ES2871255T3 - Evaluación del estado de una articulación utilizando sensores acústicos - Google Patents

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Abstract

Sistema (100) que comprende: un micrófono (204) de contacto; un procesador (210) conectado de manera operativa al micrófono (204) de contacto, estando el procesador (210) configurado para realizar un procedimiento que comprende: recibir desde el micrófono (204) de contacto audio que comprende sonidos que provienen desde una articulación humana de un sujeto; extraer múltiples características desde el audio; proporcionar las múltiples características a un clasificador entrenado; obtener desde el clasificador entrenado una primera puntuación indicativa de la salud articular; caracterizado por que: el procedimiento comprende, además: calcular una segunda puntuación indicativa de salud articular a partir de la primera puntuación, en el que el cálculo de la segunda puntuación comprende ponderar la primera puntuación según un valor de dolor proporcionado o una característica del sujeto.

Description

DESCRIPCIÓN
Evaluación del estado de una articulación utilizando sensores acústicos
CAMPO TÉCNICO
Los sistemas y procedimientos descritos en la presente memoria se refieren a la evaluación del estado de una articulación utilizando sensores acústicos.
ANTECEDENTES
La función principal del cartílago es proporcionar baja fricción al movimiento de una articulación. El daño en una articulación se conoce como condromalacia u osteoartritis, una afección dolorosa y limitante que aparece con el envejecimiento de una manera natural o que aparece a edad temprana debido a una sobrecarga o a deformidades articulares. Cuando el cartílago está dañado, normalmente se reemplaza por un tejido fibroso que se parece a la red hialina, que nunca tiene las mismas propiedades biomecánicas del cartílago original. Aún peor, el principal síntoma del daño articular, el dolor, normalmente aparece solo cuando ya hay lesiones irreversibles. Por lo tanto, el diagnóstico de osteoartritis o condromalacia femororrotuliana es simple en estados avanzados, pero incierto y variable en fases iniciales. En un entorno médico, es difícil determinar el pronóstico o evaluar los beneficios de las intervenciones con herramientas de diagnóstico y de obtención de imágenes convencionales. El uso de imágenes de diagnóstico es caro y expone al paciente a un riesgo de irradiación. Los procedimientos de diagnóstico artroscópicos o invasivos pueden tener efectos secundarios y complicaciones. Además, es difícil evaluar el estado del cartílago durante las actividades físicas, con el fin de poder participar de manera segura en ejercicios y deportes. De esta manera, existe una necesidad en la técnica de sistemas y procedimientos de evaluación y de predicción del estado del cartílago de una articulación, incluyendo la salud y el bienestar.
El documento US 5413 116 describe un procedimiento y un aparato para el diagnóstico de articulaciones que se basan en vibraciones articulares detectadas. Unos acelerómetros dispuestos sobre la piel adyacente a la articulación detectan los patrones vibratorios durante el movimiento de la articulación. A continuación, estos patrones son procesados por un procesador para generar un conjunto de parámetros de datos predeterminado que son descriptivos del patrón de vibración. Además, se registran la posición y la velocidad de la articulación durante la vibración. Esta información a partir de numerosos pacientes con afecciones articulares conocidas se utiliza para entrenar a un intérprete adaptativo, tal como una red neuronal, para producir una salida en respuesta a estas entradas que es indicativa de la afección articular conocida. Una vez entrenado, a continuación, el intérprete adaptativo puede interpretar este conjunto de parámetros para una articulación desconocida para generar un diagnóstico rápido y fiable. El resultado es un sistema de clasificación de trastornos articulares no subjetivo que puede ser utilizado por personas sin experiencia en el análisis de patrones vibratorios articulares.
El documento WO 2008/074151 describe un sistema para diagnosticar el estado de salud de una articulación. El sistema comprende: al menos un dispositivo capaz de capturar una señal de vibración desde la articulación; medios de recogida de datos adaptados para extraer información de tiempo y de frecuencia a partir de la señal de vibración y para generar un vector de características; medios para correlacionar el vector de características con los datos anatómicos para identificar variables latentes; y medios para clasificar la señal de vibración en base a una entrada de variables latentes para producir una salida que define el estado de salud de la articulación.
El documento "Assessment of knee joint abnormality using acoustic emisión sensor" (Sarillee Mohamed et al; 28 de Noviembre de 2014) describe un sistema que utiliza una técnica de emisión acústica (Acoustic Emission, AE) para evaluar el estado de la rodilla.
BREVE SUMARIO
Los presentes inventores han observado que las emisiones de ruido de articulaciones aisladas ofrecen una oportunidad de estudiar e identificar patrones de fricción, crepitación o fisuras en las articulaciones de una manera simple y no invasiva. Los esfuerzos previos para desarrollar sistemas de fonoartrografía no solo han sido tecnológicamente limitados, sino que se centraron en la articulación femoro-tibial. Dichos sistemas estaban plagados de un gran número de fuentes acústicas que dificultaban la percepción de las señales de interés. Por el contrario, al centrarse en una articulación asociada con sonidos que pueden ser aislados (por ejemplo, la articulación femororrotuliana, por nombrar un ejemplo ilustrativo), los inventores han desarrollado un sistema para cuantificar el estado de la articulación, que puede utilizarse en el diagnóstico de lesiones, en la evaluación de la salud o del bienestar, en el estudio de los efectos de intervenciones terapéuticas o en otras tareas adecuadas. En realizaciones ejemplares, las emisiones acústicas de la articulación femororrotuliana se cuantifican utilizando sistemas de adquisición de alta definición. Se genera una puntuación medible y comparable y se proporciona una recomendación sólida de ejercicio y de bienestar de la articulación y, por tanto, de la actividad física del usuario o del paciente. Al proporcionar una retroalimentación continua a un usuario, por ejemplo, en la forma de una puntuación de salud articular, los sistemas y los procedimientos según la presente descripción permiten al usuario obtener un mayor rendimiento, fomentar un estilo de vida saludable, reducir el riesgo de lesiones y evitar intervenciones costosas, tales como una cirugía o una sustitución de la articulación.
En algunas implementaciones, el procesador está configurado además para eliminar el ruido de la señal, lo que puede incluir uno o más de entre: calcular un promedio de los datos tomados durante dos, tres, cuatro, cinco o más ciclos de un movimiento activo de flexo-extensión realizado por el primer usuario; comparar la señal con uno o más patrones de ruido predeterminados; comparar la señal con una señal complementaria recibida desde al menos un sensor acústico complementario; u otras técnicas de eliminación de ruido adecuadas.
En algunas implementaciones, el procesador está configurado además para transmitir un mensaje al primer usuario, que puede incluir instrucciones para completar una evaluación del estado del cartílago. En implementaciones en las que el procesador instruye al primer usuario cómo completar una evaluación del estado del cartílago, el procesador puede estar configurado además para determinar si el primer usuario ha completado una primera evaluación del estado del cartílago en un período de tiempo predeterminado y, si no, para solicitar al primer usuario que complete una evaluación del estado del cartílago. El período de tiempo predeterminado puede ser un mes, tres semanas, dos semanas, una semana o algún otro período de tiempo adecuado. En algunas implementaciones, el procesador está configurado además para administrar una segunda evaluación del estado del cartílago al primer usuario dentro de un período de tiempo después del ejercicio del usuario, una posible lesión o una intervención médica. Como un ejemplo ilustrativo de dicha implementación, el procesador puede recibir un mensaje desde un segundo usuario (tal como un entrenador o un tutor del primer usuario) que indica cuándo se ha completado una sesión de práctica, y puede responder al mensaje solicitando al primer usuario que complete una evaluación del estado del cartílago.
En algunas implementaciones, el procesador está configurado además para emitir un indicador representativo de la evaluación del estado del cartílago a un segundo usuario, que puede ser un entrenador, un tutor legal, un árbitro, un juez, un entrenador, un profesional médico, un fisioterapeuta, un amigo, un miembro de la familia, un miembro de un grupo de compañeros, un compañero de equipo, un miembro de un grupo de redes sociales o alguna otra segunda parte adecuada.
En algunas implementaciones, el procesador está configurado además para recibir datos del segundo sensor asociados con el primer usuario, en el que la evaluación del estado del cartílago se determina en base a los datos del segundo sensor. Dichos datos pueden incluir datos de acelerómetro, datos de una pantalla táctil u otros datos adecuados. En dichas implementaciones, el procesador puede estar configurado además para correlacionar los datos del segundo sensor con la señal desde el al menos un sensor acústico. En dichas implementaciones, el procesador puede estar configurado además para identificar un ángulo de la rodilla, una velocidad angular de la rodilla u otra información adecuada.
En algunas implementaciones, el al menos un sensor acústico comprende un transmisor inalámbrico.
En algunas implementaciones, el procesador está configurado además para sugerir un régimen de ejercicio en base al estado del cartílago.
En algunas implementaciones, el procesador está configurado además para identificar cuando una rótula entra y sale del surco troclear durante una flexión.
En algunas implementaciones, el procesador está configurado además para identificar una ubicación de y/o para contactar con un centro de atención médica cerca del primer usuario.
En ciertos aspectos, el procedimiento implementado por ordenador descrito en la presente memoria evalúa el estado del cartílago. En dichos aspectos, el procedimiento comprende recibir una señal desde al menos un sensor acústico, identificar al menos un primer parámetro de sonido asociado con la señal, identificar al menos un segundo parámetro de sonido en base a los datos asociados con el primer usuario e identificar un estado del cartílago en base a una comparación del al menos un primer parámetro de sonido con el al menos un segundo parámetro de sonido. En algunas implementaciones, los datos asociados con el primer usuario pueden comprender uno o más datos de entre datos de edad, datos de género, un índice de masa corporal, datos de actividad, datos de historial médico, señales acústicas históricas asociadas con el cartílago del primer usuario, datos de los síntomas de la rodilla u otros datos adecuados. El segundo parámetro de sonido puede ser una función de los datos asociados con el primer usuario o puede basarse en datos de un conjunto de usuarios similares al primer usuario.
En algunas implementaciones, la señal desde el al menos un sensor acústico está asociada con una articulación femororrotuliana del primer usuario.
En algunas implementaciones, el al menos un sensor acústico está configurado para cubrir una región rotuliana anterior.
En algunas implementaciones, el al menos un sensor acústico comprende una superficie cóncava. En algunas de dichas implementaciones, al menos el 90% del área superficial de la superficie cóncava contacta con una región rotuliana anterior del primer usuario.
En algunas implementaciones, el al menos un sensor acústico comprende una superficie elástica.
En algunas implementaciones, el al menos un sensor acústico comprende un micrófono de contacto.
En algunas implementaciones, el procedimiento comprende además acoplar de manera liberable el al menos un sensor acústico a una rótula del primer usuario.
En algunas de dichas implementaciones, el procedimiento comprende además poner en contacto una articulación y el al menos un sensor acústico con un gel acústico.
En algunas implementaciones, el procedimiento comprende además eliminar el ruido de la señal, que puede incluir uno o más de entre: calcular un promedio de los datos adquiridos durante dos, tres, cuatro, cinco o más ciclos de un movimiento activo de flexo-extensión por parte del primer usuario; comparar la señal con uno o más patrones de ruido predeterminados; comparar la señal con una señal complementaria recibida desde al menos un sensor acústico complementario; u otras técnicas de eliminación de ruido adecuadas.
En algunas implementaciones, el procedimiento comprende además transmitir un mensaje al primer usuario, que puede incluir instrucciones para completar una evaluación del estado del cartílago. En implementaciones en las que el mensaje incluye instrucciones de evaluación del estado del cartílago, el procedimiento puede comprender además determinar si el primer usuario ha completado o no una primera evaluación del estado del cartílago dentro de un período de tiempo predeterminado y, en no es así, solicitar al primer usuario que complete una evaluación del estado del cartílago. El período de tiempo predeterminado puede ser un mes, tres semanas, dos semanas, una semana o algún otro período de tiempo adecuado. En algunas implementaciones, el procedimiento comprende además administrar una segunda evaluación del estado del cartílago al primer usuario dentro un período de tiempo después del ejercicio del usuario, de una posible lesión o de una intervención médica. Como un ejemplo ilustrativo de dicha implementación, el procedimiento puede solicitar al primer usuario que complete una evaluación del estado del cartílago una vez que un segundo usuario (tal como un entrenador o un tutor del primer usuario) ha indicado que se ha completado una sesión de práctica.
En algunas implementaciones, el procedimiento comprende además emitir un indicador representativo del estado del cartílago a un segundo usuario, que puede ser un entrenador, un tutor legal, un árbitro, un juez, un entrenador, un profesional médico, un fisioterapeuta, un amigo, un miembro de la familia, un miembro de un grupo de compañeros, un compañero de equipo, un miembro de un grupo de redes sociales o alguna otra segunda parte adecuada.
En algunas implementaciones, el procedimiento comprende además recibir datos de un segundo sensor asociados con el primer usuario, en el que el estado del cartílago se basa en los datos del segundo sensor. Dichos datos pueden incluir datos de acelerómetro, datos de la pantalla táctil u otros datos adecuados. En dichas implementaciones, el procedimiento puede comprender además correlacionar los datos del segundo sensor con la señal desde el al menos un sensor acústico. En dichas implementaciones, el procedimiento puede comprender además identificar un ángulo de la rodilla, una velocidad angular de la rodilla u otra información adecuada.
En ciertos aspectos, se proporcionan un procedimiento y un producto de programa de ordenador para la evaluación de una articulación. En dichos aspectos, se recibe un audio que comprende sonidos que emanan desde una articulación humana. Se extraen múltiples características a partir del audio. Las múltiples características se proporcionan a un clasificador entrenado. Se obtiene una primera puntuación indicativa de la salud articular desde el clasificador entrenado. En algunas implementaciones, el audio se captura mediante un micrófono de contacto sustancialmente en contacto con un ser humano.
En algunas implementaciones, el ruido se cancela del audio antes de extraer las múltiples características. En algunas de dichas implementaciones, se captura una señal de audio ambiente y la señal de audio ambiente se elimina del audio. En algunas de dichas implementaciones, se aplica un filtro pasa de banda al audio.
En algunas implementaciones, las características comprenden frecuencia, amplitud, tasa de cruce por cero, entropía de energía, centroide espectral, dispersión espectral, coeficientes cepstrales de las frecuencias de Mel o vector cromático de la señal.
En algunas implementaciones, el clasificador entrenado comprende un bosque de decisiones aleatorias. En algunas implementaciones, el clasificador entrenado comprende una red neuronal. En algunas implementaciones, el clasificador entrenado comprende una máquina de vectores de soporte.
En algunas implementaciones, se calcula una segunda puntuación indicativa de la salud articular a partir de la primera puntuación. En algunas de dichas implementaciones, el cálculo de la segunda puntuación comprende ponderar la primera puntuación según un valor de dolor proporcionado. En algunas de dichas implementaciones, el cálculo de la segunda puntuación comprende ponderar la primera puntuación según un valor de dolor proporcionado. En algunas de dichas implementaciones, el cálculo de la segunda puntuación comprende ponderar la primera puntuación según una característica de un sujeto. En algunas implementaciones, la característica comprende el índice de masa corporal, la edad, el sexo, la afección médica existente o la frecuencia de la actividad física.
BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS
Los sistemas y los procedimientos descritos en la presente memoria se exponen en la lista de reivindicaciones adjunta. Sin embargo, con propósitos explicativos, se exponen varias implementaciones en los siguientes dibujos.
La Figura 1 es un diagrama de bloques de un sistema de evaluación de cartílago, según diversas realizaciones de la presente descripción.
La Figura 2 es un diagrama de bloques de un dispositivo de usuario, según diversas realizaciones de la presente descripción.
La Figura 3 es un diagrama de bloques de un servidor de evaluación de cartílago, según diversas realizaciones de la presente descripción.
La Figura 4 es un diagrama de flujo de un procedimiento de evaluación de cartílago, según diversas realizaciones de la presente descripción.
La Figura 5 es una vista en planta de un dispositivo de medición del estado de la articulación según diversas realizaciones de la presente descripción.
La Figura 6 es una vista lateral de un dispositivo de medición del estado de la articulación según diversas realizaciones de la presente descripción.
La Figura 7 es una vista en perspectiva de un dispositivo de medición del estado de las articulaciones según diversas realizaciones de la presente descripción.
La Figura 8 es un diagrama de flujo de un procedimiento de determinación de una puntuación de salud articular según diversas realizaciones de la presente descripción.
La Figura 9 es una extracción de frecuencia ejemplar para un audio de articulación ejemplar según diversas realizaciones de la presente descripción.
La Figura 10 es una serie de gráficos de la tasa de cruce por cero (Zero Crossing Rate, ZCR), energía, entropía de energía y vector cromático para un audio de articulación ejemplar según diversas realizaciones de la presente descripción.
La Figura 11 es un espectrograma que ilustra la frecuencia en función del tiempo de un audio de articulación ejemplar según diversas realizaciones de la presente descripción.
La Figura 12 es un cromagrama que ilustra las características cromáticas de un audio de articulación ejemplar según diversas realizaciones de la presente descripción.
La Figura 13 es un diagrama de bloques de un dispositivo de ordenador para realizar cualquiera de los procedimientos descritos en la presente memoria, según una implementación ilustrativa.
DESCRIPCIÓN DETALLADA
En la siguiente descripción, se exponen numerosos detalles con propósitos explicativos. Sin embargo, una persona experta en la técnica observará que las implementaciones descritas en la presente memoria pueden llevarse a la práctica sin el uso de estos detalles específicos y que las implementaciones descritas en la presente memoria pueden modificarse, complementarse o si no alterarse sin apartarse del alcance de los sistemas y los procedimientos descritos en la presente memoria.
Los sistemas y los procedimientos descritos en la presente memoria se refieren a la evaluación del estado del cartílago, incluyendo la salud y el bienestar del mismo. Los ruidos generados por una articulación durante el movimiento están relacionados con el estado de la articulación. De esta manera, el análisis de dichos ruidos a la luz de otra información del usuario (por ejemplo, la edad, el sexo, el historial médico u otros datos adecuados) permite una detección más temprana de problemas de cartílago. Los ruidos de las articulaciones de un usuario se registran, se someten a eliminación de ruido y se comparan con los ruidos generados por usuarios similares para generar una puntuación de salud articular y recomendaciones para la acción del usuario. En algunas implementaciones, las recomendaciones se generan y se proporcionan a un usuario en base a los datos recogidos a partir de usuarios similares. Al proporcionar una retroalimentación continua a un usuario, por ejemplo, en la forma de una puntuación de salud articular, los sistemas y los procedimientos según la presente descripción permiten al usuario obtener un mayor rendimiento, reducir el riesgo de lesiones, fomentar un estilo de vida saludable y evitar intervenciones costosas, tales como una cirugía o un reemplazo de articulación.
La Figura 1 es un diagrama de bloques ilustrativo de un sistema 100 de evaluación de cartílago, que evalúa el estado de la articulación de un usuario, en la presente memoria representada como una rodilla. Tal como se representa, los sonidos desde una articulación 102 de usuario son medidos y registrados por un dispositivo 104 de usuario, que se describe más detalladamente con relación a la Figura 2. El dispositivo 104 de usuario puede supervisar de manera continua o periódica las señales acústicas desde una articulación, o puede administrar una evaluación del estado de la articulación a un usuario (por ejemplo, solicitando al usuario que realice ciertas acciones mientras el dispositivo recoge señales acústicas) y puede proporcionar los resultados al usuario que está siendo evaluado. En algunas implementaciones, los resultados se proporcionan en directo al usuario. En otras implementaciones, los resultados se proporcionan de manera asíncrona, por ejemplo, en un tiempo predeterminado, cuando los resultados alcanzan un cierto umbral o cuando lo solicita un usuario. En algunas implementaciones, el dispositivo 104 de usuario puede proporcionar también los resultados a otros usuarios asociados con el usuario que está siendo evaluado, tales como entrenadores, tutores legales, árbitros, jueces, entrenadores, profesionales médicos, fisioterapeutas, amigos, miembros de la familia, miembros de un grupo de compañeros, compañeros de equipo, miembros de un grupo de redes sociales u otros usuarios adecuados. Puede haber un número diferente de dispositivos 104 de usuario de los representados en la presente memoria, y puede haber un número diferente de usuarios que están siendo evaluados y/o de usuarios que reciben los resultados de la evaluación. La información relacionada con las valoraciones y evaluaciones de usuario puede transmitirse desde y a un dispositivo 104 de usuario a través de una red 106. La red 106 es una red informática y, en ciertas implementaciones, puede ser Internet. Un servidor 108 de evaluaciones puede almacenar información de usuario, analizar datos de usuario o ambos, y puede ser un servidor, un ordenador personal, un ordenador central, un grupo de dispositivos de ordenador o algún otro dispositivo de ordenador adecuado. El servidor 108 de evaluaciones se describe más detalladamente con relación a la Figura 3. En algunas implementaciones, uno o más dispositivos 104 de usuario pueden almacenar todos los datos relevantes y pueden realizar todos los análisis relevantes, y no hay un servidor 108 de evaluaciones. En algunas realizaciones, el servidor 108 de evaluaciones reside en un dispositivo móvil, tal como un teléfono inteligente. En dichas realizaciones, la red 106 puede incluir una conexión Bluetooth, una red inalámbrica, tal como la proporcionada según la norma IEEE 802.11, o cualquiera de entre las diversas redes inalámbricas ad hoc conocidas en la técnica.
La Figura 2 es un diagrama de bloques ilustrativo de un dispositivo 200 de usuario, que puede ser un micrófono inalámbrico, un teléfono inteligente, una tablet PC, un ordenador portátil personal, un dispositivo de ordenador portátil o algún otro dispositivo adecuado. El dispositivo 200 de usuario puede actuar como el dispositivo 104 de usuario de la Figura 1. El dispositivo 200 de usuario registra los sonidos emitidos desde las articulaciones, por ejemplo, de manera continua, periódica, a intervalos variables o en respuesta a ciertos movimientos u otras señales y, en algunas implementaciones, puede proporcionar además instrucciones a un usuario para realizar ciertas acciones, gabar los sonidos del cartílago, mostrar evaluaciones de una articulación a un usuario, transmitir evaluaciones a un usuario autorizado, sugerir etapas de seguimiento a un usuario o realizar otras tareas adecuadas. El dispositivo 200 de usuario puede estar en contacto con una articulación de usuario que está siendo evaluada con una carcasa 202 y puede registrar ruidos con un micrófono 204. Un sensor 206 de posición puede registrar datos relacionados con una o más de entre la orientación y la posición del dispositivo 200 de usuario o de la articulación 102 del usuario. La salida 208 puede emitir instrucciones para realizar una evaluación del estado de la articulación, resultados de una valoración o evaluación del estado de una articulación u otra información adecuada. Un procesador 210 de comunicaciones puede enviar y recibir información relacionada con las evaluaciones y las valoraciones de una articulación a través de un puerto 212 de comunicaciones. En algunas realizaciones, el servidor 108 de evaluaciones reside en el dispositivo 200 de usuario. En algunas de dichas realizaciones, se omite la red 106.
Tal como se representa, la carcasa 202 está adaptada para contactar con la parte anterior de una rodilla o alguna otra articulación adecuada, pero la carcasa 202 puede tener una forma diferente a la mostrada en la presente memoria. En algunas implementaciones, la carcasa 202 es elástica en su totalidad o en parte, lo que puede permitir que la carcasa 202 se adapte a la forma de una articulación. En algunas implementaciones, la carcasa 202 puede incluir además un elemento de sujeción para asegurar de manera desmontable la carcasa 202 a una articulación, tal como una banda elástica o alguna otra herramienta adecuada. En algunas realizaciones, la carcasa 202 está adaptada para aislar el micrófono 204 contra los sonidos externos y, de esta manera, para aumentar la calidad de la grabación. En la técnica, se conocen diversas técnicas y materiales de aislamiento de micrófonos, incluyendo espuma, deflectores y estructuras de absorción de impactos.
El micrófono 204 puede incluir uno o más sensores acústicos, tales como un micrófono de contacto, un micrófono de cinta u otro sensor acústico adecuado. El micrófono 204 puede ser un micrófono unidireccional, y puede posicionarse en la carcasa 202 de manera que, durante el uso, registre los ruidos desde la articulación 102 y no desde otras direcciones. Los datos de sonido generados por el micrófono 204 pueden ser transmitidos al servidor 108 de evaluaciones por el procesador 210 de comunicaciones para su procesamiento. En algunas implementaciones, el dispositivo 200 de usuario incluye micrófonos adicionales separados posicionados para detectar sonidos adicionales creados por otras articulaciones, y el servidor 108 de evaluaciones puede comparar las señales desde los micrófonos adicionales con la señal desde el micrófono 204 para aislar el sonido generado por una articulación de interés del ruido generado por otras articulaciones. Como ejemplo ilustrativo de dicha implementación, el micrófono 204 puede posicionarse para registrar el sonido generado por una articulación femororrotuliana, mientras que micrófonos adicionales pueden posicionarse para registrar el ruido generado por una articulación femorotibial, y el servidor 108 de evaluaciones puede tener en cuenta el ruido generado por la articulación femorotibial al analizar el sonido registrado por el micrófono 204. En algunas implementaciones, el micrófono 204 puede ser remoto con relación al dispositivo 200 de usuario y puede transmitir información al dispositivo 200 de usuario a través de una conexión USB, una conexión BLUETOOTH o alguna otra conexión adecuada.
El sensor 206 de posición puede ser un acelerómetro, un potenciómetro, un sensor de inclinación, una brújula, un gravímetro, una galga extensométrica, un sensor piezoeléctrico o algún otro dispositivo adecuado para generar datos que indique una o más de entre una posición y una orientación del dispositivo 200 de usuario. El servidor 108 de evaluaciones puede comparar los datos desde el sensor 206 de posición con los datos desde el micrófono 204 para calcular las correlaciones entre los sonidos producidos por la articulación y la posición y la velocidad angular de la articulación; el servidor 108 de evaluaciones puede basar además las evaluaciones del estado de la articulación en dichas correlaciones. En algunas implementaciones, el dispositivo 200 de usuario puede incluir un número de sensores 206 de posición diferente del representado en la presente memoria, incluyendo cero de dichos sensores de posición.
La salida 208 puede ser una pantalla LCD, un altavoz, una matriz de LEDs, una pantalla táctil o algún otro dispositivo adecuado para proporcionar información a un usuario. La salida 208 puede emitir las instrucciones o las evaluaciones recibidas desde el servidor 108 de evaluaciones a través del procesador 210 de comunicaciones. En algunas implementaciones, el dispositivo 200 de usuario puede incluir un número de salidas 208 diferente del representado en la presente memoria, incluyendo cero de dichas salidas.
El procesador 210 de comunicaciones puede ser un procesador de ordenador que envía y recibe información a través del puerto 212 de comunicaciones. El procesador 210 de comunicaciones puede recibir instrucciones de evaluación del estado de una articulación u otra información adecuada, y puede transmitir datos de sonido, datos de posición, datos de identificación del dispositivo u otros datos adecuados.
El puerto 212 de comunicaciones representado es un puerto de red que transmite datos a través de la red 106. Los datos transmitidos pueden incluir datos de sonido, datos de posición u otra información adecuada. El puerto 212 de comunicaciones puede incluir un puerto 100BASE-TX, un puerto 1000BASE-T, un puerto 10 GBASE-T, una antena WI-FI, una antena BLUETOOTH, una antena celular o cualquier otro puerto de red adecuado. En ciertas implementaciones, puede haber un número de puertos diferente al mostrado. En ciertas implementaciones, el puerto 212 de comunicaciones puede proporcionar comunicaciones seguras, tal como mediante el uso del protocolo capa de conexiones segura (Secure Sockets Layer, SSL), el protocolo seguridad de capa de transporte (Transport Layer Security, TLS) u otro protocolo adecuado.
El dispositivo 200 de usuario está configurado para contactar con una articulación y registrar los sonidos que genera. La carcasa 202 puede estar configurada para adaptarse a la articulación, y el micrófono 204 puede registrar los sonidos desde la articulación. El sensor 206 de posición puede registrar los datos que indican la posición, la velocidad u otros datos adecuados relacionados con el estado de la articulación que pueden estar correlacionados con los sonidos registrados por el micrófono 204. La salida 208 puede instruir a un usuario con relación a cómo utilizar el dispositivo 200 de usuario y presentar los resultados de una evaluación del estado del cartílago. El procesador 210 de comunicaciones puede transmitir dichos datos a un dispositivo para su procesamiento a través del puerto 212 de comunicaciones y de la red 106. En algunas implementaciones, el dispositivo 200 de usuario puede incorporar elementos adicionales, tales como un dispositivo de entrada de usuario que puede permitir a un usuario indicar desde qué articulación realizará el registro el dispositivo 200 de usuario y cuándo se ha iniciado o se ha completado una evaluación; un procesador de datos que procesa previamente o que analiza los datos; u otros elementos adecuados. En algunas implementaciones, el dispositivo 200 de usuario puede incluir un número de elementos diferente al mostrado en la presente memoria; como ejemplos ilustrativos, un dispositivo 200 de usuario puede excluir un sensor 206 de posición o puede incluir micrófonos 204 adicionales.
Aunque se representa como una única unidad, el dispositivo 200 de usuario puede implementarse en más de un dispositivo. Como un ejemplo ilustrativo, la carcasa 202 puede asegurar un micrófono, un sensor de posición y un dispositivo de comunicación BLUETOOTH a una articulación; en dicha implementación, la información desde los sensores en la carcasa 202 puede transmitirse localmente a otro dispositivo de usuario (por ejemplo, un teléfono celular, un ordenador portátil o algún otro dispositivo adecuado), que a su vez puede comunicarse con el servidor 108 de evaluaciones a través de la red 106.
La Figura 3 es un diagrama de bloques ilustrativo de un servidor 300 de evaluación de cartílago, que puede ser un servidor, un ordenador personal, un ordenador central, un grupo de dispositivos de ordenador, un dispositivo móvil, tal como un teléfono inteligente, o algún otro dispositivo de ordenador adecuado. Con referencia a la Figura 1, el servidor 300 de evaluaciones puede corresponder al servidor 108 de evaluaciones. El servidor 300 de evaluaciones puede evaluar el estado del cartílago asociado con una articulación, incluyendo la salud y el bienestar del mismo, puede realizar un seguimiento de la salud de la articulación de un usuario, puede verificar si un usuario está autorizado o no para ver la información de otro usuario o puede realizar otras tareas adecuadas. El servidor 300 de evaluaciones transmite y recibe datos a través del puerto 302 de comunicaciones. El procesador 304 de comunicaciones puede enviar y recibir información relacionada con los ruidos articulares, los movimientos articulares y las evaluaciones de lesiones a través del puerto 302 de comunicaciones. Una base 306 de datos de usuarios almacena información acerca de los usuarios, que puede incluir información que identifica un dispositivo asociado con un usuario; la edad, el peso, el sexo, las actividades físicas, el historial médico u otra información adecuada del usuario; quién tiene permiso para acceder a la información de un usuario o autoriza a un usuario a ver la información de otro usuario; qué usuarios deben ser notificados si se evalúa que un usuario tiene un problema de salud articular; u otra información adecuada. Una base 308 de datos de sonidos almacena información relacionada con la determinación de la salud de las articulaciones, que puede incluir patrones de movimiento que un usuario debe realizar durante una evaluación, patrones de sonido asociados con problemas de salud del cartílago, patrones de sonido asociados con un cartílago sano u otra información adecuada. Un motor 310 de evaluación de salud de cartílago puede analizar los sonidos recibidos desde un dispositivo 104 de usuario en base a los datos en la base 306 de datos de usuarios y la base 308 de datos de sonidos para calcular una puntuación de la salud del cartílago de un usuario.
El puerto 302 de comunicaciones representado es un puerto de red que envía y recibe información de evaluación a través de la red 108. La información de evaluación puede incluir tareas de referencia, tareas de evaluación, respuestas del usuario a las tareas, umbrales de rendimiento, evaluaciones de posibles lesiones del cartílago, recordatorios para realizar las pruebas de referencia u otra información adecuada. El puerto 302 de comunicaciones puede incluir un puerto 100BASE-TX, un puerto 1000BASE-T, un puerto 10 GBASE-T, una antena WI-FI, una antena BLUETOOTH, una antena celular o cualquier otro puerto de red adecuado. En ciertas implementaciones, puede haber un número de puertos diferente al mostrado. En ciertas implementaciones, el puerto 302 de comunicaciones puede proporcionar comunicaciones seguras, tal como mediante el uso del protocolo capa de conexiones segura (SSL), el protocolo seguridad de capa de transporte (TLS) u otro protocolo adecuado.
El procesador 304 de comunicaciones puede ser un procesador de ordenador que envía y recibe información a través del puerto 302 de comunicaciones. El procesador 304 de comunicaciones puede transmitir un recordatorio o instrucciones para realizar una tarea de evaluación del estado de una articulación a un dispositivo 104 de usuario, puede transmitir información relacionada con los resultados de un usuario a un dispositivo 104 de usuario, puede transmitir información relacionada con la evaluación del estado del cartílago de un usuario a uno o más de entre otros usuarios designados o puede realizar otras tareas adecuadas. Dichas transmisiones pueden realizarse en respuesta a una solicitud desde un dispositivo 104 de usuario, o pueden enviarse al dispositivo 104 de usuario bajo ciertas condiciones predeterminadas, tales como la solicitud por parte de un dispositivo 104 de usuario diferente de que un usuario realice una prueba de referencia, el transcurso de una cantidad de tiempo predeterminada o alguna otra condición adecuada. Como un ejemplo ilustrativo, si un usuario realiza una prueba de evaluación y obtiene una puntuación por debajo de un umbral, el puerto 302 de comunicaciones puede enviar una advertencia relacionada con el usuario y un enlace a un servidor que identifica instalaciones médicas cercanas al usuario y otros usuarios relacionados. El procesador 304 de comunicaciones puede revisar también la información en la base 306 de datos de usuarios y la base 308 de datos de sonidos, tal como mediante la actualización de los registros del usuario en la base 306 de datos de usuarios en base a la información recibida desde un dispositivo 104 de usuario o mediante la grabación de sonidos recibidos desde un dispositivo 104 de usuario en la base 308 de datos de sonidos.
La base 306 de datos de usuarios puede ser un medio que legible y escribible por ordenador que almacena información acerca de un usuario, que puede incluir una o más de entre información demográfica del usuario (por ejemplo, edad, sexo, altura, peso, niveles de actividad, registros de lesiones articulares previas), dispositivos 104 de usuario asociados con el usuario, información de contacto de emergencia asociada con el usuario, qué otros usuarios están autorizados a ver la información del usuario, qué usuarios receptores deberían recibir la información del usuario y bajo qué circunstancias, u otra información adecuada. Como un ejemplo ilustrativo, puede designarse a un entrenador durante una competición, y puede designarse a un árbitro como receptor de los resultados de la evaluación del cartílago de un usuario durante el período de juego si el árbitro está a una distancia predeterminada del usuario.
La base 308 de datos de sonidos puede ser un medio legible y escribible por ordenador que almacena información relacionada con los sonidos producidos por las articulaciones, que puede incluir instrucciones a ser mostradas a un usuario, sonidos generados por la articulación de un usuario, sonidos de articulaciones que ejemplifican un cartílago sano o lesionado, normas para evaluar los sonidos de la articulación u otra información adecuada. En algunas implementaciones, la base 306 de datos de usuarios puede combinarse parcial o totalmente con la base 308 de datos de sonidos.
El motor 310 de evaluación de estado de cartílago es un procesador de ordenador que puede identificar una prueba de salud de articulación a administrar a un usuario, puede evaluar la salud del cartílago de un usuario, puede identificar otros usuarios a los que transmitir la información del usuario o puede realizar otras funciones adecuadas. Tal como se ha descrito con relación a la Figura 4, el motor 310 puede recibir información desde un dispositivo 104 de usuario que identifica a un usuario y las condiciones de prueba. El motor 310 puede enviar instrucciones a un usuario a través del procesador 304 de comunicaciones, en algunas implementaciones, en respuesta a una solicitud por parte del usuario de instrucciones de prueba. El motor 310 recibe los sonidos generados por la articulación de un usuario y registrados por el dispositivo 104 de usuario, elimina los ruidos de los sonidos recibidos y compara los sonidos sin ruido con los sonidos de la base 308 de datos de sonidos y con la información de la base 306 de datos de usuarios para calcular un estado de salud del cartílago asociado con la articulación. El motor 310 puede proporcionar al usuario el estado de salud, tal como transmitiendo una puntuación entre 1 y 100 al dispositivo 104 de usuario a través del procesador 304 de comunicaciones para su visualización; puede reenviar el estado de salud a un médico o algún otro usuario identificado por el usuario que está siendo evaluado; puede recomendar un comportamiento de seguimiento al usuario, tal como identificando uno o más médicos ortopédicos locales con los que el usuario podría realizar un seguimiento si la puntuación está por debajo de un umbral predeterminado; o puede realizar alguna otra actividad adecuada.
El servidor 300 de evaluación de estado de cartílago puede evaluar la salud del cartílago en base a los sonidos generados por una articulación asociada durante el movimiento, puede informar a uno o más usuarios de los resultados de la evaluación y puede recomendar a un usuario que adopte acciones adicionales en base a los resultados de la evaluación. El procesador 304 de comunicaciones puede enviar y recibir información relacionada con un usuario, pruebas para la articulación, evaluaciones del estado del cartílago y otra información adecuada a través del puerto 302 de comunicaciones, y puede almacenar o recuperar dicha información desde la base 306 de datos de usuarios y la base 308 de datos de sonidos según sea apropiado. En algunas implementaciones, la base 306 de datos de usuarios y la base 308 de datos de sonidos se cargan previamente con datos de estudios clínicos. En algunas implementaciones, la base 306 de datos de usuarios y la base 308 de datos de sonidos se complementan a medida que se recogen datos adicionales desde sujetos adicionales. El motor 310 de evaluación de cartílago analiza los sonidos producidos por una articulación a la luz de las características del usuario y genera, de manera correspondiente, una puntuación de salud del cartílago.
En algunas implementaciones, el servidor 300 de evaluación de cartílago puede combinarse, en su totalidad o en parte, con el dispositivo 200 de usuario. Como un ejemplo ilustrativo, el motor 310 de evaluación de cartílago puede implementarse en un dispositivo 200 de usuario, que puede recuperar información desde la base 306 de datos de usuarios o desde la base 308 de datos de sonidos para calcular localmente una puntuación de salud del cartílago de un usuario. Se apreciará que, a medida que la base 306 de datos de usuarios y la base 308 de datos de sonidos crecen para incluir datos adicionales, los sistemas según la presente descripción consiguen una mayor precisión y pueden asignar importancia estadística a pautas y tendencias más sutiles. En algunas implementaciones, la disponibilidad de puntos de datos adicionales permite la determinación de una correlación más estrecha. En algunas implementaciones, la disponibilidad de puntos de datos adicionales permite un entrenamiento adicional de una red neuronal o de otro sistema de aprendizaje.
La Figura 4 es un diagrama de flujo ilustrativo de un procedimiento 400 de evaluación del estado del cartílago. El procedimiento 400 de evaluación del estado del cartílago evalúa un estado del cartílago de un usuario e informa al usuario del resultado; tal como se representa, el procedimiento 400 está destinado a evaluar la salud de la rodilla, pero se apreciará que el procedimiento 400 puede aplicarse también o de manera alternativa a otras articulaciones. Con referencia a las Figuras 2 y 3, el procedimiento 400 se inicia con la etapa 401, en la que el procesador 304 de comunicaciones identifica a un usuario que está siendo evaluado en base a la información recibida desde el dispositivo 200 de usuario. El procesador 304 de comunicaciones puede identificar al usuario en base a si el usuario está asociado o no con el dispositivo 200 de usuario, en base a una entrada de un usuario, o en base a alguna otra información adecuada. En la etapa 402, un micrófono de contacto se fija de manera liberable a la rodilla de un usuario, lo que puede incluir asegurar el micrófono en su sitio con un adhesivo, con una banda elástica o con alguna otra herramienta adecuada.
En la etapa 403, el motor 310 de evaluación identifica la diversidad de pruebas que se están realizando. Los sonidos de la rodilla de un usuario pueden registrarse bajo condiciones controladas (por ejemplo, mientras el usuario está sentado en una mesa de exploración y flexiona la rodilla del usuario, tal como para calibrar o evaluar un estado inicial del cartílago) o pueden registrarse bajo un uso más realista (por ejemplo, mientras camina o corre). Un usuario puede proporcionar una señal al motor 310 de evaluación relacionada con a un tipo de prueba utilizando un dispositivo 104 de usuario o algún otro dispositivo adecuado (por ejemplo, utilizando un conmutador de selección en un dispositivo 104 de usuario, realizando una selección en un sitio web o enviando un mensaje de texto a un servidor). En algunas implementaciones, un dispositivo 104 de usuario genera automáticamente una señal que indica un tipo de prueba en base al estado del propio dispositivo (por ejemplo, en base a si el dispositivo está situado o no en una región designada, si el dispositivo está conectado o no a una red designada, o si el dispositivo está o no en contacto con una articulación). En algunas implementaciones, el motor 310 de evaluación puede identificar también qué articulación está siendo evaluada durante la etapa 403 y puede evaluar los sonidos grabados de manera correspondiente.
Si la etapa 403 indica que la evaluación no se realizará bajo condiciones controladas, el procedimiento 400 pasa a la etapa 406; de lo contrario, el procedimiento 400 pasa a la etapa 404. En la etapa 404, el dispositivo 200 de usuario genera y transmite datos de sonido y de posición al servidor 300 mientras el usuario actúa normalmente. En algunas implementaciones, el dispositivo 200 de usuario puede registrar dichos datos en una memoria intermedia local para su posterior transmisión y puede transmitir datos almacenados en memoria intermedia en base a condiciones tales como la disponibilidad de una conexión de red, la cantidad de espacio restante en la memoria intermedia u otras condiciones adecuadas. En algunas implementaciones, el dispositivo 200 de usuario mantiene una base de datos local que contiene datos y que realiza una sincronización con el servidor 300. Después de la etapa 404, el procedimiento 400 pasa a la etapa 408, que se describe a continuación.
Si la etapa 403 indica que la prueba se controlará bajo condiciones controladas, el procedimiento 400 pasa a la etapa 406, en la que el motor 310 de evaluación genera instrucciones relacionadas con la manera de realizar la prueba. Las instrucciones pueden proporcionarse al usuario a través de la salida 208 o a través de algún otro canal adecuado, y pueden indicar una posición inicial que debe adoptar el usuario, movimientos de piernas a realizar durante la prueba, una señal que el usuario debe enviar al motor 310 de evaluación cuando se inicia la prueba u otra información adecuada. Como un ejemplo ilustrativo, la etapa 406 puede indicar a un usuario que se siente con las piernas colgando libremente y flexione varias veces (por ejemplo, cinco veces) su rodilla entre 0° y 90°, permitiendo que el micrófono 204 capte los sonidos de la rodilla sin necesidad de que el tobillo, la cadera o el menisco generen ningún ruido que pueda llevar a confusión. En la etapa 407, el micrófono 204 registra los sonidos generados por la rodilla mientras el usuario mueve su pierna según el protocolo de prueba. En algunas implementaciones, el sensor 206 de posición puede registrar también los movimientos de la rodilla durante la etapa 407. El procesador 210 de comunicaciones puede reenviar los sonidos registrados al servidor 300 para su procesamiento.
En la etapa 408, el motor 310 de evaluación elimina el ruido de los sonidos recibidos, independientemente de si se registraron durante una actividad de la vida real en la etapa 404 o durante un protocolo establecido durante la etapa 407. El motor 310 de evaluación puede eliminar el ruido de los sonidos recibidos promediando varios sonidos adquiridos durante períodos equivalentes (por ejemplo, durante los ciclos de un protocolo establecido, o durante los movimientos que el sensor 206 de posición indica que son similares), identificando el ruido captado por los micrófonos secundarios como asociado con otras articulaciones y corrigiendo los sonidos registrados de manera correspondiente, o con otras medidas adecuadas. En general, la eliminación de ruido comprende eliminar el ruido o componentes innecesarios de los sonidos recibidos. Se apreciará que diversas técnicas de eliminación de ruido conocidas en la técnica son adecuadas para su uso según la presente descripción. En la etapa 405, el motor 310 de evaluación calcula referencias cruzadas de los datos de sonido y de posición recibidos desde el dispositivo 200 de usuario para identificar las correlaciones entre los movimientos de rodilla y los sonidos. En algunas implementaciones, el dispositivo 200 de usuario puede realizar la etapa 405 antes de transmitir los datos de referencias cruzadas al servidor 300.
En la etapa 409, el motor 310 de evaluación identifica marcadores en el sonido sin ruido, que pueden incluir una o más de entre la frecuencia de los sonidos, la duración de los sonidos, las longitudes de onda presentes en los sonidos, la correlación entre los sonidos y la posición o el movimiento de la rodilla, la función de densidad espectral de potencia de los sonidos o algunos otros marcadores adecuados. En la etapa 410, el motor 310 de evaluación calcula una puntuación de usuario comparando los marcadores identificados con los sonidos en la base 308 de datos de sonidos y la información en la base 306 de datos de usuarios, lo que puede incluir comparar los marcadores con los sonidos de rodilla producidos por usuarios similares, comparar los marcadores con la población general de sonidos de rodilla y, a continuación, corregir la puntuación en base a la información del usuario, o alguna otra combinación adecuada de datos de sonidos y del usuario. El motor 310 de evaluación puede calcular la puntuación del usuario en base a una red neuronal utilizando información demográfica y marcadores de sonido como entradas y una puntuación de salud como salida, donde la red neuronal se entrena utilizando marcadores de sonidos registrados previamente asociados tanto con rodillas sanas como con rodillas no sanas; identificando uno o más sonidos registrados previamente que tienen los marcadores más similares a los marcadores identificados en la etapa 409, promediando las puntuaciones de salud asociadas con los sonidos registrados previamente y normalizando y utilizando la información de usuario almacenada en la base 306 de datos de usuarios; comparando los marcadores identificados con los marcadores de otros usuarios con datos demográficos similares y determinando en qué percentil se encuentra el usuario; o en base a alguna otra medida adecuada. En algunas implementaciones, el motor 310 de evaluación puede identificar un estado de salud de una rodilla mediante la realización de un análisis de ondículas del sonido utilizando ondículas basadas en sonidos de rodilla no saludables identificados previamente.
En la etapa 411, la salida 208 presenta la puntuación (por ejemplo, un número entre 1 y 100, un número entre 1 y 10 o una descripción de la rodilla como "sana" o "necesita más pruebas") al usuario. En la etapa 412, el motor 310 de evaluación determina si la puntuación está o no por debajo de un umbral predefinido. Si la puntuación está por encima del umbral, entonces la rodilla se considera sana y el procedimiento 400 se termina. Si no, el procedimiento 400 termina con la etapa 413, en la que el motor 310 de evaluación proporciona una retroalimentación adicional. En algunas implementaciones, la retroalimentación adicional incluye la identificación de proveedores de servicios médicos cercanos al usuario. En algunas implementaciones, el motor 310 de evaluación puede sugerir también o de manera alternativa medidas paliativas que el usuario puede adoptar, tales como cesar la actividad intensa o modificar la zancada, la marcha u otros movimientos relevantes. En algunas implementaciones, se proporciona a los usuarios materiales educativos relacionados con mejores prácticas para el mantenimiento de la articulación.
En algunas implementaciones, el procedimiento 400 puede emitir también una advertencia a otros usuarios receptores designados, por ejemplo, un entrenador o un profesional médico.
La Figura 5 es una vista en planta de una carcasa 500 ejemplar para un sensor de estado de articulación según diversas realizaciones de la presente descripción. La carcasa 500 incluye una brida 601 sustancialmente circular con una región 602 central elevada sustancialmente circular situada en el centro. En algunas realizaciones, la región 602 central aloja la electrónica a bordo y un micrófono o un acelerómetro integrado, tal como se ha indicado anteriormente con relación a la Figura 2. En algunas realizaciones, se incluye un orificio 603 de ventilación para permitir la compensación de presión entre el interior y el exterior de la carcasa 500. En algunas realizaciones, la brida 601 tiene un diámetro de aproximadamente 32 mm, mientras que la región 602 central tiene un diámetro de aproximadamente 20 mm. En diversas realizaciones, la carcasa 500 comprende un polímero, tal como silicona, polietileno, cloruro de polivinilo, poliuretano o polilactida.
La Figura 6 es una vista lateral de la carcasa 500.
La Figura 7 es una vista en perspectiva de la carcasa 500 ensamblada con un parche 701 adhesivo ejemplar. En estas realizaciones ejemplares, la región 502 central de la carcasa 500 se extiende a través de una abertura sustancialmente circular en el parche 701. De esta manera, la brida 501 garantiza que la carcasa 500 permanezca fija con relación al parche 701 cuando el parche 701 se aplica a una articulación. En algunas realizaciones, el parche 701 es sustancialmente cruciforme, con patas sustancialmente perpendiculares que se cruzan en una región central. Esta configuración permite que el parche 701 se adapte a diversos tamaños y curvaturas de una articulación. En algunas realizaciones, el parche 701 está reforzado con un adhesivo adecuado para su uso en un sujeto humano. En algunas de dichas realizaciones, se incluye una capa 702 de refuerzo de papel o de plástico para proteger el adhesivo antes de la aplicación.
La Figura 8 ilustra un procedimiento de determinación de una puntuación de una articulación según diversas realizaciones de la presente descripción. Tal como se ha descrito en general anteriormente, en la etapa 801, se captura audio sin procesar de la rodilla o de otra articulación. En algunas realizaciones, se utiliza un dispositivo como el descrito con referencia a las Figuras 5-7 para capturar el audio utilizando una serie de sensores y micrófonos (por ejemplo, acelerómetros y micrófonos de contacto). En algunas realizaciones, en 802, los datos de movimiento (por ejemplo, desde un acelerómetro) u otros datos de sensores se sincronizan con el audio. En algunas realizaciones, dichos datos de movimiento se utilizan para ayudar en la cancelación de ruido, por ejemplo, proporcionando información de periodicidad acerca del movimiento del sujeto. En algunas realizaciones, dichos datos de movimiento se utilizan para localizar desde dónde proviene un ruido de articulación. Por ejemplo, al proporcionar datos de movimiento al sistema de aprendizaje descrito más adelante, este puede ser entrenado para diferenciar entre sonidos en el interior de diferentes regiones de una articulación. En algunas realizaciones, en 803, se aplica una cancelación de ruido al audio sin procesar para aislar el ruido generado por la rodilla o por otra articulación. Dicho ruido puede incluir ruido ambiental, ruido generado por otras partes del cuerpo o ruido electrostático creado por la transmisión de datos. En diversas realizaciones, la cancelación de ruido comprende una cancelación de ruido activa o pasiva. En diversas realizaciones que utilizan cancelación de ruido activa, se utiliza un micrófono orientado hacia el exterior para recoger el ruido ambiental para eliminarlo de la señal de audio de la articulación. En diversas realizaciones, se aplica un filtro pasa banda para eliminar el ruido no asociado con la articulación. En diversas realizaciones, la carcasa, tal como la descrita anteriormente con respecto a las Figuras 5-7 incluye un micrófono de contacto y el material de la carcasa absorbe el ruido externo, proporcionando una cancelación de ruido pasiva. Se apreciará que una diversidad de técnicas de cancelación de ruido activas y pasivas son adecuadas para su uso según la presente descripción. Por ejemplo, un DSP integrado puede proporcionar técnicas de cancelación de ruido estándar en línea con la fuente de audio. En otro ejemplo, se aplica una transformada rápida de Fourier (Fast Fourier Transform, FFT) a la señal para identificar y eliminar el ruido periódico. En otro ejemplo, se utilizan múltiples micrófonos en combinación con una FFT para identificar el origen del ruido.
En 804, el audio se procesa para extraer múltiples características. En algunas realizaciones, las características incluyen uno o más de entre: la frecuencia, la amplitud, la velocidad de cruce por cero, la entropía de energía, el centroide espectral, la dispersión espectral, los coeficientes cepstrales de frecuencias de Mel (MFCC) y el vector cromático de la señal. Cada característica se describe más adelante con referencia a las Figuras 9-12. En 805, el vector de características se proporciona a un clasificador entrenado para determinar una puntuación de audio. En algunas realizaciones, el clasificador entrenado es un bosque de decisiones aleatorias. Sin embargo, se apreciará que una diversidad de otros clasificadores son adecuados para su uso según la presente descripción, incluyendo clasificadores lineales, máquinas de vectores de soporte (SVM) o redes neuronales, tales como redes neuronales recurrentes (Recurrent Neural Network, RNN). En algunas realizaciones, la puntuación de audio puede oscilar entre 0 y 100.
En diversas realizaciones ejemplares, el clasificador se entrena proporcionando múltiples grabaciones de audio a un médico, que determina una puntuación. Por ejemplo, puede proporcionarse a un ortopedista una grabación que tiene un vector de características determinado. Después de escuchar la grabación, el médico asigna una puntuación o un intervalo de puntuaciones objetivo. De esta manera, el clasificador aprende a asociar una puntuación determinada con características de audio determinadas. En algunas realizaciones, se proporciona al médico un grupo de muestras que es representativo de un único cuartil y se le solicita que confirme una puntuación generada por el clasificador. Se apreciará que varios algoritmos de entrenamiento conocidos en la técnica son adecuados para su uso según la presente descripción en base al tipo de clasificador aplicado. Después de la clasificación manual y del entrenamiento del clasificador, el clasificador se aplica para determinar las puntuaciones de audio para el audio recién recogido.
En 806, se determina una puntuación de salud articular a partir de la puntuación de audio y de parámetros adicionales específicos del sujeto. En algunas realizaciones, los parámetros adicionales específicos del sujeto incluyen uno o más de entre dolor, IMC, edad, sexo, intervenciones o tratamientos quirúrgicos y frecuencia de ejercicio. En algunas realizaciones, los intervalos de puntuación de salud articular oscilan entre 0 y 100, donde 0 corresponde a un cartílago muy dañado y 100 corresponde a un cartílago perfecto.
En algunas realizaciones, se calcula un valor Y relacionando el dolor subjetivo con la puntuación de audio según la Ecuación 1, en la que A es la puntuación de audio calculada previamente y P es un factor de dolor proporcionado por el usuario. En algunas realizaciones, P se proporciona en una escala de 0 a 100, tal como la escala de calificación numérica (Numeric Rating Scale, NRS-11). De esta manera, Y proporciona un contexto específico del usuario para la puntuación de audio. Según diversas realizaciones, se calcula un valor promedio de Y para todos los usuarios que tienen un atributo determinado con propósitos de normalización. De esta manera, a continuación, se utiliza un valor promedio de Y sobre todos los usuarios que tienen un IMC comprendido en un intervalo determinado. De esta manera, las variaciones en el valor del dolor informado pueden corregirse cuando se calcula la puntuación de salud articular final. En algunas realizaciones, Y es un promedio sobre múltiples muestras, mientras que en algunas realizaciones Y está limitado a una única muestra.
Y = A * P
Ecuación 1
En algunas realizaciones, la puntuación de salud articular es proporcionada por la Ecuación 2, en la que Y se ha definido anteriormente. Y(X) es una función que proporciona el valor promedio de Y entre sujetos que tienen el atributo de argumento X o que tienen el atributo X en el interior de un intervalo predeterminado. W(X) es una función que proporciona la ponderación que se aplica al atributo del argumento. B es el IMC, A es la edad, G es el sexo, M es la condición médica y P es una frecuencia de actividad física. Por consiguiente, Y(B) es la puntuación Y promedio para todos los pacientes que tienen un IMC comprendido en el mismo intervalo que el paciente actual; Y(A) es la puntuación Y promedio para todos los pacientes que tienen una edad comprendida en el mismo intervalo que el paciente actual. Y(G) es la puntuación Y promedio para todos los pacientes que tienen el mismo sexo que el paciente actual; Y(M) es la puntuación Y promedio para todos los pacientes que tienen las mismas o similares condiciones médicas que el paciente actual; Y(P) es la puntuación Y promedio para todos los pacientes que tienen una frecuencia de actividad física comprendida en el mismo intervalo que el paciente actual. Las ponderaciones W varían de atributo a atributo y permiten que cada atributo tenga un impacto variable sobre la puntuación global. Se apreciará que, aunque el presente ejemplo se centra en cinco atributos particulares, pueden incluirse atributos de paciente adicionales en diversas realizaciones según la presente descripción.
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Ecuación 2
Con referencia a la Figura 9, se ilustra una extracción de frecuencia ejemplar para un audio de articulación ejemplar. En diversas realizaciones, la extracción de frecuencia se utiliza para generar un vector de características. Tal como se explica en la presente memoria, dichos vectores pueden compararse con otros vectores de frecuencia para detectar variaciones con respecto a la media. De manera similar, dichos vectores de frecuencia pueden suministrarse a un sistema de aprendizaje como un componente de la detección de la salud de una articulación.
Con referencia a la Figura 10, la tasa de cruce por cero (ZCR), la energía, la entropía de la energía y el vector cromático se ilustran para un audio de articulación ejemplar. La tasa de cruce por cero corresponde a la tasa de cambios de signo de la señal durante la duración de una trama particular. La energía es la suma de los cuadrados de los valores de señal, normalizada por la longitud de la trama respectiva. La entropía de la energía corresponde a las energías normalizadas de las subtramas. Puede interpretarse como una medida de cambios abruptos.
Con referencia a la Figura 11, se proporciona un espectrograma que ilustra la frecuencia a lo largo del tiempo de un audio de articulación ejemplar. A partir de este, pueden calcularse el centroide espectral, la dispersión espectral, la entropía espectral, el flujo espectral y la atenuación espectral. El centroide espectral corresponde al centro de gravedad del espectro. La dispersión espectral corresponde al segundo momento central del espectro. La entropía espectral corresponde a la entropía de las energías espectrales normalizadas para un conjunto de subtramas. El flujo espectral corresponde a la diferencia al cuadrado entre las magnitudes normalizadas de los espectros de dos tramas sucesivas. La atenuación espectral corresponde a la frecuencia debajo de la cual se concentra el 90% de la distribución de magnitud del espectro.
Con referencia a la Figura 12, se proporciona un cromagrama que ilustra las características cromáticas de un audio de articulación ejemplar. A partir de esto, pueden calcularse el vector cromático y la desviación cromática. El vector cromático proporciona una representación de 12 elementos de la energía espectral, en la que los contenedores representan los 12 semitonos temperados de la música de tipo occidental (separación de semitonos). La desviación cromática proporciona la desviación estándar de los 12 coeficientes cromáticos.
La Figura 13 es un diagrama de bloques de un dispositivo de ordenador que puede utilizarse para implementar o ayudar a cualquiera de los componentes del sistema de la Figura 1, 2 o 3, y para realizar cualquiera de los procedimientos descritos en la presente memoria. El servidor 300 de evaluación de estado de cartílago puede implementarse en uno o más dispositivos 1300 de ordenador que tienen circuitería adecuada, y el dispositivo 104 de usuario puede comunicarse con el servidor 108 de evaluaciones a través de uno o más dispositivos 1300 de ordenador que tienen circuitería adecuada. En ciertos aspectos, pueden incluirse múltiples componentes del servicio 100 de evaluación de estado de cartílago en el interior de un dispositivo 1300 de ordenador. En ciertas implementaciones, un componente del servicio 100 de evaluación de estado de cartílago puede implementarse en varios dispositivos 1300 de ordenador.
El dispositivo 1300 de ordenador comprende al menos una unidad de interfaz de comunicaciones, un controlador 1310 de entradas/salidas, una memoria de sistema y uno o más dispositivos de almacenamiento de datos. Este puede admitir una conexión de red, tal como una conexión a la red 106 en la Figura 2. La memoria del sistema incluye al menos una memoria de acceso aleatorio (RAM 1302) y al menos una memoria de sólo lectura (ROM 1304). La RAM 1302 puede contener la base 1310 de datos de usuarios de la Figura 2, por ejemplo. Todos estos elementos están en comunicación con una unidad central de procesamiento (Central Processing Unit, CPU 1306) para facilitar el funcionamiento del dispositivo 1300 de ordenador. El dispositivo 1300 de ordenador puede configurarse de muchas maneras diferentes. Por ejemplo, el dispositivo 1300 de ordenador puede ser un ordenador autónomo convencional o, de manera alternativa, las funciones del dispositivo 1300 de ordenador pueden distribuirse a través de múltiples sistemas y arquitecturas de ordenador. En la Figura 13, el dispositivo 1300 de ordenador puede estar conectado, a través de una red o de una red local, a otros servidores o sistemas.
El dispositivo 1300 de ordenador puede configurarse en una arquitectura distribuida, en la que las bases de datos y los procesadores están alojados en unidades o en ubicaciones separadas. Algunas unidades realizan funciones de procesamiento primarias y contienen, como mínimo, un controlador o un procesador general y una memoria de sistema. En implementaciones de arquitectura distribuida, cada una de estas unidades puede conectarse mediante la unidad 508 de interfaz de comunicaciones a un concentrador o puerto de comunicaciones (no mostrado) que sirve como enlace de comunicación principal con otros servidores, ordenadores cliente o de usuario y otros dispositivos relacionados. El propio concentrador o puerto de comunicaciones puede tener una capacidad de procesamiento mínima, sirviendo principalmente como un enrutador de comunicaciones. Una diversidad de protocolos de comunicación pueden formar parte del sistema, incluyendo, pero sin limitarse a: Ethernet, SAP, SAS™, ATP, BLUETOOTH™, GSM y TCP/IP.
La CPU 1306 comprende un procesador, tal como uno o más microprocesadores convencionales y uno o más coprocesadores suplementarios, tales como coprocesadores matemáticos para reducir la carga de trabajo de la CPU 1306. La CPU 1306 está en comunicación con la unidad 1308 de interfaz de comunicaciones y el controlador 1310 de entradas/salidas, a través de las cuales la CPU 1306 se comunica con otros dispositivos, tales como otros servidores, terminales de usuario o dispositivos. La unidad 1308 de interfaz de comunicaciones y el controlador 1310 de entradas/salidas pueden incluir múltiples canales de comunicación para una comunicación simultánea, por ejemplo, con otros procesadores, servidores o terminales de cliente.
La CPU 1306 está también en comunicación con el dispositivo de almacenamiento de datos. El dispositivo de almacenamiento de datos puede comprender una combinación apropiada de memoria magnética, óptica o semiconductora y puede incluir, por ejemplo, RAM 1302; ROM 1304, una unidad flash, un disco óptico, tal como un disco compacto o un disco duro o unidad de disco duro. Cada uno de entre la CPU 1306 y el dispositivo de almacenamiento de datos puede estar situado, por ejemplo, completamente en el interior de un único ordenador u otro dispositivo de ordenador; o conectados entre sí mediante un medio de comunicación, tal como un puerto USB, un cable de puerto serie, un cable coaxial, un cable Ethernet, una línea telefónica, un transceptor de radiofrecuencia u otro medio inalámbrico o cableado similar o una combinación de los anteriores. Por ejemplo, la CPU 1306 puede estar conectada al dispositivo de almacenamiento de datos a través de la unidad 1308 de interfaz de comunicaciones. La CPU 1306 puede estar configurada para realizar una o más funciones de procesamiento particulares.
El dispositivo de almacenamiento de datos puede almacenar, por ejemplo, (i) un sistema 1312 operativo para el dispositivo 1300 de ordenador; (ii) una o más aplicaciones 1314 (por ejemplo, código de programa de ordenador o un producto de programa de ordenador) adaptadas para dirigir la CPU 1306 según los sistemas y los procedimientos descritos en la presente memoria, y particularmente según los procedimientos descritos detalladamente con relación a la CPU 1306; o (iii) base o bases 1316 de datos adaptadas para almacenar información que puede utilizarse para almacenar información requerida por el programa. La base 1316 de datos representada puede ser cualquier sistema de base de datos adecuado y puede ser un sistema de base de datos local o distribuido.
El sistema 1312 operativo y las aplicaciones 1314 pueden almacenarse, por ejemplo, en un formato comprimido, no compilado y encriptado, y pueden incluir un código de programa de ordenador. Las instrucciones del programa pueden leerse en una memoria principal del procesador desde un medio legible por ordenador distinto del dispositivo de almacenamiento de datos, tal como desde la ROM 1304 o la RAM 1302, o desde una señal de datos de ordenador incorporada en una onda portadora, tal como la que se encuentra en las páginas Web bien conocidas transferidas entre dispositivos conectados a Internet. Aunque la ejecución de secuencias de instrucciones en el programa cautiliza que la CPU 1306 realice las etapas de procedimiento descritas en la presente memoria, pueden utilizar circuitos cableados en lugar de, o en combinación con, instrucciones de software para la implementación de los procedimientos de la presente descripción. De esta manera, los sistemas y los procedimientos descritos no están limitados a ninguna combinación específica de hardware y software.
Puede proporcionarse un código de programa de ordenador adecuado para realizar una o más funciones relacionadas con un sistema de evaluación tal como se describe en la presente memoria. El programa puede incluir también elementos de programa, tales como un sistema 1312 operativo, un sistema de gestión de bases de datos y "controladores de dispositivo" que permiten al procesador interactuar con dispositivos periféricos del ordenador (por ejemplo, una pantalla de video, un teclado, un ratón de ordenador, etc.) a través del controlador 1310 de entradas/salidas.
La expresión "medio legible por ordenador", tal como se utiliza en la presente memoria, se refiere a cualquier medio no transitorio que proporciona o participa en la provisión de instrucciones al procesador del dispositivo 1300 de ordenador (o cualquier otro procesador de un dispositivo descrito en la presente memoria) para su ejecución. Dicho medio puede adoptar muchas formas, incluyendo, pero sin limitarse a, medios no volátiles y medios volátiles. Los medios no volátiles incluyen, por ejemplo, discos ópticos, magnéticos u óptico-magnéticos o memoria de circuito integrado, tal como una memoria flash. Los medios volátiles incluyen una memoria dinámica de acceso aleatorio (DRAM), que típicamente constituye la memoria principal. Las formas comunes de medios legibles por ordenador incluyen, por ejemplo, un disquete, un disco flexible, un disco duro, una cinta magnética, cualquier otro medio magnético, un CD-ROM, un DVD, cualquier otro medio óptico, tarjetas perforadas, cinta de papel, cualquier otro medio físico con patrones de orificios, una SSD, una RAM, una PROM, una EPROM o una EEPROM (memoria de solo lectura programable y borrable electrónicamente), una FLASH-EEPROM, cualquier otro chip o cartucho de memoria, o cualquier otro medio no transitorio desde el cual puede leer un ordenador. En diversas realizaciones, uno o más de dichos medios legibles por ordenador son accesibles a través de una red, tal como en una disposición NAS o SAN.
Varias formas de medios legibles por ordenador pueden estar implicadas en el transporte de una o más secuencias de una o más instrucciones a la CPU 1306 (o cualquier otro procesador de un dispositivo descrito en la presente memoria) para su ejecución. Por ejemplo, las instrucciones pueden estar inicialmente en un disco magnético de un ordenador remoto (no mostrado). El ordenador remoto puede cargar las instrucciones en su memoria dinámica y pueden enviar las instrucciones a través de una conexión Ethernet, una línea de cable o incluso una línea telefónica utilizando un módem. Un dispositivo de comunicación local a un dispositivo 1300 de ordenador (por ejemplo, un servidor) puede recibir los datos en la línea de comunicación respectiva y puede colocar los datos en un bus del sistema para el procesador. El bus del sistema transporta los datos a la memoria principal, desde la cual el procesador recupera y ejecuta las instrucciones. Opcionalmente, las instrucciones recibidas por la memoria principal pueden almacenarse en la memoria antes o después de su ejecución por parte del procesador. Además, las instrucciones pueden recibirse a través de un puerto de comunicación como señales eléctricas, electromagnéticas u ópticas, que son formas ejemplares de comunicaciones inalámbricas o flujos de datos que transportan diversos tipos de información.
Algunas implementaciones de lo descrito anteriormente pueden implementarse mediante la preparación de circuitos integrados específicos de aplicación o interconectando una red apropiada de circuitos de componentes convencionales, tal como será evidente para las personas expertas en la técnica. Las personas expertas en la técnica comprenderán que la información y las señales pueden representarse utilizando cualquiera de entre una diversidad de tecnologías y técnicas diferentes. Por ejemplo, los datos, las instrucciones, las solicitudes, la información, las señales, los bits, los símbolos y los chips a los que puede hacerse referencia a lo largo de la descripción anterior pueden estar representados por voltajes, corrientes, ondas electromagnéticas, campos o partículas magnéticos, campos o partículas ópticos o cualquier combinación de los mismos.
Aunque se han mostrado y descrito diversas realizaciones de la presente descripción en la presente memoria, será obvio para las personas expertas en la técnica que dichas realizaciones se proporcionan solo a modo de ejemplo. Las personas expertas en la materia idearán ahora numerosas variaciones, cambios y sustituciones en la técnica sin apartarse de la descripción. Por ejemplo, el sistema 100 de evaluación puede implementarse completamente en un dispositivo 104 de usuario, lo que puede eliminar la necesidad de un servidor 108 de evaluaciones; un dispositivo 200 de usuario puede ofrecer una opción para contactar con un profesional médico en respuesta a una prueba o una evaluación no satisfactoria; un dispositivo 200 de usuario puede generar comparaciones entre la evaluación más reciente de un usuario y las evaluaciones previas para generar una alerta si la comparación sugiere un patrón de deterioro; las puntuaciones de salud del cartílago pueden basarse en parte en evaluaciones similares de poblaciones similares al usuario, umbrales estandarizados o umbrales calibrados clínicamente asociados con el riesgo de lesiones; los sonidos registrados por los usuarios pueden estandarizarse a nivel de población y pueden utilizarse para documentar los beneficios de las intervenciones farmacológicas o terapéuticas quirúrgicas (por ejemplo, el uso de protectores condrales, visco-suplementos intraarticulares o artroscopia). Debería entenderse que pueden emplearse diversas alternativas a las realizaciones de la descripción descritas en la presente memoria al llevar a la práctica la descripción. Los elementos de una implementación de los sistemas y los procedimientos descritos en la presente memoria pueden implementarse de manera independiente o pueden combinarse con otras implementaciones. Se pretende que las reivindicaciones siguientes definan el alcance de la invención.

Claims (8)

REIVINDICACIONES
1. Sistema (100) que comprende:
un micrófono (204) de contacto;
un procesador (210) conectado de manera operativa al micrófono (204) de contacto,
estando el procesador (210) configurado para realizar un procedimiento que comprende:
recibir desde el micrófono (204) de contacto audio que comprende sonidos que provienen desde una articulación humana de un sujeto;
extraer múltiples características desde el audio;
proporcionar las múltiples características a un clasificador entrenado;
obtener desde el clasificador entrenado una primera puntuación indicativa de la salud articular;
caracterizado por que: el procedimiento comprende, además:
calcular una segunda puntuación indicativa de salud articular a partir de la primera puntuación, en el que el cálculo de la segunda puntuación comprende ponderar la primera puntuación según un valor de dolor proporcionado o una característica del sujeto.
2. Sistema (100) según la reivindicación 1, comprendiendo además el procedimiento:
eliminar el ruido del audio antes de extraer las múltiples características.
3. Sistema (100) según la reivindicación 2, en el que la eliminación del ruido comprende:
recibir una señal de audio ambiental;
eliminar la señal de audio ambiental del audio.
4. Sistema (100) según la reivindicación 1, en el que las múltiples características comprenden frecuencia, amplitud, tasa de cruce por cero, entropía de energía, centroide espectral, dispersión espectral, coeficientes cepstrales de las frecuencias de Mel o vector cromático de la señal.
5. Sistema (100) según la reivindicación 1, en el que el clasificador entrenado comprende un bosque de decisiones aleatorias, una red neuronal o una máquina de vectores de soporte.
6. Sistema (100) según la reivindicación 1, en el que la característica comprende el índice de masa corporal, la edad, el sexo, la afección médica existente o la frecuencia de actividad física.
7. Sistema (100) según la reivindicación 1, en el que el micrófono de contacto está configurado para cubrir una región rotuliana anterior.
8. Sistema (100) según la reivindicación 1, comprendiendo el procedimiento además emitir la primera puntuación o la segunda puntuación a un usuario.
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