ES2877323A1 - Dispositivo electrónico y método para la monitorización de estados de salud, de la marcha y del movimiento de un usuario, aplicado o integrado en plantilla o calzado - Google Patents
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Abstract
El objeto de la presente invención se refiere a un dispositivo electrónico multifunción integrado o incorporado en una plantilla, o bien en un calzado, así como a un método, para monitorear parámetros de los usuarios capaces de procesar y evaluar de forma autónoma estados de salud; prevenir, detectar y evaluar la propagación de enfermedades; prevenir o detectar enfermedades, como por ejemplo, el pie de diabético; así como procesar y evaluar estados y ubicaciones de la marcha, detectar caídas e incluso evitarlas o prevenirlas, empleando técnicas de inteligencia artificial, redes neuronales convolucionales y algoritmos, desarrollados específicamente para tales cometidos. Además, esta invención permite también evaluar el cumplimiento de los protocolos de aislamiento social que pueden recomendarse o establecerse en situaciones de nesgo epidemiológico, como se ha aconsejado en algunas pandemias recientes como la ocasionada con el COVID-19.
Description
DESCRIPCIÓN
Dispositivo electrónico y método para la monitorización de estados de salud, de la marcha y del movimiento de un usuario, aplicado o integrado en plantilla o calzado.
OBJETO DE LA INVENCIÓN
El objeto de la presente invención se refiere a un dispositivo electrónico multifunción integrado o incorporado en una plantilla, o bien en un calzado, así como a un método, para monitorear parámetros de los usuarios capaces de procesar y evaluar de forma autónoma estados de salud; prevenir, detectar y evaluar la propagación de enfermedades; prevenir o detectar enfermedades, como por ejemplo, el pie de diabético; así como procesar y evaluar estados y ubicaciones de la marcha, detectar caídas e incluso evitarlas o prevenirlas, empleando técnicas de inteligencia artificial, redes neuronales convolucionales y algoritmos, desarrollados específicamente para tales cometidos.
Además, esta invención permite también evaluar el cumplimiento de los protocolos de aislamiento social que pueden recomendarse o establecerse en situaciones de riesgo epidemiológico, como se ha aconsejado en algunas pandemias recientes como la ocasionada con el COVID-19.
ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN
La presente invención se encuadra en el campo de los dispositivos electrónicos y métodos, aplicados o integrados en plantillas (como las denominadas "plantillas inteligentes”) o en calzado, que permiten observar el curso de uno o varios parámetros fisiológicos o de otra naturaleza, como el movimiento y la ubicación de una persona, con el fin de procesar y evaluar. De forma más concreta, la invención se refiere al sector de los dispositivos electrónicos integrados en plantillas o con posibilidad de integración o incorporación en éstas (o en el calzado) que, por medio del procesado, análisis y evaluación de diferentes parámetros permiten monitorizar a una persona (también llamada usuario o sujeto en el presente documento) con el fin de prevenir enfermedades, detectar síntomas compatibles con alguna enfermedad, detectar la ubicación del usuario, evaluar su movimiento y detectar, incluso prevenir o evitar, caídas.
En los últimos años, se ha producido un crecimiento espectacular en el desarrollo de
dispositivos electrónicos de pequeño tamaño que permiten integrarse en objetos con el fin de monitorear parámetros fisiológicos y de ubicación de los sujetos o personas que los llevan puestos. Un gran número de estos dispositivos se integran en objetos en los que la persona es plenamente consciente de su incorporación, como por ejemplo, pulseras o relojes, de forma que resultan fácilmente manipulables por el usuario. Sin embargo, en determinadas ocasiones, interesa que el dispositivo no sea fácilmente manejable por el usuario, no sólo con el fin de evitar un uso incorrecto del mismo, sino con el fin también de evitar que no se realice un uso inadecuado del dispositivo, por ejemplo, desconectándolo de forma intencionada o no utilizando el objeto donde se encuentra integrado, simplemente por olvido.
Un grupo de población susceptible de poder interferir en el uso de estos dispositivos son las personas mayores, sobre todo cuando tienen una avanzada edad o su estado cognitivo se ha ido deteriorando con el proceso de envejecimiento. Igual ocurre con personas que, aún no siendo ancianas, o no encontrándose en el rango de una edad avanzada, tienen deteriorado o mermado su estado cognitivo por algún tipo de enfermedad, situación o condición especial. En estos grupos de personas, los dispositivos integrados en objetos que se encuentran fácilmente visibles o a su alcance pueden ser incorrectamente manipulados o bien, incluso pueden no ser utilizados simplemente por olvido. En definitiva, si el objeto donde se integra el dispositivo no se pone o se lleva consigo, no servirá a la finalidad para la cual se integró. Por estos motivos, dentro de los dispositivos electrónicos de este tipo, se han ido desarrollando algunos capaces de incorporarlos o integrarlos en el calzado o una parte del mismo, como por ejemplo, en plantillas, de forma que, el usuario no interfiere en el correcto funcionamiento del dispositivo.
El estado de la técnica aporta algunos ejemplos de calzado o plantillas, en algunos casos llamadas "plantillas inteligentes”, que incorporan dispositivos electrónicos dotados con sensores de presión y de movimiento, con diferentes funcionalidades. En algunos casos, el dispositivo integrado en la plantilla facilita información sobre la pisada, de forma que permite corregir la postura del pié al caminar (como por ejemplo presente el modelo de utilidad español U201530533), o, como ocurre en otros casos, también existen plantillas dotadas de sensores de presión y movimiento, facilitando información sobre la fuerza aplicada por el pié y la aceleración de la marcha, para medir y evaluar, a través de un método, la actividad del usuario en movimiento, utilizando parámetros en función del valor de aceleración y peso del usuario, junto con sensores que permiten conocer su ubicación tanto en un espacio pequeño como en espacios amplios, mediante el volcado de la información en aparatos externos por
medio de Bluetooth, o la integración o incorporación en el calzado o plantilla de localizadores GPS (como por ejemplo, la patente estadounidense US2011153261, que reivindica la prioridad de la solicitud de la patente coreana número 10-2009-0128368).
Nos encontramos también en el estado de la técnica más reciente algún documento que describe un dispositivo electrónico integrado en una plantilla que, igualmente mediante incorporación de varios sensores, permite realizar un análisis de los datos que alertan de caídas mediante la evaluación de valores límite, estableciendo niveles de valoración para cada sensor, de forma que, al cumplirse las condiciones previamente programadas, se puede concluir que se ha producido una caída generando una alerta a posteriori (es el caso de la patente internacional número WO2015027955).
Sin embargo, los dispositivos electrónicos incorporados en el calzado o en plantillas que conforman el estado de la técnica, entre los que hemos destacado los documentos anteriores, presentan hasta el momento actual dispositivos, mecanismos o métodos de recogida de datos que sólo permiten recabar una información no anticipatoria de un suceso, sino generando alertas a posteriori, esto es, después de que el suceso o evento (pisada incorrecta, caída, o accidente) cuando ya se han producido.
En cambio, la invención que ahora presentamos, difiere, con respecto al estado de la técnica anterior, del enfoque de resolución del problema, pues proporciona una solución preventiva y no sólo a posteriori, como ofrecen los dispositivos actuales, al procesar de manera autónoma una gran cantidad de información mediante técnicas de inteligencia artificial, en particular, utilizando redes neuronales convolucionales y algoritmos de tipo bayesianos (probabilísticos) que permiten tratar un grandísimo número de datos y aprovechar al mismo tiempo y con mayor eficacia los sensores de temperatura, humedad, presión y de posición que incorpora el dispositivo integrado en la plantilla o en el calzado, centrando el procesado del movimiento mediante una caracterización de los estados del paciente (de pie, en movimiento, sentado, tumbado) y una evaluación las transiciones (inicio de la marcha, parada, sentarse, agitación, caída...) por medio de un acelerómetro.
De esta forma, el dispositivo electrónico y método al que se refiere esta invención sirve no sólo como un medio para generar una alarma que informe de una caída, como ocurre con la mayoría de las plantillas inteligentes o dispositivos electrónicos integrados en plantillas que conforman el estado de la técnica, sino que se caracteriza por ofrecer un medio multifuncional de control preventivo de caracterización de los estados del usuario,
caracterización de su movimiento y de su posición, clasificación de todos ellos, para poder realizar una evaluación de los mismos y sus transiciones y una evolución de manera anticipatoria a un eventual suceso o evento, tanto relativo a la salud del usuario como a su estado, permitiendo evaluar la marcha desde su inicio y desde momentos previos al mismo, detectando por ejemplo, si se está produciendo algún cambio en su estado, incluso una posible agitación o desorientación, un incremento en su temperatura, un pérdida de sensibilidad en el pié, etc, y minimizando así los riesgos del usuario, en aras de mantener un mejor control y manejo de su integridad física y psíquica.
El dispositivo electrónico multifunción que presenta esta invención realiza una caracterización detallada de los movimientos y de los estados funcionales del usuario, tanto en reposo en las diferentes posturas, como en movimiento propiamente dicho (de pie, tumbado, sentado, inicio de la marcha, en marcha con desplazamiento, en movimiento sin desplazamiento, etc...) y a partir de la evolución de los diferentes estados se infiere una transición que puede ser motivo de alerta (desorden de la marcha, tropiezo, caída, agitación, desorientación, alteración de niveles de azúcar, temperatura y calor corporal, fiebre, febrícula, tos, aumento de la humedad. ) o no ser motivo de ninguna alerta (tumbarse, sentarse, pararse, ponerse en marcha, temperatura normal, estado de la marcha normal, niveles normales de azúcar. etc.). La invención presenta un método completamente autónomo capaz de cuantificar y evaluar datos de la actividad diaria del usuario para ver su evolución en diversas áreas. El dispositivo electrónico integrado en la plantilla (o en calzado), así como el método propuesto, son capaces de ofrecer datos sobre aspectos cualitativos y cuantitativos sobre el movimiento, temperatura, humedad, posición, evolución de la pisada, tanto de forma individual como combinando alguno de estos datos o valores y realizar un procesamiento autónomo de la información y generar perfiles de cada usuario a partir de los cuales se genere un sistema de alertas a servidores remotos de forma independiente a aplicaciones y servidores en caso de existir acciones, sucesos o eventos que pueden ser considerados como compatibles con una situación de alteración o de riesgo para el estado del usuario caracterizando al usuario como posible sufridor de cuadros en el ámbito de su salud, o su movilidad y alertando de posibles comportamientos anómalos tales como febrícula, fiebre, fiebre continua, tos, pérdida de la sensibilidad, pérdida de la movilidad o pautas modificativas de la misma, agitación, desorientación, aumento de la humedad, e tc ., o, en su caso, generar alertas sobre eventos que acaban de suceder como caídas.
Además, el dispositivo objeto de esta invención integra, y ha sido diseñado, para incluir una
interface y/o algoritmo específicos para detectar, de manera precoz, signos clínicos o sintomatología compatible con COVID-19, especialmente útil en personas de riesgo (como ancianos o personas mayores) particularizando el dispositivo y referenciando, movimientos específicos en los pies o en la planta de los pies, por muy sutiles que sean, provocados por todos o alguno de los siguientes signos o síntomas: tos, estornudos y fiebre, de forma que, cuando coinciden dos o más de ellos en un intervalo de tiempo preestablecido, el dispositivo genera una señal de alerta específica por posibles síntomas compatibles con COVID-19.
A pesar de la reciente aparición de esta nueva enfermedad, provocada por el coronavirus COVID-19, se ha advertido que una población de riesgo en cuanto a letalidad de la misma es el de las personas mayores o ancianos, generando a nivel mundial un número de fallecidos muy alto con respecto a grupos de población más joven, especialmente de aquellos que convivían en centros o residencias de mayores.
La detección precoz de signos clínicos o sintomatología compatible provocada por el COVID-19 en personas de avanzada edad o ancianos es por tanto un problema a resolver, sobre todo en contextos donde, por el número elevado de personas mayores que conviven en un mismo espacio, como por ejemplo asilos, centros o residencias, no es fácil llevar un seguimiento individualizado del usuario en relación a signos o síntomas que, en ocasiones, no se detectan por el personal que los atiende o pasan inadvertidos no solo por dicho personal, sino también por el propio usuario, a veces como consecuencia de sus propias circunstancias propias de su edad o estado cognitivo, o por parecer leves, o inocuos. Sin embargo, un dispositivo capaz de detectar de manera temprana síntomas compatibles con COVID-19 en esta población de riesgo, puede favorecer medidas preventivas para el sujeto y su entorno, así como dotarle de una atención sanitaria rápida, si fuera necesario, y un aislamiento precoz del sujeto que podría suponer un mejor comportamiento del mismo frente a la enfermedad, en el caso de que la hubiera contraído, al tiempo que protegería al resto de miembros de su entorno.
En definitiva, el dispositivo electrónico objeto de esta invención, cumple, con respecto a esta nueva enfermedad, una función preventiva de gran importancia en un sector de la población enormemente vulnerable.
En la actualidad no se conocen en el estado de la técnica dispositivos del tipo al que presenta esta invención que, integrados o incorporados en plantillas (o en calzado) puedan detectar mediante el movimiento ocasionado en el pie o en la planta del pie, provocados por
síntomas aparentemente leves como la tos y el estornudo, en posible combinación con el aumento de la temperatura corporal (febrícula o fiebre), que, de manera combinada, pueda advertir una sintomatología precoz compatible con COVID-19.
Por otro lado, la invención que presentamos se configura también para actuar como una herramienta eficaz en situaciones de riesgo epidemiológico, en particular, pudiendo analizar y evaluar el cumplimiento de los protocolos de distanciamiento social (también denominado distanciamiento físico), que pueden recomendarse o establecerse en este tipo de situaciones, como se ha aconsejado en algunas pandemias recientes como la ocasionada con el COVID-19.
Entre otras publicaciones, el artículo publicado el día 14 de abril de 2020 en la revista "Science” (digital), titulado “Projecting the transmission dynamics of SARS-CoV-2 through the postpandemic period":
(https://science.sciencemag.org/content/early/2020/04/24/science.abb5793); de los autores Stephen M. Kissler1,*, Christine Tedijanto2,*, Edward Goldstein2, Yonatan H. Grad1, Marc Lipsitch2, ha concluido que alguna de las medidas adoptadas por algunos Países para controlar la propagación rápida de una pandemia dentro de un territorio o, al menos para reducir dicha propagación, denominadas "distanciamiento social" o "distanciamiento físico", pueden contribuir de manera importante en el control de la misma o en reducir la intensidad máxima de la epidemia ("aplanar la curva”), tal como se ha venido aludiendo a la reducción del número de contagios con el fin de evitar el colapso de los sistemas de salud y ganar tiempo para desarrollar tratamientos y vacunas. Se considera que mediante medidas de control intensivo se puede reducir el número de reproducción efectiva del patógeno causante de la pandemia, si bien hay quien sugiere que es posible que las medidas de distanciamiento social deban durar meses para controlar efectivamente la transmisión y mitigar la posibilidad de resurgimiento o rebrotes de contagios masivos.
El dispositivo electrónico y el método que propone esta invención pueden ser útiles como medios o mecanismos de control intensivo, o en su caso, pueden ayudar como medios de análisis y evaluación del cumplimiento de los protocolos o medidas de aislamiento social, distanciamiento social o distanciamiento físico que puedan establecerse o ser requeridas o recomendadas en situaciones de riesgo epidemiológico.
En definitiva, el estado de la técnica anterior presenta diferentes dispositivos y métodos aplicados o integrados en plantillas (o en calzado) que se caracterizan por ofrecer sistemas
orientados a una función (por ejemplo, alertar de caídas) o delimitados para un pequeño número de funciones (por ejemplo, alertar de la pisada cuando es incorrecta, emitir una señal para su corrección y alertar de caídas), todo ello ofreciendo, en la mayoría de los casos, señales de alarma que se comunican cuando el evento (por ejemplo la caída) ya se ha producido. Sin embargo no existen dispositivos multifuncionales o métodos aplicados o integrados en plantillas o en calzado, que puedan ofrecer una diversidad funcional que, además de poder informar de un evento cuando se acaba de producir (por ejemplo, caída), monitorice al usuario y lo estudie y evalúe de forma que pueda detectar cambios en su estado que permitan anticiparse a un evento o un suceso y servir como herramienta preventiva de estados de salud y del movimiento o la marcha de un usuario.
A continuación explicamos de forma detallada la invención.
EXPLICACIÓN DE LA INVENCIÓN
La presente invención resuelve los problemas anteriores gracias a una metodología propia aplicada al dispositivo electrónico objeto de la invención que le proporciona características multifuncionales de forma que, mientras los dispositivos y métodos que conforman el estado de la técnica anterior sólo generan alertas después de que ha sucedido un evento (por ejemplo, una caída), nuestra invención se caracteriza por una metodología que se caracteriza por llevar a cabo el análisis de un gran volumen de datos recabados de numerosos acelerómetros de manera que se han caracterizado los movimientos de las personas (potenciales usuarios) a partir de los datos reportados, utilizando técnicas de análisis masivo de datos mediante el uso de inteligencia artificial y por medio de procesos de inferencia. Al procesar una gran cantidad de la información obtenida, relativa a los movimientos de las personas, tanto voluntarios como involuntarios, información obtenida mediante esta metodología, se han desarrollado algoritmos que nos ha permitido implementar una red neuronal convolucional (o varias redes neuranles) en un microcontrolador que integra el dispositivo electrónico objeto de la invención, capaz de asignar a los datos del acelerómetro un estado detallado de cada movimiento. Y ello ha podido realizarse aplicando una fórmula matemática, en particular o de forma prioritaria, una matriz de evaluación, calculada con los análisis masivos de datos, al vector de entrada únicamente del acelerómetro.
De esta forma, se consigue elevar la precisión final del cambio del evento hasta un 99,2% de precisión de la información procesada por el dispositivo electrónico integrado en la
plantilla, desarrollando un dispositivo multifunción altamente preciso y eficaz.
Detallamos a continuación las diferencias de las características técnicas de los documentos citados en el estado de la técnica que hemos citado. Así, puede advertirse que el documento de la patente internacional WO2015027955 reivindica una metodología y un dispositivo donde el análisis de los datos que alertan, por ejemplo de un movimiento de caída del sujeto (usuario), se basa en un análisis por valores límite. Para ello dicho documento establece un filtro en serie en el que se evalúan uno tras otro los valores de tres sensores (acelerómetro, sensor de ángulo y sensor de presión). Para evaluar si hay una caída, el método propuesto en dicho documento evalúa los datos del acelerómetro, si y solo si se supera el valor límite se evalúan los datos del ángulo, si y solo si se supera el valor límite se evalúan los datos del sensor de presión que, sí y solo si se supera el valor límite, se considera que puede haber ocurrido una caída. Por tanto, se deben haber excedido en el mismo instante de tiempo los valores límites de los 3 sensores para que el dispositivo emita la señal de alarma indicada a dicho evento o suceso (en el ejemplo, un movimiento de caída).
Como puede apreciarse el documento de la patente internacional número WO2015027955 necesita de tres veces más sensores para detectar la caída y obtener un menor porcentaje de acierto o efectividad en cuanto si en realidad se producido el suceso (en este caso, caída). Esto se debe quizá al uso de un sistema menos preciso que requiere, además, de la detección de anomalías en la pisada del usuario, en el mismo instante, de diferentes sensores.
En la siguiente figura (Figura 2) se representa el diagrama del proceso de evaluación de los datos ofrecido por el sistema descrito en el documento de patente internacional número WO2015027955.
Fig.2
Sin embargo, el dispositivo electrónico que conforma esta invención, por su parte se caracteriza porque utiliza técnicas de inteligencia artificial, en concreto redes neuronales convolucionales y algoritmos bayesianos (probabilísticos) que permite reducir el número de sensores destinados a la pisada para dotar de mayor relevancia al acelerómetro y al mismo tiempo, hacer de ello un dispositivo altamente fiable y preciso.
En la siguiente figura (Figura 1) se representa el diagrama del proceso de evaluación de los datos ofrecido por el método y dispositivo objetos de nuestra invención.
Fig.1
Del análisis del estado de la técnica anterior y en particular con respecto al documento que conforma la patente número WO2015027955, podemos señalar las siguientes diferencias técnicas con respecto a la invención propuesta en este documento, en relación a su funcionamiento con respecto a la identificación, por ejemplo, del movimiento que advierte de una caída del sujeto (usuario), como movimiento precursor de la emisión de una señal de alarma:
1. - Mientras el documento WO2015027955 el enfoque de la solución al problema planteado se basa en la presentación de modelo de árbol de decisión por excepciones (véase figura 2 explicativa en forma de diagrama), el enfoque de resolución del problema de la invención que nos ocupa se basa en el uso e integración al dispositivo de inteligencia artificial, de forma que es suficiente para realizar detecciones muy precisas de cada movimiento, sólo a través de los datos generados por el acelerómetro, sin necesidad de utilizar un sensor de presión (véase figura 1 explicativa en modo de diagrama).
2. - La invención que ahora se presenta incorpora en el dispositivo electrónico un sistema de
redes neuronales convolucionales, que permiten clasificar todo tipo de datos distribuidos de una forma continua a lo largo de un mapa de entrada, incluidos series de tiempo y, si fuera el caso, señales de audio y/o datos volumétricos, (generados por cada movimiento), y al ser estadísticamente similares, permiten ser especialmente eficaces en la clasificación de cada movimiento y así, facilitar su auto-etiquetado. De esta forma, el dispositivo electrónico multifunción objeto de la presente invención es capaz de caracterizar cada estado del usuario, evaluar su transición, caracterizar cada movimiento, clasificar cada estado, cada transición y cada movimiento, y evaluar cómo evolucionan para detectar problemas de movilidad que puedan anticipar dificultades en la marcha, mediante signos atípicos del movimiento y prevenir posibles caídas antes de que éstas se produzcan.
3. - Además, la invención que presentamos, incorpora en el dispositivo también algoritmos bayesianos, que permiten realizar análisis probabilísticos altamente fiables.
4. - Lo anterior permite que la invención que ahora se presenta, no requiere tampoco recabar datos del giróscopo, tal como requiere el dispositivo que describe la patente internacional número WO2015027955..
En cuanto a las mejoras que permite este nuevo dispositivo electrónico multifunción y método que presentamos con nuestra invención, podemos destacar las siguientes:
- Aplicando las técnicas de computación descritas, la presente invención permite disminuir el número de sensores de presión integrados en el dispositivo de forma que se otorga una mayor relevancia y funcionalidad al acelerómetro, simplificando el proceso de fabricación del dispositivo o de la plantilla o calzado donde se pudiera integrar, al mismo tiempo que se mejora su funcionamiento.
- Además, obtenemos mejores resultados, pues con esta nueva invención se consigue mayor precisión de la información procesada.
- Además de lo anterior, nos permite detectar las transiciones de diferentes estados en reposo y movimiento (como iniciar la marcha, levantarse, pararse, caerse, toser, detectar agitación etc...), así como otros signos o valores y sus variaciones, como el incremento de calor corporal o temperatura corporal, o signos o valores y sus variaciones que pueda informarnos sobre cambios en los niveles de glucosa en el pie, cambios en la humedad, detección de pérdida de sensibilidad o de lesiones propias del pié de diabético. De esta
forma, no sólo el funcionamiento del dispositivo electrónico es diferente a los que conforman el estado de la técnica sino que su funcionalidad es diversa.
Por otro lado, la presente invención presenta además las siguientes características diferenciadoras:
- conforma un sistema independiente de comunicación de alertas, que no necesita de intermediarios para transmitir al servidor remoto y no necesita de un módulo externo de alarma automático, con altavoz y mensajes cortos.
- incorpora un sistema de posicionamiento para realizar control de errantes y geo-cercado
- posee un sistema de carga inalámbrico
- permite evaluar la gravedad de la caída y sus repercusiones, y no simplemente detectarla
- permite evaluar la degeneración cognitiva de un paciente y su actividad a través de los datos de todos sus sensores
- posee capacidades para emitir la señal de manera remota a kilómetros y notificar a cualquier parte del mundo
- permite su integración con todo tipo de sensores de presión, capacitivos, resisitivos (FSR), piezoeléctricos, etc.
- aporta medidas de temperatura para evaluación del pie diabético y fiebre
Con respecto al estado de la técnica conformado por el documento de patente estadounidense número US2011153261, puede observarse que el dispositivo integrado en la plantilla que reivindica, evalúa el movimiento de una persona y las zonas por las que se mueve, información que envía a través de un sistema de comunicación de campo cercano a un servidor/repetidor que analiza esos datos. El dispositivo consta de una malla de sensores de presión resistivos a los que se le conecta una PCB con un microcontrolador y acelerómetros que envían los datos al servidor mediante radio de corto alcance.
El documento US2011153261 permite de este modo conocer datos diarios de un usuario
como su movimiento y actividad para evaluarlos en un servidor externo.
En la Figura 3 se representa el diagrama del proceso de evaluación de los datos descrito en el documento de patente estadounidense número US2011153261.
Sin embargo, nuestra invención presenta un sistema totalmente integrado, en el que la plantilla integra todos los sensores, microcontroladores, batería, y cargadores necesarios para funcionar de manera autónoma. La invención que presentamos, actúa como sistema integral donde convergen numerosos análisis del estado de los usuarios de manera autónoma, capaz de clasificar los datos que ofrecen los distintos sensores y evaluar las diferentes situaciones para alertar en caso de que sea pertinente, en particular, en aquellos casos en que se detecten cambios en el estado del usuario o en su evolución que puedan ser compatibles con signos anticipatorios de una situación o evento de riesgo (agitación, signos de problemas en la marcha compatibles con desorientación, un incremento en su temperatura, un pérdida de sensibilidad en el pié, etc, etc...)
Además, mientras el documento US2011153261 presenta un dispositivo integrado en una plantilla que configura un enfoque de resolución del problema mediante la comunicación externa de los datos sin realizar el propio dispositivo un análisis, nuestra invención tiene la característica, con la incorporación de algoritmos y la integración de inteligencia artificial de realizar un análisis y evaluación de los datos de manera interna, de forma que no es necesario que se transfieran todos esos datos para que los analice alguien externamente, sino que transfiere ya una información concluyente previamente procesada por el dispositivo. Además, el dispositivo que presenta nuestra invención no sólo es capaz de detectar una caída mediante datos recabados de la pisada, sino que es capaz de procesar la evolución de la pisada, del movimiento y de la marcha, de manera altamente detallada desde el inicio de la marcha, lo cual permite una eficacia y precisión de cada movimiento capaz de anticipar anomalías previas a la caída y no solo detectarla.
Además, la invención que proponemos, puede utilizar diferentes tipos de sensores para funciones individuales o de forma combinada, como puede ser un sensor de presión, otro de temperatura y otro de ubicación o posicionamiento, y presenta un sistema totalmente integrado en la plantilla o calzado, sin necesidad de una PCB externa.
La invención que presentamos analiza los datos de todos los sensores por separado para realizar u procesado de la información que permite detectar situaciones de riesgo como
caídas, comportamientos anómalos, agitación del sujeto (usuario), desorientación, desórdenes o problemas en el movimiento, falta de movilidad que, durante un tiempo determinado pueda ser un signo de una anomalía o problema en el sujeto, variaciones de temperatura, tos y estornudos persistentes, incluso movimientos del usuario prolongados tanto en el tiempo como en su desplazamiento, incluso con localización geográficamente, pues posee capacidades para emitir la señal de manera remota a kilómetros y notificar la información a cualquier parte del mundo.
Tal como detallamos anteriormente, el dispositivo electrónico que conforma esta invención, se caracteriza también porque utiliza técnicas de inteligencia artificial, en concreto redes neuronales convolucionales y algoritmos bayesianos (probabilísticos) que permite reducir el número de sensores y al mismo tiempo, hacer de ello un dispositivo altamente fiable y preciso, ya que el enfoque de resolución del problema de la invención que nos ocupa se basa en el uso e integración al dispositivo de inteligencia artificial, de forma que es suficiente para realizar detecciones muy precisas de cada movimiento, a través de los datos generados por el acelerómetro, sin necesidad de utilizar para muchos de los movimientos un sensor de presión.
Como se ha descrito antes, la invención que ahora se presenta incorpora en el dispositivo electrónico redes neuronales convolucionales, que permiten clasificar todo tipo de datos distribuidos de una forma continua a lo largo de un mapa de entrada, incluidos series de tiempo y, si fuera el caso, señales de audio y datos volumétricos, (generados por o en cada movimiento), y al ser estadísticamente similares, permiten ser especialmente eficaces en la clasificación de cada movimiento y así, facilitar su auto-etiquetado. Además, la invención que presentamos, incorpora en el dispositivo también algoritmos bayesianos, que permiten realizar análisis probabilísticos altamente fiables.
Además, el dispositivo electrónico multifunción que proponemos para su integración en plantilla o en calzado, permite comunicarse de manera autónoma con las alertas pertinentes o para facilitar la información relevante a servidores remotos mediante redes de comunicación incluso con cobertura superior a 10km, de manera que estas llegan a los personas encargadas del bienestar de los usuarios, ya sean familiares, cuidadores o trabajadores del sistema de salud, sin necesidad de un segundo dispositivo generador de alarma.
Por otra parte el dispositivo electrónico y el método que propone esta invención están configurados también para actuar como medios adecuados para el control de las medidas de distanciamiento social mediante el análisis y evaluación del cumplimiento de los protocolos o medidas de distanciamiento social, o distanciamiento físico, que puedan establecerse o ser requeridas o recomendadas en situaciones de riesgo epidemiológico.
REALIZACIÓN PREFERENTE DE LA INVENCIÓN
Se describe a continuación una realización preferente de la invención donde el dispositivo electrónico (1) multifunción, capaz de monitorizar parámetros de los usuarios, se configura por una parte, de un material totalmente flexible (1), realizado con poliamida, que puede integrarse fácilmente en cualquier suela de un calzado (A) de cualquier tipo, o integrarse en una plantilla (C) de cualquier tipo, incluso ortopédicas o especiales (D), y en definitiva, puede ir integrada o incorporada en cualquier tipo de calzado o plantilla. En esta realización preferente de la invención el dispositivo electrónico multifunción (1) se caracteriza porque su configuración permite analizar y evalúa el estado de los usuarios, mediante un sistema, método o técnica de monitorización, análisis y evaluación de diferentes parámetros de los usuarios tales como sus movimientos, por muy sutil que sean, la posición, la postura, el desplazamiento, tanto en interiores como exteriores, su temperatura, su humedad y su sensibilidad, de forma que es capaz de detectar cambios en el estado del usuario compatibles con una situación de riesgo hipotético, como dificultades al caminar, trastornos en el movimiento (tales como movimientos espasmódicos -corea, ataxia, distonía, mioclono, temblores, trastorno funcional del movimiento, etc), agitación, incremento de la temperatura corporal o variaciones en la temperatura, tos, variaciones en la humedad, variaciones en la sensbilidad, así como detectar desplazamientos no autorizados, detectar caídas, incluso tropiezos, afecciones neurológicas, afecciones relacionadas con la temperatura, la humedad o la sensibilidad y alertar de los mismos.
En una realización preferente de la invención, el dispositivo electrónico (1) multifunción, capaz de monitorizar parámetros de los usuarios, está configurado, [además, de una parte, con un material totalmente flexible (1) como la poliamida, capaz de conferir propiedades electrónicas integradas en un material muy flexible]; de una batería autónoma (2) protegida de la humedad y el polvo mediante un medio (14) en el que queda encapsulada, un cargador para dotarle de autonomía (3), al menos un sensor de presión (4) al menos un sensor de temperatura (5) al menos un sensor de humedad (6) al menos un acelerómetro (7) de tres ejes, que está implementado con procesos de inferencia (11) y con capacidad de caracterización de todos los patrones de movimiento del pie utilizando inteligencia artificial (12), e implementado igualmente de, al menos, un algoritmo (13); además, el dispositivo electrónico (1) multifunción está configurado de, al menos un medio programado de medición (8) -como por ejemplo un microcontrolador (8)- implementado con, al menos, una red neuronal convolucional (9) y de al menos, un algoritmo (13), capaces de realizar de forma autónoma, análisis estadísticos masivos de los movimientos del pie, especialmente,
aunque no únicamente, mediante el mapeo del mismo por cada movimiento, a partir los datos arrojados por el acelerómetro (7), mediante la aplicación de una fórmula matemática (10).
En una realización preferente de la invención, el medio programado de medición (microcontrolador) (8) implementado con al menos una red neuronal convolucional (9) y al menos un algoritmo (13), aplica sobre los datos obtenidos por el acelerómetro (7), una fórmula matemática (10) conformada por, al menos, la matriz (11):
; donde "S” es un valor que se corresponde con un estado a un 98,5% de exactitud de los movimientos realizados por el pie.
En dicha realización preferente de la invención, se aplica, igualmente, mediante un algoritmo (13), un método de cálculo del gradiente (o método de retropropagación) del vector w" de manera que los pesos de la matriz (w) (11) evolucionan para adaptarse a las idiosincrasias, circunstancias o características propias de cada sujeto o usuario, comprendiendo la siguiente fórmula:
IV, = w ,- ! 4- 6,
; de forma que, se consigue elevar la precisión final del cambio del evento a un 99,2% de precisión, desarrollando un dispositivo altamente preciso.
En la realización preferente de la invención se incluye tanto una plantilla (14) para calzado que incorpora, integra o comprende el dispositivo electrónico multifunción (1) según todas las características anteriores y un calzado (15) que incorpora o integra el dispositivo electrónico multifunción (1) con todas las características anteriores.
Además, una realización preferente de la invención incluye también un método para la detección temprana o preventiva de estados de salud, estados de la marcha y la movilidad
así como de caídas, mediante el uso de un dispositivo electrónico integrado en una plantilla o en un calzo, que comprende las etapas siguientes:
Etapa 1: se caracterizan mediante procesos de inferencia y por medio de inteligencia artificial un número masivo de patrones de movimiento del pie en un sujeto (o usuario determinado), utilizando los datos y la información obtenida por uno o varios acelerómetros integrados en el dispositivo electrónico multifunción, capaces de detectar, diferenciar y procesar, en relación a un periodo de tiempo, tanto la ausencia de movimientos, movimientos del pie con el cuerpo en reposo, movimientos del inicio de la marcha con desplazamiento, movimiento de inicio de la marcha sin desplazamiento, continuación de la marca, movimientos sin desplazamiento, movimientos impulsivos, incluso muy sutiles del pie, con o sin desplazamiento, como los provocados por un trastorno del movimiento, movimientos involuntarios, impulsivos, agitación, temblor, tos o estornudo;
Etapa 2: se realizan cálculos masivos de movimientos del pie, utilizando un medio autónomo programado de medición integrado en el dispositivo electrónico, por ejemplo, mediante un microcontrolador implementado con redes convolucionales, aplicando la matriz matemática,
; donde "S” es un valor que se corresponde con un estado a un 98,5% de exactitud de los movimientos realizados por el pie.
Etapa 3: se realiza un proceso de cálculo de gradiente (retropropagación) utilizando el medio programado de medición, (por ejemplo, mediante un microcontrolador), integrado en el dispositivo electrónico, implementado con redes neuronales convolucionales, utilizando un algoritmo, en el vector w" de manera que los pesos de la matriz w evolucionan para adaptarse a las idiosincrasias o características propias de cada sujeto o usuario:
Etapa 4: se integra la información obtenida por los valores de uno o varios sensores de presión de tipo capacitivos, piezo-eléctricos o resistivos o una combinación de éstos, programados o adaptados de forma que interactúen con el acelerómetro y con el medio autónomo programado de medición, de forma que, mediante el uso de inteligencia artificial y de, al menos, un algoritmo de control, pueda el microcontrolador procesar toda la información de forma autónoma.
Etapa 5: se integra la información obtenida por los valores de uno o varios sensores de temperatura, preferentemente de tipo RTD u de tipo óptico, programado/s o adaptado/ss para que interactúen con el acelerómetro y con el medio autónomo programado de medición de forma que, mediante el uso de inteligencia artificial y de un algoritmo de control, pueda el microcontrolador procesar toda la información de forma autónoma.
Etapa 6: se integra en el dispositivo electrónico, un sistema híbrido de localización en interiores, preferentemente de tipo UWB o Bluetooth 5, y otro de geolocalización de exteriores, preferentemente del tipo GPS.
Etapa 7: se integra la información obtenida de las etapas anteriores y, cuando se cumplan las condiciones para ello, tras el resultado del análisis o evaluación realizada por el medio programado de medición (microprocesador), se transmite la información a una red de comunicaciones elegida, de consumo ultra bajo y largo alcance, especialmente diseñadas para dispositivos del internet de las cosas IoT y, preferentemente de tipo LoRaWAN, Sigfox o NB-IOT, con indicación o no de una señal de alarma, o de aviso, según los criterios de normalidad o anormalidad del usuario, previamente establecidos.
Tanto el dispositivo como el método incluyen también una configuración para actuar como medios adecuados para el control de las medidas de distanciamiento social mediante el análisis y evaluación del cumplimiento de los protocolos o medidas de distanciamiento social, o distanciamiento físico, que puedan establecerse o ser requeridas o recomendadas en situaciones de riesgo epidemiológico.
En otra realización preferente de la invención, el dispositivo electrónico multifunción podría comprender hasta toda la extensión de una plantilla realizada en poliamida, u otro material flexible con propiedades similares, o una superficie amplia de la misma, adaptable a la morfología del pie del usuario, integrando en la misma el resto de elementos (acelerómetro,
batería, sensores, etc...). De esta forma, al conformar el dispositivo una superficie amplia de la plantilla adaptable al pie del usuario, incluso alcanzar el 100% de la superficie total de la plantilla o el 100% de la superficie del pie del usuario, el funcionabilidad del dispositivo no perdería eficacia por razones físicas de la morfología o características del pié del usuario.
BREVE DESCRIPCIÓN DE LAS FIGURAS
La Fig. 1 muestra una representación del diagrama del proceso de evaluación de los datos ofrecido por el método y dispositivo objetos de la invención presentada.
La Fig. 2 muestra una representa el diagrama del proceso de evaluación de los datos ofrecido por el sistema descrito en el documento de patente internacional número WO2015027955, que conforma el Estado de la Técnica anterior.
La Fig. 3 muestra una vista en perspectiva del dispositivo electrónico
La Fig. 4 muestra una ilustración de determinados elementos que conforman el dispositivo electrónico multifunción objeto de la presente invención.
La Fig. 5 muestra una ilustración del método objeto de esta invención.
La Fig. 6 muestra una ilustración del método de acuerdo a una realización preferente de la invención.
Claims (10)
1. Dispositivo electrónico multifunción (1) adecuado para la detección temprana o preventiva de estados de salud, movilidad o desplazamientos, estados de la marcha y caídas, integrado en plantilla o en calzado, caracterizado porque comprende:
- un acelerómetro de al menos 3 ejes, implementado con procesos de inferencia y con capacidad de caracterización de todos los patrones de movimiento del pie utilizando inteligencia artificial y, al menos, un algoritmo
- al menos un medio programado de medición implementado con redes neuronales convolucionales y un algoritmo, capad de realizar de forma autónoma, análisis estadísticos masivos de los movimientos del pie mediante el mapeo del mismo por cada movimiento, a partir los datos arrojados por el acelerómetro, mediante la aplicación de una fórmula matemática,
- uno o varios sensores de presión de tipo capacitivos, piezo-eléctricos o resistivos o una combinación de éstos
- uno o varios sensores de temperatura
- una red de comunicaciones elegida de entre las siguientes: LoRaWAN, Sigfox o NB-IOT - un sistema híbrido de localización en interiores que incorpora uno de los siguientes medios: UWB o Bluetooth 5
- un sistema de geolocalización de tipo GPS o similar
- una batería inalámbrica, preferentemente de tipo LiFePO4 ultrafina.
2. - Dispositivo electrónico multifunción (1) según la reivindicación 1, donde el medio programado de medición es un microcontrolador
3. - Dispositivo electrónico multifunción (1) según la reivindicación 1, donde el sensor de temperatura es del tipo RTD o de tipo óptico.
4. - Dispositivo electrónico multifunción (1) según la reivindicación 1, donde el medio programado de medición implementado con redes neuronales convolucionales, aplica sobre los datos obtenidos por el acelerómetro, al menos, una fórmula matemática de evaluación conformada por la siguiente matriz:
Donde "S” es un valor que se corresponde con un estado a un 98,5% de exactitud de los movimientos realizados por el pie
5- Dispositivo electrónico multifunción (1) según la reivindicación 1, donde el medio programado de medición implementado con redes neuronales convolucionales, aplica mediante un algoritmo, un método de cálculo del gradiente (método de retropropagación) del vector w* de manera que los pesos de la matriz w evolucionan para adaptarse a las idiosincrasias o características propias de cada sujeto o usuario, mediante el uso de la siguiente fórmula:
W j = W i _ ! b t
Elevando la precisión final del cambio del evento a un 99,2% de precisión.
6.- Dispositivo electrónico multifunción (1) según la reivindicación 1, donde el medio programado de medición está configurado con, al menos, un algoritmo específico adecuado para el control, análisis y evaluación del cumplimiento de las medidas de distanciamiento social, o distanciamiento físico, que puedan establecerse o ser requeridas o recomendadas en situaciones de riesgo epidemiológico, tanto por COVID-19, como por otra patología.
7- Plantilla para calzado que conforma, comprende, incorpora o integra el dispositivo electrónico multifunción (1) según todas o alguna las reivindicaciones anteriores.
8. - Calzado que comprende, incorpora o integra el dispositivo electrónico multifunción (1) según todas o alguna de las reivindicaciones anteriores.
9. - Método para la detección temprana o preventiva de estados de salud, estados de la marcha y caídas, mediante el uso de un dispositivo electrónico integrado en una plantilla o
en un calzo, que comprende las etapas siguientes:
Etapa 1: caracterizar mediante procesos de inferencia y por medio de inteligencia artificial un número masivo de patrones de movimiento del pie en un sujeto (o usuario determinado), utilizando los datos y la información obtenida por uno o varios acelerómetros integrados en el dispositivo electrónico, capaces de detectar, diferenciar y procesar, en relación a un periodo de tiempo, tanto la ausencia de movimientos, movimientos del pie con el cuerpo en reposo, movimientos del inicio de la marcha con desplazamiento, movimiento de inicio de la marcha sin desplazamiento, continuación de la marca, movimientos sin desplazamiento, y movimientos muy sutiles del pie, con o sin desplazamiento, como los provocados por un impulso, agitación, temblor, tos o estornudo;
Etapa 2: realizar cálculos masivos de movimientos del pie, utilizando un medio autónomo programado de medición integrado en el dispositivo electrónico, por ejemplo, mediante un microcontrolador, implementado con redes convolucionales, aplicando una fórmula matemática comprendida, al menos, por la matriz matemática siguiente:
Donde S es un valor que se corresponde con un estado a un 98,5% de exactitud de los movimientos realizados por el pie
Etapa 3: realizar un proceso de cálculo de gradiente (retropropagación) utilizando el medio programado de medición, integrado en el dispositivo electrónico, implementado con redes neuronales convolucionales, utilizando un algoritmo, en el vector w" de manera que los pesos de la matriz w evolucionan para adaptarse a las idiosincrasias o características propias de cada sujeto o usuario, preferentemente mediante la fórmula siguiente:
Etapa 4: integrar la información obtenida por los valores de uno o varios sensores de presión de tipo capacitivos, piezo-eléctricos o resistivos o una combinación de éstos programados para que interactúen con el acelerómetro y con el medio autónomo programado de medición, de forma que, mediante el uso de inteligencia artificial y de un algoritmo de
control, pueda el microcontrolador procesar toda la información de forma autónoma e individualizada al usuario de forma que queda programada para los eventos o sucesos que accidentalmente se hallan fuera de su natural estado o de las condiciones habituales que le son inherentes a dicho usuario.
Etapa 5: integrar la información obtenida por los valores de uno o varios sensores de temperatura, programados para que interactúen con el acelerómetro y con el medio autónomo programado de medición de forma que, mediante el uso de inteligencia artificial y de un algoritmo de control, pueda el microcontrolador procesar toda la información de forma autónoma.
Etapa 6: integrar en el dispositivo electrónico, un sistema híbrido de localización en interiores, preferentemente de tipo UWB o Bluetooth 5, y otro de geolocalización de exteriores, preferentemente del tipo GPS.
Etapa 7: integrar la información obtenida de las etapas anteriores y, cuando se cumplan las condiciones para ello, tras el resultado del análisis o evaluación realizada por el medio programado de medición (microprocesador), se transmite la información a una red de comunicaciones elegida, de consumo ultra bajo y largo alcance, especialmente diseñadas para dispositivos del internet de las cosas IoT y, preferentemente de tipo LoRaWAN, Sigfox o NB-IOT, con indicación o no de una señal de alarma, o de aviso, según los criterios de normalidad o anormalidad del usuario, previamente establecidos.
10.- Método según la reivindicación 9, que, por medio de, al menos, un algoritmo específico, es adecuado para el control, análisis y evaluación del cumplimiento de las medidas de distanciamiento social, o distanciamiento físico, que puedan establecerse o ser requeridas o recomendadas en situaciones de riesgo epidemiológico.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| ES202030437A ES2877323A1 (es) | 2020-05-12 | 2020-05-12 | Dispositivo electrónico y método para la monitorización de estados de salud, de la marcha y del movimiento de un usuario, aplicado o integrado en plantilla o calzado |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| ES202030437A ES2877323A1 (es) | 2020-05-12 | 2020-05-12 | Dispositivo electrónico y método para la monitorización de estados de salud, de la marcha y del movimiento de un usuario, aplicado o integrado en plantilla o calzado |
Publications (1)
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|---|---|
| ES2877323A1 true ES2877323A1 (es) | 2021-11-16 |
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ID=78507506
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| ES202030437A Pending ES2877323A1 (es) | 2020-05-12 | 2020-05-12 | Dispositivo electrónico y método para la monitorización de estados de salud, de la marcha y del movimiento de un usuario, aplicado o integrado en plantilla o calzado |
Country Status (1)
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| ES (1) | ES2877323A1 (es) |
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| CN209749965U (zh) * | 2018-12-12 | 2019-12-10 | 刘灏宇 | 一种智能鞋垫 |
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2020
- 2020-05-12 ES ES202030437A patent/ES2877323A1/es active Pending
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| BA2A | Patent application published |
Ref document number: 2877323 Country of ref document: ES Kind code of ref document: A1 Effective date: 20211116 |
|
| PA2A | Conversion into utility model |
Effective date: 20240627 |