ITMI20132171A1

ITMI20132171A1 - Rilevatore indossabile per il rilevamento di parametri legati ad una attività motoria

Info

Publication number: ITMI20132171A1
Application number: IT002171A
Authority: IT
Inventors: Davide Macagnano; Andrea Fabrizio Rinaldo
Original assignee: Davide Macagnano; Andrea Fabrizio Rinaldo
Priority date: 2013-12-20
Filing date: 2013-12-20
Publication date: 2015-06-21
Also published as: WO2015092533A1; US20160296799A1; EP3043876A1; CA2934149A1; CN105934262A

Description

RILEVATORE INDOSSABILE PER IL RILEVAMENTO DI

PARAMETRI LEGATI AD UNA ATTIVITÀ MOTORIA

DESCRIZIONE

CAMPO TECNICO

La presente invenzione si riferisce al settore dei rilevatori indossabili da utenti per il rilevamento di parametri legati ad una attività motoria dell’utente.

STATO DELL'ARTE

Allo stato dell’arte sono noti dei rilevatori indossabili da utenti per il rilevamento di parametri legati ad una attività motoria dell’utente stesso.

Tali rilevatori comprendono, a seconda dei casi, dei sensori variamente integrati nel dispositivo che consentono la rilevazione di parametri di interesse. Un campo di applicazione particolarmente interessante per questi rilevatori è quello biomedicale, in cui gli stessi sono utilizzabili per monitorare alcuni parametri di un paziente.

Un altro campo di particolare interesse, a cui si rivolge principalmente la presente invenzione, è quello dello sport, in particolare del nuoto: durante le varie fasi di un allenamento può infatti essere particolarmente utile monitorare i parametri dell’allenamento, così da poter avere indicazioni sullo stato di salute dell’atleta, sulla sua condizione di allenamento o altri parametri a ciò direttamente o indirettamente legati.

Allo stato dell’arte sono noti diversi tipi di rilevatori.

Un primo rilevatore noto è quello descritto in JP2011212167 che consente la rilevazione di parametri biomedicali mediante un sensore installato nell’orecchio dell’utente; segnatamente i parametri rilevati sono la pressione sanguigna, la temperatura del corpo e il numero di pulsazioni del cuore.

Questo dispositivo, pur se utile, non si presta ad essere utilizzato in campo sportivo, ma ne è indicato invece un utilizzo in campo biomedicale.

I parametri rilevati, infatti, prescindono dalla situazione in cui si trova l’utente (potrebbe anche essere a riposo) e sono, del resto, troppo limitati per consentirne l’utilizzo in campo sportivo, dove l’attività motoria (per intensità, fasi dell’attività stessa ed altro ancora) comporta una mutazione anche rilevante in tali parametri.

Infine, è da considerare che l’utilizzo in campo sportivo comporta sollecitazioni che non sono compatibili con quelle per cui viene predisposto un dispositivo destinato ad operare in campo biomedicale.

Un altro rilevatore noto è quello descritto in EP2229880: esso riguarda, in breve, una banda per la testa dell’utente, che consente la rilevazione di pulsazioni del cuore, ossigenazione del sangue e accelerazione del paziente. In questo caso il dispositivo potrebbe anche risultare adatto ad un utilizzo sportivo, tuttavia i parametri rilevabili sono ridotti in numero e non consentono di monitorare con completezza e precisione tutti i parametri legati all’attività motoria.

Inoltre i sensori sono montati sulla banda e sono soggetti a disturbi che rendono meno precisa la rilevazione: tra questi disturbi si possono identificare ad esempio

- uno spostamento della banda dalla sua posizione (la banda non può essere troppo stretta sulla testa e in caso di sobbalzi –come nel caso di corsa o nuoto- essa si potrebbe facilmente spostare dalla sua posizione ideale) e/o

- la presenza di un velo di sudore tra i sensori e la pelle dell’utente - la presenza di rumori/disturbi ambientali (ad es. pioggia, vento, sbalzi di temperatura e simili).

Ancora un altro esempio è descritto in US 2008/0154098, che descrive un ossimetro per rilevare ossigenazione e pulsazioni, completo di un accelerometro ed un termometro integrati in un unico dispositivo e provvisto della possibilità di interfacciarsi wireless a un altro dispositivo mobile.

Questo dispositivo tuttavia presenta alcuni limiti relativi alla sua scarsa indossabilità; inoltre i dati rilevabili non consentono una rilevazione complessiva dei parametri di interesse per gli scopi dell’invenzione.

Un altro dispositivo noto è quello descritto in US 2009/0097689: esso consiste principalmente una periferica audio con la possibilità di attaccare sensori esterni. Sebbene sia utilizzabile nel caso di attività sportive, i sensori su di esso provvisti possono dare luogo a disturbi e misurazioni falsate o poco precise, essendo facilmente soggetti a disturbi esterni.

La stessa cosa in pratica può dirsi anche per il dispositivo descritto in US 2012/0274469 e per quelli descritti in WO 2010/054863 e US 2009/0105548.

SCOPI E RIASSUNTO DELL'INVENZIONE

E’ scopo della presente invenzione superare gli inconvenienti dell'arte nota. In particolare, è scopo della presente invenzione quello di mettere a disposizione un rilevatore indossabile da utenti per il rilevamento di parametri legati ad una attività motoria dell’utente che sia in grado di offrire misurazioni precise, la possibilità di monitorare una pluralità di segnali e parametri e di interagire con un terzo, ad esempio un allenatore o un coach e di ascoltare, eventualmente, musica o altro.

Grazie al dispositivo dell’invenzione è possibile rilevare sia parametri di tipo biometrico che di tipo biomeccanico durante l’allenamento degli atleti, con particolare riferimento a discipline quali nuoto, corsa, ciclismo, sci di fondo. È inoltre possibile arricchire l'esperienza sportiva grazie ai dati rilevati che non sono attualmente rilevabili dagli altri dispositivi secondo l’arte nota.

Grazie al dispositivo dell’invenzione si riesce a rilevare sia la frequenza cardiaca che quella respiratoria senza che i disturbi legati all’attività sportiva rendano imprecise le misurazioni.

L’idea alla base dell’invenzione è quella di mettere a disposizione un rilevatore indossabile per il rilevamento di parametri legati ad una attività motoria comprendente

- un supporto indossabile sulla testa di un utente,

- un mezzo di riproduzione di segnali sonori collegato al supporto

- un accelerometro

- un giroscopio

- un dispositivo di ricezione-trasmissione di segnali senza fili

- una unità di controllo operativamente collegata al mezzo di riproduzione di segnali sonori, all’accelerometro, al giroscopio ed al dispositivo di ricezionetrasmissione almeno per gestire flussi di dati tra detti dispositivi.

Secondo l’invenzione il supporto comprende una camera a tenuta stagna in cui sono alloggiati almeno l’accelerometro ed il giroscopio, detto supporto essendo configurato in modo tale per cui, in condizione indossata, detta camera risulta posizionata sostanzialmente in corrispondenza della porzione posteriore della testa di un utente.

Dopo numerosi studi la Richiedente ha infatti notato che il posizionamento anche solo dei due sensori anzidetti (accelerometro e giroscopio) sulla testa, in corrispondenza di una camera stagna posizionata dietro alla testa dell’utente, permette di rilevare in maniera più accurata i movimenti nel nuoto (segnatamente virata e tempo di percorrenza).

Tali dati sono poi facilmente utilizzabili come fonte per ottenere altri dati “derivati” come efficienza della nuotata, della virata, della forza impressa. Collocando gli accelerometri-giroscopi in punti diversi (polso, gamba, busto). La Richiedente ha infatti notato che per la natura del movimento natatorio non sarebbe possibile rilevare tutti i parametri chiave (impossibile rilevare il cambio vasca, il momento della virata, il numero di respirazioni e quindi derivare dati su efficienza di virata) o non sarebbe possibile farlo con la stessa precisione (alcuni movimenti produrrebbero accelerazioni minori).

Oltre al caso del nuoto, appena affrontato, la Richiedente ha inoltre compreso che anche per altri sport il posizionamento dei sensori risulta strategico: il movimento della testa è infatti solidale con quello del busto e meno soggetto a grossi spostamenti.

L’ingombro del rilevatore della presente invenzione inoltre consente all’atleta di non dovere indossare altri dispositivi oltre a quello proposto per il monitoraggio dei parametri necessari.

Secondo una ulteriore caratteristica vantaggiosa, almeno l’antenna del dispositivo di ricezione-trasmissione di segnali senza fili risulta posizionata nella camera stagna in corrispondenza della porzione posteriore della testa, preferibilmente in corrispondenza dell’osso occipitale.

Infatti, tornando al caso del nuoto, il posizionamento di antenne per la trasmissione/ricezione di dati in modalità wireless è ottimale quando si trova in corrispondenza della nuca, in quanto, con l’eccezione dello stile “dorso”, questa si troverebbe sempre fuori dall’acqua, consentendo quindi l’utilizzo dello standard “Bluetooth” senza interferenza (si ricorda che tale standard non è compatibile in utilizzo sommerso proprio per la frequenza a cui opera).

Per altri standard invece si avrebbe una attenuazione del segnale molto minore richiedendo quindi minore potenza necessaria.

Secondo una ulteriore caratteristica, particolarmente vantaggiosa il rilevatore dell’invenzione comprende almeno un dispositivo auricolare collegato al supporto e destinato ad essere inserito nella cavità auricolare di un utente: il dispositivo auricolare alloggia almeno un microfono per rilevare un segnale audio all’interno della cavità auricolare dell’utente.

In combinazione il mezzo di riproduzione di segnali sonori è un trasduttore osseo per la conduzione ossea di segnali sonori, collegato a detto supporto e destinato ad essere posizionato in contatto con le ossa del cranio di un utente, esternamente alla sua cavità auricolare e quindi alloggiato esternamente al dispositivo auricolare, che pertanto risulta preferibilmente privo di qualunque mezzo di riproduzione di segnali sonori.

L’idea di spostare il trasduttore sonoro per trasmettere i suoni all’utente al di fuori del padiglione auricolare, utilizzando la conduzione ossea e l’idea di inserire, al contrario, un microfono dentro al dispositivo auricolare per rilevare suoni internamente al corpo dell’utente si dimostra particolarmente vantaggiosa in quanto consente di rilevare suoni indicativi del respiro o la voce dell’utente senza essere disturbato dalle attività sportive, dalle condizioni meteo o simili. Altrettanto utilizzare il trasduttore osseo per la conduzione ossea dei suoni si rivela particolarmente vantaggioso perché questo tipo di trasmissione di segnali sonori, (rispetto a quella ottenibile mediante gli altoparlanti usualmente integrati negli auricolari), si dimostra meno soggetta ai disturbi ambientali, specie nel caso del nuoto.

Ulteriori caratteristiche vantaggiose sono oggetto delle allegate rivendicazioni, che si intendono parte integrante della presente descrizione. BREVE DESCRIZIONE DEI DISEGNI

L’invenzione verrà descritta qui di seguito con riferimento ad esempi non limitativi, forniti a scopo esplicativo e non limitativo nei disegni annessi. Questi disegni illustrano differenti aspetti e forme di realizzazione della presente invenzione e, dove appropriato, numeri di riferimento illustranti strutture, componenti, materiali e/o elementi simili in differenti figure sono indicati da numeri di riferimento similari.

Figura 1 illustra una vista prospettica del dispositivo dell’invenzione;

Figura 2 illustra una vista prospettica di un dettaglio del dispositivo dell’invenzione;

Figure 3 e 4 illustrano viste prospettiche del dispositivo dell’invenzione in condizione indossata.

DESCRIZIONE DETTAGLIATA DELL’INVENZIONE

Mentre l’invenzione è suscettibile di varie modifiche e costruzioni alternative, alcune forme di realizzazione relative illustrate sono mostrate nei disegni e saranno descritte qui di seguito in dettaglio.

Si deve intendere, comunque, che non vi è alcuna intenzione di limitare l’invenzione alla specifica forma di realizzazione illustrata, ma, al contrario, l’invenzione intende coprire tutte la modifiche, costruzioni alternative, ed equivalenti che ricadano nell’ambito dell’invenzione come definito nelle rivendicazioni.

L’uso di “ad esempio”, “ecc”, “oppure” indica alternative non esclusive senza limitazione a meno che non altrimenti indicato.

L’uso di “include” significa “include, ma non limitato a ” a meno che non altrimenti indicato.

Con riferimento alle figg. 1-4 allegate in esse è mostrato un rilevatore 1 indossabile per il rilevamento di parametri legati ad una attività motoria comprendente un supporto 2 ad arco indossabile sulla testa di un utente due dispositivi auricolari 3 collegati al supporto 2 ad arco e destinato ad essere inserito nella cavità auricolare di un utente.

Si fa notare sin d’ora che la forma esecutiva illustrata nei disegni è una forma evoluta.

La forma di base del rilevatore dell’invenzione comprende solo un supporto 2 indossabile sulla testa di un utente,

- un mezzo di riproduzione di segnali sonori 6 collegato al supporto 2 - un accelerometro 13

- un giroscopio 14

- un dispositivo di ricezione-trasmissione di segnali senza fili 8

- una unità di controllo 7 operativamente collegata al mezzo di riproduzione di segnali sonori 6, all’accelerometro 13, al giroscopio 14 ed al dispositivo di ricezione-trasmissione 8 almeno per gestire flussi di dati tra detti dispositivi. Il supporto 2 comprende una camera a tenuta stagna 10 in cui sono alloggiati almeno l’accelerometro 13 ed il giroscopio 14 e preferibilmente il dispositivo di ricezione-trasmissione di segnali senza fili 8.

La camera a tenuta stagna 10 è posizionata sul supporto 2 in modo che, quando in uso, essa risulti posizionata in corrispondenza risulta posizionata sostanzialmente in corrispondenza della parte posteriore della testa di un utente.

Questo consente di ottenere i vantaggi sopra discussi e sui quali non si torna oltre.

Preferibilmente, come nell’esempio illustrato, in condizione indossata, la camera stagna 10 risulta posizionata sostanzialmente in corrispondenza dell’osso occipitale della testa di un utente.

Questo consente un ulteriore vantaggio, legato al fatto che, nel nuoto, tale zona risulta quella che è maggiormente sporgente dall’acqua (in condizione emersa) per la maggior parte del tempo della nuotata.

Per quanto attiene a tale camera 10 si segnala come essa possa essere anche ottenuta mediante l’incorporamento delle componenti funzionali (accelerometro 13, giroscopio 14 ed eventualmente il dispositivo di ricezionetrasmissione di segnali senza fili 8 e la batteria o altro) in tutto o in parte all’interno del materiale del supporto 2.

Potrebbe così aversi una realizzazione del rilevatore in cui è presente più di una camera 10 che contiene almeno il giroscopio e/o l’accelerometro o una situazione in cui una camera 10 a tenuta stagna è suddivisa in una molteplicità di sotto-camere suddivise da pareti ma in comunicazione tra loro (anche solo per le zone di passaggio dei cavi).

Ad esempio ciò si potrebbe ottenere, quando il detto materiale del supporto 2 è gomma o un polimero plastico, mediante colaggio del materiale sopra ai componenti funzionali, che risultano così inglobati nel supporto 2 stesso, all’interno di corrispondenti sotto-camere che sono quindi da intendersi come stagne, sebbene in comunicazione tra loro mediante i cavi che trasportano i segnali operativi tra i vari componenti funzionali.

Nella forma esecutiva evoluta illustrata, come si vedrà nel dettaglio più oltre, il mezzo di riproduzione di segnali sonori 6 è un traduttore osseo, ma più in generale esso potrebbe essere un altoparlante, come quelli delle normali cuffie per ascoltare musica.

In quest’ultimo caso il posizionamento del mezzo di riproduzione in forma di altoparlante sarà su uno degli auricolari 3, in modo che possa essere inserito nella cavità auricolare di un utente.

Al contrario, i vantaggi addizionali legati all’utilizzo del traduttore osseo 6 appariranno più chiaramente tra poco.

Nella forma esecutiva evoluta, illustrata, infatti almeno uno degli auricolari 3 alloggia un microfono 5 per rilevare un segnale audio all’interno della cavità auricolare dell’utente.

Il microfono 5 è quindi disposto nella porzione di dispositivo auricolare 3 destinata ad essere inserita all’interno della cavità dell’orecchio dell’utente. Scopo del microfono 5 è di rilevare con maggiore accuratezza il profilo e la frequenza delle respirazioni senza che la rilevazione sia influenzata o disturbata dai rumori esterni.

Sempre tramite microfono 5 è previsto di ottenere la voce dell’atleta per poter essere, una volta filtrata, trasmessa all’allenatore.

Il rilevatore 1 comprende nella forma esecutiva evoluta almeno un trasduttore osseo 6 per la conduzione ossea di segnali sonori.

Tali trasduttori ossei 6 sono in sé noti e non necessitano quindi che ci si dilunghi sul loro funzionamento.

Grazie a tali trasduttori ossei 6 l’atleta potrà, durante l’allenamento, ascoltare musica proveniente da una fonte esterna (smartphone/lettore mp3/smartwatch) o dal rilevatore 1 stesso, così come potrà comunicare e ricevere un feedback in tempo reale dall’allenatore mediante comunicazione di tipo radio/wireless o dal dispositivo stesso che è in grado di processare realtime i dati per poter fornire una prima indicazione circa l’allenamento e lo stato di salute dell’atleta.

Ovviamente si fa notare sin d’ora che in luogo dei due auricolari e dei due trasduttori ossei potrebbe esserne previsto uno solo dell’uno e/o dell’altro. Per quanto attiene all’unità di controllo 7 ed all’unità ricetrasmettente 8, le stesse sono tra loro operativamente collegate: nella forma esecutiva evoluta l’unità di controllo 7 è inoltre operativamente collegata al microfono 5 ed al trasduttore osseo 6 in modo da ricevere/trasmettere i segnali ed eventualmente elaborarli.

Le due unità 7 ed 8 possono essere in talune forme esecutive integrate insieme, senza che questo ne vari la funzionalità.

Per quanto attiene all’unità ricetrasmettente 8, la stessa è adatta alla trasmissione/ricezione di segnali senza fili, ad esempio radio, bluetooth o altro. Nella forma esecutiva preferita le unità 7 ed 8 sono alloggiate, assieme ad una batteria elettrica per l’alimentazione nella camera stagna 10 dell’arco, destinata, in uso, ad essere posizionata all’incirca in corrispondenza della nuca dell’utente.

In forme esecutive evolute il rilevatore 1 comprende anche altri tipi di sensori, ad esempio uno o più sensori di tipo biomeccanico quali accelerometri, preferibilmente a tre assi, giroscopi e GPS.

Questi sensori biomeccanici possono essere posizionati o internamente al dispositivo auricolare 3 o esternamente ad esso, ad esempio sull’arco 2 o nella zona 10.

I sensori biomeccanici servono per rilevare i movimenti e gli spostamenti degli atleti e parametri quali numero e la frequenza delle falcate nella corsa, o il numero di bracciate e delle vasche durante il nuoto o la frequenza e l’ampiezza delle pattinate nello sci di fondo.

Il posizionamento dei sensori biomeccanici sul rilevatore 1, indossato sulla testa dell’atleta, permette di avere una maggiore accuratezza nella rilevazione di parametri quali il numero di respirazioni nel nuoto o il momento di virata, riducendo inoltre l’effetto di altri movimenti secondari che possono creare disturbi durante l’allenamento e rendendo lo strumento meno soggetto disturbi derivanti dall’ambiente esterno (e.g. temperatura, pioggia, rumori e simili) e all’attività fisica stessa (e.g. sudorazione o simili).

In alternativa o in combinazione il rilevatore 1 comprende anche altri tipi di sensori, ad esempio uno o più sensori di tipo biomedicale, quali un “pulse oximeter” (per rilevare l’ossigenazione del sangue, la frequenza cardiaca, la pressione sanguigna e simili), un termometro, un ossimetro, un saturimetro o simili.

Il posizionamento dei sensori biomedicali è ancora una volta preferibile all’interno del dispositivo auricolare 3, o in prossimità dello stesso, in modo da poter rilevare dati il più possibile non influenzati dall’ambiente esterno o eventualmente da altri fattori (e.g. sudorazione) quindi maggiormente accurati. Per migliorare la rilevazione dei parametri vitali è previsto che in alcune applicazioni le stime provenienti dall’ossimetro possano essere combinate con quelle provenienti dal microfono (e.g. per rilevare i battiti cardiaci) o i dati provenienti dagli accelerometri per filtrare parte del rumore dovuto al movimento.

In combinazione o in alternativa con l’unità 8 è previsto di installare una unità di memoria in cui memorizzare i dati rilevati dai sensori.

Nel caso in cui il dispositivo sia collegato con un dispositivo esterno (smartphone o smartwatch o computer remoto per esempio), su quest’ultimo può essere previsto un software addizionale di processazione dei dati.

In questo caso è possibile che il rilevatore 1 utilizzi direttamente o indirettamente i sensori addizionali presenti sul dispositivo esterno, come per esempio il GPS, altimetro, termometro, barometro.

In questo caso la comunicazione wireless (e.g.) con una unità esterna può essere demandata direttamente al modulo wireless dello smartphone/smartwatch.

In alternativa, si userà un modulo apposta all’interno del dispositivo come descritto in precedenza.

Il modulo di comunicazione wireless, accoppiato alla presenza di microfono/trasmissione del suono tramite ossa craniche permetterà un sistema di comunicazione/feedback bidirezionale tra atleta e coach, che potrà gestire al tempo stesso un numero di atleti superiore a uno.

Sono poi possibili numerose varianti a quanto sino ad ora insegnato, tutte da ritenersi alla portata del tecnico del ramo alla luce della descrizione qui sopra e pertanto equivalenti a quanto più oltre rivendicato.

Claims

RIVENDICAZIONI 1. Rilevatore (1) indossabile per il rilevamento di parametri legati ad una attività motoria comprendente - un supporto (2) indossabile sulla testa di un utente, - un mezzo di riproduzione di segnali sonori (6) collegato a detto supporto - un accelerometro (13) - un giroscopio (14) - un dispositivo di ricezione-trasmissione di segnali senza fili (8) - una unità di controllo (7) operativamente collegata al mezzo di riproduzione di segnali sonori (6), all’accelerometro (13), al giroscopio (14) ed al dispositivo di ricezione-trasmissione (8) almeno per gestire flussi di dati tra detti dispositivi caratterizzato dal fatto che detto supporto (2) comprende una camera a tenuta stagna (10) in cui sono alloggiati almeno l’accelerometro (13) e/o il giroscopio (14), detto supporto (2) essendo configurato in modo tale per cui, in condizione indossata, detta camera (10) risulta posizionata sostanzialmente in corrispondenza della parte posteriore della testa di un utente.
2. Rilevatore (1) indossabile secondo la rivendicazione 1, in cui detto supporto (2) è configurato in modo tale per cui, in condizione indossata, detta camera (10) risulta posizionata sostanzialmente in corrispondenza dell’osso occipitale della testa di un utente.
3. Rilevatore (1) indossabile secondo la rivendicazione 1 o 2, in cui detto supporto (2) è un supporto ad arco indossabile a guisa di cuffia sulla testa di un utente.
4. Rilevatore (1) indossabile secondo la rivendicazione 1, 2 o 3, comprendente almeno un dispositivo auricolare (3) collegato a detto supporto (2) e destinato ad essere inserito nella cavità auricolare di un utente, in cui detto dispositivo auricolare (3) alloggia almeno un microfono (5) per rilevare un segnale audio all’interno della cavità auricolare dell’utente.
5. Rilevatore (1) indossabile secondo una o più delle rivendicazioni precedenti, in cui il mezzo di riproduzione di segnali sonori (6) comprende un trasduttore osseo (6) per la conduzione ossea di segnali sonori, collegato a detto supporto e destinato ad essere posizionato in contatto con le ossa del cranio di un utente, esternamente alla sua cavità auricolare.
6. Rilevatore (1) secondo una o più delle rivendicazioni da 1 a 5, comprendente inoltre un sistema di georeferenziazione, come un’antenna GPS o simili.
7. Rilevatore (1) secondo una o più delle rivendicazioni precedenti, comprendente inoltre almeno un sensore di tipo biomedicale, preferibilmente almeno uno tra un “pulse oximeter”, un termometro, un ossimetro, un saturimetro o simili.
8. Rilevatore (1) secondo la rivendicazione precedente, in cui detto almeno un sensore biomedicale è alloggiato nell’interno del dispositivo auricolare (3).
9. Rilevatore (1) secondo una o più delle rivendicazioni precedenti, comprendente inoltre una unità di memoria per memorizzare i dati rilevati dai detti sensori.