ES2309455T3 - Dispositivo, procedimiento y programa de ordenador para determinar el nivel de actividad fisica de un ser humano. - Google Patents
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- A61B5/4866—Evaluating metabolism
Abstract
Un dispositivo para determinar el nivel de actividad física de un ser humano, comprendiendo el dispositivo: un sensor de movimiento (114) fijado a una extremidad superior del ser humano para medir los movimientos de la extremidad superior, y una unidad de procesamiento (100) conectada al sensor de movimiento (114) para el filtrado de los movimientos de la extremidad superior tal que los movimientos de la extremidad superior que siguen a cada movimiento de la extremidad superior aceptado y medido durante un periodo de umbral predeterminado se rechazan como movimiento de la extremidad superior durante un período de evaluación, para formar el número de movimientos de la extremidad superior durante el periodo de evaluación a partir de los movimientos de la extremidad superior filtrados durante el periodo de evaluación, y para determinar el nivel de actividad física sobre la base del número de movimientos de la extremidad superior durante el periodo de evaluación formado a partir de los movimientos de la extremidad superior filtrados durante el periodo de evaluación, caracterizado porque la unidad de procesamiento (100) reconoce adicionalmente los movimientos de la extremidad superior filtrados como una actividad rítmica si un número de intervalos entre movimientos filtrados consecutivos de acuerdo con un valor de umbral de número predeterminado son iguales con la precisión de un valor de umbral de variación predeterminado y usa la acción rítmica reconocida para determinar el nivel de actividad física.
Description
Dispositivo, procedimiento y programa de
ordenador para determinar el nivel de actividad física de un ser
humano.
La invención se refiere a un dispositivo para
determinar el nivel de actividad física de un ser humano, un método
de determinación del nivel de actividad física de un ser humano y un
medio de distribución de programas de ordenador que se puede leer
mediante un aparato de procesamiento de datos y que codifica los
comandos de un programa de ordenador para permitir la ejecución de
un proceso de ordenador que determina el nivel de actividad física
de un ser humano.
Existen varias formas para determinar el nivel
de actividad física de un ser humano, por ejemplo los métodos
basados en el uso del contenido en agua de ciertos isótopos
(conocido como "agua doblemente etiquetada"), en la
calorimetría y en el control del consumo de oxígeno, del ritmo del
corazón y de la temperatura corporal. Los tres primeros métodos
mencionados son caros y/o difíciles y por tanto no adecuados para el
uso por los consumidores. El método basado en la vigilancia del
ritmo del corazón puede ser impreciso en niveles de actividad muy
bajos o altos. El método basado en la vigilancia de la temperatura
corporal requiere condiciones estrictamente controladas.
Los dispositivos de medida que se llevan en la
muñeca provistos con un sensor de aceleración son más adecuados
para su uso por los consumidores. El sensor de aceleración mide el
número de movimientos de la mano como una función del tiempo, a
partir de lo que se determina el nivel actual de actividad. Debido a
la forma de la medición, este método es sensible para reconocer los
movimientos de la mano pero insensible para reconocer el efecto de
las extremidades inferiores en el consumo de energía.
Dado que la mayoría de la gente invierte una
gran parte de su tiempo de trabajo y de ocio sentado, tiene ventajas
fijar la dirección de medición sobre la muñeca y ajustar la
sensibilidad para el reconocimiento de movimientos de forma que el
dispositivo de medición sea suficientemente sensible para reconocer
y distinguir muy bajos niveles de actividad.
El trabajo y el ocio incluyen también
actividades que involucran movimiento, el modo más común es andar,
en el que el nivel de consumo de energía es considerablemente mayor
que en actividades realizadas sentados o de pie. Así el dispositivo
de medición ha de dimensionarse para tener en cuenta el consumo de
energía adicional que resulta del trabajo de las extremidades
inferiores en altos niveles de actividad.
Se crea un problema por el hecho de que tras la
implementación de los puntos anteriores, el dispositivo de medición
sobreestima el consumo de energía en el caso de actividades con
actividad en las extremidades superiores pero que involucran sólo
una pequeña cantidad de movimiento. Ejemplos de tales actividades
incluyen la limpieza, la carga de un lavavajillas, el empaquetado,
el lavado del coche y una variedad de trabajos de jardín.
Un artículo de Daniel P. Redmond:
"Observations on the design and specification of a
wrist-worn human activity monitoring system",
publicado en Behavior Research Methods, Instruments, Computers 1985,
17 (6), páginas 659-669, describe una señal del
movimiento de la muñeca y su filtrado.
El objeto de la invención es proporcionar un
dispositivo mejorado para determinar el nivel de actividad física
de un ser humano, un método mejorado de determinación del nivel de
actividad física de un ser humano y un programa de ordenador
mejorado para determinar el nivel de actividad física de un ser
humano.
Un aspecto de la invención proporciona un
dispositivo para determinar el nivel de actividad física de un ser
humano, el dispositivo comprende un sensor de movimiento fijado a
una extremidad superior del ser humano para la medición de los
movimientos de la extremidad superior, y una unidad de proceso
conectada al sensor de movimiento para filtrar los movimientos de
la extremidad superior que siguen a otro anterior con más frecuencia
que en un período de umbral predeterminado a partir de los
movimientos de la extremidad superior durante un período de
evaluación, para formar el número de movimientos de la extremidad
superior durante el período de evaluación a partir de los
movimientos de la extremidad superior filtrados durante el periodo
de evaluación, y para determinar el nivel de actividad física sobre
la base del número de movimientos de la extremidad superior durante
el periodo de evaluación formado a partir de los movimientos de la
extremidad superior filtrados durante el periodo de evaluación. La
unidad de proceso reconoce además los movimientos de la extremidad
superior filtrados como una actividad rítmica si un número de
intervalos entre movimientos filtrados consecutivos de acuerdo con
un valor de umbral de número predeterminado son iguales con la
precisión de un valor de umbral de variación predeterminado y usa
la acción rítmica reconocida en la determinación del nivel de
actividad física.
Un aspecto de la invención proporciona un método
para determinar el nivel de actividad física de un ser humano, el
método comprende: la medición de los movimientos de la extremidad
superior del ser humano, el filtrado de los movimientos de la
extremidad superior que siguen a otro anterior con más frecuencia
que en un período de umbral predeterminado a partir de los
movimientos de la extremidad superior durante un período de
evaluación; la formación del número de movimientos de la extremidad
superior durante el período de evaluación a partir de los
movimientos de la extremidad superior filtrados durante el periodo
de evaluación; y la determinación del nivel de actividad física
sobre la base del número de movimientos de la extremidad superior
durante el periodo de evaluación formado a partir de los
movimientos de la extremidad superior filtrados durante el periodo
de evaluación. El método comprende adicionalmente: el reconocimiento
de los movimientos de la extremidad superior filtrados como una
actividad rítmica si un número de intervalos entre movimientos
filtrados consecutivos de acuerdo con un valor de umbral de número
predeterminado son iguales con la precisión de un valor de umbral
de variación predeterminado y usa la acción rítmica reconocida en la
determinación del nivel de actividad física.
Un aspecto de la invención proporciona un medio
de distribución de un programa de ordenador, que puede leerse
mediante un aparato de procesamiento de datos y codifica los
comandos de un programa de ordenador, que, cuando se ejecuta sobre
el aparato de procesamiento de datos, realiza un proceso de
ordenador que determina el nivel de actividad física, comprendiendo
el proceso: la recepción de las medidas de los movimientos de la
extremidad superior del ser humano, el filtrado de los movimientos
de la extremidad superior que siguen a otro anterior con más
frecuencia que en un período de umbral predeterminado a partir de
los movimientos de la extremidad superior durante un período de
evaluación; la formación del número de movimientos de la extremidad
superior durante el período de evaluación a partir de los
movimientos de la extremidad superior filtrados durante el periodo
de evaluación; y la determinación del nivel de actividad física
sobre la base del número de movimientos de la extremidad superior
durante el periodo de evaluación formado a partir de los movimientos
de la extremidad superior filtrados durante el periodo de
evaluación. El método comprende adicionalmente: el reconocimiento
de los movimientos de la extremidad superior filtrados como una
actividad rítmica si un número de intervalos entre movimientos
filtrados consecutivos de acuerdo con un valor de umbral de número
predeterminado son iguales con la precisión de un valor de umbral
de variación predeterminado y usa la acción rítmica reconocida en la
determinación del nivel de actividad física.
La invención proporciona varias ventajas. La
medición en una dimensión del movimiento es suficiente para medir
el consumo diario de energía o la actividad física dado que el
procesamiento de acuerdo con la invención minimiza la influencia de
la dirección de medida del sensor. El sensor puede montarse en
varias direcciones, lo que proporciona ventajas mecánicas,
anatómicas o estéticas de acuerdo con una solución deseada. La
determinación del nivel de actividad física de acuerdo con la
invención puede ofrecerse con una muy buena capacidad de resolución
en el caso de las actividades en las que la gente invierte la mayor
parte de su tiempo, manteniendo aún la capacidad para distinguir
actividades que involucran movimiento de las actividades que no
involucran movimiento.
La invención se describirá ahora en mayor
detalle por medio de las realizaciones preferidas, con referencia a
los dibujos que las acompañan, en los que
la Figura 1A es un diagrama de bloques
simplificado que ilustra un dispositivo para determinar el nivel de
actividad física de un ser humano;
la Figura 1B es un diagrama de bloques
simplificado que ilustra cómo se monta el dispositivo en un aparato
de medida;
la Figura 2 ilustra un ejemplo de la apariencia
del aparato de medida;
la Figura 3 ilustra la evaluación del nivel de
actividad física en caso de estar sentado;
la Figura 4 ilustra la evaluación del nivel de
actividad física en el caso de estar andando;
la Figura 5 ilustra el uso del dispositivo en
diferentes direcciones de medida de los movimientos de una
extremidad superior;
la Figura 6 es un gráfico de flujo que ilustra
un método de determinación del nivel de actividad física del ser
humano;
la Figura 7 es un gráfico de flujo que ilustra
realizaciones del método; y
las Figuras 8, 9, 10, 11, 12 y 13 ilustran las
pruebas llevadas a cabo por el aspirante.
La Figura 1A ilustra un dispositivo para
determinar el nivel de actividad física de un ser humano. El
dispositivo comprende un sensor de movimiento 114 para fijarse a
una extremidad superior del ser humano y medir los movimientos de
la extremidad superior. Adicionalmente, el dispositivo comprende una
unidad de procesamiento 100 conectada al sensor de movimiento 114
para procesar los movimientos de la extremidad superior medidos.
La unidad de procesamiento 100 comprende los
bloques de procesamiento 116, 118, 120, 122 y 124 para el
procesamiento de las señales recibidas desde el sensor de
movimiento. El bloque de procesamiento 116 recibe los movimientos
medidos por el sensor de movimiento 114. El bloque de procesamiento
124 vigila y controla el funcionamiento de los otros bloques de
procesamiento 116, 118, 120 y 122 y proporciona una interfase a
través de la que un bloque externo al dispositivo recibe
información sobre determinado nivel de actividad física. En la
realización de la Figura 1A, el dispositivo comprende una interfaz
de usuario 102 que se conecta a la interfaz y a través de la que el
usuario puede enviar la información relacionada con la evaluación.
La interfaz puede implementarse también en otra forma, por ejemplo
mediante el uso de un archivo, una memoria extraíble, una conexión
de transmisión de datos inalámbrica o fija u otra forma de técnicas
anteriores para la transmisión de información entre dos bloques de
un dispositivo electrónico.
El bloque de procesamiento 118 de la unidad de
procesamiento 100 filtra los movimientos de la extremidad superior
que siguen a otro anterior con más frecuencia que un periodo de
umbral predeterminado a partir de los movimientos de la extremidad
superior durante un periodo de evaluación. En una realización, esto
se implementa de forma que la unidad de procesamiento 100 rechaza
los movimientos que siguen a cada movimiento de la extremidad
superior aceptado que se mida durante el período de umbral
predeterminado. Entonces el bloque de procesamiento 120 de la
unidad de procesamiento 100 forma el número de movimientos de la
extremidad superior durante el periodo de evaluación a partir de
los movimientos filtrados de la extremidad superior. Finalmente, el
bloque de procesamiento 120 de la unidad de procesamiento 100
determina el nivel de actividad física sobre la base del número de
movimientos de la extremidad superior durante el periodo de
evaluación formados a partir de los movimientos de la extremidad
superior filtrados durante el periodo de evaluación.
El dispositivo descrito en la Figura 1B es parte
de un aparato de medición portátil. Un aparato de medición que mide
el consumo de energía durante el ejercicio se describe en las
solicitudes de patente de los solicitantes FI 20030647 y US
10/637.808, que se incorporan en este documento como referencia. La
Figura 3 ilustra el uso de un aparato de medición 206 en la
determinación del nivel de actividad física en el caso de estar
sentado. La persona 300 sujeta a la evaluación se sienta en un
pupitre y usa un ordenador. El aparato de medida 206 fijado a la
extremidad superior 302 de la persona, a la muñeca en nuestro
ejemplo, se usa para medir y analizar los movimientos de la
extremidad superior en la forma descrita anteriormente. En la Figura
4, la persona 300 anda con el aparato de medición 206 fijado a su
extremidad superior 302, lo que permite la determinación de su
nivel de actividad física durante el paseo.
En el aparato de medición que se lleva la
muñeca, el sensor de movimiento 114 está por lo tanto sobre la
muñeca del usuario cuando mide los movimientos de la mano. Las
señales que llegan desde el sensor de movimiento 114 se analizan en
la unidad de procesamiento 100. Puede reconocerse el nivel de
actividad física del usuario sobre la base de los movimientos de la
extremidad superior en la forma descrita anteriormente. El nivel de
actividad física puede definirse como diferentes estados, por
ejemplo en descanso, de pie, paseando, y corriendo. Puede formarse
un índice a partir del nivel de actividad, por ejemplo un índice de
la actividad en 24 horas.
La Figura 5 ilustra el uso del dispositivo en la
medición del movimiento de una extremidad superior en varias
direcciones. El aparato de medición 206 fijado a la extremidad
superior 302 comprende por tanto un sensor de movimiento 114 que
está en el interior de la cubierta 200 en nuestro ejemplo. Hay
sensores de movimiento 114 disponibles con uno, dos y tres ejes. El
eje se refiere a la dirección de medición del movimiento. En la
Figura 5, el movimiento de la extremidad superior 302 puede por
tanto medirse en tres dimensiones, en la forma descrita
anteriormente, en las direcciones de los ejes x, y y
z. Sin embargo, los sensores de movimiento 114 que miden el
movimiento en la dirección de uno o dos ejes son más típicos y
baratos. En una realización, el sensor de movimiento 114 mide de
los movimientos de la extremidad superior en una dirección. Si el
dispositivo se monta en un aparato de medición que se lleva en la
muñeca 206, la dirección de medición del sensor de movimiento 114
puede ser el eje y paralelo con el brazo o el eje x
transversal al brazo. El movimiento de la extremidad superior de un
ser humano resulta de la rotación de la articulación del hombro y
de la articulación del codo. En consecuencia, el movimiento es muy
complejo, pero en lo que se refiere a las presentes realizaciones,
es suficiente medir el movimiento de la extremidad superior en al
menos una dirección. Para una mayor claridad, el movimiento en la
dirección del eje y puede definirse como el movimiento
longitudinal paralelo al plano dorsal (dorso de la mano) del
antebrazo y el movimiento en la dirección del eje x como el
movimiento transversal al plano dorsal del antebrazo.
En una realización, el sensor de movimiento 114
comprende un sensor de aceleración, que mide los movimientos de la
extremidad superior como la aceleración. El sensor de aceleración
114 es conocido también por el término "acelerómetro". El
acelerómetro convierte la aceleración producida por el movimiento de
la gravedad en una señal eléctrica. La aceleración puede expresarse
mediante la unidad de medida g. Un g es la aceleración producida
sobre un objeto por la gravedad de la tierra. Las aceleraciones
entre -2 a +2 g pueden medirse normalmente a partir del movimiento
humano. El sensor de movimiento 114 puede basarse también en otras
técnicas adecuadas, por ejemplo en un giróscopo integrado en un
chip de silicio o en un interruptor de micro vibraciones incorporado
en un componente de montaje superficial.
Puede usarse un conjunto de varias técnicas para
medir la aceleración. La tecnología de la
piezo-resistencia emplea un material cuya
resistencia cambia cuando se le comprime. La aceleración de la masa
produce una fuerza en una piezo-resistencia. Si se
suministra una intensidad constante a través de la
piezo-resistencia, su tensión cambia de acuerdo con
la compresión producida por la aceleración. En la tecnología
piezo-eléctrica, un sensor
piezo-eléctrico genera una carga cuando se acelera
el sensor. En la tecnología del puente de silicio, se graba un chip
de silicio de forma que la masa de silicio permanece sobre él en el
extremo de una barra de silicio. Cuando se dirige la aceleración al
chip de silicio, la masa de silicio centra una fuerza sobre la barra
de silicio, cambiando de ese modo la resistencia de la barra de
silicio. La tecnología del silicio micro-mecanizado
se basa en el uso de un condensador diferencial. La tecnología de la
bobina de voz se basa en el mismo principio que un micrófono. Los
ejemplos de sensores de movimiento adecuados son: Analog Devices
ADX105, Pewatron HW o VTI Technologies SCA series.
Además de la unidad de procesamiento 100 y del
sensor de movimiento 114 anteriormente mencionados, el aparato de
medida puede incluir un interfaz de usuario 102. El interfaz de
usuario 102 consiste típicamente en un visualizador 104, un medio
106 para producir sonido y un teclado 108. El visualizador 104 puede
ser un visualizador de cristal líquido, por ejemplo, pero puede
implementarse también mediante cualquier técnica anterior adecuada.
El medio 106 para producir sonido puede ser un altavoz o un medio
más simple para producir pitidos u otras señales sonoras. El
teclado 108 puede comprender un teclado completo "qwerty", un
simple teclado numérico o sólo unos pocos pulsadores y/o mandos
giratorios. Además, el interfaz de usuario 102 puede comprender
otros elementos de interfaz de usuario de técnicas anteriores, por
ejemplo varios medios para dirigir un cursor (ratón, "track
ball", varias teclas de dirección, etc.) o elementos que permiten
un control por audio.
El aparato de medida puede ser también un reloj
deportivo para su uso como un instrumento en deportes,
excursionismo, navegación, montañismo y/o en deportes de nieve. El
aparato de medida puede incluir una unidad de medición del ritmo
cardiaco 112 que mide el ritmo cardiaco del usuario. Además del
nivel de actividad física determinado, la unidad de proceso puede
tener en cuenta el ritmo cardiaco medido del usuario al formar el
consumo de energía del usuario. De ese modo el aparato de medida
ilustrado en la Figura 1B puede ser, por ejemplo, un aparato de
medida que se lleva en la muñeca mostrado en la Figura 2. En el
aparato de medida que se lleva en la muñeca, los componentes
electrónicos mostrados en la Figura 1B, tales como las teclas 108
mostradas en la Figura 2 y un visualizador de cristal líquido, se
protegen mediante una cubierta 200 (que es normalmente resistente
al agua). Además, el aparato de medida que se lleva en la muñeca
comprende una correa 202, 204 para fijar el aparato a la
muñeca.
El dispositivo puede de este modo vigilar el
ritmo cardiaco para medir el ritmo cardiaco del usuario, y
posiblemente otros parámetros que puedan medirse de forma no
invasiva (tal como la presión sanguínea). En el documento de
patente de Estados Unidos 4.625.733, que se incorpora en este
documento como referencia, Säynäjäkangas describe un concepto de
vigilancia inalámbrica y continua del ritmo cardiaco en el que un
transmisor que se fija en el pecho del usuario mide el ritmo
cardiaco del usuario con un preciso ECG (electrocardiograma) y
transmite la información del ritmo cardiaco por telemetría al
receptor del ritmo cardiaco fijado a la muñeca del usuario usando
unas bobinas magnéticas en la transmisión. El monitor de ritmo
cardiaco se puede implementar también de forma que, en lugar de la
solución consistente en un transmisor/receptor, el ritmo cardiaco se
mida directamente desde la muñeca basándose en la presión, por
ejemplo. Se pueden emplear otros métodos de técnicas anteriores
para medir el ritmo cardiaco, siempre que sean adecuados para su uso
en un aparato de procesamiento de datos personal portátil.
Polar Electro® (página web en la dirección
www.polar.fi) diseña y fabrica monitores de ritmo cardiaco que
comprenden un cinturón transmisor de electrodo que se lleva
alrededor del pecho y un monitor de ritmo cardiaco real que se
lleva en la muñeca. La unidad electrónica en el cinturón transmisor
de electrodo recibe la información del ritmo cardiaco a partir de
los electrodos, que se usan para medir uno o más parámetros de la
información del ritmo cardiaco. Desde los electrodos, la señal se
trasmite a un preamplificador del ECG, desde el que se suministra
la señal a un transmisor a través de un amplificador AGC (del inglés
"Automatic Gain Control", control de ganancia automática) y un
amplificador de potencia. El transmisor puede implementarse como una
bobina y transmite la información del ritmo cardíaco de forma
inductiva al receptor. Por ejemplo, una ráfaga de 5 kHz o un grupo
de varias ráfagas puede corresponder a un latido. La información
puede transmitirse por vía inductiva o usando otro método adecuado
de transmisión de datos de técnicas anteriores, por ejemplo sobre
ondas de radio, ópticamente o a través de un conducto. El receptor
del monitor de ritmo cardiaco real puede implementarse como una
bobina receptora, desde la que se trasmite la señal recibida a
través del receptor de señal a la unidad de control 100, que
controla y coordina la función de los diferentes componentes del
monitor de ritmo cardiaco. El monitor de ritmo cardiaco comprende a
menudo una interfase 126 entre el monitor de ritmo cardiaco y el
mundo exterior. La información almacenada en el monitor de ritmo
cardiaco puede transmitirse a través de la interfase 126 para un
procesamiento adicional, por ejemplo a un ordenador personal. El
programa del monitor de ritmo cardíaco puede actualizarse también a
través de la interfase 126.
El aparato de medida incluye también una fuente
de alimentación independiente 110, por ejemplo una pila no
recargable o una batería recargable. Para obtener energía puede
utilizarse también una célula solar, que genera energía a partir de
una fuente de luz y que o bien se conecta al dispositivo o bien se
integra en él. Pueden utilizarse también otros métodos de técnicas
anteriores para generar la energía para un dispositivo portátil tal
como un generador de pequeño tamaño, que produce energía a partir
del movimiento y que ha sido desarrollado por el fabricante de
relojes Seiko®.
La unidad de procesamiento 100 se implementa
normalmente como un procesador con programa, pero son también
factibles otras varias implementaciones en circuitos, tal como un
circuito que consista en componentes lógicos o uno o más circuitos
integrados específicos de una aplicación (ASIC). El procesador puede
ser, por ejemplo, un microprocesador de 8 bits, tipo S1C8F
fabricado por Seiko-Epson®. Si es necesario, puede
haber más de un procesador. Es factible también un híbrido de estas
implementaciones. Al seleccionar la implementación, una persona
experta en la técnica pondrá atención a los requisitos fijados para
el tamaño y el consumo de energía del aparato, la capacidad de
procesamiento requerida y los costes y volúmenes de producción.
Parte de la funcionalidad de la unidad de
procesamiento puede implementarse de ese modo como un programa de
ordenador. Para su distribución, el programa de ordenador puede
almacenarse en un medio de distribución de programas de ordenador.
El medio de distribución de programas de ordenador se puede leer
mediante un aparato de procesamiento de datos y codifica los
comandos de un programa de ordenador para permitir la ejecución de
un proceso de ordenador que determina el nivel de actividad física
de un ser humano. El proceso comprende: la recepción de las medidas
de los movimientos de la extremidad superior del ser humano; el
filtrado de los movimientos de la extremidad superior que siguen a
otro anterior con más frecuencia que en un período de umbral
predeterminado a partir de los movimientos de la extremidad superior
durante un período de evaluación; la formación del número de
movimientos de la extremidad superior durante el período de
evaluación a partir de los movimientos de la extremidad superior
filtrados durante el periodo de evaluación; y la determinación del
nivel de actividad física sobre la base del número de movimientos de
la extremidad superior durante el periodo de evaluación formado a
partir de los movimientos de la extremidad superior filtrados
durante el periodo de evaluación. El programa de ordenador puede
implementar así los bloques de procesamiento 116, 118, 120, 122,
124 de la Figura 1A. El medio de distribución puede ser cualquier
solución de técnicas anteriores para distribuir un programa de
ordenador, por ejemplo un medio que puede leerse mediante un aparato
de procesamiento de datos, un paquete de distribución de programas
que puede leerse mediante un aparato de procesamiento de datos, una
señal que puede leerse mediante un aparato de procesamiento de
datos, una señal de telecomunicación que puede leerse mediante un
aparato de procesamiento de datos, y un paquete de programas
comprimidos que puede leerse mediante un aparato de procesamiento
de datos.
En una realización, un período de umbral
predeterminado en la unidad de procesamiento 100 incluye periodos
más largos que 0,4 segundos pero más cortos que 1,0 segundos. La
finalidad es concentrarse en frecuencias de movimiento típicas de
un cuerpo humano (1 a 2 movimientos por segundo). Esto se implementa
rechazando los movimientos de intervalo muy corto. En la unidad de
procesamiento 100, el período de umbral predeterminado puede ser un
periodo con una duración de 0,6 segundos. Esto corresponde a 100
movimientos por minuto.
En una realización, la unidad de procesamiento
100 reconoce adicionalmente los movimientos de la extremidad
superior filtrados como una actividad rítmica si un número de
intervalos entre movimientos filtrados consecutivos de acuerdo con
un valor de umbral de número predeterminado son iguales con la
precisión de un valor de umbral de variación predeterminado. La
unidad de procesamiento emplea la actividad rítmica reconocida en la
determinación del nivel de actividad física. Las actividades
rítmicas son así reconocidas sobre la base del hecho de que durante
ellas, una mayoría de los intervalos de movimiento son iguales a los
intervalos de los movimientos previos dentro de un rango
seleccionado de variación. Es ventajoso probar que la ritmicidad
después de intervalos de movimiento muy cortos, por ejemplo
aquellos con una duración menor de 0,6 segundos, como se ha descrito
anteriormente, se han eliminado por filtrado. En la unidad de
procesamiento 100, el valor de umbral de número predeterminado
puede ser 65 a 95% del número total de intervalos y el valor de
umbral de variación predeterminado puede estar en
\pm10-30% de la duración media del intervalo. En
una realización, el valor de umbral de número predeterminado en la
unidad de procesamiento 100 es del 75% del número total de
intervalos y el valor de umbral de la variación predeterminada es
\pm25% de la duración del intervalo media.
En una realización, la unidad de procesamiento
100 filtra adicionalmente los movimientos de la extremidad superior
que siguen a uno anterior más frecuentemente que un periodo de
umbral extendido predeterminado a partir de los movimientos de la
extremidad superior filtrados si la unidad de procesamiento 100 no
ha reconocido los movimientos de la extremidad superior filtrados
como una actividad rítmica. La unidad también utiliza el doble
filtrado de los movimientos de la extremidad superior en la
formación del número de movimientos y en la determinación del nivel
de actividad física. En una realización, el período de umbral
extendido en la unidad de procesamiento 100 incluye periodos más
largos de 0,7 segundos pero más cortos que 1,2 segundos. En una
realización, el período de umbral predeterminado en la unidad de
procesamiento 100 puede ser un periodo con una duración de 0,85
segundos. Esto limita eficientemente la influencia de los intervalos
de pulso irregulares en el caso de las actividades típicas con un
nivel de actividad medio. Gracias a este segundo filtrado, las
frecuencias de pulso altas relacionadas con un consumo de energía
alto pueden alcanzarse sólo en intervalos regulares.
En lo que sigue, el método de determinación del
nivel de actividad física de un ser humano será descrito con
referencia a la Figura 6. El método comienza en 600, por ejemplo
cuando la función para determinar el nivel de actividad física se
comienza por medio de la interfaz de usuarios del aparato de
medición descrita anteriormente.
Entonces en 602, los movimientos de las
extremidades superiores del ser humano se miden en la manera
descrita anteriormente, por ejemplo. A continuación en 604, los
movimientos de la extremidad superior que siguen uno anterior con
más frecuencia que el período de umbral predeterminado se filtran de
los movimientos de la extremidad superior durante el periodo de
evaluación, y en 606, el número de movimientos de la extremidad
superior durante el periodo de evaluación se forma a partir de los
movimientos de la extremidad superior filtrados durante el periodo
de evaluación. En una realización, el filtrado 604 se realiza
mediante el rechazo de los movimientos que siguen a cada movimiento
de la extremidad superior aceptado y medido durante el periodo de
umbral predeterminado.
Finalmente en 608, se determina el nivel de
actividad física a partir del número de movimientos de la extremidad
superior durante el periodo de evaluación formado a partir de los
movimientos de la extremidad superior filtrados durante el periodo
de evaluación. El método finaliza en 610, donde la función para
determinar el nivel de actividad física se desconecta por medio de
la interfaz de usuario del aparato de medida, por ejemplo. Debe
hacerse notar que las operaciones 602, 604, 606, 608 se repiten en
tanto que uno desee que continúe la determinación del nivel de
actividad física. En otras palabras, esta es una operación que
expresa el nivel de actividad física de un ser humano como una
función del tiempo.
En una realización, el período de umbral
predeterminado incluye periodos más largos que 0,4 segundos pero
más cortos que 1,0 segundos. El período de umbral predeterminado
puede ser un periodo con una duración de 0,6 segundos.
Las realizaciones del método se estudiarán con
referencia a la Figura 7. Primero, se realizan las operaciones 600,
602 y 604 como se ha descrito anteriormente. En 700, se comparan
entre sí los intervalos entre movimientos filtrados
consecutivos.
Si el número de intervalos entre movimientos
consecutivos filtrados de acuerdo con un valor de umbral de número
predeterminado es igual que la precisión de un valor de umbral de
variación predeterminado, el proceso continúa en 702, donde los
movimientos de la extremidad superior filtrados se reconocen como
una actividad rítmica. Tras esto, en 606, el número de movimientos
de la extremidad superior durante el periodo de evaluación se forma
a partir de los movimientos de la extremidad superior filtrados
durante el periodo de evaluación. Finalmente en 608, se determina
el nivel de actividad física a partir del número de movimientos de
la extremidad superior durante el periodo de evaluación formados a
partir de los movimientos de la extremidad superior filtrados
durante el periodo de evaluación. Además, 704 emplea la actividad
rítmica reconocida de acuerdo con 608 en la determinación del nivel
de actividad físico. En una realización, el valor de umbral de
número predeterminado incluye 65 al 95% del número total de
intervalos y el valor de nivel de variación predeterminado puede
estar en \pm10-30% de la duración media del
intervalo. En una realización, el valor de nivel del número
predeterminado puede ser del 75% del número total de intervalos y
el valor de nivel de la variación predeterminada puede ser \pm25%
de la duración del intervalo media.
Si los movimientos de la extremidad superior
filtrados no se han reconocido como una actividad rítmica en 700,
el proceso continúa en 706, donde los movimientos de la extremidad
superior que siguen a uno anterior más frecuentemente que el
periodo de umbral extendido predeterminado se filtran de los
movimientos de la extremidad superior filtrados. Después de eso, de
acuerdo con 708 y 710, los movimientos de la extremidad superior
doblemente filtrados se usan en la formación de los movimientos y
el número en 606 y en la determinación del nivel de actividad
física en 608. En una realización, el periodo de umbral extendido
predeterminado incluye periodos más largos de 0,7 segundos pero más
cortos que 1,0 segundos. En una realización, el periodo de umbral
extendido predeterminado puede ser un periodo con una duración de
0,85 segundos.
El método puede implementarse mediante el
aparato de medición descrito anteriormente, que puede ser, por
ejemplo, parte de un aparato de medición que mide el consumo de
energía, tal como un monitor de ritmo cardiaco, pero una persona
experta en la técnica puede aplicar también el método anteriormente
descrito a otros tipos de dispositivos dirigidos a la determinación
del nivel de actividad física de un ser humano. En una realización,
los movimientos de la extremidad superior de un ser humano se miden
mediante un sensor de movimiento fijado a una extremidad superior
como se ha descrito anteriormente. En una realización, los
movimientos de la extremidad superior se miden como aceleración. En
una realización, los movimientos de la extremidad superior se miden
en una dirección. En una realización, la medición de los movimientos
de la extremidad superior comprende la medición de los movimientos
longitudinales paralelos al plano dorsal del antebrazo y/o los
movimientos transversales al plano dorsal del antebrazo.
En lo que sigue, las pruebas llevadas a cabo por
el solicitante se describirán con referencia a las Figuras 8, 9,
10, 11 y 12. Cinco sujetos de prueba hicieron una prueba controlada
incluyendo ocho tareas: trabajar en un ordenador personal, barrer
el suelo, mover objetos en estanterías, andar a ritmos de 3, 5 y 7
km/h. Los ejes horizontales en las figuras representan el paso del
tiempo en minutos cuando los sujetos de prueba cambiaban de una
tarea a otra. Los ejes verticales en las figuras representan el
número de movimientos de la extremidad superior. Los sujetos de
prueba llevan puestos dos sensores de movimiento en sus muñecas, uno
de los cuales reconocía los movimientos paralelos con el brazo y el
otro los movimientos transversales. Las oscilaciones del brazo se
reconocían a partir de la señal analógica medida sobre la base de
exceder el nivel de umbral. El valor de umbral usado corresponde
aproximadamente a una aceleración de 0,05 g.
Las Figuras 8, 9 y 10 ilustran los resultados
medidos por los sensores que reconocen los movimientos paralelos
con el brazo antes de las operaciones de filtrado y después de
ellas. Las Figuras 11, 12 y 13 muestran los correspondientes
resultados de las mediciones medidas por un sensor que reconoce los
movimientos transversales al brazo.
Las Figuras 8 y 11 muestran claramente los
problemas que tienen lugar cuando los movimientos medidos no se
filtran en absoluto: el número de los movimientos medidos para
diferentes personas varía mucho en todos los ritmos de paseo; los
números de los movimientos medidos para el trabajo de pie y tareas
ligeras son los mismos que aquellos medidos para el paseo rápido, y
se midieron números de movimiento demasiado grandes para un pequeño
número de sujetos de prueba durante el trabajo sedentario.
Las Figuras 9 y 12 ilustran los resultados
cuando se filtran los movimientos que siguen a uno anterior con más
frecuencia que 0,6 segundos. Los problemas resueltos son: los
números de los movimientos medidos para diferentes personas no
varían en el paseo normal o rápido, y no se tienen números de
movimiento demasiado grandes para el trabajo en un ordenador
personal. Continúan los problemas siguientes en esta disposición de
prueba: los números de movimientos medidos para diferentes personas
aún varían ligeramente en el paseo lento, y aún se miden números de
movimientos igualmente grandes para el trabajo de pie y tareas
ligeras como para el paseo rápido.
Las Figuras 10 y 13 ilustran los resultados
después de que se han reconocido las actividades rítmicas a partir
de los movimientos filtrados y se ha realizado un segundo filtrado,
donde los movimientos que siguen a uno anterior con más frecuencia
que 0,85 segundos en actividades rítmicas han sido filtrados. Los
problemas resueltos son: los números de movimientos medidos para
diferentes personas difícilmente varían en absoluto en cualquier
ritmo de paseo (la variación en la altura de las personas explica la
variación que permanece) y se miden en el trabajo de pie y en
tareas ligeras frecuencias de movimiento que corresponden al paseo
lento y con un nivel correcto de consumo de energía.
Adicionalmente, la comparación de las Figuras 10 y 13 muestra que
usando el pos-procesamiento presentado, se obtienen
números de movimientos casi iguales mediante los sensores que
reconocen los movimientos en diferentes direcciones.
Incluso aunque la invención se ha descrito
anteriormente con referencia a un ejemplo de acuerdo con los dibujos
que la acompañan, es claro que la invención no está restringida a
ello, sino que la invención pueden modificarse de varias maneras
dentro del alcance de las reivindicaciones adjuntas.
Claims (26)
1. Un dispositivo para determinar el nivel de
actividad física de un ser humano, comprendiendo el dispositivo:
- un sensor de movimiento (114) fijado a una extremidad superior del ser humano para medir los movimientos de la extremidad superior, y
- una unidad de procesamiento (100) conectada al sensor de movimiento (114) para el filtrado de los movimientos de la extremidad superior tal que los movimientos de la extremidad superior que siguen a cada movimiento de la extremidad superior aceptado y medido durante un periodo de umbral predeterminado se rechazan como movimiento de la extremidad superior durante un período de evaluación, para formar el número de movimientos de la extremidad superior durante el periodo de evaluación a partir de los movimientos de la extremidad superior filtrados durante el periodo de evaluación, y para determinar el nivel de actividad física sobre la base del número de movimientos de la extremidad superior durante el periodo de evaluación formado a partir de los movimientos de la extremidad superior filtrados durante el periodo de evaluación,
- caracterizado porque la unidad de procesamiento (100) reconoce adicionalmente los movimientos de la extremidad superior filtrados como una actividad rítmica si un número de intervalos entre movimientos filtrados consecutivos de acuerdo con un valor de umbral de número predeterminado son iguales con la precisión de un valor de umbral de variación predeterminado y usa la acción rítmica reconocida para determinar el nivel de actividad física.
\vskip1.000000\baselineskip
2. Un dispositivo de acuerdo con la
reivindicación 1, caracterizado porque el período de umbral
predeterminado en la unidad de procesamiento (100) incluye periodos
más largos que 0,4 segundos pero más cortos que 1,0 segundos.
3. Un dispositivo de acuerdo con la
reivindicación 1, caracterizado porque el período de umbral
predeterminado en la unidad de procesamiento (100) incluye un
periodo con una duración de 0,6 segundos.
4. Un dispositivo de acuerdo con la
reivindicación 1, caracterizado porque el valor de de umbral
del número predeterminado en la unidad de procesamiento (100)
comprende el 65 al 95% del número total de intervalos y el valor de
umbral de la variación predeterminado comprende \pm10 a 30% de la
duración media del intervalo.
5. Un dispositivo de acuerdo con la
reivindicación 1, caracterizado porque el valor de de umbral
del número predeterminado en la unidad de procesamiento (100)
comprende el 75% del número total de intervalos y el valor de
umbral de la variación predeterminado comprende \pm25% de la
duración media del intervalo.
6. Un dispositivo de acuerdo con la
reivindicación 1, caracterizado porque la unidad de
procesamiento (100) filtra adicionalmente los movimientos de la
extremidad superior que siguen a uno anterior más frecuentemente
que en un periodo de umbral extendido a partir de los movimientos de
la extremidad superior filtrados si la unidad de procesamiento
(100) no reconoce los movimientos de la extremidad superior
filtrados como una actividad rítmica y usa los movimientos de la
extremidad superior doblemente filtrados en la formación del número
de movimientos y en la determinación del nivel de actividad
física.
7. Un dispositivo de acuerdo con la
reivindicación 6, caracterizado porque el período de umbral
extendido predeterminado en la unidad de procesamiento (100)
incluye periodos más largos que 0,7 segundos pero más cortos que
1,2 segundos.
8. Un dispositivo de acuerdo con la
reivindicación 6, caracterizado porque el período de umbral
extendido predeterminado en la unidad de procesamiento (100)
comprende un periodo con una duración de 0,85 segundos.
9. Un dispositivo de acuerdo con cualquiera de
las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque el
sensor de movimiento (114) comprende un sensor de aceleración, que
mide los movimientos de la extremidad superior como
aceleración.
10. Un dispositivo de acuerdo con cualquiera de
las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque el
sensor de movimiento (114) mide los movimientos de la extremidad
superior en una dirección.
11. Un dispositivo de acuerdo con cualquiera de
las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque el
sensor de movimiento (114) mide los movimientos de la extremidad
superior como movimientos longitudinales paralelos con el plano
dorsal del antebrazo y/o como movimientos transversales al nivel
dorsal del antebrazo.
12. Un dispositivo de acuerdo con cualquiera de
las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque el
dispositivo es parte de un aparato de medida que mide el consumo de
energía involucrado en el ejercicio.
\newpage
13. Un método para determinar el nivel de
actividad física de un ser humano, comprendiendo el método:
- la medición (602) de los movimientos de la extremidad superior del ser humano;
- el filtrado (604) de los movimientos de la extremidad superior de forma que los movimientos de la extremidad superior que siguen a cada movimiento de la extremidad superior aceptado y medido durante un periodo de umbral predeterminado se rechazan de los movimientos de la extremidad superior durante un periodo de evaluación;
- la formación (606) del número de movimientos de la extremidad superior durante el periodo de evaluación a partir de los movimientos de la extremidad superior filtrados durante el período de evaluación; y
- la determinación (608) del nivel de actividad física sobre la base del número de movimientos de la extremidad superior durante el periodo de evaluación formado a partir de los movimientos de la extremidad superior filtrados durante el período de evaluación;
- caracterizado porque el método comprende adicionalmente:
- el reconocimiento (702) de los movimientos de la extremidad superior filtrados como una actividad rítmica si (700 SÍ) si un número de intervalos entre movimientos filtrados consecutivos de acuerdo con un valor de umbral de número predeterminado son iguales con la precisión de un valor de umbral de variación predeterminado, y
- el uso (704) de la actividad rítmica en la determinación del nivel de actividad física.
14. Un método de acuerdo con la reivindicación
13, caracterizado porque el período de umbral predeterminado
comprende periodos más largos que 0,4 segundos pero más cortos que
1,0 segundos.
15. Un método de acuerdo con la reivindicación
13, caracterizado porque el período de umbral predeterminado
incluye un periodo con una duración de 0,6 segundos.
16. Un método de acuerdo con la reivindicación
13, caracterizado porque el valor de de umbral del número
predeterminado comprende el 65 al 95% del número total de intervalos
y el valor de umbral de la variación predeterminado comprende
\pm10 a 30% de la duración media del intervalo.
17. Un método de acuerdo con la reivindicación
13, caracterizado porque el valor de de umbral del número
predeterminado comprende el 75% del número total de intervalos y el
valor de umbral de la variación predeterminado comprende \pm25%
de la duración media del intervalo.
18. Un método de acuerdo con la reivindicación
13, caracterizado porque la comprende adicionalmente:
- el filtrado (706) de los movimientos de la extremidad superior que siguen a uno anterior más frecuentemente que en un periodo de umbral extendido a partir de los movimientos de la extremidad superior filtrados si (700 NO) los movimientos de la extremidad superior filtrados no se reconocieron como una actividad rítmica, y
- el uso (708, 710) de los movimientos de la extremidad superior doblemente filtrados en la formación del número de movimientos y en la determinación del nivel de actividad física.
19. Un método de acuerdo con la reivindicación
18, caracterizado porque el período de umbral extendido
predeterminado comprende periodos más largos que 0,7 segundos pero
más cortos que 1,2 segundos.
20. Un método de acuerdo con la reivindicación
18, caracterizado porque el período de umbral extendido
predeterminado comprende un periodo con una duración de 0,85
segundos.
21. Un método de acuerdo con cualquiera de las
reivindicaciones 13 a 20, caracterizado porque los
movimientos de la extremidad superior del ser humano se mide
mediante un sensor de movimiento fijado a una extremidad
superior.
22. Un método de acuerdo con cualquiera de las
reivindicaciones 13 a 21, caracterizado porque los
movimientos de la extremidad superior se miden como
aceleración.
23. Un método de acuerdo con cualquiera de las
reivindicaciones 13 a 22, caracterizado porque los
movimientos de la extremidad superior se miden en una
dirección.
24. Un método de acuerdo con cualquiera de las
reivindicaciones 13 a 23, caracterizado porque los
movimientos de la extremidad superior se miden como movimientos
longitudinales paralelos con el plano dorsal del antebrazo y/o como
movimientos transversales al plano dorsal del antebrazo.
25. Un medio de distribución de programas de
ordenador que se puede leer mediante un aparato de procesamiento de
datos y codifica los comandos de un programa de ordenador, que,
cuando se ejecuta sobre un aparato de procesamiento de datos,
realiza un proceso de ordenador que determina el nivel de actividad
física de un ser humano, comprendiendo el proceso:
- la recepción de los movimientos medidos de la extremidad superior del ser humano;
- el filtrado de los movimientos de la extremidad superior de forma que los movimientos de la extremidad superior que siguen a cada movimiento de la extremidad superior aceptado y medido durante un periodo de umbral predeterminado se rechazan de los movimientos de la extremidad superior durante un periodo de evaluación;
- la formación del número de movimientos de la extremidad superior durante el periodo de evaluación a partir de los movimientos de la extremidad superior filtrados durante el período de evaluación; y
- la determinación del nivel de actividad física sobre la base del número de movimientos de la extremidad superior durante el periodo de evaluación formado a partir de los movimientos de la extremidad superior filtrados durante el período de evaluación;
- caracterizado porque el método comprende adicionalmente:
- el reconocimiento de los movimientos de la extremidad superior filtrados como una actividad rítmica si un número de intervalos entre movimientos filtrados consecutivos de acuerdo con un valor de umbral de número predeterminado son iguales con la precisión de un valor de umbral de variación predeterminado, y
- el uso de la actividad rítmica en la determinación del nivel de actividad física.
26. Un medio de distribución de un programa de
ordenador de acuerdo con la reivindicación 25, caracterizado
porque el medio de distribución comprende un medio que puede leerse
mediante un aparato de procesamiento de datos, un medio de
almacenamiento del programa, un medio de almacenamiento, una memoria
que puede leerse mediante un aparato de procesamiento de datos, un
paquete de distribución de programas que puede leerse mediante un
aparato de procesamiento de datos, una señal que puede leerse
mediante un aparato de procesamiento de datos, una señal de
telecomunicación que puede leerse mediante un aparato de
procesamiento de datos, y un paquete de programas comprimido que
puede leerse mediante un aparato de procesamiento de datos.
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