ITMI20102418A1

ITMI20102418A1 - Algoritmo per la determinazione automatica del profilo della colonna vertebrale, in funzione della statura e del peso del soggetto umano, utilizzabile nei sistemi di massaggio automatico.

Info

Publication number: ITMI20102418A1
Application number: IT002418A
Authority: IT
Inventors: Giuseppe Petrogalli
Original assignee: Themesys S R L
Priority date: 2010-12-28
Filing date: 2010-12-28
Publication date: 2012-06-29

Description

DESCRIZIONE DEL BREVETTO PER INVENZIONE INDUSTRIALE

TITOLO

Descrizione dell' Invenzione Industriale avente per titolo : "Algoritmo per la determinazione automatica del profilo geometrico della colonna vertebrale, in funzione della stature e del peso del soggetto umano, utilizzabile nei sistemi di massaggio automatico",

DESCRIZIONE

Gli attuali sistemi di massaggio automatico meccanico e termomeccanico presenti sul mercato dei dispositivi medici e su quello delle apparecchiature per il benessere fisico, utilizzano varie soluzioni per indurre sulla regione dorsale dei soggetti umani trattati un azione meccanica e/o termica idonea a riprodurre in maniera ciclica e programmata l'azione del massaggio manuale tradizionale. Tutti comunque utilizzano sostanzialmente dei carrelli mobili posti al di sotto della colonna vertebrale, supportanti degli elementi attivi tali da indurre sulla regione dorsale un'azione di sollecitazione meccanica e/o termica. Prescindendo dalle modalità tecniche realizzative, tutti questi sistemi risultano caratterizzati da un limite teorico, costituito dall'impossibilità di "modellare" il profilo geometrico della corsa di trattamento degli elementi attivi meccanici e/o termici in funzione dello specifico profilo morfologico della regione dorsale ed in particolare a quello della colonna vertebrale. La morfologia della colonna vertebrale, il cui trattamento costituisce l'obiettivo di questi sistemi, rappresenta una caratteristica soggettiva per ciascun individuo ed è funzione di innumerevoli variabili tra le quali la statura ed il peso dello stesso. Il processo di definizione della struttura morfologica, implicherebbe, per ciascun soggetto, complicate e costose indagini diagnostiche che non risulterebbero compatibili nei riguardi dell'utilizzazione su larga scala di questi sistemi, che possono essere anche semplicemente utilizzati per il benessere ed il relax degli utilizzatori. Alcuni sistemi, attualmente presenti sul mercato, utilizzano delle corse di trattamento esclusivamente orizzontali alternate, durante le quali gli elementi attivi meccanici e/o termici (di varie dimensioni) vengono fatti semplicemente scorrere, con moto rettilineo alternato, al di sotto della regione dorsale del soggetto, inducendo effetto di massaggio per contatto di trascinamento con il dorso del soggetto trattato. Tali sistemi non tengono in alcun modo conto della curvatura della colonna vertebrale, pertanto inducono azioni discontinue e fortemente dipendenti dalla posizione degli elementi attivi sull'asse della colonna vertebrale. Altri sistemi, più sofisticati, sono tali da generare un escursione verticale degli elementi attivi durante la loro corsa ai fini della "modellizzazione" della traiettoria di trattamento in funzione dell'andamento della curvatura della colonna vertebrale. Tali sistemi utilizzano normalmente delle camme o dei volutoidi meccanici posti in posizione fissa sulle rotaie di scorrimento degli elementi attivi, che al loro passaggio ne generano lo spostamento verticale verso la colonna vertebrale. Questa soluzione seppure rappresentando un'evoluzione rispetto alla semplice corsa orizzontale, risulta tuttavia caratterizzata dai seguenti limiti intrinseci :

La distanza di posizionamento tra le camme poste sulle rotaie è fissa e non tiene in alcun modo in considerazione la tipologia del soggetto e la sua specifica morfologia spinale,

L'altezza delle camme e quindi l'ampiezza degli spostamenti verticali degli elementi attivi da esse generati, è altresì fissa e non tiene in alcun modo conto dell'entità della reale curvatura spinale del soggetto,

Il numero limitato delle camme posizionabili sulle rotaie, non consente a priori di ottenere la continuità del "contatto" tra gli elementi attivi ed il dorso del soggetto lungo tutta la corsa di trattamento,

Le posizioni di fissaggio delle camme e l'ampiezza dell'escursione verticale da esse generata costituiscono un compromesso al fine di mediare tra morfologie che sono estremamente diverse tra loro (esempio la differenza tra il soggetto basso e sovrappeso e quello altissimo e magro),

La necessità di attuare tali compromessi può anche far insorgere alcune problematiche durante i trattamenti, in quanto per alcuni soggetti essi possono risultare eccessivamente invasivi (e quindi rischiosi e controproducenti) mentre per altri eccessivamente "leggeri" (e quindi inefficaci).

L'obiettivo della presente Invenzione Industriale, è costituito dal superamento di tutti i limiti sopra descritti, caratterizzanti gli attuali sistemi di massaggio meccanico e termo meccanico, attraverso la realizzazione e l'utilizzazione di un algoritmo idoneo ad identificare automaticamente il profilo geometrico della colonna vertebrale del soggetto trattato in funzione della statura e del peso di quest'ultimo.

Tale algoritmo potrà essere utilizzato a livello industriale per la realizzazione di servomeccanismi in grado di generare un contatto tra gli elementi attivi del sistema e la regione dorsale del soggetto, continuo e modulato in funzione della effettiva morfologia della regione dorsale del soggetto specifico. Tale effetto viene raggiunto attraverso il calcolo di una curva nelle coordinate "X" ed "Y" dove la variabile X costituisce l'ascissa orizzontale misurata sull'asse longitudinale della colonna vertebrale ed Y l'ordinata, riferita a ciascun valore di X, rappresentativa della posizione spaziale della colonna vertebrale stessa. Tale curva del tipo Y =/(X) determinata dall'algoritmo di calcolo anatomico in funzione della statura e del peso dello specifico soggetto trattato risulta pertanto "personalizzata" sulla base della specifica morfologia di quest'ultimo.

Descrizione dell'algoritmo di calcolo

L'obiettivo dei trattamenti attraverso l'utilizzazione di questi sistemi di massaggio meccanico e/o termico è rappresentato dalla sollecitazione della colonna vertebrale attraverso il rilascio di energia meccanica e/o termica sulla regione dorsale sottostante. L'efficacia di tale rilascio energetico risulta fortemente dipendente dalla capacità degli elementi attivi di rimanere a contatto con tale regione e quindi di seguire il profilo della curva della colonna vertebrale rappresentata nel Disegno 1. L'algoritmo di calcolo anatomico della curva di trattamento del dispositivo oggetto del presente Brevetto, è in grado di determinare le misure anatomiche significative rappresentate nel disegno 1 partendo dalla definizione della statura e del peso del soggetto da trattare. La lunghezza del profilo trattato "attivamente" (L) viene determinato partendo dalla statura del soggetto h espressa in cm. Attraverso la relazione : L = 4*h dove 4 rappresenta un fattore invariante per ciascun soggetto. Si sono, con buona approssimazione, assunti come fattori invarianti i rapporti [Li/L], [L2/L], [L3/L] ed [U/L], Tale assunzione consente conseguentemente di estrapolare i valori dei parametri Li, L2, L3ed U in funzione della statura h del soggetto, ovvero: L, = l,28*h ; L2= l,68*h ; L3= 0,756*h e conseguentemente U = L - (LI+L2+L3). Tali parametri risultano espressi in mm.

Il successivo passo di calcolo seguito dall' algoritmo, è costituito dalla determinazione delle ascisse di riferimento X i, che rappresentano i punti di riferimento della corsa orizzontale caratterizzanti il profilo della curva di trattamento. Essi scaturiscono dal seguente schema di calcolo e risultano espressi in mm. :

Xo= 0

Χτ = [Χ5- L]

X2 - [Xi Li]

X3 - [X2 L2]

X4 - [X3 L3]

X5= ampiezza traslazione carrello

Il parametro "L" precedentemente calcolato, costituisce il fattore di base per la determinazione delle tre escursioni verticali massime della curva anatomica : Hi, H2ed H3, anch'esse rappresentate sul Disegno 1 e necessarie ai fini della determinazione delle ampiezze dell'escursione verticale durante al corsa [ordinata Y =/(X)]. Tali parametri di escursione verticale risultano identificati dalle relazioni seguenti.

H, = 0,2* Li

H2= 0,6*L3

H3= U

Tuttavia tali ampiezze risultano anatomicamente correlate alla statura del paziente e quindi ai fattori invarianti precedentemente identificati ma non al peso del paziente. Infatti quest'ultimo esercita un effetto importante sulla pressione che si esercita tra gli elementi attivi ed il dorso del soggetto in quanto maggiore è il peso tanto maggiore risulterà essere la spinta passiva esercitata durante il trattamento. Per cui si rende necessaria ai fini di una migliore ottimizzazione del trattamento una correzione lineare parametrica delle escursioni verticali [ Y =/(X)] calcolata in funzione del peso del soggetto trattato. A tal fine si è introdotto il parametro correttivo "a", che viene dedotto dall'algoritmo di calcolo conformemente alla relazione lineare : a =/( p ) più precisamente :

a = 1,5 - 0,01*p

Il parametro correttivo a verrà pertanto selezionato automaticamente dall'algoritmo di calcolo attraverso la

Pagina 4 di 13 determinazione del peso p e conseguentemente determinerà la contrazione [ p > 50 kg ] o l'estensione [ p < 50 Kg ] delle ampiezze precedentemente calcolate [ Hi, H2ed H3] che risulteranno definite in ultima analisi dalle seguenti relazioni :

Hi = 0,2* a *Li

H2= 0,6* a *L3

H3= U* a

Successivamente l'algoritmo di calcolo anatomico effettua il calcolo delle ordinate corrispondenti alle ascisse Xi precedentemente definite, ovvero :

Yo = 0

Yi = 0

Y2<=>Hi

Y3= 0

Y4= H2

Y5= H3

Che di fatto rendono disponibili i punti identificativi della curva di trattamento, espressi nelle coppie di coordinate [Xi , Yi], più precisamente:

Po = [ 0 ; 0]

Pi = [ (X5- L) ; 0 ]

P2= [ (Xi Li) ; Hi ]

PB = [ (X2+ L2) ; 0 ]

P4= [ (X3+ L3) ; 0 ]

P5= [ Xs ; H3]

L'esplicitazione del calcolo delle coordinate sopra rappresentate avviene come di seguito rappresentato:

Pertanto, alla fine del processo di calcolo, i punti identificativi della curva di trattamento risulteranno esplicitati dalle seguenti coppie di coordinate:

Che come si può notare esprimono i punti caratteristici della curva di trattamento esclusivamente in funzione dei parametri statura paziente (h) e peso (p), unitamente al fattore X5che rappresenta una costante del sistema in quanto identifica l'escursione orizzontale complessiva. A questo punto, l'algoritmo effettua il calcolo degli altri punti della curva di trattamento Y =/(X) attraverso il metodo di seguito descritto:

1. Calcolo del passo di campionamento della curva (ΔΧ) in funzione del segmento trattato,

2. Calcolo dell'ampiezza dell'escursione verticale (Y) in funzione della coordinata orizzontale (X) per ogni passo di calcolo.

Il calcolo del passo di campionamento (ΔΧ) della curva risulta funzione della sezione interessata della stessa. Più precisamente l'algoritmo utilizza i seguenti passi di campionamento:

Il calcolo delle ordinate della funzione campionata Yi =/(i*AXj), viene effettuato in forma parametrica, mediante il prodotto tra gli invarianti pi che esprimono per ciascun valore di ascissa (X0+ ϊ*ΔΧί) il rapporto YÌ/HÌ ed i rispettivi valori calcolati di Hi. In particolare l'algoritmo , a seconda del segmento interessato e del passo di campionamento utilizzato effettua il calcolo delle ordinate Yi secondo il seguente schema .

Per 0 < X < X, -> Y (X0+ ϊ*ΔΧ0) = 0 per 0 < i < 5

Per X, < X < X3-> Y (X0+ 5*ΔΧ0+ ϊ*ΔΧ1) = pi*Hi per 1 < i < 60

Per X3< X < X5-> Y (X0+ 5*ΔΧ0+ 60*ΔΧ·, ϊ*ΔΧ2) = pi*H2per 1 < i < 20

I valori dei fattori invarianti di calcolo pi in funzione delle ascisse Xi risultano elencati di seguito.

La curva di trattamento dedotta dall'algoritmo, attraverso l'applicazione del metodo sopra descritto, risulta rappresentata nel Disegno 2.

Tutto lo schema di calcolo sopra descritto, risulta sintetizzato dal seguente flusso.

Calcolo del profilo di trattamento nelle coordinate X ed Y

Calcolo delle coordinate del profilo di trattamento [Y = f(X)]

Claims

RIVENDICAZIONI 1) Processo logico e di computazione dell'algoritmo di calcolo anatomico.
2) Rapporti anatomici e fattori invarianti utilizzati dall'algoritmo di calcolo anatomico.
3) Utilizzazione della statura e del peso del soggetto trattato come parametri di selezione della curva di trattamento.
4) Utilizzazione dell'algoritmo del presente Brevetto su sistemi destinati al trattamento delle lombalgie subacute e croniche su soggetti umani ed in generale al trattamento della colonna vertebrale degli stessi.