ES2264645B1 - Sistema de monitorizacion del movimiento del ser humano. - Google Patents

Abstract

Sistema de monitorización del movimiento del ser humano, formado por un módulo sensor (1) que se dispone sobre la persona (3) de aplicación, comprendiendo un conjunto funcional capaz de medir vectores de posición, velocidad y aceleración en componentes según los tres ejes del espacio, para transmitir la información a un equipo informático (2) que controla el funcionamiento y gestiona la información traduciéndola en datos indicativos del estado físico de la persona (3) analizada.

Description

Sistema de monitorización del movimiento del ser humano.

Sector de la técnica

La presente invención se enmarca en el ámbito de la medicina predictiva, proponiendo un sistema que permite monitorizar el movimiento normal y patológico de los seres humanos a través de los vectores de posición, velocidad y aceleración en los tres ejes del espacio, para determinar el estado funcional de la persona tratada, establecer patrones de marcha, equilibrio y potencia muscular, con el objetivo de elaborar elementos predictivos de pronósticos y de rendimiento.

Estado de la técnica

El interés sobre los componentes básicos del movimiento (posición, equilibrio, marcha y potencia muscular) ha crecido exponencialmente en las últimas décadas. Viene referido fundamentalmente a tres ámbitos: la Biomecánica de la Actividad Física y el Deporte, la Medicina Deportiva y el estudio del Envejecimiento y de sus patologías asociadas, mas en concreto, las enfermedades neurodegenerativas. Aunque parezca sorprendente, dichas disciplinas confluyen en su afán por los aspectos relacionados con el movimiento, y en las actuales limitaciones para su análisis y estudio.

La Biomecánica de la Actividad Física y el Deporte y la Medicina Deportiva basa buena parte de su hacer en el estudio cuantitativo del desarrollo del movimiento y de la posición, así como de la potencia generada necesaria para que éste se produzca. En el terreno del envejecimiento, elementos similares ocupan un lugar central en los intentos de avance de su conocimiento. En concreto, algunos de sus aspectos, como la discapacidad y la fragilidad, se han convertido en centros de atención de la investigación básica, clínica y poblacional. En cuanto a la investigación básica, la neurociencia es una de las áreas de más interés, aunque sus costes son muy elevados; mientras que en lo que respecta a la investigación clínica y poblacional, uno de los mayores desafíos actuales es el encontrar marcadores y predictores de la vulnerabilidad de los sujetos ante eventos tan personal y socialmente relevantes como la discapacidad y la fragilidad, representados por las caídas y fracturas, el riesgo de hospitalización, institucionalización y mortalidad, cuadros confusionales, declive funcional, pérdida de peso y otros asociados.

A pesar de las imprecisiones en cuanto a definición, biología, causas y diagnóstico de fragilidad, existen algunas certezas intuitivas, como la asociación con un riesgo incrementado de resultados adversos (caídas, anorexia, pérdida de peso, delirium, hospitalización, declive funcional, deterioro cognitivo, mortalidad, etc.), la afectación de múltiples órganos como sustrato y la consecuente producción de inestabilidad, todo ello potenciado con el paso del tiempo.

En este sentido, cada vez resulta más evidente la necesidad de desarrollar test que contengan la suficiente capacidad predictora para detectar, de la manera más precoz posible, los factores del envejecimiento en el grupo poblacional de sujetos que se encuentran en un mayor riesgo.

Aunque se desconocen los mecanismos más íntimos relacionados con la fragilidad, por este concepto se define un estado de reserva fisiológica disminuida, que implica mayor vulnerabilidad y que se manifiesta inicialmente ante situaciones de alta demanda, residiendo los sustratos intermedios en el sistema muscular y en el sistema neuro-inmuno-endocrino.

La pérdida de masa y cualidades musculares, especialmente la pérdida muscular que acontece con el envejecimiento, está directamente relacionada con una reducción de la movilidad y de la capacidad para llevar a cabo las denominadas Actividades de la Vida Diaria (AVD), las cuales están relacionadas con variables como el estado de salud del sujeto y otros condicionantes psicológicos y con, entre otros, el sistema de regulación hormonal y el estado del Sistema Nervioso Central (SNC).

Sin embargo, las relaciones entre parámetros de fuerza y capacidad en las AVD no son lineales, por lo que para tratar de explicar la génesis de la discapacidad y de la fragilidad, las medidas de atributos musculares (como la fuerza y la potencia muscular) precisan ser acompañadas de mediciones de otro tipo, como son las referentes a la movilidad (equilibrio, velocidad y calidad de la marcha y desarrollo de potencia muscular).

Esas medidas han sido ampliamente practicadas en estudios clínicos y epidemiológicos, en base a que incluso modestos declives en dichas cualidades, como decrementos sutiles en el equilibrio y en la marcha se asocian con pérdidas de la independencia y sus consecuentes costos de salud y sociales.

Dentro de tales medidas ocupan un lugar de privilegio aquellas relacionadas con la movilidad y en relación con ello diversos test sencillos cuantitativos, como el de velocidad de marcha, tiempo invertido en levantarse de una silla, tiempo de sostenimiento sobre una pierna, Romberg progresivo o tiempo de un giro completo, han mostrado correlacionarse con la funcionalidad, mortalidad e ingreso hospitalario, lo cual ha hecho que a este tipo de pruebas se las considere válidas como predictoras de la fragilidad.

No obstante, el valor apriorístico de tales pruebas no resulta extraño si se consideran los fundamentos fisiológicos de la movilidad, ya que el equilibrio y la marcha precisan el concurso de múltiples órganos, las alteraciones de los cuales reflejan el estado de los mismos y de sus sistemas de interrelación.

Se requieren además elementos que reflejen la funcionalidad del Sistema Nervioso, como órganos de los sentidos, sistema nervioso periférico y sistema nervioso central, con sus aspectos motores, de integración y de coordinación. Quizás por ello, medidas de rendimiento en los mencionados test sencillos, han mostrado poseer capacidad predictora de eventos no relacionados con las extremidades inferiores, como delirium, incontinencia urinaria o caídas.

La simple medida de la velocidad de marcha se ha mostrado como un buen parámetro predictor de la discapacidad, hospitalización y mortalidad;. También se ha visto útil para caracterizar a poblaciones con elevado riesgo de malos resultados evolutivos (frágiles), en especial dentro del grupo de los ancianos caedores. Esto parece especialmente relevante en sujetos con deterioro cognitivo que suponen un porcentaje creciente de la población mayor asumiéndose que pudieran caracterizar a quienes tienen mayor riesgo de desarrollar demencia.

Dada la importancia de las alteraciones del equilibrio y de la marcha en el estudio del envejecimiento, se han dispuesto escalas que, en el ámbito clínico y epidemiológico tratan de evaluar la marcha de manera cuantitativa, por ser la manera más factible y barata de realizarla (en función de los inconvenientes logísticos y financieros de su estudio en el laboratorio), mediante test sencillos, de bajo equipamiento tecnológico (velocidad en metros por segundo, tiempos de equilibrio en segundos, etc) o mediante escalas cualitativas con amplio componente subjetivo. Pero estas escalas tan solo han podido mostrar modestas correlaciones con los resultados relevantes (caídas, deterioro funcional, hospitalización) y mas modestas aún con los test estáticos y dinámicos, teóricamente mas precisos, realizados en el laboratorio, (plataformas de fuerza, sistemas de análisis cinemático o plantillas de presiones).

Por ello, en la actualidad la aplicabilidad real de ambos tipos de medida - 1) medidas cuantitativas de laboratorio en el campo epidemiológico y clínico y 2) medidas de tipo cualitativo clínico y poblacional dado su bajo rendimiento- es nula en el primer caso y limitada en el segundo. Como consecuencia de esto, hasta ahora ningún estudio de cohortes ha simultaneado medidas poblacionales y del laboratorio en el estudio del movimiento, equilibrio, marcha y de sus componentes.

Una cuestión de gran interés científico y social se centra en la demencia. Ha sido descrito que, en sujetos sin demencia, o con declive cognitivo o deterioro cognitivo leve, las alteraciones incipientes del equilibrio y de la marcha, tan solo detectables mediante el análisis fino e íntimo de sus componentes, predicen deterioro funcional y progresión a demencia.

En este sentido, se supone por un lado que las alteraciones en el equilibrio y en la marcha, pueden ser más precoces que las consecuencias a nivel cognitivo efectivo, o de otra índole, relacionadas con ellas; mientras que por otro lado se supone que si se dispusiese de medidas más finas de movilidad, se podrían detectar estados más preclínicos de las alteraciones.

Por ello, se tiene la necesidad de poder aplicar en el ámbito clínico y poblacional las medidas cuantitativas, estandarizadas y comparables transcultural y transnacionalmente, que hasta ahora tan solo se pueden obtener en el laboratorio. Esto se hace más acuciante si se tiene en cuenta que los test sencillos de equilibrio y de marcha hasta ahora considerados, al margen de su utilidad, adolecen de varios problemas:

1.- Presentan efecto techo, ya que su capacidad predictora se ve limitada en ancianos de alto rendimiento, que constituyen más de la mitad de la población mayor.

2.- No se encuentran lo suficientemente estandarizados como para permitir la comparación entre estudios.

3.- Algunas escalas de calidad de marcha son cualitativas, con componente subjetivo importante, lo que limita la capacidad predictora.

4.- Posiblemente, ya tras varios años de utilización hayan alcanzado sus máximas prestaciones, cuando la comunidad científica notoriamente precisa avanzar en este sentido, con nuevos parámetros que indiquen la situación más biológicamente básica del individuo.

5.- Se han limitado a analizar algunas cualidades de los atributos involucrados en la discapacidad y fragilidad, como el equilibrio y la marcha, obviando otros de difícil evaluación que no se pueden determinar sin contar con costosos equipamientos y que resultan imprescindibles en el entendimiento de la
fragilidad, como la potencia muscular.

Este último tipo de valoraciones, como por ejemplo la de la potencia muscular, han sido examinadas en situaciones controladas de laboratorio con instrumental complejo, habiendo impedido que dichas pruebas se hagan en estudios epidemiológicos y de seguimiento de cohortes.

La solución a los mencionados problemas reside en los "test de alta tecnología", como la posturografía mediante plataformas de fuerza o las técnicas videoscópicas, que pertenecen más al campo de la investigación que al de la práctica, pero que tienen el fundamento y ventaja de una mayor sensibilidad y capacidad de discriminación, así como la potencialidad de identificar mecanismos subyacentes del funcionalismo.

Mediante dichos "test de alta tecnología" se han podido comprobar mejor las diferencias en el equilibrio y en la marcha entre grupos de edad, o las relaciones con atrofia cerebral y rendimiento cognitivo, pero mantienen dos grandes inconvenientes, el primero de los cuales es que son técnicas que solo pueden llevarse a cabo en ciertos laboratorios, lo que no las hace útiles en el campo poblacional, siendo el segundo inconveniente el alto coste.

Los estudios que utilizan dichos "test de alta tecnología" contienen relativamente un bajo número de sujetos, quedando constreñidos a patologías específicas y no son utilizados prospectivamente, lo cual impide poder utilizarlos como herramienta predictora o correlacionar los hallazgos con otras variables implicadas en el proceso del envejecimiento y de sus consecuencias.

Recientemente se han incorporado sistemas portátiles de registros basados en la acelerometría, los cuales incorporan varios acelerómetros triaxiales que actúa como múltiples sensores para medir aceleraciones gravitacionales e inerciales, aplicables al estudio del movimiento. Estos sistemas, que podrían ser considerados de "alta tecnología" en base a la calidad de la información que proporcionan, han supuesto un gran avance al posibilitar estudios fuera del laboratorio; pero sin embargo, presentan a vez algunos graves inconvenientes:

1.- No miden velocidades angulares, ni posiciones, ni desplazamientos angulares, en los tres ejes del espacio, lo que limita significativamente sus posibilidades para el análisis del movimiento.

2.- Utilizan tarjetas de memoria, lo que impide la contemplación de los datos en tiempo real.

3.- Tienen un peso excesivo de aproximadamente 500 gramos.

Objeto de la invención

De acuerdo con la invención se propone un sistema portátil desarrollado según una realización que le hace válido y fiable para la medición y análisis en condiciones estandarizadas, en el ámbito domiciliario y clínico, de la velocidad y calidad de la marcha, de la potencia muscular, de la estabilidad y del movimiento del ser humano en general.

Este sistema objeto de la invención es capaz de detectar y monitorizar cambios evolutivos en estos parámetros tras cualquier tipo de intervención, como tratamientos farmacológicos o programas de rehabilitación-actividad física. Dadas sus características, puede ser utilizado como sistema de monitorización a distancia en los tres ejes del movimiento, la posición, velocidad y aceleración. También es útil en la elaboración de patrones de la marcha, normal y patológica, y en la correlación clínico-patológica de las enfermedades que afectan al Sistema Nervioso Central, al Sistema Nervioso Periférico y al Sistema osteomuscular y cardiovascular.

El sistema está conformado por un módulo sensor, que obtiene magnitudes físicas medidas de forma indirecta con una mayor precisión, ya que puede trabajar con magnitudes físicas medidas de forma directa en los tres ejes del espacio tales como Velocidad angular (con el uso giróscopos), Aceleración Lineal (con el uso de acelerómetros), Angulo (con el uso de los magnetómetros).

Dicho módulo sensor consta de tres giróscopos, tres acelerómetros y tres magnetómetros, de forma que cada eje del espacio es analizado por un giróscopo, un acelerómetro y un magnetómetro, de manera que integrando las magnitudes correspondientes e interpolando los datos obtenidos en la integración, se mejora el resultado de cualquier otro tipo de medida indirecta.

El mencionado módulo sensor se integra en un conjunto portátil de reducidas dimensiones y poco peso, de manera que puede ser aplicado sobre las personas que se someten a estudio sin entorpecer la movilidad de las mismas, permitiendo realizar los estudios en cualquier lugar donde se encuentren las personas de aplicación.

En el módulo sensor hay un dispositivo que recopila la información que se obtiene y la transmite por un sistema de radiofrecuencia (inalámbrico), para que sea recogida por un equipo receptor que integra un sistema informático.

El mencionado modulo sensor está conectado externamente con dos células fotoeléctricas que permiten registrar al mismo tiempo la velocidad lineal de desplazamiento.

Mediante una aplicación de software se procesan las mediciones de la velocidad de desplazamiento, aceleración, posición y giro en los tres ejes del espacio, y velocidad lineal de desplazamiento, recibidas del estudio de los diversos componentes del equilibrio de la marcha y la potencia muscular (de las extremidades inferiores de la persona analizada), de una manera cuantitativa, reproducible y comparable transnacional y transculturalmente.

Con este tipo de pruebas se pueden discriminar caedores de no caedores, establecer factores predictores de deterioro funcional, de hospitalización y de mortalidad, y realizar con medidas sencillas de tiempo, posición, velocidad y ángulo, la valoración de aspectos cuantitativos como parámetros de desviación y velocidad en los ejes medio-lateral y antero-posterior, que hasta ahora solo han sido examinados en situaciones controladas de laboratorio con instrumental complejo.

De esta manera se pueden aplicar este tipo de pruebas en estudios epidemiológicos y de seguimiento de cohortes, lo cual hasta ahora ha estado limitado por la imposibilidad de trasladar hasta el laboratorio la muestra de población suficiente para tomar patrones relevantes.

También se facilita de un modo muy significativo, la forma de examinar en el ámbito clínico el efecto de i un programa de ejercicio físico, sobre la capacidad de equilibrio, la potencia muscular y la velocidad de marcha.

Este tipo de pruebas pueden aplicarse en la detección y el diagnóstico de factores predictores del deterioro funcional, de hospitalización y de mortalidad, en pacientes con deterioro cognitivo leve, enfermedad de Alzheimer y caedores o frágiles.

Es de señalar la importancia de disfrutar de una aplicación real de los conocimientos adquiridos por medio del desarrollo de una aplicación informática y el desarrollo tecnológico de un sistema de control del estado funcional que permite una detección individual, fácil y rápida del umbral de dependencia funcional.

La importancia del sistema también radica en el fácil control, entre los profesionales, de la salud y la actividad física, lo cual es de una gran utilidad y permite reducir hasta en un 30% los costes anuales en materia de atención (rehabilitación-asistencia) al grupo de población implicado.

Además, queda totalmente eliminado el componente subjetivo, que hasta la fecha primaba en los test realizados, principalmente los relacionados con la estabilometría.

Descripción de las figuras

La figura 1 muestra un diagrama esquemático de la composición del módulo portátil del sistema preconizado.

La figura 2 es un esquema de la aplicación práctica del sistema sobre un individuo.

Descripción detallada de la invención

El objeto de la invención se refiere a un sistema para monitorizar el movimiento de las personas, con el fin de obtener datos que permitan determinar el estado de la capacidad funcional del individuo.

El sistema consta de un módulo sensor (1), destinado para la obtención de magnitudes físicas del individuo analizado, como velocidad de desplazamiento, aceleración, posición y giro, transmitiéndose la información mediante un sistema de radiofrecuencia a un equipo informático receptor (2), el cual procesa dicha información transformándola en datos relativos del estado del individuo.

El módulo sensor (1) es una unidad portátil destinada para incorporarse en la persona (3) sobre la que se realiza el estudio, comprendiendo (figura 1) un conjunto funcional formado por tres giróscopos (4), tres acelerómetros (5) y tres magnetómetros (6), con una alimentación eléctrica desde una batería (7) y un dispositivo emisor-receptor (8) para enviar la información al equipo informático (2) y recibir las órdenes de control sobre el conjunto funcional.

Desde el equipo informático (2) se determina la programación ejecutiva para el estudio a realizar sobre la persona (3) de aplicación, de manera que, una vez establecida la programación, mediante una orden de activación transmitida desde dicho equipo informático (2), el módulo (1) comienza a funcionar, transmitiendo las señales que se obtienen en el mismo al equipo informático (2).

En la actividad funcional, los giróscopos (4) miden la velocidad angular, estando dispuestos de forma que cada uno de ellos mide el valor de esa variable en una componente de los tres ejes del espacio X, Y, Z, en tanto que cada uno de los acelerómetros (5) mide una componente de la aceleración angular en los mencionados ejes X, Y, Z, y cada uno de los magnetómetros (6) mide una componente de la desviación angular en dichos ejes X, Y, Z.

Toda la información así obtenida se transmite por el dispositivo (8) al equipo informático (2), en el cual por medio del software del sistema se procesa dicha información, proporcionando un menú de información, que se puede mostrar de diferentes formas, como plasmar el vector espacial en función del tiempo de cada una de las magnitudes, comparar distintos muestreos realizados, identificar taras en función de las comparaciones, etc.

Al disponerse el módulo (1) fijado sobre la persona (3) que se somete al estudio, los datos que el sistema ofrece son los datos de posición, velocidad y aceleración angular de dicha persona (3), los cuales en el transcurso de un test son representativos del estado físico y de salud de la mencionada persona (3), ya que la monitorización que se hace del movimiento de la misma es absoluta.

Claims (3)

1. Sistema de monitorización del movimiento del ser humano, para determinar las características físicas de las personas sometidas a estudio, en función de la medida de vectores del movimiento de las personas de aplicación, caracterizado porque consta de un módulo sensor (1) determinado como una unidad portátil destinada para disponerse sobre la persona (3) que se somete a estudio, comprendiendo un conjunto funcional capaz de medir vectores de posición, velocidad y aceleración en tres componentes según los ejes X, Y, Z del espacio y transmitir la información a un equipo informático (2) que controla el funcionamiento y gestiona la información traduciéndola en datos indicativos sobre el estado físico de la persona (3) analizada.

2. Sistema de monitorización del movimiento del ser humano, de acuerdo con la primera reivindicación, caracterizado porque el módulo sensor (1) consta de un conjunto funcional formado por tres giróscopos (4), tres acelerómetros (5) y tres magnetómetros (6), cada uno de los cuales mide la componente de un respectivo vector en uno de los ejes X, Y, Z del espacio.

3. Sistema de monitorización del movimiento del ser humano, de acuerdo con las reivindicaciones primera y segunda, caracterizado porque el conjunto funcional 1 del módulo sensor (1) integra un dispositivo emisor- receptor (8), por medio del cual se establece una comunicación inalámbrica con el equipo informático (2), para transmitir la información obtenida y recibir las instrucciones de control.