BR112018067915B1 - Sistema para computar a exposição de um indivíduo à radiação solar e item de vestuário ou acessório que pode ser vestido que tem uma posição e orientação estáveis com respeito ao corpo de uma pessoa - Google Patents

Abstract

A presente invenção refere-se a um sistema para calcular a exposição à radiação solar recebida em partes diferentes do corpo de uma pessoa, o qual compreende um dispositivo que pode ser vestido (I) que se comunica com um dispositivo móvel de telecomunicação (2) e uma unidade de computação remota (3) conectada de modo operativo a satélites (4) para receber dados georeferenciados relacionados à radiação solar ao longo do tempo e ajustado para associar os dados de irradiância solar à posição geográfica, à postura e à orientação da pessoa (P) ou de partes do corpo da pessoa.

Description

CAMPO DA INVENÇÃO

[001] A invenção refere-se a um sistema para detecção da dose de radiação solar recebida por uma pessoa.

[002] Mais especificamente, o sistema compreende um dispositivo que pode ser vestido, tal como uma roupa de banho ou um par de óculos de sol, equipado com sensores para identificar a posição, a postura e a orientação da pessoa em relação à posição do sol, e conectado a dispositivos capazes de fornecer uma medida em tempo real da radiação realmente recebida em cada parte do corpo, incluindo possivelmente os olhos.

ESTADO DA TÉCNICA

[003] No presente, são conhecidos sistemas que combinam um dosímetro e roupas que podem ser usadas por uma pessoa.

[004] A título de exemplo, é conhecido o documento W02013034288, que descreve um dispositivo que pode ser vestido associado a um dispositivo de geolocalização e a um dispositivo portátil (smartphone) que utiliza sensores UV para medição da exposição solar de uma pessoa.

[005] No entanto, os sistemas do tipo conhecido não permitem a associação de uma detecção da exposição solar, medida em particular com base na posição georeferenciada, e a postura do usuário.

[006] Portanto, é necessário um sistema de medição e de controle da exposição solar de uma pessoa que seja capaz de diferenciar cuidadosamente os níveis de exposição com base na posição e na postura da pessoa.

OBJETIVO DA INVENÇÃO

[007] A presente invenção deseja superar os inconvenientes das soluções já conhecidas e propor um dispositivo que permita uma exposição controlada à radiação solar de uma maneira diferencial para as diferentes partes do corpo, levando em conta a radiação solar direta, difundida do céu e refletida pelo solo.

DESCRIÇÃO RESUMIDA DA INVENÇÃO

[008] Esses objetivos foram atingidos com o desenvolvimento de um dispositivo de acordo com pelo menos uma das reivindicações anexas.

[009] Uma primeira vantagem é que, por meio do dispositivo da invenção, a medida da radiação solar incidente é calculada através do processamento das imagens de satélite relacionadas ao estado da atmosfera e, portanto, sem o uso de sensores óticos que podem ser vestidos.

[010] Uma vantagem adicional é que é possível medir a posição de partes específicas do corpo de uma pessoa em relação à direção do sol (de acordo com o azimute e em inclinação em relação ao zênite), identificando desse modo as partes mais expostas e executando uma medida tridimensional em tempo real da radiação solar e a dose acumulada correspondente a cada parte do corpo de acordo com a postura e a orientação em relação à direção do sol.

LISTA DOS DESENHOS

[011] Es sas e outras vantagens serão mais bem compreendidas por qualquer elemento versado no estado da técnica a partir da descrição abaixo e das figuras anexas, fornecidas a título de exemplo não limitador, em que: - a Figura 1 mostra esquematicamente um sistema de acordo com a invenção; - a Figura 2 mostra um exemplo do uso do dispositivo para duas posturas diferentes do corpo; - a Figura 3 mostra esquematicamente uma composição preferida de um dispositivo de acordo com a Figura 2.

DESCRIÇÃO DETALHADA

[012] Em referência às figuras anexas, é descrito um sistema para cálculo da exposição à radiação solar recebida por uma pessoa, para uma dada faixa de comprimentos de onda, que podem ser medidos de acordo com um espectro de ação fotobiológica de interesse (por exemplo, o espectro de ação de eritema do CIE (Commission Internationale de I'Eclairage) na faixa de 280 a 400 nm no caso de UVs que podem causar eritema, o espectro de ação circadiano na faixa de 380 a 580 nm, etc.).

[013] No exemplo mostrado, o sistema compreende essencialmente um dispositivo que pode ser vestido 1 com posição e orientação estáveis com respeito ao corpo da pessoa P, equipado com sensores 6 capazes de detectar a atitude do corpo pelo menos de acordo com o azimute e em inclinação de acordo com a posição do corpo durante a exposição ao sol. Preferivelmente, os sensores de posição 6 são posicionados integralmente em um acessório ou item de vestuário que possam ser vestidos de modo a identificar unicamente a orientação e a inclinação do corpo, por exemplo, no centro de um roupa de banho, colocados integralmente em óculos de sol de acordo com uma dada direção ou incluídos em uma etiqueta adesiva aplicável a uma parte identificada do corpo.

[014] Em uma realização possível da invenção, os sensores de posição compreendem um magnetômetro e pelo menos um acelerômetro vertical, e o dispositivo pode ainda compreender um sensor de brilho para detectar a posição da pessoa, internamente ou ao ar livre, e um sensor de suor/umidade, posicionado preferivelmente na posição externa a fim de melhor detectar o brilho circundante e a condição de umidade externa do corpo da pessoa.

[015] O sistema também inclui um sensor de geolocalização 5 associado à pessoa P e uma unidade de computação remota 3 capaz de trocar dados com o dispositivo de satélite 4, por exemplo, através de uma interface de comunicação 9, de modo a receber os dados georeferenciados relacionados à irradiação solar ao longo do tempo, e que possa, desse modo, associar os dados de irradiância solar à posição geográfica, à postura e à orientação da pessoa (P) ou a partes do corpo da pessoa ao longo do tempo, a fim de fornecer a irradiância incidente total e a dose associada relativa acumulada ao longo do tempo para um ou mais pontos do corpo da pessoa (P). A irradiância solar global G(t) de um ponto do corpo em consideração ao instante t é definida como a soma das contribuições dos componentes da radiação solar difundidos pelo céu D(t), diretamente pelo disco solar l(t) e refletidos pelo solo R(t) incidentes nesse ponto.

[016] A unidade 3 também é conectada através de uma interface 8, por exemplo, através de uma rede sem fio, a um dispositivo de telecomunicações portátil 2 (por exemplo, um smartphone com GPS 5 integrado) posicionado próximo da pessoa P, o qual, por sua vez, compreende uma interface 7 (por exemplo, uma interface sem fio com RF ou tecnologia de comunicação infravermelha) com o dispositivo que pode ser vestido 1 e o sensor de geolocalização 5 para receber esses dados D1 relacionados à posição e à orientação da pessoa, e compreende ainda um dispositivo 10 (por exemplo, um visor ou alarme audível) capaz de fornecer à pessoa P uma informação associada aos dados D2, processados pela unidade de computação 3 e relativos à exposição da pessoa à radiação solar.

[017] Durante a operação, o dispositivo 1 é aplicado ao item de vestuário ou acessório, de modo a assumir uma posição estável com respeito não somente ao contato, mas também ao arranjo total do corpo da pessoa. Para aumentar a exatidão da medição de como os diferentes pontos do corpo são orientados no espaço, o dispositivo pode ser múltiplo, isto é, pode ser feito de unidades similares aplicadas a diferentes itens de vestuário em partes diferentes do corpo (por exemplo, uma para a calcinha e uma para o sutiã) ou aos acessórios que podem ser vestidos (por exemplo, uma para a calcinha e uma para os óculos) ou a várias etiquetas adesivas aplicáveis aos pontos identificados do corpo.

[018] Os sensores 6 do possível dispositivo múltiplo podem detectar o alinhamento de um ponto do corpo no espaço pelo menos em termos do ângulo de inclinação com respeito à inclinação normal ao plano horizontal local (por exemplo, nas posições vertical, deitado, sentado e com o torso dobrado para a frente em um determinado ângulo com respeito à linha vertical) e em termos de orientação no plano horizontal com respeito a uma determinada direção de referência azimutal (por exemplo, o ângulo com respeito ao norte geográfico). Em uma versão mais avançada, os sensores 6 do possível dispositivo múltiplo podem medir o alinhamento absoluto do corpo com respeito à direção normal ao plano horizontal local e com respeito ao campo magnético da Terra (corrigido para o norte geográfico mais tarde) nos três eixos x - y - z e sua variação ao longo do tempo.

[019] A título de exemplo, um acessório impróprio para a aplicação do dispositivo 1 é um relógio ou cinto, porque a rotação do pulso, embora integral com o relógio, não fornece direções confiáveis em relação à orientação do corpo.

[020] De outro modo, um dispositivo posicionado em um ponto de uma roupa de banho ou em um par de óculos de sol utilizados pelo usuário torna possível compreender como o corpo da pessoa está posicionado, com referência particular à posição das partes do corpo que têm mais sensibilidade, tais como ombros ou face, diferenciando as áreas do corpo AS que são mais expostas à radiação solar, e representadas, por exemplo, com um sombreado mais escuro na Figura 2, e as áreas do corpo menos expostas AC, representadas, por exemplo, com o fundo claro.

[021] Em particular, no caso do dispositivo 1 integral às lentes ou à armação dos óculos, é possível detectar em cada instante t os diferentes componentes da radiação solar incidente nos olhos da pessoa P para um dado comprimento de onda de interesse, possibilitando também levar em conta as características óticas das lentes, pelo cálculo dos efeitos fotobiológicos de interesse, tais como a possível produção de melatonina pela pessoa P devido à radiação solar, apropriadamente medida de acordo com o espectro de ação circadiano na faixa de 380 a 580 nm.

[022] Uma vez ativado, por exemplo, graças a uma fonte de alimentação autônoma de baixo consumo, o dispositivo 1 comunica-se com o dispositivo 2 (smartphone ou tablet, etc.) e emite os dados a respeito da posição e da orientação do corpo.

[023] Ao mesmo tempo, o sensor de geolocalização, integrado ou não, comunica a posição da pessoa ao dispositivo 2.

[024] Através da interface 8, o dispositivo de telecomunicações portátil 2 envia à unidade de computação remota 3, por exemplo, um servidor de computação, os dados D1 da pessoa relacionados à sua posição geográfica, ao arranjo no espaço e possivelmente a características relevantes em relação ao controle da exposição ao sol (fototipo da pele, morfologia específica do corpo, doenças, cremes bloqueadores solares ou terapêuticos aplicados às diferentes partes do corpo, informação demográfica, características óticas das lentes dos óculos, etc.).

[025] Desse modo, a unidade 3 pode processar os dados D1 em combinação com os dados de satélite D2 que associam a posição geográfica e o arranjo do corpo no espaço, a irradiância solar global específica e a dose relativa que afeta uma ou mais partes da superfície do corpo modelado em 3D.

[026] Por exemplo, os dados D2 vão fornecer diferentes intensidades do componente direto, difundido e refletido da radiação solar recebida em uma dada faixa espectral, dependendo se, nesse momento, a pessoa P está em uma área nublada ou limpa, em uma areia limpa ou no mar e se tem uma posição dada (por exemplo, se está em pé ou deitada) e uma orientação (voltada para o leste em vez de para o oeste).

[027] Com essa informação, a unidade 3 pode calcular a qualidade e a quantidade de radiação solar ao longo do tempo (irradiância espectral global possivelmente medida com um espectro fotobiológico de interesse) de um ou mais pontos no corpo e enviar a informação da pessoa relativa à dose recebida ou a ser ainda recebida para cada ponto do corpo (por exemplo, mapa temático dosimétrico 3D), através de um dispositivo de comunicação 10 (tipicamente o visor de um smartphone), por exemplo, a fim de: 1) sugerir comportamentos que permitam que a pessoa não exceda os limites preferidos de exposição à radiação solar (por exemplo, alarme para interromper a exposição); 2) tornar a dose de radiação solar que foi recebida uma dose homogênea entre as diferentes partes do corpo envolvidas (por exemplo, sugerindo que se mude a posição e a orientação do corpo); 3) a informação a respeito do cálculo de um tempo de exposição desejado de pelo menos uma parte do corpo da pessoa e/ou o cálculo de uma quantidade recomendada de protetor solar a ser aplicado ou mesmo as características recomendadas dos óculos de sol a serem utilizados.

[028] Especificamente em referência à Figura 2, o funcionamento do sistema é descrito em um exemplo do uso do dispositivo para duas posturas diferentes do corpo de uma pessoa P.

[029] Através do sistema de computação remoto 3 (ou mesmo via um dispositivo portátil 2 quando provido com capacidades de computação e efemérides solares), são obtidos os dois ângulos da posição do sol do horizonte local da pessoa P para o tempo t, assim como os três componentes da radiação solar (radiação difundida D(t), radiação direta I(t) e radiação refletida R(t)) do processamento de dados do satélite, também levando em conta o coeficiente de reflexão no solo local para o comprimento de onda considerado.

[030] O mesmo sistema de computação remoto 3, preferivelmente com base em um modelo 3D do corpo humano associado à pessoa P (por exemplo, MakeHuman - modelo do corpo humano de fonte aberta 3D) e na representação de um elemento finito B(i, j, k) de sua superfície (possivelmente enriquecida com dados morfológicos específicos) pode monitorar a irradiância solar global ao longo do tempo G (t, B(i, j, k)) para cada ponto do corpo da pessoa P.

[031] A orientação de cada ponto B(i, j, k) é calculada de acordo com o modelo 3D a partir das medições obtidas do dispositivo 1 que pertencem aos dados de orientação no tempo t para um ou mais pontos conhecidos B(a, b, c), sendo que o dispositivo foi posicionado integralmente ao corpo, dependendo de sua posição e orientação com respeito aos eixos cardinais.

[032] A orientação de B(i, j, k) é definida como pelo menos o azimute, isto é, o ângulo formado pela projeção no plano horizontal da linha normal à superfície em B(i, j, k) com o norte geográfico, e a inclinação, isto é, o ângulo formado pela linha normal à superfície em B(i, j, k) com respeito à linha normal ao plano horizontal local.

[033] Os mais numerosos e espaçados são os dispositivos 1 aplicados ao corpo em pontos conhecidos, e mais exata será a estimativa de orientação dos outros pontos B(i, j, k) da área de superfície do corpo de acordo com um modelo de corpo 3D mais complexo.

[034] O mapa calculado G(t, B(i, j, k)) e a possível aplicação de um espectro de ação de interesse fotobiológico é então conhecido pela pessoa P através do terminal 2, ao sugerir tipos diferentes de comportamento com base na dose Dose(t, B(i, j, k)) obtida como uma integral ao longo do tempo G e também levando em conta quaisquer medições fotoprotetoras (por exemplo, sugestão de movimentos, de rotações, proteção total através de vestuários ou acessórios tais como chapéus, óculos) e o disparo de alarmes se uma dose limite de segurança for alcançada (por exemplo, uma dose mínima que pode causar eritema ou outros efeitos fotobiológicos de interesse) para qualquer um dos pontos B(i, j, k) da área de superfície do corpo.

[035] A Figura 3 mostra em particular a aplicação à pessoa P de uma versão exemplificadora da modalidade do dispositivo 1 mostrado previamente na Figura 1.

[036] Nesta versão, o dispositivo 1 é composto de duas unidades idênticas 1A e 1B, cada uma constituída de um subsistema eletrônico 20 e de um subsistema de fixação 21 (por exemplo, mecânico ao corpo da pessoa ou um acessório integral com o mesmo. O uso de uma ou mais unidades que constituem o dispositivo 1 permite detectar vantajosamente a orientação e a posição da pessoa com respeito aos vários componentes da radiação solar. O subsistema eletrônico 20 é composto, por exemplo, de um módulo de detecção 23, de um módulo de aquisição 24 e de um módulo de comunicação 25, que são explicados abaixo em detalhes.

[037] O módulo de detecção 23 pode compreender: 23a. Um acelerômetro de 3 eixos com um giroscópio de 3 eixos integrado (tal como aqueles que podem ser encontrados integrados dentro do chip ST LSM6DS33) 23b. Um magnetômetro de 3 eixos (tal como aqueles que podem ser encontrados integrados dentro do chip ST L1S3MDL)

[038] Os tipos diferentes de sensores podem trabalhar juntos para gerar os dados relacionados ao ângulo e ao movimento angular do dispositivo se comparados aos eixos do campo magnético e da linha gravitacional da Terra para cada uma das partes do corpo: a parte superior (torso) e a parte inferior (pélvis). Os dados podem ser gerados com uma freqüência ajustável, tipicamente entre 200 hertz e 0,01 hertz.

[039] O módulo de detecção 24 pode compreender: 24a. Uma bateria (por exemplo, uma bateria de polímero de lítio) 24b. Um suporte para armazenamento de dados em massa (por exemplo, uma memória flash NAND) 24c. Um microcontrolador (por exemplo, um da série AtMega Atmel) 24d. Um sistema de controle eletrônico para o funcionamento apropriado do sistema.

[040] O módulo de aquisição executa as seguintes funções: • Controla a fonte de alimentação aos vários componentes do dispositivo e da bateria de recarga. • Permite a interface de dados entre os componentes. • Manipula a coleta de dados dos sensores e pode armazená-los temporariamente em um dispositivo de armazenamento de dados integrado. • Manipula a comunicação com o dispositivo 2 (por exemplo, um smartphone) usando a interface de comunicação 7. A comunicação pode ser ininterrupta ou de acordo com a solicitação do dispositivo inteligente.

[041] O módulo de comunicação 25 pode compreender: 25a. Um chip de comunicação (tal como um módulo Bluetooth 4.0 LE que possa ser integrado dentro do chip Nordic Semicondutor nRF51822) 25b. Uma antena de comunicação, por exemplo, com a tecnologia Bluetooth.

[042] O subsistema de fixação mecânico 21 pode ser composto de dois ou mais módulos: - um módulo de contenção 26 do subsistema eletrônico que é feito provavelmente de material plástico rígido, pelo menos à prova de água e de poeira (por exemplo, compatível com IP65) - um ou mais módulos de fixação mecânicos 27 para fixar integralmente o dispositivo ao corpo humano que está sendo medido, os quais podem ser feitos de material plástico (materiais flexíveis ou rígidos, dependendo da aplicação) e que podem ser similares, por exemplo, a um bracelete, a um colar, a uma tornozeleira, a uma presilha de cabelo, a um cinto ou a outros itens que podem ser vestidos que podem inclusive ser adesivos a ser aplicados diretamente à pele da pessoa em uma determinada posição do corpo.

[043] Em uma forma de operação típica, o dispositivo 2 que apresenta os dados da pessoa P permite a inicialização do sistema de medição no tempo t0, permitindo que ele interaja com a pessoa P para identificar o posicionamento mecânico do dispositivo 1 no corpo e a posição do corpo naquele instante. Por exemplo: a unidade 1A no centro do tórax, a unidade 1B na posição central frontal no nível da pélvis, tipo de posição: ereto. Para fins de segurança e de verificação da calibração, também é possível verificar a correspondência dos cálculos pedindo à pessoa P que verifique sua exatidão orientando-se de acordo com um ponto conhecido com base no qual o sensor é montado orientado para a direção do sol (se o céu estiver claro) ou para o norte geográfico (se a pessoa P tiver outra bússola independente).

[044] A invenção foi descrita em referência a uma realização preferida, mas deve ser compreendido que modificações equivalentes podem ser feitas sem sair do âmbito da proteção concedida à presente patente industrial.

Claims (11)

1.- SISTEMA PARA COMPUTAR A EXPOSIÇÃO DE UM INDIVÍDUO À RADIAÇÃO SOLAR, usado para calcular a exposição à radiação solar em uma dada faixa de comprimento de onda medida possivelmente de acordo com um dado espectro de ação fotobiológica, recebido por uma pessoa em cada parte do corpo, possivelmente incluindo os olhos, o qual é caracterizado pelo fato de que compreende: um dispositivo que pode ser vestido (1) que tem posição e orientação estável com respeito ao corpo de uma pessoa (P), equipado com sensores capazes de detectar os dados da posição de um ou mais pontos do corpo de acordo com pelo menos o azimute e a inclinação com respeito à linha vertical, dependendo da posição do corpo durante a exposição do sol, um sensor de geolocalização (5) associado à dita pessoa (P), uma unidade de computação remota (3) conectada de modo operativo ao dispositivo de satélite (4) para receber os dados georeferenciados relacionados à irradiação solar ao longo do tempo e aos dados de irradiância solar associados à posição geográfica, à postura e à orientação da pessoa (P) ou de partes do corpo da pessoa ao longo do tempo, a fim de fornecer a irradiância incidente total e a dose associada relativa acumulada ao longo do tempo para cada ponto do corpo, um dispositivo de telecomunicação portátil (2) posicionado próximo da pessoa (P), o qual compreende uma primeira interface de comunicação (7) conectada ao dito dispositivo que pode ser vestido (1) e o dito sensor de geolocalização (5) para receber os primeiros dados (D1) relacionados à posição, à postura e à orientação da pessoa ou de partes do corpo da pessoa, uma segunda interface de comunicação (8) conectada à dita unidade de computação remota (3) para enviar à unidade (3) os ditos primeiros dados e para receber os segundos dados (D2) relativos à exposição ao sol da pessoa (P), um dispositivo (10) de modo que a dita pessoa (P) possa receber a informação associada aos ditos segundos dados (D2) relativos à exposição à radiação solar da pessoa.

2 .- SISTEMA, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelos ditos sensores de posição (6) serem posicionados integralmente em um acessório ou item de vestuário que possa ser vestido para identificar exclusivamente a orientação e a inclinação de um corpo, por exemplo, no centro de uma roupa de banho, colocados integralmente em óculos de sol ou incluídos em uma etiqueta adesiva aplicável a uma parte identificada do corpo.

3 .- SISTEMA, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que os ditos sensores de posição (6) são posicionados integralmente em mais acessórios ou itens de vestuário que podem ser vestidos ou a diversas etiquetas adesivas aplicáveis a pontos identificados de um corpo, para identificar de uma maneira mais exata e mais inequívoca a orientação e a inclinação de todas as partes do corpo.

4 .- SISTEMA, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que os ditos sensores de posição (6) compreendem um magnetômetro e pelo menos um acelerômetro vertical.

5 .- SISTEMA, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que compreende um sensor de brilho para identificar a posição interna ou ao ar livre de uma pessoa, e um sensor de suor/umidade, que são associados operativamente ao dito dispositivo portátil (2).

6 .- SISTEMA, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que o dito sensor de geolocalização é incorporado no dito dispositivo móvel (2).

7 .- SISTEMA, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que a dita primeira interface (7) é uma interface sem fio.

8 .- SISTEMA, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que os ditos segundos dados (D2) compreendem a informação relacionada ao cálculo de um tempo de exposição desejado de pelo menos uma parte do corpo de uma pessoa (P) e/ou ao cálculo de uma aplicação de protetor solar desejável.

9 .- SISTEMA, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que os ditos sensores de brilho e de umidade são posicionados na parte externa.

10 .- ITEM DE VESTUÁRIO OU ACESSÓRIO QUE PODE SER VESTIDO QUE TEM UMA POSIÇÃO E ORIENTAÇÃO ESTÁVEIS COM RESPEITO AO CORPO DE UMA PESSOA, caracterizado pelo fato de que é equipado com um dispositivo (1) provido com sensores (6) capaz de detectar a posição do corpo de acordo com o azimute e a inclinação com respeito à linha vertical, dependendo da posição que o corpo tenha durante a exposição ao sol, e também equipado com um dispositivo para enviar os dados coletados (D1) a respeito da posição e da orientação da pessoa.

11 .- ITEM DE VESTUÁRIO OU ACESSÓRIO QUE PODE SER VESTIDO, de acordo com a reivindicação 10, os quais compreendem adicionalmente sensores de brilho e de umidade.