ES2253077B1 - METHOD AND ELECTRONIC AND INFORMATIC DEVICE OF SUPPRESSION AND VALUATION OF TEMPORARY AND SPASTIC MOVEMENT IN ENTRY AND CONTROL PERIPHERALS. - Google Patents

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ES2253077B1 ES200401439A ES200401439A ES2253077B1 ES 2253077 B1 ES2253077 B1 ES 2253077B1 ES 200401439 A ES200401439 A ES 200401439A ES 200401439 A ES200401439 A ES 200401439A ES 2253077 B1 ES2253077 B1 ES 2253077B1
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Abstract

Método y dispositivo electrónico e informático de supresión y valoración de temblor y movimiento espástico en periféricos de entrada y de mando. Se trata de un dispositivo electrónico-informático que aplicado a la señal eléctrica digital o analógica de un periférico de entrada (ratón de ordenador, sistema de comando de sillas de ruedas...) permite discernir el movimiento voluntario del tembloroso producido por desordenes neurológicos del usuario. El dispositivo se adapta automáticamente a las características concretas del temblor del usuario, sea éste un temblor de reposo (característico de la enfermedad de Parkinson), postural (característico del temblor esencial) o cinético/intencional. Por lo descrito, el dispositivo no requiere la adaptación particularizada a las características del usuario. La señal de salida del dispositivo objeto de la presente invención corresponde a una acción de comando libre de temblor patológico.Method and electronic and computer device for suppression and evaluation of tremor and spastic movement in input and control peripherals. It is an electronic-computer device that applied to the digital or analog electrical signal of an input peripheral (computer mouse, wheelchair command system ...) allows to discern the voluntary movement of the tremor produced by neurological disorders of the Username. The device automatically adapts to the specific characteristics of the user's tremor, be it a resting tremor (characteristic of Parkinson's disease), postural (characteristic of essential tremor) or kinetic / intentional. As described, the device does not require particular adaptation to the characteristics of the user. The output signal of the device object of the present invention corresponds to a pathological tremor-free command action.

Description

Método y dispositivo electrónico e informático de supresión y valoración de temblor y movimiento espástico en periféricos de entrada y de mando.Electronic and computer method and device of suppression and evaluation of tremor and spastic movement in input and control peripherals.

Sector de la técnicaTechnical sector

La presente invención se refiere a dispositivos electrónicos aplicables como ayudas técnicas a la discapacidad y de valoración y diagnóstico de trastornos neurológicos. Como tales, son de aplicación principalmente en la industria electrónica e informática de rehabilitación y biomédica.The present invention relates to devices applicable electronic as technical aids to disability and assessment and diagnosis of neurological disorders. As such, They apply mainly in the electronics industry and rehabilitation and biomedical informatics.

Estado de la técnicaState of the art

Los trastornos del movimiento son comunes en enfermedades con origen neurológico. Entre los desórdenes más incapacitantes se pueden mencionar el temblor y los movimientos espásticos. Ambos desórdenes del movimiento pueden presentar características distintas en función del origen del mismo o de la condición del paciente. Entre los tipos de temblor comúnmente relacionados con los miembros superiores cabe citar el temblor de reposo (típico en la enfermedad de Parkinson), el temblor postural (característico del temblor esencial) y el temblor cinético o
intencional.
Movement disorders are common in diseases with neurological origin. Among the most disabling disorders can be mentioned tremor and spastic movements. Both movement disorders may have different characteristics depending on the origin of the movement or the patient's condition. Among the types of tremor commonly related to the upper limbs are quiescent tremor (typical of Parkinson's disease), postural tremor (characteristic of essential tremor) and kinetic tremor or
intentional.

El temblor de origen neurológico es un movimiento rítmico caracterizado principalmente por una componente armónica fundamental, aunque en algunos casos (temblor fisiológico) se describen dos componentes principales. La frecuencia de las oscilaciones rítmicas varían en función del tipo de temblor y generalmente se consideran acotadas en el rango que alcanza desde los 2 Hz hasta los 12 Hz.The tremor of neurological origin is a rhythmic movement characterized mainly by a component fundamental harmonica, although in some cases (physiological tremor) Two main components are described. The frequency of rhythmic oscillations vary depending on the type of tremor and they are generally considered bounded in the range that reaches from 2 Hz to 12 Hz.

Los movimientos espásticos están caracterizados por movimientos bruscos a modo de espasmos de amplitud variable y puede afectar a diversas partes del cuerpo. Ambos desórdenes del movimiento tienen un efecto indeseable sobre la función de comando que las personas afectadas por estas enfermedades realizan con periféricos de entrada: ratones de ordenador, mandos de sillas de ruedas, etc. U otros dispositivos de mando y control (pulsadores, joysticks...).Spastic movements are characterized by sudden movements as spasms of variable amplitude and It can affect various parts of the body. Both disorders of movement have an undesirable effect on the command function that people affected by these diseases perform with Input peripherals: computer mice, chair controls wheels, etc. Or other command and control devices (push buttons, joysticks ...).

El efecto del temblor o del movimiento espástico se ha intentado atenuar mediante dispositivos específicos para funciones concretas. Es el caso del dispositivo comercial conocido como "Neater Eater", que mediante la aplicación de cargas de amortiguación disipadoras permite realizar la función de alimentación de forma aceptable.The effect of tremor or spastic movement attempts have been made to mitigate using specific devices to specific functions It is the case of the known commercial device as "Neater Eater", which by applying loads of Heatsink damping allows to perform the function of Feeding acceptable.

La patente americana US6561993 describe un sistema y método para la cancelación del efecto del temblor esencial en periféricos de ordenador. El sistema comprende un programa informático que permite caracterizar el temblor del usuario. Con la caracterización se crea un perfil de usuario que puede ser usado en el propio ordenador o ser exportado a otra computadora. Con este perfil se realiza un filtrado del temblor del usuario centrado en su frecuencia fundamental de acuerdo con la caracterización.US patent US6561993 describes a system and method for canceling the tremor effect Essential in computer peripherals. The system comprises a computer program that allows to characterize the tremor of Username. With the characterization a user profile is created that It can be used on the computer itself or exported to another computer. With this profile a filtering of the tremor of the user focused on its fundamental frequency according to the characterization.

El sistema así descrito es específico para un tipo de temblor (esencial), no permite contemplar las posibles fluctuaciones en las características del temblor del usuario en función de su condición (medicación, fatiga muscular), está confinado su uso a periféricos de entrada en ordenadores y requiere la calibración y exportación de perfiles en el ordenador por lo que otro usuario debe repetir el proceso.The system thus described is specific to a type of tremor (essential), does not allow to contemplate the possible fluctuations in user tremor characteristics in function of your condition (medication, muscle fatigue), is confined its use to computer peripherals and requires calibration and export of profiles on the computer so Another user must repeat the process.

La solicitud de patente de invención 200301767 propone un método de cancelación biomecánica del temblor. La invención contempla un dispositivo ortésico que incorpora una variedad de elementos de medida para la determinación del movimiento del paciente, una serie de algoritmos de identificación de la componente de temblor patológico y elementos activos que permiten la aplicación de acciones de cancelación mediante lazos de control repetitivos.The invention patent application 200301767 proposes a method of biomechanical cancellation of tremor. The invention contemplates an orthotic device that incorporates a variety of measuring elements for the determination of patient movement, a series of identification algorithms of the pathological tremor component and active elements that allow the application of cancellation actions through ties of repetitive control

Otras patentes, como la US5293879 o la US 5964720, se centran en procedimientos para la detección de temblor como consecuencia de enfermedades neurológicas y procedimientos para la monitorización fisiológica genérica y en particular para la monitorización de temblor, incluyendo dispositivos de monitorización biomecánica, cardiaca o respiratoria y procedimientos para la diferenciación del movimiento del cuerpo.Other patents, such as US5293879 or US 5964720, focus on procedures for the detection of tremor as a consequence of neurological diseases and procedures for generic physiological monitoring and in particular for tremor monitoring, including devices biomechanical, cardiac or respiratory monitoring and procedures for the differentiation of body movement.

Descripción de la invenciónDescription of the invention - Breve descripción de la invención - Brief description of the invention

Las enfermedades neurológicas dan lugar comúnmente a desórdenes del movimiento. Entre los más comunes se encuentra el temblor y el movimiento espástico. Si bien el temblor obedece a un patrón oscilatorio rítmico y armónico, las características de este movimiento (amplitud y frecuencia) son variables según la etiología y la condición del paciente.Neurological diseases give rise to commonly to movement disorders. Among the most common are Find the tremor and the spastic movement. Yes well the tremor obeys a rhythmic and harmonic oscillatory pattern, the characteristics of this movement (amplitude and frequency) are variables according to the etiology and condition of the patient.

En función del origen neurológico el temblor es de reposo afectando a los miembros superiores cuando el sistema muscular está en reposo, postural en el caso de que el sistema muscular esté manteniendo una postura determinada o intencional o cinético en el caso de la realización de movimiento voluntario. Estos distintos tipos de temblor presentan frecuencias de oscilación rítmica del miembro superior en el rango comprendido entre los 2 Hz y los 12 Hz. En algunos tipos concretos de temblor (fisiológico) se observa la presencia de una segunda componente fundamental, posiblemente de mayor frecuencia.Depending on the neurological origin the tremor is resting affecting the upper limbs when the system muscle is at rest, postural in case the system muscle is maintaining a certain or intentional posture or Kinetic in the case of performing voluntary movement. These different types of tremor have oscillation frequencies. rhythm of the upper limb in the range between 2 Hz and 12 Hz. In some specific types of tremor (physiological) observe the presence of a second fundamental component, possibly more frequently.

Cuando la condición del paciente varía por efecto de la medicación, la fatiga muscular, el cansancio o cualquier otro motivo, tanto la frecuencia de oscilación como la amplitud de la misma se pueden ver afectadas.When the patient's condition varies by effect of medication, muscle fatigue, fatigue or any other reason, both the frequency of oscillation and the Amplitude of it can be affected.

La presente propuesta presenta un dispositivo electrónico o informático que aplicado a la señal eléctrica generada por los de periféricos de entrada y/o de comando, sea esta digital o analógica (ratones de ordenador, mandos de sillas de ruedas o cualquier otro utensilio que lo requiera), permite discernir la parte de la acción de comando que corresponde al movimiento voluntario y como consecuencia eliminar el movimiento involuntario con origen en desórdenes neurológico sea este temblor o movimiento espástico.This proposal presents a device electronic or computer that applied to the electrical signal generated by those of input and / or command peripherals, be this digital or analog (computer mice, chair controls wheels or any other utensil that requires it), allows discern the part of the command action that corresponds to the voluntary movement and as a consequence eliminate the movement involuntary origin in neurological disorders be this tremor or spastic movement.

En el proceso de separación de movimiento voluntario e involuntario se obtiene una estimación del trastorno del movimiento (temblor, movimiento espástico...) por lo que el la presente propuesta permite la valoración funcional de la severidad del trastorno del movimiento y su evolución.In the movement separation process voluntary and involuntary you get an estimate of the disorder of the movement (tremor, spastic movement ...) so the This proposal allows the functional assessment of severity of movement disorder and its evolution.

La presente invención comprende los siguientes elementos componentes o etapas:The present invention comprises the following component elements or stages:

1.one.
Un dispositivo electrónico que permite la adquisición de la señal de comando, sea esta analógica o digital, proveniente de un periférico de entrada tanto específico de ordenadores (ratón de ordenador, tabla digitalizadora) como de carácter genérico para el comando de cualquier aparato (pulsadores, palancas, mandos de sillas de ruedas u otros dispositivos). El dispositivo electrónico es de utilidad únicamente en la solución y método electrónico descrito en la presente memoria e integra elementos programables (controladores, procesadores...) sobre los que es posible programar los lazos de identificación, seguimiento y valoración del siguiente punto. Adicionalmente el dispositivo electrónico incorpora los elementos necesarios para la reproducción de la señal de comando, esta vez ya eliminado el componente involuntario del movimiento, y para el almacenamiento y transmisión cableada o inalámbrica de los resultados de la valoración de la severidad del trastorno.A electronic device that allows the acquisition of the signal of command, whether analog or digital, from a peripheral both computer-specific input (computer mouse, digitizing table) as a generic character for the command any device (push buttons, levers, wheelchair controls or other devices). The electronic device is useful only in the solution and electronic method described in the present memory and integrate programmable elements (controllers, processors ...) on which it is possible to program the loops of identification, monitoring and evaluation of the next point. Additionally the electronic device incorporates the elements necessary for the reproduction of the command signal, this time already removed the involuntary component of the movement, and for the wired or wireless storage and transmission of results of the assessment of the severity of the disorder.

2.2.
La segunda etapa comprende un lazo de identificación y seguimiento (tracking) del movimiento voluntario que puede emplear o no modelos del desorden del movimiento. Asimismo, esta etapa comprende la implementación de funciones de valoración de la severidad del trastorno del movimiento fundamentadas en la estimación del temblor o movimiento espástico ofrecida por el lazo de identificación y seguimiento.The second stage comprises an identification and tracking loop (tracking) of the voluntary movement that may or may not use models of movement disorder. Also, this stage includes the implementation of functions to assess the severity of movement disorder based on tremor estimation or spastic movement offered by the identification loop and tracing.

a.to.
El lazo adaptable de identificación, seguimiento y valoración se puede implementar sobre el controlador descrito en el punto anterior, en cuyo caso el dispositivo toma la forma de un adaptador electrónico cuyo efecto es seleccionar el componente voluntario de la señal de comando que le llega desde el periférico de entrada y ofrecer una señal de comando exenta de movimiento involuntario, y por tanto apli- cable a todo dispositivo de comando incorporando la función de valoración de la severidad del temblor.He Adaptive loop identification, tracking and valuation can be implement on the controller described in the previous point, in in which case the device takes the form of an electronic adapter whose effect is to select the voluntary component of the signal command that arrives from the input peripheral and offer a command signal free of involuntary movement, and therefore Applies to any command device incorporating the Severity assessment function.

b.b.
El lazo adaptable de identificación, seguimiento y valoración se puede implementar como un programa informático del dispositivo a ser comandado (una computadora), en cuyo caso puede actuar directamente sobre la señal del periférico de entrada sin necesidad de etapas previas de acondicionamiento de la señal. El resultado es equivalente, obteniéndose como resultado un comando (movimiento del ratón del ordenador) exento de movimientos involuntarios e incorporando la función de valoración de la severidad del temblor.He Adaptive loop identification, tracking and valuation can be implement as a computer program of the device to be commanded (a computer), in which case it can act directly over the input peripheral signal without the need for stages prior to signal conditioning. The result is equivalent, resulting in a command (movement of the computer mouse) free of involuntary movements and incorporating the severity assessment function of the tremor.

En el estado de la técnica existe la descripción de un dispositivo similar (patente US6561993) en lo que se refiere a la función de eliminación del movimiento involuntario, que difiere respecto a la presente propuesta en que se centra únicamente en la solución informática, en que contempla únicamente desórdenes del movimiento tipo temblor y entre ellos únicamente el temblor postural esencial, en que el procedimiento de eliminación del temblor no es adaptable y requiere por tanto un proceso de calibración previo y el archivo de un perfil de usuario y como consecuencia no contempla la variaciones durante la operación de este tipo de movimientos involuntarios en función de la condición del usuario y en que no incorpora funciones de valoración y evolución de la severidad del trastorno del movimiento.In the state of the art there is the description of a similar device (US6561993) in regard to to the involuntary movement elimination function, which differs from the present proposal on which it focuses only in the computer solution, in which it only contemplates tremor-like movement disorders and among them only the essential postural tremor, in which the removal procedure of the tremor is not adaptable and therefore requires a process of pre calibration and archiving of a user profile and how consequence does not contemplate the variations during the operation of this type of involuntary movements depending on the condition of the user and in that it does not incorporate valuation functions and evolution of the severity of movement disorder.

La presente propuesta es de carácter general. Dada la adaptabilidad del lazo de seguimiento es de utilidad para las distintas clases de temblor y movimientos espásticos. Es además adaptable a la condición del usuario y no requiere un proceso de calibración previo, la generación de perfiles de usuario ni la exportación por tanto de los mismos. Es asimismo de uso en el comando de otros dispositivos que por sus características intrínsecas no incorporen un procesador sobre el que implementar los lazos de seguimiento gracias al empleo de la solución electrónica propuesta. Adicionalmente, aporta un método y procedimiento para la valoración funcional de la severidad del trastorno del movimiento y su evolución.This proposal is of a general nature. Given the adaptability of the tracking loop it is useful for the different kinds of tremor and spastic movements. It is also adaptable to the user's condition and does not require a process of pre-calibration, user profile generation or therefore export of them. It is also used in the command of other devices that due to its characteristics intrinsic do not incorporate a processor on which to implement the follow-up ties thanks to the use of the solution Proposed electronics Additionally, it provides a method and procedure for the functional assessment of the severity of movement disorder and its evolution.

- Descripción detallada de la invención - Detailed description of the invention

El temblor patológico de origen neurológico presenta una oscilación rítmica y armónica de los distintos segmentos del miembro superior de los pacientes afectados por estas enfermedades. Esta oscilación está caracterizada por frecuencias comprendidas en el rango de 2 a 4 Hz para el caso de temblor de reposo característico de la enfermedad de Parkinson. El temblor postural está sin embargo caracterizado por un rango frecuencial comprendido entre los 5 y 8 Hz y es característico de la enfermedad de temblor esencial. Por su parte, el temblor cinético puede presentarse en frecuencias comprendidas entre 4 y 12 Hz y es característico de pacientes con daño cerebral de origen traumático.The pathological tremor of neurological origin presents a rhythmic and harmonic oscillation of the different upper limb segments of patients affected by these diseases. This oscillation is characterized by frequencies in the range of 2 to 4 Hz in the case of tremor of characteristic rest of Parkinson's disease. The earthquake postural is however characterized by a frequency range between 5 and 8 Hz and is characteristic of the disease of essential tremor. On the other hand, the kinetic tremor can occur at frequencies between 4 and 12 Hz and is characteristic of patients with brain damage of origin traumatic.

Algunos otros tipos específicos de temblor como el temblor fisiológico aumentado pueden presentar oscilaciones en dos bandas de frecuencia. La componente fundamental de baja frecuencia se encuentra localizada en el rango comprendido entre 2 a 5 Hz y la componente de frecuencia mayor es específica de cada segmento del miembro superior. En todos los casos, las características del temblor (amplitud y frecuencia) pueden verse alteradas en función de la condición del paciente (medicación, fatiga o cansancio muscular, ingesta de alcohol...).Some other specific types of tremor such as increased physiological tremor may present oscillations in Two frequency bands. The fundamental component of low frequency is located in the range between 2 at 5 Hz and the higher frequency component is specific to each upper limb segment. In all cases, the tremor characteristics (amplitude and frequency) can be seen altered depending on the patient's condition (medication, fatigue or muscle tiredness, alcohol intake ...).

Los desórdenes neurológicos pueden asimismo venir acompañados por trastornos del movimiento de tipo espástico. Estos trastornos son movimientos bruscos involuntarios de amplitud e intensidad variable y como en el caso del temblor son en gran medida incapacitantes.Neurological disorders can also be accompanied by spastic movement disorders. These disorders are involuntary sudden movements of amplitude and variable intensity and as in the case of tremor are in great disabling measure.

Generalmente el movimiento voluntario está caracterizado por frecuencias significativamente más bajas que las del temblor. Además éste último es un movimiento esencialmente armónico (rítmico). Aprovechando estas dos características es posible determinar estrategias que permitan diferenciar ambos tipos de movimiento. En concreto, una estrategia posible es el filtrado de la señal de movimiento con filtros pasa bajas o altas diseñados con frecuencias de corte comprendidas en el rango frecuencial entre el movimiento voluntario y el tembloroso. Los filtros así diseñados pueden ser implementados tanto digital como analógicamente como de modo mixto y pueden ser de cualquier orden, es decir, con pendientes de rechazo a las frecuencias prohibidas mayores o menores.Usually the voluntary movement is characterized by frequencies significantly lower than of the tremor In addition, the latter is a movement essentially harmonic (rhythmic). Taking advantage of these two features is possible to determine strategies that allow to differentiate both types of movement. Specifically, a possible strategy is filtering of the motion signal with low or high pass filters designed with cutoff frequencies in the frequency range between the voluntary movement and the trembling. The filters so designed they can be implemented both digitally and analogically as of mixed mode and can be of any order, that is, with slopes of rejection at the higher or lower prohibited frequencies.

Aprovechando la característica esencialmente armónica del temblor, otro procedimiento para la identificación y seguimiento del componente voluntario e involuntario (temblor o espasmo) se puede fundamentar en (aunque no debe estar restringido al) el modelado de ésta mediante un desarrollo en serie de un conjunto n de armónicos principales de frecuencia f_{i} y el correspondiente conjunto de M secundarios, tal como refleja la ecuación (1).Taking advantage of the feature essentially harmonic tremor, another procedure for identification and monitoring of the voluntary and involuntary component (tremor or spasm) can be based on (although it should not be restricted al) the modeling of the latter through a serial development of a set n of main harmonics of frequency f_ {i} and the corresponding set of secondary M, as reflected by the equation (1).

(1)\sum \limits^{n}_{i=1} \sum \limits^{M}_{r=1} [w_{rk} \cdot sin \ rf_{i}k+w_{r}+M_{ki} \cdot cos \ rf_{i}k](1) \ sum \ limits ^ {n} _ {i = 1} \ sum \ limits ^ {M} _ {r = 1} [w_ {rk} \ cdot sin \ rf_ {i} k + w_ {r} + M_ {ki} \ cdot cos \ rf_ {i} k]

Se puede establecer el error, e_{k}, entre el modelo de la ecuación (1) y la señal efectivamente obtenida a través de una variedad de sensores o de cualquier dispositivo que recoja el movimiento del miembro superior tal como es el caso de los periféricos de comando en el instante k, s_{k}, según la ecuación (2).You can set the error, e_ {k}, between the model of equation (1) and the signal actually obtained at through a variety of sensors or any device that pick up the movement of the upper limb as is the case with the command peripherals at instant k, s_ {k}, according to the equation (2).

(2)e_{k} = S_{k} - \sum \limits^{n}_{i=1} \sum \limits^{M}_{r=1} [w_{rk} \cdot sin \ rf_{i}k+w_{r}+M_{ki} \cdot cos \ rf_{i}k](2) e_ {k} = S_ {k} - \ sum \ limits ^ {n} _ {i = 1} \ sum \ limits ^ {M} _ {r = 1} [w_ {rk} \ cdot sin \ rf_ {i} k + w_ {r} + M_ {ki} \ cdot cos \ rf_ {i} k]

Se puede utilizar este error para plantear un proceso de seguimiento por optimización por mínimos cuadrados o cualquier otro procedimiento de los parámetros del modelo de la ecuación (1).You can use this error to raise a tracking process by least squares optimization or any other procedure of the model parameters of the equation (1).

Como resultado de este tipo de algoritmo, se obtiene:As a result of this type of algorithm, it gets:

a)to)
La estimación en tiempo real del componente voluntario (es decir exento de temblor o movimiento espástico) del movimiento,The Real-time estimation of the voluntary component (ie exempt  of tremor or spastic movement) of the movement,

b)b)
La estimación en tiempo real del trastorno del movimiento (es decir, temblor o movimiento espático),The real-time estimation of movement disorder (i.e. tremor or spastic movement),

c)C)
Una estimación de la medida de la severidad del trastorno del movimiento fundamentada en la estimación del punto anterior b).A estimation of the measure of the severity of the disorder of the movement based on the estimation of the previous point b).

Los periféricos de comando de computadoras o cualquier otro dispositivo, artefacto o mecanismo (sillas de ruedas...) recogen el movimiento del usuario (sea del miembro superior, inferior o cualquier otra parte del cuerpo) y lo convierten en señales de comando eléctricas, analógicas o digitales (para el posicionamiento del cursor en ordenadores o para el manejo en general del dispositivo que se comande). La señal de comando digital o analógica puede estar además modulada de acuerdo con una multiplicidad de procedimientos.Computer command peripherals or any other device, device or mechanism (chairs of wheels ...) collect the user's movement (be it from the member upper, lower or any other part of the body) and what convert into electrical, analog or digital command signals (for cursor positioning on computers or for operation in general of the device to be commanded). Command signal digital or analog may also be modulated according to a multiplicity of procedures.

La señal eléctrica de comando que generan estos dispositivos se ve afectada por movimientos involuntarios (espásticos o temblor) pudiendo dar lugar a una práctica imposibilidad para el manejo de los mismos.The electrical command signal generated by these devices is affected by involuntary movements (spastic or tremor) can lead to a practice inability to handle them.

La invención que se propone pretende solucionar el problema del efecto indeseado de los trastornos del movimiento sobre el comando de cualquier dispositivo con carácter general. Simultáneamente se propone un método de valoración funcional de la severidad del trastorno del movimiento y su evolución. Con este fin se propone una solución en dos etapas. La primera etapa es únicamente necesaria en el caso en que el dispositivo comandado no cuente con procesadores sobre los que implementar el lazo de identificación y seguimiento del movimiento voluntario de comando y valoración de la severidad del trastorno neurológico.The proposed invention aims to solve the problem of the unwanted effect of movement disorders on the command of any device in general. Simultaneously a method of functional assessment of the severity of movement disorder and its evolution. For this purpose a two-stage solution is proposed. The first stage is only necessary in the case where the commanded device does not have processors on which to implement the loop of identification and monitoring of the voluntary command movement and assessment of the severity of the neurological disorder.

1.one.
La primera etapa pretende posibilitar la aplicación de lazos de seguimiento del movimiento voluntario en cualquier dispositivo electrónico de comando así como la valoración de la severidad del desorden del movimiento y su evolución. En previsión de que el artefacto comandado no incluya algún tipo de procesador sobre el que implementar el lazo de seguimiento, esta primera etapa será fundamentalmente electrónica e incluirá:The First stage aims to enable the application of ties voluntary movement tracking on any device command electronic as well as the assessment of the severity of the movement disorder and its evolution. In anticipation that the commanded artifact do not include some kind of processor on the to implement the tracking loop, this first stage will be fundamentally electronic and will include:

a.to.
Componentes electrónicos para la adquisición de las señales de comando afectadas por trastornos del movimiento, sean estas analógicas o digitales. Estas señales se recibirán con generalidad desde cualquier dispositivo periférico específico o de propósito general para comando de artefactos.Electronic components for acquisition of command signals affected by disorders of the movement, whether analog or digital. These signals are will receive in general from any peripheral device specific or general purpose for command artifacts

b.b.
Componentes electrónicos para el pre-procesamiento, de-modulación si hubiera lugar y adecuación de la señal para la etapa posterior de implementación del lazo de seguimiento.Electronic components for pre-processing, de-modulation if there would be place and adaptation of the signal for the later stage of implementation of the monitoring loop.

c.C.
Componentes electrónicos programables sobre los que es posible la implementación de los lazos de identificación y seguimiento del movimiento voluntario y valoración de la severidad del trastorno neurológico.Programmable electronic components on which the implementation of the bonds of identification and monitoring of the voluntary movement and assessment of the severity of the neurological disorder.

d.d.
Componentes electrónicos para el almacenamiento y transmisión cableada o inalámbrica de los resultados de la valoración fundamentada en los algoritmos de identificación seguimiento y valoración.Electronic components for wired or wireless storage and transmission of assessment results based on the algorithms of tracking and assessment identification.

e.and.
Componentes electrónicos para post-procesamiento y modulación o codificación formateado si hubiera lugar, para la restauración de la señal de comando ya limpia de efectos del trastorno del movimiento de acuerdo con las características concretas del artefacto a ser comandado.Electronic components for post-processing and modulation or coding formatted if any, for the restoration of the signal of already clean command of movement disorder effects of according to the specific characteristics of the artifact to be commanded

2.2.
Esta segunda etapa constituye la implementación de un lazo de identificación y seguimiento del movimiento voluntario de comando del usuario (ejemplo de los cuales es el algoritmo de seguimiento e identificación descrito más arriba) y por consiguiente la eliminación efectiva del temblor o movimiento espástico. Incluye esta etapa la implementación de la función de valoración funcional de la severidad del trastorno del movimiento. En función de las características del artefacto comandado, esta etapa se desarrollará:This second stage constitutes the implementation of a loop of identification and monitoring of the voluntary command movement of the user (example of which is the tracking algorithm e  identification described above) and therefore the effective elimination of tremor or spastic movement. It includes this stage the implementation of the functional assessment function of the severity of movement disorder. Depending on the characteristics of the commanded artifact, this stage is will develop:

a.to.
Cuando el artefacto comandado no cuente con elementos programables sobre los que implementar un lazo de seguimiento como el presentado anteriormente a modo de ejemplo, la implementación del mismo se desarrolla sobre el elemento electrónico descrito en el punto 1.When the commanded artifact does not count with programmable elements on which to implement a loop of follow-up as presented above as an example, the implementation of it is developed on the element electronic described in point 1.

b.b.
Cuando el artefacto comandado cuente con elementos programables sobre los que implementar lazos de seguimiento (caso por ejemplo de ordenadores, asistentes personales...), alternativamente y sin perjuicio de la solución 2a, la implementación de los lazos de seguimiento se puede realizar sobre dichos elementos programables.When the commanded artifact counts with programmable elements on which to implement ties of follow-up (for example, computers, assistants personal ...), alternatively and without prejudice to solution 2a, the implementation of the monitoring ties can be performed about said programmable elements.
Ejemplo de realización de la invenciónExample of embodiment of the invention

Sin pérdida de generalidad, se presenta en este apartado el caso de la realización de la invención en la obtención de una señal exenta de efectos de temblor o movimientos espásticos en un mando de conducción de una silla eléctrica.Without loss of generality, it is presented in this apart from the case of carrying out the invention in obtaining of a signal free of tremor effects or spastic movements in a driving command of an electric chair.

Dado que la silla eléctrica no contará, en general, con dispositivos programables embarcados para el control de la misma, es aplicable a este caso el dispositivo de supresión de temblor y movimiento espástico y valoración funcional de la severidad del trastorno constituido por las etapas 1 y 2a.Since the electric chair will not count, in general, with programmable devices shipped for control of this, the suppression device is applicable to this case of tremor and spastic movement and functional assessment of severity of the disorder constituted by stages 1 and 2a.

Se asume asimismo sin perdida de generalidad que el dispositivo de comando de la silla genera señales analógicas para el gobierno de la misma. El componente 1 estará constituido por:It is also assumed without loss of generality that the chair command device generates analog signals for the government of it. Component 1 will be constituted by:

a.to.
Un microcontrolador o procesador con al menos dos canales de adquisición analógicos (o más si así fuera necesario) correspondientes al comando de las dos direcciones principales de conducción de la silla, es decir, avance y giro. La conversión de la señal analógica a digital en estos canales se realizará con la resolución adecuada para obtener una representación digital fiel de la señal analógica de origen, típicamente la resolución podrá ser mayor de 8 bits. En una etapa previa a la adquisición de la señal de comando se podrá implementar elementos de pre-procesamiento y adecuación de la señal, típicamente filtros para limitar la banda de la señal de comando (en general filtros pasa bajas de frecuencia de corte en el entorno de 20-30 Hz serán suficientes para conservar íntegramente la información del movimiento voluntario y tembloroso) y amplificadores para el ajuste del rango de la señal al de los canales de adquisición.A microcontroller or processor with at least two channels of analog acquisition (or more if necessary) corresponding to the command of the two main addresses of chair driving, that is, advance and turn. The conversion of the analog to digital signal on these channels will be made with the adequate resolution to obtain a faithful digital representation of the analog source signal, typically the resolution may be greater than 8 bits At a stage prior to the acquisition of the signal of command may be implemented elements of pre-processing and signal adaptation, typically filters to limit the band of the command signal (In general filters pass low cutoff frequency in the environment 20-30 Hz will be sufficient to conserve entirely the information of the voluntary and trembling movement) and amplifiers for adjusting the signal range to that of the acquisition channels

b.b.
El microcontrolador o procesador contará con las características adecuadas para la implementación de algún algoritmo de seguimiento e identificación del componente voluntario de las señales de comando adquiridas. En concreto, contará con un tiempo de ciclo adecuado, típicamente unos cientos de Hz serán suficientes dado el rango de frecuencia de las señales involucradas. A tal efecto el cristal se seleccionará de forma compatible con el microcontrolador y este rango de frecuencias. Adicionalmente, el microcontrolador contará con la suficiente memoria de programa y de datos para el almacenamiento del programa de describa una implementación en el dominio del tiempo del algoritmo de seguimiento e identificación del movimiento voluntario. Como ejemplo de algoritmo de seguimiento se puede emplear el descrito más arriba. Para ello, con fundamento en el error de seguimiento de la ecuación (2) se puede desarrollar un método iterativo de convergencia del modelo descrito por la ecuación (1) mediante la optimización por mínimos cuadrados. Tal proceso da lugar a algoritmos computacionalmente poco costosos y precisos.He microcontroller or processor will have the features suitable for the implementation of some tracking algorithm and  identification of the voluntary component of the command signals acquired. Specifically, it will have an adequate cycle time, typically a few hundred Hz will be sufficient given the range of frequency of the signals involved. For this purpose the crystal is will select compatible with the microcontroller and this frequency range Additionally, the microcontroller will count with enough program and data memory for the program storage describe an implementation in the time domain of the tracking and identification algorithm of the voluntary movement. As an example of tracking algorithm the one described above can be used. To do this, with foundation in the error of following the equation (2) it can be developed an iterative method of convergence of the model described by the equation (1) by least squares optimization. Such process results in computationally inexpensive algorithms and accurate.

c.C.
El microcontrolador contará con canales analógicos y/o digitales de salida sobre los que se escribirá la estimación del movimiento voluntario ofrecida por el lazo de identificación y seguimiento del punto anterior. Estos canales de salida, previa adecuación de los niveles eléctricos correspondientes, estarán eléctricamente conectados a los puntos donde originalmente el dispositivo periférico de entrada lo estaría, sin mayor modificación del sistema.He microcontroller will have analog and / or digital channels of output on which the movement estimate will be written volunteer offered by the identification and monitoring loop of the previous point These output channels, prior adaptation of the corresponding electrical levels will be electrically connected to the points where the device originally peripheral input would be, without further modification of the system.
Explicación detallada de los dibujosDetailed explanation of the drawings

Figura 1Figure one

La figura presenta el diagrama funcional del dispositivo electrónico y esquematiza el método de supresión de temblor y movimientos espásticos en periféricos de entrada para gobernar artefactos que no disponen de procesadores sobre los que implementar el lazo de identificación y seguimiento del comando voluntario. El bloque 1 representa un conjunto de componentes electrónicos cuya función es capturar la señal de comando generada por un periférico de entrada de propósito especifico o general. El bloque 2 representa el conjunto de componentes electrónicos que permiten adecuar la señal capturada para la etapa posterior de implementación del lazo de identificación. El bloque 3 representa el elemento electrónico programable sobre el que se ha implementado la función del lazo de identificación y seguimiento del comando voluntario y por tanto efectúa la eliminación efectiva del temblor o espasmo, así como la función de valoración de la intensidad del trastorno del movimiento. El bloque 4 representa el conjunto de elementos o componentes electrónicos que permiten restaurar la señal de comando, una vez eliminado el movimiento involuntario, de acuerdo con los requisitos del dispositivo a ser comandado.The figure shows the functional diagram of the electronic device and schematizes the method of suppressing tremor and spastic movements in input peripherals to govern artifacts that do not have processors on which implement the command identification and tracking loop voluntary. Block 1 represents a set of components electronics whose function is to capture the generated command signal by a specific or general purpose input peripheral. He block 2 represents the set of electronic components that allow to adapt the captured signal for the later stage of implementation of the identification loop. Block 3 represents the programmable electronic element on which it has been implemented The function of the identification loop and command tracking voluntary and therefore effectively eliminates tremor or spasm, as well as the function of assessing the intensity of the movement disorder Block 4 represents the set of electronic elements or components that allow restoring the command signal, once the involuntary movement has been eliminated, of according to the requirements of the device to be commanded.

Figura 2Figure 2

La figura representa esquemáticamente la alternativa de desarrollo mediante el método informático de supresión del temblor y/o movimiento espástico en el caso de que el dispositivo comandado disponga de componentes programables sobre los que implementar el lazo de identificación y seguimiento del movimiento voluntario de comando. En este caso un único bloque representa la implementación del algoritmo de seguimiento sobre el elemento programable del dispositivo comandado y equivale al bloque 3 de la figura anterior. Este bloque implementa un algoritmo genérico de identificación y seguimiento del movimiento voluntario. En concreto y a modo de ejemplo, puede implementarse el algoritmo descrito más arriba que se basa en el modelo sinusoidal multi-frecuencia, el ajuste de este modelo por mínimos cuadrados o cualquier otro procedimiento y la estimación como consecuencia del movimiento voluntario de comando, que resulta en un movimiento suave del cursor, sin el efecto del temblor o el movimiento espástico. Este algoritmo, genera asimismo una valoración de la severidad del temblor fundamentada en la estimación del componente involuntario del movimiento.The figure schematically represents the development alternative using the computer method of suppression of tremor and / or spastic movement in the event that the commanded device have programmable components on those who implement the identification and monitoring loop of the voluntary movement of command. In this case a single block represents the implementation of the tracking algorithm on the programmable element of the commanded device and is equivalent to the block 3 of the previous figure. This block implements an algorithm. generic identification and monitoring of the voluntary movement. Specifically and by way of example, the algorithm can be implemented described above that is based on the sinusoidal model multi-frequency, the adjustment of this model by least squares or any other procedure and estimate as a result of the voluntary command movement, which results in a smooth movement of the cursor, without the effect of trembling or spastic movement This algorithm also generates a assessment of the severity of the tremor based on the estimate of the involuntary movement component.

Figura 3Figure 3

La figura muestra el proceso de identificación y seguimiento del movimiento voluntario de comando, a partir de cualquier periférico de entrada, y con el objeto de comandar cualquier artefacto, así como el proceso de generación de la valoración de la severidad del trastorno del movimiento a partir de la estimación del componente involuntario del mismo.The figure shows the identification process and monitoring of the voluntary movement of command, from any peripheral input, and in order to command any artifact, as well as the process of generating the assessment of the severity of movement disorder from the estimation of the involuntary component thereof.

En el bloque 1 se establece un modelo del movimiento espástico y/o temblor, que siguiendo el ejemplo de algoritmo descrito en esta propuesta puede ser sinusoidal. En el bloque 2 se formula dicho modelo de forma recursiva de modo que su implementación a partir de la señal de comando del periférico de entrada pueda ser fácilmente implementada en tiempo real.In block 1 a model of the spastic movement and / or tremor, which following the example of Algorithm described in this proposal can be sinusoidal. At block 2 said model is recursively recreated so that its implementation from the peripheral command signal of input can be easily implemented in real time.

El bloque 4 representa la adquisición de la señal de comando (incluyendo movimientos involuntarios) desde un periférico de entrada. Con la señal aportada por el bloque 4 y la aproximación recursiva del bloque 2, se estima alguna medida del error entre la señal real y el modelo.Block 4 represents the acquisition of the command signal (including involuntary movements) from a peripheral input. With the signal provided by block 4 and the recursive approximation of block 2, some measure of error between the real signal and the model.

El bloque 5 implementa una optimización de los parámetros del modelo fundamentada en la minimización de la medida del error del bloque 4. Finalmente, la estimación obtenida para el movimiento voluntario, bloque 6, (por tanto libre de los efectos de trastornos del movimiento), se emplea para el comando de todo tipo de artefactos.Block 5 implements an optimization of Model parameters based on measurement minimization of the error in block 4. Finally, the estimate obtained for the voluntary movement, block 6, (therefore free from the effects of movement disorders), is used for command of all kinds of artifacts.

Adicionalmente, el bloque 7 puede implementar la estrategia 1d y obtener una estimación del trastorno del movimiento, a partir del cual se puede obtener una valoración del mismo.Additionally, block 7 can implement the 1d strategy and get an estimate of the disorder of movement, from which an assessment of the same.

Claims (8)

1. Método de reducción, cancelación o eliminación del efecto indeseado de los trastornos del movimiento de origen neurológico, es decir, temblor patológico de reposo, postural, cinético, intencional, fisiológico, fisiológico aumentado o cualquier otro tipo, y/o movimientos espásticos, sobre la acción de cualquier periférico de entrada de carácter específico (ratones de computadoras, tablas digitalizadoras...) o de mando de carácter general (mandos de sillas de ruedas, joysticks, palancas, teclados, pulsadores, apunadores...) para el comando de todo tipo de artefactos o introducción de datos, comprendiendo:1. Method of reduction, cancellation or elimination of the unwanted effect of movement disorders of neurological origin, that is, pathological resting tremor, postural, kinetic, intentional, physiological, physiological increased or any other type, and / or spastic movements, on the action of any specific input peripheral (mice of computers, digitizing tables ...) or of command of character general (wheelchair controls, joysticks, levers, keyboards, push buttons, pointers ...) for the command of all types of artifacts or data entry, comprising:
a.to.
Estrategia de identificación y seguimiento del movimiento voluntario (exento del componente involuntario debido al trastorno del movimiento), adaptable de modo continuo y automático a posibles alteraciones del mismo, efecto de cambios de cualquier tipo en la condición del usuario (fatiga, cansancio muscular, ingesta de alcohol...) o al cambio de usuario del dispositivo, en tiempo real a partir de la señal eléctrica de entrada de mandos o periféricos de carácter general o específico,Identification Strategy and voluntary movement tracking (exempt from component involuntary due to movement disorder), adaptable so continuous and automatic to possible alterations thereof, effect of changes of any kind in the user's condition (fatigue, muscle tiredness, alcohol intake ...) or user change of the device, in real time from the electrical signal of input of controls or peripherals of a general nature or specific,
b.b.
Estrategia de identificación seguimiento y caracterización del temblor patológico si estuviera presente en la señal eléctrica de entrada de mandos o periféricos de carácter general o específico, adaptable de modo continuo y automático a posibles alteraciones del mismo, efecto de cambios de cualquier tipo en la condición del usuario (fatiga, cansancio muscular, ingesta de alcohol...) o al cambio de usuario del dispositivo,Identification strategy follow-up and characterization of pathological tremor if present in the electrical input signal of controls or peripherals of a general or specific nature, continuously adaptable and automatic to possible alterations thereof, effect of changes of any type in the user's condition (fatigue, fatigue muscle, alcohol intake ...) or the user change device,
c.C.
Estrategia de identificación seguimiento y caracterización de movimiento espástico si estuviera presente en la señal eléctrica de entrada de mandos o periféricos de carácter general o específico, adaptable de modo continuo y automático a posibles alteraciones del mismo, efecto de cambios de cualquier tipo en la condición del usuario (fatiga, cansancio muscular, ingesta de alcohol...) o al cambio de usuario del dispositivo,Identification strategy tracking and characterization of spastic movement if it were present in the electrical input signal of controls or peripherals of a general or specific nature, continuously adaptable and automatic to possible alterations thereof, effect of changes of any type in the user's condition (fatigue, fatigue muscle, alcohol intake ...) or the user change device,
d.d.
Estrategias de valoración funcional de la severidad del trastorno del movimiento y su evolución, fundamentadas en las estrategias de los puntos 1b y 1c.Strategies for functional assessment of the severity of the movement disorder and its evolution, based on the strategies of points 1b and 1c.
2. Dispositivo electrónico compuesto por:2. Electronic device consisting of:
a.to.
Etapa electrónica para la adquisición de señales de comando, analógicas o digitales de cualquier tipo, recibidas con generalidad desde cualquier dispositivo de mando o de entrada,Stage electronics for the acquisition of command signals, analog or digital of any kind, received generally from any control or input device,
b.b.
Etapa electrónica de pre-procesamiento, de-modulación y adecuación de la señal adquirida en 2a, para su tratamiento en 2c,Stage preprocessing electronics, de-modulation and adaptation of the signal acquired in 2a, for its treatment in 2c,
c.C.
Etapa electrónica con componentes programables (procesadores, controladores...) sobre los que se puede implementar el método descrito en 1,Stage electronics with programmable components (processors, controllers ...) on which the method can be implemented described in 1,
d.d.
Etapa electrónica para el almacenamiento y transmisión a donde proceda de los resultados de la estrategia 1d,Stage electronics for storage and transmission where it comes from the results of the 1d strategy,
e.and.
Etapa electrónica para post-procesamiento, modulación, codificación y/o formateado para la restauración de la señal de mando exenta de efectos indeseados tras la implementación del método 1.Stage electronics for post-processing, modulation, encoding and / or formatting for the restoration of the signal of command free of unwanted effects after method implementation one.
3. Estrategia de eliminación de trastornos del movimiento fundamentada en el método descrito en la reivindicación 1, específicamente en las estrategias 1a, 1b y 1c, que se lleva a cabo mediante un algoritmo en el dominio del tiempo o la frecuencia y que es implementada en tiempo real en el dispositivo electrónico de la reivindicación
2.
3. Strategy to eliminate movement disorders based on the method described in claim 1, specifically in strategies 1a, 1b and 1c, which is carried out by means of an algorithm in the time or frequency domain and which is implemented in real time in the electronic device of the claim
2.
4. Estrategia de eliminación de trastornos del movimiento fundamentada en el método descrito en la reivindicación 1, específicamente en las estrategias 1a, 1b y 1c, que se lleva a cabo mediante un algoritmo en el dominio del tiempo o la frecuencia y que es implementada en un programa informático del dispositivo a ser comandado, en cuyo caso puede actuar de forma directa sobre la señal del periférico o mando de entrada sin etapas previas de acondicionamiento de la señal.4. Disorder elimination strategy movement based on the method described in the claim 1, specifically in strategies 1a, 1b and 1c, which leads to carried out by means of an algorithm in the time or frequency domain and that is implemented in a computer program of the device to be commanded, in which case you can act directly on the peripheral signal or input command without previous stages of signal conditioning. 5. Estrategia de valoración de la severidad de los trastornos del movimiento y su evolución fundamentada en el método descrito en la reivindicación 1d, que se lleva a cabo mediante un algoritmo en el dominio del tiempo o la frecuencia y que es implementada en tiempo real en el dispositivo electrónico de la reivindicación 2.5. Strategy for assessing the severity of movement disorders and their evolution based on method described in claim 1d, which is carried out using an algorithm in the domain of time or frequency and which is implemented in real time on the electronic device of claim 2 6. Estrategia de valoración de la severidad de los trastornos del movimiento y su evolución fundamentada en el método descrito en la reivindicación 1d, que se lleva a cabo mediante un algoritmo en el dominio del tiempo o la frecuencia y que es implementada en un programa informático del dispositivo a ser comandado, en cuyo caso puede actuar de forma directa sobre la señal del periférico o mando de entrada sin etapas previas de acondicionamiento de la señal.6. Strategy for assessing the severity of movement disorders and their evolution based on method described in claim 1d, which is carried out using an algorithm in the domain of time or frequency and which is implemented in a computer program of the device to be commanded, in which case you can act directly on the peripheral signal or input command without previous stages of signal conditioning. 7. Proceso de eliminación de trastornos del movimiento fundamentada en el método descrito en la reivindicación 1, específicamente en las estrategias 1a, 1b y 1c, que se realiza en tiempo real, generando un comando exento del efecto de temblor o el movimiento espástico de forma instantánea o con un retardo que no afecte a la velocidad de respuesta del mando o periférico de entrada empleado por el usuario y que permite su aplicación a toda variedad de temblor patológico o movimiento espástico, adaptable de modo continuo y automático a cualquier condición del usuario o a distintos usuarios.7. Disorder elimination process movement based on the method described in the claim 1, specifically in strategies 1a, 1b and 1c, which is carried out in real time, generating a command free from the effect of trembling or the spastic movement instantaneously or with a delay that does not affect the response speed of the remote control or peripheral of input used by the user and that allows its application to all variety of pathological tremor or spastic movement, adaptable from continuous and automatic mode to any user condition or to different users 8. Proceso de valoración de la severidad de los trastornos del movimiento y su evolución fundamentada en el método descrito en la reivindicación 1d, que se realiza en tiempo real, generando una valoración del efecto de temblor o el movimiento espástico de forma instantánea o con un retardo que no afecte a la velocidad de respuesta del mando o periférico de entrada empleado por el usuario y que permite su aplicación a toda variedad de temblor patológico o movimiento espástico, adaptable de modo continuo y automático a cualquier condición del usuario o a lo distintos usuarios y que puede ser almacenada o transmitida para su análisis.8. Process for assessing the severity of movement disorders and their evolution based on the method described in claim 1d, which is performed in real time, generating an assessment of the effect of tremor or movement spastic instantly or with a delay that does not affect the response speed of the control or peripheral input used by the user and that allows its application to all variety of pathological tremor or spastic movement, adaptable so continuous and automatic to any user condition or at different users and that can be stored or transmitted for your analysis.
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