ES2272137B1 - DYNAMIC ORTHESICAL DEVICE FOR MONITORING, DIAGNOSIS AND SUPPRESSION OF PATHOLOGICAL TEMBLOR. - Google Patents
DYNAMIC ORTHESICAL DEVICE FOR MONITORING, DIAGNOSIS AND SUPPRESSION OF PATHOLOGICAL TEMBLOR. Download PDFInfo
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Abstract
Description
Dispositivo ortésico dinámico para la monitorización, diagnóstico y supresión de temblor patológico.Dynamic orthotic device for monitoring, diagnosis and suppression of pathological tremor.
La presente invención se refiere a dispositivos biomecánicos o biomédicos para la monitorización, diagnóstico y validación de estrategias de control, tanto activas como pasivas, para suprimir el temblor patológico, específicamente en el miembro superior. Como tales, son de aplicación en la industria ortoprotésica y en la rehabilitación y tratamiento médico.The present invention relates to devices biomechanical or biomedical for monitoring, diagnosis and validation of control strategies, both active and passive, to suppress pathological tremor, specifically in the limb higher. As such, they are applicable in the industry orthoprosthetic and in rehabilitation and medical treatment.
El temblor patológico es un síntoma fuertemente discapacitante caracterizado por contracciones rítmicas e involuntarias de los músculos del cuerpo humano. El temblor puede afectar a distintas partes del organismo. Estas oscilaciones rítmicas están superpuestas al movimiento voluntario del paciente. Las características de amplitud y frecuencia de las oscilaciones temblorosas dependen del tipo de temblor, sea este de reposo, postural o cinético. Además, para un mismo paciente estas características pueden verse alteradas en función de la actividad o condiciones que desarrolle o a que esté sometido.Pathological tremor is a symptom strongly disabling characterized by rhythmic contractions and Involuntary muscles of the human body. Tremor can affect different parts of the body. These oscillations Rhythms are superimposed on the patient's voluntary movement. The amplitude and frequency characteristics of the oscillations trembling depend on the type of tremor, be it resting, Postural or kinetic. In addition, for the same patient you are characteristics may be altered depending on the activity or conditions that you develop or that you are subject to.
La frecuencia de estas oscilaciones varía en función del tipo de temblor y de la patología. El rango comúnmente aceptado oscila entre 2 Hz y 12 Hz.The frequency of these oscillations varies in function of tremor type and pathology. The range commonly accepted ranges from 2 Hz to 12 Hz.
El tratamiento clásico del temblor es la medicación y la estimulación eléctrica talámica o subtalámica. Algunos trabajos muestran que el tratamiento médico por medicación fracasa en un 85 por ciento de los casos y los tratamientos por estimulación son efectivos en un mayor número de casos pero implican una intervención quirúrgica delicada que no está indicada para un buen número de pacientes potenciales (E. Rocon, J.M. Belda-Lois, J.J. Sanchez-Lacuesta, J.L. Pons, Pathological Tremor management: modelling, compensatory technology and evaluation, Technology and Disability, 16, pp. 3-18, 2004). Estos hechos han promovido el desarrollo de dispositivos para el tratamiento alternativa del temblor patológico.The classic treatment of tremor is the medication and thalamic or subthalamic electrical stimulation. Some papers show that medical treatment by medication it fails in 85 percent of cases and treatments for stimulation are effective in a greater number of cases but involve a delicate surgical intervention that is not indicated for a good number of potential patients (E. Rocon, J.M. Belda-Lois, J.J. Sanchez-Lacuesta, J.L. Pons, Pathological Tremor management: modeling, compensatory technology and evaluation, Technology and Disability, 16, pp. 3-18, 2004). These facts have promoted the development of devices for the alternative treatment of pathological tremor
Existen en la actualidad varios sistemas que han logrado resultados significativos en la reducción del temblor o de sus efectos. Existen dos aproximaciones básicas para este tratamiento:There are currently several systems that have achieved significant results in the reduction of tremor or their efects. There are two basic approaches to this treatment:
- \bullet?
- Aislamiento de la tarea del movimiento tembloroso,Isolation of the task of trembling movement,
- \bullet?
- Reducción de la amplitud del temblor.Amplitude reduction tremor.
El concepto de aislamiento de la tarea del
movimiento tembloroso está basado en la inserción de un dispositivo
en serie entre el cuerpo humano y la tarea. Esta aproximación se
puede realizar electrónicamente o de forma
mecánica.The concept of isolation of the trembling movement task is based on the insertion of a serial device between the human body and the task. This approach can be done electronically or in a way
mechanics.
Un procedimiento establecido clínicamente para reducir la amplitud del temblor es la aplicación de cargas biomecánicas al miembro afectado y está basado en dispositivos ortésicos u ortesis (E. Rocon, J.M. Belda-Lois, J.J. Sanchez-Lacuesta, J.L. Pons, Pathological Tremor management: modelling, compensatory technology and evaluation, Technology and Disability, 16, pp. 3-18, 2004). La aplicación de cargas biomecánicas puede ser implementado tanto en sistemas activos como en sistema pasivos.A clinically established procedure for reduce the amplitude of the tremor is the application of loads biomechanics to the affected member and is based on devices orthotics or orthotics (E. Rocon, J.M. Belda-Lois, J.J. Sanchez-Lacuesta, J.L. Pons, Pathological Tremor management: modeling, compensatory technology and evaluation, Technology and Disability, 16, pp. 3-18, 2004). The application of biomechanical loads can be implemented both in active systems as in passive systems.
En sistemas activos, los actuadores generan un movimiento en el miembro de igual amplitud pero en el sentido contrario al movimiento tembloroso, sustrayendo así el temblor del movimiento global del miembro. En los sistemas pasivos, los actuadores aplican cargas mecánicas resistivas, sean estas disipativas o inerciales.In active systems, the actuators generate a movement in the limb of equal amplitude but in the sense contrary to the trembling movement, thus subtracting the tremor of global movement of the member. In passive systems, actuators apply resistive mechanical loads, be these dissipative or inertial.
Estas ortesis pueden ser portátiles o no portátiles. Las ortesis no portátiles están sujetas al miembro afecto y a una plataforma sujeta el suelo (que puede ser el propio suelo, la silla de ruedas, una mesa, etc). Las ortesis portátiles están sujetas únicamente al brazo del paciente. El modo en que ambas aproximaciones ejercen las cargas en el brazo para la supresión del temblor es radicalmente opuesto. Las ortesis portátiles eliminan el temblor entre elementos consecutivos de la cadena cinemática del brazo. Las ortesis no portátiles eliminan el temblor aplicando las cargas desde el suelo al brazo.These braces can be portable or not laptops Non-portable braces are subject to the member affection and to a platform fastens the ground (which can be one's own floor, wheelchair, table, etc). Portable braces they are attached only to the patient's arm. The way in which both approaches exert the loads on the arm for the Tremor suppression is radically opposite. Orthoses laptops eliminate the tremor between consecutive elements of the Kinematic chain of the arm. Non-portable braces eliminate the tremor applying loads from the ground to the arm.
Entre los sistemas no portátiles más representativos podemos destacar el dispositivo comercial Neater Eater, el joystick amortiguado del MIT, la ortesis controlada de disipación de energía CEDO y el brazo modulado de disipación de energía MED.Among non-portable systems anymore representative we can highlight the Neater commercial device Eater, the MIT cushioned joystick, the controlled orthosis of CEDO energy dissipation and the dissipation modulated arm of MED energy
Existe un menor número de soluciones portátiles para la supresión del temblor. Entre ellas destaca el "Viscous Beam", una ortesis pasiva para la supresión del temblor de flexo-extensión de muñeca que funciona aplicando un sistema con fricción viscosa paralelamente a la muñeca. Sin embargo, su diseño mecánico restringe los movimientos de prono-supinación y desviación radial-cubital de la muñeca.There are fewer portable solutions for the suppression of tremor. Among them stands out the "Viscous Beam ", a passive orthosis for the suppression of tremor of wrist flexo-extension that works by applying a viscous friction system parallel to the wrist. But nevertheless, its mechanical design restricts the movements of prono-supination and deviation radial-ulnar wrist.
La solución ideal consiste en aplicar cargas biomecánicas únicamente al movimiento tembloroso. Sin embargo, en todas las realizaciones descritas en el estado de la técnica estos dispositivos aplican una carga biomecánica disipativa de forma independiente al tipo de temblor que afecta al paciente. Esta carga es además independiente del tipo de movimiento sobre el que se aplica, ya sea voluntario, tembloroso o una combinación de ambos. Como consecuencia el paciente nota también una carga resistiva ante su movimiento intencional.The ideal solution is to apply loads Biomechanics only to trembling movement. However, in all the embodiments described in the state of the art these devices apply a dissipative biomechanical load so independent of the type of tremor that affects the patient. This load it is also independent of the type of movement on which it apply, either voluntary, shaky or a combination of both. As a consequence the patient also feels a resistive load before Your intentional movement.
El miembro superior tiene como función principal permitir que la mano realice sus funciones y pueda alcanzar cualquier punto del espacio, especialmente cualquier punto de la superficie corporal del individuo, de forma que sea posible aproximar, manipular y mover objetos, desde el cuerpo y/o hacia el mismo. Por eso, la cadena cinemática formada por el hombro, el codo, el antebrazo, la muñeca y la mano, tiene un alto grado de movilidad, así como capacidad distal de prensión con un infinito número de posiciones y funciones. El miembro superior es una de las partes del cuerpo más complejas anatómica y fisiológicamente.The upper member has as its main function allow the hand to perform its functions and can reach any point of space, especially any point of the individual's body surface, so that it is possible approach, manipulate and move objects, from the body and / or to the same. Therefore, the kinematic chain formed by the shoulder, the elbow, the forearm, wrist and hand, has a high degree of mobility, as well as distal capacity for grip with infinity number of positions and functions. The upper limb is one of the more complex body parts anatomically and physiologically.
Además, el miembro superior es muy importante pues es capaz de desarrollar actividades cognoscitivas, de expresión y de manipulación, e interviene en las funciones exploratorias del entorno y en todos los actos motores reflejos.In addition, the upper limb is very important. It is capable of developing cognitive activities, of expression and manipulation, and intervenes in the functions exploratory of the environment and in all the motor acts reflexes.
Así pues, cualquier alteración o patología que afecte el rango de movimiento de los miembros superiores, su fuerza muscular, sensibilidad y/o la integridad de su piel, alterará el funcionamiento de los mismos. Por ello, los objetivos de las ortesis del miembro superior deberán ser:Thus, any alteration or pathology that affect the range of motion of the upper limbs, their strength muscle, sensitivity and / or the integrity of your skin, will alter the operation of them. Therefore, the objectives of the upper limb orthoses should be:
- \bullet?
- Mantener la alineación articular,Keep alignment articulate,
- \bullet?
- Asistir al movimiento deficitario,Assist the movement deficit,
- \bullet?
- Incrementar la coordinación y la función en varias tareas,Increase coordination and function in several tasks,
- \bullet?
- Mantenimiento de la funcionalidad de la mano, yMaintenance of the hand functionality, and
- \bullet?
- Prevención de las restricciones.Prevention of restrictions
Una ortesis o plataforma ortésica es definida como un dispositivo médico que actúa exteriormente a un segmento del cuerpo humano con el fin de establecer algún tipo de compensación funcional. Las ortesis posturales o pasivas representan la forma común de actuación de las ortesis del miembro superior, que tiene como principal objetivo preservar la posición funcional de la mano (E. Viosca y otros, Guía de uso y prescripción de productos ortoprótesicos a medida, Publicaciones IBV, 1999).An orthotic or orthotic platform is defined as a medical device that acts outside a segment of the human body in order to establish some kind of functional compensation Postural or passive orthoses they represent the common way of acting of the orthoses of the member superior, whose main objective is to preserve the position Functional hand (E. Viosca and others, Guide to use and prescription of custom orthopedic products, IBV Publications, 1999).
Cuando una ortesis aplica algún tipo de fuerza sobre el cuerpo humano con la finalidad de mejorar la funcionalidad de algún miembro, esta ortesis es clasificada como ortesis dinámica. Una ortesis dinámica se puede definir como un grupo de férulas articuladas que, mediante la utilización de diversos dispositivos dinámicos, consiguen mejorar la funcionalidad del algún miembro. Las ortesis dinámicas cuentan con secciones independientes en los segmentos del antebrazo, muñeca, mano y dedos, a las que se les añade diversos componentes articulares para obtener el movimiento y la funcionalidad del miembro.When an orthosis applies some kind of force about the human body in order to improve functionality of any member, this orthosis is classified as an orthosis dynamic. A dynamic brace can be defined as a group of articulated splints that, by using various dynamic devices, get to improve the functionality of some member. Dynamic braces have independent sections in the segments of the forearm, wrist, hand and fingers, to which adds several joint components to get the movement and functionality of the member.
Para que las ortesis funcionales dinámicas puedan desarrollar las funciones antes reseñadas se necesita conseguir un buen efecto de fijación como requisito previo. Respecto a este efecto de fijación se puede considerar dos aspectos diferentes:For dynamic functional braces can develop the functions outlined above is needed get a good fixing effect as a prerequisite. Regarding this fixing effect, two aspects can be considered different:
- 1.one.
- La fijación de la ortesis sobre el segmento corporal al que se dirige, yThe fixation of the brace on the body segment to which it is directed, Y
- 2.2.
- La fijación necesaria para que actúen los elementos dinámicos.The fixation necessary for dynamic elements to act.
La fijación de la ortesis sobre el miembro superior se consigue utilizando una serie de cinchas de sujeción, que permiten aplicar fuerzas distribuidas a lo largo de los diferentes segmentos corporales implicados. Por otro lado, para que los elementos dinámicos desarrollen su acción, es necesario disponer de una base, o estructura rígida (la propia ortesis), que sirva de punto de aplicación de aquellas fuerzas externas que provocan el efecto dinámico.Fixing the brace on the limb upper is achieved using a series of fastening straps, that allow to apply distributed forces along the Different body segments involved. On the other hand, so that dynamic elements develop their action, it is necessary to arrange of a base, or rigid structure (the orthotic itself), that serves as a point of application of those external forces that cause the dynamic effect
En el estado de la técnica existen algunas patentes cuyo objetivo es el desarrollo de ortesis dinámicas para el miembro superior. Tal es caso de la patente US4180870 (Universal-orthese, Radulovic R., Karisik M., Wolfer K.R.) que se centra en el desarrollo de una ortesis universal para el miembro superior cuya función es asistir los movimientos del hombro y del codo en pacientes con algún tipo de debilidad en el miembro superior. Éste también es el objetivo de la patente US6179799 (Orthosis for supination and pronation of the wrist, Doran R.E.), con la diferencia de que el movimiento asistido es el movimiento de prono-supinación del antebrazo. La principal desventaja de estos dispositivos es la incapacidad de aplicar fuerzas controlables externamente en cada una de las articulaciones en que actúan. Además, no están dotadas de sensores para evaluar o medir el comportamiento del miembro superior. La medida de los movimientos del miembro superior es el objetivo de otras patentes. Un ejemplo es la patente US6334852B1 (Joint movement monitoring system, Seyl V.C.), que se centra en el desarrollo de una ortesis de miembro superior para la medición de varios movimientos de la articulación en la muñeca de su usuario.In the state of the art there are some patents whose objective is the development of dynamic orthoses to the upper limb Such is the case of US4180870 (Universal-orthese, Radulovic R., Karisik M., Wolfer K.R.) which focuses on the development of a universal brace for the upper member whose function is to assist the movements of the shoulder and elbow in patients with some type of weakness in the superior member. This is also the purpose of the patent. US6179799 (Orthosis for supination and pronation of the wrist, Doran R.E.), with the difference that the assisted movement is the prone-supination movement of the forearm. The main disadvantage of these devices is the inability to apply externally controllable forces in each of the joints in which they act. In addition, they are not equipped with sensors to evaluate or measure the behavior of the upper limb. The measure of the movements of the upper limb is the goal of Other patents An example is US6334852B1 (Joint movement monitoring system, Seyl V.C.), which focuses on the development of an upper limb orthosis for the measurement of several movements of the joint in the wrist of his Username.
En el estado de la técnica también existen algunos dispositivos cuyo objetivo es el amortiguamiento del movimiento tembloroso a través de pesas, patentes US6458089 (Methods and devices for reducing trembling, Ziv-Av A.), US5058571 (Hand-held gyroscopic device, Hall; W.D.) y US6695794B2 (Active tremor control system, Kaiser; K.W., Hall; G.E.). Este tipo de dispositivos se caracteriza por poseer una masa que oscila en contrafase al movimiento tembloroso, cancelando de esta manera el temblor. Esta carga mecánica es independiente del tipo de movimiento realizado por el paciente (voluntario, tembloroso o una combinación de ambos). Como consecuencia el paciente siente una carga resistiva ante su movimiento intencional y por tanto una falta de confort. Otros inconvenientes son que estos tipos de dispositivos deben ser ajustados a las características de cada paciente y además, son capaces de controlar el temblor solamente en una dirección previamente definida.In the state of the art there are also some devices whose objective is the damping of trembling movement through weights, US6458089 patents (Methods and devices for reducing trembling, Ziv-Av A.), US5058571 (Hand-held gyroscopic device, Hall; W.D.) and US6695794B2 (Active tremor control system, Kaiser; K.W., Hall; G.E.). This type of devices is characterized by having a mass that oscillates in contrast to the trembling movement, canceling the tremor in this way. This mechanical load is independent of the type of movement performed by the patient (voluntary, shaky or a combination of both). How consequently the patient feels a resistive load before his Intentional movement and therefore a lack of comfort. Others drawbacks are that these types of devices must be adjusted to the characteristics of each patient and they are also able to control the tremor only in one direction previously defined.
En resumen, no existe en el estado de la técnica dispositivos ortésicos que:In short, it does not exist in the state of the art orthotic devices that:
- permitan la aplicación específica de cargas en función de las características concretas del tipo de temblor (frecuencias y amplitudes variables) ni de las características particulares en un instante determinado del temblor en un paciente, que por lo general serán distintas a las de cualquier otro instante.- allow the specific application of loads in function of the specific characteristics of the type of tremor (variable frequencies and amplitudes) or characteristics particular at a particular moment of the tremor in a patient, which will usually be different from any other instant.
- sean capaces de aplicar cargas biomecánicas, activas o pasivas, al movimiento tembloroso en el mismo nivel en que es producido, o sea, en la articulación del miembro.- be able to apply biomechanical loads, active or passive, to the trembling movement on the same level in which is produced, that is, in the limb joint.
La patente que se presenta se refiere a una plataforma ortésica ambulatoria para la monitorización, diagnóstico de temblor y validación de estrategias de control, tanto activas como pasivas, para la supresión del temblor patológico al tiempo que preserva el movimiento natural. El dispositivo se desarrolla en torno a una estructura articulada que permite soportar un conjunto de sensores y actuadores necesarios para la realización de las tareas de monitorización, diagnóstico y aplicación de estrategias de control.The patent presented refers to a ambulatory orthotic platform for monitoring, diagnosis of tremor and validation of control strategies, both active as passive, for the suppression of pathological tremor at the time It preserves the natural movement. The device is developed in around an articulated structure that allows to support a set of sensors and actuators necessary for the realization of tasks of monitoring, diagnosis and application of strategies of control.
La arquitectura de la plataforma está formada por un programa informático para la gestión, configuración y presentación de la información del sistema de ayuda al diagnóstico y cancelación del temblor, un dispositivo programable para la ejecución de los algoritmos de adquisición de la señal de los sensores y control de la ortesis, los algoritmos para la captación, interpretación de la señal de los sensores y activación de los actuadores, circuitos electrónicos para la interfaz entre los sensores y actuadores con el dispositivo programable, la estructura de la ortesis y fuentes de alimentación para los actuadotes, además de los propios actuadores.The platform architecture is formed by a computer program for management, configuration and presentation of information from the diagnostic support system and cancellation of the tremor, a programmable device for execution of the signal acquisition algorithms of the sensors and control of the orthosis, the algorithms for the acquisition, interpretation of the sensor signal and activation of the actuators, electronic circuits for the interface between sensors and actuators with the programmable device, the structure of the orthosis and power supplies for the actuators, in addition of the actuators themselves.
La presente invención se enfrenta al problema de proporcionar nuevos dispositivos ortésicos u ortesis dinámicas para la evaluación, el diagnóstico y tratamiento de pacientes humanos con temblor patológico en extremidades o miembros superiores.The present invention faces the problem of provide new orthotic devices or dynamic braces for evaluation, diagnosis and treatment of human patients with pathological tremor in limbs or upper limbs.
La presente patente se refiere a un dispositivo ortésico dinámico de estructura rígida o elástica para la fijación de actuadores y sensores que posibilitan así la aplicación de diferentes estrategias de control para la supresión del temblor sobre tres articulaciones del miembro superior humano (el hombro, el codo y la muñeca). Opcionalmente, la estructura del dispositivo ortésico puede ser flexible (textiles o materiales elásticos) cuando se emplea como herramienta de objetivación, monitorización y/o diagnóstico del temblor, en cuyo caso no incluye los actuadores aunque si el resto de elementos. La aplicación de una fuerza externa (a través de un actuador externo) proporciona a la ortesis un efecto corrector. Secundariamente colabora en el mantenimiento de una correcta alineación de los diferentes segmentos implicados.The present patent refers to a device Dynamic orthotic with rigid or elastic structure for fixation of actuators and sensors that enable the application of different control strategies for tremor suppression over three joints of the human upper limb (the shoulder, elbow and wrist) Optionally, the structure of the device Orthotic can be flexible (textiles or elastic materials) when It is used as a tool for objectification, monitoring and / or tremor diagnosis, in which case it does not include the actuators although the rest of the elements. The application of a force external (through an external actuator) provides the brace a corrective effect Secondary collaborates in the maintenance of a correct alignment of the different segments involved
Esta ortesis está basada en la aplicación de esfuerzos internos, es decir, la fuerza se aplica entre segmentos consecutivos del miembro para suprimir el temblor de tres articulaciones. Los esfuerzos pueden ser resistivos, disipativos, inerciales o los resultantes de estrategias de control activas.This orthosis is based on the application of internal forces, that is, the force is applied between segments consecutive of the member to suppress the tremor of three joints Efforts can be resistive, dissipative, inertial or those resulting from active control strategies.
Este dispositivo también permite implementar diversas estrategias de control, tanto activas como pasivas, para la supresión del temblor en las articulaciones responsables de la flexo/extensión de la muñeca, flexo extensión del codo, además de la prono-supinación del antebrazo, de manera que se pueda aplicar estrategias de control independientes en cada una de estas articulaciones mediante, por ejemplo, la utilización del método protegido en la patente española P200302927 (método y dispositivo biomecánico de cancelación de temblor patológico) que protege una estrategia de control para la cancelación activa de temblor patológico. Este método podría ser programado en el controlador de la ortesis objeto de esta patente. Los sensores se emplearían para capturar el movimiento del usuario. Un algoritmo permitiría la determinación de la frecuencia principal del temblor. Esta información se emplearía para generar el movimiento en contrafase que cancela el temblor.This device also allows to implement various control strategies, both active and passive, to the suppression of tremor in the joints responsible for the flexo / wrist extension, flexo elbow extension, in addition to the prono-supination of the forearm, so that can apply independent control strategies in each of these joints through, for example, the use of method protected in Spanish patent P200302927 (method and pathological tremor cancellation biomechanical device) that protects a control strategy for active cancellation of pathological tremor This method could be programmed in the orthosis controller object of this patent. The sensors are they would use to capture the user's movement. An algorithm would allow the determination of the main frequency of the tremor. This information would be used to generate the movement in contraphase that cancels the tremor.
La utilización de este dispositivo ortésico dinámico se relaciona, por un lado, con una herramienta de objetivación, evaluación y diagnóstico de pacientes con temblores patológicos en condiciones normales o a los que se les aplique cualquier estrategia de supresión del temblor y, por otro lado, con una herramienta para el tratamiento de dichos pacientes con temblores. El temblor patológico al que se puede aplicar el objeto de la presente invención (tanto en su vertiente de objetivación, evaluación y diagnóstico, como en su vertiente de cancelación) es el temblor de reposo (característico de la enfermedad de Parkinson), el temblor postural (característico del temblor esencial) y el temblor cinético o intencional (de múltiple etiología).The use of this orthotic device dynamic is related, on the one hand, with a tool objectification, evaluation and diagnosis of patients with tremor pathological under normal conditions or to which they are applied any tremor suppression strategy and, on the other hand, with a tool for the treatment of such patients with tremors The pathological tremor to which the object can be applied of the present invention (both in its objectification aspect, evaluation and diagnosis, as in its cancellation aspect) is the resting tremor (characteristic of Parkinson's disease), the postural tremor (characteristic of the essential tremor) and the kinetic or intentional tremor (of multiple etiology).
Las principales ventajas de este dispositivo ortésico dinámico objeto de esta patente pueden ser resumidas como:The main advantages of this device Dynamic orthotic object of this patent can be summarized how:
- \bullet?
- Es un dispositivo portátil, no invasivo y ambulatorio (puede funcionar sin la necesidad de referencias externas),It is a portable device, not invasive and ambulatory (can work without the need for external references),
- \bullet?
- Se obtienen datos biomecánicos a partir de una multiplicidad de sensores cinemáticos y/o cinéticos relativos o absolutos,Biomechanical data are obtained at from a multiplicity of kinematic and / or kinetic sensors relative or absolute,
- \bullet?
- Ofrece información directa del par y/o potencia del temblor de cada articulación del miembro superior, lo que nos permite estimar la contribución de cada articulación sobre el movimiento total del temblor en toda la cadena cinemática del miembro superior,Offers direct information from torque and / or tremor power of each limb joint superior, which allows us to estimate the contribution of each articulation on the total tremor movement throughout the upper limb kinematic chain,
- \bullet?
- Ofrece información directa de la contribución de cada articulación sobre el movimiento tembloroso total, yOffers direct information from the contribution of each joint on the trembling movement total, and
- \bullet?
- No limita el rango y la libertad del movimiento del miembro superior.It does not limit rank and freedom of the upper limb movement.
El esquema de este grupo de ortesis pasivas sirve como módulo básico sobre el que se puede añadir nuevos componentes. La ortesis facilita la interfaz entre el sistema de supresión del temblor sin referencia externa y el miembro superior. Esta aproximación presenta las siguientes ventajas:The scheme of this group of passive orthoses it serves as a basic module on which new ones can be added components. The orthosis facilitates the interface between the system of tremor suppression without external reference and upper limb. This approach has the following advantages:
- --
- La ortesis facilita la interfaz con el miembro,The orthosis facilitates the interface with the member,
- --
- Proporciona alineación entre la articulación y la ortesis,It provides alignment between the joint and brace,
- --
- Proporciona una estructura rígida que permite la aplicación de par para cancelación del temblor, yIt provides a rigid structure that It allows the application of torque to cancel the tremor, Y
- --
- Los límites del rango de movimiento resultan en una seguridad adicional. The limits of range of motion result in safety additional.
Así, un objeto de la presente invención lo constituye un dispositivo ortésico dinámico útil para la monitorización, diagnóstico y supresión de temblor patológico en cualquiera de sus variantes del miembro superior humano, en adelante dispositivo ortesico u ortesis de la presente invención, constituida básicamente por los siguientes componentes (Figura 1):Thus, an object of the present invention is constitutes a dynamic orthotic device useful for monitoring, diagnosis and suppression of pathological tremor in any of its variants of the human upper limb, in hereinafter orthotic device or orthosis of the present invention, consisting basically of the following components (Figure one):
a) Un estructura ortésica con articulaciones (1) para la flexo-extensión del codo, prono-supinación del antebrazo y flexo-extensión de la muñeca que permite el acoplamiento de un conjunto de actuadores para la aplicación de esfuerzos (4) y sensores (2, 3), responsable de la interfaz entre los actuadores (4) de la ortesis y el miembro superior del paciente, compuesta por:a) An orthotic structure with joints (1) for elbow flexion extension, prone-supination of the forearm and flexo-extension of the wrist that allows the coupling of a set of actuators for the application of forces (4) and sensors (2, 3), responsible for the interface between the actuators (4) of the orthosis and the upper limb of the patient, consisting of:
- i.i.
- Una multiplicidad de sensores que permiten obtener la información cinemática del brazo humano,A multiplicity of sensors that allow obtaining information kinematics of the human arm,
- ii.ii.
- Una multiplicidad de sensores que permitan obtener la información cinética sobre la fuerza de interacción entre el brazo y la estructura descrita en a), yA multiplicity of sensors that allow obtaining the information kinetics about the interaction force between the arm and the structure described in a), and
- iii.iii.
- Una multiplicidad de actuadotes rotativos que permiten actuar sobre el órgano afectado;A multiplicity of rotary actuators that allow acting on the affected organ;
b) Un dispositivo electrónico programable responsable de la ejecución de diferentes estrategias de control para la supresión del temblor basado en las lecturas de los sensores descritos en los puntos a.i) y a.ii), de la generación de señales de control para el gobierno de los actuadores descritos en a.iii) y de la comunicación con un dispositivo externo (8).b) A programmable electronic device responsible for the execution of different control strategies for the suppression of tremor based on the readings of sensors described in points a.i) and a.ii), of the generation of control signals for the actuator government described in a.iii) and communication with an external device (8).
c) Modulo eléctrico de potencia (5) conectado al dispositivo electrónico descrito en b) y capaz de convertir la señal de comando proveniente de b) en una señal de potencia para el gobierno de los actuadores, yc) Electric power module (5) connected to the electronic device described in b) and capable of converting the command signal from b) on a power signal for the actuator government, and
d) Un dispositivo externo conectado al dispositivo electrónico descrito en b) capaz de proveer una interfaz para acceder a todas las funcionalidades de la plataforma ortésica que permita:d) An external device connected to the electronic device described in b) capable of providing a interface to access all platform functionalities orthotics that allow:
- i.i.
- El ajuste de lo parámetros de las estrategias de control,He adjustment of control strategy parameters,
- ii.ii.
- La definición de modo de operación de la ortesis,The definition of orthosis mode of operation,
- iii.iii.
- La presentación de las variables medidas por la ortesis,The presentation of the variables measured by the orthosis,
- iv.iv.
- El análisis del movimiento tembloroso,He shaking motion analysis,
- v.v.
- La presentación de diagnósticos,The presentation of diagnoses,
- vi.saw.
- Almacenamiento de los datos adquiridos por la ortesis,Storage of acquired data by orthosis,
- vii.vii.
- Generación de informes, yReport generation, and
- viii.viii
- la comunicación con la ortesis.the Communication with the brace.
Un objeto particular de la invención lo constituye el dispositivo ortésico de la invención en el que los sensores utilizados para medir las variables cinemáticas (posición, velocidad y aceleración angulares) de a.i) son sensores inerciales capaces de funcionar en un rango mínimo de frecuencias entre 0 y 30 Hz, y entre otros, a título ilustrativo y sin que limite el alcance de la invención, pertenecientes al siguiente grupo: goniómetros, giroscopios y acelerómetros y de fuerza. Se han descrito temblores hasta una frecuencia máxima de 17-20 Hz, por lo que el rango hasta 30 Hz es conservador y comprende todos los posibles temblores. En el ejemplo, se emplea un sensor que va más allá.A particular object of the invention is constitutes the orthotic device of the invention in which the sensors used to measure kinematic variables (position, angular velocity and acceleration) of a.i) are inertial sensors capable of operating in a minimum frequency range between 0 and 30 Hz, and among others, by way of illustration and without limiting the scope of the invention, belonging to the following group: goniometers, gyroscopes and accelerometers and force. Tremors have been described up to a maximum frequency of 17-20 Hz, so the range up to 30 Hz is conservative and includes all possible tremors In the example, a sensor that goes beyond is used.
Otro objeto particular de la invención lo constituye el dispositivo ortésico de la invención en el que los sensores utilizados para medir las variables cinéticas descritos en a.ii) son sensores de fuerza capaces de funcionar en un rango mínimo de frecuencias entre 0 y 30 Hz, y entre otros, a título ilustrativo y sin que limite el alcance de la invención, pertenecientes al siguiente grupo: conjunto de galgas extensométricas montadas en la configuración de Puente de Wheatstone.Another particular object of the invention is constitutes the orthotic device of the invention in which the sensors used to measure the kinetic variables described in a.ii) are force sensors capable of operating in a range minimum frequencies between 0 and 30 Hz, and among others, by title illustrative and without limiting the scope of the invention, belonging to the following group: gauge set extensometers mounted on the Bridge configuration Wheatstone
Otro objeto particular de la invención lo constituye el dispositivo ortésico de la invención en el que los actuadores rotativos de a.iii) son motores para producir la acción canceladora del temblor, y entre otros, a título ilustrativo y sin que limite el alcance de la invención, pertenecientes al siguiente grupo: motores ultrasónicos y un conjunto de motor de corriente continua y reductor. Como una realización concreta de la invención se ha utilizado un motor DC plano como ejemplo de motor de corriente continua y reductor.Another particular object of the invention is constitutes the orthotic device of the invention in which the rotary actuators of a.iii) are engines to produce the action canceling of the tremor, and among others, by way of illustration and without that limits the scope of the invention, belonging to the following group: ultrasonic motors and a current motor assembly continuous and reducing. As a concrete embodiment of the invention a flat DC motor has been used as an example of a motor direct current and reducer.
Otro objeto particular de la invención lo
constituye el dispositivo ortésico de la invención en el que el
dispositivo electrónico programable de b) es capaz de adquirir
señales de los sensores, procesarlas, analizarlas y generar una
señal de control de los actuadores y de implementar estrategias de
seguimiento e identificación del temblor basadas en un algoritmo en
el dominio de la frecuencia o del tiempo, entre otros, a título
ilustrativo y sin que limite el alcance de la invención,
pertenecientes al siguiente grupo: estándar
IEEE-1057, Filtro de Kalman y el Filtro de
Benedict-Bordner (J. M. Belda-Lois,
J. Sanchez-Lacuesta, M. J.
Vivas-Broseta, E. Rocon, L. Bueno, J.L. Pons, Tremor
movement analysis techniques: an approach towards ambulatory
systems, Asistive Technology - Shaping the future, pp.
827-831,
2003).Another particular object of the invention is the orthotic device of the invention in which the programmable electronic device of b) is capable of acquiring signals from the sensors, processing them, analyzing them and generating a control signal from the actuators and implementing strategies for tremor monitoring and identification based on an algorithm in the frequency or time domain, among others, by way of illustration and without limiting the scope of the invention, belonging to the following group: IEEE-1057 standard, Kalman filter and the Benedict-Bordner filter (JM Belda-Lois, J. Sanchez-Lacuesta, MJ Vivas-Broseta, E. Rocon, L. Bueno, JL Pons, Tremor movement analysis techniques: an approach towards ambulatory systems, Asistive Technology - Shaping the future , pp. 827-831,
2003).
Una realización particular del dispositivo ortésico de la invención es aquel en el que el dispositivo electrónico programable de b) pertenece al siguiente grupo: un microcontrolador, un microprocesador, un DSP o un ordenador ejecutando algún sistema operativo de tiempo real.A particular embodiment of the device The orthotic of the invention is one in which the device b) programmable electronic belongs to the following group: a microcontroller, microprocessor, DSP or computer running some real time operating system.
El dispositivo ortésico de la presente invención puede acoplarse o adaptarse por un experto en la materia a otras realizaciones existentes del mercado, como por ejemplo puede utilizarse el método protegido por la patente española P200301767 como el algoritmo de cancelación del temblor ejecutado por el dispositivo electrónico programable descrito en el punto 1.b).The orthotic device of the present invention can be coupled or adapted by one skilled in the art to others existing market realizations, such as for example the method protected by the Spanish patent P200301767 be used as the tremor cancellation algorithm executed by the programmable electronic device described in point 1.b).
Otro objeto particular de la invención lo constituye el dispositivo ortésico de la invención en el que el dispositivo externo de d) es capaz de comunicarse con el dispositivo electrónico programable de b) funcionando como una herramienta de configuración capaz de:Another particular object of the invention is constitutes the orthotic device of the invention in which the d) external device is able to communicate with the b) programmable electronic device functioning as a configuration tool capable of:
a) ajustar los parámetros de las estrategias de control ejecutadas por el dispositivo electrónico de b), ya) adjust the parameters of the strategies of control executed by the electronic device of b), and
b) definir el modo de operación de la ortesis.b) define the mode of operation of the orthosis
Otro objeto particular de la invención lo constituye el dispositivo ortésico de la invención en el que el dispositivo externo de d) funciona como una herramienta de interfaz entre el dispositivo ortésico y el observador capaz de:Another particular object of the invention is constitutes the orthotic device of the invention in which the d) external device works as an interface tool between the orthotic device and the observer capable of:
a) presentar las variables medidas por la ortesis,a) present the variables measured by the orthosis,
b) analizar el movimiento tembloroso,b) analyze the trembling movement,
c) presentar diagnósticos basados en los valores medidos,c) present diagnoses based on the values measured,
d) almacenar los datos adquiridos por la ortesis, yd) store the data acquired by the orthosis, and
e) generar informes sobre los experimentos realizados.e) generate reports on the experiments made.
Otro objeto particular de la invención lo constituye el dispositivo ortésico de la invención en el que el dispositivo externo d) puede operar en ambos modos, es decir, como una herramienta de configuración y de interfaz. Otra realización particular del dispositivo ortésico de la invención es aquel en el que el dispositivo externo d) pertenece al siguiente grupo: un ordenador, una PDA y un Pocket PC.Another particular object of the invention is constitutes the orthotic device of the invention in which the external device d) can operate in both modes, that is, as a configuration and interface tool. Another realization particular of the orthotic device of the invention is that in the that the external device d) belongs to the following group: a computer, a PDA and a Pocket PC.
Otro objeto particular de la invención lo constituye el dispositivo ortésico de la invención en el que la comunicación entre el dispositivo electrónico programable de b) y el dispositivo externo de d) se realiza, entre otros medios, a título ilustrativo y sin que limite el alcance de la invención, pertenecientes al siguiente grupo: a través cables utilizando protocolos de comunicación TCP/IP o seriales, de manera inalámbrica utilizando la tecnología Bluetooth, la tecnología Homero, la tecnología Wifi y la tecnología de infrarrojos IrDA.Another particular object of the invention is constitutes the orthotic device of the invention in which the communication between the programmable electronic device of b) and the external device of d) is performed, among other means, to illustrative title and without limiting the scope of the invention, belonging to the following group: through cables using TCP / IP or serial communication protocols, wirelessly using Bluetooth technology, Homer technology, the Wifi technology and IrDA infrared technology.
Otro objeto particular de la presente invención es el dispositivo ortésico dinámico de la invención en que la estructura del mismo no es rígida sino que es flexible (textiles o materiales elásticos). Esta alternativa del dispositivo se emplearía como herramienta para la objetivación, monitorización y/o diagnóstico del temblor, en cuyo caso además no incluye los actuadores aunque si el resto de elementos.Another particular object of the present invention it is the dynamic orthotic device of the invention in which the Its structure is not rigid but is flexible (textiles or elastic materials). This device alternative is would use as a tool for objectification, monitoring and / or tremor diagnosis, in which case it also does not include actuators although the rest of the elements.
Por otro lado, la plataforma objeto de esta patente posee tres modos operativos prácticos distintos:On the other hand, the platform object of this Patent has three different practical operating modes:
1.- Monitorización - la plataforma actúa como un sistema de medida y caracterización del temblor tanto cualitativa como cuantitativamente. De esta manera no ofrece ningún tipo de oposición al movimiento del paciente, sea este movimiento voluntario o tembloroso. En este modo de operación la plataforma trabaja en tiempo real, permitiendo leer, procesar los datos y registrar el temblor para diferentes tareas específicas a realizar por el paciente. De esa manera se comporta como una herramienta de adquisición y análisis de señales de temblor y puede ser usado como una ayuda para el diagnóstico médico (el tipo y grado de temblor que padece un paciente) y para observar el progreso de un tratamiento.1.- Monitoring - the platform acts as a system of measurement and characterization of both qualitative tremor as quantitatively. This way it doesn't offer any kind of opposition to the patient's movement, be this movement voluntary or shaky. In this mode of operation the platform works in real time, allowing to read, process the data and record the tremor for different specific tasks to perform by the patient That way it behaves like a tool for acquisition and analysis of tremor signals and can be used as an aid for medical diagnosis (the type and degree of tremor that a patient suffers) and to observe the progress of a treatment.
2.- Intervención Pasiva - la plataforma actúa como un dispositivo capaz de amortiguar mecánicamente los efectos causados por el temblor, aplicando fuerzas sobre el miembro superior para compensar las vibraciones originadas por el temblor y estabilizar el movimiento voluntario del usuario. Es importante resaltar que en este modo la plataforma permite la evaluación del funcionamiento de la estrategia de control a través de la lectura de las señales de los sensores. De esa manera se puede apreciar la reducción, o no, de los efectos del temblor sobre el miembro superior.2.- Passive Intervention - the platform acts as a device capable of mechanically damping the effects caused by the tremor, applying forces on the limb superior to compensate for vibrations caused by tremor and stabilize the user's voluntary movement. It is important highlight that in this mode the platform allows the evaluation of the operation of the control strategy through the reading of The signals of the sensors. That way you can appreciate the reduction, or not, of the effects of tremor on the limb higher.
3.- Intervención Activa - la plataforma suprime el temblor como un sistema dinámico, generando señales disipativas proporcionales a la intensidad del temblor. Como en el modo Intervención Pasiva, en este modo la plataforma también permite la evaluación del funcionamiento de la estrategia de control a través de la lectura de las señales de los sensores, permitiendo así que se aprecie la reducción, o no, de los efectos del temblor sobre el miembro superior. Este tipo de intervención está basada en el método descrito en la patente P200301767.3.- Active Intervention - the platform suppresses the tremor as a dynamic system, generating dissipative signals proportional to the intensity of the tremor. As in mode Passive Intervention, in this mode the platform also allows the evaluation of the operation of the control strategy through of reading the sensor signals, thus allowing appreciate the reduction, or not, of the effects of tremor on the superior member. This type of intervention is based on the method described in patent P200301767.
Así, otro objeto de la presente invención lo constituye la utilización del dispositivo ortésico de la presente invención, en adelante utilización del dispositivo ortésico, en la monitorización y diagnóstico de enfermos humanos con temblores patológicos en condiciones normales o a los que se les aplique cualquier estrategia de supresión del temblor y, además, en el tratamiento de enfermos humanos con temblores. El temblor patológico al que se puede aplicar el objeto de la presente invención (tanto en su vertiente de objetivación, evaluación y diagnóstico, como en su vertiente de cancelación-tratamiento) pertenece, entre otros, a titulo ilustrativo y sin que limite el alcance de la presente invención, al siguiente grupo: el temblor de reposo (característico de la enfermedad de Parkinson), el temblor postural (característico del temblor esencial) y el temblor cinético o intencional (de múltiple etiología).Thus, another object of the present invention is constitutes the use of the orthotic device of the present invention, hereinafter use of the orthotic device, in the monitoring and diagnosis of human patients with tremors pathological under normal conditions or to which they are applied any tremor suppression strategy and also in the Treatment of human patients with tremors. The earthquake pathological to which the object of the present can be applied invention (both in terms of objectification, evaluation and diagnosis, as in its aspect of cancellation-treatment) belongs, among others, to illustrative title and without limiting the scope of this invention, to the following group: resting tremor (characteristic of Parkinson's disease), postural tremor (characteristic of the essential tremor) and the kinetic or intentional tremor (of multiple etiology).
Figura 1.- La figura representa esquemáticamente la arquitectura del dispositivo ortésico propuesto. El bloque 1 representa la estructura rígida con articulaciones para el codo, prono-supinación del antebrazo y flexo-extensión. Los bloques 2 y 3, respectivamente, representan los sensores cinemáticos y cinéticos acoplados a ésta estructura rígida. El bloque 4 representa los actuadores rotativos acoplados a la estructura rígida que permiten actuar sobre el órgano afectado. El bloque 5 representa un módulo eléctrico de potencia conectado al dispositivo electrónico programable caracterizado por convertir la señal de comando en una señal de potencia para el gobierno de los actuadores. El bloque 6 representa un dispositivo electrónico programable caracterizado por ejecutar diferentes estrategias de control para la supresión del temblor y capaz de generar señales de control para el gobierno de actuadores y de comunicarse con un dispositivo externo. El bloque 7 representa un dispositivo externo conectado al dispositivo electrónico capaz de proveer una interfaz para acceder a todas las funcionalidades de la plataforma ortésica y presentar los datos de una forma apropiada a los clínicos. El bloque 8 representa la comunicación entre el bloque 6 y el bloque 7 que puede ser implementada tanto de manera inalámbrica (Bluetooth, Homero, Wifi or IrDA) como a través de cables (TCP/IP, serial cable).Figure 1.- The figure schematically represents the architecture of the proposed orthotic device . Block 1 represents the rigid structure with joints for the elbow, prono-supination of the forearm and flexo-extension. Blocks 2 and 3, respectively, represent the kinematic and kinetic sensors coupled to this rigid structure. Block 4 represents the rotary actuators coupled to the rigid structure that allow acting on the affected organ. Block 5 represents an electric power module connected to the programmable electronic device characterized by converting the command signal into a power signal for actuator control. Block 6 represents a programmable electronic device characterized by executing different control strategies for tremor suppression and capable of generating control signals for actuator governance and communicating with an external device. Block 7 represents an external device connected to the electronic device capable of providing an interface to access all the functionalities of the orthotic platform and present the data in an appropriate way to clinicians. Block 8 represents the communication between block 6 and block 7 that can be implemented both wirelessly (Bluetooth, Homer, Wifi or IrDA) and through cables (TCP / IP, serial cable).
Figura 2.- Ortesis para cancelación del temblor a nivel del codo. La figura ilustra esquemáticamente la estructura rígida para la articulación del codo. Acoplados a ésta estructura rígida están un conjunto de sensores cinemáticos y cinéticos además de un actuador rotativo que permiten actuar sobre la articulación del codo.Figure 2.- Orthosis for cancellation of tremor at the elbow level . The figure schematically illustrates the rigid structure for the elbow joint. Coupled to this rigid structure are a set of kinematic and kinetic sensors in addition to a rotary actuator that allow acting on the elbow joint.
Como una realización particular de la presente invención se describe una ortesis para la cancelación del temblor a nivel del codo. La ortésis está formada por una estructura rígida articulada que permite soportar un conjunto de sensores y actuadores para implementar las estrategias de control para la cancelación del temblor (Figura 2).As a particular embodiment of the present invention describes an orthosis for cancellation of tremor to elbow level. The orthotic is formed by a rigid structure articulated that allows to support a set of sensors and actuators to implement control strategies for tremor cancellation (Figure 2).
En este ejemplo se emplean como sensores cinemáticos dos giroscopios situados sobre la estructura rígida a ambos lados de cada articulación y que ofrecen información sobre la velocidad angular absoluta de los segmentos (brazo y antebrazo) en el plano de movimiento de la articulación. El rango frecuencial de medida está comprendido entre 0 y 50 Hz, cubriendo así todo el rango frecuencial de los posibles temblores.In this example they are used as sensors Kinematic two gyros located on the rigid structure a both sides of each joint and that offer information on the absolute angular velocity of the segments (arm and forearm) in the plane of movement of the joint. The frequency range of measurement is between 0 and 50 Hz, thus covering all the frequency range of possible tremors.
Los sensores cinéticos empleados en este ejemplo para la medición de la fuerza de interacción entre la ortesis y el miembro son galgas extensométricas. Las galgas son responsables de la medida del par de cancelación aplicado por los motores sobre la estructura de la plataforma ortésica, por lo tanto, están montadas sobre la estructura de manera que miden solamente la fuerza perpendicular al eje del motor, de esta forma sus medidas no son influenciadas por fuerzas originadas en direcciones indeseadas. Las galgas extensiométricas están conectadas en un circuito de Puente de Wheatstone en una combinación de cuatro galgas activas (puente completo).The kinetic sensors used in this example for measuring the interaction force between the orthosis and the member are strain gauges. The gauges are responsible for the measure of the cancellation torque applied by the motors on the orthotic platform structure, therefore, are mounted on the structure so that they measure only the force perpendicular to the motor shaft, so its measurements are not influenced by forces originating in unwanted directions. The strain gauges are connected in a bridge circuit Wheatstone in a combination of four active gauges (bridge full).
Como actuador se utiliza un conjunto motor DC plano y reductor para generar el par de cancelación del temblor en la articulación de interés. El par total que puede ser generado por el conjunto motoreductor es de 8 N.m pero está limitado a través de la energía entregada por el modulo de potencia al motor a 3 N.m, suficiente para contrarrestar el par medio del temblor a este nivel sin la posibilidad de causar daños al usuario.As an actuator a DC motor assembly is used plane and reducer to generate the earthquake cancellation torque in The articulation of interest. The total torque that can be generated by the gearmotor assembly is 8 N.m but is limited through the energy delivered by the power module to the engine at 3 N.m, enough to counteract the average torque of the tremor at this level without the possibility of causing damage to the user.
Todos los algoritmos utilizados para la cancelación del temblor fueron implementados utilizando los entornos de programación Matlab y RealTime Workshop. Los algoritmos son ejecutados por un ordenador personal sobre el Kernell de tiempo real xPCTarget. Este ordenador incorpora tarjetas de adquisición de la suficiente velocidad de captura y resolución, en este caso 200 Khz. y 12 bits respectivamente, además de una tarjeta de red con puerto de comunicación TCP/IP.All the algorithms used for the tremor cancellation were implemented using the Matlab and RealTime Workshop programming environments. Algorithms they are executed by a personal computer on the Kernell of time real xPCTarget. This computer incorporates acquisition cards for sufficient capture speed and resolution, in this case 200 Khz and 12 bits respectively, in addition to a network card with TCP / IP communication port.
Se implementa una estrategia de identificación y seguimiento del temblor de acuerdo con el método descrito en la patente española P200301767. La frecuencia de muestreo seleccionada para el lazo de identificación es de 1 KHz. Toda vez que la estrategia seleccionada otorga la estimación con un retardo de una única muestra, el retardo de la estimación se reduce a 1 ms, despreciable en comparación con la frecuencia intrínseca del temblor que está comprendida entre 2 y 12 Hz.An identification strategy is implemented and tremor monitoring according to the method described in the Spanish patent P200301767. The selected sample rate for the identification loop it is 1 KHz. Every time the selected strategy grants the estimate with a delay of one single sample, the estimate delay is reduced to 1 ms, negligible compared to the intrinsic frequency of the tremor that is between 2 and 12 Hz.
Además, se implementa un modelo dinámico del miembro superior capaz de estimar en tiempo real los valores de par y potencia del temblor en cada articulación. Con este modelo es posible evaluar la contribución de cada articulación del brazo sobre el temblor en la extremidad del brazo. El método para la obtención de la cinemática del brazo es el método de las matrices de transformación homogénea (Fu, K. S.; Gonzalez, R. C.; Lee, C. S. G; Robotics: control, sensing, vision, and intelligence. McGraw-Hill, Inc. New York, NY, USA, 1997). El modelo desarrollado está basado en la parametrización Denavit- Hartenberg. Para modelar la dinámica del brazo humano fue utilizada una combinación entre el modelo cinemático, desarrollado mediante la técnica de matrices de transformación y parámetros antoprométricos humanos extraídos de las tablas de Leva (P. de Leva, Adjustments to Zatsioorsky-Seluyanov's segment inertia parameters, Journal of Biomechanics, 29, 9, pp. 1223-1230, 1996). Los parámetros relacionados a la dinámica del miembro (centro de masa, masa del miembro, matriz de inercia) han sido obtenidos a través de las correcciones de Leva a las tablas biomecánicas de Zatsiorsky and Selyyanoy (V.M. Zatsiorsky and V.N. Seluyanov and L.G. Chugunova, Methods of determining mass-inertial characteristics of human body segments, en Contemporary problems of biomechanics, CRC Press, pp. 272-291, 1990). Para la implementación del modelo desarrollado se ha utilizado el algoritmo recursivo de Newton de manera que se permite la implementación de los algoritmos de estimación de una forma modular.In addition, a dynamic model of the upper limb capable of estimating torque values in real time and tremor power in each joint. With this model it is possible to evaluate the contribution of each arm joint about the tremor in the limb of the arm. The method for obtaining arm kinematics is the method of the matrices of homogeneous transformation (Fu, K. S .; Gonzalez, R. C .; Lee, C. S. G; Robotics: control, sensing, vision, and intelligence. McGraw-Hill, Inc. New York, NY, USA, 1997). He developed model is based on the Denavit- parameterization Hartenberg To model the dynamics of the human arm was used a combination between the kinematic model, developed by the technique of transformation matrices and parameters human antoprométricos extracted from the tables of Cam (P. de Cam, Adjustments to Zatsioorsky-Seluyanov's segment inertia parameters, Journal of Biomechanics, 29, 9, pp. 1223-1230, 1996). The parameters related to the member dynamics (center of mass, member mass, matrix of inertia) have been obtained through the corrections of Cam to the biomechanical tables of Zatsiorsky and Selyyanoy (V.M. Zatsiorsky and V.N. Seluyanov and L.G. Chugunova, Methods of determining mass-inertial characteristics of human body segments, in Contemporary problems of biomechanics, CRC Press, pp. 272-291, 1990). For the implementation of developed model the recursive algorithm of Newton so that the implementation of the algorithms is allowed of estimation in a modular way.
Como dispositivo externo responsable por la implementación de la interfaz con el usuario se utiliza un ordenador personal. La interfaz con el usuario está programada en el lenguaje de programación orientado a objetos Visual C++. La comunicación entre el ordenador de control y el ordenador de interfaz es realizada a través de cables utilizando el protocolo de comunicación TCP/IP.As an external device responsible for the user interface implementation is used a personal computer. The user interface is programmed in the object-oriented programming language Visual C ++. The communication between the control computer and the computer interface is made through cables using the protocol TCP / IP communication
Claims (25)
- i.-i.-
- Una multiplicidad de sensores de las señales eléctricas correspondientes a movimientos temblorosos que permiten obtener la información cinemática del brazo humano,A multiplicity of sensors of electrical signals corresponding to trembling movements that allow obtaining the kinematic information of the human arm,
- ii.-ii.-
- Una multiplicidad de sensores de las señales eléctricas correspondientes a movimientos temblorosos que permiten obtener la información cinética sobre la fuerza de interacción entre el brazo y la estructura descrita en punto a), yA multiplicity of sensors of electrical signals corresponding to trembling movements that allow obtaining the kinetic information about the interaction force between the arm and the structure described in point a), and
- iii.iii.
- Una multiplicidad de actuadores rotativos que permiten actuar sobre el órgano afectado;A multiplicity of rotary actuators that allow to act on the affected organ;
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US9802041B2 (en) | 2014-06-02 | 2017-10-31 | Cala Health, Inc. | Systems for peripheral nerve stimulation to treat tremor |
US10173060B2 (en) | 2014-06-02 | 2019-01-08 | Cala Health, Inc. | Methods for peripheral nerve stimulation |
US10179238B2 (en) | 2014-06-02 | 2019-01-15 | Cala Health, Inc. | Systems for peripheral nerve stimulation |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
WO2006064074A1 (en) | 2006-06-22 |
ES2272137A1 (en) | 2007-04-16 |
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