PT107552A

PT107552A - EQUIPMENT TO IMPLEMENT THE FUNCTIONAL EVALUATION TEST ''30 SECOND CHAIR STAND' '

Info

Publication number: PT107552A
Application number: PT107552A
Authority: PT
Inventors: José Alexandre De Carvalho Gonçalves; José Teixeira Dos Santos Batista
Original assignee: Inst Politécnico De Bragança
Priority date: 2014-03-31
Filing date: 2014-03-31
Publication date: 2015-09-30

Abstract

O PRESENTE INVENTO REFERE-SE A UM EQUIPAMENTO UTILIZADO NO TESTE DE AVALIAÇÃO FUNCIONAL ''30 SECOND CHAIR STAND''. TRATA-SE DE UM DOS TESTES FÍSICOS TÍPICOS FEITOS A GRUPOS ESPECÍFICOS DA POPULAÇÃO COM POTENCIAL DÉFICE DE CAPACIDADE FUNCIONAL, VISANDO ESPECIALMENTE OS GERONTES. O SISTEMA É CONSTITUÍDO POR UMA CADEIRA (1) COM UM SENSOR MICRO INTERRUPTOR (2) COLOCADO DEBAIXO DO ASSENTO PARA DETETAR A AÇÃO LEVANTAR/SENTAR, UM SENSOR DE MEDIDA DE DISTÂNCIA (3) COLOCADO NA HASTE (4) DE UMA COLUNA (5) PARA MEDIR A DISTÂNCIA DESDE A CABEÇA DA PESSOA ATÉ AO SENSOR (ΔX), UMA CARTA ELETRÓNICA (6) DESENVOLVIDA, UMA CARTA ARDUINO UNO (7) E UM COMPUTADOR (8). A CARTA DESENVOLVIDA É ACOPLADA AO ARDUINO, E A CONEXÃO DESTE AO COMPUTADOR É FEITA VIA PORTA USB. O PRESENTE SISTEMA É APLICÁVEL, POR EXEMPLO, NA MEDICINA FÍSICA E REABILITAÇÃO, GERIATRIA, E SEMPRE QUE SE PRETENDA AVALIAR A APTIDÃO FÍSICA DE GRUPOS ESPECÍFICOS DA POPULAÇÃO.The present invention relates to a device used in the '' 30 SECOND CHAIR STAND '' FUNCTIONAL ASSESSMENT TEST. THIS IS ONE OF THE TYPICAL PHYSICAL TESTS MADE TO SPECIFIC GROUPS OF THE POPULATION WITH POTENTIAL FUNCTIONAL CAPACITY, ESPECIALLY LOOKING AT THE GERONTES. The system is constituted by a seat (1) with a micro switch sensing device (2) placed below the seat for detecting the raising / sitting action, a distance measurement sensor (3) placed on the shaft (4) of a column (5). ) TO MEASURE DISTANCE FROM THE HEAD OF THE PERSON TO THE SENSOR (ΔX), AN ELECTRONIC CARD (6) DEVELOPED, AN ARDUINO CARD ONE (7) AND A COMPUTER (8). THE DEVELOPED LETTER IS COUPLED TO THE ARDUIN, AND THE CONNECTION OF THIS TO THE COMPUTER IS MADE VIA USB PORT. THE PRESENT SYSTEM IS APPLICABLE, FOR EXAMPLE, IN PHYSICAL MEDICINE AND REHABILITATION, GERIATRY, AND ALWAYS THAT IT IS INTENDED TO EVALUATE THE PHYSICAL FITNESS OF SPECIFIC GROUPS OF THE POPULATION.

Description

DESCRI ΟDESCRIPTION

Equipamento para implementar o teste de avaliação funcional "30 Second Chair Stand" A cadeira funcional visa melhorar as condições em que são feitos alguns dos testes necessários para avaliar a aptidão física de grupos específicos da população com potencial défice de capacidade funcional, em particular os gerontes.Equipment for implementing functional evaluation test " 30 Second Chair Stand " The functional chair aims to improve the conditions under which some of the necessary tests are performed to assess the physical fitness of specific groups of the population with potential functional capacity deficits, in particular the gerontes.

Cada vez mais a esperança média de vida aumenta, e deste modo, os gerontes requerem atenções especiais. Através da avaliação da capacidade funcional é possível identificar aqueles que estão em risco de fragilidades físicas.Increasingly, the average life expectancy increases, so the gerontes require special attention. Through the evaluation of functional capacity it is possible to identify those who are at risk of physical fragility.

Nos idosos, é comum observarem-se baixos níveis de capacidade funcional, principalmente devido à diminuição das funções físicas, como a diminuição das funções do sistema osteo-muscular, cardiorrespiratório e nervoso, situação que os pode impedir de realizarem as suas atividades quotidianas com eficiência. Ações como levantar, percorrer uma determinada distância e sentar, servem para caracterizar a mobilidade do indivíduo, ponto fundamental da avaliação funcional, permitindo por exemplo, estabelecer uma relação com a probabilidade de quedas.In the elderly, it is common to observe low levels of functional capacity, mainly due to the decrease of the physical functions, such as the reduction of the functions of the osteo-muscular, cardiorespiratory and nervous system, situation that can prevent them from carrying out their daily activities efficiently . Actions such as lifting, walking a certain distance and sitting, serve to characterize the mobility of the individual, fundamental point of functional assessment, allowing, for example, to establish a relationship with the probability of falls.

Três testes típicos realizados neste âmbito são: "30 Second Chair Stand", "Timed Up and Go" e "Hand Force". Em fisiatria, estes testes podem ser realizados através do método manual, onde, depois de sentada a pessoa na cadeira, são dadas ordens verbais de iniciar/parar, por exemplo. Recorrendo a um cronómetro são medidos os tempos, e posteriormente registados os valores obtidos. Ora, este método, sendo manual, é pouco fiável e não apresenta repetibilidade, podendo originar resultados confusos e conclusões erradas. Na situação em que se pretende comparar resultados entre pessoas, este método também se revela pouco correto. Atualmente existem fabricantes que produzem equipamentos para realizar estes testes. Contudo, são equipamentos muito caros, pois usam sensores muito dispendiosos, e associado ao facto de serem equipamentos "fechados", tornam a sua utilização muito limitada. Para o teste "30 Second Chair Stand", existem atualmente no mercado equipamentos que utilizam acelerómetros que são acoplados ao corpo da pessoa a monitorizar, causando uma situação de algum desconforto e tornando a preparação do teste mais demorada. O presente invento vem colmatar estas falhas, pois trata-se de um sistema baseado em sensores que não são fixados ao corpo da pessoa, sendo a informação adquirida através de um microcontrolador, com aplicações de software desenvolvidas em computador. 0 resultado é um sistema fiável, com repetibilidade, com ambiente gráfico amigável, e com registo automático de toda a informação necessária. Além disso, o sistema desenvolvido é considerado de baixo custo, na medida em que são utilizados sensores baratos e uma plataforma ARDUINO UNO como carta de aquisição de dados. A gestão do sistema é feita recorrendo a um programa de software (aplicação) desenvolvido, baseado na plataforma LabVIEW para ambiente Windows.Three typical tests performed in this scope are: " 30 Second Chair Stand ", " Timed Up and Go " and " Hand Force ". In physiatrics, these tests can be performed through the manual method, where, after sitting the person in the chair, verbal orders to start / stop, for example. Using a chronometer, the times are measured and the values obtained are subsequently recorded. However, this method, being manual, is unreliable and unrepeatable and can lead to confusing results and erroneous conclusions. In the situation where we want to compare results between people, this method also proves to be incorrect. There are currently manufacturers that produce equipment to perform these tests. However, they are very expensive equipment because they use very expensive sensors, and in combination with the fact that they are "closed" equipment, they make their use very limited. For the "30 Second Chair Stand" test, there are currently equipment on the market that use accelerometers that are coupled to the body of the person being monitored, causing some discomfort and making the test preparation more time-consuming. The present invention addresses these shortcomings because it is a system based on sensors that are not fixed to the body of the person, the information being acquired through a microcontroller, with software applications developed in computer. The result is a reliable, repeatable system with user-friendly graphical environment, and with automatic registration of all necessary information. In addition, the developed system is considered low cost, in that inexpensive sensors and an ARDUINO UNO platform are used as a data acquisition card. The management of the system is done using a software program (application) developed based on the LabVIEW platform for Windows environment.

De seguida, explica-se o facto de para fazer o teste "30 Second Chair Stand" serem utilizados vários componentes, nomeadamente, uma cadeira (1), um sensor de medida de distância (3) uma carta eletrónica desenvolvida (6), o Arduino Uno (7) e um computador pessoal (8): A plataforma desenvolvida no presente invento permite efetuar, além do teste "30 Second Chair Stand", os testes "Timed Up and Go" e "Hand Force". Para tal, foi desenvolvida uma carta eletrónica comum, fabricada em circuito impresso e acoplada fisicamente à carta eletrónica Arduino Uno. No teste "Timed Up and Go" é utilizado um tapete próprio desenvolvido, com dois sensores de força (um para cada pé) e um sensor micro interruptor colocado debaixo do assento da cadeira. No teste "Hand Force" é utilizado um acessório de punho para apertar com a mão, com duas micro células de carga para medir a força na mão, desenvolvido para o efeito. Para cada teste foi desenvolvida uma aplicação específica de software para computador. O teste "30 Second Chair Stand" consiste na contagem do número de levantamentos que a pessoa faz em 30 segundos. É um teste de força e resistência, onde a pessoa sentada na cadeira, com as costas retas e sem apoio dos braços, executa movimentos de levantar e sentar durante 30 segundos. Durante os sucessivos levantamentos, a pessoa pode erguer-se totalmente ou não. Como é importante avaliar este pormenor, é utilizado para o efeito um sensor que mede a distância desde o topo da cabeça até à posição onde está colocado este sensor. Em cada levantamento é registada esta distância, ficando registado o valor mínimo medido associado a cada levantamento.The following explains the fact that in order to take the test " 30 Second Chair Stand " (1), a distance measuring sensor (3) a developed electronic card (6), the Arduino Uno (7) and a personal computer (8) are used. The platform developed in the present invention allows you to perform, in addition to the " 30 Second Chair Stand " test, " Timed Up & Go " and " Hand Force ". To this end, a common electronic chart was developed, manufactured in printed circuit and physically coupled to the Arduino Uno electronic chart. In the " Timed Up & Go " a self-developed mat is used with two force sensors (one for each foot) and a micro switch sensor placed under the seat of the chair. In the " Hand Force " a hand tightening wrist attachment with two micro load cells is used to measure the strength in the hand, developed for this purpose. For each test a specific application of computer software was developed. The " 30 Second Chair Stand " consists of counting the number of withdrawals that the person makes in 30 seconds. It is a test of strength and endurance, where the person sitting in the chair, with the back straight and without support of the arms, performs motions of lifting and sitting for 30 seconds. During successive withdrawals, the person may stand up totally or not. As it is important to evaluate this detail, a sensor is used that measures the distance from the top of the head to the position where this sensor is placed. In each survey, this distance is recorded, registering the minimum measured value associated with each survey.

Para detetar quando a pessoa se senta/levanta é utilizado um sensor micro interruptor de pólo simples de alavanca tipo rolete (2), D2F-L2 da Omron, com saida em tensão em função da distância detetada, colocado por debaixo do assento da cadeira. Quando a pessoa está sentada, o sensor fica no estado "ativo" e quando a pessoa se levanta o sensor fica no estado "desativo". Eventuais problemas de ressaltos, inerentes ao funcionamento do micro interruptor, são resolvidos através do programa desenvolvido em software.To detect when the person sits / lifts, a single-pole micro-switch lever (2), D2F-L2 from Omron, with voltage output depending on the detected distance, is placed under the seat of the chair. When the person is seated, the sensor is in the " active " and when the person stands the sensor is in the " off " condition. Possible problems of rebounds, inherent in the operation of the micro switch, are solved through the program developed in software.

Para medir a distância que avalia se a pessoa se ergue totalmente ou não, é utilizado um sensor de distância de infra vermelhos (3), GP2Y0A21YK0F da Sharp. Embora estes sensores sejam de baixa precisão, são muito populares em várias aplicações de automação onde este requisito não seja determinante, pois são bastante baratos. Duas desvantagens destes sensores são a sua resposta não linear e o requisito de medida de distância minima. A faixa de deteção sugerida pelo fabricante, na versão utilizada, situa-se na gama de 10 a 80 cm. Existem outros modelos de sensores com diferentes gamas de medida, mas dado que o tempo de resposta deste sensor é rápido, esta escolha revela-se acertada para a aplicação em causa. A não linearidade do sensor é resolvida calibrando-o antecipadamente, e introduzindo no programa de software desenvolvido os parâmetros obtidos. Este sensor é ligado através de um conetor de três pinos especifico (alimentação, massa e sinal da tensão de saida). O sensor é colocado numa haste com o braço regulável longitudinalmente (4), por cima da cabeça da pessoa. A haste é embutida numa coluna (5) com regulação em altura. Desta forma, esta estrutura pode ser adaptada para qualquer estatura de pessoa. O funcionamento do presente sistema, equipamento para implementar o teste de avaliação funcional "30 Second Chair Stand", é seguidamente descrito em pormenor, com ajuda de um esquema representado em anexo (desenho), onde: -A fig.2 representa um esquema dos componentes eletrónicos presentes no sistema e a sua ligação à carta electrónica Arduino Uno.To measure the distance that evaluates whether the person stands fully or not, an infrared distance sensor (3), GP2Y0A21YK0F from Sharp is used. Although these sensors are of low accuracy, they are very popular in many automation applications where this requirement is not determinant as they are quite inexpensive. Two disadvantages of these sensors are their non-linear response and the minimum distance measurement requirement. The detection range suggested by the manufacturer, in the version used, is in the range of 10 to 80 cm. There are other models of sensors with different measurement ranges, but since the response time of this sensor is fast, this choice proves to be right for the application in question. The non-linearity of the sensor is solved by calibrating it in advance, and introducing the parameters obtained in the developed software program. This sensor is connected through a specific three-pin connector (power, ground and output voltage signal). The sensor is placed on a rod with the longitudinally adjustable arm (4), above the person's head. The rod is embedded in a column (5) with height adjustment. In this way, this structure can be adapted to any stature of person. The operation of the present system, apparatus for implementing the functional evaluation test " 30 Second Chair Stand ", is hereinafter described in detail, with the aid of an attached diagram (drawing), wherein: Figure 2 represents a diagram of the electronic components present in the system and its connection to the Arduino Uno electronic chart.

O contacto COM (Comum) do micro interruptor D2F-L2 (2) e o contacto NA (Normalmente Aberto) são ligados à linha digital DO e à linha de +5V, respetivamente. O contacto NF (Normalmente Fechado) não é ligado. A alimentação (+5V) e a referência massa (GND) são obtidas a partir do computador (8) utilizado, pois a carta Arduino Uno é ligada a este via porta USB.The COM (Common) contact of the D2F-L2 micro switch (2) and the NO contact (Normally Open) are connected to the digital line DO and the + 5V line, respectively. The NF (Normally Closed) contact is not connected. The power supply (+ 5V) and the reference mass (GND) are obtained from the computer (8) used, because the Arduino Uno card is connected to this via USB port.

Os componentes representados no bloco referenciado (6) da figura 2 fazem parte da carta eletrónica desenvolvida para fazer o condicionamento dos sinais dos sensores utilizados. Esta carta, fabricada em circuito impresso, é fisicamente acoplada à carta Arduino Uno (7), e inclui todos os componentes eletrónicos necessários para os outros dois testes, "Timed Up and Go" e "Hand Force", referidos anteriormente, ou seja, existe uma única carta eletrónica comum aos três testes. A saída do sensor de infra vermelhos (3) é ligada a uma malha RC (Resistência e Condensador), seguindo-se um amplificador operacional (AmpOp) (9) a funcionar como seguidor de tensão. 0 sinal de saida deste AmpOp é ligado à entrada analógica A2 do Arduino. A aplicação de software para realizar em tempo real o teste "30 Second Chair Stand" e registar todos os dados importantes em ficheiro, foi desenvolvida no ambiente de programação LabVIEW. Depois de instalar a ferramenta designada "Toolkit LabVIEW Interface for Arduino", disponibilizada pela empresa National Instruments, o Arduino pode ser utilizado como uma carta de aquisição de dados. Assim, esta solução, satisfazendo completamente todos os requisitos do sistema, constitui uma boa alternativa de baixo custo, comparada com os preços e caracteristicas de outras cartas de aquisição de dados existentes no mercado.The components represented in the referenced block (6) of figure 2 are part of the electronic chart developed for conditioning the sensor signals used. This printed circuit board is physically coupled to the Arduino Uno card (7), and includes all the electronic components required for the other two tests, " Timed Up & Go " and " Hand Force " referenced above, that is, there is a single electronic chart common to all three tests. The output of the infra-red sensor (3) is connected to an RC (Resistor and Condenser) loop, followed by an operational amplifier (AmpOp) (9) operating as a voltage follower. The output signal of this AmpOp is connected to the analog input A2 of the Arduino. The software application to perform the test in real time " 30 Second Chair Stand " and record all important data in file, has been developed in the LabVIEW programming environment. After installing the tool named "Toolkit LabVIEW Interface for Arduino", available from National Instruments, the Arduino can be used as a data acquisition card. Thus, this solution, fully satisfying all system requirements, is a good low-cost alternative, compared to the prices and characteristics of other existing data acquisition cards in the market.

Para iniciar o teste "30 Second Chair Stand" a pessoa ocupa a cadeira, e depois de conectado o computador (normalmente um portátil) à carta Arduino, é executada a aplicação de software desenvolvida. A interface gráfica é bastante amigável com o utilizador e intuitiva de usar. Previamente são introduzidos alguns dados da pessoa (nome, idade, peso, altura, etc) . Existe a possibilidade de programar o tempo desejado para a duração do teste (30 segundos é o valor padrão por defeito).To start the test " 30 Second Chair Stand " the person occupies the chair, and after connecting the computer (usually a laptop) to the Arduino card, runs the software application developed. The graphical interface is very user-friendly and intuitive to use. Previously some data of the person (name, age, weight, height, etc) are introduced. You can set the desired time for the duration of the test (30 seconds is the default value by default).

Quando é iniciado o teste, a aplicação regista o número sequencial do levantamento, medindo em cada um deles a distância minima desde a parte superior da cabeça da pessoa até ao sensor de medida de distância. Terminado o teste, toda a informação pode ser registada em ficheiro no formato CSV. Assim, os ficheiros registados podem ser diretamente manipulados, por exemplo, pelo Excel. A fim de validar o funcionamento da cadeira funcional, foram adquiridos dados experimentais. A escolha recaiu sobre um grupo de pessoas com idades superiores a 65 anos, numa fundação da cidade de Bragança. Esta organização, sem fins lucrativos, tem como missão trabalhar com pessoas idosas, prestando apoio domiciliário e funcionando como lar de idosos. A escolha desta população deve-se ao fato de ser muito importante avaliar a capacidade funcional das pessoas idosas, e promover tanto quanto possível, o envelhecimento com qualidade de vida. Como exemplo, apresenta-se na tabela abaixo, os resultados obtidos por uma pessoa de 86 anos, 65 Kg e 1,68 m de altura, para o teste "30 Second Chair Stand":When the test is started, the application records the sequential number of the survey, measuring in each of them the minimum distance from the top of the person's head to the distance sensor. After the test, all the information can be recorded in a CSV file. Thus, the registered files can be directly handled, for example, by Excel. In order to validate the functioning of the functional chair, experimental data were acquired. The choice fell on a group of people over 65 years old, in a foundation of the city of Bragança. This non-profit organization has as mission to work with elderly people, providing home support and working as a nursing home. The choice of this population is due to the fact that it is very important to evaluate the functional capacity of the elderly, and to promote as much as possible, the aging with quality of life. As an example, the results obtained by an 86-year old 65 kg and 1.68 m tall for the 30 Second Chair Stand are shown in the table below:

Bragança, 04 de agosto de 2014.Bragança, August 04, 2014.

Claims

The apparatus for implementing the functional evaluation test "30 Second Chair Stand", which contains a chair (1) with a microswitch under the seat (2) and an infrared distance measurement sensor (3) coupled to the stem (4) of a column (5), characterized in that it uses an Arduino Uno (7) as a data acquisition card, connected to a computer (8) and programmed in the LabVIEW graphical programming language in a Windows environment.

2. The equipment to implement functional evaluation test " 30 Second Chair Stand " (6) for conditioning the signal of the micro-switch sensor (2) and the infrared distance measuring sensor (3), coupled physically to the Arduino Uno card ( 7).

3. Equipment to implement functional evaluation test " 30 Second Chair Stand " according to claim 1, characterized in that it uses a single-pole micro-switch sensor (2), and a distance-measuring sensor with infra-red technology with voltage output (3).

4. The equipment to implement functional evaluation test " 30 Second Chair Stand " according to claim 1, characterized in that it contains a software application developed in the LabVIEW programming language in Windows, for computer, with graphical interface, in order to carry out said test in real time and to register the data in file. Bragança, August 04, 2014.