ES1264055U - Sistema para el estudio biomecánico del movimiento de un individuo - Google Patents

Sistema para el estudio biomecánico del movimiento de un individuo Download PDF

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Abstract

Sistema para el estudio biomecánico del movimiento de un individuo; caracterizado por que comprende: - una cinta de correr que incorpora una plataforma de presiones provista de un sensor de presiones de alta resolución, que obtiene imágenes baropodométricas de alta resolución en tiempo real de la pisada del individuo mientras camina o corre sobre dicha cinta de correr; - unos medios de captura de video en tiempo real de la postura del cuerpo del individuo durante la práctica del ejercicio sobre la cinta de correr; - un equipo informático al que se encuentran conectados: los medios de captura de video y la plataforma de presiones y una interfaz de usuario para un especialista encargado de controlar el modo de ejecución del software y la información del individuo que se muestra en una pantalla; dicho equipo informático incluye un software inteligente que incluye unos algoritmos que: - procesan la información proporcionada por los medios de captura de video, obtiene datos de posiciones, ángulos, velocidades y aceleraciones de los movimientos del individuo en los tres planos del espacio y los compara con unos rangos de valores predeterminados, considerados normales, deficientes, óptimos y patológicos, determinando aquellos movimientos del individuo que se salen de la normalidad, - procesan las imágenes baropodométricas proporcionadas por la plataforma de presiones, analiza dinámicamente la distribución de presiones en el tiempo y con toda la secuencia de pisadas extraída, descarta las pisadas que no siguen el patrón normal de la secuencia, y obtiene un modelo de distribución de presiones medio, - proporciona los datos analíticos para el estudio biomecánico personalizado del individuo, identificar las alteraciones biomecánicas que son la causa de una lesión, o que pueden suponer un riesgo de lesión para el individuo, y eventualmente diseña un tratamiento totalmente personalizado mediante plantillas adecuada para la corrección de las alteraciones detectadas.

Description

DESCRIPCIÓN
Sistema para el estudio biomecánico del movimiento de un individuo
Sector de la técnica
La presente invención se refiere a un sistema que permite evaluar la biomecánica de la marcha de un individuo mientras camina, corre o realiza unos gestos deportivos concretos; y que dispone de un sistema informático con un software inteligente que mide y parametriza en tiempo real el comportamiento dinámico del cuerpo del individuo y la presión ejercida por los pies de dicho individuo sobre una superficie de apoyo durante la práctica de un ejercicio, elabora automáticamente un diagnóstico y un tratamiento basado en unas plantillas personalizadas extraídas de los datos obtenidos de la evaluación realizada. Este sistema es aplicable en los campos de la biomecánica, podología, medicina deportiva, fisioterapia, readaptación y preparación física.
Estado de la técnica anterior
Actualmente son ampliamente conocidos los estudios biomecánicos consistentes en el análisis de la forma de pisar. Estos estudios se realizan mediante una observación de las diferentes zonas de apoyo y de presión de los pies sobre una superficie.
Cuando se detecta algún tipo de anomalía en la pisada, la solución adoptada habitualmente es la utilización de plantillas correctoras, sin embargo la técnica actual no analiza de forma exhaustiva los movimientos del conjunto de cuerpo durante la práctica del ejercicio, ya que en el mejor de los casos se realiza una observación a simple vista del individuo mientras realiza un ejercicio, lo que impide determinar de forma analítica cuales son los movimientos del cuerpo que provocan la pisada defectuosa y por tanto corregir la causa que provoca dicha pisada defectuosa.
Otras técnicas de observación de los movimientos del individuo durante la práctica de un ejercicio requieren la utilización de marcadores específicos y la utilización de un espacio calibrado para determinar la posición del individuo. Estas técnicas no permiten elaborar automáticamente un diagnóstico biomecánico y relacionarlo con las lesiones que el individuo está sufriendo o puede sufrir, para poderlas prevenir.
El solicitante de la invención desconoce la existencia en la podología actual de ningún sistema de valoración en dinámica, capaz de evaluar y medir la cinética y cinemática del cuerpo humano a tiempo real. Hasta el momento todo se basa en la experiencia y el poder de observación del ojo del especialista visitador, pero no se obtienen resultados numéricos que validen la observación.
Explicación de la invención
El sistema para el estudio biomecánico del movimiento de un individuo, objeto de esta invención, permite realizar el estudio tridimensional del cuerpo entero de un individuo en tiempo real, y analizar la cinética y la cinemática del individuo tanto para mantener el equilibrio en la bipedestación como en la deambulación y la carrera. Así mismo este sistema permite analizar la biomecánica de los gestos deportivos concretos de diferentes deportes, por ejemplo: fútbol, baloncesto, tenis, pádel, ciclismo, etc.
Este sistema se basa en la unión del concepto visión tridimensional y la monitorización continua de las presiones plantares en tiempo real para poder monitorizar y parametrizar el movimiento del cuerpo. Todo ello integrado en un sistema capaz de trabajar de forma autónoma, siguiendo unos protocolos de trabajo validados por ergodinámica.
Este sistema está dotado de inteligencia para poder diagnosticar de forma automática diferentes patologías en el proceso de la marcha del cuerpo humano estudiando el movimiento cinemático y dinámico que intervienen en el proceso de la marcha y/o carrera, comparando los datos obtenidos con una extensa base de datos fruto de una larga experiencia; mientras que otras tecnologías se centran solo en el estudio de los miembros inferiores (pies) del cuerpo humano.
De acuerdo con la invención este sistema comprende:
- una cinta de correr que incorpora una plataforma de presiones provista de un sensor de presiones de alta resolución, que obtiene imágenes baropodométricas de alta resolución en tiempo real de la pisada del individuo mientras camina o corre sobre dicha cinta de correr;
- unos medios de captura de video en tiempo real de la postura del cuerpo del individuo durante la práctica del ejercicio sobre la cinta de correr;
- un equipo informático al que se encuentran conectados: los medios de captura de video y la plataforma de presiones, y una interfaz de usuario para un especialista encargado de controlar el modo de ejecución del software y la información del individuo que se muestra en una pantalla; dicho equipo informático dispone de un software inteligente que incluye unos algoritmos que:
- procesan la información proporcionada por los medios de captura de video, obtiene datos de posiciones, ángulos, velocidades y aceleraciones de los movimientos del individuo en los tres planos del espacio y los compara con unos rangos de valores predeterminados, considerados normales, deficientes, óptimos y patológicos, determinando aquellos movimientos del individuo que se salen de la normalidad.
- procesan las imágenes baropodométricas proporcionadas por la plataforma de presiones, analiza dinámicamente la distribución de presiones en el tiempo y con toda la secuencia de pisadas extraída, descarta las pisadas que no siguen el patrón normal de la secuencia, y obtiene un modelo de distribución de presiones medio.
- proporcionan los datos analíticos para el estudio biomecánico personalizado del individuo, identifican las alteraciones biomecánicas que son la causa de una lesión, o que pueden suponer un riesgo de lesión para el individuo, y eventualmente diseña un tratamiento totalmente personalizado mediante plantillas adecuadas para la corrección de las alteraciones detectadas.
Según la invención, las cámaras de captura de video en tiempo real pueden comprender uno o varios sensores de visión RGB-D capaces de medir la profundidad a que están los objetos de la imagen, o múltiples sensores fijos y calibrados.
Las cámaras de captura de video empleadas son adecuadas y capaces de entregar de 60 a 90 fps, es decir, de dos a tres veces lo que es capaz de ver el ojo humano. Esto permite ver movimientos enfocados a detectar anomalías de la marcha del individuo.
El procesado de las imágenes permite procesar y analizar en tiempo real la posición inicial (estática) del individuo y su evolución cinemática y dinámica durante la práctica de ejercicio y disponer a tiempo real de la evolución de los ángulos articulares, la velocidad angular y la posición en los 3 planos del espacio de las referencias anatómicas más relevantes como son las rodillas, las caderas, la columna vertebral.
El software encargado del procesado de las imágenes proporcionadas por los sensores de visión comprende un algoritmo que registra las nubes de puntos 3D en una única nube de puntos y un algoritmo de optimización que extrae para cada imagen una representación del esqueleto del individuo.
El procesado de dichas imágenes comprende eventualmente la aplicación de una técnica de "smoothing” o suavizado, el post-procesado de la secuencia de esqueletos a fin de eliminar ruido de estimación de los trames independientes y el procesado para obtener los datos referentes a los movimientos: posiciones, ángulos, velocidades lineales o angulares y aceleraciones lineales o angulares en los 3 planos del espacio.
El sistema permite configurar cada métrica independientemente, desde la interfaz de usuario para el especialista, estableciendo los rangos de valores normales/ deficientes/ óptimos/ patológicos desde el punto de vista de interés o médico. Estos rangos se utilizan para detectar puntos de interés en la secuencia de imágenes en los que el individuo realiza movimientos que se salen de la normalidad.
El sistema está configurado para permitir dos modos de funcionamiento:
- un modo de streaming/grabación, en el que los datos se envían a la interfaz de usuario, al mismo tiempo que se graban en un disco duro del sistema, y
- un modo de reproducción, en el que se cargan los datos guardados en una interfaz de usuario para su exploración.
El sistema también comprende una interfaz de usuario para el individuo que muestra el video y la postura, la imagen de presiones de los pies, y una serie de indicadores con los ángulos que decida el especialista visitador.
El procesado de las imágenes baropodométricas comprende la aplicación de un algoritmo de optimización local a nivel de subpixel para alinear temporalmente la secuencia de dichas imágenes baropodométricas, determinando el desplazamiento entre frames consecutivos; siendo utilizada esta información para extraer la imagen histórica de las pisadas, desplegando en el espacio toda la secuencia temporal.
La captación de las imágenes baropodométricas permite la obtención de datos que sería imposible de recoger en una plataforma estática de tamaño reducido, y correlacionar el mecanismo lesivo, a cualquier nivel, con el comportamiento del pie y del equilibrio del individuo en cada momento durante la práctica del ejercicio.
Además de proporcionar todos los datos analíticos para el estudio biomecánico personalizado y ajustado a la edad y nivel de actividad del individuo, el sistema es capaz de identificar las alteraciones biomecánicas que son la causa de una lesión, o que pueden suponer un riesgo de lesión para el individuo.
El propio sistema está diseñado para que a través de los datos obtenidos se pueda llegar a un diagnóstico biomecánico y diseñar el mejor tratamiento totalmente personalizado (plantillas) para las alteraciones.
Una de las características del sistema es que combina las tres dimensiones: largo, ancho y profundidad de la tecnología 3D, con la dimensión del tiempo, por lo que la obtención de datos se realiza en espacio y tiempo real, lo que permite tener toda la información al instante y determinar el plan de acción a seguir de forma inmediata.
Breve descripción del contenido de los dibujos
Para complementar la descripción que se está realizando y con objeto de facilitar la comprensión de las características de la invención, se acompaña a la presente memoria descriptiva un juego de dibujos en los que, con carácter ilustrativo y no limitativo, se ha representado lo siguiente:
- La figura 1 muestra un esquema del sistema para el estudio biomecánico del movimiento de un individuo, según la invención.
Exposición detallada de modos de realización de la invención
En el ejemplo de realización mostrado en la figura 1, se han representado de forma esquemática los componentes del sistema de la invención que comprende: - una cinta de correr (1) que incorpora una plataforma de presiones (2) provista de un sensor de presiones de alta resolución, que obtiene imágenes baropodométricas en tiempo real de la pisada del individuo objeto del estudio mientras camina o corre sobre dicha cinta de correr; - unos medios de captura de video (3) en tiempo real de la postura del cuerpo del individuo durante la práctica del ejercicio sobre la cinta de correr y, - un equipo informático (4) provisto de un software inteligente y al que se encuentran conectados dichos medios de captura de video (2) y dicha plataforma de presiones (3).
Los medios de captura de video (3) están constituidos en este caso por unas cámaras con sensores fijos y calibrados, y adecuadas para entregar entre 60 y 90 fps (frames por segundo).
El sistema comprende una interfaz de usuario (41) para un especialista-visitador encargado de controlar el modo de ejecución del software del equipo informático y la información del individuo que se muestra en una pantalla (5) y una interfaz de usuario (6) para el individuo, representada por una pantalla que muestra el video y la postura del individuo durante la práctica del ejercicio, la imagen de presiones de los pies, y una serie indicadores con diferentes ángulos de movimiento.
El software inteligente del equipo informático procesa la información proporcionada por los medios de captura de video y las imágenes baropodométricas proporcionadas por la plataforma de presiones, proporciona los datos analíticos para el estudio biomecánico personalizado del individuo, identifica las alteraciones biomecánicas que son la causa de una lesión o que pueden suponer un riesgo de lesión para el individuo, y eventualmente diseña un tratamiento totalmente personalizado mediante plantillas para la corrección de las alteraciones detectadas.
Una vez descrita suficientemente la naturaleza de la invención, así como un ejemplo de realización preferente, se hace constar a los efectos oportunos que los materiales, forma, tamaño y disposición de los elementos descritos podrán ser modificados, siempre y cuando ello no suponga una alteración de las características esenciales de la invención que se reivindican a continuación.

Claims (5)

REIVINDICACIONES
1. Sistema para el estudio biomecánico del movimiento de un individuo; caracterizado por que comprende:
- una cinta de correr que incorpora una plataforma de presiones provista de un sensor de presiones de alta resolución, que obtiene imágenes baropodométricas de alta resolución en tiempo real de la pisada del individuo mientras camina o corre sobre dicha cinta de correr;
- unos medios de captura de video en tiempo real de la postura del cuerpo del individuo durante la práctica del ejercicio sobre la cinta de correr;
- un equipo informático al que se encuentran conectados: los medios de captura de video y la plataforma de presiones y una interfaz de usuario para un especialista encargado de controlar el modo de ejecución del software y la información del individuo que se muestra en una pantalla; dicho equipo informático incluye un software inteligente que incluye unos algoritmos que:
- procesan la información proporcionada por los medios de captura de video, obtiene datos de posiciones, ángulos, velocidades y aceleraciones de los movimientos del individuo en los tres planos del espacio y los compara con unos rangos de valores predeterminados, considerados normales, deficientes, óptimos y patológicos, determinando aquellos movimientos del individuo que se salen de la normalidad.
- procesan las imágenes baropodométricas proporcionadas por la plataforma de presiones, analiza dinámicamente la distribución de presiones en el tiempo y con toda la secuencia de pisadas extraída, descarta las pisadas que no siguen el patrón normal de la secuencia, y obtiene un modelo de distribución de presiones medio.
- proporciona los datos analíticos para el estudio biomecánico personalizado del individuo, identificar las alteraciones biomecánicas que son la causa de una lesión, o que pueden suponer un riesgo de lesión para el individuo, y eventualmente diseña un tratamiento totalmente personalizado mediante plantillas adecuada para la corrección de las alteraciones detectadas.
2. Sistema, según la reivindicación 1, caracterizado por que las cámaras de captura video en tiempo real comprenden uno o varios sensores de visión RGB-D capaces de medir la profundidad a que están los objetos de la imagen.
3. Sistema, según la reivindicación 1, caracterizado por que las cámaras de captura de video en tiempo real comprenden uno o varios sensores fijos y calibrados.
4. Sistema, según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que las cámaras de captura de video son adecuadas para entregar de 60 a 90 fps.
5. Sistema, según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que el sistema comprende una interfaz de usuario para el individuo, que muestra el video y la postura, la imagen de presiones de los pies, y una serie indicadores con diferentes ángulos de movimiento.
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