de:
- estimar a aceleração devida à gravidade a partir das medições da aceleração do usuário; e
- subtrair a aceleração estimada devida à gravidade a partir das medições da aceleração do usuário para fornecer medições dimensionadas da aceleração do usuário;
sendo que a etapa de identificação da aceleração vertical
4/5 partir da aceleração vertical máxima dimensionada.
11. APARELHO PARA ESTIMAR UM RISCO DE QUEDA PARA UM USUÁRIO, sendo o aparelho caracterizado por compreender:
- uma unidade de processamento configurada para:
- analisar as medições da aceleração do usuário para determinar se o usuário conseguiu executar uma transferência da posição sentada para a posição em pé;
- identificar a aceleração vertical máxima do usuário durante a transferência da posição sentada para a posição em pé a partir das medições da aceleração do usuário, sendo que a aceleração vertical máxima identificada é dimensionada com o uso de uma estimativa da gravidade obtida a partir das medições da aceleração do usuário; e
- estimar um risco de queda para o usuário a partir da aceleração vertical máxima dimensionada.
12. DISPOSITIVO QUE É CONFIGURADO PARA SER USADO JUNTO AO CORPO DE UM USUÁRIO, sendo o dispositivo caracterizado por compreender:
- um acelerômetro que mede a aceleração agindo sobre o dispositivo em três dimensões; e
- um aparelho de acordo com a reivindicação 11, em que a unidade de processamento é configurada para processar as medições de aceleração do acelerômetro.
13. SISTEMA caracterizado por compreender:
- um dispositivo que é configurado para ser usado junto ao corpo de um usuário, sendo que o dispositivo compreende um acelerômetro que mede a aceleração agindo sobre o dispositivo em três dimensões; e
- uma unidade de base que é configurada para se comunicar com o dispositivo, e que compreende um aparelho de
4. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 1, 2 ou
5/5
acordo com a reivindicação 11, sendo que a unidade de processamento é configurada para processar as medições de aceleração do acelerômetro. 14 . SISTEMA caracterizado por compreender:
- uma plataforma de força; e
- uma unidade de base que compreende um aparelho conforme definido na reivindicação 11, sendo que a unidade de processamento é configurada para receber medições de forças da plataforma de força e para processar as medições de forças para determinar as medições de aceleração.
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