BRPI0913517B1

BRPI0913517B1 - Sistemas para a prevenção de queda para um usuário, método para prevenção de queda para um usuário, e meio legível por computador não transitório

Info

Publication number: BRPI0913517B1
Application number: BRPI0913517-0A
Authority: BR
Inventors: Warner R. T. Ten Kate
Original assignee: Koninklijke Philips N.V.
Priority date: 2008-09-04
Filing date: 2009-08-27
Publication date: 2019-08-20
Also published as: JP2012502341A; US9392966B2; CN102144248B; EP2335231A1; US20110152727A1; WO2010026513A1; BRPI0913517A2; CN102144248A; EP2335231B1; JP5993574B2

Abstract

sistemas para a prevenção de queda para um usuário, método para prevenção de queda para um usuário, e meio legível por computador não transitório trata-se de um sistema para a 5 prevenção de queda para um usuário, o qual compreende um ou mais sensores para fixação às respectivas partes do corpo, em que cada sensor é adaptado para medir o movimento da respectiva parte do corpo e para traduzir o movimento em um sinal; e um controlador adaptado para receber o sinal ou sinais e para determinar um risco de queda ao estimar uma trajetória do centro de massa do usuário em relação a uma trajetória de uma parte inferior do corpo a partir do sinal ou sinais.

Description

SISTEMAS PARA A PREVENÇÃO DE QUEDA PARA UM USUÁRIO, MÉTODO PARA PREVENÇÃO DE QUEDA PARA UM USUÁRIO, E MEIO LEGÍVEL POR COMPUTADOR NÃO TRANSITÓRIO

CAMPO TÉCNICO DA INVENÇÃO

A invenção refere-se a um sistema de prevenção de queda, e particularmente a um sistema de prevenção de queda que monitore o centro de massa de um usuário em relação a uma parte inferior do corpo do usuário.

ANTECEDENTES DA INVENÇÃO

As quedas afetam milhões de pessoas cada ano e resultam em ferimentos significativos, particularmente nas pessoas idosas. De fato, estimou-se que as quedas são uma das três maiores causas da morte em pessoas idosas.

Uma queda é definida como um deslocamento descendente repentino, descontrolado e involuntário do corpo até o solo. Há atualmente alguns sistemas de detecção de queda disponíveis que detectam estas quedas e permitem que o usuário obtenha auxílio manual ou automaticamente se ocorrer uma queda. Os sistemas exemplificadores de detecção de queda podem compreender botões de ajuda pessoal (PHBs) ou sistemas de detecção automáticos que são usados e/ou baseados no ambiente.

Os sistemas automáticos de detecção de queda compreendem um sensor ou um conjunto de sensores que medem continuamente o movimento do usuário, e um processador que compara os sinais medidos ou processados com limites predeterminados a fim de detectar uma queda. Particularmente, os sistemas automáticos de detecção de queda armazenam um conjunto de valores limite e/ou padrões de classificação predeterminados (que são indicados em seguida como conjuntos de parâmetros). Quando o sistema é ativado, os dados do movimento obtidos dos sensores (tal como, por exemplo, um acelerômetro) serão transformados continuamente e

Petição 870190024496, de 14/03/2019, pág. 5/14

2/19 processados, e comparados então com aqueles conjuntos de parâmetros para determinar se ocorre um evento de queda.

Muitos sistemas de detecção de queda também calculam uma mudança na orientação do sistema de detecção de queda (e desse modo do usuário) e detectam um impacto com o solo durante um evento de queda.

Uma desvantagem destes sistemas é que eles não são completamente confiáveis. Além disso, eles realmente não impedem a queda, mas fornecem um aviso ou alarme na eventualidade de um usuário ter caído.

No entanto, os usuários que são inseguros durante o caminhar, por exemplo, insegurança essa causada ou realçada por um medo da queda ou pela fadiga nos músculos, ou que são normalmente executando múltiplas tarefas, isto é, estão carregando itens enquanto caminham, conversando com seus netos, etc., ou que se movem em locais onde há uma iluminação deficiente, uma superfície do solo molhada ou irregular (tal como um tapete frouxo, fios de eletricidade, brinquedos, ferramentas, e outros perigos) ou que estão sob o efeito de medicação que pode afetar o equilíbrio ou a concentração, podem ser ajudados por um sistema para a prevenção de queda, o qual diminui o risco real de queda ou pelo menos os ajuda a evitar situações onde há um risco maior de queda, e faz com que se sintam mais seguros.

O pedido de patente WO 2008/059418 descreve um sistema para a prevenção de queda para um usuário, o qual compreende uma série de sensores fixáveis a pelo menos um segmento inferior do corpo, em que os sensores são adaptados para medir o movimento de pelo menos um segmento inferior do corpo e traduzir o movimento em um sinal, em que o sistema também compreende um controle adaptado para receber o sinal dos respectivos sensores, para observar o sinal como uma seqüência real das posturas de pelo menos um segmento

3/19 inferior do corpo, para comparar a seqüência real com uma seqüência predeterminada de posturas como uma função do tempo (a seqüência predeterminada refere-se a um risco baixo de β queda) , e para determinar um risco elevado de queda quando a seqüência real desvia da seqüência predeterminada (até um certo grau).

Desse modo, este sistema fornece uma maneira de indicar quando as quedas têm maior probabilidade de ocorrer, em que o risco aumentado ocorre quando hã uma variação na 10 trajetória dos pés do usuário.

Um objetivo da invenção consiste na apresentação de um sistema para a prevenção de queda que aperfeiçoa o que foi descrito acima.

DESCRIÇÃO RESUMIDA DA INVENÇÃO

Os sistemas' de ' prevenção -de queda= podem ser baseados na detecção de um aumento temporário no risco da _ queda, que será observável como uma diminuição na estabilidade ou outro parâmetro' na maneira de andar, do usuário. Desse modo, a invenção apresenta um sistema de

0 prevenção de queda que é baseado no monitoramento da trajetória do centro de massa (CoM) do corpo do usuário em relação a uma parte inferior do eorpo- do.usuário.

Portanto, embora no sistema da técnica anterior uma variação ou um desvio maior na trajetória dos pés 25 conduzam à detecção de um risco aumentado, a invenção propõe que isto conduz somente à detecção de um risco aumentado se ao mesmo tempo o centro de massa do corpo do usuário também estiver variando de maneira significativa. Desse modo, a ⁵ invenção pode distinguir mudanças na maneira de andar que podem ser causadas por uma superfície irregular (que aumenta a variação na base de suporte, mas não necessariamente a variação do centro de massa). Por outro lado, um aumento na variação da trajetória do centro de massa do corpo de usuário

4/19 conduz somente à detecção de um risco aumentado na invenção se não houver um aumento correspondente na base de suporte.

De acordo com um primeiro aspecto da invenção, é * apresentado um sistema para a prevenção de queda para um usuário, o qual compreende um ou mais sensores para a fixação às respectivas partes do corpo, em que cada sensor é adaptado para medir o movimento da respectiva parte do corpo e para traduzir o movimento em um sinal; e um controlador adaptado para receber o sinal ou sinais e para determinar um risco de 10 queda ao estimar uma trajetória do centro de massa do usuário em relação a uma trajetória de uma parte inferior do corpo a partir do sinal ou sinais.

Em algumas realizações da invenção, o controlador determina o risco de queda diretamente ao estimar a 15 trajetória do centro de massa' dõ' usuário- em- -relação, à trajetória da parte inferior do corpo (por exemplo, ao estima.r diretamente uma diferença entre as duas trajetórias). Em realizações alternativas, o controlador determina o riscode queda ao estimar separadamente as duas trajetórias e então 20 compara as mesmas.

De acordo com um segundo aspecto da invenção, é apresentado um método de prevenção de quedas por um usuário, em que o método compreende a fixação de um ou mais sensores às respectivas partes do corpo do usuário; cada sensor mede o 25 movimento da respectiva parte do corpo e traduz o movimento em um sinal; e a determinação de um risco de queda ao estimar uma trajetória do centro de massa do usuário em relação a uma trajetória de uma parte inferior do corpo a partir do sinal ou sinais.

De acordo com um terceiro aspecto da invenção, é apresentado um produto de programa de computador, o qual compreende um código de computador que, quando executado em um computador ou um processador, executa as etapas de

5/19 recepção de um sinal ou sinais de um ou mais sensores fixados às respectivas partes do corpo de um usuário, em que cada sensor mede o movimento da respectiva parte do corpo e traduz * o movimento em um sinal; e a determinação de um risco de queda ao estimar uma trajetória do centro de massa do usuário em relação a uma trajetória de uma parte inferior do corpo a partir do sinal ou sinais.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

A invenção será descrita agora, apenas a título de exemplo, com referência aos seguintes desenhos, nos quais:

as Figuras l(a), 1(b) e l(c) ilustram os conceitos do centro de massa, da base de suporte e da base dinâmica de suporte;

a Figura 2 mostra um sistema de prevenção de queda de acordo com uma primeira 'réaTízaçaó· da invenção-; - - * — a Figura 3 mostra um diagrama de blocos do sistema deprevenção de queda da Figura 2;

a Figura 4 mostra um sistema’ de “prevenção 'de^! quedade acordo com uma segunda realização da invenção;

a Figura 5 mostra um sistema de prevenção de queda de acordo com uma terceira realização da invenção; e a Figura ~6 mostra um método de acordo com a invenção.

DESCRIÇÃO DETALHADA DAS REALIZAÇÕES PREFERIDAS

Conforme descrito acima, a invenção apresenta um sistema para a prevenção de queda que detecta um aumento temporário no risco de queda baseado no monitoramento da trajetória do centro de massa (CoM) do corpo do usuário em relação a uma parte inferior do corpo do usuário.

A seguir, trajetória deve ser compreendido como se referindo ao trajeto seguido pela parte relevante através do espaço representada como uma seqüência de posições. Uma vez que o risco (temporário) de queda é derivado de alguma

6/19 medida da distância relacionada à trajetória, a velocidade deve ser compreendida como sendo incluída na trajetória, de modo a corrigir o efeito que a velocidade pode ter, caso haja algum, na medida da distância escolhida. Por exemplo, se o 5 centro de massa for testado para se mover dentro de uma determinada área, ele pode se mover fisicamente fora dessa área, contanto que seja acompanhado por uma velocidade que conduza o mesmo para dentro. A sua trajetória fica dentro da área (embora a medida da distância possa ser estimada para 10 estar além da crítica) . Por outro lado, um centro de massa que se move fisicamente dentro da área mas exibe uma velocidade intensa para fora pode ser estimado como estando em uma trajetória fora da área. Estas correções são evidentes aos técnicos no assunto.

O centro de massa (CoM) ' dó 'corpo^- do usuário e abase de suporte (BoS) são conceitos conhecidos no estado da ^técnica, juntamente com o centro de pressão (CoP) . Eles são utilizados para modelar a maneira na 'qual um ser^- humanomantém o equilíbrio enquanto se encontra de pé. O centro de massa é uma quantidade mecânica que define o ponto que pode representar o movimento translacional do corpo inteiro.

Também é o ponto em torno do qual o corpo deve girar no espaço livre. Para um corpo humano, o CoM fica localizado perto da pelve. Desse modo, um sensor para estimar a 25 trajetória do CoM é preferivelmente fixado perto da pelve.

A base de suporte (BoS) é definida para a posição de pé, isto é, para uma situação estática, e é aproximadamente a área coberta por uma forma quadrilateral que circunda ambos os pés.

Uma pessoa que está de pé é estável se o centro de massa permanecer dentro da base de suporte. A pessoa mantém esta estabilidade ao mudar o ponto de pressão sobre o solo. Isto introduz a noção do centro de pressão (CoP). Geralmente,

7/19 uma pessoa parada em pé é modelada como um pêndulo invertido, onde os tornozelos representam as dobradiças. A gravidade, fixada no CoM, e as forças de reação do solo (GRF) , fixadas ô no CoP, criam momentos da força em torno destas dobradiças, fazendo com que a pessoa oscile para a frente e para trás. Estes conceitos são ilustrados nas Figuras 1 (a) e 1 (b) . Se o momento da GRF não puder compensar o momento da gravidade, então a pessoa irá cair. Isto acontece quase certamente se o CoM (x_m) se estender fora da BoS (e a pessoa não desloca um pé - que é a suposição para uma postura em pé) .

A base de suporte de uma pessoa quando ela está caminhando não é assim definida claramente. Para as finalidades da presente invenção, a base dinâmica de suporte (isto é, a base de suporte durante o movimento, tal como o 15 caminhar) é definida “comó“ a “superfície transposta- pela largura do passo (W_dynamic) e pelo tamanho do passo (L_step) , tal como mostrado na Figura l(c).

Desse modo, a invenção é baseada nã percepção que a variação ou desvio é uma medida necessária para cair, mas 20 não se garante como uma medida suficiente para determinar um estabilidade estabilidade recuperar de do padrão de movimento.

do movimento em termos de sua capacidade de isto é, quanta margem ainda resta do ponto-sem-retorno onde o centro de massa se move fora da base de suporte. Quando é medido o risco médio da queda, a variação na maneira de andar é suficiente para estimar o risco, uma vez que se pode supor uma BoS constante.

No entanto, quando é medido o risco dinâmico, entretanto, a suposição não é sempre satisfeita e é necessário medir a trajetória do centro de massa em relação à base de suporte.

8/19

Desse modo, o risco dinâmico de queda é determinado ao estimar o tamanho do passo (L_step) e a largura do passo (Wdynamíc) para cada passo, que são consideradas conjuntamente para obter a BoS instantânea, ao determinar a 5 trajetória atravessado pelo centro de massa durante esse passo (ou a área de superfície atravessada pelo CoM formado a partir de uma extensão bidimensional da trajetória que inclui um movimento para diante e lateral em relação à direção do rosto/movimento da pessoa; e isso resulta em uma superfície 10 se um retângulo for desenhado em torno da trajetória formada em um passo) , e ao determinar o risco de queda a partir da distância dinâmica entre as trajetórias do CoM e da BoS, particularmente do mínimo de |CoM-BoS| . Uma vez que a posição nãopode ser medida em coordenadas absolutas, supõe-se em uma 15 implementação simples que o centro de ambos a ^-BoS ~ e o- CoM alinham. No entanto, algoritmos mais sofisticados podem ser utilizados para refinar esta estimativa.

A posição dos limites de ambos o CoM^_e“a BoS é comparada para:

(i) se a BoS contém, o CoM; e (ii) a margem ou a distância do limite de CoM ao

limite de BoS.				- -	- - . .
Para	o ponto (i),	o CoM	pode	ser	ocasionalmente
encontrado fora	da BoS durante	o caminhar,	mas	isto indica um
25 risco elevado de	queda. Para o	ponto	(ii) ,	uma	margem pequena

é interpretada como apresentando um risco aumentado de queda, onde pequeno é relativo â margem usual para esse usuário.

Quando um risco aumentado é encontrado, o usuário pode ser advertido para ficar mais alerta, ou fazer um 30 repouso, por exemplo, sentar por um tempo. Os episódios de risco também podem ser acumulados e fornecidos ao profissional de cuidados com a saúde, que pode utilizar a informação ainda para conselho ou tratamento do usuário.

9/19

A Figura 2 mostra um sistema para - a prevenção de queda 1 de acordo com uma primeira realização da invenção fixado a um usuário 4 através de uma faixa ou um outro acessório de fixação 6. Nesta realização, o sistema 1 compreende uma única unidade 2, a qual é fixada preferivelmente a uma parte do corpo do usuário de maneira tal que o sensor na unidade 2 pode medir a periodicidade dos padrões de caminhar. Desse modo, a unidade 2 pode ser fixada ao tronco ou uma parte superior do corpo do usuário 4, tal 10 como em torno da cabeça. Em posições inferiores (tal como nos pés) , o sinal de caminhar (isto é, as acelerações induzidas pelo caminhar) será mais forte. Por exemplo, nos pés, somente a gravidade será observada durante a fase de postura desse

- P_é,_ permitindo que a velocidade seja ajustada em zero sem a necessidade de ser estimada de outras maneiras”. No' entanto,quando a unidade 2 é fixada às partes superiores, a

- periodicidade do, sinal de caminhar será duplicada, porque ambos os pés contribuem comparavelmente às formas de'onda dó“ sinal (a parte superior irá registrar as acelerações quando cada pé atinge o solo).

Nesta realização, a unidade 2 inclui um botão 8 que o usuário 4 pode operar para emitir um sinal de alarme a um centro de atendimento telefônico ou uma outra unidade de auxílio se ele cair e requerer auxílio.

A Figura 3 mostra a unidade 2 do sistema 1 mais detalhadamente. A unidade 2 compreende um ou mais sensores 10 para o monitoramento do movimento do usuário 4, e um processador 12 para analisar os sinais dos sensores 10 para determinar se o usuário 4 está em maior risco de queda, está 30 prestes a cair, ou se o usuário 4 caiu. Os sensores 10 incluem tipicamente um acelerômetro para medir a aceleração experimentada pelo sistema 1.

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Um ou mais sensores 10 podem incluir sensores além a determinar se ocorre uma mudança na altura da unidade 2 quando o usuário unidade 2 deve cai) , ser eletromiografia (EMG), na orientação da unidí de temperatura.

sensores para ajudar na estimativa da posição podem ser incluídos. A posição pode ser estimada a partir de uma integração dupla dos sinais do acelerômetro, terra) e sensores

Outros expressa no sistema de coordenadas global. Esta integração _requer condições limite para a velocidade e a posição. Uma vez que cada passo é medido, a posição inicial pode ser arbitrariamente escolhida como igual a zero para cada passo.

- Conforme mencionado acima, quando medida nos pés, é sabido que a velocidade inicial é igual a zero durante a^- fase “de postura. Nas outras posições da medição, uma estimativa deve 2 0 ser feita, a qual, por exemplo, pode ser derivada do tamanho de passo medido nos pés e do tempo de pisar, utilizando um modelo de pêndulo invertido (por exemplo, tal como descrito por Zijlstra & Hof, Gait & Posture 18 (2003) 1-10), possivelmente com um requisito de que a velocidade lateral 25 média seja igual a zero.

Nesta realização, a variação do padrão de caminhar é observada. Esta pode ser a variação tradicional tal como definido na estatística, mas também pode ser uma medida nãolinear, tal como o exponente máximo de Lyapunov ou o 30 multiplicador de Floquet (por exemplo, tal como descrito em Non-linear time series analysis of normal and pathological human walking, da autoria de J.B. Dingwell et al, Chãos 10(4), 2000, 848-863). Estas medidas indicam qual estável é o

11/19 próprio padrão. Nesta realização, supõe-se que a BoS não varia muito, de modo que um desvio grande no CoM irá indicar um risco aumentado de queda.

A Figura 4 mostra uma segunda realização mais preferida da invenção. Nesta realização, o sistema1 compreende uma unidade 2 tal como antes, a qual é agora preferivelmente fixada em ou perto do centro de massa do usuário 4 (embora pode ser fixada à cabeça ou ao torso superior do usuário 4) , o que significa que o acelerômetro10 na unidade 2 pode medir as acelerações que agem no centrode massa do usuário 4. Nesta realização, o sistema 1 compreende adicionalmente uma segunda unidade 20 que é preferivelmente para a fixação a uma perna, um tornozelo, um pé, um calcanhar ou um dedo do pé do usuário 4, talvez através de uma faixa ou 15 um outros meio de fixação, ou a unidade’ 20' pode “ser incorporada em uma meia ou sapato para o usuário calçar, por .exemplo, como parte do sapato ou como inserção na sola. A segunda unidade 20 inclui um acelerômetro respectivo, dê modo que ele possa medir as acelerações experimentadas pela perna 20 ou pé. A segunda unidade 20 também pode incluir outros sensores tal como descrito acima com respeito à primeira realização.

Desse modo, nesta realização de dois sensores, o sensor fixado perto da pelve mede o movimento do CoM, e o 25 sensor fixado a um pé (por exemplo, em um sapato) , mede a BoS dinâmica.

Nesta realização, supõe-se que a maneira de andar do usuário 4 tem uma simetria anti-fase perfeita, o que significa que se o sensor for fixado, por exemplo, ao pé 3 0 esquerdo, então o sinal para o pé direito é estimado como a contraparte simétrica do sinal medido do pé esquerdo (isto é, ele é espelhado na direção lateral, mas idêntico na direção sagital), deslocado no tempo pela metade de um período.

12/19

Se for conhecido o fato que o usuário 4 tem uma maneira de andar assimétrica, por exemplo, a partir de uma observação clínica, a transposição esquerda-direita pode ser adaptada de maneira correspondente.

A Figura 5 mostra uma terceira realização ainda mais preferida da invenção. Nesta realização, há uma terceira unidade 22 que é provida para ser fixada ao outro pé ou perna do usuário 4, outra vez através de uma faixa ou um outro meio de fixação, ou incorporada em uma meia ou sapato.

Deve ser apreciado que as realizações acima são as preferidas do ponto da vista de poder fornecer uma identificação confiável quando um usuário está em maior risco de queda, e não para o conforto do usuário (que prefere _geralmente menos sensores e unidades quanto possível).

O processador 12 da unidade 2 processa Ôs 'sinais do(s) sensor(es) tal como descrito abaixo e mostrado na _ Figura 6._

Primeiramente, o processador 12 detecta se ã pessoa está em um estado estável: parada em pé ou caminhando 20 (etapa 101) . Para um estado estável no caminhar, o sinal tem que variar em torno de algum valor médio. Para um estado estável no caminhar, o sinal tem que ser periódico dentro de limites razoáveis. Um ciclo limite deve ser detectãvel (isto é, um padrão recorrente quando os parâmetros de sinal são 25 plotados à medida que se desenvolvem com o passar do tempo em algum espaço multidimensional). Parado em pé, os sensores do pé ou pés devem estar relativamente em repouso (de modo que nenhuma aceleração é detectada). Nas realizações onde um sensor de ar-pressão é incluído em uma unidade na posição do 30 CoM, a altura do sensor provê um suporte adicional para que a postura seja ereta. Uma vez que a pessoa está parada em pé, não há nenhuma estimativa adicional da BoS e somente a

13/19 variação do CoM é monitorada, tal como na solução de um único sensor.

No caminhar, a periodicidade no sinal de estado estável é utilizada para traçar os ciclos individuais (passos). Por exemplo, em cada batida do calcanhar, haverá uma aceleração aumentada, devido à absorção da velocidade residual do pé. Este pico pode ser utilizado para traçar o limite do passo. Geralmente, no CoM, o pico é melhor detectável ao observar a norma do vetor de aceleração. Na BoS, o pico é melhor detectável ao observar (a norma de) a derivada da aceleração. Se os sensores não forem temporalmente sincronizados, isto é feito para ambos os sinais de sensor separadamente, e este pico pode ser ₌reaImente utilizado para sincronizar os sensores. Em caso negativo, a sincronização do tempo é utilizada ê ó~ tempo’ dã batida do salto encontrado pelos sensores diferentes pode ser «utilizado para refinar o traçado do ciclo. Uma outra abordagem consiste em medir o deslocamento vertical e observar os instantes em que a altura retorna à sua altura de referência. A compensação apropriada para o deslocamento e a gravidade tem que ser feita.

A segunda etapa (etapa 103) consiste em estimar a posição dos sensores. Isto é feito ao executar uma integração dupla dos sinais do acelerômetro, e conseqüentemente o resultado pode ser facilmente derivado devido ao deslocamento no sinal do acelerômetro (o deslocamento está frequentemente presente devido à gravidade juntamente com uma estimativa incorreta da orientação do sensor). O deslocamento pode ser compensado utilizando os limites do ciclo traçados, assim como o fato que o padrão é de estado estável. A velocidade vertical média deve ser igual a zero, uma vez que não há nenhuma mudança na altura. A velocidade de avanço (movimento) média deve ser constante, uma vez que se supõe que o usuário

14/19 caminha em um ritmo constante. Esta constante não é conhecida antecipadamente, e pode mudar com o passar do tempo.

A velocidade é encontrada pela integração dos sinais do acelerômetro, de um limite do ciclo ao seguinte. A 5 velocidade inicial no primeiro ciclo é ajustada em zero (ou qualquer outro valor apropriado). A velocidade no ciclo seguinte é estimada utilizando um filtro passa-baixa em relação às velocidades encontradas nos ciclos precedentes. Por exemplo, por meio de um filtro médio de corrida: após 10 cada etapa, a velocidade é atualizada até a média ponderada do valor previamente utilizado e o valor recentemente encontrado: vn_ew = (l-)*v_oi_d + cx * v_measured· o é tipicamente 0,10. Esta v_new é utilizado como a velocidade inicial para a integração_ no ciclo seguinte. Uma vez que a velocidade pode 15 se adaptar, ela não pode ser utilizada compensar o' deslocamento na aceleração medida. Desse modo, a fim de obter = um. mecanismo, para compensar o deslocamento, a aceleração média deve ser igual a zero em relação a cada passo. Isto está em conformidade com a necessidade de uma velocidade 20 constante: a uma velocidade constante, a integral da aceleração desaparece, isto é, a aceleração média é igual a zero.

A posição de cada sensor (isto é, preferivelmente no CoM e em ambos os pés ou pernas) é ajustada em zero no 25 início de cada ciclo (cada passo) , de modo que o tamanho do passo e a largura do passo sejam o resultado da integração total. Mais precisamente, os valores máximos em relação ao ciclo inteiro do passo são tomados como estimativas do tamanho e da largura. As trajetórias (em linha reta) do CoM e 30 da BoS são computadas a partir destas posições. No início, os centros das trajetórias são alinhados entre si. Este alinhamento pode ser aplicado em cada passo novamente, mas

15/19 também é possível permitir que os centros se adaptem ao utilizar um filtro médio de corrida ou similar.

Em uma realização alternativa, em vez da BoS que tem uma área de superfície particular para um passo, pode-se 5 supor que seja dinâmico durante o próprio passo, isto é, está no seu menor valor quando a perna em oscilação passa a perna da postura. O CoM tem que ficar dentro desta BoS todo o tempo para que o usuário fique estável. Neste caso, os pontos médios das trajetórias do CoM e da BoS devem ser alinhados, e 10 não pode se supor que as posições iniciais sejam iguais. Será apreciado pelos técnicos no assunto que este modelo é simplificado e pode ainda ser refinado. Particularmente, o CoM pode ficar temporariamente fora da BoS e apresentar um risco relativamente baixo de queda, contanto que o CoM tenha 15 velocidade suficiente para trazer de volta ~à“ BoS: Alternativamente, se o CoM estiver dentro da BoS mas tiver ₌uma velocidade relativamente elevada para fora (isto é, afastada do centro da BoS) , o risco de queda pode ser relativamente elevado. Conforme descrito acima, este efeito 2 0 da velocidade do CoM ou da BoS pode ser incorporado na estimativa da trajetória. Pode ser igualmente tratado separadamente.

integração deve ser executada no plano horizontal.

respeito de

Portanto, uma estimativa qual componente do sinal tem que ser feita a do (s) acelerômetro(s) está na direção horizontal. Isto requer por sua vez o conhecimento sobre a orientação do sensor. A ser estimada a partir do componente de C.C. no sensor, que é devido à gravidade ou, quando disponível no sistema de 30 prevenção de queda 2, a partir de outros sensores, tais como um magnetômetro e/ou um giroscópio.

Em uma realização alternativa, com respeito à posição do centro de massa, a trajetória vertical do sensor

16/19 correspondente pode ser monitorada e traduzida como um deslocamento horizontal utilizando, por exemplo, um modelo de pêndulo invertido.

	Na terceira etapa	(etapa	105), o	processador	12
5 estima a	posição do centro	de massa em relação	à base	de
suporte.	Conforme descrito	acima,	a base	de	suporte	é
definida	como o tamanho do	passo L	step vezes	a	largura	do

passo W_dynamic· Supõe-se que as origens da CoM e da BoS estão alinhadas, e podem ser adaptadas através de um filtro passa10 baixa.

Para a largura do passo, uma largura de passo de C.C. adicional (deslocamento) pode ser suposta, para assumir o espaçamento natural entre os pés. Por exemplo, de 20-30 cm. No entanto^ em princípio, a largura de deslocamento exata não 15 importa, uma vez que o sistema 2 irá emitir um aviso que há um risco aumentado de queda se testar um desvio nos padrões em um sentido relativo, e não em um sentido absoluto.

Se o processador determinar que o CoM está se expandindo bem próximo da BoS, isto é, se ambas as 20 superfícies alcançam um tamanho similar (assim, ÜCoM-BoSÜ é menor do que um limite) ou que o CoM está fora da BoS, um alarme é emitido para o usuário (etapa 107) , para advertir o usuário que ele está em um risco maior de queda. O alarme pode ser um sinal audível ou visível, mas alternativamente em 25 uma outra forma, tal como uma vibração ou uma outra sensação tátil. A ocorrência ou a taxa de ocorrências podem ser comunicadas com um fornecedor de serviços ou um profissional de cuidados com a saúde.

Em realizações adicionais da invenção, o algoritmo 3 0 executado pelo processador 12 para detectar um risco aumentado de queda pode ser incrementado ao tratar os passos esquerdo e direito separadamente para refinar o tamanho do passo utilizado na determinação da BoS, ou ao considerar a

17/19 fase de suporte duplo separadamente (a fase de suporte duplo é o período na maneira de andar quando ambos os pés estão tocando no solo). Durante esta fase, a medida da estabilidade estática, tal como definido para parado em pé, pode ser utilizada. Nesse sentido, o risco da queda pode ser distinguido em duas partes: uma é estimada durante a fase de suporte dupla, e a segunda durante a oscilação.

Em realizações adicionais da invenção, o sistema de prevenção de queda pode ser estendido de maneira tal que pode ser utilizado com usuários que têm alguma forma de auxílio para caminhar, tal como uma bengala ou armação. Nestas realizações, a BoS é medida como a área (dinâmica) transposta pelos pés e pela bengala ou armação do usuário. Uma unidade pode ser montada na bengala ou na armação, e não no usuário. Uma correção pode ser aplicada no algoritmo^para a divisão do peso do corpo do usuário em relação aos pés e à bengala ou armação. Com uma armação, o usuário irá reclinar para a frente, o que implica um deslocamento na posição do CoM. Além disso, uma vez que a armação suporta força, a posição do CoM irá se mover para um outro lugar no tronco e a posição de fixação preferida irá mudar.

Conforme descrito acima, outros sensores podem ser utilizados além dos acelerômetros. Giroscópios podem ser utilizados para facilitar a estimativa da orientação do sensor. Magnetômetros podem ser utilizados para complementar a informação direcional de C.C. indicada pela gravidade. Sensores de EMG poderíam ser adicionados para observar a atividade dos músculos e para conferir desse modo uma estimativa melhor da capacidade de se opor a perturbações (isto é, o sensor de EMG pode estimar a velocidade da reação e a resistência) . A fadiga poderia ser observada, a qual indica um risco aumentado de queda. Uma outra medida poderia ser a observação do CoP utilizando, por exemplo, sensores de

18/19 pressão nos sapatos do usuário. Estes sensores de pressão poderiam ser utilizados para refinar a estimativa da estabilidade ao computar os momentos de oposição ao movimento do CoP. Isto pode ser particularmente útil durante a fase de suporte duplo. Sensores de pressão na sola (sapato) também podem ser utilizados para estimar os limites do passo (batida do salto e avanço do dedão).

Em realizações adicionais da invenção, em vez de o CoM e a BoS mas, alternativamente, a variação na distância.

Uma vez que os processos fisiológicos tais como o caminhar exibem mais sofisticada características não-lineares, uma análise irá resultar da observação de quantidades '(não-Tine ares) correspondentes. Particularmente, o exponente máximo de

JLyapunov e úteis. Por os multiplicadores de Floquet são quantidades exemplo, em vez de observar a trajetória da posição do

CoM e da

BoS de os exponentes máximos de

Lyapunov medidos em locais do CoM e da partir dos sinais

Embora a e descrição devem ser consideradas ilustrativas ou exemplificadoras e não restritivas; a apresentadas podem ser compreendidas e feitas pelos técnicos no assunto na prática da invenção reivindicada, de um estudo dos desenhos, da descrição, e das reivindicações anexas. Nas reivindicações, a palavra que compreende não exclui outros

19/19 elementos ou etapas, e o artigo indefinido a ou o não exclui uma pluralidade. Um único processador ou outra unidade podem desempenhar as funções de diversos itens recitados nas reivindicações. O mero fato que determinadas medidas são 5 recitadas em reivindicações dependentes mutuamente diferentes não indica que uma combinação destas medidas não pode ser utilizada com vantagem. Um programa de computador pode ser armazenado/distribuído em uma mídia apropriada, tal como uma mídia de armazenamento ótico ou uma mídia de estado sólido 10 empregadas conjuntamente com ou como parte de outro hardware, mas também ser distribuído em outras formas, tal como através da Internet ou outros sistemas de telecomunicação com fio ou sem fio. Quaisquer sinais de referência nas reivindicações não. devem ser interpretados como limitadores do âmbito.

Claims

REIVINDICAÇÕES

1. SISTEMA PARA A PREVENÇÃO DE QUEDA PARA UM USUÁRIO, caracterizado por compreender:

um ou mais sensores (2, 20, 22) configurados para fixação às respectivas partes do corpo de um usuário que está caminhando para medir os movimentos de um centro de massa móvel do usuário e uma base móvel de suporte do corpo e traduzir o movimento medido em sinais, a base de suporte do usuário sendo uma superfície definida por uma largura e um comprimento de passo do usuário quando caminha; e um controlador (12) configurado para receber os sinais e para determinar um risco de queda do usuário que caminha ao estimar uma diferença entre uma trajetória do centro de massa móvel do usuário (4) em relação a uma trajetória da base móvel de suporte do corpo a partir dos sinais.
2. SISTEMA, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo controlador ser adicionalmente configurado para:

- determinar se os sinais têm padrão recorrente com o passar do tempo em espaço multidimensional; e

- com base na periodicidade do padrão recorrente, determinar se o usuário está em situação de caminhada estável.
3. SISTEMA, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo controlador ser adicionalmente configurado para:

- determinar periodicidade dos sinais quando o usuário está no estado de caminhada estável ao detectar picos em pelo menos um dos sinais de movimento para delinear passos individuais.

Petição 870190024496, de 14/03/2019, pág. 6/14

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4. SISTEMA, de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo controlador ser adicionalmente configurado para:

- a partir dos sinais de cada passo, determinar (1) o tamanho do passo, a largura do passo e (2) a localização do centro de massa; e

- determinar se o centro de massa está alinhado dentro da base de suporte.
5. SISTEMA, de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo controlador ser adicionalmente configurado para:

- a partir dos sinais, determinar a velocidade do centro de massa e se o centro de massa está dentro da base de suporte; e

- determinar o risco de queda em resposta a um dos seguintes:

- o centro de massa estando fora da base de suporte e tendo uma velocidade que é insuficiente para recolocar o centro de massa dentro da base de suporte, ou

- o centro de massa está dentro da base de suporte e a velocidade está fora da base de suporte.
6. SISTEMA, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo controlador ser configurado adicionalmente para:

- a partir dos sinais, determinar a velocidade do centro de massa e se o centro de massa está dentro da base de suporte; e

- determinar o risco de queda em resposta a um dos seguintes:

- o centro de massa estando fora da base de suporte e tendo uma velocidade que é insuficiente para recolocar o centro de massa dentro da base de suporte, e

Petição 870190024496, de 14/03/2019, pág. 7/14

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- o centro de massa está dentro da base de suporte e a velocidade está fora da base de suporte.
7. SISTEMA, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por um ou mais sensores (2, 20, 22) incluírem acelerômetros, e as trajetórias serem estimadas ao integrar os sinais dos acelerômetros.
8. SISTEMA, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por um ou mais sensores (2, 20, 22) incluírem acelerômetros, e o controlador ser configurado para estimar a trajetória do centro de massa do usuário (4) em relação à trajetória da base de suporte do corpo ao computar um de um exponente de Lyapunov e um multiplicador de Floquet a partir dos sinais de movimento.
9. SISTEMA PARA A PREVENÇÃO DE QUEDA PARA UM USUÁRIO, caracterizado por compreender:

- um ou mais sensores (2, 20, 22) configurados para fixação às respectivas partes do corpo de um usuário, os sensores sendo configurados para medir movimentos das respectivas partes do corpo e traduzir o movimento medido em sinais de movimento, e

- um controlador configurado para:

- receber sinais de movimento,

- estimar a trajetória de um centro de massa do usuário a partir de sinais de movimento, estimar uma trajetória de uma base de suporte do corpo a partir dos sinais de movimento, a base de suporte do usuário sendo uma superfície definida por uma largura de passo e comprimento de passo do usuário ao caminhar,

- determinar uma diferença entre as trajetórias estimadas do centro de massa do usuário e da base de suporte do corpo do usuário, e

- determinar um risco de cair a partir da diferença entre as trajetórias.

Petição 870190024496, de 14/03/2019, pág. 8/14

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10. SISTEMA, de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pela unidade de controle ser configurada adicionalmente para provocar a geração de um sinal de alarme com base no risco de queda determinado para alertar o usuário ou um cuidador.
11. SISTEMA, de acordo com a reivindicação 9, caracterizado por um ou mais sensores incluírem um primeiro acelerômetro configurado para fixação à uma parte superior do corpo do usuário para medir o movimento da porção superior do corpo, e o controlador é configurado para estimar a trajetória do centro de massa do usuário a partir dos sinais do primeiro acelerômetro.
12. SISTEMA, de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo controlador estar configurado adicionalmente para estimar a trajetória da base de suporte do corpo utilizando os sinais do primeiro acelerômetro.
13. SISTEMA, de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo sistema compreender pelo menos um segundo acelerômetro configurado para fixação à uma parte inferior do corpo do usuário aos sinais de saída representando o movimento da base de suporte do corpo durante a caminhada, e o controlador ser configurado ainda para estimar uma trajetória da base de suporte a partir dos sinais de saída do segundo acelerômetro.
14. SISTEMA, de acordo com a reivindicação 11, caracterizado por um ou mais sensores incluírem outro acelerômetro configurado para fixação à uma parte inferior do corpo do usuário e em que o controlador é configurado adicionalmente para:

- a partir dos sinais de outro acelerômetro, determine o comprimento do passo e a largura do passo do usuário ao caminhar e a localização da base de suporte;

Petição 870190024496, de 14/03/2019, pág. 9/14

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- a partir dos sinais do primeiro acelerômetro, determinar a velocidade e a localização do centro de massa do usuário; e

- determinar o risco de queda em resposta a um dos seguintes:

- o centro de massa estando fora da base de suporte e tendo uma velocidade que é insuficiente para recolocar o centro de massa dentro da base de suporte, e

- o centro de massa está dentro da base de suporte e a velocidade está fora da base de suporte.
15. MÉTODO PARA PREVENÇÃO DE QUEDA PARA UM USUÁRIO, caracterizado por, com um controlador:

- receber sinais de movimento medidos por um ou mais sensores configurados para fixação às respectivas partes de um corpo do usuário e para medir o movimento das respectivas partes do corpo e traduzir o movimento medido em sinais de movimento;

- estimar uma trajetória de um centro de massa do usuário a partir dos sinais de movimento;

- estimar uma trajetória de uma base de suporte do corpo a partir dos sinais de movimento, a base de suporte do usuário sendo uma superfície definida por uma largura de passo e um comprimento de passo do usuário ao caminhar;

- determinar uma diferença entre as trajetórias estimadas do centro de massa do usuário e a base de suporte do corpo; e

- determinar o risco de queda a partir da diferença entre as trajetórias.
16. MEIO LEGÍVEL POR COMPUTADOR NÃO TRANSITÓRIO, caracterizado por conter instruções para controlar um controlador de processador, para executar o método conforme definido na reivindicação 15.

Petição 870190024496, de 14/03/2019, pág. 10/14

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17. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 15, caracterizado por incluir adicionalmente, com o controlador:

- a partir dos sinais de movimento, determinar a velocidade do centro de massa e se o centro de massa está dentro da base de suporte;

- determinar o risco de queda com base em um dos seguintes:

- o centro de massa estando fora da base de suporte e tendo uma velocidade que é insuficiente para recolocar o centro de massa dentro da base de suporte, e

- o centro de massa está dentro da base de suporte e a velocidade está fora da base de suporte.
18. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 15, caracterizado por incluir adicionalmente, com o controlador:

- determinar se os sinais de movimento têm um padrão recorrente ao longo do tempo em um espaço multidimensional;

- com base na periodicidade do padrão recorrente, determinar se o usuário está em situação de caminhada estável;

- detectar de picos nos sinais de movimento para delinear passos individuais;

- determinar o comprimento do passo e a largura do passo; e

- determinar se o centro de massa está alinhado na base de suporte.