WO2019209098A1 - Sistema, método y aparato para la evaluación y seguimiento del rendimiento muscular con retroalimentación autoajustable - Google Patents

Sistema, método y aparato para la evaluación y seguimiento del rendimiento muscular con retroalimentación autoajustable Download PDF

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Rita Quetziquel FUENTES AGUILAR
Alejandro GARCÍA GONZÁLEZ
Daniel ARAGÓN HAN
Yoku SASHIDA MÉNDEZ
Juan Carlos VÁZQUEZ FUENTES
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Instituto Tecnológico y de Estudios Superiores de Monterrey
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Definitions

  • the present invention is related to the medical and health industry in general, in particular it relates to the field of therapeutic, rehabilitation, medical or sports devices, used in the measurement of physiological variables; such as display, monitoring and / or surveillance devices of various physiological aspects. More specifically it refers to a system, method and apparatus for the evaluation and monitoring of muscular performance with self-adjusting feedback.
  • rehabilitation is valued primarily through the measurement of mechanical variables such as the range of motion.
  • the range of motion reflected in the angles formed by the body segments involved in a joint, this variable can be determined statically with a goniometer and dynamically with an electrogonometer or if resources and access are available, with a system of motion capture through cameras infrared
  • electrophysiological assessment is even more limited, this can be done through the recording of the electrical activity of nerve and muscle fibers that is generated when making any movement.
  • Devices that measure electrical activity of muscle or nerve fibers commonly only acquire, display and store the signals, in one or more groups of fibers, however, their translation into information interpreted as an assessment parameter is not possible.
  • the assessment of this information allows quantifying muscle activity and thus allowing decisions about therapy or, in the case of a patient, to corroborate its electrophysiological state. It is commonly known in the area of health that, rehabilitation therapies usually take a long time to show a result that can be perceived by the patient, the improvement is usually visible after months or sometimes years of treatment of the therapy so that, the abandonment of a therapy usually occurs frequently. This is avoided when the patient has a quantitative assessment of his condition.
  • the first type of device may be electromyographs (EMG), which are generally devices that measure muscle activity, which use intramuscular or surface electrodes with a bandwidth of 0.1 to 10 kHz and are used in normal practice in the diagnosis of neuromuscular diseases, monitoring of muscle activation and motor control disorders, as well as in the development of prostheses and for detecting the state of the muscle in areas that may or may not produce movements such as muscles associated with speech.
  • EMG electromyographs
  • Another type of device may be the nervous, motor and sensitive conduction measurement equipment, commonly known in the field of specialty as "ECNM and ECNS", which allow to study the process of conduction of nerve impulses along the motor and sensory nerve fibers to establish the degree of commitment or conservation of axons and their myelic sheath within peripheral nerve trunks that necessarily involve electrically stimulating the fibers.
  • ECNM and ECNS the nervous, motor and sensitive conduction measurement equipment
  • Other devices may be electrostimulators, which in general, send a low voltage, controlled current electrical impulse and cause muscle contraction similar to the impulses sent by the central nervous system.
  • Rodr ⁇ guez Leal as an inventor, of April 30, 2015, which discloses a non-invasive mechatronic device that generates joint motricity using EEG and EMG signals with specific applications as a motor limb rehabilitator and / or limb movement assistant.
  • the device is made up of at least one rigid material exoskeleton and is associated with a particular joint. It is electrically connected to a control system, which in turn connects wirelessly to a set of EEG sensors and is in constant communication while the device is on; by wired connection to at least one exoskeleton whose function is to assist in movement or rehabilitate one or more joints of the limbs of the human body.
  • the robot has a structure built in extruded aluminum profiles that in its front part allows the assembly of an upper and lower rotating system for the movement in meridians of curved rails that in turn load a sliding carriage by means of bearings.
  • This carriage holds the upper limb to be rehabilitated by means of cushioned parts, left or right, and loads it and / or flexes and / or rotates in the previously selected and previously tested grades in its cycle simulation function.
  • the devices of the referred documents have the function of assisting in movement or rehabilitating one or more joints of the extremities of the human body; but they do not allow the evaluation and monitoring of muscle performance with self-adjusting feedback and feedback, through identifying different biopotentials generated by muscle or nerve fibers in the upper, lower or head limb of any living being, in order to generate quantitative monitoring of the muscular performance of users in various situations that may be in the field of sport, rehabilitation, therapeutic or medical.
  • they are not specifically designed for people who have not had mobility in their limbs for long periods of time, causing them to lose muscle mass, and, therefore, presenting signs of electrical activity that cannot be read in a conventional way.
  • the present invention has as its main objective to make available a novel system, method and apparatus for the evaluation and monitoring of muscular performance with self-adjusting feedback, by identifying different biopotentials, particularly those generated by muscle or nerve fibers, which can be found in the upper, lower limb or head of any living being.
  • Another objective of the present invention is to make said system, method and apparatus available for the evaluation and monitoring of muscular performance with self-adjusting feedback, which allows identifying different biopotentials preferably, but not limited to, the information provided by muscle or nerve fibers with electrical activity less than 0.001V that due to its disposition, injury or accessibility are not identified by other devices or devices, with the purpose of generating a Quantitative monitoring of users' muscular performance in various situations that may be in the field of sport, rehabilitation, therapeutic or medical.
  • Another objective of the present invention is to make available a novel system, method and apparatus for the evaluation and monitoring of muscular performance with self-adjusting feedback, which also allows identifying electrical activity in lesions of muscle or nerve fibers, as an example and without being limited to case of spinal trauma, total, partial paralysis among others and can establish a quantitative mechanism for user tracking.
  • Another objective of the present invention is to make available a novel system, method and apparatus for the evaluation and monitoring of muscular performance with self-adjusting feedback, which also allows a thorough, frequent and non-invasive review to the user and that provides follow-up information to a third party.
  • entity that may be, but not limited to an expert in the field of application.
  • Another objective of the present invention is to make available a novel system, method and apparatus for the evaluation and monitoring of uscular performance with self-adjusting feed, which also allows to assess the therapy received by patients with lower or upper limb damage after having suffered a spinal injury or trauma, which allows quantitative measurement of muscle activity, providing this data for each patient visually and for the physiotherapist in graphic and numerical form; in addition to being able to guide the results per session to compare them and measure improvements as percentages of increase, so that the user is motivated to continue, and the physiotherapist can make decisions about the therapy he applies with each patient.
  • the main technical problem is the reading of signals from a degenerated muscle, having to establish characteristics specific to particular users.
  • An electrical circuit was then constructed comprising a medical instrumentation scheme, where the sensors are surface electrodes (non-invasive), the analog conditioning is carried out under the specific characteristics of the patients and with the requirements of the physiotherapist, and their output is shown in an application on a cell phone, on a PC or on another portable device.
  • the device is a tool for the health professional that allows you to evaluate and reevaluate the sessions with the patient, as well as monitor the improvement in a quantifiable way.
  • Another problem that it solves is the follow-up of the patient throughout the therapy, the activity statistics in the desired period, and an element of motivation so that the patient does not desist from the therapy sessions, but can visualize his progress without This depends on your personal perception.
  • novel system for the evaluation and monitoring of muscular performance with self-adjusting feedback in accordance with the present invention consists of:
  • At least one apparatus for the acquisition of muscle or biopotential signals; signal conditioning; processing, sending, receiving information; and self-adjusting feedback and said at least one external computing device and / or monitor or graphic interface for displaying external information are configured to implement a method for the extraction and processing of the tracking parameters.
  • Said apparatus for acquisition; conditioning; processing, sending, receipt of information; and self-adjusting feedback in one of its preferred embodiments comprises an on and off button, a reset button; optionally it includes various visual information indicators such as LEDs and LCD and / or touch screen; alternatively it can comprise at least three inputs for the b i or potential sensors; an input for external storage device, either by SD card, microSD, USB.
  • Another modality of the apparatus for acquisition; conditioning; processing, sending, receipt of information; and self-adjusting feedback can dispense with some or all of the various visual information indicators such as LEDs and / or any type of screen; and of the different types of external storage devices, either by external SD card, microSD, USB, among others; and can include a greater number of inputs of biopotential sensors
  • Said at least one apparatus for the acquisition of muscle or biopotential signals; signal conditioning; processing, sending, receiving information; and self-adjusting feedback consists of (A) a first module of acquisition of biopotentials or signals, a second module of analog / electronic conditioning of the biopotentials or signals, a third module for processing the biopotentials or signals, sending and receiving information with feedback with the first module, and a fourth module for the deployment or sensory feedback of the information.
  • Said first module of acquisition of biopotentials or signals is made up of at least two or more biopotential sensors such as surface mount electrodes, preferably non-invasive, with which the biopotentials are registered.
  • the differential amplifier contains at least one component and / or potentiometer capable of modifying its impedance value manually or electronically, as shown in equation 1:
  • Said differential amplifier is connected directly through cables or wires with said second conditioning module.
  • Said second module of analog / electronic conditioning of the biopotentials or signals is integrated, but not limited to, a set of electronic filters of the analog band-pass type, which are intended to limit the bandwidth of the differential signal in a approximate range of 0.001 to 250 Hz preferably using a range of 5 to 99 HZ, which no other device has previously presented.
  • a threshold offset or voltage offset compensation circuit commonly known as “offset”, is integrated, which allows adding constant and / or variable voltage values in such a way that the filtered signal has only positive components.
  • Said compensation module exists before a negative-positive connection of the conditioning circuits, while it has no effect when the connection of the conditioning circuits is merely positive. This module connects directly to the third module for processing, sending and receiving information.
  • Said third module for processing, sending and receiving the information receives the voltage compensated signal and comprises, but is not limited to; at least one 8 to 64 bit microcontroller or processor; one or more internal memories, one or more memories external, RAM, ROM; one or more indicators; one or more analog, digital ports; analog to digital (ADC), digital to analog (DAC) converters for feedback with the first module; Communication circuits by wireless protocols such as Bluetooth, Wi-Fi, among others, for communication with at least one external computing device and / or a monitor or graphic interface which may be, but not limited to a computer, cell phone or tablet for viewing or display of information.
  • wireless protocols such as Bluetooth, Wi-Fi, among others, for communication with at least one external computing device and / or a monitor or graphic interface which may be, but not limited to a computer, cell phone or tablet for viewing or display of information.
  • At least one of the ADCs is used to digitize the voltage compensated signal and be stored in some of the memories, to later calculate the maximum value in the samples equivalent to a cycle and / or period of electrical activity and / or muscle contraction and / or activation of muscle or nerve fibers.
  • the processor or microcontroller modifies the value of z in the differential amplifier of the acquisition module in order to automatically adjust the amplitude of the biopotentials
  • the digitized signal is transmitted and received by the external computing device and / or a monitor or graphical interface which may be, but not limited to a computer, cell phone or tablet for viewing or displaying information.
  • said module controls the fourth module of sensory display or feedback.
  • Said fourth module of sensory display or feedback is controlled by the microcontroller or processor from 8 to 64 bits of the third module for processing, sending and receiving the information. It consists of a set of forms for displaying information, which may or may not include and not be limited to: a plurality of LEDs, buttons, lights; screens or LCD, OLED and / or 7 segment display.
  • the purpose of this module is to provide information to the user, which may include, but not be limited to: the different phases of the method; use, operation, manipulation and / or errors concerning the devices.
  • the signal has been sent to the external computing device and / or monitor or graphic interface for the display of external information (B) such as, without being limited to, a computer, cell phone or tablet, it can be visualized by the subject by means of an embedded and / or native web application in the computing device, which will show different types of information such as, but not limited to the bio-potential without conditioning, to the signal with analog conditioning, voltage compensation, self-adjusting gain, session time and such information will be displayed on the monitor and / or interface. Said information at the same time may be stored in the external memory of the apparatus of the present invention, as well as in the external computing apparatus for monitoring and quantitative evaluation purposes. Likewise, the user can modify various parameters that will be sent to the processing module for the adjustment of the biopotential register.
  • external information such as, without being limited to, a computer, cell phone or tablet
  • the information generated by the invention is used in computerized learning technique to suggest optimizations of use, therapies, exercises among others.
  • the method for measuring, extracting and processing the parameters of evaluation and monitoring of muscular performance with self-adjusting feedback to assess the evolution of a physiotherapy received by patients who have suffered muscle damage consisting of:
  • biopotential sensors such as surface mount electrodes, preferably non-invasive, for recording the reading of signals from muscle and / or nerve fibers, of at least one apparatus for the acquisition of muscle signals or biopotentials; for signal conditioning; signal processing, sending and receiving information; and self-adjusting feedback;
  • At least one external computing device and / or monitor or graphic interface for displaying external information and various registration parameters from said at least one apparatus for the acquisition of muscle signals or biopotentials; for signal conditioning; signal processing, sending and receiving information; and self-adjusting feedback, such as, but not limited to the duration and / or sampling time, session number, calibration, initial amplification value; type of user (with or without muscle damage), injury among others;
  • step c Adjust the gain of the potentiometer, (Vin) (1+
  • Figure 1 illustrates the image of one of the modalities of the system for the evaluation and monitoring of muscular performance with self-adjusting feedback, in accordance with the present invention.
  • Figure 2 illustrates the image of another modality of the system for the evaluation and monitoring of muscular performance with self-adjusting feedback, in accordance with the present invention.
  • Figure 3 illustrates in conventional perspective the apparatus for acquisition; conditioning; processing, sending, receipt of information; and self-adjusting feedback.
  • Figure 4 illustrates a rear view of the apparatus for acquisition; conditioning; processing, sending, receipt of information; and self-adjusting feedback.
  • Figure 5 illustrates the block diagram of the apparatus for acquisition; conditioning; processing, sending, receipt of information; and self-adjusting feedback.
  • Figure 6 illustrates the block diagram in detail of the apparatus for acquisition; conditioning; processing, sending, receipt of information; and self-adjusting feedback.
  • Figure 7 illustrates the schematic diagram of the voltage compensation module of the acquisition apparatus; conditioning; processing, sending, receipt of information; and self-adjusting feedback in one of the embodiments of the invention.
  • Figure 8 illustrates a flow chart of the method of extracting information from the acquisition apparatus; conditioning; processing, sending, receipt of information; and feedback.
  • Figure 9 shows a flow chart of the method of the external computing apparatus in one of the embodiments of the invention.
  • Figure 10 illustrates a flow chart of the method of calculating the improvement indicators and / or worsens in one of the possible embodiments of the invention.
  • Figure 11 shows a flow chart of the method of calculating the digital filter indicators type FIR and / or MR in one of the possible embodiments of the invention.
  • Figure 12 illustrates a graphic example of the results of the information extraction method and the calculation of the Digital Filter Indicators in a possible embodiment of the invention.
  • Figure 13 illustrates one of the possible implementations of the information of the indicators through the application of neural networks which may be, but not limited to, suggest to professionals or experts modifications in the activation, evaluation and monitoring exercises of the user muscular performance.
  • the system for the evaluation and monitoring of muscular performance with self-adjusting feedback in accordance with the present invention is made up of at least one apparatus (1) for acquisition; conditioning; processing, sending, receipt of information; and self-adjusting feedback; at least one external computing device and / or a monitor and / or graphic interface (2) for displaying the information; wherein said at least one apparatus (1) for the acquisition of muscle or biopotential signals; signal conditioning; processing, sending, receiving information; and self-adjusting feedback and said at least one external computing device and / or monitor and / or graphic interface (2) for displaying external information are configured to implement a method for the extraction and processing of the monitoring parameters (3).
  • Said system has the ability to synchronize and / or connect with said at least one apparatus (1) for acquisition; conditioning; processing, sending, receipt of information; and self-adjusting feedback with an external computing device and / or external computing device and / or monitor and / or graphic interface (2) for the display of external information, which may include tablets, cell phones, computers, laptops among other technologies .
  • the apparatus (1) contains a plurality of buttons such as an on and off button (4), a reset button (5); various visual information indicators such as LEDs (8) and LCD and / or touch screen (7); at least two inputs (6) for the biopotential sensors; an input for external storage device, either by SD or microSD card (9), and a USB input (10).
  • buttons such as an on and off button (4), a reset button (5); various visual information indicators such as LEDs (8) and LCD and / or touch screen (7); at least two inputs (6) for the biopotential sensors; an input for external storage device, either by SD or microSD card (9), and a USB input (10).
  • Another modality of the apparatus for acquisition; conditioning; processing, sending, receiving information; and self-adjusting feedback can dispense with some or all of the various visual information indicators such as LEDs and / or any type of screen; and of the different types of external storage devices, either by card External type SD, microSD, USB, among others.
  • Another modality of the apparatus for acquisition; conditioning; processing, sending, receipt of information; and self-adjusting feedback can include a greater number of biopotential sensor inputs.
  • the apparatus (1) for the acquisition of muscle or biopotential signals from a patient receiving therapy; signal conditioning; processing, sending, receiving information; and self-adjusting feedback generally consists of four modules which are: A). A first module of acquisition of signals or biopotentials; B). A second analog / electronic conditioning module, C). A third module for processing, sending and receiving information and D.) A fourth module for sensory display of information (Feedback).
  • the third module for processing, sending and receiving information (C) allows communication with an external computing device and / or monitor and / or graphic interface (2).
  • said first signal or biopotential acquisition module (A) consists of at least two or more biopotential sensors called [S e 1, Se2, S e 3 ... S n - 1, Sen] , which may be, but not limited to Ag / AgCI surface mount electrodes, preferably non-invasive, with which the biopotentials are registered, mainly of surface electrical activity.
  • the recording is achieved through an oxide / reduction process of the sensors, where the ionic current is converted into an electric current and acquired by at least one amplifier in differential mode (11) with a mode rejection common greater than 100 dB.
  • said differential mode amplifier (11) the two or more biopotential sensors called [S e 1, Se2, Se3 ... $ n-1, Sen] are connected
  • the amplifier in differential mode (11) contains at least one resistive, capacitive or integrated circuit component, called as potentiometer (12), capable of modifying its impedance value in a manner manual or electronic, of the form)
  • ⁇ R 2 4- XJ 2
  • z is the nominal value of the impedance
  • R the resistive value
  • X the reactance value
  • J is the imaginary unit and functions as an adjustable gain dependent on the value of z.
  • the value of z is modified by the microcontroller automatically, to the point where the biopotential value exceeds the preset threshold from the external computing device and / or monitor and / or graphical interface (2) of the reading according to the expert of the area.
  • the first signal acquisition or biopotential module (A) has the ability to automatically adjust the signal gain in a range of [1 - 100,000] V / V.
  • Said gain adjustment value is an indicator used in the external computing device and / or monitor and / or graphic interface (2) for the visualization of external information, for the purpose of applying computer learning and / or deep learning techniques known in the state of the art commonly known as "machine learning and deep learning", respectively.
  • the first signal or biopotential acquisition module (A) is preferably implemented at a range of [10-10,000] V / V and is connected directly through cables or wires to the second analog / electronic conditioning module (B) .
  • the second module of analog / electronic conditioning of the biopotentials and / or signals (B) is integrated by a set of electronic bandpass filters (13), which are intended to limit the bandwidth of the differential signal in a range Approximate or Default
  • the preferred filters of this module are those designed with polynomial and Butterworth configuration and structure with Sallen Key of the second order.
  • Other modalities can implement a variety and diversification of configurations and topologies, such as: Bessel, Tschebyscheff, Rauch and even be of a higher order.
  • Said second module of analog / electronic conditioning of the biopotentials and / or signals (B) is characterized by having a bandwidth of 0.001 to 250 Hz using preferably a range of 5 to 99 HZ, which no other device has previously presented.
  • said second conditioning module analog / electronic of the biopotentials and / or signals (B), includes a threshold compensation circuit or voltage offset (14), commonly known as “offset”, which allows adding constant and / or variable voltage values such that the filtered signal has only positive components.
  • offset a threshold compensation circuit or voltage offset
  • This is achieved with a configuration of a feedback circuit (15) of the average of the filtered signal plus a fixed voltage value, such as, but not limited to the circuit illustrated in Figure 7 with a Zener diode (16) of 0.7 -1V offset.
  • the output of the compensation circuit (17) is connected directly to the third module for processing, sending and receiving information (C).
  • the third module for processing, sending and receiving information receives the voltage compensated signal and understands, but is not limited to; at least one microcontroller or processor from 8 to 64 bits (18); one or more internal memories (19), one or more external memories (20), USB, RAM, ROM; one or more analog and digital ports (21) and digital to analog converters (DAC) (22); analog to digital converters (ADC) (23); Communication circuits by wireless protocols (24) such as Bluetooth, Wi-Fi, among others, as shown in the figure.
  • At least one of the analog to digital converters (ADC) (23) is used to digitize the voltage compensated signal, where the preferred resolution of digital conversion is 8 to 12 bits, but may be higher according to the capabilities of the microcontroller or processor from 8 to 64 bits (18) selected in the various possible modes of the third module for processing, sending and receiving information (C).
  • the microcontroller or processor verifies if it was configured as the first session, if so, it uses the information as calibration parameters and generates the indicators (25). Otherwise, since it is not the first session, it digitizes the compensated signal and [n] during the time [T], a configurable parameter from the external computing device and / or a monitor and / or graphic interface (2) for the visualization of External information Subsequently, and in particular, make a copy of the information and [n] in the internal memory (19) type SD, microSD, and / or in the external memory (20) USB, RAM and / or ROM.
  • the microcontroller or processor from 8 to 64 bits (18), performs the calculation to determine the maximum value [M] of y [n]. If the value [M] exceeds a threshold [U], determined by the area expert, the information and [n] is sent to the external computing device and / or monitor and / or graphic interface (2) for the visualization of the external information through the communication circuits by wireless protocols (24) such as, but not limited to, Bluetooth or Wi-Fi technology.
  • wireless protocols such as, but not limited to, Bluetooth or Wi-Fi technology.
  • the gain is adjusted by means of the potentiometer (12) in the first signal or biopotential acquisition module (A), in the aforementioned range of 1 to 100,000 V / V, according to the function (Vin) (1+
  • the threshold range may be [0.1 to 0.000001] V, preferably [0.001 to 0.000001] V, but may vary in some other mode of the apparatus (1).
  • the calibration parameters, initial gain adjustment, sampling time, duration and / or session number, threshold value and / or firmware update by the communication circuits by wireless protocols (24) can be modified as they can be, but not limited to, Bluetooth or Wi-Fi technology selected or configurable from the external computing device and / or monitor and / or graphical interface (2) for the display of external information.
  • Both the information of [M], [U], and [n], is intended to be used in the external computing device and / or monitor and / or graphic interface (2) for the display of external information, with purposes of application of computer learning techniques and / or deep learning.
  • the fourth module for sensory display of information (D) is controlled by the third module for processing, sending and receiving information (C), which by pressing the on and / or off button (4), updates the LEDs (8), lights and / or LCD and / or touch screen (7) according to the step that is taking the method of removing the information which may include, but not be limited to: the methods of use, operation, handling and / or errors concerning the invention.
  • the four modules are powered from a power source (E) as shown in Figure 6.
  • the method of extracting the information from the acquisition apparatus; conditioning; processing, sending, receipt of information; and feedback begins with the placement of the sensors (a), then proceed with the selection of the parameters in the computing device (b) to later register the signals or bio-potentials (c), if it is the first session (d ) then the calibration data (e) is saved and return to subsection “c”, if it is not the first session, then the maximum equivalent sample (f) is calculated; if the sample exceeds the threshold M> U (g) then information is sent to the computing apparatus and [n] (h); but if the threshold is not exceeded, then the potentiometer gain (i) is adjusted by returning to point "c".
  • the external computing device and / or monitor and / or graphic interface (2, see figures 1 and 2) for the display of external information, once switched on, will seek to synchronize (at 1) at least one of the modalities of the device (1, see figure 2) for the acquisition; conditioning; processing, sending, receipt of information; Y retroali self-adjusting setting.
  • n-number of devices may be connected at the discretion of the expert.
  • the parameters (b 1) of signal recording will be configured as they can be, but not limited to: Time and / or duration of registration, adjustment of initial gain, session number, type of patient (healthy, injury ), registration area among others.
  • the sample (c1) is taken and the method described above is started, referring to figure 8.
  • the information is smoothed or filtered (Y4) by some type of FIR and / or MR filter (Final Impulse Respons the Infinite Impulse Response), which can be, but not limited to filters: Kalman, auto-regressive, Average movement, among others.
  • Figure 12 shows a graph that exemplifies the results of the information extraction method and the calculation of the digital filter indicators in a possible embodiment of the invention.
  • the indicators described above: and [n] the adjustment of gain, time and session number, type of exercise, therapy and information provided by the expert are used by learning techniques computerized as they can be, neural networks for supervised and / or unsupervised learning, networks with volitional, diffuse and / or neurodiffuse systems, parametric identification and / or non-parametric identification, linear or polynomial regressions among others, are used to offer the system optimizations, improvements in use, gain adjustment, duration of exercise and / or therapy, variation of parameters or constants in the FIR and / or IIR filters.

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Abstract

La invención se refiere un sistema para la evaluación y seguimiento del rendimiento muscular con retroalimentación autoajustable para valorar la evolución de una fisioterapia que reciben pacientes que ha sufrido daños musculares, caracterizado por que consta de: A) al menos un aparato para la adquisición de señales musculares o biopotenciales; acondicionamiento de las señales; procesamiento, envío, recepción de la información; y retroalimentación autoajustable; B) al menos un aparato de computo externo y/o monitor o interfaz gráfica para la visualización de la información externa; C) en donde dicho al menos un aparato para la adquisición de las señales musculares o biopotenciales; acondicionamiento de las señales; procesamiento, envío, recepción de la información; y retroalimentación autoajustable y dicho al menos un aparato de cómputo externo y/o monitor o interfaz gráfica para la visualización de la información externa están configurados para implementar un método para la medición, extracción y procesamiento de parámetros de evaluación y seguimiento del rendimiento muscular con retroalimentación autoajustable para valorar la evolución de una fisioterapia que reciben pacientes que ha sufrido daños musculares.

Description

SISTEMA, MÉTODO Y APARATO PARA LA EVALUACIÓN Y SEGUIMIENTO DEL RENDIMIENTO MUSCULAR CON RETROALIMENTACIÓN AUTOAJUSTABLE
CAMPO DE LA INVENCIÓN
La presente invención está relacionada con la industria médica y de salud en general, en lo particular se relaciona con el ámbito de los dispositivos terapéuticos, rehabilitación, médicos o deportivos, empleados en la medición de variables fisiológicas; tales como dispositivos de visualización , monitoreo y/o vigilancia de diversos aspectos fisiológicos. Más específicamente se refiere a un sistema, método y aparato para la evaluación y seguimiento del rendimiento muscular con retroalímentación autoajustable.
ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN Pertinente al campo de la invención de los dispositivos terapéuticos, de rehabilitación o médicos, se ha identificado que las causas principales del abandono de la fisioterapia son: la dificultad al seguimiento o cumplimiento de las indicaciones en su totalidad, inasistencia a las consultas, ausencia en la modificación de hábitos y la decepción del tratamiento por falta de percepción de avance. De acuerdo con la Organización Mundial de la Salud (OMS), “la adherencia es el grado en que el comportamiento de una persona corresponde con las recomendaciones acordadas por un prestador de asistencia sanitaria”, adición al mente ha puntualizado que aumentando la percepción de mejoría de un paciente se incrementa la adherencia al tratamiento, lo que puede conllevar a mejores resultados.
Existen equipos dedicados a la realización de terapias tanto pasivas como activas. Estos equipos suelen ser mecánicos y se diseñan con el propósito de realizar terapias que sean repetitivas y que otorguen el movimiento que el paciente necesita con una fuerza establecida por el fisioterapeuta.
Hoy en día, la valoración integral, precisa y eficaz de las terapias de rehabilitación, es un tema de actualidad y en general, existen pocas posibilidades en dispositivos, equipos o sistemas que le permitan a un experto en rehabilitación, medicina o deporte contar con datos cuantitativos para valorar el estado inicial del paciente y la respuesta progresiva en cada una de las sesiones.
En forma particular, la rehabilitación se valora principalmente a través de la medición de variables mecánicas como es la amplitud de movimiento. La amplitud de movimiento reflejada en los ángulos formados por los segmentos corporales involucrados en una articulación, esta variable puede determinarse de forma estática con un goniómetro y de forma dinámica con un electrogoniómetro o si se cuenta con los recursos y el acceso, con un sistema de captura de movimiento a través de cámaras infrarrojas. Sin embargo, la valoración electrofisiológica es aún más limitada, ésta se puede realizar a través del registro de la actividad eléctrica de fibras nerviosas y musculares que se genera al realizar cualquier movimiento.
Los dispositivos que miden actividad eléctrica de fibras musculares o nerviosas comúnmente solo adquieren, despliegan y almacenan las señales, en uno o varios grupos de fibras, sin embargo, no es posible su traducción a una información interpretada como un parámetro de valoración. La valoración de esta información permite cuantificar la actividad muscular y así permitir que se tomen decisiones sobre la terapia o en ei caso de un paciente, corroborar su estado electrofisiológico. Es comúnmente conocido en el área de la salud que, las terapias de rehabilitación suelen tardar mucho tiempo en mostrar un resultado que pueda ser percibido por el paciente, la mejoría suele ser visible después de meses o en ocasiones años de tratamiento de la terapia por lo que, el abandono de una terapia suele darse de manera frecuente. Esto se evita cuando el paciente tiene una valoración cuantitativa de su estado.
Actualmente, existen otros dispositivos que por su parte independiente ni por su combinación o comparación entre sí resuelven las problemáticas descritas anteriormente. A ejemplo ilustrativo, más no limitativo, el primer tipo de dispositivo puede ser, los electromiógrafos (EMG) que generalmente, son dispositivos que miden la actividad muscular, los cuales utilizan electrodos intramusculares o de superficie con un ancho de banda de 0.1 hasta 10 kHz y son usados en la práctica normal en el diagnóstico de enfermedades neuromusculares, monitoreo de la activación de los músculos y desórdenes del control motor, así como en el desarrollo de prótesis y para detección del estado del músculo en zonas que pueden o no producir movimientos como los músculos asociados al habla.
Otro tipo de dispositivo puede ser, los equipos de medición de conducción nerviosa, motora y sensitiva, conocidos comúnmente en el campo de especialidad como “ECNM y ECNS”, ios cuales permiten estudiar el proceso de conducción de los impulsos nerviosos a lo largo de las fibras nerviosas motoras y sensitivas para establecer el grado de compromiso o conservación de los axones y su envoltura mielinica dentro de los troncos nerviosos periféricos que involucran necesariamente estimular eléctricamente las fibras.
Otros dispositivos pueden ser, los electroestimuladores, los cuales en general, envían un impulso eléctrico de bajo voltaje y de corriente controlada y causan la contracción muscular de manera similar a los impulsos que envía el sistema nervioso central.
Se realizó una búsqueda para determinar el estado de la técnica más cercano localizándose los siguientes documentos:
Se ubicó la solicitud de patente MX/a/2015/005567 de Ernesto Rodríguez Leal, como inventor, del 30 de abril de 2015, que divulga un dispositivo mecatrónico no invasivo generador de motricidad en articulaciones usando señales EEG y EMG con aplicaciones específicas como rehabilitador motriz de extremidades y/o asistente de movimiento de extremidades. El dispositivo se conforma por al menos un exoesqueleto de material rígido y se encuentra asociado a una determinada articulación. Va conectado de manera eléctrica a un sistema de control, que a su vez se conecta de manera Inalámbrica a un conjunto de sensores EEG y se encuentra en comunicación constante mientras el dispositivo está encendido; por via alámbrica se conecta a al menos un exoesqueleto cuya función es asistir en movimiento o rehabilitar una o más articulaciones de las extremidades del cuerpo humano.
Se ubicó el documento MX/a/2012/007517 de Iván Eric Ojeda Díaz del 26 de junio de 2012, que revela un robot para rehabilitación física de miembros superiores. El robot puede generar diez distintos movimientos y sus combinaciones, pudiendo el rehabilitador seleccionar velocidades, sentidos de giro, grados de movimientos angulares y cantidad de ciclos automáticos obedecidos por cinco conjuntos mecatrónicos integrados para llevar al miembro superior a rehabilitarse a los puntos tridimensionales que el rehabilitador haya seleccionado. Las órdenes programadas por el rehabilitador son repartidas como señales digitales de activación y desacti ación a los cinco conjuntos mecatrónicos y traducidas en el movimiento controlado de sus respectivos motores por un Controlador Lógico
Programable que recibe las órdenes manuales digitales por medio de selectores, y las automáticas por medio de una Interfaz Hombre Máquina. El robot cuenta con una estructura construida en perfiles de aluminio extruido que en su parte frontal permite el montaje de un siste a giratorio superior e inferior para el movimiento en meridianos de rieles curvos que a su vez cargan un carro deslizable mediante rodamientos. Este carro sujeta mediante piezas acojinadas el miembro superior a rehabilitar, izquierdo o derecho, y lo carga y/o flexiona y/o gira en los grados previamente seleccionados y previamente probados en su función de simulación de ciclo.
Sin embargo, los dispositivos de los documentos referidos tienen la función de asistir en movimiento o rehabilitar una o más articulaciones de las extremidades del cuerpo humano; pero no permiten evaluar y dar seguimiento del rendimiento muscular con retroal i mentación autoajustable, a través de identificar distintos biopotenciales generados por fibras musculares o nerviosas en el miembro superior, inferior o cabeza de cualquier ser vivo, con la finalidad de generar un seguimiento cuantitativo del rendimiento muscular de los usuarios en diversas situaciones que pueden ser en el campo del deporte, rehab i litación, terapéutico o médico. Además, no están diseñados específicamente para personas que no han tenido movilidad en sus miembros durante largos periodos de tiempo, haciéndoles perder masa muscular, y, por lo tanto, presentando señales de actividad eléctrica que no pueden ser leída de manera convencional.
Ante la necesidad de contar con un sistema, método y aparato para la evaluación y seguimiento del rendi iento muscular con retroalimentación autoajustable que permite resolver las problemáticas anteriormente expuestas fue como se desarrolló la presente invención .
OBJETIVOS DE LA INVENCIÓN
La presente invención tiene por objetivo primordial hacer disponible un novedoso sistema, método y aparato para la evaluación y seguimiento del rendimiento muscular con retroalimentación autoajustable, a través de identificar distintos biopotenciales, particularmente los generados por fibras musculares o nerviosas, que se puedan encontrar en el miembro superior, inferior o cabeza de cualquier ser vivo.
Otro objetivo de la presente invención es hacer disponible dicho sistema, método y aparato para la evaluación y seguimiento del rendimiento muscular con retroalimentación autoajustable, que permita identificar distintos biopotenciales preferentemente, pero sin limitarse, a la información proporcionad a por las fibras musculares o nerviosas con actividad eléctrica menor a 0.001V que por su disposición, lesión o accesibilidad no son identificados por otros dispositivos o aparatos, con la finalidad de generar un seguimiento cuantitativo del rendimiento muscular de los usuarios en diversas situaciones que pueden ser en el campo del deporte, rehabilitación, terapéutico o médico. Otro objetivo de la presente invención es hacer disponible un novedoso sistema, método y aparato para la evaluación y seguimiento del rendimiento muscular con retroalimentación autoajustable, que además permita identificar actividad eléctrica en lesiones de las fibras musculares o nerviosas, como ejemplo y sin limitarse a un caso de trauma de columna, parálisis total, parcial entre otras y puedan establecer un mecanismo cuantitativo del seguimiento del usuario.
Otro objetivo de la presente invención es hacer disponible un novedoso sistema, método y aparato para la evaluación y seguimiento del rendimiento muscular con retroalimentación autoajustable, que además permita una revisión minuciosa, frecuente y no invasiva al usuario y que aporte información de seguimiento a un tercer ente que podrá ser, pero no limitarse a un experto del campo de aplicación.
Otro objetivo de la presente invención es hacer disponible un novedoso sistema, método y aparato para la evaluación y seguimiento del rend imiento uscular con re tro alimentación autoajustable, que además permita valorar la terapia que reciben pacientes con daño en miembro inferior o superior tras haber sufrido una lesión en la columna o trauma, que permita la medición cuantitativa de la actividad muscular, otorgando este dato para cada paciente de forma visual y para el fisioterapeuta de forma gráfica y numérica; además de poder gu ar ar los resultados por sesión para compararlos y medir mejoras como porcentajes de incremento, de manera que se motiva al usuario a continuar, y el fisioterapeuta puede tomar decisiones sobre la terapia que aplica con cada paciente.
Y todas aquellas cualidades y objetivos que se harán aparentes al realizar una descripción de la presente invención apoyados en las modalidades ilustradas .
BREVE DESCRIPCIÓN DEL INVENTO
El problema técnico principal es la lectura de señales provenientes de un músculo degenerado, teniendo que establecerse características propias de los usuarios particulares. Se construyó entonces un circuito eléctrico que comprende un esquema de instrumentación médica, donde los sensores son electrodos de superficie (no invasivos), el acondicionamiento analógico se realiza bajo las características específicas de los pacientes y con los requerimientos del fisioterapeuta , y su salida es mostrada en una aplicación de un celular, en una PC o en otro dispositivo portátil. El dispositivo es una herramienta para el profesional de la salud que le permite evaluar y reevaluar las sesiones con el paciente, así como dar seguimiento de la mejoría de manera cuantificable.
Otro problema que resuelve es el seguimiento al paciente a lo largo de la terapia, la estadística de actividad en el periodo deseado, y un elemento de motivación para que el paciente no desista de las sesiones de terapia, sino que pueda visualizar su avance sin que esto dependa de su percepción personal.
De manera general el novedoso sistema para la evaluación y seguimiento del rendimiento muscular con retroalimentación autoajustable de conformidad con la presente invención consta de:
A) Al menos un aparato para la adquisición de señales musculares o biopotenciales; acondicionamiento de las señales; procesamiento, envío, recepción de la información; y retroalimentación autoajustable;
B) Al menos un aparato de cómputo externo y/o monitor o interfaz gráfica para la visualización de la información externa;
C) En donde dicho al menos un aparato para la adquisición de señales musculares o biopotenciales; acondicionamiento de las señales; procesamiento, envío, recepción de la información; y retroalimentación autoajustable y dicho al menos un aparato de cómputo externo y/o monitor o interfaz gráfica para la visualización de la información externa, están configurados para implementar un método para la extracción y procesamiento de los parámetros de seguimiento.
Dicho aparato para la adquisición; acondicionamiento; procesamiento, envió, recepción de la información; y retroalimentación autoajustable en una de sus modalidades preferidas comprende un botón de encendido y apagado, un botón de reinicio; opcionalmente comprende diversos indicadores de información visual como son leds y pantalla tipo LCD y/o táctil; alternativamente puede comprender al menos tres entradas para los sensores de b i o poten cíales; una entrada para dispositivo de almacenamiento externo, ya sea por tarjeta tipo SD, microSD, USB.
Otra modalidad del aparato para la adquisición; acondicionamiento; procesamiento, envió, recepción de la información; y retroalimentación autoajustable puede prescindir de alguno o de todos los diversos indicadores de información visual como los leds y/o cualquier tipo de pantalla; y de los distintos tipos dispositivos de almacenamiento externo, ya sea por tarjeta externas tipo SD, microSD, USB, entre otras; y puede incluir un mayor número de entradas de sensores de biopotenciales
Dicho al menos un aparato para la adquisición de señales musculares o biopotenciales; acondicionamiento de las señales; procesamiento, envío, recepción de la información; y retroalimentación autoajustable consta de (A) un primer módulo de adquisición de biopotenciales o señales, un segundo módulo de acondicionamiento analógico/electrónico de los biopotenciales o señales, un tercer módulo de procesamiento de los biopotenciales o señales, envío y recepción de información con retroalimentación con el primer módulo, y un cuarto módulo de despliegue o retroalimentación sensorial de la información.
Dicho primer módulo de adquisición de biopotenciales o señales se conforma de al menos dos o más sensores de biopotenciales tales como electrodos de montaje superficial, preferentemente no invasivos, con los cuales se hace el registro de los biopotenciales.
El registro se logra con la implementación de al menos un amplificador en modo diferencial donde se conectan los dos o más electrodos activos y un electrodo de referencia. Adicionalmente, el amplificador diferencial contiene al menos un componente y/o potenciómetro capaz de modificar su valor de impedancia de manera manual o electrónica, de la forma mostrada en la ecuación 1 :
|r| \¡R2 + XJZ Ecuación 1
En donde z es el valor nominal de la impedancia,
R el valor resistivo,
X el valor de reactancia, y
J es la unidad imaginaría y funciona como ganancia ajustable dependiente del valor de z. Dicho amplificador diferencial se conecta directamente a través de cables o alambres con dicho segundo módulo de acondicionamiento.
Dicho segundo módulo de acondicionamiento analógico/electrónico de los biopotenciales o señales se integra, pero no se limita a, un conjunto de filtros electrónicos de tipo pasa-bandas analógicos, los cuales tienen como finalidad acotar el ancho de banda de la señal diferencial en un rango aproximado de 0.001 a 250 Hz usando preferentemente un margen de 5 a 99 HZ, que ningún otro aparato ha presentado anteriormente. De la misma forma se integra un circuito de compensación de umbral o desfase de voltaje, comúnmente conocido como “offset”, el cual permite sumar valores de voltajes constantes y/o variables de forma tal, que la señal filtrada solamente posea componentes positivos. Dicho módulo de compensación existe ante una conexión negativo- positiva de los circuitos de acondicionamiento, mientras que no surte ningún efecto cuando la conexión de los circuitos de acondicionamiento es meramente positiva. Ésta módulo se conecta directamente al tercer módulo de procesamiento, envió y recepción de la información.
Dicho tercer módulo de procesamiento, envió y recepción de la información recibe la señal compensada en voltaje y comprende, pero no se limita a; al menos un mlcrocontrolador o procesador de 8 a 64 bits; una o más memorias internas, una o mas memorias externas, RAM, ROM; uno o más indicadores; uno o más puertos analógicos, digitales; convertidores analógicos a digitales (ADC), digitales a analógicos (DAC) para la retroalimentación con el primer módulo; circuitos de comunicación por protocolos inalámbricos como Bluetooth, wifi, entre otros, para su comunicación con al menos un aparato de cómputo externo y/o un monitor o Interfaz gráfica los cuales pueden ser, pero no limitarse a computadora, celular o tableta para la visualización o despliegue de la información. Al menos uno de los ADC es utilizado para digitalizar la señal compensada en voltaje y ser almacenada en algunas de las memorias, para posteriormente calcular el valor máximo en las muestras equivalentes a un ciclo y/o periodo de actividad eléctrica y/o contracción muscular y/o de activación de fibras musculares o nerviosas.
Si en dicho cálculo, el máximo de las muestras no superara un umbral mínimo seleccionado o preconfigurado en el aparato, entonces el procesador o microcontrolador modifica el valor de z en el amplificador diferencial del módulo de adquisición con la finalidad de ajustar automáticamente la amplitud de los biopotenciales.
Dichos ajustes se realizan en incrementos del tipo ( V i n ) ( 1 + |z|) donde Vin es el voltaje del biopotencial .
Una vez sobrepasado el umbral, la señal digitalizada es transmitida y recibida por el aparato de cómputo externo y/o un monitor o interfaz gráfica los cuales pueden ser, pero no limitarse a computadora, celular o tableta para la visualización o despliegue de la información. Así mismo, dicho módulo controla al cuarto módulo de despliegue o retroalimentación sensorial.
Dicho cuarto módulo de despliegue o retroalimentación sensorial es controlado por el microcontrolador o procesador de 8 a 64 bits del tercer módulo de procesamiento, envió y recepción de la información. Se compone de un conjunto de formas para la visualización de la información, las cuales pueden o no incluir y no limitarse a: una pluralidad de leds, botones, luces; pantallas o LCD, OLED y/o display de 7 segmentos. La finalidad de dicho módulo es proporcionar información al usuario, lo que puede incluir, pero no limitarse a: las distintas fases del método; uso, operación, manipulación y/o errores concernientes a los aparatos.
Una vez que la señal ha sido enviada al aparato de cómputo externo y/o monitor o interfaz gráfica para la visualización de la información externa (B) como puede ser, sin limitarse a, una computadora, celular o tableta, ésta podrá visualizarse por el sujeto mediante una aplicación web embebida y/o nativa en el aparato de computo, la cual mostrará diferentes tipos de información como puede ser, pero no limitarse al biopotencial sin acondicionamiento, a la señal con acondicionamiento analógico, compensación de voltaje, ganancia de autoajustable, tiempo de sesión y dicha información se mostrará en el monitor y/o interfaz. Dicha información al mismo tiempo puede ser almacenada en la memoria externa del aparato de la presente Invención, así como en el aparato de cómputo externo con fines de seguimiento y de evaluación cuantitativa. Asi mismo, el usuario podrá modificar diversos parámetros que serán enviados al módulo de procesamiento para el ajuste del registro de los biopotenciales.
La información generada por la invención es utilizada en técnica de aprendizaje computarizado para sugerir optimizaciones de uso, terapias, ejercicios entre otros más.
El método para la medición, extracción y procesamiento de los parámetros de evaluación y seguimiento del rendimiento muscular con retroalimentación autoajustable para valorar la evolución de una fisioterapia que reciben pacientes que han sufrido daños musculares, consistente en:
a) Colocar al menos dos o más sensores de biopotenciales tales como electrodos de montaje superficial, preferentemente no invasivos, para el registro la lectura de señales provenientes de las fibras musculares y/o nerviosas, de al menos un aparato para la adquisición de señales musculares o biopotenciales; para el acondicionamiento de las señales; el procesamiento de las señales, el envío y recepción de la información; y retroalimentación autoajustable;
b) Seleccionar al menos un aparato de cómputo externo y/o monitor o interfaz gráfica para la visualización de la información externa y diversos parámetros de registros proveniente de dicho al menos un aparato para la adquisición de señales musculares o biopoten cíales; para el acondicionamiento de las señales; el procesamiento de las señales, el envío y recepción de la información; y retroalimentación autoajustable, como pueden ser, pero no limitarse a la duración y/o tiempo de muestreo, número de sesión, calibración, valor amplificación inicial; tipo de usuario (con o sin daño muscular), lesión entre otras más;
c) Registrar las señales o biopotencial de referencia, si es la primera vez en utilizarse servirá como parámetro de calibración ;
d) Calcular, en un módulo de procesamiento del aparato, el máximo de una muestra equivalente a un ciclo de contracción o actividad eléctrica de referencia;
e) Superar el umbral de calibración o preconfigurado y/o seleccionado desde el sistema de cómputo y/o un monitor o interfaz gráfica para la visualización de la información externa
f) Ajustar la ganancia del potenciómetro, (Vin) (1+ |z|) g) Hacer nuevo registro de la señal como en el paso c), lo cual se denomina amplificación por lazo digital de control;
h) Enviar la información al aparato de cómputo externo y/o monitor o interfaz gráfica para la visualización de la información externa;
i) Calcular los indicadores de evaluación y de seguimiento como: porcentaje de incremento o decremento, que es la diferencia del valor de calibración menos el valor máximo de la muestra actual entre el valor de la calibración; j) Aplicar una diversidad de filtros tipo FIR y/o MR, para el promediado de la información;
k) Calcular los Indicadores por medio del cálculo de integrales discretas; y
I) Aplicar técnicas de aprendizaje computarizado o aprendizaje profundo.
Para comprender mejor las características de la presente invención se acompaña a la presente descripción, como parte integrante de la misma, los dibujos con carácter ilustrativo más no limitativo, que se describen a continuación.
BREVE DESCRIPCIÓN DE LAS FIGURAS La figura 1 ilustra la imagen de una de las modalidades del sistema para la evaluación y seguimiento del rendimiento muscular con retroalimentación autoajustable , de conformidad con la presente invención. La figura 2 ilustra la imagen de otra de las modalidades del sistema para la evaluación y seguimiento del rendimiento muscular con retroalimentación autoajustable, de conformidad con la presente invención. La figura 3 ilustra en perspectiva convencional el aparato para la adquisición; acondicionamiento; procesamiento, envió, recepción de la información; y retroalimentación autoajustable. La figura 4 ilustra una vista posterior del aparato para la adquisición; acondicionamiento; procesamiento, envió, recepción de la información; y retroalimentación autoajustable .
La figura 5 ilustra el diagrama a bloques del aparato para la adquisición; acondicionamiento; procesamiento, envió, recepción de la información; y retroalimentación autoajustable.
La figura 6 ilustra el diagrama de bloques en detalle del aparato para la adquisición; acondicionamiento; procesamiento, envió, recepción de la información; y retroalimentación autoajustable.
La figura 7 ilustra el diagrama esquemático del módulo de compensación de voltaje del aparato para la adquisición; acondicionamiento; procesamiento, envió, recepción de la información; y retroalimentación autoajustable en una de las modalidades de la invención.
La figura 8 ilustra un diagrama de flujo del método de extracción de la información del aparato la adquisición; acondicionamiento; procesamiento, envió, recepción de la información; y retroalimentación .
La figura 9 muestra un diagrama de flujo del método del aparato de cómputo externo en una de las modalidades de la invención.
La figura 10 ilustra un diagrama de flujo del método del cálculo de los indicadores de mejora y/o empeora en una de las posibles modalidades de la invención.
La figura 11 muestra un diagrama de flujo del método del cálculo de los indicadores de filtros digitales tipo FIR y/o MR en una de las posibles modalidades de la invención.
La figura 12 ilustra una gráfica ejemplo de los resultados del método de extracción de información y el cálculo de los Indicadores de filtros digitales en una posible modalidad de la invención.
La figura 13 ilustra una de las posibles implementaciones de la información de los indicadores por medio de la aplicación de redes neuronales la cual puede ser, pero no limitarse a, sugerir a los profesionales o expertos modificaciones en los ejercicios de activación, evaluación y seguimiento del rendimiento muscular del usuario.
Para una mejor comprensión del invento, se pasará a hacer la descripción detallada de alguna de las modalidades del mismo, mostrada en los dibujos que con fines ilustrativos mas no limitativos se anexan a la presente descripción.
DESCRIPCIÓN DETALLADA DEL INVENTO
Los detalles característicos del sistema, método y aparato para la evaluación y seguimiento del rendimiento muscular con retroalimentación autoajustable se muestran claramente en la siguiente descripción y en los dibujos ilustrativos que se anexan, sirviendo los mismos signos de referencia para señalar las mismas partes. Los expertos en la técnica reconocerán que se pueden generar alternativas o posibles variaciones de la invención dentro del alcance de las mismas reivindicaciones que se reclamen.
Las modalidades de la invención descritos en el presente documento no son limitativas, sino más bien ilustrativas. No deberá de entenderse que las modalidades de la invención descrita son necesariamente únicos, preferidos o para ser interpretados textualmente.
Refiriéndonos a las figuras 1 y 2; el sistema para la evaluación y seguimiento del rendimiento muscular con retroalimentación autoajustable de conformidad con la presente invención se conforma de al menos un aparato (1) para la adquisición; acondicionamiento; procesamiento, envió, recepción de la información; y retroalimentación autoajustable; al menos un aparato de cómputo externo y/o un monitor y/o interfaz gráfica (2) para la visualización de la información; en donde dicho al menos un aparato (1) para la adquisición de señales musculares o biopotenciales; acondicionamiento de las señales; procesamiento, envío, recepción de la información; y retroalimentación autoajustable y dicho al menos un aparato de cómputo externo y/o monitor y/o interfaz gráfica (2) para la visualización de la información externa están configurados para i mpl ementar un método para la extracción y procesamiento de los parámetros de seguimiento (3).
Dicho sistema tiene la capacidad de sincronizar y/o conectar con dicho al menos un aparato (1) para la adquisición; acondicionamiento; procesamiento, envió, recepción de la información; y retroalimentación autoajustable con un aparato de computo externo y/o aparato de cómputo externo y/o monitor y/o interfaz gráfica (2) para la visualización de la información externa, los cuales pueden comprender tabletas, celulares, computadores, laptops entre otras tecnologías.
Refiriéndonos a las figuras 3 y 4, el aparato (1) contiene una pluralidad de botones tales como un botón de encendido y apagado (4), un botón de reinicio (5); diversos indicadores de información visual como son leds (8) y pantalla tipo LCD y/o táctil (7); al menos dos entradas (6) para los sensores de biopotenciales; una entrada para dispositivo de almacenamiento externo, ya sea por tarjeta tipo SD o microSD (9), y una entrada USB (10).
Otra modalidad del aparato para la adquisición; acondicionamiento; procesamiento, envío, recepción de la información; y retroalimentación autoajustable puede prescindir de alguno o de todos los diversos indicadores de información visual como los leds y/o cualquier tipo de pantalla; y de los distintos tipos dispositivos de almacenamiento externo, ya sea por tarjeta externas tipo SD, microSD, USB, entre otras.
Otra modalidad del aparato para la adquisición; acondicionamiento; procesamiento, envió, recepción de la información; y retroalimentación autoajustable puede incluir un mayor número de entradas de sensores de biopotenciales.
Con referencia a la figura 5, el aparato (1) para la adquisición de señales musculares o biopotenciales de un paciente que recibe terapia; acondicionamiento de las señales; procesamiento, envío, recepción de la información; y retroalimentación autoajustable se conforma en general de cuatro módulos las cuales son: A). Un primer módulo de adquisición de señales o biopotenciales; B). Un segundo módulo de acondicionamiento analógico/electrónico, C). Un tercer módulo de procesamiento, envío y recepción de la información y D.) Un cuarto módulo de despliegue sensorial de la información (Retroalimentación). El tercer módulo de procesamiento, envió y recepción de la información (C) permite la comunicación con aparato de cómputo externo y/o monitor y/o interfaz gráfica (2).
Refriándonos a la figura 6, dicho primer módulo de adquisición de señales o biopotenciales (A) se conforma de al menos dos o más sensores de biopotenciales denominados [ S e 1 , Se2, S e 3... S n - 1 , Sen], los cuales pueden ser, pero no limitarse a electrodos de montaje superficial de Ag/AgCI, preferentemente no invasivos, con los cuales se hace el registro de los biopotenciales, principalmente de la actividad eléctrica superficial. En esta modalidad del aparato, el registro se logra a través de un proceso de óxido/reducción de los sensores, donde la corriente iónica se convierte en corriente eléctrica y adquirida por al menos un amplificador en modo diferencial (11) con un rechazo de modo común superior a los 100 dB. En dicho amplificador en modo diferencial (11), se conectan los dos o más sensores de biopotenciales denominados [S e 1 , Se2, Se3...$n-1, Sen]
Adicionalmente, en dicha adquisición de señales o biopotenciales (A), el amplificador en modo diferencial (11), contiene al menos un componente resistivo, capacitivo o circuito integrado, denominado como potenciómetro (12), capaz de modificar su valor de impedancla de manera manual o electrónica, de la forma) |— | = ¡R24- XJ2 donde z es el valor nominal de la impedancia, R el valor resistivo, X el valor de reactancia y J es la unidad imaginaria y funciona como ganancia ajustable dependiente del valor de z. El valor de z es modificado por el microcontrolador automáticamente, hasta el punto donde el valor del biopotencial supera el umbral preestablecido desde el aparato de cómputo externo y/o monitor y/o interfaz gráfica (2) de la lectura de acuerdo con el experto del área.
El primer módulo de adquisición de señales o biopotenciales (A) tiene la capacidad de ajustar la ganancia de la señal automáticamente en un rango de [1 - 100,000] V/V. Dicho valor de ajuste de ganancia es un indicador utilizado en el aparato de cómputo externo y/o monitor y/o interfaz gráfica (2) para la visualización de la información externa, con fines de aplicación de técnicas de aprendizaje computarizado y/o aprendizaje profundo conocidos en el estado del arte comúnmente como “machine learning y deep learning”, respectivamente. El primer módulo de adquisición de señales o biopotenciales (A), se implementa preferentemente a un rango de [10-10,000] V/V y se conecta directamente a través de cables o alambres con al segundo módulo de acondicionamiento analógico/electrónico (B).
El segundo módulo de acondicionamiento analógico/electrónico de los biopotenciales y/o señales (B) se integra por un conjunto de filtros electrónicos pasa-bandas (13), los cuales tienen como finalidad acotar el ancho de banda de la señal diferencial en un rango aproximado o predeterminado. Los filtros preferentes de este módulo son aquellos diseñados con polinomio y configuración Butterworth y estructura con Sallen Key de segundo orden. Otras modalidades pueden implementar una variedad y di versificación de configuraciones y topologías, como: Bessel, Tschebyscheff, Rauch e incluso ser de un orden superior.
Dicho segundo módulo de acondicionamiento analógico/electrónico de los biopotenciales y/o señales (B) se caracteriza por tener un ancho de banda de 0.001 a 250 Hz usando preferentemente un margen de 5 a 99 HZ, que ningún otro aparato ha presentado anteriormente.
Adicionalmente, dicho segundo módulo de acondicionamiento analógico/electrónico de los biopotenciales y/o señales (B), incluye un circuito de compensación de umbral o desfase de voltaje (14), comúnmente conocido como “offset”, el cual permite sumar valores de voltajes constantes y/o variables de forma tal, que la señal filtrada solamente posea componentes positivos. Esto se logra con una configuración de un circuito de retroalimentación (15) del promedio de la señal filtrada más un valor fijo de voltaje, como puede ser, pero no limitarse al circuito ilustrado en la Figura 7 con un diodo Zener (16) de 0.7-1V de offset. La salida del circuito de compensación (17) se conecta directamente al tercer módulo de procesamiento, envió y recepción de la información(C).
Refriándonos a la figura 6 y 8, el tercer módulo de procesamiento, envió y recepción de la información (C) recibe la señal compensada en voltaje y comprende, pero no se limita a; al menos un microcontrolador o procesador de 8 a 64 bits (18); una o más memorias internas (19), una o más memorias externas (20), USB, RAM, ROM; uno o más puertos analógicos y digitales (21) y convertidores de digitales a analógicos (DAC) (22); convertidores analógicos a digitales (ADC) (23); circuitos de comunicación por protocolos inalámbricos (24) como Bluetooth, wifi, entre otros como se puede observar en la figura.
Al menos uno de los convertidores analógicos a digitales (ADC) (23) es utilizado para digitalizar la señal compensada en voltaje, donde la resolución preferente de conversión digital es de 8 a 12 bits, pero puede ser superior de acuerdo con las capacidades del microcontrolador o procesador de 8 a 64 bits (18) seleccionado en las diversas modalidades posibles del tercer módulo de procesamiento, envió y recepción de la información (C).
Posteriormente, el microcontrolador o procesador de 8 a 64 bits (18), verifica si se configuró como primera sesión, de ser asi, utiliza la información como parámetros de calibración y genera los indicadores (25). Caso contrario, al no ser la primera sesión, digitaliza la señal compensada y [ n ] durante el tiempo [T], parámetro configurable desde el aparato de cómputo externo y/o un monitor y/o interfaz gráfica (2) para la visualízación de la información externa. Posteriormente, y en caso particular hace una copia de la información y[n] en la memoria interna (19) tipo SD, microSD, y/o en la memoria externa (20) USB, RAM y/o ROM.
En seguida el microcontrolador o procesador de 8 a 64 bits (18), realiza el cálculo para determinar del valor máximo [M] de y [ n ] . Si el valor [M] supera un umbral [U], determinado por el experto del área, la información y[n] se envía al aparato de cómputo externo y/o monitor y/o interfaz gráfica (2) para la visualízación de la información externa por medio de los circuitos de comunicación por protocolos inalámbricos (24) como pueden ser, pero no limitarse a, tecnología Bluetooth o wifi. Caso contrario, se ajusta la ganancia por medio del potenciómetro (12) en el primer módulo de adquisición de señales o biopotenciales (A), en el rango antes mencionado de 1 a 100,000 V/V, de acuerdo con la función (Vin) (1+ | z | ) , donde Vin es el voltaje del biopotencial y z la función descrita en el primer módulo de adquisición de señales o biopotenciales (A). El rango del umbral puede ser de [0.1 a 0.000001] V, preferentemente de [0.001 a 0.000001] V, pero puede variar en alguna otra modalidad del aparato (1).
Adicionalmente, pueden modificarse los parámetros de calibración, ajuste de ganancia inicial, tiempo de toma de muestra, duración y/o número de sesión, valor de umbral y/o actualización de firmware por los circuitos de comunicación por protocolos inalámbricos (24) como pueden ser, pero no limitarse a, tecnología Bluetooth o wifi seleccionados o configurables desde el aparato de cómputo externo y/o monitor y/o interfaz gráfica (2) para la visualización de la información externa.
Tanto la información de [M], [U], y[n], tiene la finalidad de ser utilizadas en el aparato de cómputo externo y/o monitor y/o interfaz gráfica (2) para la visualización de la información externa, con fines de aplicación de técnicas de aprendizaje computarizado y/o aprendizaje profundo.
Finalmente el cuarto módulo de despliegue sensorial de la información (D), es controlada por el tercer módulo de procesamiento, envió y recepción de la información (C), la cual presionando el botón de encendido y/o apagado (4), actualiza los leds (8) , luces y/o pantalla tipo LCD y/o táctil (7) de acuerdo con el paso que se esté ejecutando el método de extracción de la información lo que puede incluir, pero no limitarse a: los métodos de uso, operación, manipulación y/o errores concernientes a la invención.
Los cuatro módulos son alimentados desde una fuente de poder (E) como se muestra en la figura 6.
De acuerdo con la figura 8 el método de extracción de la información del aparato la adquisición; acondicionamiento; procesamiento, envió, recepción de la información; y retroalimentación inicia con la colocación de los sensores (a), enseguida se procede con la selección de los parámetros en el aparato de cómputo (b) para posteriormente registrar las señales o biopotenciales (c), si se trata de la primera sesión (d) entonces se guardan los datos de calibración (e) y se regresa al inciso “c”, si no es la primera sesión, entonces se calcula el máximo de muestra equivalente (f); si la muestra supera el umbral M>U (g) entonces se envía información al aparato de cómputo y [ n ] (h); pero si no se supera el umbral, entonces se ajusta la ganancia del potenciómetro (i) regresando al punto “c”.
Concernientes a la figura 9, el aparato de cómputo externo y/o monitor y/o interfaz gráfica (2, ver figuras 1 y 2) para la visualización de la información externa, una vez encendido, buscará sincronizar ( a 1 ) al menos una de las modalidades del aparato (1, ver figura 2) para la adquisición; acondicionamiento; procesamiento, envió, recepción de la información; y retroali entación autoajustable. Cuando la primera conexión sea exitosa, se podrá conectar n-número de aparatos a discreción del experto. Posteriormente, se procederá a configurar los parámetros ( b 1 ) de registro de la señal como pueden ser, pero no limitarse a: Tiempo y/o duración del registro, ajuste de ganancia inicial, número de sesión, tipo de paciente (sano, lesión), zona de registro entre otras más .
Posteriormente se toma la muestra (c1) y se inicia el método descrito anteriormente, referente a la figura 8. Una vez que la información y [ n ] ha sido recibida (d1) por el aparato de cómputo externo y/o monitor y/o interfaz gráfica (2, ver figuras 1 y 2) para la visualización de la información externa, se comprobará si existe una sesión [#s] previa (e1). En el caso de no existir una sesión previa [# s < 0 ] , se almacenará toda la información como parámetro de referencia M [0]= y [ n ] (f1). En caso contrario, cuando ya exista sesión previa, se almacena la información en un espacio determinado como M[#s, n] y se calculará la diversidad de indicadores (g1). Finalmente se despliega la información de los indicadores ( h 1 ) que podrá ser visualizada por el usuario mediante una aplicación web embebida y/o nativa en el aparato de cómputo.
El cálculo de los indicadores sucede en dos subprocesos, concernientes a las figuras 10, 11 y 12.
Para el caso de los indicadores de mejora o empeora, primero se determina si existe una sesión previa #s>0 (x1), si no la hay entonces se guarda la señal pre-procesada en memorias M [ n ] = y [n ] (x2); si ya existe una sesión previa entonces la información recibida será almacenada en M [#s, n] = y[n] (x3) y se incrementará el contador de sesiones previas contando el número de sesiones z[n] (x4). Se calculará la diferencia de sesión actual con la sesión anterior ( x 5) , z[n] = y [ n ] - ( M [s - 1 ] , n]). Se determina el signo en z[n] (x6) y en caso de un signo positivo en la diferencia, se calcula el porcentaje de mejoría %n [n] = (100- M [# s - 1 , n][100])/y[n] ( x 7 ) . Caso contrario, el porcentaje de empeora %h [n] = (100- [#s,n][100 ] ) / y [ n - 1 ] (x8). Finalmente, se almacena los indicadores en la memoria (x9).
Para el caso de los indicadores provenientes de los diversos filtros FIR/IIR aplicados (figura 11), primero se determina si existe una sesión previa (Y1), si no la hay entonces se guarda la señal pre-procesada en memorias M[0]= y [ n ] (Y2), si ya existe una sesión previa entonces se guarda la sesión en memoria M[#s,n] = y [n ] (Y3). La información es suavizada o filtrada (Y4) por algún tipo de filtro FIR y/o MR (Fínite Impulse Respons el Infinite Impulse Response), los cuales pueden ser, pero no limitarse a filtros: Kalman, auto-regresivos, Media de movimiento, entre otros. Posteriormente, se calcula el área bajo la curva de la señal F ( y [ n ] ) (Y5) con lo cual se obtendrá un lndicador(FIR/IIR) = Tå_kA(N -1) [ F [KT] 3 ( Y6) . Dicho cálculo puede diferir en cualquier otra modalidad de la invención y puede incluir, pero no limitarse al uso de métodos de integración como método por rectángulos, trapezoides, Adams, Simpson, entre otros.
Dichos indicadores de mejora o empeora y los indicadores (FIR/IIR) son utilizados en la implementación de las técnicas de aprendizaje computarizado. Así mismo, con el uso extensivo de la invención se crea un perfil histórico del usuario.
En la figura 12 se ¡lustra una gráfica que ejemplifica los resultados del método de extracción de información y el cálculo de los indicadores de filtros digitales en una posible modalidad de la invención.
Finalmente y concerniente a la figura 13 y sin limitarse, los indicadores anteriormente descritos: y[n], el ajuste de ganancia, tiempo y número de sesión, tipo de ejercicio, terapia y la información proporcionada por el experto son utilizados por técnicas de aprendizaje computarizado como pueden ser, redes neuronales por aprendizaje supervisado y/o no supervisado, redes con volucionales, sistemas difusos y/o neurodifusos, identificación paramétrica y/o identificación no paramétrica, regresiones lineales o polinomiales entre otras más, son utilizadas para ofrecer al sistema optimizaciones, mejoraras en uso, ajuste de ganancia, duración de ejercicio y/o terapia, variación de parámetros o constates en los filtros FIR y/o IIR.
Se considera que el invento ha sido descrito suficientemente como para que una persona con conocimientos medios en la materia pueda reproducir y obtener los resultados que mencionamos en la presente invención. Sin embargo, cualquier persona hábil en el campo de la técnica que compete el presente invento puede ser capaz de hacer modificaciones no descritas en la presente solicitud, sin embargo, si para la aplicación de estas modificaciones en una estructura determinada o en el proceso de manufactura del mismo, se requiere de la materia reclamada en las siguientes reivindicaciones, dichas estructuras deberán ser comprendidas dentro del alcance de la invención.

Claims

REIVINDICACIONES
1.- Un sistema para la evaluación y seguimiento del rendimiento muscular con retroalimentación autoajustable para valorar la evolución de una fisioterapia que reciben pacientes que ha sufrido daños musculares, caracterizado porque consta de: A), al menos un aparato para la adquisición de señales musculares o biopotenciales; acondicionamiento de las señales; procesamiento, envío, recepción de la información; y retroalimentación autoajustable; B), al menos un aparato de cómputo externo y/o monitor o interfaz gráfica para la visualización de la información externa; en donde dicho al menos un aparato para la adquisición de señales musculares o biopotenciales; acondicionamiento de las señales; procesamiento, envío, recepción de la información; y retroalimentación autoajustable y dicho al menos un aparato de cómputo externo y/o monitor o interfaz gráfica para la visualización de la información externa, están configurados para implementar C), un método para la medición, extracción y procesamiento de parámetros de evaluación y seguimiento del rendimiento muscular con retroalimentación autoajustable para valorar la evolución de una fisioterapia que reciben pacientes que ha sufrido daños musculares.
2.- Un aparato para la adquisición de señales musculares o biopotenciales; acondicionamiento de las señales; procesamiento, envío, recepción de la información; y retroalimentación autoajustable para valorar la evolución de una fisioterapia que reciben pacientes que ha sufrido daños musculares, caracterizado porque consta de un primer módulo de adquisición de biopotenciales o señales, un segundo módulo de acondicionamiento analógico/electrónico de los biopotenciales o señales, un tercer módulo de procesamiento de los biopotenciales o señales, envío y recepción de información con retroalimentación con el primer módulo, y un cuarto módulo de despliegue o retroalimentación sensorial de la información, en donde los cuatro módulos son alimentadas desde una fuente de poder.
3.- El aparato para la adquisición de señales musculares o blopotenciales; acondicionamiento de las señales; procesamiento, envío, recepción de la información; y retroalimentación autoajustable, de acuerdo con la reivindicación 2, caracterizado porque dicho primer módulo de adquisición de señales o biopotenciales se conforma de al menos dos o más sensores de biopotenciales tales como electrodos de montaje superficial; en donde el registro se logra con la implementaclón de al menos un amplificador en modo diferencial donde se conectan dichos dos o más electrodos activos y un electrodo de referencia; comprendiendo además un amplificador diferencial que contiene al menos un potenciómetro capaz de modificar su valor de impedancia de manera manual o electrónica, de la forma mostrada en la ecuación 1:
z\ = \lR2 + XJ2\- Ecuación 1
En donde z es el valor nominal de la impedancia, R el valor resistivo,
X el valor de reactancia, y
J es la unidad imaginaria y funciona como ganancia ajustable dependiente del valor de z.
en donde dicho amplificador diferencial se conecta directamente a través de cables o alambres con dicho segundo módulo de acondicionamiento.
4.- El aparato para la adquisición de señales musculares o biopotenciales; acondicionamiento de las señales; procesamiento, envío, recepción de la información; y retroalimentación autoajustable, de acuerdo con la reivindicación 2, caracterizado porque está configurado para recibir más de dos biopotenciales ( S 1 , S2, S3 .Sn)
5.- El aparato para la adquisición de señales musculares o biopotenciales; acondicionamiento de las señales; procesamiento, envío, recepción de la información; y retroalimentación autoajustable, de acuerdo con la reivindicación 2, caracterizado porque dicho segundo módulo de acondicionamiento analógico/electrónico de los biopotenciales o señales comprende un conjunto de filtros electrónicos de tipo pasa-bandas analógicos, los cuales tienen como finalidad acotar el ancho de banda de la señal diferencial en un rango aproximado de 0.001 a 250 Hz usando preferentemente un margen de 5 a 99 HZ, que ningún otro aparato ha presentado anteriormente; un circuito de compensación de umbral o desfase de voltaje (“offset"), el cual permite sumar valores de voltajes constantes y/o variables de forma tal, que la señal filtrada solamente posea componentes positivos; en donde dicho módulo de compensación existe ante una conexión negativo-positiva de los circuitos de acondicionamiento, mientras que no surte ningún efecto cuando la conexión de los circuitos de acondicionamiento es meramente positiva; dicho segundo módulo de acondicionamiento analógico/electrónico de los biopotenciales o señales ésta conectado directamente al tercer módulo de procesamiento, envió y recepción de la información.
6.- El aparato para la adquisición de señales musculares o biopotenciales; acondicionamiento de las señales; procesamiento, envío, recepción de la información; y retroalimentación autoajustable, de acuerdo con la reivindicación 2, caracterizado porque dicho tercer módulo de procesamiento, envío y recepción de la información recibe la señal compensada en voltaje y comprende al menos un microcontrolador o procesador de 8 a 64 bits; una o más memorias internas, una o mas memorias externas, RAM, ROM; uno o más indicadores; uno o más puertos analógicos, digitales; convertidores analógicos a digitales (ADC), convertidores de digitales a analógicos (DAC) para la retroalimentación con el primer módulo; circuitos de comunicación por protocolos inalámbricos como Bluetooth, wifi, para su comunicación con al menos un aparato de cómputo externo y/o un monitor o interfaz gráfica que se selecciona de una computadora, un celular o una tableta para la visualízación o despliegue de la información; al menos uno de los ADC digitaliza la señal compensada en voltaje que se aimacena en algunas de las memorias, para posteriormente calcular el valor máximo en las muestras equivalentes a un ciclo y/o periodo de actividad eléctrica y/o contracción muscular y/o de activación de fibras musculares o nerviosas.
7.- El aparato para la adquisición de señales musculares o biopotenciales; acondicionamiento de las señales; procesamiento, envío, recepción de la información; y retroalimentación autoajustable, de acuerdo con la reivindicación 6, caracterizado porque si el máximo de las muestras no superara un umbral mínimo seleccionado o pre-configurado en el aparato entonces el procesador o microcontrolador modifica el valor de z en el amplificador diferencial el módulo de adquisición con la finalidad de ajustar automáticamente la amplitud de los biopotenciales; en donde dichos ajustes se realizan en incrementos del tipo ( V i n ) ( 1 + | z | ) donde V i n es el voltaje del biopotencial.
8.- El aparato para la adquisición de señales musculares o biopotenciales; acondicionamiento de las señales; procesamiento, envío, recepción de la información; y retroalimentación autoajustable, de acuerdo con las reivindicaciones 6 y 7, caracterizado porque el aparato de cómputo externo y/o un monitor o interfaz gráfica transmite y recibe la señal digitalizada cuando ésta sobrepasa el umbral la señal digitalizada y en donde dicho módulo controla al cuarto módulo de despliegue o retroalimentación sensorial.
9.- El aparato para la adquisición de señales musculares o blopotenciales; acondicionamiento de las señales; procesamiento, envío, recepción de la información; y retroalimentación autoajustable, de acuerdo con la reivindicación 2, caracterizado porque dicho cuarto módulo de despliegue o retroalimentación sensorial es controlado por el microcontrolador o procesador de 8 a 64 bits del tercer módulo de procesamiento, envió y recepción de la información, y se compone de un conjunto de formas para la visualización de la información, las cuales pueden o no incluir y no limitarse a: una pluralidad de leds, botones, luces; pantallas o LCD, OLED y/o display; para proporcionar información al usuario, lo que puede incluir, pero no limitarse a: las distintas fases del método de operación; uso, operación, manipulación y/o errores concernientes a los aparatos.
10.- Un método para la medición, extracción y procesamiento de los parámetros de evaluación y seguimiento del rendimiento muscular con retroalimentación autoajustable para valorar la evolución de una fisioterapia que reciben pacientes que ha sufrido daños musculares, caracterizado porque consistente en:
a) Colocar al menos dos o más sensores de biopotenciales tales como electrodos de montaje superficial, preferentemente no invasivos, para el registro la lectura de señales provenientes de las fibras musculares y/o nerviosas, de al menos un aparato para la adquisición de señales musculares o biopotenciales; para el acondicionamiento de las señales; el procesamiento de las señales, el envío y recepción de la información; y retroal i mentación autoajustable;
b) Seleccionar al menos un aparato de cómputo externo y/o monitor o interfaz gráfica para la visualización de la información externa y diversos parámetros de registros proveniente de dicho al menos un aparato para la adquisición de señales musculares o biopotenciales; para el acondicionamiento de las señales; el procesamiento de las señales, el envío y recepción de la información; y retroalimentación autoajustable, como pueden ser, pero no limitarse a, la duración y/o tiempo de muestreo, número de sesión, calibración, valor amplificación inicial; tipo de usuario (con o sin daño muscular), lesión entre otras más;
c) Registrar las señales o biopotencial de referencia, si es la primera vez en utilizarse servirá como parámetro de calibración;
d) Calcular, en un módulo de procesamiento del aparato, el máximo de una muestra equivalente a un ciclo de contracción o actividad eléctrica de referencia;
e) Superar el umbral de calibración o preconfigurado y/o seleccionado desde el sistema de cómputo y/o un monitor o interfaz gráfica para la visualización de la información externa;
f) Ajustar la ganancia del potenciómetro, (Vin) (1+ |z|) g) Hacer nuevo registro de la señal como en el paso c), lo cual se denomina amplificación por lazo digital de control;
h) Enviar la información al aparato de cómputo externo y/o monitor o interfaz gráfica para la visualización de la información externa;
i) Calcular los indicadores de evaluación y de seguimiento como: porcentaje de incremento o decremento, que es la diferencia del valor de calibración menos el valor máximo de la muestra actual entre el valor de la calibración;
j) Aplicar una diversidad de filtros tipo FIR y/o MR, para el promediado de la información;
k) Calcular los indicadores por medio del cálculo de integrales discretas; y
L) Aplicar técnicas de aprendizaje computarizado o aprendizaje profundo.
11.- El método para la medición, extracción y procesamiento de los parámetros de evaluación y seguimiento del rendimiento muscular con retroalimentación autoajustable para valorar la evolución de una fisioterapia que reciben pacientes que ha sufrido daños musculares, de acuerdo con la reivindicación 10, caracterizado porque por lo menos brinda un indicador de evaluación muscular o de actividad eléctrica como puede ser mejora o empeora de la condición.
12.- El método para la medición, extracción y procesamiento de los parámetros de evaluación y seguimiento del rendimiento muscular con retroalimentación autoajustable para valorar la evolución de una fisioterapia que reciben pacientes que ha sufrido daños musculares, de acuerdo con la reivindicación 10, caracterizado porque extrae indicadores y parámetros relacionados con la evaluación muscular y actividad eléctrica.
13.- El método para la medición, extracción y procesamiento de los parámetros de evaluación y seguimiento del rendimiento muscular con retroalimentación autoajustable para valorar la evolución de una fisioterapia que reciben pacientes que ha sufrido daños musculares, de acuerdo con la reivindicación 10, caracterizado porque imple enta redes neuronales por aprendizaje supervisado y/o no supervisado, redes convolucionales, sistemas difusos y/o neurodifusos, identificación paramétrica y/o identificación no paramétrica, regresiones lineales o polinomiales entre otras más.
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Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113113108A (zh) * 2021-02-23 2021-07-13 中山大学附属第一医院 动作数据分析方法、装置、系统及计算机可读存储介质

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2001054563A2 (en) * 2000-01-31 2001-08-02 Integrated Biosensing Technologies Method and apparatus for biopotential sensing and stimulation
US20060173364A1 (en) * 2004-10-29 2006-08-03 Worcester Polytechnic Institute Multi-channel electrophysiologic signal data acquisition system on an integrated circuit
PT104882A (pt) * 2009-12-11 2011-06-14 Univ Aveiro Um eléctrodo seco e activo para bio-sinais usando como material de interface um híbrido orgânico-inorgânico

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6631299B1 (en) * 1998-12-22 2003-10-07 Texas Instruments Incorporated System and method for self-tuning feedback control of a system
US6413190B1 (en) * 1999-07-27 2002-07-02 Enhanced Mobility Technologies Rehabilitation apparatus and method
CN1251289A (zh) * 1999-09-30 2000-04-26 信息产业部邮电设计院 心血管血流动力－心电检测仪
US6949929B2 (en) * 2003-06-24 2005-09-27 Biophan Technologies, Inc. Magnetic resonance imaging interference immune device
US10327939B2 (en) * 2014-09-25 2019-06-25 Falconworks Devices, systems, and methods for administering therapy
CN105725990A (zh) * 2016-01-21 2016-07-06 四川东鼎里智信息技术有限责任公司 体征数据收集处理方法
CN105824050A (zh) * 2016-03-23 2016-08-03 湖南科技大学 隐伏断层探测仪器及分析方法
WO2018140429A1 (en) * 2017-01-24 2018-08-02 Blacktop Labs, Llc Method, system, and device for analyzing ankle joint kinematics
CN108426942B (zh) * 2018-02-05 2020-09-15 北京交通大学 数字锁相解调的滤波器的实现方法及装置

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2001054563A2 (en) * 2000-01-31 2001-08-02 Integrated Biosensing Technologies Method and apparatus for biopotential sensing and stimulation
US20060173364A1 (en) * 2004-10-29 2006-08-03 Worcester Polytechnic Institute Multi-channel electrophysiologic signal data acquisition system on an integrated circuit
PT104882A (pt) * 2009-12-11 2011-06-14 Univ Aveiro Um eléctrodo seco e activo para bio-sinais usando como material de interface um híbrido orgânico-inorgânico

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